1.本发明属于超材料和减振降噪技术领域，尤其涉及一种用于水下航行器的传感器超材料隔振器。
背景技术：2.随着现代工业技术的进步，各类装备不断向智能化、小型化、精密化发展，高精装备所面临的振动噪声问题也日益突出。近年来，声学超材料技术的出现和发展成熟为实现轻质条件下的减振降噪提供了新的理论基础和技术途径。声学超材料是一类由经过特殊设计的人工结构单元周期性排列构成的材料或结构，也称人工周期结构，其具有天然材料所不具备的超常声学性质，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。
3.水下航行器一般由耐压主体单元、任务传感器单元、姿态调节与能源单元、导航控制单元、通讯单元、浮力驱动单元及螺旋桨推进单元等组成，其中未经优化设计的水下航行器，其螺旋桨推进、浮力驱动、姿态调节单元在航行过程中可主动激励并产生噪声，一定程度上影响作为任务传感器单元的声学传感器的感知和探测。其中，姿态调节单元由于俯仰调节机构、滚装调节机构动作以及载荷不均的原因产生振动噪声，振动噪声通过耐压主体单元内部固定肋环传递到航行器主壳体上，振动噪声最终经传感器固定悬架及周围流体传递到声学传感器的感应单元，被敏感单元拾取，影响传感器的工作效果。
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目前水下航行器自身所产生的振动噪声会影响声学传感器的工作性能的问题的用于水下航行器的传感器超材料隔振器。
5.本发明是这样实现的，一种用于水下航行器的传感器超材料隔振器，其特征在于，包括主体和超材料隔振部件；所述主体是用于装载传感器的结构体，所述主体包括用于安装传感器的前结构部、用于连接水下航行器的后结构部以及连接于前结构部和后结构部之间的中间结构部；所述超材料隔振部件由超材料基础胞元周期性排列构成，所述超材料隔振部件设于所述前结构部和后结构部之间。
6.在上述技术方案中，优选的，所述中间结构部的外周、前结构部和后结构部之间形成环向凹槽，在所述环向凹槽中圆周均布若干所述超材料隔振部件。
7.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。
8.在上述技术方案中，优选的，所述超材料隔振部件包括两所述基础胞元，所述基础胞元以两所述两侧直壁的对称中线作为轴线，两所述基础胞元同轴线设置且一端部连接构成所述超材料隔振部件，所述两所述基础胞元的另一端分别连接所述前结构部和所述后结构部。
9.在上述技术方案中，优选的，所述前结构部和后结构部为环形盘体，所述中间结构
部是连接于前结构部和后结构部之间的圆柱体，所述前结构部、后结构部和中间结构部同轴线且轴线与所述基础胞元的轴线平行。
10.在上述技术方案中，优选的，所述前结构部设有用于安装传感器的耳板，所述耳板圆周均布于所述前结构部的端部。
11.在上述技术方案中，优选的，两所述基础胞元的与所述前结构部或所述后结构部通过螺栓连接。
12.本发明的优点和效果是：
13.本发明提出一种用于水下航行器的传感器超材料隔振器，采用超材料隔振部件与主体相结合，主体作为搭载传感器的主体，而超材料隔振部件与主体用于连接传感器与水下航行器的前结构部和后结构部形成沿振动噪声传播途径设置的层状结构，能够有效阻断水下航行器姿态调节单元产生的机械噪声向声学传感器端的传播，以提升水下航行器声学传感器的工作性能。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
14.图1为本发明隔振器结构示意图；
15.图2为本发明中基础胞元的结构示意图；
16.图3为本发明中隔振部件的结构示意图；
17.图4为本发明中隔振器的功能示意图；
18.图5为本发明中隔振器的安装实施例示意图；
19.图6为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.为解决目前水下航行器自身所产生的振动噪声会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传感器超材料隔振器，本隔振器能够有效阻断水下航行器姿态调节单元产生的机械噪声向声学传感器端的传播，以提升水下航行器声学传感器的工作性能。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传感器超材料隔振器，包括主体和超材料隔振部件1。
23.主体是用于装载传感器的结构体，其作为传感器装于水下航行器的载体。主体包括用于安装传感器的前结构部2、用于连接水下航行器的后结构部3以及连接于前结构部和后结构部之间的中间结构部4。本实施例中，具体的，前结构部和后结构部为环形盘体，中间结构部是连接于前结构部和后结构部之间的圆柱体，前结构部、后结构部和中间结构部同轴线，前结构部、后结构部和中间结构部为一体式铝制构造件。中间结构部的外周、前结构
部和后结构部之间形成环向凹槽。前结构部设有用于安装传感器的耳板5，四个耳板圆周均布于前结构部的端部。耳板是向外侧延伸的径向放射状分布的板体，板体上加工有用于安装传感器的螺栓孔，耳板通过贯通螺栓孔的螺栓螺母组件安装传感器。
24.超材料隔振部件由超材料基础胞元周期性排列构成，超材料隔振部件设于前结构部和后结构部之间。
25.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。
26.请参阅图2和图3，本实施例中，具体的，在主体的环向凹槽中圆周均布四个干超材料隔振部件。超材料基础胞元的构造是：由六个板形壁围构形成轴对称的六面框体构造，六个板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。
27.本实施例中，超材料隔振部件包括两基础胞元，两基础胞元的周期排列方式是：两基础胞元同轴线设置，两基础胞元的一端部连接构成超材料隔振部件。两基础胞元的另一端分别连接前结构部和后结构部。为了保证超材料隔振部件与前结构部和后结构部的可靠连接，超材料隔振部件的两端部利用与基础胞元同材料制造为平面端面形状，两基础胞元的与前结构部或后结构部通过螺栓连接。本实施例中，在环形盘体构造的前结构部和后结构部的内侧环形端面上圆周均布四个尺寸与超材料隔振部件端面对应的凹槽，超材料隔振部件的两端分布配装入前结构部和后结构部相对应的凹槽中，且超材料隔振部件的两端与前结构部和后结构部用过螺栓连接。
28.在本实施方式中，超材料隔振器可简化为弹簧振子模型，请参阅图4，在输入端和输出端间起到隔振和缓冲作用。
29.请参阅图5，本隔振器的安装状态为：超材料隔振器安装在声学连接杆6的前端面，超材料隔振器的前结构部连接声学传感器，声学连接杆的后端连接水下航行器前舱体，声学连接杆的前端连接超材料隔振器的后结构部。振动噪声由水下航行器前舱体经声学连接杆传递至超材料隔振器，振动噪声受到超材料隔振器阻隔，避免振动噪声传递至声学传感器，保证了声学传感器的工作质量。
30.请参阅图6，在本实施方式中，超材料隔振器参数中，固有频率为25.56hz，阻尼比为0.07，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40hz时，隔振器具有较好的隔振效果。
31.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传感器超材料隔振器，其特征在于，包括：主体，所述主体是用于装载传感器的结构体，所述主体包括用于安装传感器的前结构部、用于连接水下航行器的后结构部以及连接于前结构部和后结构部之间的中间结构部；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，所述超材料隔振部件设于所述前结构部和后结构部之间。2.根据权利要求1所述的用于水下航行器的传感器超材料隔振器，其特征在于，所述中间结构部的外周、前结构部和后结构部之间形成环向凹槽，在所述环向凹槽中圆周均布若干所述超材料隔振部件。3.根据权利要求2所述的用于水下航行器的传感器超材料隔振器，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。4.根据权利要求3所述的用于水下航行器的传感器超材料隔振器，其特征在于，所述超材料隔振部件包括两所述基础胞元，所述基础胞元以两所述两侧直壁的对称中线作为轴线，两所述基础胞元同轴线设置且一端部连接构成所述超材料隔振部件，所述两所述基础胞元的另一端分别连接所述前结构部和所述后结构部。5.根据权利要求4所述的用于水下航行器的传感器超材料隔振器，其特征在于，所述前结构部和后结构部为环形盘体，所述中间结构部是连接于前结构部和后结构部之间的圆柱体，所述前结构部、后结构部和中间结构部同轴线且轴线与所述基础胞元的轴线平行。6.根据权利要求5所述的用于水下航行器的传感器超材料隔振器，其特征在于，所述前结构部设有用于安装传感器的耳板，所述耳板圆周均布于所述前结构部的端部。7.根据权利要求6所述的用于水下航行器的传感器超材料隔振器，其特征在于，两所述基础胞元的与所述前结构部或所述后结构部通过螺栓连接。
技术总结本发明公开了一种用于水下航行器的传感器超材料隔振器，属于超材料和减振降噪技术领域，其特征在于，包括主体和超材料隔振部件；所述主体是用于装载传感器的结构体，所述主体包括用于安装传感器的前结构部、用于连接水下航行器的后结构部以及连接于前结构部和后结构部之间的中间结构部；所述超材料隔振部件由超材料基础胞元周期性排列构成，所述超材料隔振部件设于所述前结构部和后结构部之间。本隔振器能够有效阻断水下航行器姿态调节单元产生的机械噪声向声学传感器端的传播，以提升水下航行器声学传感器的工作性能。航行器声学传感器的工作性能。航行器声学传感器的工作性能。
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
