声学覆盖层的优化设计

周帅龙，陈理添，刘小侠，方 智

（华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉430074）

为了减小水下目标的声散射，在水下航行器表面敷设声学覆盖层是一种最常用的方法。覆盖层结构一般由内部嵌有空腔的黏弹性材料组成，目前橡胶作为声学覆盖层的首选材料[1]，研究表明橡胶材料参数与覆盖层的声学性能密切相关[2]。目前对于声学覆盖层的研究有两种常用的方法：理论解析方法[3]和有限元数值方法[4]。有限元方法可以有效应对各种复杂腔型，但其物理意义不够明确，计算效率较低；理论解析法计算效率高，但仅对腔型函数满足一定条件的模型有效[5]，且该方法对内部空腔做了一定的假设，不能完全表征真实的腔型结构。现有的声学覆盖层内部空腔结构有多种，如圆柱形、圆台形、锥形或者喇叭形，与不含空腔的声学结构相比其隔声性能已经得到了较大的改善，但是仍存在低频声学性能差且静水压力下结构会产生较大变形导致声学性能愈趋低下的问题。

为了解决覆盖层在低频和加压下的隔声性能，2019年Zhong 等[6]通过优化算法提出一种含有倒圆锥结构空腔的声学覆盖层，仿真结果表明，与同穿孔率的圆柱形空腔结构相比，该覆盖层声学性能在1 Hz～5 000 Hz 频段得到了显著提升。2013年陶猛等[7]研究了组合腔型声学覆盖层的声学性能，计算结果表明大腔所占比例增大使得波形转化效率提高、轴向波速减小，进而能提高低频的吸声性能。2016年余依伦等[8]通过遗传算法对常压下的组合腔型覆盖层结构进行部分腔型结构参数的优化，获得了声学性能更优的组合腔型。……