ЗАКРЕПЛЕНИЕ МЕМБРАН В ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЙ СОТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G10K11/172 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение, в целом, относится к звукопоглощающим системам, которые используются для понижения уровня шума. Изобретение предусматривает использование сотовой конструкции для создания гондол или других структур, которые являются полезными для понижения шума, сгенерированного посредством двигателей воздушного судна или других источников шума. Более конкретно, изобретение ориентировано на звукопоглощающие структуры, в которых мембранный материал вставлен в ячейки уже существующей сотовой конструкции для обеспечения подавления или понижения шума.

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Хорошо известно, что лучший способ решения проблем, связанных с избыточным шумом, сгенерированным посредством конкретного источника, заключается в обработке шума в самом источнике. Как правило, это достигается посредством добавления структур акустического демпфирования (звукопоглощающей обработки) в структуру источника шума. Одним особенно проблематичным источником шума является реактивный двигатель, используемый на большинстве пассажирских воздушных судов. Звукопоглощающие обработки, как правило, применяются на впуске двигателя, в гондоле и в выхлопных структурах. Эти звукопоглощающие обработки включают в себя акустические резонаторы, которые содержат относительно тонкие звукопоглощающие материалы или сетки, в которых имеются миллионы отверстий, которые создают акустическое сопротивление звуковой энергии, сгенерированной посредством двигателя. Основная проблема, которая стоит перед инженерами, заключается в том, как добавлять эти тонкие и гибкие звукопоглощающие материалы в структурные элементы реактивного двигателя и окружающей его гондолы для обеспечения требуемого понижения шума.

[0003] Сотовая конструкция была распространенным материалом, предназначенным для использования в самолетах и аэрокосмических аппаратах в связи с тем, что он является относительно прочным и легким. Для областей применения, подразумевающих выполнение звукопоглощения, задача состояла в том, чтобы каким-либо образом включить тонкие звукопоглощающие материалы в состав структуры сотовой конструкции таким образом, чтобы ячейки сотовой конструкции были закрыты или прикрыты. Закрытие ячеек звукопоглощающим материалом создает акустическое сопротивление, на основе которого функционирует резонатор.

[0004] Один подход при включении тонких звукопоглощающих материалов в состав сотовой конструкции называется многослойной конструкцией. При этом подходе, тонкий звукопоглощающий лист помещается между двумя слоями сотовой конструкции, и присоединяется на соответствующее место для формирования единой структуры. Этот подход имеет преимущества в том смысле, что человек может использовать сложные конструкции звукопоглощающих материалов, которые являются плетеными, перфорированными или протравленными до точных размеров, и процесс крепления является относительно простым. Однако недостатком этой конструкции является то, что прочность структуры ограничена соединением между двумя слоями сотовой конструкции и звукопоглощающим материалом. Кроме того, соединяющая поверхность между двумя слоями сотовой конструкции ограничена площадью поверхности вдоль краев сотовой конструкции. Кроме того, существует шанс, что некоторые из отверстий в звукопоглощающем материале могут быть непреднамеренно закрыты избыточным клеящим материалом во время процесса соединения.

[0005] Во втором подходе используются относительно толстые твердые вставки, которые по отдельности присоединяются на соответствующее место внутри ячеек сотовой конструкции. Как только вставки оказываются на месте, выполняется их сверление или иная обработка для формирования отверстий, которые необходимы для функционирования вставок в качестве звукопоглощающего материала. Этот подход избавляет от необходимости соединения вместе двух слоев сотовой конструкции. В результате получается прочная структура, вставки в которой надежно присоединены. Однако этот подход также имеет несколько недостатков. Например, стоимость и сложность, обусловленные необходимостью сверления миллионов отверстий в твердых вставках, являются главным недостатком. Кроме того, относительно толстые твердые вставки делают сотовую конструкцию жесткой и усложняют ее формирование в неплоские структуры, такие, как гондолы для реактивных двигателей.

[0006] Другой подход предусматривает вставку в ячейку сотовой конструкции относительно легкой мембранной ткани для формирования мембранной заглушки, имеющей крепежные кромки, которые затем приклеиваются к стенкам сотовой конструкции. Использование мембранных заглушек описано в Патентах Соединенных Штатов № 7434659; 7510052 и 7854298. Для этого типа процесса требуется, чтобы мембранные заглушки имели фрикционное сцепление внутри ячейки для удержания мембранных заглушек на месте до постоянного присоединения к стенке сотовой конструкции. Фрикционное сцепление мембранных заглушек является важным аспектом данного типа процедуры вставки мембраны. Мембраны могут смещаться или иным способом перемещаться во время обработки, если фрикционное сцепление не является достаточным. Любое смещение мембран усложняет однородное нанесение клеящего материала на мембраны в процессе соединения. Смещение мембран также производит неконтролируемое изменение звукопоглощающих свойств. В худшем случае, мембрана может полностью выпасть из ячейки сотовой конструкции, если фрикционное сцепление не является достаточным.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В соответствии с настоящим изобретением было обнаружено, что ориентация мембранной ткани внутри ячейки сотовой конструкции является важным фактором, который определяет насколько хорошо фрикционное сцепление мембраны со стенками сотовой конструкции. Изобретение может применяться для ячеек сотовой конструкции, которые включают в себя, по меньшей мере, две параллельные стенки, где, по меньшей мере, одна из параллельных стенок формирует большую часть периметра ячейки, чем одна или несколько других непараллельных стенок. Было обнаружено, что ориентирование мембранного материала таким образом, чтобы волокна, проходящие между двумя параллельными стенками, были, по существу, перпендикулярны к стенкам, обеспечивает эффективный способ фрикционного сцепления мембраны с сотовой конструкцией. Настоящее изобретение улучшает использование материалов и фрикционное сцепление мембраны с сотовой конструкцией. Изобретение значительно снижает затраты на исправление брака и недостаток, возникающий вследствие выпадения мембран из сотовой конструкции или иного их смещения в процессе обработки до и во время нанесения клеящего материала.

[0008] Настоящее изобретение ориентировано на звукопоглощающие структуры, которые разработаны таким образом, чтобы располагаться рядом с таким источником шума, как реактивный двигатель или другая силовая установка. Структуры включают в себя сотовую конструкцию, которая имеет первый край, который должен быть расположен ближе к источнику шума, и второй край, расположенный с дальней стороны от источника. Сотовая конструкция включает в себя множество стенок, которые проходят между первым и вторым краем сотовой конструкции. Стенки формируют множество ячеек так, чтобы каждая из них включала в себя, по меньшей мере, четыре стенки. По меньшей мере, две из этих четырех стенок, образующих каждую ячейку, практически параллельны друг другу. Стенки ячейки образуют периметр вокруг ячейки, причем, по меньшей мере, одна из параллельных стенок формирует большую часть периметра ячейки, чем, по меньшей мере, одна из других стенок ячейки, которая не параллельна большей стенке.

[0009] Мембрана, которая вставлена внутрь ячейки, является звукопоглощающим материалом, который состоит из множества волокон основы и множества уточных волокон. Волокна основы и уточные волокна, по существу, перпендикулярны друг к другу. Каждое из волокон основы включает в себя резонирующую часть, которая расположена внутри ячейки. Каждое волокно основы также включает в себя крепежные части, расположенные на каждом его конце. Каждое из уточных волокон также включает в себя резонирующую часть, расположенную внутри ячейки, и крепежные части, расположенные на каждом их конце. Крепежные части волокон основы и уточных волокон соединены со стенками сотовой конструкции. В качестве отличительного признака изобретения, мембрана в ячейке ориентируется таким образом, чтобы резонирующие части либо волокон основы, либо уточных волокон, были, по существу, перпендикулярны к большей параллельной стенке ячейки.

[00010] Настоящее изобретение также направлено на исходные структуры, которые являются сформированными, когда мембрана имеет фрикционное сцепление внутри ячейки сотовой конструкции. Было обнаружено, что фрикционное сцепление, обеспеченное посредством перпендикулярного ориентирования волокон мембраны, в соответствии с настоящим изобретением, предотвращает смещение мембран внутри ячеек во время всех фаз обычной обработки исходной структуры до и во время постоянного соединения мембран с сотовой конструкцией. Кроме того, настоящее изобретение направлено на способы создания звукопоглощающих структур.

[00011] Настоящее изобретение обеспечивает целый ряд преимуществ в дополнение к обеспечению фрикционного сцепления мембраны с внутренней частью. Например, количество мембранного материала уменьшается в связи с тем, что такая же степень фрикционного сцепления может быть достигнута посредством использования крепежных частей меньших размеров. Кроме того, при вырезании мембраны из мембранной ткани теряется меньшее количество материала. Кроме того, происходит менее значительное изгибание мембранного материала, когда мембрана вставляется внутрь ячейки, в связи с тем, что размеры крепежной части могут быть уменьшены, а перпендикулярная ориентация ткани имеет тенденцию уменьшения формирования дополнительных отверстий на сгибе. Перпендикулярная ориентация волокна внутри ячейки также имеет тенденцию уменьшения образования складок мембранного материала в углах ячейки. Количество клеящего материала, необходимое для соединения мембраны со стенкой сотовой конструкции, также уменьшается вследствие уменьшенных крепежных частей и уменьшенного образования складок ткани. Мембрана также может быть помещена ближе к краю сотовой конструкции, поскольку крепежные части не должны быть настолько длинными для достижения достаточного фрикционного сцепления. Это является особенно предпочтительным для тонкой сотовой конструкции, в которой размеры крепежной части мембраны могут приближаться к толщине сотовой конструкции.

[00012] Обсуждаемые выше и большое количество других признаков и сопутствующие преимущества настоящего изобретения станут более понятны посредством ссылки на последующее подробное описание при его рассмотрении совместно со сопроводительными чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[00013] Фиг.1 изображает общий вид примерной звукопоглощающей структуры в соответствии с настоящим изобретением.

[00014] Фиг.2 изображает упрощенное представление, иллюстрирующее шаблон для вырезания двух мембран в соответствии с настоящим изобретением из ленты звукопоглощающей ткани.

[00015] Фиг.3 изображает упрощенное представление, иллюстрирующее шаблон из предшествующего уровня техники для вырезания мембраны из той же самой ленты звукопоглощающей ткани, изображенной на Фиг.2.

[00016] Фиг.4 изображает упрощенное представление, иллюстрирующее ориентацию в ячейке сотовой конструкции, вырезанной из ленты звукопоглощающей ткани, как показано на Фиг.2

[00017] Фиг.5 изображает упрощенное представление в разрезе Фиг.4, изображающее ориентацию уточных волокон внутри ячейки сотовой конструкции, а также иллюстрирующее крепежные части волокна и резонирующую часть.

[00018] Фиг.6 изображает упрощенное представление, иллюстрирующее ориентацию в сотовой конструкции из дополнительного варианта осуществления мембраны в соответствии с настоящим изобретением.

[00019] Фиг.7 изображает упрощенное представление, иллюстрирующее ориентацию в сотовой конструкции из другого дополнительного варианта осуществления мембраны в соответствии с настоящим изобретением.

[00020] Фиг.8 изображает покомпонентный общий вид, иллюстрирующий часть сплошного покрывающего слоя, звукопоглощающей структуры и перфорированного покрывающего слоя, которые скомбинированы для формирования звукопоглощающей структуры изображенного на Фиг.9 типа.

[00021] Фиг.9 изображает частичное представление в разрезе примерной звукопоглощающей структуры (гондолы), которая расположена рядом с источником шума (реактивным двигателем). Звукопоглощающая структура включает в себя звукопоглощающую сотовую конструкцию, лежащую между слоями сплошного покрывающего слоя и перфорированного покрывающего слоя.

[00022] Фиг.10 изображает упрощенное представление, иллюстрирующее ориентацию в сотовой конструкции из варианта осуществления настоящего изобретения, где мембрана расположена на различных высотах внутри одной и той же сотовой конструкции.

[00023] Фиг.11 изображает упрощенное представление, иллюстрирующее ориентацию в сотовой конструкции из варианта осуществления настоящего изобретения, где две мембраны расположены на различных высотах внутри одной ячейки сотовой конструкции.

[00024] Фиг.12 изображает упрощенное представление, демонстрирующее вставку мембраны в ячейки сотовой конструкции для формирования исходной структуры, где мембраны имеют фрикционное сцепление внутри ячеек.

[00025] Фиг.13 изображает упрощенное представление, демонстрирующее примерный способ нанесения клеящего материала на крепежные части волокон мембраны.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00026] На Фиг.1 и 8 примерная звукопоглощающая структура, в соответствии с настоящим изобретением, отмечена, в целом, как 10. Звукопоглощающая структура 10 включает в себя сотовую конструкцию 12, имеющую первый край 14, который должен быть расположен ближе к источнику шума, и второй край 16. Сотовая конструкция 12 включает в себя стенки 18, которые проходят между этими двумя краями 14 и 16 таким образом, чтобы образовывать множество ячеек 20. Каждая из ячеек 20 имеет глубину (также обозначаемая как толщина внутренней части), которая равна расстоянию между этими двумя краями 14 и 16. Каждая ячейка 20 также имеет площадь поперечного сечения, которая измеряется перпендикулярно к стенкам 18 ячейки. Сотовая конструкция может быть выполнена из любого обычного материала, используемого для создания панелей сотовой конструкции, включающего в себя металлы, керамику и композитные материалы.

[00027] Мембраны 24 расположены внутри ячеек 20. Предпочтительно, но не обязательно, чтобы мембраны 24 были расположены в большей части, если не во всех ячейках 20. В определенных ситуациях, может требоваться вставлять мембраны 24 лишь в некоторые из ячеек для создания требуемого эффекта звукопоглощения. Альтернативно, может требоваться вставлять две или более мембран в одну ячейку. Также может требоваться располагать мембраны 24 на различных глубинах внутри различных ячеек 20, расположенных в различных местах в сотовой конструкции.

[00028] На Фиг.4 примерная мембрана 24, в соответствии с настоящим изобретением, изображена как расположенная внутри примерной ячейки 26 сотовой конструкции. Мембрана 24 вырезается или иным способом формируется из листа звукопоглощающего материала, который состоит из плетеных волокон. Плетеный материал включает в себя волокна 28 основы и уточные волокна 29, которые, по существу, перпендикулярны друг к другу.

[00029] Периметр ячейки 26 образуется или формируется посредством стенок 30, 32, 34, 36, 38 и 40 ячейки. Стенки 30 и 36 ячейки параллельны друг другу и формируют первую пару параллельных стенок ячейки. Стенки 34 и 40 ячейки также параллельны друг другу и формируют вторую пару параллельных стенок ячейки. Стенки 32 и 38 ячейки также параллельны друг другу и формируют третью пару параллельных стенок. Поскольку ячейка 26 не имеет форму правильного шестиугольника, первая и вторая пара параллельных стенок шире третьей пары параллельных стенок. Каждая из стенок в первой и второй парах параллельных стенок составляет большую часть периметра ячейки, чем каждая из стенок в третьей паре параллельных стенок.

[00030] В соответствии с настоящим изобретением, мембрана 24 ориентирована таким образом, чтобы волокна 28 основы были перпендикулярны паре более широких параллельных стенок 30 и 36. Эта ориентация также помещает уточные волокна 29 перпендикулярно другой паре более широких параллельных стенок 34 и 40. Было обнаружено, что ориентирование волокон мембраны перпендикулярно к более широким параллельным стенкам обеспечивает особенно эффективный способ фрикционного сцепления мембраны 24 внутри ячейки 26.

[00031] Каждое из уточных волокон и волокон основы включает в себя центральную резонирующую часть и крепежную часть, расположенную на каждом конце волокна, предназначенную для крепления волокон к стенкам ячейки. На Фиг.5 изображено упрощенное представление в поперечном разрезе мембраны 24 для иллюстрирования резонирующих частей 42 и крепежных частей 44 уточных волокон 29. Крепежные части 44 служат для фрикционного сцепления мембраны 24 на месте до нанесения клеящего материала для постоянного соединения крепежных частей 44 со стенкой сотовой конструкции. В целях данного подробного описания волокно ориентировано, по существу, перпендикулярно к стенке ячейки, когда резонирующая часть волокна, по существу, перпендикулярна стенке сотовой конструкции. Понятие «по существу перпендикулярно» означает, что угол между резонирующей частью волокна и стенкой ячейки в плоскости мембраны находится между 80 и 100 градусами, и более предпочтительно, между 85 и 95 градусами.

[00032] Для формирования мембраны могут быть использованы любые стандартные звукопоглощающие материалы из плетеного волокна. Эти звукопоглощающие материалы, как правило, обеспечиваются в виде относительно тонких листов сетчатой ткани, которая разработана конкретно для обеспечения понижения уровня шума. Предпочтительно, чтобы звукопоглощающий материал являлся сетчатой тканью, которая сплетена из одиночных непрерывных волокон. Волокна могут состоять из стекла, углерода, керамики или полимеров. Одиночные непрерывные полимерные волокна, выполненные из полиамида, полиэстера, этиленового хлортрифторэтиленполимера (ECTFE), этилен тетрафторэтилена (ETFE), политетрафторэтилена (PTFE), полифениленсульфида (PPS), фторированного этиленпропилена (FEP), полиэфирэфиркетона (PEEK), полиамида 6 (Nylon 6, PA6) и полиамида 12 (Nylon 12, PA12), являются лишь несколькими примерами. Сетчатая ткань, выполненная из PEEK, является предпочтительной для областей применения, в которых имеют место высокие температуры. Звукопоглощающие сетчатые ткани и другие звукопоглощающие материалы, которые могут быть использованы для формирования мембранных заглушек в соответствии с настоящим изобретением, доступны из широкого спектра коммерческих источников. Например, листы звукопоглощающей сетчатой ткани могут быть получены от компании SEFAR America Inc. (Buffalo Division Headquarters 111 Calumet Street Depew, NY 14043) под торговыми марками SEFAR PETEX, SEFAR NITEX и SEFAR PEEKTEX.

[00033] Несмотря на то, что звукопоглощающая ткань может быть выполнена из комбинации различных плетеных волокон, предпочтительно, чтобы волокна в звукопоглощающей ткани были выполнены из одного и того же материала. Во многих звукопоглощающих тканях волокна в направлении основы (волокна основы), как правило, изготовлены из волокон меньшего диаметра, чем волокна в направлении утка (уточные волокна). Соответственно, уточные волокна имеют тенденцию быть более прочными и менее гибкими, чем волокна основы. Было обнаружено, что менее гибкие волокна более эффективны для обеспечения фрикционного сцепления мембраны со стенкой ячейки. При наличии возможности, предпочтительно, чтобы мембрана была ориентирована таким образом, чтобы резонирующие части менее гибких уточных волокон были перпендикулярны стенке сотовой конструкции, которая формирует наибольшую часть периметра ячейки. Гибкость уточных волокон также может быть увеличена по сравнению с волокнами основы посредством изменения химического состава (но не диаметра) уточного волокна для обеспечения более жесткого волокна.

[00034] В плетеной ткани, где волокна, идущие в одном направлении, являются менее гибкими или более прочными, чем волокна, идущие в поперечном направлении, причем более прочные волокна обычно называются основными волокнами. Настоящее изобретение может быть использовано применительно к мембранам, изготовленным из всех типов плетеной звукопоглощающей ткани, включающих те, в которых нет никакого доминирующего волокна. Однако предпочтительно, чтобы плетеный мембранный материал включал в себя основные волокна и чтобы основные волокна являлись уточными волокнами.

[00035] Звукопоглощающая ткань, как правило, обеспечена в виде листа материала, который режется на множество лент. Затем, мембраны вырезаются из лент. Фиг.2 предоставляет упрощенное представление части типичной ленты 72 звукопоглощающего материала. Лента 72 включает в себя уточные волокна 74 и волокна 76 основы. Уточные волокна 74 являются основными волокнами. Мембраны, предназначенные для вставки в ячейки изображенного на Фиг.4 типа, вырезаются из ленты, как выделено контурами 78 и 79. Резка ленты для обеспечения мембраны, которая может быть ориентирована как на Фиг.4, дает в результате то, что лишь малая часть материала расходуется непроизводительно. Этот факт является чрезвычайно важным отличительным признаком изобретения, который неожиданно следует из необходимости вырезания мембраны из ленты звукопоглощающей ткани таким образом, чтобы соответствовать сформулированным выше требованиям ориентации, когда мембраны вставлены в ячейки сотовой конструкции.

[00036] На Фиг.3 изображен типичный способ из предшествующего уровня техники вырезания мембран из ленты звукопоглощающего материала. Идентификационные номера соответствуют идентификационным номерам на Фиг.2, за исключением того, что было добавлено обозначение «PA» для идентификации ленты, резка которой выполняется в соответствии со способом из предшествующего уровня техники. Как может быть замечено, наблюдаются непроизводительные потери значительного количества звукопоглощающего материала при использовании способа формирования мембран из предшествующего уровня техники по сравнению с настоящим изобретением.

[00037] На Фиг.6 дополнительная примерная мембрана 50 в соответствии с настоящим изобретением изображена как расположенная внутри примерной ячейки 52 сотовой конструкции. Мембрана 50 вырезается или иным способом формируется из листа звукопоглощающего материала, который состоит из плетеных волокон, где уточные волокна 54 являются менее гибкими (более прочными), чем волокна 56 основы. Ячейка 58 сотовой конструкции включает в себя пару параллельных стенок 60 и 62, каждая из которых намного шире других двух стенок 64 и 68. В качестве предпочтительного отличительного признака изобретения, основные уточные волокна 54 ориентированы перпендикулярно к более широким параллельным стенкам 60 и 62.

[00038] На Фиг.7 еще одна дополнительная примерная мембрана 51 в соответствии с настоящим изобретением изображена как расположенная внутри примерной ячейки 53 сотовой конструкции. Мембрана 51 вырезается или иным способом формируется из листа звукопоглощающего материала, который состоит из плетеных волокон, где уточные волокна 55 являются менее гибкими (более прочными), чем волокна 57 основы. Ячейка 53 сотовой конструкции 53 включает в себя первую пару параллельных стенок 61 и 63. Стенки 65 и 67 ячейки также параллельны друг другу и формируют вторую пару параллельных стенок ячейки. Стенки 69 и 71 ячейки также параллельны друг другу и формируют третью пару параллельных стенок. Первая и вторая пары параллельных стенок шире третьей пары параллельных стенок. Каждая из стенок в первой и второй парах параллельных стенок формирует большую часть периметра ячейки, чем каждая из стенок в третьей паре параллельных стенок.

[00039] Как обсуждалось выше, мембрана 51 ориентирована таким образом, чтобы уточные волокна 55 были перпендикулярны паре более широких параллельных стенок 65 и 67. Вставка мембраны таким образом, чтобы более жесткие уточные волокна 55 были перпендикулярны более широким параллельным стенкам, обеспечивает особенно эффективный способ достижения фрикционного сцепления мембраны 51 внутри ячейки 53.

[00040] Настоящее изобретение может применяться для широкого спектра форм ячеек. Предпочтительной формой поперечного сечения ячейки является многоугольник, имеющий более четырех стенок, которые формируют периметр многоугольника, и где ширины стенок, в отношении периметра, не являются равными. Предпочтительными являются шестиугольные и прямоугольные ячейки, имеющие формы поперечного сечения, аналогичные изображенным на Фиг.4, 6 и 7.

[00041] Мембраны 24 могут быть вставлены в ячейку сотовой конструкции для обеспечения широкого спектра звукопоглощающих конструкций. Например, мембраны могут быть расположены внутри сотовой конструкции 12A на различных уровнях, как показано обозначениями 24A и 24B на Фиг.10. Этот тип конструкции позволяет точно настраивать понижение уровня шума звукопоглощающей структуры. Двухуровневая конструкция, изображенная на Фиг.10, предназначена исключительно для иллюстрирования примера широкого спектра возможных многоуровневых компоновок мембран, которые возможны в соответствии с настоящим изобретением. Как будет понятно специалистам в данной области техники, количество различных возможных уровней размещения мембраны является чрезвычайно большим и может быть специально подобрано таким образом, чтобы соответствовать требованиям понижения уровня шума.

[00042] Другой пример конфигурации вставки для мембраны 24 изображен на Фиг.11. В этой конфигурации, два ряда мембран 24C и 24D вставлены в сотовую конструкцию 12B для обеспечения двух мембран для каждой ячейки. Очевидно, что возможны многочисленные возможные дополнительные конфигурации, где в данную ячейку вставлено три или более мембранных заглушек. Кроме того, многоуровневая конструкция вставки, иллюстрированная на Фиг.10, может быть скомбинирована с множеством вставок для каждой конструкции ячеек, иллюстрированной на Фиг.11, для обеспечения неограниченного количества возможных конфигураций вставки мембраны, которые могут быть использованы для точной настройки звукопоглощающей структуры для обеспечения оптимального понижения уровня шума для данного источника шума.

[00043] На Фиг.12 изображен предпочтительный способ вставки мембран в ячейки для формирования исходной структуры, где обеспечено фрикционное сцепление мембран внутри ячейки сотовой конструкции. Ссылочные обозначения, используемые для идентификации структуры сотовой конструкции на Фиг.12, являются такими же, как и на Фиг.1, за исключением того, что они включают в себя обозначение «P» для указания того, что эта структура является исходной структурой, в которой еще не выполнено постоянное соединение мембраны со стенками ячейки.

[00044] Как изображено на Фиг.12, ткань мембраны 87 вырезается из ленты тканевого материала 85 для обеспечения предварительно вырезанной мембраны, имеющей тип, изображенный в виде обозначений 78 и 79 на Фиг.2. Плунжер 83 соответствующего размера используется для проталкивания ткани мембраны 87 через шаблон 89 для формирования мембранной заглушки 24, которая затем вставляется в ячейку с использованием плунжера 83. Следует отметить, что использование шаблона 89 для сгибания заглушки для формирования мембранной заглушки из отдельных частей предварительно вырезанной звукопоглощающей ткани является предпочтительным, но не обязательным. Возможно использование сотовой конструкции в качестве шаблона и формировать мембранную заглушку просто посредством продавливания предварительно вырезанной ткани 87 в ячейки с использованием плунжера 83. Однако края большого количества панелей сотовой конструкции имеют тенденцию быть относительно зазубренными в связи с тем, что панели, как правило, вырезаются из большего блока сотовой конструкции во время процесса изготовления. Соответственно, края сотовой конструкции имеют тенденцию зацеплять, рвать и загрязнять звукопоглощающую ткань, когда плоский лист ткани с применением силы вставляется непосредственно в ячейку. Соответственно, при желании, может быть устранено использование шаблона для сгибания, но только если края ячеек подвергаются обработке для удаления каких-либо грубых или зубчатых краев.

[00045] Важно, чтобы размеры/форма мембраны и размеры/форма плунжера и шаблона были выбраны таким образом, чтобы мембранная заглушка могла быть вставлена в ячейку без повреждения звукопоглощающего материала, в то же время обеспечивая достаточный фрикционный контакт между крепежными частями волокон мембраны и стенкой ячейки для удержания мембраны на месте во время последующей обработки исходной структуры. Может быть использован обычный эксперимент для образования необходимого фрикционного сцепления для мембран, изготовленных из определенной звукопоглощающей ткани, при условии, что выполняются методические рекомендации, сформулированные выше в отношении ориентации уточного волокна и волокна основы для различных форм ячеек. Степень фрикционного сцепления или крепления должна быть достаточной для предотвращения смещения или иного перемещения мембранных заглушек, даже если во время обработки происходит случайное падение исходной структуры.

[00046] Исходная структура изображена на Фиг.12 как обозначение 10p, где мембранные заглушки 24P удерживаются на месте исключительно посредством фрикционного сцепления. Как было упомянуто ранее, фрикционное сцепление должен быть достаточным для надежного удержания мембранных заглушек в положении до момента, пока не сможет быть выполнено их постоянное соединение с использованием соответствующего клеящего материала. Используемый клеящий материал может являться любым из традиционных клеящих материалов, которые используются при изготовлении панелей сотовой конструкции. Предпочтительные клеящие материалы включают в себя материалы, которые являются стойкими к воздействию высокой температуры (300-400°F). Примерные клеящие материалы включают в себя эпоксидные смолы, акриловые смолы, фенольные смолы, цианакрилаты, BMF, полиамидоимиды и полиимиды.

[00047] Клеящий материал может быть нанесен на крепежную часть волокна/поверхность контакта стенки ячейки с использованием множества известных процедур нанесения клеящих материалов. Важным фактором является то, что клеящий материал должен наноситься управляемым способом. Клеящий материал, как минимум, должен быть нанесен на крепежную часть волокон на поверхности их контакта со стенкой ячейки. В некоторых случаях, требуется точная настройка звукопоглощающей структуры посредством покрытия участка резонирующей части волокон клеящим материалом. Нанесение клеящего материала на резонирующие части волокон дает в результате закрытие или, по меньшей мере, уменьшение размеров отверстий в сетке или другом звукопоглощающем материале. Неуправляемое нанесение клеящего материала на резонирующие части мембраны, в целом, является нежелательным и не должно допускаться. Соответственно, могут быть использованы процедуры нанесения клеящего материала, которые могут обеспечивать выборочное и управляемое нанесение клеящего материала на крепежную часть волокон на их поверхности контакта со стенками ячейки.

[00048] На Фиг.13 изображена примерная процедура нанесения клеящего материала. В этой примерной процедуре, сотовая конструкция 12P просто погружается в ванну 91 клеящего материала таким образом, чтобы только крепежные части волокон мембраны были погружены в клеящий материал. Клеящий материал может быть точно нанесен на крепежную часть волокна/поверхности контакта стенки ячейки с использованием этой процедуры погружения при условии, что обеспечено точное фрикционное сцепление мембраны точно на одном и том же уровне перед погружением. Для мембран, расположенных на различных уровнях, требуется несколько этапов погружения. Альтернативно, клеящий материал может быть нанесен с использованием щетки или другой технологии нанесения, характерной для конкретного объекта. Некоторые из этих способов могут быть использованы для покрытия стенок внутренней части клеящим материалом перед вставкой мембраны. Альтернативно, клеящий материал может быть нанесен посредство трафаретной печати на мембранном материале и совершаться поэтапно перед вставкой во внутреннюю часть.

[00049] Процедура погружения, предназначенная для нанесения клеящего материала, которая изображена на Фиг.13, является предпочтительной в связи с тем, что крепежные части волокон имеют тенденцию к впитыванию вверх клеящего материала вследствие капиллярного эффекта. Это впитывание вверх обеспечивает формирование бортика в месте, где крепежная часть волокон встречается со стенкой ячейки. Формирование клейких бортиков на поверхности контакта между крепежными частями волокон и стенкой ячейки не только обеспечивает хорошее соединение со стенкой ячейки, но также обеспечивает четко определенную границу между клеящим материалом и резонирующей частью для гарантии того, что не будет оказано непреднамеренное влияние на звукопоглощающие свойства мембраны посредством клеящего материала. Бортики из клеящего материала также имеют тенденцию закрывать и устранять воздушные зазоры, которые могут быть сформированы между материалом мембраны и стенками ячейки вследствие складок материала.

[00050] Звукопоглощающие структуры в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы в широком спектре ситуаций, где требуется понижение уровня шума. Эти структуры хорошо подходят для использования применительно к силовым установкам, где обычной проблемой является понижение уровня шума. Сотовая конструкция является относительно легким материалом. Соответственно, звукопоглощающие структуры из настоящего изобретения особенно хорошо подходят для использования в системах летательных аппаратов. Примерное использование включает в себя гондолы для реактивных двигателей, обтекатели для большой турбины или двигателей возвратно-поступательного действия и связанных с ними звукопоглощающих структур.

[00051] Основная звукопоглощающая структура из настоящего изобретения, как правило, изготавливается посредством формования с нагревом в окончательную форму гондолы двигателя, а затем покрывающий слой или листы внешнего материала соединяются с внешними краями сформированной звукопоглощающей структуры при помощи клеящего слоя(ев). Эта окончательная многослойная конструкция выдерживается в фиксирующем приспособлении, что обеспечивает сохранение сложной формы гондолы во время соединения. Например, как изображено на Фиг.8, звукопоглощающая структура 10 с одной стороны соединена с твердым листом или покрывающим слоем 80, и перфорированный покрывающий слой или лист 82 соединен с другой стороной для формирования звукопоглощающей панели. Соединение сплошного покрывающего слоя 80 и перфорированного покрывающего слоя 82, как правило, выполняется посредством использования соединяющего инструмента под воздействием повышенной температуры и давления. Соединяющий инструмент, в целом, необходим для сохранения требуемой формы звукопоглощающей структуры во время процесса формирования панели. На Фиг.9 часть завершенной звукопоглощающей панели изображена в положении в виде части гондолы, окружающей реактивный двигатель, который схематически изображен как обозначение 90.

[00052] Таким образом, после описания примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники должны отметить, что содержание раскрытий является лишь примерным и что в рамках настоящего изобретения могут быть выполнены различные другие альтернативные решения, усовершенствования и модификации. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено упомянутыми предпочтительными вариантами осуществления и примерами и ограничено исключительно посредством нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к акустике, в частности к средствам подавления акустических шумов. Устройство представляет собой сотовую конструкцию, которая включает в себя ячейки с установленными в них мембранами. Ячейки имеют форму шестиугольника и образованы парами параллельных стенок, часть из которых длиннее остальных. Мембраны состоят из волокон основы и уточных волокон, которые перпендикулярны друг к другу. Мембраны ориентированы в ячейках сотовой конструкции таким образом, чтобы уточные волокна и/или волокна основы были перпендикулярны большей из стенок. Ячейки образуют резонаторы, а для крепления мембран к стенкам ячеек используется клей. При этом волокна основы являются более гибкими, нежели уточные волокна и имеют диаметр меньше диаметра уточных волокон. Устройство используется в качестве звукопоглощающей структуры гондолы двигателя самолета. Технический результат - повышение надежности конструкции. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Звукопоглощающая структура, которая выполнена с возможностью расположения рядом с источником шума, при этом упомянутая звукопоглощающая структура содержит:
сотовую конструкцию, содержащую первый край, предназначенный для расположения ближе к упомянутому источнику шума, и второй край, причем упомянутая сотовая конструкция дополнительно содержит множество стенок, которые проходят между упомянутыми первым и вторым краями, причем упомянутые стенки образуют множество ячеек, причем по меньшей мере одна из упомянутых ячеек образована посредством по меньшей мере четырех из упомянутых стенок и причем по меньшей мере две из упомянутых стенок, образующих упомянутую ячейку, формируют пару стенок, которые, по существу, параллельны друг другу, и причем упомянутые стенки образуют периметр вокруг упомянутой ячейки, при этом по меньшей мере одна из упомянутых параллельных стенок формирует большую часть упомянутого периметра ячейки, чем по меньшей мере одна из стенок ячейки, которая не параллельна упомянутой большей стенке;
мембрану, расположенную внутри упомянутой ячейки, причем упомянутая мембрана содержит звукопоглощающий материал, который включает в себя множество волокон основы и множество уточных волокон, причем упомянутые волокна основы и уточные волокна практически перпендикулярны друг к другу, причем каждое из упомянутых волокон основы включает в себя резонирующую часть, расположенную внутри упомянутой ячейки, и крепежные части, расположенные на каждом конце упомянутого волокна основы, и при этом каждое из упомянутых уточных волокон включает в себя резонирующую часть, расположенную внутри упомянутой ячейки, и крепежные части, расположенные на каждом конце упомянутого уточного волокна, причем упомянутая мембрана ориентирована в упомянутой ячейке таким образом, чтобы резонирующие части либо упомянутых волокон основы, либо уточных волокон были, по существу, перпендикулярны к упомянутой большей стенке; и
клеящий материал, который соединяет упомянутые крепежные части упомянутых волокон основы и уточных волокон с упомянутыми стенками.

2. Звукопоглощающая структура по п. 1, в которой упомянутые волокна основы являются более гибкими, чем упомянутые уточные волокна.

3. Звукопоглощающая структура по п. 2, в которой, по меньшей мере, часть упомянутых уточных волокон является, по существу, перпендикулярной к упомянутой большей стенке.

4. Звукопоглощающая структура по п. 1, в которой по меньшей мере одна из упомянутых ячеек образована посредством по меньшей мере двух пар стенок, причем упомянутые стенки в каждой паре, по существу, параллельны друг другу.

5. Звукопоглощающая структура по п. 1, в которой упомянутая ячейка образована посредством шести стенок.

6. Звукопоглощающая структура по п. 2, в которой упомянутые волокна основы имеют диаметр поперечного сечения, и упомянутые уточные волокна имеют диаметр поперечного сечения, причем диаметр упомянутых уточных волокон больше диаметра упомянутых волокон основы.

7. Исходная структура, которая выполнена с возможностью создания внутри звукопоглощающей структуры, которая выполнена с возможностью расположения рядом с источником шума, при этом упомянутая исходная структура содержит:
сотовую конструкцию, содержащую первый край, предназначенный для расположения ближе к упомянутому источнику шума, и второй край, причем упомянутая сотовая конструкция дополнительно содержит множество стенок, которые проходят между упомянутыми первым и вторым краями, причем упомянутые стенки образуют множество ячеек, причем по меньшей мере одна из упомянутых ячеек образована посредством по меньшей мере четырех из упомянутых стенок и причем по меньшей мере две из упомянутых стенок, образующих упомянутую ячейку, формируют пару стенок, которые, по существу, параллельны друг другу, и при этом упомянутые стенки образуют периметр вокруг упомянутой ячейки, причем по меньшей мере одна из упомянутых параллельных стенок формирует большую часть упомянутого периметра ячейки, чем по меньшей мере одна из стенок ячейки, которая не параллельна упомянутой большей стенке;
мембрану, расположенную внутри упомянутой ячейки, причем упомянутая мембрана содержит звукопоглощающий материал, который включает в себя множество волокон основы и множество уточных волокон, причем упомянутые волокна основы и уточные волокна, по существу, перпендикулярны друг к другу, причем каждое из упомянутых волокон основы включает в себя резонирующую часть, расположенную внутри упомянутой ячейки, и крепежные части, расположенные на каждом конце упомянутого волокна основы, и при этом каждое из упомянутых уточных волокон включает в себя резонирующую часть, расположенную внутри упомянутой ячейки, и крепежные части, расположенные на каждом конце упомянутого уточного волокна, причем упомянутая мембрана ориентирована в упомянутой ячейке таким образом, чтобы резонирующие части либо упомянутых волокон основы, либо уточных волокон были, по существу, перпендикулярны к упомянутой большей стенке; и
при этом упомянутые крепежные части упомянутых волокон основы и/или уточных волокон фрикционно установлены на упомянутые стенки.

8. Исходная структура по п. 7, в которой упомянутые волокна основы являются более гибкими, чем упомянутые уточные волокна.

9. Исходная структура по п. 8, в которой, по меньшей мере, часть упомянутых уточных волокон являются, по существу, перпендикулярными к упомянутой большей стенке.

10. Исходная структура по п. 7, в которой по меньшей мере одна из упомянутых ячеек образована посредством по меньшей мере двух пар стенок, причем упомянутые стенки в каждой паре, по существу, параллельны друг другу.

11. Исходная структура по п. 7, в которой упомянутая ячейка образована посредством шести стенок.

12. Исходная структура по п. 8, в которой упомянутые волокна основы имеют диаметр поперечного сечения, и упомянутые уточные волокна имеют диаметр поперечного сечения, причем диаметр упомянутых уточных волокон больше диаметра упомянутых волокон основы.

13. Способ создания звукопоглощающей структуры, выполненной с возможностью размещения рядом с источником шума, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:
обеспечивают сотовую конструкцию, содержащую первый край, предназначенный для расположения ближе к упомянутому источнику шума, и второй край, причем упомянутая сотовая конструкция дополнительно содержит множество стенок, которые проходят между упомянутыми первым и вторым краями, причем упомянутые стенки образуют множество ячеек, причем по меньшей мере одна из упомянутых ячеек образована посредством по меньшей мере четырех из упомянутых стенок и причем по меньшей мере две из упомянутых стенок, образующих упомянутую ячейку, формируют пару стенок, которые, по существу, параллельны друг другу, и при этом упомянутые стенки образуют периметр вокруг упомянутой ячейки, причем по меньшей мере одна из упомянутых параллельных стенок формирует большую часть упомянутого периметра ячейки, чем по меньшей мере одна из стенок ячейки, которая не параллельна упомянутой большей стенке;
вставляют мембрану внутрь упомянутой ячейки, причем упомянутая мембрана содержит звукопоглощающий материал, который включает в себя множество волокон основы и множество уточных волокон, причем упомянутые волокна основы и уточные волокна, по существу, перпендикулярны друг к другу, причем каждое из упомянутых волокон основы включает в себя резонирующую часть, расположенную внутри упомянутой ячейки, и крепежные части, расположенные на каждом конце упомянутого волокна основы, и причем каждое из упомянутых уточных волокон включает в себя резонирующую часть, расположенную внутри упомянутой ячейки, и крепежные части, расположенные на каждом конце упомянутого уточного волокна, причем упомянутая мембрана вставляется в упомянутую ячейку таким образом, чтобы резонирующие части либо упомянутых волокон основы либо уточных волокон были, по существу, перпендикулярны к упомянутой большей стенке; и
соединяют упомянутые крепежные части упомянутых волокон основы и уточных волокон с упомянутыми стенками.

14. Способ создания звукопоглощающей структуры по п. 13, причем упомянутые волокна основы являются более гибкими, чем упомянутые уточные волокна.

15. Способ создания звукопоглощающей структуры по п. 14, причем, по меньшей мере, часть упомянутых уточных волокон являются, по существу, перпендикулярными к упомянутой большей стенке.

16. Способ создания звукопоглощающей структуры по п. 13, причем по меньшей мере одна из упомянутых ячеек образована посредством по меньшей мере двух пар стенок, причем упомянутые стенки в каждой паре, по существу, параллельны друг другу.

17. Способ создания звукопоглощающей структуры по п. 13, причем упомянутая ячейка образована посредством шести стенок.

18. Способ создания звукопоглощающей структуры по п. 14, в котором упомянутые волокна основы имеют диаметр поперечного сечения, и упомянутые уточные волокна имеют диаметр поперечного сечения, причем диаметр упомянутых уточных волокон больше диаметра упомянутых волокон основы.

19. Воздушное судно, которое включает в себя звукопоглощающую структуру по п. 1.

20. Гондола для двигателя воздушного судна, которая включает в себя звукопоглощающую структуру по п. 1.