СОТОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЙ ПАНЕЛИ Российский патент 2013 года по МПК B32B3/12 F02C7/24 

Настоящее изобретение относится, в частности, к сотовой конструкции, образованной по меньшей мере одним сотовым блоком, которая может использоваться в звукопоглощающей панели для гондолы турбореактивного двигателя.

Турбореактивные авиационные двигатели являются источником значительного шумового загрязнения. Имеется настоятельная потребность в уменьшении этого загрязнения, особенно в связи с тем, что используемые турбореактивные двигатели становятся все более мощными. Существенную роль в уменьшении шумового загрязнения играет конструкция гондолы, окружающей турбореактивный двигатель.

Для улучшения акустических характеристик летательных аппаратов их гондолы снабжают звукопоглощающими панелями, назначение которых заключается в уменьшении шума, произведенного турбореактивным двигателем и вибрацией конструктивных элементов.

Звукопоглощающие панели хорошо известны как средство поглощения такого шума. Эти панели обычно содержат один или более слоев сотовой конструкции (часто называемой «сотовый наполнитель»). Как правило, эти слои на своей нижней поверхности, то есть на поверхности, не контактирующей с потоком воздуха, проходящим через гондолу, покрыты воздухонепроницаемой, или «сплошной», обшивкой, а на верхней поверхности, то есть на поверхности, контактирующей с потоком воздуха, проходящим через гондолу, покрыты воздухопроницаемой перфорированной обшивкой, называемой «звукопоглощающей» обшивкой.

Звукопоглощающая панель может дополнительно содержать несколько слоев сотовой конструкции, между которыми вставлена, например вклеена, пористая или мультиперфорированная обшивка, называемая «перегородка».

Такие панели образуют акустические резонаторы, способные «улавливать», а потому ослаблять шум, испускаемый из гондолы наружу.

Известная технология предполагает, что сотовая конструкция состоит из сотового блока или соединенных вместе сотовых блоков, так называемых «ячеистых блоков». Сотовый блок обычно получают наложением друг на друга нескольких листов металла, легкого сплава или композита, на которые на отдельных участках находятся соединяющие средства, образующие своего рода соединительные площадки. Изготовленный таким образом сотовый блок называют «сжатым». Чтобы сформировать сотовые ячейки, блок подвергают растягиванию, в ходе которого возникают промежутки между листами, остающимися соединенными в местах соединительных площадок. Сотовый блок после этой процедуры называют «расширенным».

Акустические свойства звукопоглощающей панели, то есть ее шумопоглощающая способность для шумов различной частоты и акустического уровня ,зависят, в частности, от соединения сотовых блоков, образующих сотовую конструкцию.

Боковые края сотовых блоков обычно соединяют вспенивающимся клеем, например, FM410®, обладающим высокой способностью к расширению. Такой клей, в общем случае в виде пленки, вводят между соприкасающимися краями двух сотовых блоков. При расширении он перекрывает доступ в сотовые ячейки, увеличивая при этом толщину перегородок ячеек в местах соединения. Недостаток, связанный с таким увеличением толщины, заключается в том, что эффективная площадь звукопоглощения в сотовой конструкции уменьшается и создаются резкие падения импеданса, ведущие к снижению акустических характеристик звукопоглощающей панели из-за перераспределения энергии в виде шума во вращающихся деталях во время работы турбореактивного двигателя.

Такая сотовая конструкция сложна в применении и не позволяет достичь совершенно однородного звукопоглощения.

Одна из целей настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить сотовую конструкцию, содержащую один или более сотовых блоков, которая будет проста в изготовлении и сможет эффективно уменьшить шум от работы турбореактивного двигателя.

Для достижения этой цели в своем первом аспекте изобретение предусматривает сотовую конструкцию, которая может использоваться в звукопоглощающей панели для гондолы турбореактивного двигателя и содержит по меньшей мере один сотовый блок, причем каждый используемый сотовый блок содержит два крайних листа, и отличается тем, что крайние листы соединены между собой посредством соединительных площадок, образуя сотовые ячейки.

Конструкция согласно изобретению содержит один или более сотовых блоков, соединенных так, что сотовые ячейки не закупориваются. В частности, места соединения в конструкции согласно изобретению ограничены теми сотовыми ячейками, которые образуются соединительными площадками и крайними листами. Благодаря этому никакие сотовые ячейки конструкции согласно изобретению не оказываются полностью или частично перекрытыми. Напротив, в местах соединения создаются дополнительные ячейки, по существу, заполненные воздухом, что увеличивает эффективную площадь звукопоглощения в конструкции согласно изобретению. Таким образом, конструкция согласно изобретению успешно обеспечивает эффективное снижение шума без резких падений импеданса.

С точки зрения механики конструкция согласно изобретению обладает большей механической прочностью по сравнению с известными конструкциями. В частности, конструкция согласно изобретению имеет такие характеристики, как у несоставного цельного блока, выполненного из сотовых ячеек.

К другим опциональным признакам конструкции согласно изобретению относятся следующие признаки, которые могут рассматриваться по отдельности или в любых возможных комбинациях:

- соединительные площадки выполнены из одного из следующих материалов: металлы, сплавы, полимеры, в частности эпоксидная смола, что позволяет выдерживать внешние напряжения и не увеличивает критическим образом массу гондолы, в которую предполагается устанавливать конструкцию согласно изобретению;

- конструкция согласно изобретению имеет поверхность, которая, по существу, представляет собой поверхность вращения, что позволяет придать оптимальную форму звукопоглощающей панели для гондолы турбореактивного двигателя с точки зрения подавления акустических помех от турбореактивного двигателя.

Во втором аспекте изобретения его предметом является способ изготовления сотовой конструкции согласно изобретению, содержащей по меньшей мере один сотовый блок, отличающийся тем, что он содержит следующие шаги:

А - берут по меньшей мере один сотовый блок, в, по существу, сжатом и, по существу, плоском состоянии, причем каждый сотовый блок содержит два крайних листа;

В - соединяют крайние листы, обращенные друг к другу, посредством соединяющих средств, находящихся на одном крайнем листе, с образованием, по существу, сжатых сотовых ячеек;

С - растягивают конструкцию, полученную на шаге (В), с помощью растягивающих средств, что обеспечивает получение, по существу, расширенных сотовых ячеек.

«По существу сжатыми» блоками здесь называются сотовые блоки, в которых ячейки не сформированы, но будут сформированы после их растягивания.

Под «сжатыми ячейками» здесь понимаются, по существу, уплощенные ячейки, которые могут быть расширены в результате растягивания.

Под «расширенными ячейками» здесь понимаются растянутые ячейки, которые могут служить средством ослабления звуковых колебаний.

Преимущество способа согласно изобретению заключается в простоте выполнения, поскольку операции производятся с сотовым блоком (блоками) сначала в сжатом, а затем в расширенном виде, как два последовательных шага формирования конструкции согласно изобретению.

Способ согласно изобретению обладает также тем преимуществом, что позволяет получать сотовую конструкцию с неравномерными ячейками. В частности, растягивающие средства могут неравномерно растягивать конструкцию, прошедшую шаг В способа согласно изобретению.

К другим опциональным признакам способа согласно изобретению относятся следующие признаки, которые могут рассматриваться по отдельности или в любых возможных комбинациях:

- способ согласно изобретению дополнительно содержит шаг (D), на котором по меньшей мере к одной поверхности сотовой конструкции, полученной на шаге (С), прикрепляют перфорированную звукопоглощающую обшивку и/или неперфорированную звукопоглощающую обшивку, что защищает конструкцию согласно изобретению от внешних воздействий и усиливает подавление шума;

- соединяющие средства выполнены из полимера, металла или сплава, используемого при сварке, что придает конструкции согласно изобретению высокую механическую прочность;

- соединяющие средства выполнены из материала, расположение и толщина которого таковы, что образуется принимаемое в расчет воздушное пространство между двумя крайними листами, что позволяет сформировать ячейки, которые в идеальном случае должны иметь форму шестиугольников, однако могут оказаться деформированными, что, однако, не препятствует выполнению ими функции акустического ослабления;

- растягивающие средства являются механическими средствами, способными растягивать конструкцию, полученную на шаге (В), в направлении, по существу, перпендикулярном или радиальном к внутренней и наружной поверхностям, что позволяет растянуть конструкцию, полученную на шаге (В), точно до желаемой формы;

- на шаге В крайние листы соединяют между собой встык, получая конструкцию, имеющую, по существу, поверхность вращения, что позволяет изготовить звукопоглощающую панель, в частности звукопоглощающую панель для воздухозаборника турбореактивного двигателя, оптимальным образом.

В третьем аспекте изобретения его предметом является звукопоглощающая панель для гондолы, содержащая по меньшей мере одну сотовую конструкцию согласно изобретению или получаемая способом согласно изобретению.

В предпочтительном варианте исполнения звукопоглощающая панель содержит несколько сотовых конструкций, расположенных слоями, между которыми располагается мультиперфорированная или пористая обшивка, предпочтительно, перегородка.

В четвертом аспекте изобретения его предметом является гондола турбореактивного двигателя, содержащая звукопоглощающую панель согласно изобретению.

Изобретение будет более понятным после прочтения нижеследующего описания, которое не ограничивает объем его правовой охраны, и сопровождается отсылками к прилагаемым чертежам, на которых:

- на фиг.1а схематически представлена часть сечения конструкции согласно изобретению;

- на фиг.1b в увеличенном масштабе показан фрагмент Z с фиг.1а;

- на фиг.2 в аксонометрии представлен один из вариантов исполнения конструкции согласно изобретению;

- на фиг.3а-3с схематически и частично представлены сечения конструкции, которые служат иллюстрацией отдельных шагов способа согласно изобретению.

Фиг.1а иллюстрирует один из вариантов исполнения сотовой конструкции 10 согласно изобретению, которая может быть использована в звукопоглощающей панели для гондолы турбореактивного двигателя (не изображена).

Конструкция 10 согласно изобретению может состоять из сотового блока, соединяемого с самим собой, или из нескольких сотовых блоков, в частности двух или трех, соединяемых вместе встык.

В варианте исполнения, изображенном на фиг.1а, конструкция 10 согласно изобретению состоит из двух сотовых блоков 12 и 14.

Сотовые блоки 12 и 14 обычно содержат средние листы 15 и 16 и два крайних листа, причем для каждого сотового блока 12, 14 изображен один из них, соответственно 18, 20, а также соединительные площадки 22 и 24. Крайние листы 18 и 20 соединены соединительными площадками 24, которые располагаются, в частности, в отдельных местах, на протяженных или даже, по существу, на непрерывных участках, образуя сотовые ячейки. В целом листы 15 и 16 образуют стенки сотовых ячеек 26, вершины которых находятся на соединительных площадках 22.

Как показано на фиг.1b, в местах 30, где сотовые блоки 12 и 14 соединяются, за счет смыкания крайних листов 18 и 20 на соединительных площадках 24 образуются сотовые ячейки 32. Поскольку сотовые ячейки 32 не закупорены и не перекрыты, они не только, подобно другим сотовым ячейкам 26, ослабляют шум в конструкции 10 согласно изобретению, но еще и усиливают звукопоглощающую способность конструкции 10 согласно изобретению, что является ее преимуществом.

Сотовые ячейки 26 и 32, например, имеют геометрически правильную, в частности, шестиугольную или, как вариант, криволинейную форму.

В одном из вариантов исполнения сотовые ячейки 26 и 32 однородны по своей форме. Сотовые ячейки 26 и 32 обычно имеют ширину d от 3 мм до 40 мм, в частности, от 8 мм до 12 мм, и высоту h от 3 мм до 100 мм, в частности, от 8 мм до 40 мм.

Обычно в сотовых ячейках 26 и 32 нет никакого материала и, как правило, они заполнены воздухом.

Соединительные площадки 24, предпочтительно, изготовлены из одного из следующих материалов: металлы, сплавы, полимеры, в частности эпоксидная смола.

Средние листы 15 и 16 и крайние листы 18 и 20 изготовлены из материала, устойчивого к внешним напряжениям и не увеличивающего критическим образом массу гондолы, в которую предполагается устанавливать конструкцию 10 согласно изобретению. В одном из предпочтительных вариантов исполнения средние листы 15 и 16 и крайние листы 18 и 20 изготовлены из одинакового материала. Предпочтительно, чтобы средние листы 15 и 16 и крайние листы 18 и 20 были изготовлены из одного из следующих материалов: металлы, легкие сплавы, термопласты, в частности из алюминия, титана и композита.

Кроме того, соединительные площадки 24 могут, в частности, иметь толщину, превышающую толщину крайних листов 18 и 20. В одном из вариантов исполнения крайние листы 18 и 20 имеют толщину, по существу, равную толщине средних листов 15 и 16, в частности - от 10 мкм до 200 мкм.

Обычно толщина соединительных площадок 24 составляет от 5 мкм до 1 мм, в частности - от 0,1 мм до 0,4 мм.

Обычно толщина блоков 12 и 14 соответствует толщине конструкции 10 согласно изобретению и, в частности, составляет от 3 мм до 100 мм или, в частности от 8 мм до 40 мм.

В целом конструкция 10 согласно изобретению имеет форму, подходящую для применения в звукопоглощающей панели гондолы турбореактивного двигателя, обеспечивающую оптимальное подавление акустических помех от этого двигателя. В варианте исполнения, представленном на фиг.2, конструкция 10 имеет поверхность, являющуюся, по существу, поверхностью вращения с осью 34. Согласно другим вариантам, которые не были проиллюстрированы, конструкция 10 согласно изобретению неравномерна по форме и, например, имеет форму неправильного «бочонка», а именно такого, у которого радиус поперечного сечения не является постоянным либо в продольном направлении, либо радиально по отношению к оси 34 вращения конструкции 10 согласно изобретению. Такая геометрия обычно соответствует геометрии звукового канала воздухозаборника турбореактивного двигателя.

Способ согласно изобретению, предпочтительно, содержит три шага: А, В и С, отличающиеся простотой выполнения в процессе формирования конструкции 10 согласно изобретению.

Так, на фиг.3а показан один вариант реализации шага А способа согласно изобретению, на котором берут по меньшей мере один сотовый блок (здесь изображены два сотовых блока 112 и 114), по существу, сжатый и плоский. Каждый сотовый блок 112 и 114 обычно содержит два крайних листа, причем для каждого сотового блока 112, 114 изображен один из них, соответственно 118, 120, средние листы 115 и 116 и соединительные площадки 122, расположенные между средними листами 115 и 116.

Свободные поверхности 124 и 126 крайних листов 118 и 120 могут быть соединены, и на них можно нанести соединяющие средства.

В одном из вариантов реализации шага В способа согласно изобретению, изображенном на фиг.3b, обращенные друг к другу крайние листы 118 и 120 соединяют соединяющими средствами 200, находящимися на одном из крайних листов 118 или 120, что создает, по существу, сжатые сотовые ячейки 202. Например, соединяющие средства 200 могут располагаться на одном из крайних листов 118 или 120 в отдельных местах на протяженных или даже, по существу, непрерывных участках.

Согласно одному из непроиллюстрированных вариантов, на свободную поверхность подлежащих соединению крайнего листа 118 или 120 одного из двух отдельных блоков 112 или 114, на шаге В можно заранее нанести соединяющие средства.

Соединяющие средства 200 обычно выполнены из материала, расположение и толщина которого таковы, что эти соединяющие средства 200 образуют принимаемое в расчет воздушное пространство 203 между двумя крайними листами 118 и 120, что позволяет формировать сотовые ячейки. Толщина этого пространства 203, по существу, равна толщине соединяющих средств 200. Соединяющие средства 200, предпочтительно, выполнены из полимеров, металла или сплава, используемого при сварке.

По завершении соединения соединяющие средства 200 образуют соединительные площадки, которые вместе с крайними листами ограничивают, по существу, сжатые сотовые ячейки 202.

По завершении шага В получают конструкцию 204, содержащую внутреннюю поверхность (не изображена), находящуюся ближе к оси двигателя (не изображен), и наружную поверхность (не изображена), находящуюся дальше от оси двигателя.

Согласно одному из предпочтительных вариантов реализации, на шаге В крайние листы 118 и 120 соединяют друг с другом встык, получая конструкцию 204, по существу, с поверхностью вращения, в частности, по существу, цилиндрическую или в форме бочонка. Когда конструкция 204 будет иметь поверхность вращения, внутренняя поверхность в радиальном направлении будет ближней к оси двигателя (не изображен), а наружная поверхность в радиальном направлении будет дальней по отношению к оси двигателя.

В одном из вариантов реализации шага С способа согласно изобретению, изображенном на фиг.3с, конструкцию 204, полученную на шаге В, растягивают растягивающими средствами, формируя расширенные ячейки 332, что позволяет получить сотовую конструкцию 310 согласно изобретению. Растягивающие средства, предпочтительно, являются механическими средствами (не изображены), способными растягивать конструкцию 204 в радиальном направлении или перпендикулярно внутренним и наружным поверхностям конструкции 204.

При этом можно растянуть конструкцию 204 неравномерно, получив сотовые ячейки 332 различных размеров, и выполнить это с формированием единого сотового элемента с неразвертывающейся поверхностью, обычно применяемого в звукопоглощающем канале воздухозаборника турбореактивного двигателя.

Согласно одному из предпочтительных вариантов реализации, который непроиллюстрирован, способ согласно изобретению дополнительно содержит шаг D, на котором по меньшей мере на одну поверхность конструкции 310, полученную на шаге С, крепится перфорированная звукопоглощающая обшивка и/или неперфорированная или сплошная обшивка.

Звукопоглощающая обшивка в общем случае перфорирована, по существу, равномерно.

Звукопоглощающую обшивку и сплошную обшивку обычно изготавливают из многослойного композитного материала, состоящего из армирующего волокна, пропитанного полимеризованной смолой.

Кроме того, звукопоглощающая панель может дополнительно включать в себя несколько конструкций 10 согласно изобретению или конструкций 310, полученных заявленным способом, расположенных слоями, между которыми имеется пористая или мультиперфорированая обшивка, предпочтительно, перегородка, что позволяет получить многоступенчатый резонатор.

Обычно перегородка выполнена из пористого слоя или микроперфорированной обшивки с отверстиями диаметром от 0,1 мм до 1 мм.

Затем звукопоглощающую панель собирают, накладывая различные слои, покрытые адгезивом, а именно внутреннюю звукопоглощающую обшивку, конструкцию (конструкции) 10 согласно изобретению или конструкцию (конструкции) 310, полученные способом согласно изобретению, перегородку и сплошную обшивку (если таковые имеются) на формовочную матрицу нужной конфигурации. Далее происходит сборка, в ходе которой слои сжимают и формируют цельную сэндвич-конструкцию, используя, например, автоклав для полимеризации адгезивов. Сплошная обшивка может быть изготовлена одной операцией и наклеена на звукопоглощающую панель.

Заявленное изобретение относится к авиастроению и касается сотовой конструкции, используемой в звукопоглощающей панели для гондолы турбореактивного двигателя. Содержит, по меньшей мере, один сотовый блок, причем каждый сотовый блок содержит, по меньшей мере, один средний лист и два крайних листа. Сотовая конструкция имеет поверхность, представляющую собой поверхность вращения, образованную соединением встык крайних листов одного или нескольких сотовых блоков посредством соединительных площадок, расположение которых обеспечивает формирование сотовых ячеек. Предметом изобретения также является способ изготовления такой конструкции, звукопоглощающая панель, содержащая такую конструкцию и гондола, содержащая такую звукопоглощающую панель. Изобретение обеспечивает создание сотовой конструкции, простой в изготовлении и эффективно уменьшающей шум от работы турбореактивного двигателя. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сотовая конструкция, используемая в звукопоглощающей панели для гондолы турбореактивного двигателя и содержащая по меньшей мере один сотовый блок, причем каждый сотовый блок содержит по меньшей мере один средний лист и два крайних листа, причем указанная сотовая конструкция имеет поверхность, которая, по существу, представляет собой поверхность вращения, причем указанная поверхность образована соединением встык крайних листов одного или нескольких сотовых блоков посредством соединительных площадок, расположение которых обеспечивает формирование сотовых ячеек.

2. Конструкция по п.1, в которой соединительные площадки выполнены из одного из следующих материалов: металлы, сплавы, полимеры, в частности эпоксидная смола.

3. Способ формирования сотовой конструкции по п.1, содержащей по меньшей мере один сотовый блок, причем указанный способ включает в себя следующие шаги:
А - берут по меньшей мере один сотовый блок в, по существу, сжатом и, по существу, плоском состоянии, причем каждый сотовый блок содержит по меньшей мере один средний лист и два крайних листа, причем указанная сотовая конструкция имеет поверхность, которая, по существу, представляет собой поверхность вращения;
В - соединяют встык крайние листы одного или нескольких сотовых блоков, обращенные друг к другу, с использованием соединяющих средств, находящихся на одном крайнем листе, с образованием, по существу, сжатых сотовых ячеек;
С - растягивают конструкцию, полученную на шаге (В), используя растягивающие средства, с формированием, по существу, расширенных сотовых ячеек.

4. Способ по п.3, дополнительно содержащий шаг (D), на котором по меньшей мере к одной поверхности сотовой конструкции, полученной на шаге (С), прикрепляют перфорированную и/или неперфорированную звукопоглощающую обшивку.

5. Способ по п.3, при котором соединяющие средства выполняют из полимера, металла или сплава, используемого для сварки.

6. Способ по п.3, при котором соединяющие средства выполняют из материала, расположение и толщина которого таковы, что эти соединяющие средства образуют принимаемое в расчет воздушное пространство между двумя крайними листами.

7. Способ по п.3, при котором растягивающие средства являются механическими средствами, способными растягивать конструкцию, полученную на шаге (В), в направлении, по существу, перпендикулярном или радиальном, к внутренней и наружной поверхностям.

8. Звукопоглощающая панель для гондолы, содержащая по меньшей мере одну сотовую конструкцию по п.1.

9. Звукопоглощающая панель по п.8, которая содержит несколько сотовых конструкций, расположенных послойно, между которыми находится мультиперфорированная или пористая обшивка.

10. Гондола турбореактивного двигателя, содержащая звукопоглощающую панель, причем звукопоглощающая панель выполнена по п.8.

11. Звукопоглощающая панель для гондолы, содержащая по меньшей мере одну сотовую конструкцию, изготовленную способом по п.3.

12. Звукопоглощающая панель по п.11, которая содержит несколько сотовых конструкций, расположенных послойно, между которыми находится мультиперфорированная или пористая обшивка.

13. Гондола турбореактивного двигателя, содержащая звукопоглощающую панель, причем звукопоглощающая панель выполнена по п.11.