本发明涉及水下舰艇覆盖层，具体涉及一种用于潜艇的抗冲击隐身一体化的覆盖层及其设计方法。
背景技术：
1、随着声呐技术的快速发展，现代潜艇对声隐身性能及抗冲击性能的要求越来越高。为了减小舰艇的辐射噪声和声目标强度，同时提高抗冲性能，具有较好声学和抗冲性能的手性覆盖层逐渐应用在潜艇结构上。与传统的蜂窝结构相比，在相同的密度下手性结构具有更高的抗剪强度，在禁带区域上，手性周期结构能抑制加筋板振动并阻隔振动向覆盖层表面传递，改变覆盖层表面振动形态，降低覆盖层湿表面声辐射效率，从而降低结构声辐射。
2、中国专利cn108172208a公开了一种局域共振手性蜂窝覆盖层，包括手性蜂窝橡胶基体，在凹孔蜂窝橡胶基体的空腔内分布式地嵌入了局域共振芯体，在凹孔蜂窝橡胶基体上表面设置覆盖层上包覆表面，在凹孔蜂窝橡胶基体下表面设置覆盖层下包覆表面。该覆盖层由于包含手性蜂窝空腔结构和局域共振芯体，与传统手性蜂窝覆盖层相比，其具有更好的声波和弹性波耗散能力，特别是共振频率可设计的局域共振芯体对于特定外激频率的声波降噪性能优良。然而，该覆盖层仍然存在抗冲击能力不足、覆盖层质量较大、弹性模量不可调控等不足。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术覆盖层存在的抗冲击能力不足、覆盖层质量较大、弹性模量不可调控的不足，提供一种抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，它具有更好的抗冲及吸声性能，且覆盖层质量小，并且设计更加灵活，可以更好地满足不同潜艇对抗冲击和隐身性能的要求；同时提出该覆盖层的设计方法。
2、本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
3、一种抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，包括手性橡胶基体、振子芯体和包覆表面，所述振子芯体嵌入所述手性橡胶基体的圆环空腔中，所述包覆表面设置于所述手性橡胶基体的上表面和下表面，所述手性橡胶基体的每根韧带的截面上开设若干凹槽，若干所述凹槽沿覆盖层铺设的长度方向阵列布置使得手性橡胶基体形成格栅夹层结构。
4、上述方案中，所述手性橡胶基体采用精密铸造或增材制造工艺制成。
5、上述方案中，所述凹槽的开设深度小于韧带有效长度。
6、上述方案中，所述手性橡胶基体为四韧带或六韧带手性橡胶基体。
7、上述方案中，所述振子芯体包括金属振子以及包覆于所述金属振子表面的包覆层，所述包覆层采用阻尼材料制成。
8、上述方案中，所述包覆表面采用热塑性树脂制成。
9、相应的，本发明还提出上述抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层的设计方法，包括以下步骤：
10、s1、根据卡氏定理，确定在冲击作用下带格栅的手性橡胶基体的弹性模量；
11、s2、根据不同潜艇对抗冲击和隐身性能的要求，结合带格栅的手性橡胶基体的弹性模量公式设计满足要求的手性橡胶基体；
12、s3、根据特定外部激励频率，选择振子芯体的金属振子，使得金属振子共振频率与外部激励频率相匹配，进而使覆盖层达到最优隐身效果。
13、上述方法中，步骤s1中，带格栅的手性橡胶基体的弹性模量为：
14、
15、式中，ey为手性橡胶基体的弹性模量；σy为结构在力f的作用下沿y方向的应力，y方向为平行于力f的方向；εy为结构在y方向的应变；es为母材弹性模量；a为韧带截面积；i为韧带截面关于主惯性轴的转动惯量；le为韧带有效长度，θ为韧带与y方向夹角。
16、上述方法中，韧带截面积a为：
17、a＝w1×h1-w2×h2×n
18、式中，w1为韧带在铺设方向的长度；h1为韧带厚度；w2为凹槽宽度；h2为凹槽高度；n为凹槽数量。
19、上述方法中，步骤s3中，所述的金属振子的共振频率计算公式为：
20、
21、其中，k为金属振子的刚度系数，m为金属振子的质量。
22、本发明的有益效果在于：
23、本发明将手性橡胶基体改进设计为格栅夹层结构，相比于现有技术，具有以下优点：
24、(1)格栅夹层结构可以提高结构的比强度和比模量，使覆盖层具有更好的抗冲击吸能效果；
25、(2)在抗冲击方面，通过引入格栅空腔(即凹槽)结构，格栅空腔的存在导致了阻抗失配效应，特别是在应力波在手性橡胶基体中传播时，由于空腔内的空气引起的阻抗失配，应力波在格栅处无法继续传播，导致大量的能量耗散，这个机制使覆盖层在受到冲击时能够有效地阻止应力波的传播，显著提升了抗冲击效果。在声隐身方面，韧带处的格栅空腔(即凹槽)结构由于其内部存在空气，同样可以使得声波在其中耗散，提高覆盖层隐身性能。
26、(3)根据带格栅的手性橡胶基体的弹性模量公式，可以设计适用于各种不同抗冲击场景的手性覆盖层，设计更加灵活，可以更好地满足不同潜艇对抗冲击和隐身性能的要求。
27、(4)带格栅的手性橡胶基体可减小覆盖层的质量。
1.一种抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，包括手性橡胶基体、振子芯体和包覆表面，所述振子芯体嵌入所述手性橡胶基体的圆环空腔中，所述包覆表面设置于所述手性橡胶基体的上表面和下表面，其特征在于，所述手性橡胶基体的每根韧带的截面上开设若干凹槽，若干所述凹槽沿覆盖层铺设的长度方向阵列布置使得手性橡胶基体形成格栅夹层结构。
2.根据权利要求1所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，其特征在于，所述手性橡胶基体采用精密铸造或增材制造工艺制成。
3.根据权利要求1所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，其特征在于，所述凹槽的开设深度小于韧带有效长度。
4.根据权利要求1所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，其特征在于，所述手性橡胶基体为四韧带或六韧带手性橡胶基体。
5.根据权利要求1所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，其特征在于，所述振子芯体包括金属振子以及包覆于所述金属振子表面的包覆层，所述包覆层采用阻尼材料制成。
6.根据权利要求1所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层，其特征在于，所述包覆表面采用热塑性树脂制成。
7.根据权利要求1所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层的设计方法，其特征在于，步骤s1中，带格栅的手性橡胶基体的弹性模量为：
9.根据权利要求8所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层的设计方法，其特征在于，韧带截面积a为：
10.根据权利要求7所述的抗冲隐身一体化格栅手性覆盖层的设计方法，其特征在于，步骤s3中，所述的金属振子的共振频率计算公式为：
