1.本发明属于振动控制与材料工程技术领域，尤其涉及一种用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器。
背景技术：2.超材料是人工调控结构而成的(准)周期性复合型材料，具有其独立单元或者任何天然材料不具备的物理特性，可在保证力学性能的前提下实现对材料宏观物性参数如模量、刚度、密度等的人为控制。国外发达国家已将超材料技术列为军事应用的核心关键技术，并率先应用于最先进的自动化装备以及军事装备中。
3.自主式水下航行器(auv)是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的任务控制器，集成了深潜器、传感器、环境效应、计算机软件、能量储存、转换与推进、新材料与新工艺、以及水下智能武器等高科技，是用于海洋环境勘察的主要设备，军事上用于反潜战、水雷战、侦察与监视和后勤支援等领域。水下航行器在水下稳定滑翔的过程中，噪声源主要为姿态调节单元工作驱动水下航行器俯仰与滚转姿态调整时的机械噪声。水下航行器的单元壳体前后两端安装有前肋环和后肋环，将该/单元壳体与其它单元壳体进行连接，姿态调节单元通过转轴固定在前肋环和后肋环上。姿态调节单元产生的振动噪声主要通过转轴传递至前肋环和后肋环上，再由前肋环和后肋环传递至水下航行器壳体，将影响水下航行器所装载的声学传感器的工作性能。
技术实现要素：4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决水下航行器的姿态调节系统工作所产生的振动噪声影响声学传感器的工作性能的问题的用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器。
5.本发明是这样实现的，一种用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，其特征在于，包括外法兰体、内法兰体和超材料隔振部件；所述外法兰体是具有圆形通孔的圆环体，所述外法兰体的内环面圆周均布若干内凹槽；所述内法兰体是具有圆形通孔的圆环体，所述内法兰体的外环面圆周均布若干外凹槽，所述外凹槽和内凹槽一一对应构成槽腔，所述内法兰体套装于所述外法兰体的圆形通孔内侧，所述内法兰体与所述外法兰环之间具有环向缝隙；所述超材料隔振部件由超材料基础胞元周期性排列构成，所述槽腔中设置所述超材料隔振部件。
6.在上述技术方案中，优选的，所述外法兰体设有若干自端部轴向延伸的外豁口，所述外豁口圆周均布分布于所述外法兰体，所述外豁口的外侧设有外挡板，所述外挡板与所述外豁口构成所述内凹槽；所述内法兰体设有若干自端部轴向延伸的内豁口，所述内豁口圆周均布分布于所述内法兰体，所述内豁口的内侧设有内挡板，所述内挡板与所述内豁口构成所述外凹槽。
7.在上述技术方案中，优选的，所述内法兰体的端部设有外环部，所述外环部的外径
大于所述外法兰体的圆形通孔的内径，所述外环部设于所述内法兰体的一端，所述内豁口的端部开口位于所述内法兰体的另一端。
8.在上述技术方案中，优选的，所述外法兰体的内圆周面设有若干贯通外法兰体两端面的外口槽，所述外口槽的位置与所述内凹槽一一对应，且外口槽的周向长度大于内凹槽的周向长度；所述内法兰体的外圆周面设有若干贯通内法兰体两端面的内口槽，所述内口槽的位置与所述外凹槽一一对应，且内口槽的周向长度大于外凹槽的周向长度。
9.在上述技术方案中，优选的，所述超材料基础胞元是由六个形壁围构形成的六面框体构造，所述六个形壁包括左右对称的两侧直壁以及上下对称的四个侧斜壁。
10.在上述技术方案中，优选的，所述超材料隔振部件是由基础胞元在水平和垂直方向上周期性排列构成的、填充设置于所述槽腔中的结构体。
11.本发明的优点和效果是：
12.本发明提出一种用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，本隔振器作用于姿态调节单元与水下航行器壳体之间，阻断姿态调节单元与水下航行器壳体之间的振动噪声传递，达到阻断振动噪声向装载于壳体的声学传感器传递的效果，从而提升声学传感器的感知和探测能力。本发明采用的超材料mcu100是通过gfkgjgjcl攻关项目研制的一种高模量高强度低蠕变聚氨酯材料，耐油、耐盐雾、耐臭氧、霉菌、高低温、阻燃等环境适应性已通过相关国军标的检测。该超材料可以有效阻断特定频段内的噪声，水下航行器产生的机械噪声处于超材料的阻断频段内，在其传播过程中经过超材料隔振器时将被完全阻断。
附图说明
13.图1是本发明结构示意图；
14.图2是本发明中外法兰体的结构示意图；
15.图3是本发明中内法兰体的结构示意图；
16.图4是本发明中基础胞元的结构示意图；
17.图5是本发明中超材料隔振部件的结构示意图；
18.图6是本发明中的超材料隔振器的功能示意图；
19.图7是本发明实施例在不同输入频率下的隔振系数曲线图。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.为解决水下航行器的姿态调节系统工作所产生的振动噪声影响声学传感器的工作性能的问题，本发明特提供一种用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，本隔振器可以阻断振动噪声向声学传感器传递，提升声学传感器的感知和探测能力。为了进一步说明本发明的结构，结合附图详细说明书如下：
22.请参阅图1，一种用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，包括外法兰体1、内法兰体2和超材料隔振部件3。
23.请参阅图2和图3，外法兰体是具有圆形通孔的圆环体，外法兰体的内环面圆周均
布若干内凹槽1-1；内法兰体是具有圆形通孔的圆环体，内法兰体的外环面圆周均布若干外凹槽2-1。外凹槽和内凹槽一一对应构成槽腔。内法兰体套装于外法兰体的圆形通孔内侧，内法兰体与外法兰环之间具有环向缝隙。具体的，外法兰体和内法兰体同轴线设置形成套环结构。外法兰体和内法兰体为铝制构件。
24.请参阅图4和图5，超材料隔振部件由超材料基础胞元周期性排列构成，槽腔中设置超材料隔振部件。内法兰体的端部设有外环部2-2，外环部的外径大于外法兰体的圆形通孔的内径，在内法兰体套入外法兰体的圆形通孔之后，外环部抵靠外法兰体的端面，外环部起到轴向限位的作用。
25.外法兰体设有若干自端部轴向延伸的外豁口1-2，外豁口圆周均布分布于外法兰体，外豁口的外侧设有外挡板1-3，外挡板与外豁口构成内凹槽。外豁口是自外法兰体的端部开口、贯通外法兰体侧壁、但是不贯通外法兰体两端的等宽开口。外挡板是横断面为弧形的板，其外弧面与外法兰体的外圆周面位于同一圆柱面中，其遮挡于外豁口的外侧开口处，外豁口的两内侧面与外挡板的内侧面之间形成所述内凹槽。
26.外凹槽的形成构造与内凹槽同理，内法兰体设有若干自端部轴向延伸的内豁口2-3，外环部设于内法兰体的一端，内豁口的端部开口位于内法兰体的另一端。内豁口圆周均布分布于内法兰体，内豁口的内侧设有内挡板2-4，内挡板与内豁口构成外凹槽。
27.外挡板与外法兰体一体成形，内挡板与内法兰体一体成形。
28.外法兰体的内圆周面设有若干贯通外法兰体两端面的外口槽1-4，外口槽的位置与内凹槽一一对应，且外口槽的周向长度大于内凹槽的周向长度；内法兰体的外圆周面设有若干贯通内法兰体两端面的内口槽2-5，内口槽的位置与外凹槽一一对应，且内口槽的周向长度大于外凹槽的周向长度。内口槽将外环部分割成环形均布的数个弧形凸缘板。外口槽和内口槽的侧壁与槽底之间倒圆角设计。外口槽和内口槽在外法兰体和内法兰体装配后，形成宽度略大于槽腔的、位于槽腔中部的侧槽，侧槽的设计便于超材料隔振部件装配入槽腔中。留有侧槽便于将超材料隔振部件安装至由外法兰体和内法兰体组成的间隙中。
29.超材料为人造的构造化材料，由基础胞元(小单元体)周期性排列构成，超材料具备传统材料所不具备的特性。本实施例中，超材料选用mcu100，为一种高模量高强度低蠕变聚氨酯材料，基材杨氏模量e＝100mpa，泊松比v＝0.475，具有耐油、耐盐雾、耐臭氧、抗霉菌、耐高低温、阻燃等特性。
30.具体的，超材料基础胞元是由六个形壁围构形成的六面框体构造，六个形壁包括左右对称的两侧直壁以及上下对称的四个侧斜壁。基础胞元以两侧直壁的对称中线作为轴线。本实施例中的超材料基础胞元采用均匀化理论进行结构参数优化，设计基础胞元的侧斜壁(斜臂)的长度l1，侧斜壁与水平线的夹角α，侧斜壁的厚度d2，基础胞元的轴向高度h3，基础胞元的框内中心孔高度h2，侧直壁(力臂)厚度d1，基础胞元的深度l2。由料基础胞元周期排列连接构成的超材料可改变超材料宏观力学性能，实现特定的模量矩阵，定制隔振器的固有频率，达到需要的减振效果。
31.本实施例中，超材料隔振部件是由基础胞元在水平和垂直方向上周期性排列构成的结构体，其为具有一定厚度和高度的弧形板状弹性构件，利用自身对的弹性经内法兰体和外法兰体挤压紧固安装至槽腔中。本实施例中，槽腔的数量为五个。
32.请参阅图6，本实施例所述的超材料隔振器可简化为弹簧振子模型，在壳体和振动
源间起到隔振作用。
33.本隔振器的工作状态为：取两隔振器分为前隔振器和后隔振器，前隔振器套在前肋环上，后隔振器套在后肋环上，即隔振器的内法兰体与肋环通过紧固件连接，隔振器的外法兰体与水下航行器的壳体单元连接。在完成部件连接的状态下，将前肋环和后肋环与水下航行器的壳体单元之间的振动传递完全隔断，当振动噪声传递至前肋环和后肋环时，达到阻断振动噪声向航行器壳体传递的目的，进而提升声学传感器的工作性能。
34.请参阅图7，本实施例作书的姿态调节超材料隔振器参数中，固有频率为53hz，阻尼比为0.07，静刚度为244n/mm，并通过实验验证，可得不同输入频率下的隔振系数曲线，可以看出在振动源振动频率大于800hz时，隔振器具有较好的隔振效果。
35.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，其特征在于，包括：外法兰体，所述外法兰体是具有圆形通孔的圆环体，所述外法兰体的内环面圆周均布若干内凹槽；内法兰体，所述内法兰体是具有圆形通孔的圆环体，所述内法兰体的外环面圆周均布若干外凹槽，所述外凹槽和内凹槽一一对应构成槽腔，所述内法兰体套装于所述外法兰体的圆形通孔内侧，所述内法兰体与所述外法兰环之间具有环向缝隙；超材料隔振部件，所述超材料隔振部件由超材料基础胞元周期性排列构成，所述槽腔中设置所述超材料隔振部件。2.根据权利要求1所述的用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，其特征在于，所述外法兰体设有若干自端部轴向延伸的外豁口，所述外豁口圆周均布分布于所述外法兰体，所述外豁口的外侧设有外挡板，所述外挡板与所述外豁口构成所述内凹槽；所述内法兰体设有若干自端部轴向延伸的内豁口，所述内豁口圆周均布分布于所述内法兰体，所述内豁口的内侧设有内挡板，所述内挡板与所述内豁口构成所述外凹槽。3.根据权利要求2所述的用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，其特征在于，所述内法兰体的端部设有外环部，所述外环部的外径大于所述外法兰体的圆形通孔的内径，所述外环部设于所述内法兰体的一端，所述内豁口的端部开口位于所述内法兰体的另一端。4.根据权利要求3所述的用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，其特征在于，所述外法兰体的内圆周面设有若干贯通外法兰体两端面的外口槽，所述外口槽的位置与所述内凹槽一一对应，且外口槽的周向长度大于内凹槽的周向长度；所述内法兰体的外圆周面设有若干贯通内法兰体两端面的内口槽，所述内口槽的位置与所述外凹槽一一对应，且内口槽的周向长度大于外凹槽的周向长度。5.根据权利要求1或4所述的用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，其特征在于，所述超材料基础胞元是由六个形壁围构形成的六面框体构造，所述六个形壁包括左右对称的两侧直壁以及上下对称的四个侧斜壁。6.根据权利要求5所述的用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，其特征在于，所述超材料隔振部件是由基础胞元在水平和垂直方向上周期性排列构成的、填充设置于所述槽腔中的结构体。
技术总结本发明公开了一种用于水下航行器的姿态调节超材料隔振器，属于振动控制与材料工程技术领域，其特征在于，包括外法兰体、内法兰体和超材料隔振部件；所述外法兰体是具有圆形通孔的圆环体，所述外法兰体的内环面圆周均布若干内凹槽；所述内法兰体是具有圆形通孔的圆环体，所述内法兰体的外环面圆周均布若干外凹槽，所述外凹槽和内凹槽一一对应构成槽腔，所述内法兰体套装于所述外法兰体的圆形通孔内侧，所述内法兰体与所述外法兰环之间具有环向缝隙；所述超材料隔振部件由超材料基础胞元周期性排列构成，所述槽腔中设置所述超材料隔振部件。本隔振器可以阻断振动噪声向声学传感器传递，提升声学传感器的感知和探测能力。提升声学传感器的感知和探测能力。提升声学传感器的感知和探测能力。
技术研发人员：王延辉 杨绍琼 兰世泉 牛文栋 马伟 杨明 孙通帅
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
