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海洋换能器材料研究

海洋换能器水声材料是发展海洋装备的基础和支撑,有着广阔的应用发展前景。水声超材料在海洋安全的迫切需求下,已经取得了一定的进展,但其发展还在初期。但是,由于它显示了非常奇怪的声学特性,表现了未来水声材料的发展方向。

与传统的水声材料相比,水声超材料在性能方面取得了一定的突破,但离水下目标声探测和声隐的实际需求还有很大距离,仍有许多问题需要解决,总结主要有以下几个方面。

1.低频或低频宽带效果不理想,目前水中吸音和声聚焦主要集中在中高频或超声波频率的范畴,对低频,特别是低频宽带音响聚焦和吸音的研究很少,特别是对1kHz以下的水中低频宽带声波控制的研究很少。

2.对斜入射声波的吸收和聚焦研究不足,目前吸声和聚焦的研究主要对于垂直入射声波,实际入射声波可能存在于不同方向,需要研制具有全方位声波控制能力的水声超材料。

3.大规模样品制作和测试的研究不足。由于制作工艺、循环等的限制,目前对大尺寸超材料的加工能力不足。现在,水中吸音试验多为水声管中的样品试验,其吸音性能难以反映实际环境下的吸音能力。消音池中大规模实验研究的报告很少。

4.不能有效地兼顾结构强度、质量及耐压性等环境因素。如何在不增加材料厚度和重量、不牺牲材料强度的情况下,提高水下结构振动和声波的衰减、吸收和聚焦能力,实现小尺寸、轻量化、高耐压强度下的低频水声控制仍是一个难题。

5.在水下空间的限制下,一定厚度的海洋换能器水声材料往往要求同时具备多重声学功能。 例如,可以在解耦的同时实现吸声和/或声聚焦,但是目前缺乏在子波长尺度下的多功能复合水声超材料的设定改进开发。