超声波液位计阻抗渐变吸声结构解决了高损耗材料阻抗不匹配时的强反射和采用小损耗覆盖材料但需要很厚的
问题。对于阻抗渐变吸声结构,如何进行阻抗梯度的设计是关键,吸声结构的表面等效阻抗应与周围水介质的阻抗匹配,并且要尽量增加材料的声能损耗,这样才能减少声能的第一次和第二次反射。Emery[ 2 ]对水下吸声材料进行的研究中指出:在高频时,阻抗匹配可以减小反射系数;低频时,通过采用不同厚度、阻抗的多层结构,可以解决因各层界面反射波的干涉而出现反射峰值的问题,如图1所示;也可采用各层填料或空气含量逐渐变化来实现阻抗的多层渐变,达到减小反射的目的,如图2所示。Beretil等人[ 3 ]研究了在去耦涂层上面覆盖一层吸声涂层而制成的双层涂层,在不增加吸声材料厚度的情况下,能极大提高材料的低频吸声性能。Forest[ 4 ]选用粒度为80 μm和315 mm的二氧化硅气凝胶颗粒,并制成含阻抗匹配层和吸声层的双层吸声结构,研究结果表明,在低频范围内其吸声性能要高于相同厚度的均匀结构。国内也对梯度高分子材料在不同厚度及梯度阻抗情下的声衰减效果进行了大量的研究。关于纤维增强复合材料在潜艇声隐身结构中的应用,在国外已有30多年的历史,应用部位也由原来
的舵、翼等附体结构,发展到了潜艇非耐压壳体等主要结构上[ 5 ] 。利用比强度高、比刚度高、透声性能好、振动阻尼性能好、成型工艺简单的纤维增强复合材料表层和吸声高分子芯材制成的夹芯复合吸声结构,可以代替原有的“钢结构+吸声覆盖”的吸声结构[ 6 - 7 ] ,已成为未来水下目标声隐身结构的发展趋势,其中吸声芯材还可根据需要设计为多层形式。这种夹芯结构具有优异的振动阻尼和吸声性能,同时其力学性能可根据水下结构的承载在内部设计支撑,如图3示。文献[ 6 ]对类似的夹芯材料结构形式进行了介绍,指出通过合理选择内部吸声芯料及各层的配优化,可以同时获得良好的吸声性能和力学性能,这种夹芯复合吸声结构可直接代替钢结构作为水下目标壳板,改变了钢板外面敷设吸声覆盖层的传统吸声结构,从根本上解决了覆盖层脱落的问题。1988美国在“洛杉矶”级攻击型核潜艇上首次敷设了由玻璃纤维和聚氨脂组成的双层铝板固定式吸声结构,阻抗渐变复合吸声结构应用广泛,由于其结构形式简单,工艺成形性好,可通过结构的优化设计而获得较好的吸声效果。如在夹芯复合吸声结构中的芯材采用阻抗渐变设计,既可以应用于声学硬背衬的非耐压壳体、可拆板,也可以替代声学软背衬的舵、稳定翼、指挥台围壳等的壳板结构,从而实现承载和隐身的一体化。但由于壳板厚度定,还必须通过内部孔腔结构的设计而改善低频吸声性能。http://www.rlsonar.com/