一种气囊结构及含该结构的水深自适应型气基消隔声装置的制作方法

1.本发明涉及潜航器噪声控制技术领域，特别是涉及一种气囊结构以及利用气囊结构的水深自适应型气基消隔声装置。


背景技术：

2.潜航器作为维护国家安全和发展利益的战略装备，须具备良好的隐蔽性能以规避反潜技术的跟踪定位和武器的攻击。而对潜航器水下工作噪声的控制效果则决定了其隐蔽性能的优劣。因此对潜航器进行系统噪声控制，以提高其隐蔽性，进而提高生存能力和战斗力，有着重大的军事意义。
3.根据实际工作特点，动力源噪声成为潜航器噪声控制研究的重要对象。当前针对动力源噪声的控制措施一般为在动力源外壳体上敷设阻尼吸声材料，但这一方案有明显的缺点，即：所敷设的吸声材料不能较好适应深水环境中的外部压力变化，对动力源安装布置要求较高，所需安装空间大，消声效果较差。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种气囊结构以及含该结构的水深自适应型气基消隔声装置，能够在潜航器航行至不同水深位置时，通过装置中海水、气囊、气囊壳体、海水的间隔布置方式和对气囊的充排气控制，满足在潜航器航行至不同水深位置时有效实现潜航器动力源的噪声控制。
5.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
6.一种气囊结构，所述气囊结构包括气囊壳体和容纳于气囊壳体内的气囊，所述气囊壳体朝向噪声源的一侧面上设置若干微穿孔，所述微穿孔连通气囊壳体和气囊之间的空间；所述气囊壳体背向噪声源的一侧设置充排气孔，所述充排气孔连通气囊。
7.优选地，所述微穿孔的孔径为0.5mm～5mm。
8.优选地，所述气囊壳体朝向噪声源的一侧面上微穿孔的穿孔率为20％～60％。
9.优选地，所述气囊的壁厚为1mm～3mm。进一步优选地，厚度为2mm。
10.优选地，在气囊壳体和气囊之间的边角位置设置气囊边角缓冲条。用于保护气囊被气囊壳体损坏。
11.优选地，所述气囊边角缓冲条的制作材料为橡胶。所述气囊壳体的制作材质为铝合金或钛合金。
12.本发明还提供了一种水深自适应型气基消隔声装置，所述气基消隔声装置包括高压气瓶、第一截止阀、第一压力变送器、第一电磁阀、调压阀、第二电磁阀、第一单向阀、第二压力变送器、气囊结构、第三压力变送器、第三电磁阀、空压机、第四压力变送器、第二单向阀和第二截止阀；
13.所述高压气瓶上设有第一截止阀，第一截止阀通过气体管路与第一压力变送器和第一电磁阀连接，第一电磁阀通过气体管路与调压阀连接，调压阀通过气体管路与第二电
磁阀连接，第二电磁阀通过气体管路与第一单向阀连接，第一单向阀与第二压力变送器和气囊结构连接，气囊结构与第三压力变送器和第三电磁阀连接，第三电磁阀通过气体管路与空压机连接，空压机与第四压力变送器和第二单向阀连接，第二单向阀通过气体管路连接到第一电磁阀和调压阀之间的管路上，在第二单向阀之后的管路上装有第二截止阀。
14.本发明中，所述气囊结构的数量为一个或一个以上，气囊结构呈环形包裹噪声源，噪声源与气囊壳体之间为环境液体，环境液体可经微穿孔与气囊接触。气囊壳体内侧距噪声源的距离为50～200mm，优选为80mm。
15.本发明中，气囊结构的数量可以根据需要选择，当噪声源体积过大时，选用多个气囊结构，多个气囊结构组合后呈环形将噪声源包裹在内，使噪声源处于中心位置，可以更好的消除噪声。
16.本发明中，第一单向阀和第三电磁阀均通过气体管路与气囊结构的充排气孔连通。
17.本发明中，气基消隔声装置周向包裹推进器(含电机)等噪声源，气囊减振降噪原理在于在噪声源和气囊之间采用微穿孔的气囊壳体，利用壳体板与气囊形成的微穿孔结构，消耗吸收水下包裹噪声源的辐射声能量，同时利用空气层形成的隔振装置，降低脉动水压向外的辐射，起到良好的能量消耗及隔声效果，从而实现减振降噪。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.当潜航器航行于不同水深位置时，通过对装置中不同部分气体压力值的比较，实现对气囊快速充气补压或排气泄压，并将排出的气体压缩到高压气瓶中，实现对气体的循环利用，同时保证气囊始终紧贴于内外气囊壳体，具有足有多的气体实现隔声。
20.本发明具有适应不同水深环境，结构简单紧凑、消隔声效果好等优点。
附图说明
21.图1为本发明实施例1气囊结构的结构示意图；
22.图2为本发明实施例1水深自适应型气基消隔声装置的结构示意图；
23.图3本发明实施例1的comsol声功率计算模型；
24.图4本发明实施例1的comsol仿真声功率降低量。
25.附图标记：
26.1、气囊壳体；2、边角缓冲条；3、气囊；4、噪声源；5、高压气瓶；6、第一截止阀；7、第一压力变送器；8、第一电磁阀；9、调压阀；10、第二电磁阀；11、第一单向阀；12、第二压力变送器；13、气囊结构；14、第三压力变送器；15、第三电磁阀；16、空压机；17、第四压力变送器；18、第二单向阀；19、第二截止阀；20、微穿孔；21、充排气孔。
具体实施方式
27.下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.实施例1
29.如图1和图2所示，一种水深自适应型气基消隔声装置，所述气基消隔声装置包括高压气瓶5、第一截止阀6、第一压力变送器7、第一电磁阀8、调压阀9、第二电磁阀10、第一单向阀11、第二压力变送器12、气囊结构13、第三压力变送器14、第三电磁阀15、空压机16、第
四压力变送器17、第二单向阀18和第二截止阀19；
30.所述高压气瓶5上设有第一截止阀6，第一截止阀6通过气体管路与第一压力变送器7和第一电磁阀8连接，第一电磁阀8通过气体管路与调压阀9连接，调压阀9通过气体管路与第二电磁阀10连接，第二电磁阀10通过气体管路与第一单向阀11连接，第一单向阀11与第二压力变送器12和气囊结构13连接，气囊结构13与第三压力变送器14和第三电磁阀15连接，第三电磁阀15通过气体管路与空压机16连接，空压机16与第四压力变送器17和第二单向阀18连接，第二单向阀18通过气体管路连接到第一电磁阀8和调压阀9之间的管路上，在第二单向阀18之后的管路上装有第二截止阀19。
31.本实施例中选用的气囊结构为一个(也可根据噪声源的体积大小决定采用的气囊结构的个数，比如三个、四个或多个等)，所述气囊结构13为环形，将噪声源4在内，噪声源处于环形的中心位置，噪声源4与气囊壳体1之间为环境液体(比如海水等)，环境液体可经微穿孔与气囊接触。
32.本实施例的气囊结构包括气囊壳体1和容纳于气囊壳体1内的气囊3，所述气囊壳体1朝向噪声源的一侧面上设置若干微穿孔20，所述微穿孔20连通气囊壳体和气囊之间的空间；所述气囊壳体1背向噪声源的一侧设置充排气孔21，所述充排气孔21连通气囊3。
33.所述微穿孔20的孔径为0.5mm～5mm。所述气囊壳体1朝向噪声源的一侧面上微穿孔的穿孔率为20％～60％。所述气囊3的壁厚为2mm。在气囊壳体1和气囊3之间的边角位置设置气囊边角缓冲条2。气囊壳体内侧距噪声源的距离为80mm；所述气囊边角缓冲条2的制作材料为软橡胶。所述气囊壳体1的制作材质为铝合金或钛合金。
34.本发明的具体工作方式如下：
35.当潜航器处于水面时，高压气瓶5对气囊3预充气0.5mpa，使气囊3紧贴于气囊壳体1内外侧内壁。
36.在这一过程中，第一电磁阀8和第二电磁阀10开启，第三电磁阀15关闭，高压气体经调压阀9、第一单向阀11进入气囊；当第二压力变送器12测得的气囊压力等于0.5mpa时，第二电磁阀10关闭，气囊预充气完成，气囊3紧贴于气囊壳体1内外侧内壁。此时环境液体通过气囊壳体1内侧的孔与气囊3接触。噪声源4工作时产生噪声，当噪声源声压打到气囊3上时，利用微穿孔结构，消耗吸收水下包裹噪声源的辐射声能量，同时利用空气层形成的隔振装置，降低脉动水压向外的辐射，将噪声隔离在气腔空间，起到良好的能量消耗及隔声效果。
37.当潜航器下潜或上浮时，若第三压力变送器14测得的水压压力不大于0.5mpa，则整个装置仍如前述状态工作。
38.当潜航器持续下潜，其所处位置水压持续增大，有导致气囊收缩变小的趋势。当第三压力变送器14测得的水压压力大于0.5mpa时，若第二压力变送器12测得的气囊3压力与第三压力变送器14测得的水压压力差值不大于0.1mpa时，第二电磁阀10开启，气囊3补气，至上述差值不大于0.3mpa时，第二电磁阀10关闭；保证气囊3对气囊壳体1有0.1mpa
‑
0.3mpa的正压力，使气囊3始终紧贴气囊壳体1内侧，保持正常工作；
39.当潜航器持续上浮，其所处位置水压持续减小，有导致气囊膨胀变大的趋势。当第三压力变送器14测得的水压压力大于0.5mpa时，若第二压力变送器12测得的气囊3压力与第三压力变送器14测得的水压压力差值大于0.5mpa时，第三电磁阀15开启，气囊3排气，至
上述差值大于0.3且不大于0.5mpa时，第三电磁阀15关闭；保证气囊3对气囊壳体1有0.3mpa
‑
0.5mpa的正压力，使气囊3始终紧贴气囊壳体1内侧，保持正常工作。
40.在气囊3排气过程中，若第四压力变送器17测得空压机16所在腔体压力值大于0.3mpa时，空压机16启动，当第四压力变送器17测得空压机16所在腔体压力值小于0.1mpa时，空压机16停止工作；空压机16将气囊所排气体经第二单向阀18压回高压气瓶5，完成气体的循环回收。
41.下面以球声源降噪分析方法，采用商业软件comsol建模分析降噪量，采用二维轴对称模型分析降噪效果，模型如图3所示：
42.模型中气基消隔声装置包围中心的球声源，球声源表征电机或者螺旋桨等声源，该结构具有进口、出口，代表入流口和出流口，用球形水域包裹声源，同时用完美匹配层截断计算域，表示无限流场。分别计算有气基消隔声装置包裹与没有气基消隔声装置包裹声源的声功率积分面上的总声功率。有气基消隔声装置包裹与没有气基消隔声装置包裹可以采用改变介质的形式实现，没有气基消隔声装置时介质为水。球声源输入相同体积速度，没有气基消隔声装置包裹时总声功率对有气基消隔声装置包裹时总声功率的对数比值表征降噪量：
43.图4为计算的降噪量，可以看出在分析频带取得了很好降噪效果，实现了微穿孔气基消隔声装置的降噪效果。
44.本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
45.最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。