[发明专利]一种基于微空间X型机构阵列的非线性减阻降噪蒙皮

说明书

本发明提供一种基于微空间X型机构阵列的非线性减阻降噪蒙皮，包括内侧柔性基底、微空间X型机构单元、弹性阻尼连接膜、外侧柔性表皮组成。所述内侧柔性基底与所述外侧柔性表皮之间是由多个微空间X型机构单元通过弹性阻尼连接膜组成的晶格阵列中间层，所述微空间X型机构单元与所述弹性阻尼连接膜间采用固定连接，所述微空间X型机构单元与所述内侧柔性基底及所述外侧柔性表皮间固定连接。微空间X型机构阵列蒙皮敷设于航行器表面，能够随航速变化被动调整蒙皮系统的刚度与阻尼，具有减阻、抑振、降噪的作用，相较于现有柔性减阻技术具有更强的流场变化适应性。

技术领域

本发明涉及一种减阻降噪蒙皮，尤其涉及一种基于微空间X型机构阵列的非线性减阻降噪蒙皮。

背景技术

近年来，海战特点已由“消耗战”转向“速决战”，要求潜艇等水下航行器具有更高的机动性能与更长的续航能力；同时为提高潜艇的战场生存能力，还要求其具备隐身特性，航行器在水下行进时所受流体阻力及产生的噪声直接影响其机动性能、续航能力与隐身特性。

同时，飞机、高铁等高速交通工具在民用交通行业中所占比例也越发提高，尤其我国高铁总里程已突破3.5万公里，稳居世界第一。有关研究表明，交通运输已经成为我国能源消耗的主要源头之一，减小空气阻力将有效降低飞机、高铁的能源消耗，从而实现节能减排。此外，噪声水平直接决定了驾驶人员及乘客的舒适与安全性，因此降低噪声水平也是高速交通工具的迫切需求。

自20世纪30年代起，研究人员通过观察模仿自然界中海豚等高速水生生物的身体形态、皮肤结构及其力学性能等，发现柔性表面技术可用于航行器的减阻降噪。然而，现有柔性蒙皮多是对海豚皮肤形貌的单纯模仿，其减阻效率还远不及海豚皮肤，并随着流速的升高而明显降低，甚至会产生增阻现象。

X型机构启发自动物或昆虫关节，具备优良的减振特性，特别是由于自身具有的几何非线性，使其刚度与阻尼特性也表现出非线性特征，且通过几何与材料的选择，能够实现对非线性刚度与阻尼特性的设计与控制，是良好的被动式振动控制结构。

发明内容

本发明的目的是为航行器提供一种基于微空间X型机构阵列的非线性减阻降噪蒙皮，基于X型机构的非线性动力学特性，该蒙皮能随着航行器的航速变化被动调节自身刚度与阻尼特性，从而对流场激励产生匹配响应，控制相邻流场湍流相干结构，更好的降低航行器在流体中行进时的阻力与噪声水平。

本发明的目的是这样实现的：包括内侧柔性基底、外侧柔性表皮、均匀设置在内侧柔性基底和外侧柔性表皮之间的微空间X型机构单元，相邻微空间X型机构单元之间通过弹性阻尼连接膜连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述微空间X型机构单元包括球铰、顶盖、对称设置在球铰与顶盖间的连杆机构、弹性阻尼系统，所述球铰固定连接于所述内侧柔性基底，所述顶盖与所述外侧柔性表皮固定连接；每个连杆机构包括下连杆、连接件、销轴、上连杆，所述下连杆与上连杆采用铰接连接，下连杆的另一端通过铰接与球铰连接，所述上连杆另一端与所述顶盖铰接，所述连接件通过所述销轴插装在所述下连杆和上连杆铰接点处；所述弹性阻尼系统还包括弹性阻尼棒、弹性阻尼膜；所述弹性阻尼棒两端分别固定连接于所述球铰和所述顶盖上，所述弹性阻尼膜与所述连接件内侧固定连接，所述连接件外侧与对应的弹性阻尼连接膜固定连接。

2.所述连杆机构为4个，4个所述连杆机构绕所述弹性阻尼棒圆周面间隔设置。

3.所述内侧柔性基底与外侧柔性表皮均为聚氨酯材质。

4.所述弹性阻尼膜、弹性阻尼连接膜均为同一种具有弹性阻尼特点的有机高分子材料。