СТРУКТУРА С АКТИВНЫМИ АКУСТИЧЕСКИМИ ОТВЕРСТИЯМИ Российский патент 2017 года по МПК G10K11/172 

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к акустическим структурам, которые используются для ослабления шума. Более предпочтительно - настоящее изобретение направлено на обеспечение акустического материала перегородок для использования в акустических структурах для обеспечения относительно низкого коэффициента нелинейности с целью ослабления шума.

2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Общепризнано, что наилучшим способом борьбы с избыточным шумом, создаваемым конкретным источником, является воздействие на шум в самом источнике. Обычно это выполняют добавлением в структуру источника шума акустических демпфирующих структур (акустическое воздействие). Одним из особенно трудных для борьбы источников шума является реактивный двигатель, используемый на большинстве пассажирских самолетов. Акустические воздействия обычно осуществляют на входе двигателя, в гондоле и в выходных конструкциях. Эти акустические воздействия включают в себя акустические резонаторы, которые содержат относительно тонкие акустические материалы или решетки, которые имеют миллионы отверстий, которые создают акустический импеданс генерированной двигателем звуковой энергии.

Сотовые материалы являются популярными материалами для использования в авиационных и аэрокосмических летательных аппаратах, поскольку они относительно прочны и легки. Для акустических приложений, таких как в гондолах двигателей, в сотовые структуры добавляют акустические материалы, так чтобы сотовые ячейки на том конце, который удален от двигателя, были акустически закрытыми, а со стороны, расположенной ближе к двигателю, покрыты пористым покрытием. Закрывание сотовых ячеек акустическим материалом, таким образом, создает акустический резонатор, который обеспечивает ослабление, демпфирование или подавление шума. Кроме того, во внутренней части сотовых ячеек обычно расположены акустические перегородки, для того чтобы обеспечить резонатор с дополнительными свойствами подавления шума.

Материалы, используемые для формирования акустических перегородок и других акустических структур, обычно включают в себя множество отверстий, которые представляют собой существенную часть акустических признаков материала. Эти отверстия обычно просверлены механически или с использованием лазера. Будучи образованной, площадь поперечного сечения остается постоянной. Невозможность активно изменять размер и/или форму отверстий перегородок в ответ на изменение звукового давления и скорости газа представляет собой определенные проблемы по отношению к источникам шума, таким как реактивные двигатели, где скорость воздуха или газа, испущенного из двигателя, изменяется с изменением скорости двигателя и его положения.

Стандартную меру способности перегородки ослаблять шум в диапазоне скоростей потока представляет коэффициент нелинейности. Коэффициент нелинейности обычно определяют измерением сопротивления перегородки потоку на низкой скорости потока (например, 20 см/с) и на высокой скорости потока (например, 200 см/с). Отношение сопротивления при низкой скорости потока к сопротивлению на высокой скорости потока есть коэффициент нелинейности. Желательно, чтобы коэффициент нелинейности был как можно ближе к 1. Коэффициент нелинейности, равный 1, означает, что сопротивление потоку и способность по звуковому демпфированию материала перегородки остаются постоянными по мере того, как скорость потока воздуха или газа через перегородку возрастает.

Популярным материалом перегородки является волокно, полученное из тканого моноволокна некоторых полимеров, таких как полиэфирэфиркетон (РЕЕК). Такие типы перегородок из тканого волокна, как правило, имеют относительно низкие коэффициенты нелинейности, которые обычно меньше 2. Однако такие перегородки из тканого моноволокна РЕЕК являются относительно дорогими.

Менее дорогие материалы с перфорированными перегородки, как правило, имеют коэффициенты нелинейности порядка 4 и выше. Было бы желательно обеспечить относительно недорогие перегородки, выполненные из такого же перегородочного материала, что и перфорированные перегородки, но в которых отверстия были бы сформированы и ориентированы таким образом, чтобы коэффициент нелинейности перегородки был бы сравним с коэффициентом нелинейности материала перегородки из тканого моноволокна.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением было обнаружено, что возможны слои перегородки или пленки с относительно низкими коэффициентами нелинейности, если отверстия, которые образованы в перегородке, имеют площади поперечного сечения, которые способны активно изменяться в ответ на изменения в давлении и/или скорости воздуха или другой шумосодержащей среды, которая протекает через перегородку. Это активное изменение площади поперечного сечения достигается обеспечением подвижных ушек или створок как частей отверстия перегородки. Было найдено, что эти ушки или створки автоматически изгибаются в ответ на изменения скорости среды, протекающей через отверстие. Движение створки (створок) изменяет площадь поперечного сечения отверстия таким образом, что с возрастанием скорости среды площадь поперечного сечения увеличивается. Было открыто, что это изменение площади поперечного сечения, которое является зависимым от скорости потока среды, даст возможность получать "перегородочные материалы" с коэффициентами нелинейности, которые по существу ниже коэффициентов нелинейности, достижимых в стандартных "перегородочных материалах", которые содержат фиксированные отверстия.

В соответствии с настоящим изобретением обеспечена акустическая структура, которая включает в себя перегородку, имеющую акустическое отверстие, которое задает открытую область, которая изменяется в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через это акустическое отверстие. Перегородка содержит фиксированный участок и один или более подвижных створчатых участков, при этом фиксированный участок и/или створчатый участок (участки), включает (включают) в себя поверхности, которые задают акустическое отверстие через перегородку. Акустическое отверстие имеет открытую область, которая изменяется вследствие движения подвижной створки (створок) в ответ на изменения скорости воздуха или другой шумосодержащей среды, которая проходит через акустическое отверстие.

В качестве признака изобретения подвижный створчатый участок поворотно подсоединен к фиксированному участку перегородки посредством линии сгиба в перегородке, которая задает переход между фиксированным участком перегородки и створчатым участком. Отверстие может включать в себя множество фиксированных участков, или же отверстие может включать в себя единственный фиксированный участок в зависимости от требований по акустическому ослаблению и других конструктивных обстоятельств.

Настоящее изобретение особенно хорошо пригодно для обеспечения относительно недорогого звукодемпфирующего "перегородочного материала", в котором требуется иметь низкий коэффициент нелинейности. Такие материалы с низким коэффициентом нелинейности пригодны для ослабления шума от реактивного двигателя или другого источника шума, в которых скорость шумосодержащей среды, испущенной из конкретного места внутри источника, во время работы изменяется и/или скорость этой среды изменяется в различных местах внутри источника.

Вышеописанные и многие другие признаки и сопровождающие их преимущества настоящего изобретения будут более понятны при обращении к нижеследующему подробному описанию, рассмотренному вместе с сопроводительными чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 изображает иллюстративную акустическую сотовую структуру, которая включает в себя "перегородочный материал" с переменными акустическими отверстиями в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 представляет собой подробный вид одного перегородочного отверстия в соответствии с настоящим изобретением, которое включает в себя два створчатых участка. Отверстия показаны в статическом положении или в положении малого потока, при котором площадь поверхности отверстия является минимальной.

Фиг. 3 представляет собой подробный вид того же самого перегородочного отверстия, которое показано на Фиг. 2, за исключением того, что створчатые участки показаны в открытом положении или в положении большого потока, при котором площадь поверхности отверстия является большей по сравнению с отверстием в статическом положении, которое показано на Фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой вид сбоку на Фиг. 2, который показывает положение створчатых участков относительно плоскости основного тела перегородки, когда створки находятся в статическом положении или в положении малого потока.

Фиг. 5 представляет собой вид сбоку на Фиг. 3, который показывает положение створчатых участков относительно плоскости основного тела перегородки, когда створки находятся в открытом положении или в положении большого потока.

Фиг. 6 представляет собой вид сверху иллюстративного перегородочного отверстия, которое включает в себя пять створчатых участков и линии загиба, которые образуют правильный пятиугольник.

Фиг. 7 представляет собой вид сверху той же самой иллюстративной перегородки, которая показана на Фиг. 6, на котором створчатые участки показаны в более раскрытом положении, при котором площадь поверхности отверстия увеличена в ответ на увеличенную скорость потока шумосодержащей среды.

Фиг. 8 представляет собой вид сверху иллюстративного перегородочного отверстия, которое включает в себя один створчатый участок.

Фиг. 9 представляет собой вид сверху иллюстративного перегородочного отверстия, которое включает в себя восемь створчатых участков и линии загиба, которые образуют правильный восьмиугольник. Восемь створчатых участков показаны в статическом или в закрытом положении, при котором площадь поверхности перегородочного отверстия является минимальной.

Фиг. 10 представляет собой вид сверху иллюстративного перегородочного отверстия, которое включает в себя семь створчатых участков и линии загиба, которые образуют правильный семиугольник. Семь створчатых участков показаны в положении, между статическим или закрытым положением и в полностью открытом положении.

Фиг. 11 представляет собой вид сверху иллюстративного перегородочного отверстия, которое включает в себя три створчатых участка и линии загиба, которые образуют правильный треугольник. Три створчатых участка показаны в положении, между статическим или закрытым положением и в полностью открытом положении.

Фиг. 12 представляет собой поэлементный вид, показывающий иллюстративную сотовую акустическую структуру, которая включает в себя перегородочный материал в соответствии с настоящим изобретением, в которой акустическая сотовая панель проложена между твердым опорным листом и пористым лицевым листом.

Фиг. 13 представляет собой упрощенный чертеж, показывающий положение участка гондолы двигателя, расположенного вокруг источника шума, такого как реактивный двигатель.

Фиг. 14 представляет собой график, который производит сравнение коэффициента нелинейности между перегородками с фиксированными отверстиями и перегородками, имеющими активно изменяемые отверстия в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстративная акустическая структура в соответствии с настоящим изобретением показана, в целом, под позицией 10 на Фиг. 1, 12 и 13. Акустическая структура 10 включает в себя сотовую ячейку 12, имеющую первый край 14, который должен быть расположен как можно ближе к источнику шума, и второй край 16. Сотовая ячейка 10 включает в себя стенки 18, которые продолжаются между двух краев 14 и 16, определяя множество ячеек 20. Каждая из ячеек 20 имеет глубину (называемую также толщиной сердцевины), которая равна расстоянию между двумя краями 14 и 16. Каждая ячейка имеет также площадь поперечного сечения, которая измеряется перпендикулярно стенкам 18 ячейки. Сотовая ячейка может быть выполнена из любого из обычных материалов, используемых для изготовления сотовых панелей, включая металлы, керамику и композитные материалы.

В соответствии с настоящим изобретением перегородки 22, имеющие переменные отверстия, расположены внутри ячеек 20. Предпочтительно, но не необходимо, чтобы перегородка 22 была расположена в большинстве, если не во всех из ячеек 20. В некоторых ситуациях, чтобы создать необходимый акустический эффект, может быть желательно ввести перегородки только в некоторые из ячеек. Альтернативно, может быть желательно в одну ячейку ввести две или большее количество перегородок.

В предпочтительном варианте исполнения переменные отверстия расположены в перегородках 22 внутри сотовой структуры 12. Однако переменные отверстия можно располагать в большом разнообразии других типов акустических структур, в которых требуется ослабление шума. Например, настоящее изобретение может быть использовано для формирования каналов или отверстий между ячейками низкочастотной облицовки такого типа, который описан в патентной заявке США №13/466.232, поданной 08 мая 2012 года. Изобретение может быть также использовано в "дренажной" секции акустических структур, где створка (створки) остаются закрытыми или частично закрытыми во время обычной работы, чтобы поддерживать необходимое акустическое демпфирование, и открываются при наличии водяного загрязнения, чтобы обеспечить быстрый и эффективный способ удалить водяное загрязнение из акустической структуры. Перегородки с переменными отверстиями могут быть также использованы в комбинации с перфорированными листами.

Для формирования перегородок в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы любые стандартные акустические материалы. Эти акустические материалы обычно произведены в виде относительно тонких листов материала, которые для образования материала перегородок просверлены или перфорированы иным способом. Листы акустического материала могут быть металлическими, керамическими или пластиковыми. Предпочтительно, чтобы материал перегородок был достаточно гибким, так чтобы участки створок, как описано ниже, изгибались в ответ на изменения скорости потока шумосодержащей среды и сохраняли способность многократных изгибов без повреждения вдоль складки или линии сгиба. Лишь несколькими примерами могут являться материалы перегородок, полученные из полиамида, полистирола, полиэтилен-хлортрифлюорэтилена (ECTFE), этилен-тетрафлюорэтилена (ETFE), политетрафлюорэтилена (PTFE), полифениленсульфида (PPS), полифлюорэтилен-пропилена (FEP), полиэфирэфиркетона (РЕЕК), полиамида 6 (нейлон 6, РА6) и полиамида 12 (нейлон 12, РА12). Для улучшения способности материала противостоять многократным изгибаниям или движениям створчатых участков в материал перегородок может быть добавлено упрочняющее волокно.

В обычной процедуре изготовления перегородок лист материала перегородок механически или посредством лазера просверливают, чтобы получить в этом материале многочисленные отверстия. Эти отверстия имеют фиксированные диаметры или форму, которые после образования отверстия изменены быть не могут. Однако в соответствии с настоящим изобретением эти дырки или отверстия образованы в материале перегородок, где размер (площадь поверхности) отверстия способен автоматически изменяться в ответ на изменения скорости потока проходящей через перегородку шумосодержащей среды. Имеется в виду, что термин шумосодержащая среда включает в себя воздух и другие газы или жидкости, которые "несут" с собой шум. Перегородочные отверстия по настоящему изобретению специально приспособлены для ослабления шума в воздухе и газах переменной скорости, которые испускаются из реактивных двигателей. Соответственно, перегородки, использующие отверстия, такие как описанные ниже, особенно полезны для использования в гондолах для реактивных двигателей.

На Фиг. 2-5 показан небольшой участок иллюстративной перегородки 22, который в демонстративных целях включает в себя единственное отверстие. Перегородка 22 содержит фиксированный участок 24 и подвижные створчатые участки 26 и 28. Створчатый участок 26 включает в себя края 30, 32 и 34. Створчатый участок 28 включает в себя края 36, 38 и 40. Края створчатых участков 26 и 28 в перегородке 22 задают акустические отверстия 42. На Фиг. 2 и 4 створчатые участки 26 и 28 показаны в статическом или в закрытом положении, при котором площадь поперечного сечения отверстия 42 является минимальной. В этом положении створчатые участки 26 и 28 по существу копланарны с фиксированным участком 24 перегородки 22, как он показан на Фиг. 4. Створчатые участки 26 и 28 остаются в закрытом или в статическом положении, когда через перегородку, которая представлена стрелкой 44, проходит относительно низкоскоростная шумосодержащая среда. Однако, когда скорость шумосодержащей среды увеличивается, как это на Фиг. 5 показано стрелками 46, створчатые участки 26 и 28 в ответ на увеличенную скорость среды автоматически раздвигаются, так что размер или площадь поверхности отверстия 42 увеличивается.

Между створчатыми участками 26 и 28 и фиксированным участком 24 перегородки 22 может быть любое количество поворотных или соединительных приспособлений, для того чтобы обеспечить такое движение створчатых участков, как показано на Фиг. 2-5. Предпочтительно, чтобы створчатые участки 26 и 28 были соединены с фиксированным участком 24 перегородки 22 с возможностью поворота посредством, соответственно, линий 48 и 50 сгиба. Линии 48 и 50 сгиба обеспечивают переход между фиксированным участком 24 перегородки 22 и створчатыми участками 26 и 28. Линии 48 и 50 сгиба определяют также максимально возможную площадь поверхности для отверстия 42, когда створчатые участки 26 и 28 сдвигаются вниз в положение, которое по существу перпендикулярно плоскости фиксированного участка 24 перегородки 22.

Акустическое отверстие в перегородке, которая включает в себя два створчатых участка, на Фиг. 2-5 показано лишь в иллюстративных целях. Отверстия с переменной площадью поверхности в соответствии с настоящим изобретением могут включать в себя любое количество створчатых участков. Например, на Фиг. 6 и 7 вдоль линий 58 сгиба загнуты пять створчатых участков 56 с образованием в перегородке 54 акустического отверстия 52 с переменной площадью поверхности. Как показано на Фиг. 6, створчатые участки 56 находятся в "положении малой скорости", когда скорость шумосодержащей среды относительно низка и площадь поверхности отверстия 52, соответственно, относительно мала. На Фиг. 7 створчатые участки 56 показаны в "положении высокой скорости", когда скорость шумосодержащей среды увеличилась до относительно высокой скорости потока и размер отверстия 52 в ответ на увеличение скорости потока шумосодержащей среды активно и автоматически увеличился.

На Фиг. 8 показана другая взятая в качестве примера перегородка 59, которая включает в себя активно изменяемое отверстие 60. Это отверстие 60 включает в себя один створчатый участок 62, который является подвижным относительно поворотной линии или линии 64 сгиба. Отверстие 60 образовано поверхностью 66 в фиксированном участке 67 перегородки и краями 68 и 70 створчатого участка 62. Минимально возможный размер отверстия достигается, когда створчатый участок 62 является компланарным с фиксированным участком 67 перегородки. Максимально возможный размер отверстия достигается, когда створчатый участок 62 является по существу перпендикулярным фиксированному участку 67. Максимальный размер отверстия определен поверхностью 66 и линией сгиба или поворотной линией 64. Створчатый участок 62 в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, протекающей через отверстие 60, перемещается между положением максимального размера отверстия и положением минимального размера отверстия.

Другая взятая в качестве примера перегородка 72, которая включает в себя активно изменяемое акустическое отверстие 74, показана на Фиг. 9. Это отверстие 74 включает в себя восемь створчатых участков 76, которые являются подвижными относительно поворотных линий или линий 78 сгиба. Створчатые участки 76 показаны в закрытом или в статическом положении, в котором достигается минимально возможный размер отверстия, потому что створчатые участки 76 являются компланарными с фиксированным участком перегородки 72. Максимально возможный размер отверстия достигается, когда створчатые участки 76 являются отогнутыми таким образом, что они являются по существу перпендикулярными фиксированному участку перегородки 72. Максимальный размер отверстия определен линиями сгиба или поворотными линиями 78, которые образуют отверстие правильной восьмиугольной формы. Створчатые участки 76 в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, протекающей через отверстие 74, перемещается между положением максимального размера отверстия и положением минимального размера отверстия.

Следует заметить, что створчатые участки загибаются независимо друг от друга. В большинстве ситуаций створчатые участки 76 в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, протекающей через отверстие 74, будут загибаться одинаково. В этих ситуациях все створчатые участки 76 для конкретной скорости шумосодержащей среды будут загнуты приблизительно под одним и тем же углом относительно фиксированного участка перегородки. Однако створчатые участки 76 могут загибаться также и неодинаково вследствие намеренных или непреднамеренных изменений в сопротивлении створчатых участков загибу. В этих ситуациях створчатые участки 76 могут быть загнуты под различными углами относительно фиксированного участка перегородки 72. Например, створчатые участки в любом данном акустическом отверстии могут быть сформированы в двух размерах и/или формах, таким образом, что под воздействием одной и той же скорости шумосодержащей среды они будут загнуты под различными углами.

Другая взятая в качестве примера перегородка 80, которая включает в себя активно изменяемое акустическое отверстие 82, показана на Фиг. 10. Это отверстие 82 включает в себя семь створчатых участков 84, которые являются подвижными относительно поворотных линий или линий 86 сгиба. Створчатые участки 84 показаны в положении, в котором они являются частично отогнутыми от закрытого или статического положении, в котором достигнут минимально возможный размер отверстия, потому что створчатые участки 84 являются компланарными с фиксированным участком перегородки 80. Максимально возможный размер отверстия достигается, когда створчатые участки 84 являются отогнутыми таким образом, что они являются по существу перпендикулярными фиксированному участку перегородки 80. Максимальный размер отверстия определен линиями сгиба или поворотными линиями 86, которые образуют отверстие правильной семиугольной формы. Створчатые участки 84 в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, протекающей через отверстие 82, двигаются между положением максимального размера отверстия и положением минимального размера отверстия.

Другая взятая в качестве примера перегородка 90, которая включает в себя активно изменяемое акустическое отверстие 92, показана на Фиг. 11. Это отверстие 92 включает в себя три створчатых участка 94, которые являются подвижными относительно поворотных линий или линий 96 сгиба. Створчатые участки 94 показаны в положении, в котором они являются частично отогнутыми от закрытого или статического положении, в котором достигнут минимально возможный размер отверстия, потому что створчатые участки 94 являются компланарными с фиксированным участком перегородки 90. Максимально возможный размер отверстия достигается, когда створчатые участки 94 отогнуты таким образом, что они являются по существу перпендикулярными фиксированному участку перегородки 90. Максимальный размер отверстия определен линиями сгиба или поворотными линиями 96, которые образуют отверстие правильной треугольной формы. Створчатые участки 94 в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, протекающей через отверстие 82, перемещаются между положением максимального размера отверстия и положением минимального размера отверстия.

Чтобы образовывать перегородки с активно изменяемыми отверстиями в соответствии с настоящим изобретением, может быть использовано большое множество различных материалов перегородок. Предпочтительным материалом перегородок является полиэфирэфиркетон (РЕЕК), который широко использовался при изготовлении гондол реактивных двигателей и других акустических структур, которые построены для работы при высоких температурах и в широком диапазоне окружающих условий. РЕЕК является кристаллическим термопластиком, который можно обрабатывать с формированием листов, которые находятся либо в аморфной, либо в кристаллической фазе. Пленки обычно имеют толщину от 0,001 до 0,012 дюйма (от 0,025 до 0,30 мм). По сравнению с кристаллическими пленками из РЕЕК аморфные РЕЕК-пленки являются более прозрачными и более податливыми для горячей формовки. Кристаллические РЕЕК-пленки образуют нагреванием аморфных РЕЕК-пленок до температур выше температуры стеклянного перехода (T_g) аморфного РЕЕК в течение времени, достаточного для достижения степени кристаллизации порядка от 30 до 35%. Кристаллические РЕЕК-пленки имеют более высокие свойства по химической стойкости и износу, чем аморфные РЕЕК-пленки. Кроме того, кристаллические РЕЕК-пленки менее гибкие и имеют большую восстанавливающую способность, чем аморфные пленки. Восстанавливающая способность есть сила или "силовое смещение", которое испытывает свернутая пленка в стремлении возврата в свое первоначальное предсвернутое (плоское) состояние.

Как кристаллические, так и аморфные РЕЕК-пленки могут быть использованы в качестве материалов перегородок, при условии, что при конструировании створчатых участков будет принято во внимание различие в гибкости и в восстанавливающей способности между этими двумя материалами. Вообще, требуется более толстая пленка из аморфного РЕЕК, чтобы получить створчатый участок, который имеет такое же самое сопротивление изгибу, что и сопротивление, обеспеченное более тонкой кристаллической пленкой. Например, если определено, что для того чтобы иметь требуемую гибкость для обеспечения необходимого перемещения створчатого участка (участков), для конкретной конфигурации акустического отверстия необходима кристаллическая РЕЕК-пленка, которая имеет толщину в 0,002 дюйма (0,050 мм), тогда для того, чтобы достичь такой же степени гибкости или сопротивления изгибу, надо будет рассматривать использование аморфной пленки, которая имеет толщину 0,003 дюйма (0,076 мм) или больше.

Для того чтобы обеспечить определенные линии сгиба, материал перегородок может быть тиснен или обработан иным образом, чтобы обеспечить зарубки вдоль линий сгиба, как показано позициями 48 и 50 на Фиг. 4 и 5. Линии тиснения или зарубки способствуют тому, чтобы створчатые участки сгибались вдоль определенных линий сгиба, так чтобы можно было точно управлять величиной максимального раскрытия. Минимальная площадь поверхности или размер отверстия для активно изменяемого акустического отверстия будет изменяться в зависимости от требуемых акустических свойств. Увеличение площади поверхности или размера отверстия, обеспеченное изгибом створчатых участков, также будет изменяться в зависимости от требуемых акустических свойств. Максимальная площадь поверхности или размер отверстия для активно изменяемого акустического отверстия, который определен линиями сгиба, также будет изменяться в зависимости от требуемых акустических свойств. Количество отверстий, сформированных в материале перегородок, будет изменяться в зависимости от минимального и максимального размеров отверстий и требуемых акустических свойств. Предпочтительно, чтобы количество отверстий и размер отверстий были выбраны такими, чтобы обеспечить величину Рэлея и коэффициент нелинейности, требуемые для конкретного акустического приложения.

Отверстия и створчатые участки могут быть образованы в материале перегородок микрообработкой и любыми другими процессами, которые обеспечивают необходимые створчатые участки для заданного отверстия. Предпочтительно, чтобы раскрывающиеся поверхности и створчатые участки были образованы с использованием лазера, который может точно прорезать материал перегородок, чтобы образовать многочисленные отверстия, имеющие множество конфигураций створок.

Материал перегородок, который включает в себя активно изменяемые акустические отверстия в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно, используется, чтобы выполнить перегородки 22, которые вставлены внутрь ячеек сот 12 для обеспечения акустической структуры 10, которая обычно проложена между твердым листом 81 и пористым листом 82, как показано на Фиг. 12, чтобы обеспечить конечную акустическую конструкцию, такую как гондола для реактивного двигателя. Упрощенный вид участка гондолы показан на Фиг. 13, где реактивный двигатель показан позицией 91, а шумосодержащая среда с изменяемой скоростью показана стрелками 93.

Материал перегородок в соответствии с настоящим изобретением может быть разрезан или сформирован иным образом в отдельные перегородки или перегородочные колпачки, которые могут быть вставлены и связаны внутри соответствующей сотовой структуры в соответствии с любой из обычных технологий вставки и связывания материала перегородок внутри сотовых ячеек. Например, см. опубликованную патентную заявку США US 2012-0037449 А1, а также названные здесь патенты, где в качестве примеров можно посмотреть способы использования акустических материалов, чтобы формировать перегородочные колпачки, которые вставлены и связаны внутри сот, чтобы получить акустическую структуру. Перегородочный материал по настоящему изобретению не ограничен формированием отдельных перегородок или перегородочных колпачков, которые вставлены в ячейки сот или другой акустической структуры. Например, лист перегородочного материала может быть проложен между двумя сотовыми структурами, которые упорядочены таким образом, что в сотовых ячейках при этом образуются перегородки, которые получаются в результате расположения этих двух сотовых структур.

В качестве признака настоящего изобретения, было обнаружено, что использование створчатых участков, чтобы автоматически увеличивать в размере акустические отверстия в ответ на увеличение скорости потока или интенсивности шумосодержащей среды, обеспечивает существенное уменьшение коэффициента нелинейности по сравнению с перегородочным материалом, имеющим фиксированные отверстия с таким же процентом открытой площади (ПОП). ПОП есть отношение между площадью поверхности просветов или отверстий в перегородке и общей площадью перегородки. Сопротивление акустическому потоку (или "релеи", измеренные в сантиметрах, граммах и секундах - релеи в системе СГС) перегородки зависит от ПОП и толщины перегородочного листа. Например, перегородка с относительно большим количеством отверстий и относительно высоким ПОП обычно имеет относительно низкое сопротивление акустическому потоку по сравнению с перегородкой, которая имеет такую же толщину и размеры отверстий, но имеет относительно меньше отверстий, что приводит к относительно меньшему ПОП.

Фиг. 14 представляет собой график, который сравнивает ожидаемое сопротивление акустическому потоку иллюстративной перегородки с фиксированным отверстием и иллюстративной перегородки с переменным отверстием при различных интенсивностях потока или скоростях потока шумосодержащей среды. Фиксированные и переменные перегородки выполнены из одного и того же материала, однако начальный ПОП перегородки с переменным отверстием меньше, чем ПОП перегородки с фиксированным отверстием. ПОП перегородки с переменным отверстием в соответствии с настоящим изобретением автоматически увеличивается в ответ на увеличение интенсивности потока или скорости. При низких интенсивностях потока шумосодержащей среды (20 см/с) перегородка с фиксированным отверстием с более высоким ПОП имеет относительно низкое сопротивление потоку - около 20 релей (СГС). По мере того как скорость потока увеличивается до высокого уровня (200 см/с), сопротивление потоку перегородки с фиксированным отверстием увеличивается до более чем 120 релей (СГС). Результирующий коэффициент нелинейности (200/20) относительно высок - приблизительно около 6. В отличие от этого, перегородка с переменным отверстием с более низким ПОП изначально имеет более высокое сопротивление потоку в около 60 релей (СГС). Однако, когда скорость потока шумосодержащей среды высока, сопротивление потоку увеличивается всего лишь до около 90 релей (СГС). Соответственно, коэффициент нелинейности (200/20) составляет всего 1,5, что относительно близко к оптимальной целевой величине коэффициента нелинейности, равной 1,0. Активно изменяемые перегородочные отверстия по настоящему изобретению обеспечивают простую и эффективную замену для фиксированных перегородочных отверстий, которые производят акустические перегородки, которые имеют по существу уменьшенные коэффициенты нелинейности.

Таким образом, после описания иллюстративных вариантов исполнения настоящего изобретения специалисты в данной области заметят, что приведенные описания являются лишь примерными и что в рамках объема настоящего изобретения могут быть внесены различные другие альтернативные варианты, адаптации и модификации. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами исполнения, а ограничено только нижеследующими приложенными пунктами формулы изобретения.

Изобретение относится к акустике, в частности к устройствам шумоподавления. Акустическая структура содержит перегородку, имеющую акустическое отверстие, которое задает открытую область, которая изменяется в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие. Перегородка содержит фиксированный участок и подвижные створчатые участки. Фиксированный участок, створчатый участок, включает в себя поверхности, которые задают акустическое отверстие через перегородку. Акустическое отверстие имеет открытую область, которая изменяется вследствие движения подвижной створки в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, которая проходит через акустическое отверстие. Полученная перегородка имеет относительно низкий коэффициент нелинейности. Перегородка выполнена внутри сот, при этом створчатые участки образуют правильный многоугольник. Устройство шумоподавления может быть применено в гондоле двигателя самолета. Перегородка может быть изготовлена из гибкого материала – полиамида, полистирола. Технический результат – повышение эффективности шумопоглощения и снижение коэффициента нелинейности. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Акустическая структура, содержащая перегородку, имеющую акустическое отверстие, которое задает открытую область, которая изменяется в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие, при этом акустическая структура содержит

- перегородку, содержащую фиксированный участок и один или более подвижных створчатых участков, причем фиксированный участок и/или створчатый участок (участки) содержат поверхности, которые задают акустическое отверстие через перегородку, причем акустическое отверстие имеет открытую область, которая изменяется вследствие движения подвижного створчатого участка (участков) в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие.

2. Акустическая структура по п. 1, в которой подвижный створчатый участок присоединен с возможностью поворота к фиксированному участку посредством линии сгиба в перегородке, которая задает переход между фиксированным участком перегородки и створчатым участком.

3. Акустическая структура по п. 1, в которой перегородка содержит множество акустических отверстий.

4. Акустическая структура по п. 1, в которой акустическое отверстие задано поверхностями на множестве подвижных створчатых участков.

5. Акустическая структура по п. 2, в которой акустическое отверстие задано множеством подвижных створчатых участков.

6. Акустическая структура по п. 5, в которой акустическое отверстие содержит по меньшей мере три створчатых участка и в которой линии сгиба образуют правильный многоугольник.

7. Акустическая структура по п. 1, в которой структура содержит соты, имеющие ячейку, в которой расположена перегородка.

8. Гондола реактивного двигателя, содержащая акустическую структуру по п. 7.

9. Способ изготовления акустической структуры, включающей в себя перегородку, имеющую акустическое отверстие, которое задает открытую область, которая изменяется в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие, при этом способ включает в себя этапы:

- обеспечивают перегородку;

- формируют акустическое отверстие через перегородку, причем акустическое отверстие задают поверхностями на фиксированном участке перегородки и/или одном или более подвижных створчатых участках, при этом акустическое отверстие имеет открытую область, которая изменяется вследствие движения подвижного створчатого участка (участков) в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие.

10. Способ изготовления акустической структуры по п. 9, в котором подвижный створчатый участок выполняют присоединенным с возможностью поворота к фиксированному участку посредством линии сгиба в перегородке, которая задает переход между фиксированным участком перегородки и створчатым участком.

11. Способ изготовления акустической структуры по п. 9, в котором в перегородке формируют множество акустических отверстий.

12. Способ изготовления акустической структуры по п. 9, в котором акустическое отверстие задают поверхностями на множестве подвижных створчатых участков.

13. Способ изготовления акустической структуры по п. 10, в котором акустическое отверстие задают поверхностями на множестве подвижных створчатых участков.

14. Способ изготовления акустической структуры по п. 13, в котором акустическое отверстие содержит по меньшей мере три створчатых участка, причем линии сгиба образуют правильный многоугольник.

15. Способ изготовления акустической структуры по п. 9, который включает в себя дополнительный этап крепления перегородки в сотовой ячейке, чтобы образовать акустическую сотовую структуру.

16. Способ изготовления гондолы реактивного двигателя, включающий этап использования акустической сотовой структуры по п. 15 для образования по меньшей мере части гондолы реактивного двигателя.

17. Способ ослабления шума от источника, причем скорость шумосодержащей среды, испущенной из источника, является изменяемой, при этом способ включает в себя этап расположения акустической структуры около источника шума, причем акустическая структура содержит перегородку, имеющую акустическое отверстие, которое задает открытую область, которая изменяется в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие, при этом упомянутое акустическое отверстие содержит:

- перегородку, содержащую фиксированный участок и один или более подвижных створчатых участков, причем фиксированный участок и/или створчатый участок (участки) содержат поверхности, которые задают акустическое отверстие через перегородку, причем акустическое отверстие имеет открытую область, которая изменяется вследствие движения подвижной створки (створок) в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие.

18. Способ ослабления шума от источника по п. 17, в котором акустическая структура содержит соты, имеющие ячейку, в которой расположена перегородка с целью обеспечения акустических сот.

19. Способ ослабления шума от источника по п. 18, в котором акустические соты образуют по меньшей мере часть гондолы для реактивного двигателя.

20. Способ ослабления шума от источника, в котором скорость шумосодержащей среды, испущенной из источника, является изменяемой, при этом способ включает в себя этап расположения акустической структуры около источника шума, при этом акустическая структура содержит перегородку, имеющую множество акустических отверстий, каждое из которых имеет постоянную открытую область, которая не изменяется в ответ на изменения скорости воздуха и шума, испущенного из источника, при этом формируют в одном или более акустических отверстий одно или более подвижных створчатых участков таким образом, что открытая область каждого отверстия изменяется вследствие движения подвижного створчатого участка (участков) непосредственно в ответ на изменения скорости шумосодержащей среды, проходящей через акустическое отверстие.