消聲瓦的吸聲機理研究.pdf

1、消聲瓦作為一種廣泛應(yīng)用于潛艇的聲隱身裝備，可以有效降低主動聲納的反射強度。深入研究消聲瓦的吸聲機理，優(yōu)化消聲瓦的材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計特定區(qū)域或特定頻段的專用型消聲瓦，對于提高潛艇的生存率和突發(fā)攻擊的成功率具有重要意義。
　　本文以實現(xiàn)消聲瓦的寬頻高效吸聲為目標(biāo)，采用有限元法和多次散射法，以鋼板和空氣為背襯的水下消聲瓦為研究對象，深入分析了材料的損耗因子和結(jié)構(gòu)參數(shù)對消聲瓦吸聲性能的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容及成果包括以下幾個方面：<

2、br>　　基于有限元法，研究了穿孔率對消聲瓦吸聲性能的影響，在相同穿孔率的基礎(chǔ)上，提出一種小腔環(huán)繞大腔的混合型空腔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)增大了空腔總的表面積，使得孔壁徑向振動的范圍擴大，消聲瓦的振動整體加劇，諧振吸聲效果更好。在此基礎(chǔ)上，研究了含圓臺型空腔和橢圓型空腔消聲瓦的吸聲特性及單、雙層殼體背襯對消聲瓦吸聲性能的影響。研究結(jié)果表明，在相同穿孔率的情況下，含混合圓臺型空腔消聲瓦能使全頻段的吸聲性能得到提升；含扁率較大橢圓空腔的能夠降低消聲瓦

3、的諧振頻率。這分別符合消聲瓦消聲頻率向?qū)掝l方向和低頻方向發(fā)展的要求。
　　采用Mie散射理論，分析了無限橡膠介質(zhì)中含單個球形空腔、單個薄球殼結(jié)構(gòu)或局域共振結(jié)構(gòu)時，其內(nèi)表面上動應(yīng)力集中因子和歸一化位移的大小及分布隨頻率的變化規(guī)律。揭示了空腔的諧振吸聲機制中，不同波形所做貢獻的大??；采用多重散射理論，具體分析了球腔大小、位置、搭配，球殼的厚度，散射體的周期間隔，橡膠層厚度及鋼板厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對含空腔或球殼消聲瓦吸聲性能的影響。通過對L

4、am常數(shù)損耗因子的討論，發(fā)現(xiàn)在空腔諧振吸聲中起主導(dǎo)作用的是剪切模量的損耗因子μη；而在高頻段的聲損耗主要是依靠損耗因子λη的作用。并依據(jù)獲得的吸聲機理，設(shè)計了包含多層球形空腔的消聲瓦。在損耗因子水平不高的薄層消聲瓦上，實現(xiàn)了側(cè)重中高頻或低頻吸聲的消聲瓦的寬帶高效吸聲。
　　揭示了含多層介質(zhì)散射體的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)共振頻率的影響規(guī)律。當(dāng)各種介質(zhì)的材料參數(shù)確定后，含單個局域共振散射體的基體內(nèi)表面的應(yīng)力和位移只與波數(shù)和半徑的乘積 o

5、kr及半徑的相對大小/i or r有關(guān)。在空芯結(jié)構(gòu)中，當(dāng)硅橡膠層較薄，以至于它的波數(shù)和半徑的乘積 ikr大于橡膠的okr時，可以降低結(jié)構(gòu)的共振頻率。采用實心芯體的局域共振結(jié)構(gòu)，消聲瓦的第一階吸聲峰必會向高頻方向移動，從而不利于低頻段聲波的吸收。
　　推導(dǎo)了非同心球散射體關(guān)于彈性波的Mie散射矩陣。研究了含非同心球散射體消聲瓦的吸聲特性。研究結(jié)果表明，偏心距的存在能夠拓寬消聲瓦的吸聲峰并緩解其吸聲谷。相對含有同心球散射體的結(jié)構(gòu)，該類