ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 2025 года по МПК B32B3/12 

Изобретение относится к звукопоглощающим панелям с ячейками резонансного типа, гасящим звуковые колебания, создаваемые газовыми потоками и их нагнетателями, и предназначено для использования в области авиакосмической техники, транспортной техники, радиотехники, строительства, например в качестве звукопоглощающих панелей при изготовлении проточных трактов современных авиационных турбореактивных двигателей.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является звукопоглощающая конструкция (патент RU №2734246), содержащая наружные панели, одна из которых выполнена перфорированной, и расположенный между ними ячеистый заполнитель с разной высотой ячеек. Ячейки заполнителя разбиты на группы, имеющие периодическую структуру. Каждая группа включает центральную ячейку и расположенные вокруг нее по спирали ячейки с различными высотами. При этом за центральную ячейку принята ячейка с наибольшим или наименьшим объемом, причем при центральной ячейке с наибольшим объемом вокруг нее расположены ячейки с уменьшенными объемами, а при центральной ячейке с наименьшим объемом расположены ячейки с увеличенными объемами. При этом соседние ячейки имеют отличные друг от друга формы и/или объемы. Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - звукопоглощающая конструкция, содержащая наружные панели и расположенный между ними ячеистый заполнитель с различной конфигурацией ячеек.

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, являются ограничения по акустической эффективности в широком диапазоне частот, вследствие того, что в указанной конструкции может закладываться резонансный механизм звукопоглощения (для случаев с жесткими материалами различного объема) и/или диссипативный механизм звукопоглощения (для случаев с проницаемыми или упругими мембранами или пористо-волокнистыми материалами).

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

Поставленная задача была решена за счет того, что в известной звукопоглощающей конструкции, содержащей наружные панели и расположенный между ними ячеистый заполнитель с различной конфигурацией ячеек, согласно изобретению в качестве наружных панелей использованы с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемая поверхность. Кроме того, в поперечных или наклонных сечениях ячеек заполнителя могут быть размещены жесткие материалы под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жесткие материалы совместно с проницаемыми или упругими мембранами или пористо-волокнистыми материалами. Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа: в качестве наружных панелей использованы с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемая поверхность; в поперечных или наклонных сечениях ячеек заполнителя размещены жесткие материалы под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жесткие материалы совместно с проницаемыми или упругими мембранами или пористо-волокнистыми материалами.

Выполнение конструкции с использованием проницаемых поверхностей позволяет увеличить эффективность снижения шума, создаваемого газовым или воздушным потоком, за счет того, что реализуется два механизма звукопоглощения: диссипативный (за счет пористой структуры проницаемых поверхностей) и резонансный (за счет ячеек ЗПК). Благодаря этому появляется возможность уточнения параметров ЗПК по мере создания двигателя и самолета.

Размещение в поперечных или наклонных сечениях ячеек заполнителя жестких материалов 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.

Предлагаемая звукопоглощающая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.

На фиг. 1 изображена звукопоглощающая конструкция без перфорированной панели с различной конфигурацией ячеек (периодическая структура).

На фиг. 2 изображена равномерная ЗПК с конусообразными ячейками.

На фиг. 3- общий вид наружной панели с проницаемой поверхностью.

На фиг. 4- примеры схем размещения резонаторов в ЗПК, где:

- центральная ячейка или ячейка отличной формы (например, конусообразная, формы могут быть использованы другие),

- закрытая ячейка (отсутствует ячейка),

- ячейки объемом 15, 30, 45, 60, 75, 90% от центральной (объемы могут быть использованы другие).

На фиг. 5 - график зависимости коэффициента звукопоглощения от частоты заявляемой конструкции.

На фиг. 6 - график зависимости коэффициента звукопоглощения от частоты известной ЗПК с конусообразными ячейками.

Звукопоглощающая конструкция (фиг.1, 2) содержит с одной стороны торцевой поверхности облицовочный лист 1, с другой стороны проницаемую поверхность 2 (фиг. 3). Конструкция выполнена однослойной. Между облицовочным листом 1 и проницаемой поверхностью 2 размещен заполнитель с ячейками. Соседние ячейки имеют отличные друг от друга конфигурации. В зависимости от тонального состава шума группа ячеек 3 и 4 (периодическая структура) может располагаться в конструкции по различным схемам на плоскости или криволинейной поверхности (фиг. 4). Заявляемая конструкция может быть установлена в любой плоскости.

ЗПК может состоять из ячеек различного объема и формы 3, 4, 5. При этом в случае ячеек различной высоты (фиг. 1) следует за центральную ячейку 3 принимать ячейку с различными формами, в том числе отличной от окружающих ячеек, при этом ее объем может быть с наибольшим или наименьшим объемом. Центральную ячейку 3 окружают ячейки различной формы и объема. При центральной ячейке 3 с наибольшим объемом вокруг ее расположены ячейки с уменьшенными объемами или с аналогичными объемами, а при центральной ячейке с наименьшим объемом расположены ячейки с увеличенными объемами или с аналогичными объемами. Соотношения объемов и форм ячеек 4, окружающих центральную ячейку 3, подбираются, исходя из условия резонансной работы ячейки при заданной частоте шума, и соседние ячейки имеют различные объемы и формы, благодаря этому исключается взаимовлияние ячеек и акустическая эффективность усиливается по сравнению с единичной центральной ячейкой. Либо ячейки могут состоять из равномерных ячеек различной формы (фиг. 2).

Для усиления эффекта звукопоглощения в поперечных или наклонных сечениях ячеек заполнителя могут быть размещены жесткие материалы под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жесткие материалы совместно с проницаемыми или упругими мембранами или пористо-волокнистыми материалами.

В каждой ячейке может располагаться одна, две или более мембран; количество слоев мембран и их ориентация (угол наклона к оси ячейки) в объеме ячейки определяются особенностями спектра шума и конструкции. Мембраны могут быть выполнены из тканей, сеток, а так же из пористо-волокнистых материалов.

Диаметры перфорации и ее ориентация относительно оси ячейки, объем и форма ячеек, свойства (жесткость, толщина, проницаемость) мембран и их ориентация (угол наклона к оси ячейки) в объеме каждой ячейки выбираются 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).

Предлагаемая конструкция может быть установлена в любой плоскости.

Ячейки звукопоглощающей панели можно производить всеми известными способами изготовления подобного рода изделий, в том числе методами 3D печати.

Указанный технический результат подтвержден результатами численного моделирования и результатами эксперимента (фиг. 5). Результаты эксперимента показали, что по сравнению с известной конструкцией предлагаемая звукопоглощающая конструкция позволяет повысить эффективность звукопоглощения на 12% (фиг. 6).

Представленная на фиг. 5 экспериментальная зависимость свидетельствует о повышении акустической эффективности ЗПК на рабочих частотах ЗПК, а также о повышении широкополосности конструкции.

Изобретение относится к звукопоглощающей конструкции. Техническим результатом является повышение эффективности снижения шума, создаваемого газовым или воздушным потоком. Технический результат достигается звукопоглощающей конструкцией, содержащей наружные панели и расположенный между ними ячеистый заполнитель с различной конфигурацией ячеек. При этом в качестве наружных панелей использованы с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемая поверхность. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Звукопоглощающая конструкция, содержащая наружные панели и расположенный между ними ячеистый заполнитель с различной конфигурацией ячеек, отличающаяся тем, что в качестве наружных панелей использованы с одной стороны торцевой поверхности заполнителя облицовочный лист, а с другой стороны проницаемая поверхность.

2. Звукопоглощающая конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что в поперечных или наклонных сечениях ячеек заполнителя размещены жесткие материалы под разным углом наклона относительно основания ячейки либо жесткие материалы совместно с проницаемыми или упругими мембранами или пористо-волокнистыми материалами.