本發(fā)明涉及一種船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)，屬于船用聲學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代大、中型船艇艏底部大多配置了艏探測(cè)綜合聲吶基陣，為了避免水流對(duì)聲吶基陣的沖擊，使基陣免受“偽聲”的直接干擾，通常在聲吶基陣外面配置導(dǎo)流罩。裝有聲吶的船艇球鼻艏導(dǎo)流罩是水下反潛作戰(zhàn)的探測(cè)窗口。作為設(shè)備的工作艙室，船艇球鼻艏導(dǎo)流罩透聲窗結(jié)構(gòu)要求具有良好的聲學(xué)性能、較小的波束畸變、良好的流體動(dòng)力性能以及較低的自噪聲。因此聲吶罩的材料、線型和結(jié)構(gòu)的聲學(xué)設(shè)計(jì)要在保證船體外形、滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，實(shí)現(xiàn)良好的聲學(xué)性能，完成為聲吶提供優(yōu)良服務(wù)的主要功能。

聲吶導(dǎo)流罩需要透聲材料。最早的聲吶罩是采用不銹鋼材料，殼板薄鋼板降低了導(dǎo)流罩的透聲性，為了提高殼板材料的透聲性能，在鋼制材料基礎(chǔ)上，發(fā)展了鈦合金、鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)橡膠、玻璃鋼(gfrp)等殼板材料。上述結(jié)構(gòu)形式在某些方面的性能突出，但其綜合性能還不盡理想。尤其在流噪聲降低的性能上存在比較大的性能缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的船用導(dǎo)流罩降低流噪聲性能較差的技術(shù)問題，提出來一種船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)，所采取的技術(shù)方案如下：

一種船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)，所述船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)包括內(nèi)約束面層1、外約束面層3和中間的芯層2；所述芯層2緊密粘合于內(nèi)約束面層1和外約束面層3之間；所述內(nèi)約束面層1和外約束面層3采用纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料或鈦合金制成，所述的芯層2是由三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)集合形成的三維點(diǎn)陣層體；所述芯層2的材料與內(nèi)約束面層1和外約束面層3的材料相同。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)約束面層1和外約束面層3采用玻璃鋼或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。

進(jìn)一步地，所述芯層2的三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)采用四面體型三維結(jié)構(gòu)、金字塔型三維結(jié)構(gòu)、dkagome型三維結(jié)構(gòu)或鉆石型三維結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述透聲窗與導(dǎo)流罩為一體式，便于一體安裝，避免了分體式透聲窗的安裝結(jié)構(gòu)對(duì)換能器性能的影響。

進(jìn)一步地，所述外約束面層3厚度為0.2～5mm，所述內(nèi)約束面層1厚度為0.2～5mm，所述芯層2厚度為25～40mm。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明提出的船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)，通過纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料內(nèi)外約束面層與相同材料的點(diǎn)陣式芯層結(jié)合形成的夾芯結(jié)構(gòu)，通過改變夾芯結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)和幾何設(shè)計(jì)來改變整體結(jié)構(gòu)的固有頻率，進(jìn)而通過其物理參數(shù)和幾何參數(shù)的設(shè)計(jì),能夠阻礙特定頻段內(nèi)的振動(dòng)的傳播,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的隔振以及其它性能的優(yōu)化。同時(shí)，本發(fā)明所述船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯式透聲窗通過上述夾芯組合能夠有效減少導(dǎo)流罩表面由于湍流脈動(dòng)激勵(lì)而產(chǎn)生的透聲窗殼板振動(dòng)，進(jìn)而降低了換能器表面的自噪聲，通過選取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和材料參數(shù)，自噪聲最高可降低6db，相比現(xiàn)有的單層透聲窗降噪性能提升了2～5倍；大大降低了流噪聲對(duì)聲吶天線的信號(hào)干擾，提高了聲吶天線的信號(hào)接收的穩(wěn)定性

此外，本發(fā)明提出的船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有技術(shù)中透聲窗結(jié)構(gòu)無法兼顧高強(qiáng)度和降噪的問題，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和降噪之間的協(xié)調(diào)兼顧，同時(shí)，本發(fā)明的導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)在保持高強(qiáng)度的前提下，降噪特性最高可達(dá)6db。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)形式。

圖2為本發(fā)明的芯層三維點(diǎn)陣形式。

(1，內(nèi)約束面層；2，芯層；3，外約束面層；a，四面體型；b，金字塔型；c，3dkagome型；d，鉆石型)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1：

一種船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)，所述船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)包括內(nèi)約束面層1、外約束面層3和芯層2；所述芯層2緊密粘合于內(nèi)約束面層1和外約束面層3之間；所述內(nèi)約束面層1和外約束面層3采用纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，所述的芯層2由一層或多層三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)集合形成的三維點(diǎn)陣層體構(gòu)成；所述芯層2的材料與內(nèi)約束面層1和外約束面層3的材料相同。所述透聲窗與導(dǎo)流罩為一體式，便于一體安裝，避免了分體式透聲窗的安裝結(jié)構(gòu)對(duì)換能器性能的影響。

其中，所述內(nèi)約束面層1、芯層2和外約束面層3均采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。所述芯層2的三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)采用四面體型三維結(jié)構(gòu)、金字塔型三維結(jié)構(gòu)、dkagome型三維結(jié)構(gòu)或鉆石型三維結(jié)構(gòu)。所述外約束面層3厚度為0.2mm，所述內(nèi)約束面層1厚度為0.2mm，所述芯層2厚度為25mm。

這種設(shè)計(jì)能夠有效減少導(dǎo)流罩表面由于湍流脈動(dòng)激勵(lì)下而產(chǎn)生的自噪聲；大大降低了流噪聲對(duì)聲吶天線的信號(hào)干擾，提高了聲吶天線的信號(hào)接收的穩(wěn)定性。

此外，本實(shí)施例提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有技術(shù)中透聲窗結(jié)構(gòu)無法兼顧高強(qiáng)度和高吸能特性的問題，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高吸能特性之間的協(xié)調(diào)兼顧，同時(shí)，本發(fā)明的導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)在保持高強(qiáng)度的前提下，降噪特性最高可達(dá)6db。

實(shí)施例2

一種船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)，所述船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)包括內(nèi)約束面層1、外約束面層3和中間的芯層2；所述芯層2緊密粘合于內(nèi)約束面層1和外約束面層3之間；所述內(nèi)約束面層1和外約束面層3采用纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，所述的芯層2由一層或多層三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)集合形成的三維點(diǎn)陣層體構(gòu)成；所述芯層2的材料與內(nèi)約束面層1和外約束面層3的材料相同。所述透聲窗與導(dǎo)流罩為一體式，便于一體安裝，避免了分體式透聲窗的安裝結(jié)構(gòu)對(duì)換能器性能的影響。

其中，所述內(nèi)約束面層1、芯層2和外約束面層3均采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。所述芯層2的三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)采用四面體型三維結(jié)構(gòu)、金字塔型三維結(jié)構(gòu)、dkagome型三維結(jié)構(gòu)或鉆石型三維結(jié)構(gòu)。所述外約束面層3厚度為3mm，所述內(nèi)約束面層1厚度為3mm，所述芯層2厚度為30mm。

本實(shí)施例提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗具有插入損失小、比強(qiáng)度高，減少自噪聲等優(yōu)異性能，其中，插入損失降低73％，比強(qiáng)度提高61％，自噪聲可降低93％。同時(shí)，本發(fā)明提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有技術(shù)中透聲窗結(jié)構(gòu)無法兼顧高強(qiáng)度和高透聲性的問題，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高透聲性之間的協(xié)調(diào)兼顧，其中，本發(fā)明的導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)使強(qiáng)度提高70％，在此高強(qiáng)度的情況下，透聲性能最高可達(dá)95％，本實(shí)施例提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)綜合滿足了導(dǎo)流罩的力學(xué)、聲學(xué)以及降噪的要求。

實(shí)施例3

一種船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)，所述船用導(dǎo)流罩點(diǎn)陣夾芯透聲窗結(jié)構(gòu)包括內(nèi)約束面層1、外約束面層3和中間的芯層2；所述芯層2緊密粘合于內(nèi)約束面層1和外約束面層3之間；所述內(nèi)約束面層1和外約束面層3采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，所述的芯層2由一層或多層三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)集合形成的三維點(diǎn)陣層體構(gòu)成；所述芯層2的材料與內(nèi)約束面層1和外約束面層3的材料相同。所述透聲窗與導(dǎo)流罩為一體式，便于一體安裝，避免了分體式透聲窗的安裝結(jié)構(gòu)對(duì)換能器性能的影響。

其中，所述芯層2的三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)采用四面體型三維結(jié)構(gòu)、金字塔型三維結(jié)構(gòu)、dkagome型三維結(jié)構(gòu)或鉆石型三維結(jié)構(gòu)。所述外約束面層3厚度為5mm，所述內(nèi)約束面層1厚度為5mm，所述芯層2厚度為40mm。

本實(shí)施例提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗具有插入損失小、比強(qiáng)度高，減少自噪聲等優(yōu)異性能，其中，插入損失降低70％，比強(qiáng)度提高57％，自噪聲可降低92％。同時(shí)，本發(fā)明提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有技術(shù)中透聲窗結(jié)構(gòu)無法兼顧高強(qiáng)度和高透聲性的問題，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高透聲性之間的協(xié)調(diào)兼顧，其中，本發(fā)明的導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)使強(qiáng)度增加70％，在此高強(qiáng)度的情況下，透聲性能最高可達(dá)93％，本實(shí)施例提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)綜合滿足了導(dǎo)流罩的力學(xué)、聲學(xué)以及降噪的要求。

實(shí)施例4

本實(shí)施例是實(shí)施例1的進(jìn)一步改進(jìn)，具體的，本實(shí)施例中，所述外約束面層3厚度為0.2mm，內(nèi)約束面層1厚度為5mm或所述外約束面層3厚度為5mm，所述內(nèi)約束面層1厚度為0.2mm，所述芯層2厚度為40mm。

本實(shí)施例提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)，通過材料(纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料)、厚度不同的內(nèi)外約束面層與相同材料的點(diǎn)陣式芯層結(jié)合形成的夾芯結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗具有插入損失小、比強(qiáng)度高，減少自噪聲等優(yōu)異性能，其中，插入損失降低73％，比強(qiáng)度提高67％，自噪聲可降低95％。同時(shí)，本發(fā)明提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有技術(shù)中透聲窗結(jié)構(gòu)無法兼顧高強(qiáng)度和高透聲性的問題，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高透聲性之間的協(xié)調(diào)兼顧，其中，本發(fā)明的導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)使強(qiáng)度增加76％，在此高強(qiáng)度的情況下，透聲性能最高可達(dá)94％，本實(shí)施例提出的船用導(dǎo)流罩夾芯式透聲窗結(jié)構(gòu)綜合滿足了導(dǎo)流罩的力學(xué)、聲學(xué)以及降噪的要求。

實(shí)施例5

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同指出在于，本實(shí)施例中內(nèi)約束面層1、外約束面層3和芯層2均采用玻璃鋼材料制成，三部件的位置結(jié)構(gòu)及尺寸與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例6

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同指出在于，本實(shí)施例中內(nèi)約束面層1、外約束面層3和芯層2均采用鈦合金制成，三部件的位置結(jié)構(gòu)及尺寸與實(shí)施例1相同。

雖然本發(fā)明已以較佳的實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動(dòng)和修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。