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  一、水聲功能橡膠制品

  水聲橡膠在水中對聲波的傳播起著橡膠迫緊零件重要作用,它可以消除聲的反射,降低噪音,保持聲波的傳遞不失真,避免水下各種噪音的干擾。根據橡膠在水聲工程中的作用,可將其分為吸聲橡膠、透聲橡膠和反聲橡膠3 種類型的制品。

  作為水聲吸聲材料必須滿足兩個條件:(1)材料的特性聲阻抗與介質水的特性聲阻抗要匹配,使聲波能無反射地進進吸聲系統;(2)材料要有很高的內耗,使進射進來的聲波在吸收系統中很快損耗而衰減。

  在應用方式上,通常采用共振式吸聲結構或漸變過程結構。前者是把帶孔的橡膠薄層粘在鋼板上,通過改變孔徑的大小和數目來調整材料的有效彈性模量和損耗;而後者則常把橡膠等制品做成尖錐或尖劈狀,以實現材料聲學狀態的逐步過渡,達到阻抗匹配的目的。

  二、透聲橡膠制品

  理想的透聲材料是聲波進射到透聲層上時能夠無反射、無損耗地通過,所以要求材料的特性阻抗與水匹配,材料的衰減常數要盡可能小。透聲材料常用作水聽器的包覆層,例如氯丁橡膠、丁基橡膠和近年來采用的澆注型聚氨酯橡膠。在水聲工程中,聲納、魚雷的導流罩或透聲窗都需要具有一定結構強度的透聲材料橡膠製品。例如利用鋼絲增強透聲橡膠,用以制作大型球鼻艏導流罩,或用玻璃增強塑料與其復合,用以制作各種潛艇聲吶罩等等。

  透聲橡膠制品在聲學性能上主要有兩點要求:(1)橡膠的特性聲阻抗ρC 值(即橡膠的密度與聲波在橡膠中的傳播速度的乘積)要與聲波的傳播介質水O型環的ρC 值相匹配;(2)聲波通過橡膠時,橡膠對聲能的損耗要小。橡防水密封圈膠的矽橡膠墊圈特性聲阻抗與水是相近的,因此,橡膠是較好的透聲材料,自然橡膠、氯丁橡膠是應用較早的透聲橡膠。聲波透過橡膠時,產生的聲衰減值取決於膠料的組成,其中包括兩個部分:一是膠種的選擇;二是其他配合劑的選擇。其中最主要的是橡膠的種類。聲波通過橡膠時,如同力作用在橡膠上一樣,使橡膠產生彈性形變和塑性形變,塑性形變使聲能衰減。因此,聲能的衰減隨膠料的彈性增加而減小,隨膠料的滯後損失增加而加大。這就為設計聲衰減小的透聲橡膠制品提供了理論依據。

  三、反聲橡膠制品

  為了避免水下各種噪聲(包括一切不需要的信號)的干擾,在水聲設備上應采用反聲橡膠材料。理想的反聲材料應當使進射聲波100%地被反射回往。

  首先,應當使材料的特性阻抗與水的特性阻抗嚴重失配;其次,要求材料的衰減常數小,使進射聲波盡大部分被反射。這種材料在水聲工程中多用作聲納反射罩,以及換能器基陣的反聲後擋等。在水面艦艇聲納中,常用閉孔泡沫塑料或泡沫橡膠作為反聲材料。但是,由於在潛艇聲納或其他深水水聲設備中,要求材料能夠耐高的靜水壓,除了用一定厚度的金屬做聲硬障板外,目前,多用開孔硬質聚氨酯泡沫塑料做芯材,外包一層澆鑄型聚氨酯橡膠,做成復合結構。在水聲技術中,人們對吸聲體很重視,對反聲體則較少留意。在淺水中(即常壓或低壓下)這些題目很輕易解決,海綿橡膠、泡沫塑料便能滿足要求。在高壓下,空氣很輕易滿足這個要求,空氣與水的阻抗比為143,在深水中可用含空氣的海綿橡膠作反聲材料,但必須避免使反聲材料中的空氣溢出和水對反聲材料的滲透,所以大多數場合下利用閉孔海綿橡膠,它具有最好的反聲特性,反射系數一般可達80%以上。

 

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