阅读说明：本技术 一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构 (Intelligent underwater double-layer shell structure with vibration reduction function ) 是由 安方 张万良 段勇 苏明珠 吴江海 白振国 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构,涉及水下航行器领域,将耐压壳和轻外壳通过实肋板连成一体,耐压壳两端连接密封端盖,压电传感器安装在轻外壳的内表面,压电作动器安装在轻外壳的外表面,压电传感器、电荷放大器、数据采集模块、主动控制器和压电作动器功放安装在耐压壳的内部,压电传感器监测所述轻外壳的振动信号并传输给电荷放大器,电荷放大器连接到数据采集模块,数据采集模块处理信号并传输到主动控制器,主动控制器通过压电作动器功放控制压电作动器,有效抑制水下低频振动和声辐射,振动噪声主动控制与传动的减振降噪方法相比,具有抑制低频、宽频的效果,对被控结构的物理性质影响小。(The invention discloses an underwater intelligent double-layer shell structure with a vibration reduction function, which relates to the field of underwater vehicles, wherein a pressure-resistant shell and a light shell are connected into a whole through a solid rib plate, two ends of the pressure-resistant shell are connected with sealing end covers, a piezoelectric sensor is arranged on the inner surface of the light shell, a piezoelectric actuator is arranged on the outer surface of the light shell, the piezoelectric sensor, a charge amplifier, a data acquisition module, an active controller and a piezoelectric actuator power amplifier are arranged in the pressure-resistant shell, the piezoelectric sensor monitors vibration signals of the light shell and transmits the vibration signals to the charge amplifier, the charge amplifier is connected to the data acquisition module, the data acquisition module processes the signals and transmits the signals to the active controller, the active controller controls the piezoelectric actuator through the piezoelectric actuator power amplifier, the underwater low-frequency vibration and sound radiation are effectively inhibited, the method has the effects of inhibiting low frequency and wide frequency, and has small influence on the physical properties of the controlled structure.)

一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构

技术领域

本发明涉及水下航行器领域，尤其是一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构。

背景技术

我国水下航行器普遍采用双层壳体结构，双层壳体结构包括位于内部的耐压壳和位于外部的轻外壳，相对于单层壳体结构，双层壳体结构能够更好的保护内部壳体不受损伤，单双层之间蓄水能够提供较大的储备浮力，同时还能对中高频的声辐射起到一定的抑制作用。基于双层壳体结构的水下航行器机械噪声的主要传播途径是：舱内-耐压壳-舷间-轻外壳，因此直接控制水下航行器轻外壳振动引起的声辐射是实现安静化最直接、最有效的方式，目前的水下航行器主要采取两种控制措施：

(1)针对不同的水介质，在轻外壳的外表面敷贴声学覆盖层用于抑制声辐射噪声。

(2)针对双层壳体，设计不同的肋板结构形式来降低耐压壳到轻外壳的振动传递量。

但这两种方法都存在一定的缺陷：针对高频振动抑制效果较为明显，但由于外壳体为轻外壳，轻外壳相对于耐压壳厚度较薄，轻外壳更易于传递舱内机械结构低频振动所引起的低频声辐射，由于低频声辐射发射声波波长较长，传递路程远，这样更容易被声呐所探测到，因此，低频振动成为引起水下航行器声辐射的主要原因。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构，本发明的技术方案如下：

一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构，包括耐压壳、轻外壳和至少两个实肋板，所述轻外壳位于所述耐压壳的外部，所述耐压壳的两侧通过两个密封端盖密封，通过所述至少两个实肋板将所述耐压壳和所述轻外壳焊接为一体，所述轻外壳内表面安装有压电传感器，所述轻外壳外表面安装有压电作动器，耐压壳的内部安装有电荷放大器、数据采集模块、主动控制器和压电作动器功放，所述压电传感器监测所述轻外壳的振动信号并传输给所述电荷放大器，所述电荷放大器将所述振动信号放大，所述电荷放大器连接到所述数据采集模块，所述数据采集模块进行信号处理并传输到所述主动控制器，所述主动控制器连接到所述压电作动器功放，所述压电作动器功放提供驱动电压给所述压电作动器，所述压电作动器对所述轻外壳进行控制。

其进一步的技术方案为，在所述耐压壳和所述轻外壳之间通过所述至少两个实肋板间隔形成有水腔，沿所述水腔的内表面的周向均匀分布有至少四个所述压电传感器，沿所述水腔的外表面周向均匀分布有至少四个所述压电作动器。

其进一步的技术方案为，所述压电传感器和所述压电作动器正对安装。

其进一步的技术方案为，所述压电传感器和所述压电作动器由压电纤维片制成。

其进一步的技术方案为，所述压电纤维片表面为环氧树脂材料或聚酯纤维材料。

其进一步的技术方案为，所述压电纤维片形成弯折的结构，与所述轻外壳贴合。

其进一步的技术方案为，所述压电传感器和所述压电作动器呈长方形，所述压电传感器的长度方向和所述压电作动器的长度方向与所述轻外壳的周向同向。

其进一步的技术方案为，所述压电传感器和所述压电作动器由防水结构制成。

本发明提出了一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构，通过在轻外壳的内表面安装压电传感器检测轻外壳的振动，在轻外壳的外表面安装压电作动器对轻外壳的振动进行控制，进而可实现水下双层壳体结构振动的主动控制，有效抑制水下低频振动和声辐射，振动噪声主动控制与传动的减振降噪方法相比，具有抑制低频、宽频的效果，对被控结构的物理性质影响小。

附图说明

图1是本发明申请的双层壳体结构的结构示意图。

图2是本发明申请的双层壳体结构的剖视图。

图3是本发明申请的双层壳体结构的内部部件的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1和2所示一种带有减振功能的水下智能双层壳体结构，包括位于内部的耐压壳1和外部的轻外壳2，耐压壳1的外表面和轻外壳2内表面通过实肋板3连接为一体结构，耐压壳1的两端安装有密封端盖4，密封端盖4用于实现耐压壳1的密封结构，使耐压壳1形成不透水的结构。轻外壳2为透水结构，在耐压壳1和轻外壳2之间形成有水腔5，水腔5通过至少两个实肋板3间隔形成，通过在水腔5中蓄水能够给水下航行器提供储备浮力。压电传感器6安装在轻外壳2的内表面，沿水腔5的内表面的周向均匀分布有至少四个压电传感器6，压电传感器6用于监测轻外壳2的壳体振动，实现正位反馈控制；压电作动器7安装在轻外壳2的外表面，沿水腔5的外表面周向均匀分布有至少四个压电作动器7，利用压电叠堆的正压电效应，能够给轻外壳2周向面力。压电传感器6和压电作动器7正对安装，易于实现正位反馈控制。

耐压壳1的内部安装有电荷放大器、数据采集模块、主动控制器和压电作动器功放，压电传感器6、电荷放大器、数据采集模块、主动控制器、压电作动器功放和压电作动器7依次连接。

压电传感器6和压电作动器7由压电纤维片制成，压电纤维片的表面为聚酯纤维材料或环氧树脂材料，自身具备防水功能，由此压电传感器6和压电作动器7形成防水结构，适用于水下需要防水处理的结构，同时压电纤维片为轻薄结构，可弯折，由此压电传感器6和压电作动器7形成弯折结构与轻外壳2贴合，压电传感器6和压电作动器7呈长方形，压电传感器6的长度方向和压电作动器的长度方向与轻外壳2的周向方向平行，从而能够与轻外壳2的表面紧密贴合。该压电纤维片的正压电效应能够实现传感功能，逆压电效应能够实现作动功能。压电纤维片作为压电传感器6时，该压电纤维片能够实现传感功能，实时监测轻外壳2的振动形式，该振动形式与压电作动器7的作动面的振动形式相同，使得基于该压电作动器7设计的主动控制器结构简单，易于实现。压电纤维片作为压电作动器7时，多片压电纤维片叠加制作成的压电作动器7出力大，能够大面积布置，易于实现对轻外壳2的表面施加周向面力。

如图3所示，压电传感器6监测轻外壳2的振动并产生电荷信号，压电传感器6将电荷信号输入到电荷放大器，形成弱电压信号，电荷放大器连接到数据采集模块，将弱电压信号在数据采集模块内进行处理、监测和保存，并通过正位反馈算法进行计算后形成正位反馈控制器算法，将该算法输入到主动控制器，通过压电作动器功放将电压进行放大，形成高压电输入到压电作动器7的正极，压电作动器7通过逆压电效应将压电作动器7沿周向收缩，对轻外壳2施加周向面力，进而可实现水下双层壳体结构振动的主动控制，有效抑制水下低频振动和声辐射。由于整个系统形成了一个闭环结构，具备实时监测、快速反应的特点，能够对水下结构的振动进行智能控制。

本申请还公开了安装方法，首先通过焊接方式制作呈圆柱形的耐压壳1，耐压壳1的两侧形成有法兰圈，所述法兰圈上开设有水密槽，在水密槽内安装密封圈后，密封端盖4通过螺栓安装在水密槽内，从而实现密封端盖4与耐压壳1的连接。至少两个实肋板3通过焊接的方式安装在耐压壳1的外表面，每个实肋板3沿耐压壳1的周向环绕安装在耐压壳1上，在耐压壳1的轴向上依次安装至少两个实肋板3，在轻外壳2的外表面上安装压电作动器7，压电作动器7呈长方形结构，压电作动器7的长度方向与轻外壳的周向同向；

在轻外壳2的内表面和外表面上标记出实肋板3的预留焊接线，在两个预留焊接线之间的轻外壳2内表面均匀安装至少四个所述压电传感器，在两个预留焊接线之间的所述轻外壳外表面均匀安装至少四个所述压电作动器；轻外壳2的内表面安装压电传感器6，压电传感器6同样呈长方形结构，压电传感器6的长度方向与轻外壳2的周向同向，位置与安装在轻外壳外表面的压电作动器7呈正对安装；随后在轻外壳2的表面焊接压电作动器电缆和压电传感器电缆，将轻外壳2弯折后与实肋板3焊接，实肋板3预留有压电传感器电缆通过的开口，最后轻外壳2的轴向两侧焊接在一起，形成圆柱形的轻外壳2；压电传感器6的电缆和压电作动器7的电缆通过一端密封端盖4上开孔接入到耐压壳1的内部，开孔处用水密胶进行密封。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。