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新材料及其应用

先进水下吸声阻尼材料——声子玻璃复合材料

1.技术介绍及特点 水下吸声阻尼材料是具有吸收声波、降低目标声特征信号、使水下潜器难以被发现和识别的功能材料。随着声科学与技术的发展和各学科的相互融合,水下吸声阻尼材料器件的应用也越来越广泛,在军用技术中有着极其重要的地位和迫切的需要。由于高机动性和隐蔽性,水下航行器成为当代军事技术中最具威慑力的水下武器装备之一。隐蔽能力是水下航行器的最重要性能,它对水下航行器的战技性能有着直接的、重要的影响。电磁场、声场、地磁场、水压力场等特征信号通常都可能使水下航行器暴露,但由于各种因素的限制,使声场成为最主要的目标特征。因此,水下航行器的隐蔽性主要归结为声隐身能力,它是提高水下航行器生存能力和战斗力的最有效手段。研究表明,水下航行器的声辐射每降低 6dB-10dB,敌方声呐作用距离将会降低 50%,己方声呐的作用距离可以提高一倍。 水下吸声阻尼材料不仅能够降低水下航行器目标强度,又可以抑制其辐射噪声,还可以用于降低声呐平台自噪声的综合技术,在水下航行器声隐身中有着广泛的应用。一方面它可以在宽频范围内对声波进行有效吸收,降低声呐回波和声目标特性,从而缩短敌方主动声呐的探测距离;另一方面利用材料自身的阻尼和隔声作用,减少自噪声向外辐射,实现水下航行器安静化。开发性能优异的新型水下吸声阻尼材料对我国海军装备发展和国防军工建设有着重要的现实意义。 相比较于传统的橡胶一类高分子材料,声子玻璃复合材料不仅具备优异的水下吸声性能,同时也具备了良好的力学特性,其综合性能先进性具体如下: 轻质:声子玻璃复合材料是由开孔泡沫铝材料与聚氨酯复合而成的,材料整体密度约为 1.4g/cm3,当设计为水下吸声阻尼元器件时,其密度可优化至1.1g/cm3,该密度远低于现有水声阻尼材料。 宽频强吸声性能:声子玻璃复合材料在常压下 500Hz-10kHz 内吸声系数大于 0.8,远宽于传统的水下吸声材料的吸声频带,可以覆盖现有声呐的吸声频段,实现无泄漏吸声。此外,相比较现役吸声材料,声子玻璃在低频表现出更好的吸声效果,其所需材料厚度远低于现有水下吸声材料。 耐压吸声性能:声子玻璃材料最高可以抵御 6MPa 的静水压力,且在该压力作用后能够恢复变形,该抗压性能远高于传统的橡胶一类的高分子材料。此外,同时对压力不敏感,在 3MPa 及 4.5MPa 压力下也获得了宽频强吸声,它突破了传统水下吸声材料耐压性能与吸声性能不能兼顾的矛盾。 良好的隔声性能:声子玻璃复合材料具备良好的隔声性能,在500Hz-10kHz 频率范围内最小隔声量 5dB,平均隔声量大于 20dB,使声子玻璃可以作为水下隔声材料用于声呐平台等部位。 优异的阻尼特性:相比较传统的船用阻尼材料,声子玻璃复合材料具有良好的阻尼性能,利用它可以与现有阻尼结构相结合制备处高阻尼、高强度的阻尼结构。 2.应用领域 XSW:声子玻璃复合材料具备良好的水下吸声性能与抗压能力,可开发为新型 XSW,可满足水下航行器在大潜深及复杂服役环境的应用需求。 铺板、基座等结构件:声子玻璃材料具备良好的阻尼特性及力学特性,它可以设计为新型轻质铺板和水下航行器基座,切断噪声的传播路径,降低机械声辐射。 SN 平台非透声界面:声子玻璃复合材料兼顾吸声性能的同时具备良好的隔声特性,这使其可以用于声呐平台等特殊部位,能够有效降低自噪声,提高 SN 设备灵敏度。