一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮

1.本发明属于一种智能减阻降噪蒙皮，更具体的说是一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构，属于节能减排、交通装备等领域。


背景技术：

2.潜航器在维护国家安全和海洋探测等方面有着极其重要的战略意义，快速性、续航能力等是评估潜航器性能的重要指标。而随着科学技术的不断发展，对潜航器的快速性、续航能力以及隐身特性都提出了更高的要求。因此如何提高潜航器的减阻降噪性能，成为了各国减阻降噪领域的研究热点。
3.当潜航器航速提高时，流体阻力及噪声会急剧增加，在潜航器壳体表面敷设蒙皮是降低潜航器阻力及噪声的有效手段之一，蒙皮可以有效抑制和吸收高速航行时湍流场的压力脉动，从而能够实现对阻力及噪声的有效控制。同时采用蒙皮技术所需的成本相对降低，因此该手段具有广阔的应用前景。


技术实现要素：

4.本发明是一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构，其目的在于满足潜航器的减阻降噪需求。该蒙皮能够通过控制舱内电磁一体导向壳体中电磁铁电流的大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，改变电磁铁与滑块间的距离，从而使得绳索带动可调张拉整体结构产生形变，改变蒙皮的刚度及阻尼特性，进而影响蒙皮表面周围的流场，控制边界层湍流相干结构，有效地降低潜航器在不同航速下的阻力及噪声。
5.本发明的目的是这样实现的：包括内侧柔性基底、可调张拉整体结构、外侧柔性表皮。所述内侧柔性基底与所述外侧柔性表皮之间是由多个可调张拉整体结构单元按照一定规律排布组成的中间层，所述可调张拉整体结构与所述内侧柔性基底及外侧柔性表皮之间为固定连接。此外，外侧柔性表皮上均布微小通孔，从而保证蒙皮内外压平衡。
6.作为优选：所述的内侧柔性基底、各层蜂窝结构、外侧柔性表皮均为聚氨酯材质。
7.作为优选：所述可调张拉整体结构单元包括三层蜂窝结构、绳索、滑块、电磁一体导向壳体及高压防水密封圈。其中，滑块由外部树脂类材料及内部铁芯组成。所述各层蜂窝结构之间采用固定连接、所述绳索与蜂窝结构、绳索与滑块之间均采用固定连接，所述电磁一体导向壳体和潜航器壳体之间采用螺纹连接、电磁一体导向壳体和高压防水密封圈之间采用螺纹连接。
8.作为优选：所述蜂窝结构材料为一种具有弹性阻尼特性的有机高分子材料，所述绳索材料为具有小变形，高强度的材料，所述滑块外部材料为表面光滑，不透磁的树脂类材料。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对低速、中速及高速三种典型航速，设计了三层尺寸及刚度互不相同的蜂窝结构，将该多层结构与绳索、滑块、电磁一体导向壳体及高压防水密封圈共同组成可调张拉整体结构单元，同时将多个按照一定规律排布
的可调张拉整体结构单元和上下柔性表面连接组成智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构。相较于刚度及阻尼不可改变的传统蒙皮，该蒙皮能够通过控制舱内电磁一体导向壳体中电磁铁电流的大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，改变电磁铁与滑块间的距离，从而改变蒙皮的形变量，进而调控蒙皮的刚度及阻尼特性，进而对流场激励产生更好的响应，控制边界层湍流相干结构，达到在不同巡航速度下始终保持良好的减阻降噪效果。响应迅速并具有优良可控性及稳定性，能够达到减阻降噪功能智能化的目的。此外该蒙皮具有多个可调结构参数，可以根据实际使用环境来进行定制，结构简单，易于制造。
附图说明
10.图1为本发明的结构示意图；
11.图2为图1中的可调张拉整体结构单元示意图；
12.图3为本发明的减阻特性示意图；
13.图4为本发明的降噪特性示意图；
14.图中标号说明：1.可调张拉整体结构单元，2.外侧柔性表皮，3.内侧柔性基底，4.潜航器壳体，5.，电磁一体导向壳体，6.滑块，7.高压防水密封圈，8.绳索，9.下层蜂窝结构，10.中层蜂窝结构，11.上层蜂窝结构，12.一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构，13.湍流激励，14.内部噪声，15.外部噪声。
具体实施方式
15.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
16.如图1所示，本发明所述的一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构，包括内侧柔性基底、可调张拉整体结构、外侧柔性表皮。内侧柔性基底3与外侧柔性表皮2之间由多个可调张拉整体结构单元1阵列填充，可调张拉整体结构分别与内侧柔性基底3和外侧柔性表皮2固定连接，从而构成一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构。
17.具体的，内侧柔性基底3与外侧柔性表皮2均为柔性、质地轻薄特点的聚氨酯材料制成。
18.结合图1和图2，对本发明的可调张拉整体结构进行说明，所述可调张拉整体结构单元包括三层蜂窝结构、绳索、滑块、电磁一体导向壳体及高压防水密封圈。所述各层蜂窝结构之间采用固定连接，所述可调张拉整体结构与所述内侧柔性基底及外侧柔性表皮之间采用固定连接，所述各层蜂窝结构之间采用固定连接，所述绳索与蜂窝结构、绳索与滑块之间均采用固定连接，所述电磁一体导向壳体和潜航器壳体之间采用螺纹连接、电磁一体导向壳体和高压防水密封圈之间采用螺纹连接。
19.具体的，各层蜂窝结构均采用聚氨酯材料，所述绳索材料采用具有小变形，高强度的材料，所述滑块外部材料为表面光滑，不透磁的树脂类材料。
20.本发明的工作原理：
21.结合图1和图2对本发明的可调张拉整体结构的功能进行说明。一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构12通过内侧柔性基底3贴附于潜航器壳体4外表面。当潜航器航速或潜深变化时，可通过控制舱内电磁一体导向壳体5中电磁铁电流的
大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，改变电磁铁与滑块间的距离，从而调控各层蜂窝结构的形变量，改变蒙皮的刚度和阻尼特性，进而对流场激励产生更好的响应，控制边界层湍流相干结构，确保良好的减阻降噪效果。相较于现有的减阻技术，具有更强的流场变化适应性。
22.结合图3对本发明的减阻特性进行说明。一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构12通过内侧柔性基底3贴附于潜航器壳体4外表面。当潜航器在不同航速或潜深下运动时，该蒙皮能够通过控制舱内电磁一体导向壳体5中电磁铁电流的大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，改变电磁铁与滑块间的距离，从而调控各层蜂窝结构的形变量，改变蒙皮的刚度及阻尼特性，进而对流场激励产生更好的响应，控制边界层湍流相干结构，适应不同的流场环境，始终有较好的减阻效果。
23.结合图4对本发明的降噪特性进行说明。一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮结构12通过内侧柔性基底3贴附于潜航器壳体4外表面。当潜航器航速或潜深发生变化时，该蒙皮可以通过控制舱内电磁一体导向壳体5中电磁铁电流的大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，改变电磁铁与滑块间的距离，从而调控各层蜂窝结构的形变量，改变蒙皮的刚度及阻尼特性，进而对流场激励产生更好的响应，控制边界层湍流相干结构，在各种航速及潜深下都能够有效地减少湍流激励13引起的结构振动产生的噪声。此外利用该蒙皮特有的结构及材料构成的声学特性，有效抑制了外部噪声15和内部噪声14的反射和透射，从而始终达到良好的降噪效果。
24.综上，本发明是为潜航器提供一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，包括内侧柔性基底、可调张拉整体结构及外侧柔性表皮。该蒙皮能够通过控制潜航器舱内电磁一体导向壳体中电磁铁电流的大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，从而改变电磁铁与滑块间的距离，使绳索带动可调张拉整体结构变形，改变蒙皮的刚度及阻尼特性，进而影响蒙皮表面周围的流场，控制边界层湍流相干结构，使得潜航器在不同航速及潜深下，都能获得较好的减阻降噪效果。所述内侧柔性基底与所述外侧柔性表皮之间是由多个可调张拉整体结构单元按照一定规律排布组成的中间层，所述可调张拉整体结构与所述内侧柔性基底及外侧柔性表皮之间为固定连接。该智能蒙皮敷设于潜航器表面，根据航速及潜深的变化，能够通过控制电磁铁电流的大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，改变电磁铁与滑块间的距离，从而调控蒙皮的形变量，改变蒙皮的刚度及阻尼特性，进而影响蒙皮表面周围的流场，控制边界层湍流相干结构，有效降低流体阻力及噪声，对不同流场环境做出更好的响应，确保在各种航速及潜深下均具有较好的减阻降噪效果。

技术特征：
1.一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，其特征在于：包括内侧柔性基底、可调张拉整体结构、外侧柔性表皮，可调张拉整体结构是由设置在侧柔性基底与外侧柔性表皮之间可调张拉整体结构单元阵列构成，可调张拉整体结构与所述内侧柔性基底及外侧柔性表皮之间为固定连接；外侧柔性表皮上均布微小通孔。2.根据权利要求1所述的一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，其特征在于：可调张拉整体结构单元阵列由可调张拉整体结构单元排列而成，每个可调张拉整体结构单元包括三层蜂窝结构、绳索、滑块、电磁一体导向壳体及高压防水密封圈，滑块由外部树脂类材料及内部铁芯组成，各层蜂窝结构之间采用固定连接、所述绳索与蜂窝结构、绳索与滑块之间均采用固定连接，电磁一体导向壳体和潜航器壳体之间采用螺纹连接、电磁一体导向壳体和高压防水密封圈之间采用螺纹连接。3.根据权利要求1或2所述的一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，其特征在于：所述的内侧柔性基底和外侧柔性表皮均为有机高分子材料制成。4.根据权利要求2所述的一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，其特征在于：各层蜂窝结构尺寸及刚度互不相同。5.根据权利要求3所述的一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，其特征在于：各层蜂窝结构尺寸及刚度互不相同。6.根据权利要求4或5所述的一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，所述蜂窝结构材料为具有弹性阻尼特性的有机高分子材料；所述绳索材料为具有小变形、高强度的材料；所述滑块外部材料为表面光滑、不透磁的树脂类材料。

技术总结
本发明提供一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮，包括内侧柔性基底、可调张拉整体结构及外侧柔性表皮。内侧柔性基底与所述外侧柔性表皮之间是由多个可调张拉整体结构单元按照一定规律排布组成的中间层，可调张拉整体结构与所述内侧柔性基底及外侧柔性表皮之间为固定连接。该智能蒙皮敷设于潜航器表面，根据航速及潜深的变化，能够通过控制电磁铁电流的大小，调整电磁铁与滑块间磁力的大小，改变电磁铁与滑块间的距离，调控蒙皮的形变量，改变蒙皮的刚度及阻尼特性，影响蒙皮表面周围的流场，控制边界层湍流相干结构，有效降低流体阻力及噪声，对不同流场环境做出更好的响应，确保在各种航速及潜深下均具有较好的减阻降噪效果。有较好的减阻降噪效果。有较好的减阻降噪效果。


技术研发人员：董立强 范彦奇 崔进 赵丹 刘少刚
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/5/26