ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ ПАНЕЛЬ

Полезная модель относится к гидроакустике и предназначена для облицовки стенок гидроакустических измерительных бассейнов, работающих в ультразвуковом диапазоне волн.
Известна гидроакустическая звукопоглощающая панель в виде пластины, из резиноподобного материала и состоящее из звукоотражающего слоя с цилиндрическими воздушными полостями, оси которых перпендикулярны к плоскости пластины, полости по наружным торцам загерметизированы слоем монолитной резины, а открытыми торцами герметично установлены на экранируемую конструкцию (В.Е. Глазанов "Экранирование гидроакустических антенн", Л., Судостроение, 1986 г., с. 58).
Указанное устройство обладает высокой звукоизолирующей способностью, но из-за плохого согласования ее входного акустического сопротивления с характеристическим сопротивлением водной среды в широком диапазоне частот имеет место значительное отражение падающей на панель звуковой волны, например, сигнала гидролокатора, что обусловливает поглощение лишь незначительной доли звука внутри панели.
Наиболее близким по технической сущности аналогом предлагаемой полезной модели является гидроакустическая звукопоглощающая панель, выполненная в виде пластины из резины или резиноподобного вещества с закрытыми воздушными полостями произвольной формы и размеров [Болгов В.М., Плахов Д.Д., Яковлев В.Е. Акустические шумы и помехи на судах. Л.: Судостроение, 1984, с. 116]. Звукопоглощение в такой панели обусловлено резонансными свойствами воздушных полостей. Она позволяет добиться удовлетворительного звукопоглощения при толщине в несколько сантиметров в широком диапазоне частот. Недостатком прототипа остается высокий коэффициент отражения ультразвуковой волны и, следовательно, низкий противогидролокационный эффект, то есть низкая эффективность при использовании для поглощения падающей ультразвуковой волны.
отр
пад
Отношение интенсивности отраженной волны J к интенсивности падающей волны J носит название коэффициента отражения R.
Уменьшение коэффициента отражения обеспечивается согласованием акустического сопротивления покрытия с акустическим сопротивлением окружающей среды. Прошедшая внутрь панели волна рассеивается и затухает. Однако, поскольку воздушные полости в устройстве-прототипе обладают слабо выраженными резонансными свойствами и добротность их низка, они рассеивают энергию падающего на них акустического излучения с низкой эффективностью. Невысокий противогидролокационный эффект обусловлен также невозможностью согласования акустических сопротивлений из-за наличия воздушных полостей.
Техническая задача, решаемая в заявленном устройстве, состоит в повышении противогидролокационного эффекта за счет уменьшении коэффициента отражения звуковой волны.
min
max
Поставленная техническая задача решается тем, что в гидроакустической звукопоглощающей панели, представляющей собой пластину из резины или резиноподобного материала, пластина выполнена из материала с открытой пористой структурой, при этом она пропитана резинобитумной смесью с переменной плотностью пропитки ρ от минимальной ρ на поверхности до максимальной ρ у монтажной внутренней стороны. При этом зависимость ρ(r) плотности пропитки ρ от расстояния r, отсчитываемого от внешней стороны панели, такова, что на внешней стороне панели (r=0) значение ρ=0 и производная .
На фиг. 1 показан график зависимости плотности пропитки ρ от расстояния r, отсчитываемого от внешней стороны панели (d - толщина панели).
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем. При падении ультразвукового излучения на границу двух сред часть энергии проникает и начинает распространяться в новой среде, а другая отражается от границы сред. Коэффициент отражения ультразвуковой волны определяется разностью величин акустического сопротивления граничащих друг с другом сред. Чем больше различие акустического сопротивления сред, тем больше отражение. Величина коэффициента отражения зависит от различия плотностей и упругих свойств сред 1 и 2 и равна (при нормальном падении)
1
2
1
2
1
2
2
2
Здесь z и z - акустическое сопротивление сред 1 и 2, ρ и ρ - плотности сред 1 и 2; ν и ν - скорости распространения волны в 1-ой и 2-ой средах соответственно. Если акустические сопротивления сред 1 и 2 сильно отличаются друг от друга, то R≈1, то есть практически вся энергия падающей волны отражается обратно в первую среду. Так, например, обстоит дело на границе воздуха (z≈0,0043 кг/м сек) с водой (z≈1,5 кг/м сек) или с большинством твердых и жидких сред. Если среды имеют различные плотности, но одинаковое акустическое сопротивление - отражения ультразвука не будет. Амплитуда и энергия прошедшей во вторую среду волны при ее распространении уменьшаются за счет поглощения волны средой, которая при этом нагревается. Степень поглощения может быть охарактеризована коэффициентом поглощения, который определяется свойствами среды. Коэффициент поглощения велик в вязких средах. Так, интенсивность ультразвуковых волн частотой 0,8 МГц уменьшается в два раза при проникновении в мышечную ткань человека на 3-6 см. При наличии закрытых пор, наполненных воздухом, размер которых больше длины волны, на этих порах возникает отражение волны вследствие резкого скачка акустического сопротивления.
3
Для уменьшения отражения ультразвуковой волны от стенок подводного объекта предлагается звукопоглощающую панель, представляющую собой пластину из резины или резиноподобного материала, выполнить из материала с открытой пористой структурой, создающей акустический лабиринт для падающей волны. Поры его при этом заполнены водой, что уменьшает коэффициент отражения на границе двух сред. Для поглощения прошедшей внутрь пластины волны она пропитана вязкой резинобитумной смесью. Эту смесь разбавляют уайт-спиритом или сольвентом до полужидкого состояния и производят пропитку пористого материала, в качестве которого может быть применен поролон или пористая резина. Пропитку производят с переменной плотностью ρ, которая плавно возрастает от минимального значения на внешней стороне пластины, соприкасающейся с водой, до максимального на внутренней монтажной стороне пластины. Плотность пропитки ρ определяется как масса резинобитумной смеси, приходящаяся на единицу объема пластины (г/см). Это позволяет достичь хорошего согласования звукопоглощающей панели с водой по акустическому сопротивлению и минимизировать коэффициент отражения. Отсутствие закрытых пор, наполненных воздухом, улучшает согласование по акустическому сопротивлению панели с внешней средой. Наилучшее согласование достигается в том случае, когда зависимость ρ(r) плотности пропитки ρ от расстояния r, отсчитываемого от внешней стороны панели, такова, что на внешней стороне панели (r=0) значение ρ=0 и производная  (фиг. 1), то есть на внешней стороне панели отсутствует не только скачок акустического сопротивления, но и скачок его градиента.
Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в увеличении противогидролокационного эффекта за счет уменьшения отражения волны от звукопоглощающей панели на ее внешней границе и увеличения поглощения волны в вязком материале пропитки панели.