声学覆盖层低频隔声效果评估方法及测量装置设计

摘要

随着水下航行器低频声防护的需求，对声学覆盖层的声学性能提出了更高的要求。在低频条件下，水下航行器由耐压壳辐射的声波是以无规的方式入射至声学覆盖层，这使得常规利用平面波入射、反射系数公式等计算的隔声系数不能满足实际需要。在空气中已有成熟的材料的隔声效果测量方法及规范（ISO140-3:1995&GB/T19889.3-2005），但这些规范及方法均是在常压下进行，尚未涉及到加压环境。由于水下航行器经常在大深度条件下航行，在水下更关注的是加压条件下声学覆盖层的隔声效果。若按照这些方法及规范建立3MPa条件下的隔声测量装置，混响室的壁厚（以16MnR为例）需达到1200mm，在如此壁厚条件下，双混响室之间的耦合难以去除，而且加工周期和经费更是难以承受。 基于空气中的材料隔声效果的测量方法及规范，本文提出一种可在水下加压环境条件下测量声学覆盖层隔声效果的装置。该装置由声源室、试样室和接收室构成，通过在试样室加压，就可以实现隔声材料的加压。由于常压水和加压水的密度及声速几乎相同，该装置大大简化了试验测量的过程，例如不必考虑换能器的加压设计，以及非常方便进行空间声压级采集等。采用有限元法建立了相应的数值模型，对低频常压环境下的声学覆盖层隔声效果测试方法进行了计算，频率为10Hz-1000Hz。为能够在较小尺寸的混响箱进行更低频率的隔声效果测试，本文提出了采用力源激励的方法下拓混响箱的可测频率，并进行了数值验证。在数值计算分析中的隔声材料为钢块、钢块与橡胶的复合结构，并利用隔声定律解释了数值计算的结果。在此基础上，构建了一个小型的由玻璃制成的测量装置，首先，验证了采用力源下拓混响箱可测频率的方法;其次，分别对硅橡胶和普通橡胶板的隔声效果进行了测量，试验测量结果与材料的隔声定律吻合较好，表明:本文提出的水下声学覆盖层的隔声测量装置是可行的。最后，本文设计了可在高压环境下比较声学覆盖层的隔声效果的机械结构。 本文的研究成果为测量加压环境中声学覆盖层的隔声效果提供了一种装置及相关的测量方法，研究结果可为水下航行器的低频声隐身性能提供相应的技术支撑。