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吸声瓦应用发展

2022/07/1595 作者:佚名
导读:吸声瓦中国 2012年,《美国声学会志》(J. Acoust. Soc. America, 132(2012)694)刊登了中科院力学研究所王育人课题组有关水下吸声材料的最新研究结果。性能优异的现代水下吸声材料具有广泛的应用前景和迫切的现实需要。亟待解决的关键技术问题是提高材料在宽频范围内的吸声能力、保持材料在高静水压力下的强吸声特性以及加强复杂环境下材料的综合服役性能。 王育人课题组提出了一种基

吸声瓦中国

2012年,《美国声学会志》(J. Acoust. Soc. America, 132(2012)694)刊登了中科院力学研究所王育人课题组有关水下吸声材料的最新研究结果。性能优异的现代水下吸声材料具有广泛的应用前景和迫切的现实需要。亟待解决的关键技术问题是提高材料在宽频范围内的吸声能力、保持材料在高静水压力下的强吸声特性以及加强复杂环境下材料的综合服役性能。

现代水下吸声材料的研究 王育人课题组提出了一种基于局域共振吸声基元网络化的宽频水下吸声材料新构想——“声子玻璃”新型水下吸声材料。他们利用多孔材料骨架并结合共振吸声原理,构筑了具有宽频多模态振动模式的吸声材料,实现了宽频强吸声特性,同时多孔骨架复合材料大大提高了材料的耐高静水压力能力。

在前期工作中,为了满足现代水下吸声材料对宽频吸声频谱可以被任意剪裁的需要,课题组通过将二维局域共振单元与木堆结构相结合,提出了一种被称作局域共振声子木堆的水下吸声材料,这种材料可以拓宽和控制吸声频谱 。

吸声瓦前苏联

前苏联生产的潜艇往往噪声很大,这是由于当时前苏联的制造业与加工水平相对落后造成的。为达到在全球和美国争霸的目的,前苏联对潜艇的声隐身和减振降噪技术一直投入大量的人力物力,多年发展后,其吸声瓦技术已经非常先进,种类也比较齐全。经过二十世纪五六十年代的设计研究和反复试验,前苏联于1965年开始在潜艇上正式敷设吸声瓦,并且所有现役潜艇均敷设有吸声瓦。前苏联吸声瓦的基材主要是丁苯橡胶(前苏联是橡胶生产大国,有丰富的丁苯橡胶资源),为最大限度地达到吸声效果,其吸声瓦一直是带有一定声学结构的橡胶制品。

前苏联的潜艇自噪声很高,在努力将敌主动声纳下噪声强度降低的同时,一直积极研究降低本艇自噪声的方法,并将吸声瓦技术和浮筏技术等机械噪声治理、袖套等管路噪声治理这些减振降噪手段有机结合起来,效果显著。

前苏联认为攻击型潜艇与战略核潜艇由于承担的任务不同,在设计时,前者要突出灵活性,后者要优先考虑安静性,为此,两者所采用的吸声瓦技术也是有很大区别的。“阿库拉”级攻击型核潜艇舯部与艉部壳体均敷设了50-150mm厚的吸声瓦,艏部壳体使用的则是一种蒙皮。这种蒙皮如同海豚皮一样,在水下航行时能起到抑制某种介质边界层的作用,有效地减小了航行阻力。据推测,这种蒙皮是由上下两层固态橡胶和中间的液态橡胶所组成的,能够随航速和压力的变化自动进行调整。这是已经公开的该技术的惟一工程应用实例。“台风”级是世界上最大的战略核潜艇,整艇均敷设了100-200mm厚吸声瓦(采用陶瓷和橡胶复合构成),没有采用蒙皮,反映了前苏联对攻击型潜艇和战略型潜艇在吸声瓦上的不同设计思路。前苏联的潜艇,尤其是核潜艇其外壳体很少仅敷设一种规格的吸声瓦,外销艇除外。这是因为潜艇的各个部位对于整艇的噪音强度的贡献均不相同,还没有一种吸声瓦能够包办解决所有问题,所以同一艘潜艇(主要是核潜艇)的不同部位敷设的吸声瓦厚度差别很大,其根据在于不同厚度吸声瓦的声学结构是不尽相同的。“塞拉”级和“阿库拉”级核潜艇开始采用的一种新的双层吸声瓦不仅能减小声纳的反射信号,还能降低自噪声。这种瓦的内层是一种直径各不相同的多孔瓦,用于吸除特定频率的声音,外层则是整体的,用于吸收主动声纳信号,以减少主动声自导鱼雷攻击的可能性。

前苏联潜艇均采用双壳体,设计人员充分利用这一结构,在潜艇的内外壳体上均敷设了吸声瓦。外壳体敷设的吸声瓦主要是减小反射信号,内壳体的吸声瓦主要是降低本艇自噪声,且主要敷设在噪声较大的舱室外壁,有针对性地敷设解耦瓦、阻尼瓦或吸声器。

吸声瓦英国

第二次世界大战后,英国国力逐渐衰落,英国海军的潜艇更新换代速度很慢。吸声瓦技术的研究虽然起步很早,但发展水平远远落后于前苏联。英国海军于20世纪70年代中期曾在“丘吉尔”号核潜艇上进行吸声瓦的敷设试验,此后在“敏捷”级的“壮丽”号和“君权”号艇的改装期间都敷设了吸声瓦,粘贴方法与前苏联潜艇相似,虽取得了很好的效果,但是吸声瓦的粘贴和脱落问题一直困绕着英国海军,其潜艇在出海归来时吸声瓦往往都会脱落大半。所以,在“特拉法尔加”级核潜艇和“支持者”级常规潜艇上敷设吸声瓦时采用了缠绕技术,但似乎效果也并不理想,“支持者”级潜艇也存在大面积的脱落现象。英国海军已放弃先预制吸声瓦,再通过粘合剂在实艇敷设的工艺,而直接采用实艇现场浇注成型技术,其吸声瓦的基材是聚氨脂。

吸声瓦美国

美国的吸声瓦技术研究起步很晚,是在前苏联将吸声瓦、浮筏等一系列声隐身和减振降噪技术在潜艇上成功应用之后,特别是“东芝事件”后,前苏联有效地解决了螺旋桨加工制造技术,使其潜艇的噪声水平接近美国潜艇。美国凭借其先进的科研技术和雄厚的工业及经济基础,且获得了英国的吸声瓦相关技术,迅速地发展起来。美国海军艇体结构与前苏联潜艇不同,采用单壳体结构,潜艇自噪声情况与前苏联潜艇也不相同。因此,吸声瓦设计并不完全相同。美国潜艇的吸声瓦除了降低本艇的噪声强度、降低本艇的声辐射水平、减小本艇的航行阻力这三点设计思路与前苏联一致外,还有防污与有效提高本艇声纳工作效能的功能。美国海军于1988年在“洛杉矶”级核潜艇“圣胡安”号上首次敷设了吸声瓦,这种吸声瓦是由聚氨脂和玻璃纤维组成的双层铝板固定式吸声结构。单层吸声瓦能降低自噪声25分贝,双层吸声瓦可降低40分贝左右。其吸声瓦敷设还借鉴了航天飞机隔热瓦的敷设工艺。美国还在积极研究自控系统介质边界层控制,类似于前苏联的“蒙皮技术”,据说采用的还是聚氨脂材料,以降低本艇水动力噪声和减小水下航行阻力。该项技术将在实艇进行应用,并会领先于俄罗斯。

吸声瓦日本、法国与澳大利亚

日本也投入了大量的人力物力进行吸声瓦的研究工作,并且进行了实艇敷设。但它的吸声瓦技术相对于美俄还处于起步阶段。最新下水的潜艇水线部分吸声瓦依然保留加压工装,这表明日本还没有很好解决吸声瓦的粘贴问题。

法国海军也一直独立进行吸声瓦技术的研究。该国海军最早研究的吸声瓦是采用混凝土外覆橡胶的方式,后来用的吸声瓦基材为聚硫橡胶,吸声瓦结构和敷设方法尚未公开。

澳大利亚的吸声瓦技术是根据本国海洋特点和海军的实际情况独立发展起来的,非常适应澳洲特殊的海洋条件,并且本身还具有防污功能。另外,澳大利亚还开发出吸声瓦的计算机设计软件。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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