一种吸声装置、水下航行器的制作方法-j9九游会真人

1.本实用新型涉及降噪领域，尤其涉及一种吸声装置、水下航行器。


背景技术：

2.水下机器人及水下潜航器在水下的运动，水流与水下机器人及水下潜航器的表面相互作用，产生水动力噪声，干扰并影响水下设备的正常探测。
3.如何在宽频范围内，对水下航行器的水动力噪声进行抑制日益受到关注。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种吸声装置、水下航行器，以解决水下设备在宽频范围的水下水动力流噪声高的技术问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.第一方面，本实用新型实施例提供一种吸声装置，用于对在水中的航行对象降噪，所述吸声装置包括柔性层以及位于所述柔性层内的多个吸声部，所述柔性层用于覆盖在所述航行对象的至少部分表面；
7.各个所述吸声部沿着第一方向分布，所述第一方向与所述柔性层的厚度方向相交，所述柔性层的厚度方向为远离所述航行对象的方向；
8.每个所述吸声部为具有腔体的柱状结构，每个所述吸声部的轴向长度延伸方向为第二方向，所述第二方向垂直于所述第一方向。
9.根据本实用新型的至少一个实施方式，所述腔体的轴线与所述吸声部的轴线共线。
10.根据本实用新型的至少一个实施方式，每个所述吸声部的外表面为圆柱状、椭圆柱状或棱柱状结构中的至少一种。
11.根据本实用新型的至少一个实施方式，每个所述吸声部的外表面以及相应的所述腔体均为圆柱状结构；或者，
12.每个所述吸声部的外表面以及相应的所述腔体均为椭圆柱状结构；或者，
13.每个所述吸声部的外表面以及相应的所述腔体均为棱柱状结构。
14.根据本实用新型的至少一个实施方式，沿着所述第二方向，所述柔性层具有供所述吸声部穿过的通孔，每个所述吸声部的端部均与所述柔性层相应端部平齐。
15.根据本实用新型的至少一个实施方式，所述柔性层为采用水凝胶制备而成的构件；和/或，
16.所述吸声部为采用橡胶、聚氨酯中的一种制备而成的构件。
17.根据本实用新型的至少一个实施方式，沿着所述第一方向，相邻两个所述吸声部的间隔为a，所述柔性层的厚度为h，h：a＝(0.8～1.25):1。
18.根据本实用新型的至少一个实施方式，每个所述吸声部的外表面以及相应的所述腔体均为圆柱状结构，每个所述吸声部外表面的半径为r，每个所述吸声部的腔体的半径为
r，(r-r)：r＝1：(1～6)。
19.根据本实用新型的至少一个实施方式，其特征在于，h≤20mm。
20.本实用新型示例性实施例中提供的一个或多个技术方案中，通过将柔性层以及设在柔性层中的多个吸声部，由于多个吸声部沿着第一方向分布在柔性层中，吸声部为具有腔体的柱状结构，多个吸声部与柔性层相互协同可以在宽频范围内吸收水下流噪声，使得柔性层在覆盖在航行对象的部分或全部表面时，柔性层不仅具有柔性减阻的特性，同时还具有吸声性能。实验表明，本实用新型示例性实施例提供的吸声装置在中心频率1000hz处实现了0.35以上的吸声系数。
21.第二方面，本实用新型还提供一种水下航行器，所述水下航行器的至少部分部位覆盖有第一方面提供的吸声装置。
22.所述水下航行器相对于现有技术所具有的优势与第一方面提供的吸声装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
23.附图示出了本实用新型的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本实用新型的原理，其中包括了这些附图以提供对本实用新型的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
24.图1是根据本实用新型的实施方式的吸声装置示意图。
25.图2是根据本实用新型的实施方式的吸声装置与不包含吸声部的柔性层的吸声系数对比图。
26.附图标记：10、柔性层；20、吸声部；21、腔体。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分。
28.在本说明书的描述中，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
29.需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特
征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。
32.随着海洋技术的发展与开发，水下柔性材料越来越多的应用于水下机器人及水下潜航器。水下机器人及水下潜航器在水下的运动，水流与水下机器人及水下潜航器的表面相互作用，产生水动力噪声，干扰并影响水下设备的正常探测。
33.本实用新型示例性实施例提供吸声装置，其覆盖的航行对象可以适用于水下机器人、潜艇、鱼雷等水下潜航器，也同样适用于水面舰艇、船舶等，但不限于此。为了描述方便，本实用新型示例性地实施例以水下潜航器为例进行描述。
34.本实用新型示例性实施例提供的吸声装置通过在柔性层中引入多个沿第一方向分布的吸声部，从而改变整个柔性层的吸声性能。将该吸声装置覆盖在航行对象的表面，可以使得航行对象通过吸声装置在较宽的频率范围内吸收水下流噪声，此外，由于柔性层的柔软性还具有减阻的作用。
35.图1示出了本实用新型示例性实施例的吸声装置的一种结构的截面示意图。如图1所示，该吸声装置用于对在水中的航行器进行降噪，该吸声装置包括柔性层10以及位于柔性层10内的多个吸声部20，柔性层10用于覆盖在航行对象的至少部分表面；各个吸声部20沿着第一方向分布，第一方向与柔性层10的厚度方向相交，柔性层10的厚度方向为远离航行对象的方向；每个吸声部20为具有腔体21的柱状结构，每个吸声部20的轴向长度延伸方向为第二方向，第二方向垂直于第一方向。
36.实际应用中，第一方向为图1中所示的方向，沿着第一方向，柔性层10中分布的多个吸声部20可以相邻也可以为间隔设置。柔性层10的厚度方向为远离航行对象的方向，也就是柔性层10当覆盖在水下潜航器上时的涂覆厚度。如图1所示，h所标示的箭头的方向即为柔性层10的厚度方向，h为柔性层10的厚度。上述第二方向为每个吸声部20的轴向长度延伸方向，第二方向在图1中的方向为垂直于视面的方向，由此可见，第二方向与第一方向相互垂直。
37.当吸声装置覆盖在水下潜航器上时，可以覆盖在水下潜航器的全部表面或者部分表面，此处不做进一步限制。例如，当航行对象为水面舰艇时，可以仅在水面舰艇的水下部分表面对其进行吸声装置的贴敷，以降低水流与舰艇之间水动力产生的宽频范围内的噪声。
38.上述吸声部20为具有腔体21的柱状结构，示例性地，吸声部20为具有中空腔体21的柱状结构，具有中空腔体21的柱状结构的吸声部20可以嵌设在吸声部20中，该种结构可以在宽频范围内吸收水下流噪声，使得吸声装置在具有柔性减阻的基础上，同时具有较好的吸声性能。
39.基于上述吸声装置的结构，不仅结构简单，而且该吸声装置还具有柔性的特点，在制作工艺上较为容易实现。
40.示例性的，上述吸声部20所具有的腔体21的轴线与吸声部20的轴线共线。从另一角度描述则为，当吸声部20为柱状结构时，吸声部20所具有的腔体21沿着柱状结构的中心轴线设置，腔体21沿着吸声部20的轴向通长设置，也就是腔体21处在吸声部20的中心位置处，且腔体21在吸声部20的两个端面均具有开口，或者说，腔体21为吸声部20的通孔。从吸声部20的整体结构来描述，其为具有一定壁厚的筒状结构。示例性地，如图1所示，吸声部20的壁厚为r-r。
41.在实际应用中，上述吸声部20的外轮廓形状可以为圆柱状、椭圆柱状或棱柱状结构中的至少一种。在同一柔性层10中，嵌入的各个吸声部20的外轮廓形状可以相同，也可以不同，根据实际需要进行选择。
42.示例性地，吸声部20相应地腔体也可以与吸声部20的外轮廓的形状可以相同，也可以不同。本实用新型示例性实施例以吸声部20的外轮廓与其具有的腔体21的形状相同为例进行说明。
43.举例来说，当吸声部20的外表面为圆柱状结构时，其所具有的腔体21也为圆柱状结构，或者说为圆形的空腔；当吸声部20的外表面为椭圆柱状结构时，其所具有的腔体21也为椭圆柱状结构，或者说为椭圆形的空腔；当吸声部20的外表面为棱柱状结构时，其所具有的腔体21也为棱柱状结构，或者说为多边形的空腔。例如，吸声部20的外表面为矩形结构，其具有的空腔也为矩形空腔。吸声部20的外表面还可以为五边形、六边形或更多变形的形状，相应的空腔与吸声部20的外表面相同。
44.在一些实施方式中，本实用新型示例性实施例的吸声装置，沿着第二方向，柔性层10具有供吸声部20穿过的通孔，示例性地，每个吸声部20的端部均与柔性层10相应端部平齐。还可选地，每个吸声部20的端部均与柔性层10相应端部不平齐，也就是吸声部20的端部位于柔性层10的通孔内。基于此，上述吸声部20可以通过加工工艺方便地嵌入到柔性层10中，从而形成整个吸声装置。
45.当每个吸声部20的端部与柔性层10相应端部平齐时，吸声部20所具有的腔体21的两端开口均与柔性层10的外部环境相连通。当每个吸声部20的端部与柔性层10相应端部不平齐时，吸声部20所具有的腔体21的两端开口通过柔性层10的通孔与外部环境相连通。该种吸声装置的结构设计可以使得其具有较高的吸声性能。可以理解的是，上述吸声部20在将其安装到柔性层10时，需要对吸声部20所具有的腔体21的两端开口进行封口工艺处理。
46.考虑到柔性层10的所需的柔性，以及吸声部20的吸声性能最优化，柔性层10采用的材质与吸声部20采用的材质为不同的材料。
47.举例来说，柔性层10为采用水凝胶制备而成的构件。上述柔性层10采用的水凝胶材料具备一定的柔性，具有减阻的作用。可以理解的是，本实用新型示例性实施例采用的水凝胶材料可以为市售产品。本实用新型示例性实施例的柔性层10也可以为其它具有三维高分子网络结构的材料。
48.在另一可选的实施方式中，上述吸声部20为采用橡胶、聚氨酯中的一种制备而成的构件。
49.可以理解的是，上述吸声部20所采用的材料不限于橡胶材料、聚氨酯材料，也可以采用其它具有一定弹性性能的材料，例如尼龙材料、超高密度聚乙烯材料等，但不限于此。当吸声部20采用橡胶材料制备而成时，成本较低，制备工艺成熟，吸声性能好。
50.由于吸声部20的所采用的材料以及在柔性层10中的分布情况，可以影响哪种宽频范围内吸收水下流噪声。因此，可以通过改变吸声部20在柔性层10中的分布情况以及改变吸声部20的几何参数，来调整水下潜航器吸收所需频率的流噪声。
51.举例来说，如图1所示，各个吸声部20沿着第一方向均匀分布，相邻两个吸声部20的间隔为a，柔性层10的厚度为h，h：a＝(0.8～1.25):1。也就是，吸声部20沿着第一方向周期性地嵌设在柔性层10中。相邻两个吸声部20的间隔，是指两个吸声部20的中心轴线之间
的间距为a，其中，柔性层10厚度与两个吸声部20之间的间隔之比，示例性地为(0.9～1.1):1，还可选地为1:1。对于上述各个吸声部20以周期a排列的方式，提升了柔性层10的吸声系数。
52.可以理解的是，本实用新型示例性实施例对于吸声部20的轴向长度，也就是沿着第二方向的长度，由于其对吸声系数的影响可以忽略不计，因此，本实用新型示例性实施例对于吸声部20的轴向长度不做进一步限定。
53.对于吸声部20的柱状结构的几何参数，本实用新型示例性实施例以吸声部20的外表面以及其具有的腔体21均为圆柱状结构进行举例说明。
54.如图1所示，每个吸声部20外表面的半径为r，每个吸声部20的腔体21的半径为r，(r-r)：r＝1：(1～6)，由于吸声部20为圆筒状结构，r-r也就意味着为吸声部20橡胶材料的壁厚，吸声部20的壁厚与腔体半径之比可以为1：(1～6)，示例性地为1：(2～5)，还可选地为1：(3～4)，上述吸声部20的几何参数可根据实际要抑制的水下水动力噪声进行调整，从而可以调整整个吸声装置的所吸声的频率范围。因此，可以根据实际情况更换不同几何尺寸的吸声部20，从而实现吸声装置的频率可调。
55.由上述吸声部20以及柔性层10的物理参数以及实际对水下潜航器减阻的要求，h不超过20mm，通过调节a、r-r、r可以实现吸声装置不同频段的吸声。
56.下面示例性地给出一种水下潜航器对于500hz～5000hz流噪声吸声要求的吸声装置的物理参数，其中柔性层10为水凝胶材料，吸声部20位橡胶。
57.吸声装置中的柔性层10的厚度为：16mm≤h≤20mm；均匀分布的吸声部20中心轴线之间的间距：16mm≤a≤20mm；吸声部20的壁厚为：1mm≤(r-r)≤2mm；吸声部20所具有的圆形腔体的半径为：2mm≤r≤6mm。
58.图2示出了根据本实用新型的实施方式的吸声装置与不包含吸声部的柔性层的吸声系数对比图。如图2所示，吸声装置仅采用水凝胶柔性层，而不具备吸声部20的情况下，吸声性能几乎没有，也就是水凝胶柔性层仅能提供柔性变形。而通过吸声部20的引入，使其内嵌在柔性层10中，从图2所示的低频吸声结构曲线克制，在中心频率1000hz处实现了吸声系数0.35以上。
59.由上可知，本实用新型示例性实施例中提供的一个或多个技术方案，通过在水凝胶柔性层中嵌入多个橡胶材质的吸声部，吸声部为圆筒状结构，各个吸声部沿着第一方向均匀规律地分布在柔性层中，通过改变吸声部的各个几何参数，从而改变整个吸声装置的吸声特性，该吸声装置可以在宽频率范围内抑制水动力低频噪声，且吸声装置具有柔性减阻结构，结构简单，制作工艺简单，可以做到频率可调。
60.本实用新型示例性实施例还提供水下航行器，所述水下航行器的至少部分部位覆盖有上述的吸声装置。
61.本实用新型示例性实施例提供的水下航行器，可以为水下潜航器，也可以包括水下机器人、潜艇、鱼雷等，还包括水面舰艇或其它水面航行器等，此处不做限制。当水下航行器为水面舰艇或其它水面航行器时，该吸声装置可覆盖在该水面舰艇或其它水面航行器的水下部分，以达到减阻降噪的目的。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、
结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
63.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
64.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本实用新型，而并非是对本实用新型的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本实用新型的范围内。