СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ С РАЗНОВЫСОТНЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК B32B3/12 

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к способу изготовления звукопоглощающей конструкции (ЗПК) резонансного типа, предназначенной для использования в звукопоглощающих панелях турбореактивного двигателя и в транспортной технике, в том числе при изготовлении проточных трактов современных авиационных двигателей. Кроме того, изготавливаемые звукопоглощающие конструкции могут быть использованы для объектов железнодорожного и водного транспорта, автомобильных магистралей, строительства, промышленного оборудования.

Известен способ изготовления акустической структуры, которая включает в себя сотовые ячейки, в которых расположены заглушки-перегородки. Заглушки-перегородки сформированы из листов податливого материала, которые могут быть перфорированы до или после того, как материал вставлен в сотовую структуру. Податливый материал является достаточно гибким, чтобы позволить складываться в форму заглушки-перегородки. Податливый материал также является достаточно жестким, чтобы обеспечить фрикционное сцепление и фиксацию заглушки-перегородки с сотовой ячейкой, когда заглушка вставляется в сотовую конструкцию во время изготовления акустической структуры. Клей накладывают на заглушки-перегородки после того, как заглушки были вставлены в сотовые ячейки для обеспечения постоянной связи (патент US 20140013601A1).

Недостатком известного способа является то, что изготовленная по данному способу звукопоглощающая конструкция содержит ряды близкостоящих ячеек одинакового объема, в связи с чем при их совместной работе возникает эффект взаимовлияния, что приводит к уменьшению эффективности звукопоглощения и снижению широкополосности конструкции. Кроме того, указанный способ изготовления предъявляет жесткие требования к качеству заполнителя (геометрические характеристики ячеек должны быть одинаковыми), если же заполнитель не соответствует размерам заглушек, то это значительно усложняет процесс позиционирования и вклеивания заглушек. При установке заглушек в ячейки появляются сложности с контролем глубины залегания, может происходить проваливание и/или неправильная установка заглушек, при использовании клея появляются технологические дефекты, такие как заклеивание перфораций, заполнение клеем ячеек, наплыв, непроклей и др.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ изготовления звукопоглощающей конструкции, включающий укладку заполнителя, ячейки которого разбивают на группы. В ячейки каждой группы, расположенные по спирали вокруг центральной ячейки с наибольшим объемом, вводят разное количество материала с образованием разновысотных ячеек с уменьшенными объемами по отношению к центральной ячейке. А вокруг центральной ячейки с наименьшим объемом образуют разновысотные ячейки с увеличенными объемами по отношению к центральной ячейке. Соотношения объемов, окружающих центральную ячейку, подобраны таким образом, что ее акустическая эффективность усиливается по сравнению с единичной центральной ячейкой. В ячейки заполнителя вводят материал, начиная от не перфорированного облицовочного листа. Затем осуществляют охлаждение и отверждение полученной конструкции. Далее очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащие склеиванию. Затем наносят клей на оба торца заполнителя. Последовательно укладывают на торцевые поверхности заполнителя облицовочные листы. Полученную сборку сжимают и производят отверждение клея (патент РФ №2729624 от 11.08.2020).  Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения – способ изготовления звукопоглощающей конструкции включает укладку заполнителя, ячейки которого выполняют различной конфигурации и разбивают на группы; в ячейки каждой группы, расположенные по спирали вокруг центральной ячейки с наибольшим объемом, вводят разное количество материала с образованием разновысотных ячеек с уменьшенными объемами по отношению к центральной ячейке, а вокруг центральной ячейки с наименьшим объемом образуют разновысотные ячейки с увеличенными объемами по отношению к центральной ячейке; соотношения объемов, окружающих центральную ячейку, подобраны таким образом, что ее акустическая эффективность усиливается по сравнению с единичной центральной ячейкой; в ячейки заполнителя вводят материал; затем осуществляют охлаждение и отверждение полученной конструкции; далее очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащие склеиванию; затем наносят клей на оба торца заполнителя; последовательно укладывают на торцевые поверхности заполнителя облицовочные листы; полученную сборку сжимают и производят отверждение клея.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что одну из наружных панелей необходимо перфорировать, что приводит к дополнительным трудозатратам, а также технологическим дефектам в виде разбития отверстий, что приводит к снижению акустической эффективности.

Задачей изобретения является упрощение способа изготовления звукопоглощающей конструкции, позволяющей повысить эффективность снижения шума, создаваемого газовым или воздушным потоком.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе изготовления звукопоглощающей конструкции, включающим укладку заполнителя, ячейки которого выполняют различной конфигурации и разбивают на группы, в ячейки каждой группы, расположенные по спирали вокруг центральной ячейки с наибольшим объемом, вводят разное количество материала с образованием разновысотных ячеек с уменьшенными объемами по отношению к центральной ячейке, а вокруг центральной ячейки с наименьшим объемом образуют разновысотные ячейки с увеличенными объемами по отношению к центральной ячейке, при этом соотношения объемов, окружающих центральную ячейку, подобраны таким образом, что ее акустическая эффективность усиливается по сравнению с единичной центральной ячейкой, в ячейки заполнителя вводят материал, затем осуществляют охлаждение и отверждение полученной конструкции, далее очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащие склеиванию, затем наносят клей на оба торца заполнителя, последовательно укладывают на торцевые поверхности заполнителя наружные панели, полученную сборку сжимают и производят отверждение клея, согласно изобретению в качестве материала, вводимого в ячейки заполнителя, используют жесткий материал, который располагают под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жесткий материал совместно с проницаемой или упругой мембраной или пористо-волокнистым материалом, при этом в качестве наружных панелей используют с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемую поверхность.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, – в качестве материала, вводимого в ячейки заполнителя, используют жесткий материал, который располагают под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жесткий материал совместно с проницаемой или упругой мембраной или пористо-волокнистым материалом; в качестве наружных панелей используют с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемую поверхность.

Введение в ячейки заполнителя жестких материалов, которые располагают под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жестких материалов совместно с проницаемыми или упругими мембранами или пористо-волокнистыми материалами позволяет реализовать контролируемый импеданс в широком диапазоне частот. Благодаря этому повышается коэффициент звукопоглощения шума в широком диапазоне частот. Кроме этого, наполнитель в виде жесткого материала обеспечивает постоянную (неизменную) форму ячеек заполнителя тем самым, исключая технологические деформации в виде искажения ячеек.

Благодаря разбивке ячеек заполнителя с различными конфигурациями на группы, имеющие периодическую структуру, и введению в ячейку заполнителя жесткого материала изменяются геометрические характеристики ячейки, достигается разновысотность, в результате чего меняются акустические характеристики ячеек и ЗКП в целом. Благодаря изменению геометрических характеристик отдельно взятых ячеек снижается взаимовлияние соседних ячеек, за счет изменения их резонансных частот. Вследствие чего повышается коэффициент звукопоглощения при одновременном увеличении широкополосности ЗПК. Кроме того, в конструкциях, изготовленных предложенным способом, реализована возможность индивидуальной настройки ЗПК под модальный состав шума. Помимо прочего акустические характеристики ЗПК могут меняться за счет изменения геометрических характеристик ячеек.

Использование жесткого материала либо жесткого материала совместно с проницаемой или упругой мембраной или пористо-волокнистым материалом, вводимого в ячейки, позволяет упростить способ изготовления звукопоглощающей конструкции, за счет того, что вводимый материал занимает предоставленный объем и нет необходимости предъявлять жесткие требования к качеству заполнителя. Кроме того, возможность контроля высоты вводимого материала позволит избавиться от технологических дефектов.

Использование в качестве наружных панелей с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочного листа, а с другой стороны проницаемой поверхности позволяет снизить дефектность в виде разбития отверстий и трудоёмкости изготовления за счет исключения операции нанесения перфорации на облицовочный лист, а также позволяет реализовать варьируемый импеданс в широком диапазоне частот.

На фиг.1 изображена спиральная звукопоглощающая конструкция без перфорированной панели с формой в виде сот.

На фиг.2 – общий вид конструкции.

На фиг.3 – примеры схем размещения резонаторов в ЗПК, где: – центральная ячейка (конфигурации могут быть различные), – закрытая ячейка (отсутствует ячейка), – ячейки объемом 15, 30, 45, 60, 75, 90% от центральной (объемы могут быть использованы другие).

Фиг.4 – график зависимости коэффициента звукопоглощения от частоты для сотовой ячейки.

Звукопоглощающая конструкция (фиг.1) содержит наружные панели 1. Между панелями 1 размещен заполнитель с ячейками различной конфигурации. В качестве наружных панелей 1 используют с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемую поверхность. Ячейки заполнителя разбиты на группы, имеющие периодическую структуру (фиг.3). Каждая группа включает центральную ячейку 3 и расположенные вокруг неё по спирали ячейки с различными конфигурациями 4. За центральную ячейку 3 принимают ячейку с наибольшим или наименьшим объемом. При центральной ячейке 3 с наибольшим объемом вокруг неё располагают ячейки с уменьшенными объемами, а при центральной ячейке 3 с наименьшим объемом располагают ячейки с увеличенными объемами.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.

На плоскую, ровную поверхность укладывают заполнитель. При укладке заполнителя ячейки разбивают на группы, каждая из которых включает центральную ячейку 3 и расположенные вокруг неё по спирали ячейки 4. В ячейки каждой группы, расположенные вокруг центральной ячейки с наибольшим объемом вводят разное количество материала с образованием разновысотных ячеек с уменьшенными объемами по отношению к центральной ячейке 3. В ячейки каждой группы, расположенные вокруг центральной ячейки 3 с наименьшим объемом вводят разное количество материала с образованием разновысотных ячеек с увеличенными объемами по отношению к центральной ячейке. Соотношения объемов, окружающих центральную ячейку подобраны таким образом, что её акустическая эффективность усиливается по сравнению с единичной центральной ячейкой.

В качестве материала, вводимого в ячейки заполнителя, используют жесткий материал, который располагают под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жесткий материал совместно с проницаемой или упругой мембраной или пористо-волокнистым материалом.

В ячейки заполнителя вводят материал, начиная от облицовочного листа.

Заполнитель может быть выполнен из ячеек различной формы и/или объема.

Группы ячеек могут быть установлены с чередованием по длине и ширине панели в различном порядке, определяющем модальным составом шума (фиг.3) и размещены по различным схемам расположения в конструкции.

Соседние ячейки имеют отличные друг от друга формы. Материал дозируют в зависимости от того, какой объем от центрального необходимо получить. Количество вводимого материала определяют условиями резонансной работы ячейки при заданной частоте шума.

После заливки осуществляют охлаждение и отверждение полученной конструкции. Далее очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащие склеиванию. Затем наносят на оба торца заполнителя, имеющих множество торцевых ячеек, клей. Последовательно укладывают на одну из торцевых поверхностей заполнителя облицовочный лист 1. На другую укладывают проницаемую поверхность.

Полученную сборку сжимают и производят отверждение клея.

Изготавливают заполнитель и облицовочный лист 1, например, путем 3D печати, выкладкой, формованием.

При изготовлении звукопоглощающей конструкции используют любой клей, который эффективно соединит выбранные материалы.

Объем и форма ячеек, свойства (жесткость, толщина, проницаемость) мембран и их ориентация (угол наклона к оси ячейки) в объеме каждой ячейки выбирают из условия резонансной работы ячейки при заданной частоте шума; резонансная частота ячейки зависит от объема и формы, толщины перфорированного стенки, свойств, расположения (по высоте ячейки) и ориентации мембран и жесткостных свойств материала ячеек и несущего слоя (вблизи перфораций).

Опытные испытания показали (фиг.4), что использование предлагаемого способа позволяет повысить эффективность звукопоглощения панелей при упрощении изготовления конструкции. Представленная на фиг.4 экспериментальная зависимость свидетельствует о повышении акустической эффективности ЗПК на резонансной частоте центральной ячейки, а так же о повышении широкополосности конструкции.

Преимущество изобретения состоит в том, что изготовленная предложенным способом конструкция обладает более высокими звукопоглощающими свойствами за счет исключения технологических неоднородностей типа разбитие отверстий и искажения геометрических размеров ячеек заполнителя, а также реализации контролируемо-варьируемого импеданса, что позволит повысить акустическую эффективность, как единичных ячеек, так и группы резонаторов в целом, а так же повысить широкополосность. Предложенный способ, по сравнению с известным, проще, менее затратный, так как он не предъявляет жесткие требования к позиционированию ячеек по двум степеням свободы и качеству заполнителя. Кроме того, использование предложенного способа исключает дефекты, такие как проваливание и неправильная установка заглушек, заклеивание перфорации, заполнение клеем ячеек, наплыв, непроклей.

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к способу изготовления звукопоглощающей конструкции (ЗПК) резонансного типа, предназначенной для использования в звукопоглощающих панелях турбореактивного двигателя и в транспортной технике, в том числе при изготовлении проточных трактов современных авиационных двигателей. Способ изготовления звукопоглощающей конструкции включает укладку заполнителя, ячейки которого выполняют различной конфигурации и разбивают на группы. В ячейки каждой группы, расположенные по спирали вокруг центральной ячейки с наибольшим объемом, вводят разное количество материала с образованием разновысотных ячеек с уменьшенными объемами по отношению к центральной ячейке, а вокруг центральной ячейки с наименьшим объемом образуют разновысотные ячейки с увеличенными объемами по отношению к центральной ячейке. Соотношения объемов, окружающих центральную ячейку, подобраны таким образом, что ее акустическая эффективность усиливается по сравнению с единичной центральной ячейкой. В ячейки заполнителя вводят материал, начиная от облицовочного листа. В качестве материала, вводимого в ячейки заполнителя, используют жесткий материал, который располагают под разным углом наклона относительно основания ячейки, либо жесткий материал совместно с проницаемой или упругой мембраной или пористо-волокнистым материалом. Затем осуществляют охлаждение и отверждение полученной конструкции, далее очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащие склеиванию, затем наносят клей на оба торца заполнителя, последовательно укладывают на одну из торцевых поверхностей заполнителя облицовочный лист. На другую торцевую поверхность заполнителя укладывают проницаемую поверхность. Полученную сборку сжимают и производят отверждение клея. Техническим результатом является упрощение способа изготовления звукопоглощающей конструкции, позволяющей повысить эффективность снижения шума, создаваемого газовым или воздушным потоком. 4 ил.

Способ изготовления звукопоглощающей конструкции, включающий укладку заполнителя, ячейки которого выполняют различной конфигурации и разбивают на группы, в ячейки каждой группы, расположенные по спирали вокруг центральной ячейки с наибольшим объемом, вводят разное количество материала с образованием разновысотных ячеек с уменьшенными объемами по отношению к центральной ячейке, а вокруг центральной ячейки с наименьшим объемом образуют разновысотные ячейки с увеличенными объемами по отношению к центральной ячейке, при этом соотношения объемов, окружающих центральную ячейку, подобраны таким образом, что ее акустическая эффективность усиливается по сравнению с единичной центральной ячейкой, затем осуществляют охлаждение и отверждение полученной конструкции, далее очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащие склеиванию, затем наносят клей на оба торца заполнителя, последовательно укладывают на торцевые поверхности заполнителя наружные панели, полученную сборку сжимают и производят отверждение клея, отличающийся тем, что в качестве материала, вводимого в ячейки заполнителя, используют жесткий материал, который располагают под разным углом наклона относительно основания ячейки, либо жесткий материал совместно с проницаемой или упругой мембраной или пористо-волокнистым материалом, при этом в качестве наружных панелей используют с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемую поверхность.