ПОДВОДНОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК G10K11/00 

Изобретение относится к системам звукопоглощения и может быть использовано в судостроении для создания высокоэффективного звукопоглощения с требуемой частотой поглощения.

Известно звукопоглощающее резиновое покрытие с воздушными порами. Непрозрачность такого покрытия обеспечивается благодаря наличию воздуха в порах резины [1]
Недостатком аналога является низкая эффективность звукопоглощения покрытий, выполненных в виде листа резины с воздушными порами, поскольку воздушные поры, как правило, обладают слабо выраженными резонансными свойствами. Добротность газовых полостей низка, резонансные размеры их, как правило, значительно различаются, поэтому они рассеивают энергию падающего на них акустического излучения в широкой полосе частот, но с низкой эффективностью.

Из известных технических решений наиболее близким является резонансное покрытие, которое выполняется из двух слоев резины, наносимых на звукоизолируемую поверхность. Промежуточный слой резины имеет большое количество отверстий, заполненных воздухом. Резонансные колебания системы вызывают существенное поглощение падающего звука при малых толщинах резонансных слоев [2]
Недостатком прототипа является то, что такое поглощение может быть получено в узких частотных диапазонах, при этом частоту резонансного поглощения такой звукопоглощающей системы невозможно плавно перестраивать в широком диапазоне частот, поскольку для этого пришлось бы плавно изменять диаметр отверстий в резине. Кроме того, прототип, как и аналог, в силу малой добротности газовых полостей обладает небольшой эффективностью звукопоглощения.

Целью изобретения является снижение уровня подводного шума, обусловленного работающими на судах механизмами и гребными винтами, что обеспечивается созданием и использованием звукопоглощающего покрытия с регулируемой частотой.

Целью изобретения является повышение эффективности звукопоглощения на заданной частоте в низкочастотном диапазоне.

Цель достигается за счет того, что звукопоглощающее покрытие, содержащее два слоя резины, которые нанесены путем склеивания на звукоизолируемую поверхность, причем второй слой выполнен из перфорированной резины, введены третий слой резины, наклеенный на второй слой, источник сжатого газа, манометр, первый и второй вентили, соединенные между собой гибким газопроводом, при этом первый слой выполнен из тонкой эластичной резины, на поверхности второго слоя, контактирующей с третьим слоем, выполнена система газопроводящих канавок, соединяющих все отверстия, а расстояние между центрами соседних отверстий выбрано меньшим или равным одной сотой длины волны, соответствующей нижней частоте заданного частотного диапазона поглощения, причем источник сжатого газа соединен с системой газопроводящих канавок через первый вентиль, выход которого соединен с входом манометра и второго вентиля.

Возможность достижения технического результата обусловлена следующими теоретическими выводами и результатами экспериментальных исследований. Известно, что существенное поглощение падающего звука при малых толщинах резиновых слоев возможно лишь при резонансных колебаниях звукопоглощающей системы. Так, покрытие "Альберих" при толщине 4 мм обеспечивает поглощение 99% падающей на него звуковой энергии в диапазоне 9-10 кГц [2] Однако эффективность такого покрытия, выбранного в качестве прототипа, на низких частотах мала, поскольку диаметр отверстий в перфорированной резине на этих частотах резко возрастает. Резонансные свойства, добротность такой системы снижаются, а толщина такого покрытия существенно возрастает. Известно также, что газовые пузырьки с размерами, резонансными частоте облучающего их акустического излучения, эффективно рассеивают и поглощают энергию падающих на них звуковых колебаний, при этом поперечное сечение рассеяния пузырька, резонансного частоте облучающего его акустического излучения, в 2,16x10⁴ раз больше его геометрического сечения. Кроме того, размеры пузырьков, резонансных частоте акустического излучения, существенно меньше его длины волны в жидкости. Так, воздушный пузырек в радиусом R_о ≈ 11 мм резонансен частоте f_о облучающего его излучения, равной 300 Гц, а длина волны акустического излучения в воде λ_o на этой частоте составляет ≈ 5 м. Предлагаемое резонансное звукопоглощающее покрытие, состоящее из слоя надуваемых монорадиусных газовых пузырьков с тонкостенной эластичной резиновой оболочкой с размерами, резонансными частоте облучающего их акустического излучения (например, 300 Гц), которые располагаются в непосредственной близости друг от друга в одной плоскости, при толщине покрытия, не превышающей 30-10 мм (резонансный диаметр одного пузырька ≈ 22 мм), позволяет эффективно поглощать энергию звуковых колебаний на такой достаточно низкой частоте, значение которой можно плавно изменять, изменяя размеры надуваемых газом пузырьков. Модельные экспериментальные исследования на высоких частотах в диапазоне 3-30 кГц, выполненные для слоя из монорадиусных газовых пузырьков, резонансных частоте облучающего их акустического излучения, которые формировались с помощью электролиза на поверхности токопроводящей звукопроводящей пластины, подтверждают возможность создания эффективного резонанс- ного звукопоглощающего покрытия на низких частотах. Величина звукопоглощения в модельных экспериментах составляла 30-50 дБ, кроме того, подавая на электролизные пластины импульсное напряжение с различной длительностью и амплитудой, возможно было управление частотой звукопоглощения, которая уменьшилась с ростом пузырьков. Формирующийся в эксперименте слой пузырьков состоял практически из одинаковых по размерам (монорадиусных) пузырьков, которые располагались в одной плоскости так близко друг к другу, что соседние пузырьки соприкасались друг с другом. С учетом этого расстояние между соседними отверстиями в перфорированном слое резины выбирается так, чтобы надуваемые газом эластичные резиновые пузырьки практически соприкасались друг с другом, при этом их размеры были бы резонансны нижней частоте их заданного частотного диапазона звукопоглощения. Этому условию из приведенных выше оценок будет соответствовать расстояние l между центрами соседних отверстий в перфорированном слое резины, меньшее или равное 0,01 λ_н, где λ_н длина волны в жидкости с нижней частотой заданного частотного диапазона звукопоглощения.

На фиг. 1 приведена конструкция звукопоглощающего покрытия; на фиг. 2 схема подключения покрытия к источнику сжатого газа.

Подводное звукопоглощающее устройство с регулируемой частотой поглощения содержит первый эластичный тонкий слой 1 резины, второй промежуточный перфорированный слой 2 резины, через все отверстия 3 которого проходит система газопроводящих канавок 4, третий слой 5 резины, которые плотно контактируют между собой, например, посредством склеивания или вулканизации. Расстояние между центрами отверстий 3 l в перфорированном слое резины 2 меньше или равно 0,01 λ_н, где λ_н длина волны в жидкости с нижней частотой заданного частотного диапазона звукопоглощения. Источник 6 сжатого газа соединен через первый вентиль 7 посредством гибкого газопровода 8 с вводами манометра 9, второго вентиля 10 и системой газопроводящих канавок 4.

Устройство эксплуатируется следующим образом. Сжатый газ (например, водород) с вывода источника 6 сжатого газа через первый вентиль 7, с помощью которого регулируется давление сжатого газа, по газопроводу 8 подается на вводы манометра 9, второго вентиля 10 и в систему газопроводящих канавок 4. Под воздействием давления сжатого газа, контролируемого манометром 9, который поступает через систему газопроводящих канавок 4 к отверстиям 3, тонкая эластичная резина 1, закрывающая отверстия 3 в перфорированном слое резины 2, растягивается и на всей поверхности звукопоглощающего покрытия, соприкасающегося с водой, формируется (выдувается) слой из практически монорадиусных газовых пузырьков, размеры которых зависят от давления сжатого газа и могут регулироваться с помощью первого 7 и второго 10 вентилей. Так, при закрытом втором вентиле 10 с помощью первого вентиля 7 возможно регулирование размеров надуваемых сжатым газом пузырьков только в сторону увеличения (уменьшения резонансной частоты звукопоглощающего покрытия), а при закрытом первом вентиле 7 с помощью вентиля 10 возможно регулирование размеров надутых пузырей только в сторону уменьшения (увеличения резонансной частоты звукопоглощения) за счет выпуска газа и уменьшения его давления. Сформировавшийся слой практически монорадиусных пузырьков (слоев может быть несколько, и не только с одинаковыми пузырьками, но и с различными по размерам пузырьками, резонансными различным частотам, которые располагаются параллельно друг другу поперечно направлению распространения акустического излучения), размеры которых резонансны заданной частоте (заданным частотам) акустического излучения (размеры пузырьков возможно определять по величине давления сжатого газа, контролируемого манометром 9), эффективно рассеивает и поглощает энергию падающего на него (на них) акустического излучения с заданной частотой (с заданными частотами).

Использование: техническая акустика, в частности звукопоглощение в судостроении. Сущность изобретения: подводное регулируемое звукопоглощающее устройство содержит первый и второй слои резины, плотно контактирующие друг с другом. Второй слой выполнен из перфорированной резины. В него введены третий слой резины, наклеенный на второй слой, источник сжатого газа, манометр, первый и второй винтики, соединенные между собой гибким газопроводом. При этом первый слой выполнен из тонкой эластичной резины, на поверхности второго слоя, контактирующей с третьим слоем, выполнена система газопроводящих канавок, соединяющих все отверстия, а расстояние между центрами соседних отверстий выбрано меньшим или равным одной сотой длины волны, соответствующей нижней частоте заданного частотного диапазона поглощения. Причем источник сжатого газа соединен с системой газопроводящих канавок через первый вентиль, выход которого соединен с входами манометра и второго вентиля. 2 ил.

ПОДВОДНОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый и второй слои резины, плотно контактирующие друг с другом, причем второй слой выполнен из перфорированной резины, отличающееся тем, что в него введены третий слой резины, наклеенный на второй слой, источник сжатого газа, манометр, первый и второй вентили, соединенные между собой гибким газопроводом, при этом первый слой выполнен из тонкой эластичной резины, на поверхности второго слоя, контактирующей с третьим слоем, выполнена система газопроводящих канавок, соединяющих все отверстия, а расстояние между центрами соседних отверстий выбрано меньшим или равным одной сотой длины волны, соответствующей нижней частоте заданного частотного диапазона поглощения, причем источник сжатого газа соединен с системой газопроводящих канавок через первый вентиль, выход которого соединен с входами манометра и второго вентиля.