ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 1996 года по МПК G10K11/16 

Изобретение относится к многослойным звукопоглощающим конструкциям и может найти применение в двигателестроении, самолетостроении и других областях, где требуется применение звукопоглощающих элементов.

Известны звукопоглощающие сотовые сварные панели по ОСТ 100873-77, состоящие из двух оболочек, одна из которых имеет отверстия, и сотового заполнителя. Звукопоглощающие панели по ОСТ 100873- 77 имеют высокую трудоемкость изготовления и требуют применения сложного сварочного оборудования и дорогостоящего сложнопрофильного инструмента.

В данных панелях сотовый заполнитель выполнен из отдельных гофрированных лент фольги путем сварки каждой ленты с обшивкой на специальных установках с применением инструмента типа "гребенки". При этом трудоемкость изготовления одного квадратного метра панелей составляет около 25 норма-часов.

Наиболее близкой по конструкции к рассматриваемому изобретению является конструкция по патенту США N 3011602, кл. 161-181, 05.12. 61. Она включает заполнитель с односторонней вытяжкой и плоскую перфорированную обшивку, отверстия в которой расположены по осям отверстий. Изготовление конструкции с данным заполнителем менее трудоемко по сравнению с панелями по ОСТ 100873-77 и составляет около 2,5 норма-часов, поскольку заполнитель может формоваться сразу по размеру панели или отдельными большими участками.

Однако по эффективности шумоглушения данная конструкция не является оптимальной, так как внутренний объем панели, где происходит затухание звуковых волн, образован простыми геометрическими поверхностями, а значительная величина площадок, параллельных лицевой перфорированной обшивке, приводит к отражению звука без затухания.

К тому же применительно к двигателестроению панели должны работать при высоких температурах в агрессивных средах и при значительных статических и динамических нагрузках. При расположении таких панелей на двигателях летательных аппаратов к приведенным условиям добавляется требование по минимальному весу конструкции.

Жаростойкие и коррозионно-стойкие материалы, применяемые в двигателестроении, при удовлетворении перечисленным требованиям по работоспособности имеют ограниченную пластичность, что не позволяет производить значительную вытяжку при получении ячеек заполнителя. Это снижает эффективность шумоглушения и увеличивает рабочий диапазон частот до значений, превышающих эксплуатационные частоты современных двигателей.

Техническая задача изобретения состояла в повышении эффективности шумоглушения и снижении рабочего диапазона частот конструкций, имеющих штампованный ячеистый заполнитель при обеспечении их работоспособности в условиях высоких температур, агрессивных сред и значительных силовых нагрузок.

Указанная задача решена за счет организации внутреннего объема конструкции таким образом, чтобы в нем происходило интенсивное затухание звуковых волн заданного диапазона частот, что достигается совокупностью следующих признаков: звукопоглощающая конструкция из коррозионно-стойких или жаростойких материалов, содержащая ячеистый заполнитель и плоскую перфорированную обшивку, где заполнитель выполнен с двусторонней вытяжкой и разделен на отдельные секции продольными зигами, а отверстия в обшивке выполнены асимметрично осям ячеек.

С целью усиления эффекта шумоглушения и повышения прочности и жесткости конструкции она снабжена второй плоской обшивкой, при этом на боковых поверхностях ячеистого заполнителя со стороны перфорированной обшивки выполнены отверстия.

В предлагаемой конструкции эффективность звукопоглощения обеспечивается за счет организации внутреннего объема сложными геометрическими поверхностями, от которых происходит многократное отражение звуковых волн в сочетании с асимметрично расположенными отверстиями на лицевой перфорированной панели и наличием изолированных секций, образованных зигами. При этом величина площадок, от которых идет нормальное отражение звука, сведена к минимуму, необходимому для крепления обшивок.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что наличие такого заполнителя обеспечивает за счет дополнительной присоединенной массы воздуха, участвующей в колебательном процессе, снижение частоты резонанса конструкции и увеличение активных потерь. Для устранения эффекта "сдува" присоединенной массы воздуха при распространении звука и потока воздуха вдоль панели, что имеет место, в частности, в газотурбинных двигателях, в панелях, как отмечалось выше, выполняются зиги по всей высоте заполнителя и ориентированные перпендикулярно направлению потока воздуха.

Эффективность шумоглушения, прочность и жесткость конструкции повышаются при использовании второй обшивки, так как в процесс шумоглушения включается дополнительный объем, образуемый заполнителем и второй обшивкой, звук в который попадает через отверстия, выполняемые на боковых стенках ячеек.

На фиг.1 изображена звукопоглощающая конструкция; на фиг.2 сечение А-А; на фиг. 3 конструкция со второй обшивкой, поперечное сечение; на фиг. 4 - графики зависимости коэффициента звукопоглощения от чистоты для базовой сотовой конструкции и предлагаемой.

На фиг. 1 изображены ячеистый заполнитель 1, полученный штамповкой при встречном движении пуансонов, и соединенная с ним перфорированная обшивка 2. Ряды ячеек заполнителя разделены зигами 3. Часть конструкции представлена на фиг. 2. Наиболее эффективное звукопоглощение достигается при следующем соотношении элементов конструкции: высота заполнителя h и шаг ячеек S связаны соотношением h/s 1,7-2,5.

Высота заполнителя h и диаметры вершин Д связаны соотношением h/Д 0,2-1,0. Соотношение количества рядов выступов, приходящихся на один зиг, выбирается из ряда 2:1, 3:1, 4:1, 5:1.

В соответствии с предлагаемой конструкцией были изготовлены образцы с высотой заполнителя 6 и 9 мм. Для изготовления обшивок был использован лист 12Х18Н10Т толщиной 0,5 мм, заполнитель был изготовлен из листа 12Х18Н10Т толщиной 0,1 мм. Формовка заполнителя производилась в приспособлении, состоящем из верхней и нижней плит, в которых расположены ряды пуансонов.

Пуансоны были расположены с шагом, соответствующим шагу ячеек, а степень деформации ограничивалась специальными упорами в верхней и нижней плитах. Приспособление устанавливалось на прессе с усилием 3 т.

Заполнитель соединятся с обшивками с помощью сварки. Образцы предлагаемой конструкции были испытаны на интерферометре высоких уровней по классической методике определения акустических характеристик методом стоячих волн.

Процент перфорации лицевой обшивки соответствовал значениям, рекомендованным ОСТ 100873-77 для сварных сотовых ЗПК.

При испытаниях определялась действительная и мнимая часть импеданса и коэффициент звукопоглощения α. Коэффициент звукопоглощения для ЗПК с ячеистым заполнителем составил 0,9-1,0 при резонансных частотах 3400-3800 Гц и 3100-3300 Гц соответственно. Данные частоты настройки соответствуют ЗПК, изготовленному по базовому варианту (ОСТ 100873-77) с высотой сотового заполнителя 15 и 20 мм. При этом коэффициент звукопоглощения для них равен 0,7-0,8.

Особенностью конструкции с высотой ячеистого заполнителя 6 мм является отсутствие зависимости поглощающих свойств от уровня звукового давления. Для образцов высотой ячеистого заполнителя 9 мм при воздействии высоких уровней происходит возрастание действительной части импеданса (увеличение активных потерь) и, как следствие, значения a вблизи максимума.

Акустические характеристики ЗПК по ОСТ 100873-77 и ЗПК предлагаемой конструкции представлены на фиг.4, где а характеристика ЗПК по ОСТ 100873-77 высотой 15 мм; б характеристика ЗПК по ОСТ 100873-77 высотой 20 мм; в - характеристика ЗПК предлагаемой конструкции высотой 6 мм, г то же высотой 9 мм.

Использование: в двигателестроении, самолетостроении. Сущность изобретения: звукопоглощающая конструкция из коррозионно-стойких или жаростойких материалов содержит ячеистый заполнитель и соединенную с ним плоскую перфорированную обшивку, ячейки расположены в противоположных направлениях от исходной плоскости, заполнитель разделен на отдельные секции продольными зигзагами, а отверстия в обшивке выполнены со смещением относительно осей симметрии ячеек. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Звукопоглощающая конструкция из коррозионно- или жаростойких материалов, содержащая ячеистый заполнитель и соединенную с ним плоскую перфорированную обшивку, отличающаяся тем, что ячейки заполнителя расположены в противоположных направлениях от исходной плоскости, заполнитель разделен на отдельные секции продольными зигами, а отверстия в обшивке выполнены со смещением относительно осей симметрии ячеек. 2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена второй плоской обшивкой, при этом на боковых сторонах ячеек выполнены сквозные отверстия.