УПРАВЛЯЕМОЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ
CONTROLLED HYDRO-ACOUSTIC COATING

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики, а именно - к средствам гидроакустической защиты - гидроакустическим покрытиям (ГАП), и может быть преимущественно использовано для обеспечения снижения уровней первичного и вторичного полей защищаемого объекта в воде при воздействии гидростатического давления.
Одним из способов снижения уровней шума и вибрации, производимых различного рода оборудованием, является применение вибро-звукоизолирующих устройств, выполняемых, как правило, из эластичных резиноподобных материалов, содержащих воздушные полости, являющиеся акустическими элементами.
В области гидроакустики известен ряд устройств, например патент 2431891 «Пластина гидроакустической защиты». Пластина, имеющая акустический слой из высокоэластичного материала, пронизанный равномерно расположенными по площади пластины каналами переменного сечения, герметически закрытыми с наружной и внутренней сторон защитными слоями, упомянутые каналы заполнены вспененным высокоэластичным материалом. Выполнение каналов пластины с заполнением пористым высокоэластичным материалом уменьшает деформации основного высокоэластичного материала пластины при повышенных гидростатических давлениях, что предотвращает схлопывание каналов, приводящее к потере акустической эффективности покрытия.
Наиболее близким по технической сущности аналогом предлагаемого изобретения является патент №2340012 «Гидроакустическое покрытие». В качестве основных армирующих элементов, обеспечивающих эффективность указанной конструкции, используются слои эластомерного материала с воздушными полостями, благодаря которым обеспечивается поглощение звуковой волны. Применение в гидроакустических покрытиях армирующих элементов связано с возможностью обеспечивать стабильность состояния воздушных полостей при воздействии внешних сил, направленных на их сжатие. Кроме того, данные элементы направлены на повышение эксплуатационных характеристик покрытий.
Недостатками перечисленных патентов является то, что они не обеспечивают должный уровень акустической эффективности при повышенных гидростатических давлениях и их специальными акустическими параметрами невозможно управлять.
Наиболее близким по технической сущности аналогом предполагаемого изобретения - его прототипом является патент 2596834 «Способ изготовления вибро-звукоизолирующего устройства и вибро-звукоизолирующее устройство, получаемое по этому способу, а также армирующий элемент, используемый в этом устройстве», который включает образование воздушной полости в упругодиссипативном элементе из резиноподобного материала. Полость перекрывают армирующими элементами. Армирующие элементы выполняются в виде выпуклых элементов. Элементы по центральной части соединяют общим стержнем. Образованные полости закрывают крышкой. Армирующие элементы и общий стержень выполняют за одно целое из наполненного стеклопластиком полиамида.
Недостатками известного устройства, принятого за прототип являются:
- отсутствие возможности управления акустическими параметрами покрытия;
- вибро-звукоизолирующее устройство и армирующий элемент, используемый в этом устройстве, будучи использованы в качестве составной части гидроакустического покрытия, обладают недостаточной эффективностью при повышенных гидростатических давлениях из-за сплошной площади контакта по верхней и нижней плоскостям цилиндрической полости;
- передача части звуковой энергии от источника шума и вибрации в окружающую среду, что обусловлено невысоким коэффициентом механических потерь используемого для его изготовления материала и конфигурацией армирующих элементов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание нового управляемого гидроакустического покрытия с достижением следующих технических результатов: управления акустической эффективностью конструкции, уменьшение доли звуковой энергии, передаваемой от источника шума и вибрации в окружающую среду.
Другими техническими результатами являются:
- создание технологии изготовления управляемого гидроакустического покрытия;
- повышение акустической эффективности в поглощающих покрытиях, применяемых для снижения уровней шума объекта, находящегося в воде под воздействием гидростатического давления;
- повышение прочности и уменьшение массы с сохранением пьезостабильности работы;
- использование конструкции армирующего элемента, повышающую точность его изготовления и обуславливающую более высокие эксплуатационных характеристик покрытий.
Технический результат обеспечивается тем, что управляемое гидроакустическое покрытие, представляющее собой герметичную пластину из резиноподобного материала, содержащего воздушные полости, отличающееся тем, что пластина выполнена их двух элементов - верхнего и нижнего, соединенных между собой через слой рулонной резины с вертикальными полостями без армирующих элементов на верхнем элементе и цилиндрическими полостями с армирующими элементами типа «рюмка сакэ» на нижнем элементе, имеющими минимальную площадь контакта с верхней и боковой стенками полости, с проходящими между цилиндрическими и вертикальными полостями горизонтальными воздушными каналами по всей длине элемента на расстоянии не менее диаметра канала.
А также, верхний и нижний элементы и рулонная резина выполнены из акустической резины с добавлением трансполинорборнена с содержанием 5-30 мас. ч.
А также, не менее 50% объема воздушных полостей и каналов имеет управляемое внутреннее давление.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 изображено поперечное сечение управляемого гидроакустического покрытия,
где:
1 - воздушные полости;
2 - горизонтальные воздушные каналы;
3 - армирующий элемент;
4 - разделительный слой из рулонной резины;
5 - верхний элемент;
6 - нижний элемент;
На фиг. 2 представлен вид управляемого гидроакустического покрытия в продольном сечении по плоскости сечения воздушного канала и армирующих элементов.
Устройство работает следующим образом, обеспечивая высокую звукоизоляцию и эффективность по отражению при повышенных гидростатических давлениях. При действии высокого внешнего гидростатического давления воздушные каналы и создаваемое управляемое противодавление в каналах препятствует их схлопыванию, одновременно оставляя стенки воздушных полостей и каналов эластичными. При этом создаются оптимальные условия для поглощения энергии падающей акустической волны в широком диапазоне частот.
Было проведено экспериментальное сопоставление эффективности по звукоизоляции образцов предложенного управляемого гидроакустического покрытия и прототипа. Для этого в гидроакустической трубе и бассейне переменного давления измерялась акустическая эффективность соответствующих образцов и крупномасштабных макетов размером 1,4×1,8 м, толщиной, равной толщине покрытия-прототипа при гидростатическом давлении свыше 3 МПа в рабочем диапазоне частот.
В таблице 1 представлены прочностные и акустические характеристики прототипа и предлагаемого управляемого гидроакустического покрытия.
Из таблицы 1 видно, что предлагаемое управляемое гидроакустическое покрытие обеспечивает повышенную звукоизоляцию и эффективность по отражению по сравнению с прототипом при гидроакустическом давлении свыше 3 МПа в рабочем диапазоне частот. С возрастанием гидростатического давления преимущество предлагаемого управляемого гидроакустического покрытия увеличивается. Одновременно при постоянном гидростатическом давлении можно управлять акустическими параметрами покрытия.
Эффективность предлагаемой конструкции экспериментально подтверждена в лабораторных условиях.
Предлагаемая конструкция показала преимущество по акустической эффективности при повышенном гидростатическом давлении по сравнению с покрытием-прототипом, что позволяет рекомендовать использовать его как эффективное средство гидроакустической защиты.
Таким образом, за счет использования новой конструкции гидроакустического покрытия достигается управление акустической эффективностью конструкции, уменьшение доли звуковой энергии, передаваемой от источника шума и вибрации в окружающую среду, что выгодно отличает его от прототипа.