式中: 5 —— 气泡的体积率; Λ0 —— 材料的剪切 模量; K 0 ——材料的体积压缩模量; ΓΛ——材料 的剪切损耗因子。 损耗因子则提高了 6 倍[ 4 ]。

　　在橡胶中混入气泡性填料时, 材料的声速 显著下降, 衰减常数明显增加。 在一定的范围 内, 材料的声速随填料含量的增加而降低, 衰减 常数随填料含量的增加而增加。 若采用剪切模 量小、 剪切损耗大的材料作基料, 则添加气泡性 填料后, 吸声效果更加显著。 通常可选择木屑、 铝粉、 蛭石粉作为气泡性填料, 其中蛭石粉使用 效果较好。 当蛭石粉的用量从 0 增加到 50 份 时, 材料的声阻抗率下降为原来的 1 3, 而有效 在粘弹性材料中设置经过特殊设计的孔腔

　　在水声工程中, 高分子粘弹性材料经常用 作水声吸声材料。 当声波作用于高分子介质时,

　　因为材料中的孔腔或气泡可将其周围介质的体 积压缩形变转变为剪切形变, 增加材料的内耗。 特别是可以设计适当的孔型使之在一定频段出 现明显的共振吸收峰。 式表示: 含气泡吸声材料的有效损耗因子 Γ 可用下 Γ=

　　的逐步过渡, 以达到阻抗匹配的目的[ 1 ]。 吸声材 料应用很广, 消声水池的池壁需要吸声覆盖物, 这些吸声覆盖物大都采用吸声橡胶尖劈结构。 高频时一般采用小尖劈, 对窄频带声波采用共 振式吸声结构, 对宽频带声波则采用平行通道 尖劈结构。 在船舶的声纳导流罩内壁的非反射 面上需要覆盖一层吸声材料以消除声反射和噪 音。 在军事应用领域, 水声吸声材料被用作声隐 身材料, 将水声吸声材料敷设于水下航行体表 面可降低其目标特性, 对抗敌方的声纳探测。

　　结构是一种出现较早、 经常采用的制造吸声材 料的方法。 第二次世界大战后期, 德国海军为了 减少潜艇的损失, 开始在部分常规潜艇的外壳 上加装一层合成橡胶吸声材料, 这就是 A l2 “ 生的孔腔变形来吸收声能, 在降低声反射及隔 离艇内噪声方面有一定作用。 传统的消声瓦是 的孔腔[ 7 ]。 二战结束后, 前苏联和英国得到了这 部分情报资料, 开始了各自的研究。 前苏联消声 由合成橡胶预制而成, 其中含有许多充满空气 瓦的研究工作由克雷洛夫研究院承担, 20 世纪

　　振结构, 具有较宽的吸声频带。 一般用于制作消声瓦的橡胶多为丁苯橡 胶、 氯丁橡胶、 天然橡胶等[ 9 ]。 由于这类橡胶的 阻尼性能 ( 能量转化性能) 较差, 所以它们主要 依靠孔腔来衰减水声信号, 而材料本身对水声 信号衰减的贡献较小, 因此在用这些材料做吸 声材料时孔腔设计是极为重要的。 有人以含有 微量耐蚀铜合金的弹性体为基材, 用充气共振 腔制成的非均匀材料在水声工程中可用作消声 覆盖和声学去耦, 通过优化设计, 获得了高性能 消声去耦的效果。 含有气泡或孔腔的吸声材料的主要特点 是: 在常压下吸声系数大, 对特定频率范围的水 声信号吸收效果好。 但它的吸声频带窄, 当有水 压存在时, 水压会引起气泡的压缩或孔腔的变 形, 从而导致材料的吸声系数对水压敏感, 而且 随着水压的增加, 该类吸声材料的吸声频率向 高频方向移动[ 7 ]。 为了解决水压对吸声材料声学性能的影 响, 采用在橡胶基体中添加微球是一种有意义 的方法。 est inghou se 电器公司报道了膨胀聚 W 苯乙烯微球 聚氨酯吸声材料[ 10 ] , 聚苯乙烯微 球的含量为1. 5%～ 10% , 无规分散于聚氨酯基 体中, 形成一种泡沫材料。 该材料孔隙率高, 密 度低, 由微球提供的压缩刚性使材料在水压下 可以保持声吸声特性。 在橡胶基体中加入铝粉、 [ 11 ] 铅粉、 中空玻璃微球 后, 在声压的作用下, 填 料的界面处会产生剪切形变, 使入射的弹性纵 波变换成弹性剪切波, 可以增加对入射声能的 衰减。 H inders [ 12 ] 设计了一种添加微粉的消声 涂层用于衰减宽频水声信号, 该涂层的阻抗与 流体相匹配, 材料中的刚性微粒促使入射的弹 性波发生多重散射, 以衰减入射的水声信号。 阻尼式吸声材料本身有良好的阻尼性能, 可以依靠材料中大分子链段的运动将水声声能 转化为热能。 法等西欧国家研制的消声瓦主 英、 要采用的是浇铸型聚氨酯橡胶[ 9 ]、 聚硫橡胶[ 5 ] 等。20 世纪 90 年代中期, 英国W. J. Tod 和法 国 M et ravil RD S 公司研究出了一种新型聚氨 酯吸声材料, 该材料可以预制粘贴也可以喷涂 敷设, 英国海军计划在 T rafa lga r ” “ 级潜艇上应 [9 ] 用这种材料作为消声瓦 。 美国宾西法尼亚州 立大学开发了一种主动式吸声涂层[ 13, 14 ] , 该涂

　　要匹配, 使声波能够无反射地进入材料内部; ( 2) 材料要有大的声衰减性能, 使入射进来的声 能绝大部分被吸收。 在应用方式上, 通常采用的是共振式吸声 结构或渐变过渡结构。 共振式吸声结构是在材

　　料中设置孔腔, 通过改变孔腔的大小和数量来 调整材料的有效弹性模量和损耗, 同时, 声波在 孔腔内可以发生共振吸收, 因此孔腔结构可以 增强材料的吸声性能; 渐变过渡结构常把橡胶 等材料制成尖锥或尖劈状, 实现材料声学状态

　　会将能量传给大分子链段, 引起大分子链段的 热运动, 从而将入射的水声声能吸收衰减。 高分 子材料的声学特性与许多因素有关, 如温度、 水 声频率、 基体高分子材料的化学结构、 化学交联 [2 ] 体系以及填料等 。 此外, 在作为水声材料使用 时, 还必须考虑材料的工程特性, 包括材料的透 水性、 耐候性、 与金属的粘接强度、 与水的声匹 [3 ] 配性等因素 。 通常, 内耗大、 阻尼性能好的高 分子材料适宜作水声吸收材料, 如丁基橡胶、 聚 氨酯橡胶等。 橡胶作为水声吸收材料的优点是: 通过选 取不同的胶料以及配合剂的种类和比例, 能够 有效地控制其声学特性和其它性能; 橡胶的大 分子链运动形式繁多, 松弛时间谱很宽, 能够吸 收宽频带的水声; 橡胶的特性声阻抗与水的特 性声阻抗接近, 二者容易实现匹配。 均匀材料通常难以同时满足阻抗匹配、 材 料的声衰减性能好这两个条件, 在工程实践中 往往难以兼顾。 例如一般橡胶材料的特性声阻 抗与水相近, 但其水声衰减性能不理想, 加入填 料可以提高其声衰减性能, 但又会影响到阻抗 匹配, 所以均匀材料往往很难达到实际应用对 吸声材料的要求。 由于橡胶材料压缩模量比剪 切模量大, 而其压缩损耗比剪切损耗小, 所以在 用均匀材料制备吸声材料时, 必须采用声学结 构, 即通过在材料中设置经过特殊设计的孔腔 或添加气泡性填料等方式来提高其吸声性能。

　　lacour17发明了一种吸声材料和消声涂层这种材料是由未极化的压电高分子材料制成材料中有无定形相和结晶相结晶相至少占80无定形相通过添加炭粉或本征导电高分子使其具有导电性这种材料特别适合作水声吸声材料可以将水声信号转化为电能而耗散与添加金属粉的材料相比它具有重量轻易成型的优点

　　胶 树脂 (R TV 2602 ) 制备了一系列声学性能不 是最大程度地减少己方水听器接受到的杂音, 吸声材料, 可以将水声信号转化为电能而耗散,

　　同的橡胶复合材料, 并测定了这些材料的声速、 密度和衰减系数, 找到了填料的种类和含量与 材料声学性能之间的关系式, 可以根据关系式 设计具有特定要求的材料, 试验发现, 在 400

　　声涂层可降低声反射 20 dB～ 35 dB。 此外, Co r2 涂层, 将其制成了瓦, 并将这些瓦的实测性能和 理论预测进行了比较。 acher [ 16 ] 发明了一种用 V 于船体外壳的称之为被动声天线的吸声层, 吸 收外来主动声纳的信号, 这种吸声层由四层聚 氨酯材料堆叠而成, 并可以大面积敷设, 其优点 以达到最大程度吸收敌方主动声纳信号的目 的。 L acou r [ 17 ] 发明了一种吸声材料和消声涂 成, 材料中有无定形相和结晶相, 结晶相至少占 80% , 无定形相通过添加炭粉或本征导电高分 层, 这种材料是由未极化的压电高分子材料制 子使其具有导电性, 这种材料特别适合作水声 与添加金属粉的材料相比, 它具有重量轻、 易成 型的优点。 Sevik 研制了一种具有特殊结构的 水声消声、 去耦材料, 其基体材料是高内耗橡胶 类高分子弹性体, 其中无规分布着许多迷宫通 道, 通道在与水接触的表面设有开口, 当浸入水 中时, 通道中充满水。 基体材料中有一部分材料 具有不同的声阻抗, 这部分材料会产生阻抗失 配以增强充满水的迷宫通道周围基体材料的剪 切形变; 入射到基体材料表面上的声波在基体 材料内造成周期性形变, 并把这种运动传递给 迷宫通道中的水, 将声能转换为热能。

　　斯的 Y 级战略导弹核潜艇, C 级、 级、 级攻 V A 击型核潜艇。 英国在 20 世纪 60 年代中期在其

　　层由弹性体、 压电复合材料激励器和高分子压 电传感器组成, 高分子压电传感器检测、 分离出 入射水声声波, 并将信号通过电路放大产生一 个适当的驱动电压, 驱动激励器在很宽的频率 范围产生一个与入射扰动相匹配的动态阻抗, 使涂层不产生声反射, 也不会出现声透射。 r2 Co

　　摘要: 综述了水声吸声材料的发展、 应用状况及吸声机理的研究进展。 关键词: 水声吸声材料; 吸声机理; 应用 中图分类号: TB 34文献标识码: A 文章编号: 100027555 ( 2005) 0420046205

　　作为水声吸声材料必须满足两个条件: ( 1) 材料的特性声阻抗与传波介质水的特性声阻抗

　　于吸声材料的设计和发展具有重要意义。 国内 20 世纪 60 年代就进行了吸声材料吸 声机理的研究。 水声吸声材料最早用于消声水 池, 为了设计出性能良好的吸声尖劈, 中科院声 学所在 1965 年首先给出了 “渐变” 吸收层反射 率的近似公式, 利用该公式对指数型尖劈的等 效渐变层的反射系数可以获得严格解, 对于直 线尖劈和圆锥劈可以获得相当精确的近似解。 研究指出, 吸声尖劈的吸声系数与尖劈的形状、 密度、 声速及损耗因子有关, 要获得宽频带高吸 收的尖劈材料, 需要低声速、 高损耗、 密度与水 介质相近的吸声材料, 而且尖劈要有足够的长 度。20 世纪 80 年代初, 他们研究了由一层均匀 橡胶和一层带孔橡胶组成的双共振峰共振式吸 声材料的吸声机理, 利用理论计算和简单试验 就可以优化共振吸声材料的声学性能。 哈尔滨 工业大学对水下均匀材料复合层结构 ( 例如橡 胶2钢板2水2钢板结构) 吸声特性、 水下非均匀 复合层结构吸声理论以及水下复合层吸声结构 中反向声能与振动能量传输等进行了研究。 国外对吸声机理的研究也十分重视, 特别 是对具有声学结构的吸声材料的吸声机理进行 了深入的研究。Sach [ 19 ] 研究了结构中含有按一 定规律整齐排列的非均相夹杂物的复合吸声涂 层的声反射, 提出了具有周期性二维空间变化 的表面声反射的基本理论, 并讨论了表面传递 运动函数的实验测定方法。 美国海军应用科学 实验室利用声管研究了消声涂层的声学性能, 建立了声波在声管中的波动方程并进行了数学 分析[ 20, 21 ]。 H ladky 2 enn ion [ 22～ 24 ] 借助 A T I H LA 码用有限元法建立了单周期被动吸声结构对声 波的散射模型, 又将该方法用于具有双周期被 动吸声结构例如 A lberich 消声涂层的研究, 认 为如果材料的内耗高, 通过测量反射系数和透 射系数并利用简单的平面波关系式来表征带有 声学结构的 A lberich 消声涂层的消声性能是 可行的; 用 A lberich 消声涂层模型计算的数字 结果与实验结果对比证明用有限元法处理的结 果是准确的, 并对材料内声学结构的振动进行 了仔细的分析, 以验证此类吸声材料的谐振吸 声机理。 ane [ 25 ] 为研究 A lberich 消声涂层的水 L 声吸声机理, 用金属基层代替粘弹性高分子基 层测试其水声吸收性能, 结果发现, 吸声性能没