不同界面形状分层消声覆盖层声特性的实验研究

　　1 引言

　　潜艇历来是最具有威慑作用的水下武器装备,它在海战中发挥着巨大的作用、随着科学技术的发展, 探潜手段呈现多样化。而潜艇受本身条件的限制, 自卫能力有限, 因此潜艇的隐身性能也就显得更为重要, 尤其是潜艇的声隐身性能。在潜艇表面覆盖吸声层是潜艇声隐身的重要手段之一[1]。目前潜艇上所用的吸声层为孔腔式吸声结构。这种孔腔式吸声结构低频段消声效果差且随压力增加吸声性能迅速下降。近几年, 我们开展了梯度吸声材料的研究,根据梯度降噪理论[2], 设计制备了梯度分层吸声结构。研究了多层梯度高分子复合结构的材料配方设计, 获得了具有耐水压优良吸声降噪效果的多层梯度高分子复合结构[3]。

　　目前对于多层复合结构吸声性能的研究较多[4-12]。如Caviglia[4-5]等建立了一种稳定的循环传递矩阵, 计算了各向异性多层损耗结构的声反射与透射性能; 朱金华[11]等详细研究了分层高分子介质中的声吸收。结果表明采用所建立的理论模型计算单层高分子材料的吸声系数与实验结果比较吻合, 而采用所建立的理论模型计算多层高分子材料的吸声系数与实验结果在个别频段上有一定的差距, 这主要是因为在分层高分子材料中材料层之间的层界面的实际情况并非处于理想状态, 层间的粘结情况、层间可能存在的间隙以及界面层的平整性等都可能影响到声波在界面层的反射与透射,从而影响到分层高分子材料的吸声性能; Samir[12]等对由多孔材料和粘弹材料组成的多层复合结构吸声性能进行了实验研究和理论分析, 并讨论了材料的性能参数变化对其吸声性能的影响。所有这些多层复合结构涉及的都是平面界面, 对于多层复合结构界面不是平面的情况研究较少[13-14], 如Chen[12]等研究了由不同表面形状的多孔材料和穿孔板组成的复合结构吸声体的吸声性能。他们只研究了多孔材料表面形状变化对吸声性能的影响机理, 而没有涉及内部界面形状变化对复合结构吸声性能的影响。目前对于内部界面形状变化的分层消声覆盖层声特性的研究还未见报道。

　　本文主要研究由不同界面形状组成的分层消声覆盖层的吸声性能。制备了三角形、半圆形、矩形和平面形等不同界面形状的分层消声覆盖层, 按 GB/T3674-1995 标准, 在中船总舰船总体性能试验检测中心驻波声管中测试其水声吸声性能。

　　2 实验部分

　　2.1 试样的制备

　　本文所研究的不同界面形状分层消声覆盖层是由三层不同的聚氨酯复合材料A、B、C组成, 各层材料的性能参数如表1所示, 各试样剖面图如图1所示。图中L=20mm, L′=10mm分别为界面形状基线长度, h=5mm为界面形状高度, H=15mm为各层聚氨酯材料的平均厚度。为讨论方便, 将三层复合结构中只有一个界面形状发生变化的称为单层界面形状变化, 如图1中GB-2、GB-4、GB-5、GB-6所示。其中GB-2、GB-4和GB-6界面形状基线长度L及界面形状高度相同, 只是界面形状不同。GB-5和GB-6界面形状及界面形状高度相同, 只是界面形状基线长度不同, GB-5的界面形状基线长度小于GB-6的界面形状基线长度; 三层复合结构中两个界面都有形状变化的称为双层界面形状变化, 如GB-1、GB-7和GB-8所示, 其中GB-1、GB-7和GB-8下层界面形状与GB-6相同, 上层界面形状分别与GB-4、GB-5和GB-6的界面形状相同。