聚氨酯水声材料吸声结构的优化研究

　　0 引言

　　聚氨酯水声吸声材料作为一种聚合物新型水下吸声材料，其泡沫材料和弹性体材料等在水声系统中的应用具有较好的发展前景[1]。以英国为代表的北约国家一般采用聚氨酯类吸声材料作为潜艇水下吸声覆盖层[2]。众多研究表明，影响聚氨酯水声材料吸声性能的主要因素是材料体系和结构[3]，但专门针对聚氨酯吸声结构的研究不多。本研究主要从水声无源材料吸声结构的比较出发，建立一种适合聚氨酯水声材料的耐压吸声结构。

　　1 主要吸声结构的分析比较

　　众所周知，水声吸声材料必须满足两个条件：一是材料的特性阻抗与传波介质水的特性阻抗要匹配，使声波能够无反射地进入材料内;二是材料本身有较大的损耗因子，可有效衰减入射波。一般来说，阻抗匹配的要求与增大材料的损耗因子之间存在矛盾，往往需要在材料内部进入声学结构才能既保证与水的阻抗匹配，又增强材料吸声的效果。

　　(1)阻抗渐变式吸声结构：采用高损耗吸声材料时，损耗相材料的特性阻抗一般与水的特性阻抗不匹配，所以需要采用多层或连续渐变的阻抗结构形式，减少反射且增加吸声效果[4~5]。

　　(2)空腔式吸声结构：空腔式吸声结构是在均匀吸声材料内部留有球形、圆柱形、圆锥形等声学空腔，利用声学空腔共振以及高损耗因子的吸声材料层增大声能的损耗[6~7]。A l b e r I c h消声瓦就是典型的这类空腔谐振吸声结构。

　　(3)耐压吸声结构及三明治夹层吸声结构：材料中的气泡或气孔可以改善吸声效果，但随着水压的逐渐增大，带有声学结构孔的吸收橡胶因孔腔变形而使吸声性能变差，尤其是低频吸声性能急剧下降。为了解决水压对吸声结构声学性能的影响，耐压复合吸声结构一般都采用透声性能较好的刚性骨架或刚性填料与吸声材料相结合的方式[1]。

　　另外，三明治夹层复合材料用于水下吸声结构的研究，在国外已有近40年的历史。关于纤维增强复合材料在舰船结构中的应用，主要是利用这种复合材料的高比强度、比刚度;振动阻尼性能好;吸声、透声性能的可设计性好;成型工艺简便等优点。典型的三明治夹层吸声结构是用透声性能好的纤维增强复合材料制作夹层的面板，用吸声材料作夹芯层而制备。随着技术的进一步成熟，直接使用三明治夹层吸声结构代替原有的“钢板加消声覆盖层”的结构，已成为未来水下吸声结构发展的新方向[8~9]。

　　2 聚氨酯耐压吸声结构的优化

　　2.1 一种泡沫塑料穿孔吸声板材发明简介[10]

　　为克服泡沫吸声材料不太耐压的缺点，发明了一种泡沫塑料穿孔吸声板材及其制备方法。用本发明所制备的泡沫塑料穿孔吸声板材能有效地提高泡沫材料中低频吸声性能，同时这种泡沫塑料穿孔吸声板材与刚性面板、钢板或墙体一起能构成耐压结构。耐压结构具体如图1和图2所示，图1是吸声板材与刚性面板组成的两面吸声体耐压结构图;图2为吸声板材与墙体或钢板及刚性面板组成的耐压结构图。