BR112020004689B1 - Método de produção um painel estrutural acústico de aeronave e painel estrutural de aeronave - Google Patents

Abstract

Trata-se de um método de produção de um painel estrutural acústico de aeronave (10) que começa com a preformação de um laminado alveolar de núcleo (12) que tem espuma preformada (3) ligada dentro de células (14) da mesma por um adesivo distinto (2). O laminado alveolar preformado (12) é então empilhado entre laminados externos estruturais de topo e de fundo opostos (16,18). O laminado alveolar empilhado (12) e laminados estruturais externos (16,18) são então comprimidos entre si sob calor e pressão em um painel estrutural unitário (10) que tem o laminado alveolar de núcleo (12) integralmente ligado entre revestimentos externos (20,22). Os laminados externos (16,18) podem incluir septos acústicos imperfurados (4) que limitam o laminado alveolar de núcleo (12) seguido por um conjunto de alvéolos externo (5) e camadas de fibras estruturais (6,7,8) que definem os revestimentos externos (20,22).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção relaciona-se de modo geral à construção de aeronaves e, mais especificamente, à supressão de ruído na mesma.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] Uma aeronave comercial tipicamente tem grandes cabines para maximização de capacidade de transporte de passageiro, e é um objetivo primordial minimizar o ruído durante o voo da aeronave para o conforto do passageiro é um objetivo primordial.

[0003] O ruído de aeronave, ou o som, é gerado durante o funcionamento da articulação do trem de pouso ou flapes, funcionamento do motor, lavatórios e outras fontes e pode ser desagradável aos passageiros.

[0004] Métodos de construção de painel sanduíche são usados extensivamente em toda manufatura de aeronaves para armários interiores, piso, paredes laterais, compartimentos de acondicionamento e outros componentes.

[0005] Um painel sanduíche composto tipicamente inclui revestimentos internos e externos com um núcleo leve aderido entre os revestimentos. Isso forma um painel estrutural rígido e forte com o baixo peso correspondentemente. Essa construção sanduíche é utilizada em toda manufatura de aeronaves, porém a mesma tem eficácia de atenuação acústica limitada ou inexistente, e pode até mesmo promover a transmissão de ruídos indesejáveis.

[0006] Muitos fabricantes de equipamento original (OEMs), ou fabricantes de estruturas aéreas, e seus clientes Airlines procuram reduzir a transmissão de ruído em toda a cabine ao adicionar tipicamente recursos de redução de som a vários componentes de aeronave, incluindo as paredes, pisos e armários.

[0007] A patente US 9.741.331B1 da The Boeing Company descreve uma estrutura compósita de atenuação de som incluindo um núcleo alveolar 20 com células 24 ensanduichadas entre as camadas interna e externa 14,16. Uma inserção de espuma de cerâmica 26 é colada dentro de cada célula 24 e é inserida nela pressionando o núcleo 20 sobre um bloco de núcleo de cerâmica 34 entre as placas de pressão 38,39.

[0008] WO 99/63170A2 de Kim, Tae, Bong descreve um painel de parede à prova de som 10 incluindo uma placa de espuma de alumínio absorvente de som 30 fixada a um lado de uma estrutura alveolar de alumínio 20 e um isolador de ruído 40 preso ao lado oposto da estrutura alveolar 20, com cada um preso por uma folha adesiva 50. A placa de espuma 30 inclui poros abertos 32 que absorvem ruído de média a alta frequência, enquanto as células alveolares servem como bolsas de ar nas quais ocorre ressonância para atenuar o ruído de baixa frequência.

[0009] A Patente US 5.106.668 de Peter Turner descreve um painel estrutural multicamada tendo um núcleo celular de alta densidade 22 com uma densidade celular pelo menos 10% maior do que a densidade em um núcleo celular adjacente de baixa densidade 24. Um septo 32 separa os dois núcleos celulares 22,24; um revestimento superior 46 cobre o núcleo superior 22 e um revestimento inferior 62 cobre o núcleo inferior 24.

[0010] A Publicação US 2013/0171407A1 de Eric Franzoi divulga um conjunto de painel incluindo primeira e segunda camadas alveolares 12b, tendo uma malha 18 entre elas, com material de espuma 32 nas células 34 da primeira camada alveolar 12b. Um revestimento poroso 26 é unido de forma adesiva à segunda camada alveolar 12a, e uma placa de suporte 22 é unida de forma adesiva à primeira camada alveolar 12b.

[0011] A patente US 4.541.879 de Frank Riel descreve um painel de supressão de ruído 10 tendo um primeiro núcleo celular 12 ligado entre uma folha de revestimento imperfurada 16 e uma primeira folha de material microporoso 18. Um segundo núcleo 10 é ligado entre a primeira folha 18 e uma folha perfurada 22, e a ela ligada está uma segunda folha de material microporoso 20. As células 14 dos dois núcleos 12a,b são preferencialmente alinhadas.

[0012] Adicionar recursos de atenuação de ruído pode, portanto, aumentar a complexidade, os custos e o peso de uma aeronave e pode até mesmo reduzir o espaço disponível para passageiros e carga.

[0013] Consequentemente, é desejado fornecer um painel estrutural de aeronave aprimorado que tenha recursos de redução de som inerentes, minimizando a complexidade, os custos e o peso associados.

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

[0014] Um método de produção de um painel estrutural acústico de aeronave começa com a preformação de um laminado alveolar de núcleo que tem espuma preformada ligada dentro de células por um adesivo distinto. O laminado de núcleo é, então, empilhado entre laminados externos estruturais de topo e de fundo opostos. O laminado de núcleo empilhado e os laminados externos são, então, comprimidos entre si sob calor e pressão em um painel estrutural unitário que tem o laminado de núcleo integralmente ligado entre revestimentos externos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] A invenção, de acordo com modalidades preferenciais e exemplificativas, em conjunto com objetos e vantagens adicionais da mesma, é mais particularmente descrita na descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos anexos, em que: A Figura 1 é uma vista isométrica explodida de um painel acústico estrutural de uma aeronave após a fabricação do mesmo. A Figura 2 é uma vista isométrica explodida dos componentes constituintes do painel fabricado mostrado na Figura 1. A Figura 3 é uma vista plana de uma porção do conjunto de alvéolos de núcleo mostrado na Figura 2 ampliada dentro do círculo rotulado como A na Figura 2. A Figura 4 é uma vista esquemática em elevação através do conjunto de alvéolos de núcleo da Figura 3, e tomada ao longo da linha de corte 4-4, para ilustrar esquematicamente a preformação do laminado alveolar de núcleo com células alveolares preenchidas com espuma. A Figura 5 é um fluxograma de recursos do método para a fabricação do painel estrutural mostrado nas Figuras anteriores.

MODO (OU MODOS) PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0016] É ilustrado na Figura 1 um painel estrutural acústico de aeronave exemplificativo 10 em configuração final após a manufatura ou fabricação do mesmo de acordo com um método aprimorado revelado abaixo no presente documento.

[0017] O painel 10 é retangular com um comprimento L ao longo do eixo geométrico longitudinal X e uma largura W ao longo do eixo geométrico transversal Y. O painel 10 é tipicamente grande, com um comprimento L de cerca de 244 cm e uma largura W de cerca de 122 cm, e pode ser especificamente configurado e subdividido para vários propósitos estruturais na construção de uma aeronave, o que tipicamente requer alta resistência e rigidez estrutural com um peso mínimo.

[0018] Em muitas configurações de aeronaves específicas reveladas acima, a redução ou atenuação de ruído ou som é também desejada no painel sem aumentar substancialmente sua dimensão, peso ou custos de manufatura.

[0019] Um recurso significativo no painel 10 mostrado na Figura 1 é seu laminado alveolar central ou de núcleo preformado 12 que tem espuma acústica preformada 3 ligada dentro de células hexagonais 14 da mesma por um adesivo separado e distinto 2 (mais bem mostrado na Figura 4).

[0020] O laminado alveolar preformado 12 é empilhado verticalmente entre laminados externos estruturais de topo e de fundo opostos 16,18 e comprimido adequadamente entre si sob calor e pressão no painel estrutural unitário final 10 que tem o laminado alveolar de núcleo 12 integralmente ligado entre revestimentos internos e externos 20,22.

[0021] A Figura 2 ilustra, em vista explodida, os elementos constituintes iniciais ou camadas 1 a 8 situadas em um empilhamento vertical para formar o painel fabricado 10 mostrado na Figura 1 em um método preferencial de produção ou fabricação que inicialmente inclui o fornecimento ou abastecimento adequado da espuma preformada em uma camada de espuma uniforme 3.

[0022] A camada de espuma 3 é empilhada no topo de uma camada de filme adesivo curável termicamente 2 e, por sua vez, também empilhada no topo de um conjunto de alvéolos central ou de núcleo 1 e, então, comprimida adequadamente em conjunto sob pressão e calor para ligar termicamente a espuma 3 dentro das células alveolares 14 para preformar o laminado alveolar 12.

[0023] A Figura 3 mostra uma vista plana de uma porção representativa do conjunto de alvéolos central ou intermediário 1 dentro do círculo ampliado intermediário rotulado como A na Figura 2. Esse conjunto de alvéolos intermediário 1 pode ter qualquer configuração e método de construção convencionais, junto com os outros dois conjuntos de alvéolos 5 também mostrados em círculos ampliados correspondentes na Figura 2. A Figura 4 mostra uma vista em elevação do conjunto de alvéolos de núcleo 1 mostrado na Figura 3 ao longo da linha de corte 4-4.

[0024] Na configuração exemplificativa mostrada nas Figuras 3 e 4, o conjunto de alvéolos de núcleo 1 é produzido a partir de muitas faixas finas 24 que se estendem em forma de serpenta ao longo do eixo geométrico longitudinal X do conjunto de alvéolos de núcleo 1. As faixas 24 têm uma altura Hi e uma espessura t e definem as paredes laterais das células alveolares 14.

[0025] As faixas de parede lateral 24 são transversalmente espaçadas para definir células hexagonais alternadas 14 adequadamente unidas ou ligadas em conjunto em paredes laterais comuns que têm uma espessura combinada de 2t.

[0026] A Figura 5 mostra um fluxograma do método exemplificativo de fabricação que se inicia com a preformação da camada de espuma acústica 3. Produtos de espuma são universais e são tipicamente produzidos por um abastecedor com o uso de ingredientes líquidos adequados que são submetidos a uma reação química de formação de espuma e se expandem em espumas de células abertas ou fechadas.

[0027] Isso é mostrado esquematicamente na Figura 5, em que um broto de espuma 26 é produzido ou cultivado, tipicamente por um abastecedor comercial, e, então, aquele broto 26 é adequadamente fatiado em camadas uniformes conforme desejado para vários produtos.

[0028] A camada de espuma acústica 3 é preferencialmente obtida desse modo a partir de um abastecedor comercial, ao invés de formá-la de novo ou in situ para garantir propriedades de material adequadas, minimizando a complexidade e os custos de fabricação. Um abastecedor comercial pode fornecer a camada de espuma 3 com espessura uniforme adequada F e um comprimento compatível com o painel desejado, por exemplo, 244 cm, mas com uma largura W/2 de cerca de metade da largura W do painel desejado, por exemplo, cerca de 61 cm, nesse caso a camada de espuma 3 pode ser preformada ou abastecida com o uso de duas meias faixas disponíveis comercialmente (W/2) situadas lado a lado.

[0029] Na configuração exemplificativa mostrada nas Figuras 3 e 4, as células alveolares 14 têm bordas afiadas em suas extremidades abertas devido à finura (t) das mesmas, as quais podem ter cerca de 4 mils (0,102 mm), e a camada de espuma 3 e a camada adesiva 2 são facilmente cortadas pelas bordas afiadas à medida que a camada de espuma 3 é comprimida no topo do conjunto de alvéolos 1 para preencher cada célula inicialmente vazia 14 com uma respectiva porção da camada de espuma 3.

[0030] A Figura 4 ilustra esquematicamente que a camada de espuma 3 pode ser empilhada no topo da camada adesiva 2 e, por sua vez, no topo do conjunto de alvéolos de núcleo 1 entre um par de placas de prensagem 28 em uma prensa de aquecimento convencional 30. Em uma primeira operação de prensagem, a placa de topo 28 pressiona a camada de espuma 3 e a camada adesiva 2 para baixo sobre as bordas afiadas das células alveolares 14 que cortam essas duas camadas em tampões correspondentes prensados nas células correspondentes 14.

[0031] Dessa maneira, as células alveolares afiadas 14 cortam a camada de espuma 3 na forma de um cortador de biscoito anular sob aquecimento e compressão adequados para preencher cada célula 14 com uma porção correspondente da camada de espuma original, a qual é adequadamente ligada e selada dentro de cada célula 14 por porções respectivas da camada adesiva 2.

[0032] A camada adesiva 2 é preferencialmente fornecida em forma de filme fina compatível com a área de superfície total do conjunto de alvéolos de núcleo retangular 1 e a camada de espuma 3, e o adesivo é também termicamente estável. Dessa maneira, a espuma 3 e o adesivo 2 podem ser preferencialmente selecionados para garantir que as células afiadas 14 possam, de fato, cortar a espuma e adesivo nos tampões correspondentes de espuma para preencher cada célula 14 sob temperatura elevada, sem, de outro modo, danificar ou dobrar as células 14 ou suas paredes laterais finas e frágeis 24.

[0033] Após a prensagem sob calor, permite-se que o laminado de núcleo preformado 12 esfrie à temperatura ambiente, em que o adesivo termicamente curado 2 liga e sela os tampões de espuma de forma segura dentro da multiplicidade de células alveolares 14.

[0034] Na modalidade exemplificativa mostrada na Figura 4, a camada de espuma preformada 3 tem uma espessura inicial F cerca de duas vezes a altura HI das células alveolares 14 e é totalmente comprimida nas células 14 e retida nas mesmas pelo adesivo 2.

[0035] O lado esquerdo da Figura 4 mostra a camada de espuma inicial 3 em espessura total F antes da compressão no topo do conjunto de alvéolos de núcleo 1, e o lado direito da Figura 4 mostra a espuma totalmente comprimida nas células correspondentes 14, com porções do adesivo 2 sendo espalhadas para baixo ao longo das paredes laterais 24 para ligar e selar fixamente os tampões de espuma nas células correspondentes 14.

[0036] Na Figura 4, a camada de espuma 3 é prensada no conjunto de alvéolos de núcleo 1 apenas de um lado e, portanto, é, de modo preferencial, adequadamente mais espesso que a altura HI das células 14 para garantir que as células 14 sejam suficientemente preenchidas com espuma acústica substancialmente até o fundo das mesmas. Por exemplo, a camada de espuma 3 tem cerca de duas vezes a espessura da altura das células 14.

[0037] Dessa maneira, a placa de topo da prensa 28 garante que o topo da espuma seja prensado substancialmente nivelado ou uniforme com a superfície de topo plana das células 14, até mesmo após a remoção da placa 28. A espessura dupla da camada de espuma inicial 3 garante que cada uma das células alveolares 14 seja preenchida com espuma de modo substancialmente completo.

[0038] Em uma modalidade testada, os tampões de espuma preencheram substancialmente as células em cerca de 80% a cerca de 100%, tendo em vista a natureza aleatória do corte de espuma sobre a multiplicidade de células 14 contidas no grande conjunto de alvéolos de núcleo 1, sendo que o fundo de pelo menos algumas das células tem pequenos espaços correspondentes 32 desprovidos de espuma principalmente ao redor do perímetro da célula hexagonal, onde o atrito de parede lateral impede a inserção completa da espuma no fundo das células.

[0039] O laminado alveolar de núcleo preformado resultante 12 inclui, portanto, espuma 3, em forma de tampão, ligada de modo adesivamente seguro em cada uma dentre a multiplicidade de células hexagonais 14 para o fornecimento de atenuação ou supressão acústica ou de ruídos efetivas. Essa configuração cria uma forma de silenciador para dissipar energia acústica ou ruído.

[0040] Em uma configuração preferencial, o conjunto de alvéolos 1 é de metal, como, por exemplo, alumínio, com paredes laterais finas 24 sendo suficientemente afiadas para cortar a camada de espuma 3 durante a compressão das mesmas.

[0041] Correspondentemente, a camada de espuma preferencial 3 é suficientemente macia para ser prontamente cortada pelas células alveolares 14 durante a compressão sem danificar as células alveolares 14 ou dobrar as paredes laterais 24 das mesmas.

[0042] A Figura 5 ilustra esquematicamente essa prensagem unilateral da camada de espuma 3 em apenas um lado do conjunto de alvéolos de núcleo 1.

[0043] Entretanto, a Figura 5 também ilustra esquematicamente uma configuração alternativa em que duas camadas de espuma 3 são prensadas em ambos os lados do conjunto de alvéolos de núcleo 1.

[0044] Nessa configuração, a camada de espuma preformada 3 tem uma espessura inicial F/2 aproximadamente igual à altura Hi das células alveolares 14. Duas dessas camadas de espuma mais finas 3 são dispostas nos lados opostos do conjunto de alvéolos 1 em forma espelhada e simétrica. Entretanto, a camada adesiva 2 é preferencialmente aplicada diretamente adjacente a apenas um lado, como o lado do topo, do conjunto de alvéolos 1 como mostrado esquematicamente na Figura 5.

[0045] Ambas as camadas de espuma 3 são, então, comprimidas simultaneamente nas células alveolares 14 dos lados opostos do conjunto de alvéolos de núcleo 1 para preencher as metades de topo e de fundo correspondentes das células 14. A única camada adesiva 2 é simultaneamente comprimida pela camada de espuma de topo 3 nas células 14 onde o adesivo reveste as paredes laterais de célula 24 e adicionalmente une as duas partes frontais da espuma à medida que são comprimidas para se encontrarem perto da parte intermediária de cada célula.

[0046] Nessa configuração alternativa, as superfícies tanto de topo como de fundo do conjunto de alvéolos de núcleo 1 têm espuma disposta nivelada ou uniforme com as mesmas, sendo que os tampões de espuma de topo e de fundo são adesivamente ligados em cada célula 14. Mais uma vez, pequenos espaços 32 desprovidos de espuma podem ser aleatoriamente encontrados no perímetro intermediário de cada célula onde os tampões opostos de espuma se juntam.

[0047] O laminado alveolar de núcleo configurado dessa forma 12 consequentemente inclui espuma especialmente fabricada e configurada 3, em forma de tampão, adesivamente ligada ao mesmo para produzir um silenciador de redução de ruído no centro ou parte intermediária do painel estrutural 10.

[0048] Cooperando com esse laminado alveolar de núcleo preenchido com espuma 12, estão os dois laminados externos 16,18, cada um especificamente configurado para incluir uma camada ou septo acústico imperfurado 4 diretamente adjacente ao laminado alveolar de núcleo preformado 12 disposto no interior dos revestimentos externos 20,22 como mostrado nas Figuras 1 e 2.

[0049] Os septos acústicos 4 limitam ou ensanduicham o laminado alveolar de núcleo preenchido com espuma 12 entre os mesmos e são rígidos e imperfurados para fornecer uma forma adicional de supressão de som na forma de um silenciador reativo que coopera com o laminado alveolar de núcleo 12 para coletivamente reduzir a transmissão de ruído a partir e através de ambos os lados do conjunto de núcleo.

[0050] Esse conjunto de núcleo coletivo configurado dessa forma é rígido e também fornece resistência substancial ao painel estrutural finalizado 10, junto com a atenuação acústica.

[0051] Cada um dos dois laminados externos 16,18 preferencialmente inclui um septo acústico imperfurado 4 diretamente adjacente a um lado oposto correspondente do laminado alveolar preformado 12, seguido por um conjunto de alvéolos externo ou egresso 5 diretamente adjacente ao septo acústico 4.

[0052] Uma pluralidade de camadas de fibras estruturais direcionais 6,7,8 se juntam aos conjuntos de alvéolos externo 5 para definir os revestimentos externos 20,22 que limitam integralmente o painel acústico laminado 10.

[0053] As Figuras 2 e 5 ilustram recursos adicionais do processo de fabricação que usam o laminado alveolar de núcleo preformado 12 para obter o painel final 10 que tem ambas força e rigidez estruturais junto com o desempenho acústico inerente para a redução de som ou ruído.

[0054] Empilhado sobre os lados opostos do laminado alveolar preformado 12, por sua vez, estão um septo de fibra epóxi pré-impregnado 4, um conjunto de alvéolos externo 5, e uma pluralidade de camadas de fibras estruturais direcionais de epóxi pré-impregnadas 6,7,8 para formar uma pilha coletiva 12,16,18. Prepregs são recursos convencionais em que o material é pré-impregnado com resinas curáveis termicamente adequadas, como epóxi comum, o qual liga em conjunto as fibras em uma matriz de resina rígida após a cura por calor.

[0055] Essa pilha coletiva de componentes individuais é, então, adequadamente comprimida entre si sob calor e pressão em uma segunda operação de prensagem para curar e formar termicamente o painel estrutural unitário 10 que tem o laminado alveolar preformado 12 ligado no meio entre os laminados externos 16,18 cada um inclui um correspondente dos conjuntos de alvéolos externos 5 ligados entre os revestimentos externos 20,22.

[0056] As camadas pré-impregnadas de fibras estruturais 6,7,8 incluem uma primeira camada de fibras unidirecional 6 diretamente adjacente ao conjunto de alvéolos externo 5 seguido, por sua vez, por uma segunda camada de fibras unidirecional 7 disposta de modo transversal à primeira camada unidirecional 6 e terminando em uma camada de fibras tecida 8 exposta do lado externo.

[0057] Como mostrado nas Figuras 1 e 2, os laminados externo e interno 16,18 são preferencialmente configurados em subconjuntos de imagem espelhada idênticos para cooperarem de modo similar com o laminado alveolar central de núcleo comum 12 disposto entre os mesmos.

[0058] O conjunto de alvéolos de núcleo 1 inclui células hexagonais com altura HI e largura WI. O conjunto de alvéolos externo de topo 5 tem altura H2 e largura de célula W2. E, o conjunto de alvéolos externo de fundo 5 tem altura H3 e largura de célula W3.

[0059] Os dois conjuntos de alvéolos externos 5 são preferencialmente idênticos em configuração com altura e largura de célula iguais.

[0060] Porém, na configuração preferencial, o conjunto de alvéolos de núcleo 1 é feito de metal, como, por exemplo, alumínio de baixo peso, e os conjuntos de alvéolos externos 5 são não-metal, como, por exemplo, fibras de aramida, e as células alveolares 14 do primeiro são maiores que as células do segundo, com o conjunto de alvéolos de núcleo 1 sendo mais alto em altura HI do que as alturas H2 e H3 dos conjuntos de alvéolos externos 5, com células correspondentemente mais amplas 14 que têm W1 sendo superior que W2 e W3.

[0061] A primeira camada direcional correspondente 6 inclui fibras estruturais, como fibras de carbono fortes, em forma de fita que se estendem de modo transversal ao longo do eixo geométrico Y. A segunda camada direcional 7 inclui fibras estruturais, como fibras de carbono fortes, em forma de fita que se estendem de modo longitudinal ao longo do eixo geométrico X. E, a camada de fibra egressa 8 inclui fibras de tecido, como pano de fibra de vidro, para ambas as forças longitudinal e transversal.

[0062] Coletivamente, as três camadas de fibras 6,7,8 definem os respectivos revestimentos externo e interno 20,22, e junto com o conjunto de alvéolos de núcleo 1 e dois conjuntos de alvéolos egressos 5 efetuam rigidez e força substanciais para o painel estrutural final 10.

[0063] E, igualmente significativo é o desempenho de atenuação acústica do painel finalizado 10 devido a esse conjunto especial de recursos estruturais e acústicos que cooperam para ambos força de painel melhorada e desempenho de redução acústica.

[0064] Painéis de atenuação acústica são bem conhecidos e tipicamente incluem cavidades para a supressão de som. Nesse sentido, painéis de atenuação acústica convencionais tipicamente incluem uma multiplicidade de perfurações nos revestimentos externos do mesmo, bem como internamente.

[0065] Em forte contraste com painéis perfurados convencionais, o painel acústico 10 revelado no presente documento preferencialmente tem revestimentos externos imperfurados 20,22, e consequentemente camadas pré-impregnadas de fibras estruturais imperfuradas 6,7,8 que limitam os dois conjuntos de alvéolos externos 5.

[0066] É possível que os revestimentos externos 20,22 possam ser perfurados em modalidades alternativas, mas uma redução de som adicional deve ser confirmada por desenvolvimento e testes adicionais.

[0067] Como revelado acima, os laminados externos 16,18 preferencialmente têm septo acústico imperfurados 4 diretamente adjacentes ao laminado alveolar preformado 12 disposto no interior dos revestimentos externos 20,22. Os conjuntos de alvéolos externos 5 diretamente se juntam aos septos acústicos 4, e as camadas de fibras estruturais direcionais 6,7,8 definem revestimentos externos imperfurados 20,22.

[0068] Os septos acústicos 4 cooperam com o laminado alveolar de núcleo 12 para coletivamente reduzir o som, e que o laminado preformado 12 inclui espuma 3 que preenche cada uma das células alveolares 14 de modo substancialmente completo. Em contraste, as células 14 dos conjuntos de alvéolos externos 5 são preferencialmente vazios e desprovidos de qualquer espuma.

[0069] O método especial de fabricação revelado acima resulta em um painel estrutural finalizado especial correspondente 10 produzido por tal método.

[0070] A Figura 5 mostra as etapas de processo especial em que o laminado alveolar central 12 tem espuma preformada 3 comprimida e ligada dentro das células 14 do mesmo pelo adesivo distinto 2. Os laminados externos estruturais de topo e de fundo 16,18 são integralmente ligados e ensanduicham o laminado alveolar central 12 no segundo funcionamento de aquecimento e de prensagem.

[0071] Os dois septos acústicos imperfurados 4 são, assim, diretamente ligados aos lados opostos do laminado alveolar central 12, e os dois conjuntos de alvéolos externos 5 são, por sua vez, diretamente ligados aos septos 4. As camadas de fibras estruturais direcionais 6,7,8 são integralmente ligadas aos conjuntos de alvéolos externos 5 para definir coletivamente os laminados externos de topo e de fundo 16,18 que têm os revestimentos externos 20,22 integrados aos mesmos.

[0072] Consequentemente, o painel estrutural acústico 10 fabricado é submetido a dois ciclos de aquecimento e prensagem separados, e a espuma 3 que conecta cada uma das células do conjunto de alvéolos de núcleo 14 tem uma configuração especial ligada às superfícies internas das células pelo adesivo separado e distinto 2 especificamente fornecido para esse propósito que resulta em uma configuração coletiva singular testada em desenvolvimento para ter um desempenho de redução de som significativo.

[0073] A Figura 5 adicionalmente ilustra que o painel estrutural acústico configurado 10 pode ser submetido à fabricação pós-processamento como desejado para obter configurações adequadas para vários usos na aeronave comercial típica 34.

[0074] Por exemplo, uma vez que o perímetro do painel retangular 10 necessariamente inclui somente porções de células alveolares completas, como mostrado na Figura 1, um tratamento de borda adequado pode ser usado para preencher as células de borda incompletas com um material adequado ou resina 36, a qual pode ser adequadamente endurecida para formar um perímetro simples e evitar bordas afiadas ao longo da mesma.

[0075] O laminado alveolar de núcleo preformado 12 revelado acima coopera no painel finalizado 10 para fornecer coletivamente ao mesmo ambas rigidez e força substanciais, junto com a redução ou atenuação de som demonstrada em uma configuração construída e testada.

[0076] Várias modificações dos recursos significativos revelados acima podem ser investidas através do teste de desenvolvimento para obter um painel final que tem a espuma acústica preformada prensada especialmente na mesma sem danificar ou dobrar os conjuntos de alvéolos de núcleo de baixo peso 1.

[0077] Apresentados na Tabela abaixo estão exemplos de materiais exemplificativos que podem ser usados na fabricação de um painel estrutural acústico efetivo 10 para configurações de aeronave:

[0078] Na Tabela apresentada acima, as várias camadas são produtos comuns disponíveis comercialmente a partir de várias fontes nos EUA e no exterior, em uma multiplicidade de configurações de material que têm correspondentemente diferentes ciclos de cura térmica. E, todas as camadas são fornecidas em forma e dimensão adequadas para cobrir a área inteira da superfície ao longo do comprimento desejado L e largura W do painel final 10.

[0079] Na configuração preferencial, o conjunto de alvéolos de núcleo 1 é inteiramente de metal de alumínio com espessura de paredes laterais t de cerca de 0.102 mm para a manutenção do baixo peso, apresentando bordas de corte afiadas para a espuma acústica 3.

[0080] A espuma acústica 3 deve ser suficientemente macia para ser cortada pelas células alveolares 14 durante a fabricação sem danificar ou dobrar a calçada de célula 24.

[0081] Em uma configuração construída e testada, a espuma acústica 3 compreende um material de núcleo espumado à base de polissulfona produzido a partir de uma resina termoplástica da BASF Corporation, Florham Park, NJ, EUA; e disponível comercialmente sob a marca registrada Divinycell® F-50 de Diab Group, Laholm, Suécia.

[0082] Esse material de espuma F-50 foi cortado com sucesso pelas células alveolares de alumínio durante o primeiro funcionamento de compressão sem qualquer dano ou dobramento às células. No entanto, uma outra variação da série H disponível comercialmente desse material de espuma foi também testada, mas foi muito forte e causou danos insatisfatórios de dobramento às paredes de célula de alumínio finas.

[0083] Os conjuntos de alvéolos não metálicos externos 5 são preferencialmente produzidos de fibra de aramida convencional, e disponíveis comercialmente a partir de várias fontes.

[0084] Os materiais de fibra, vidro e adesivo restantes são também comercialmente disponíveis em várias formas a partir de várias fontes. Ambas as camadas de tecido de fibra de vidro 4,8 e as camadas unidirecionais de fita de fibra de carbono 6,7 são pré-impregnadas com resinas epóxi curáveis que são termicamente curadas sob os ciclos de aquecimento e de prensagem para unir todas as camadas em um painel estrutural finalizado unitário que tem força e rigidez substanciais.

[0085] No Exemplo apresentado na Tabela acima, os dois conjuntos de alvéolos externos 5 podem ser produzidos a partir de fibra para-aramida Kevlar® N636 disponível comercialmente na Plascore Incorporated, Zeeland, MI, EUA.

[0086] Esses dois conjuntos de alvéolos não metálicos 5 têm uma densidade de 72 kg/m3 para alcançar de modo coletivo, no painel finalizado 10, uma rigidez e força adequadas para uma aplicação no piso de cabine de aeronaves.

[0087] Dois outros exemplos considerados eram idênticos ao Exemplo de Tabela, exceto que dois conjuntos de alvéolos de aramida 5 tiveram densidades mais altas de 96 e 123 kg/m3 para adicionalmente aumentar a rigidez e força do painel.

[0088] As camadas de núcleo 1,2,3 e as duas camadas de septo limitantes 4 têm sido especialmente anotadas na Tabela para sua contribuição especial para arquivar a solução acústica ou da supressão de ruído no painel finalizado 10.

[0089] O projeto de painel aprimorado revelado acima inclui integralmente propriedades de redução acústica com base na combinação de multitude de materiais e camadas distintas no subconjunto do núcleo intermediário. Os materiais de núcleo incluem conjunto de alvéolos, estratos pré-impregnados de fibra de vidro, adesivo de filme e espuma. O processo de manufatura para alcançar as melhorias de desempenho acústico divide o conjunto de núcleo preferencialmente em três camadas que atuam coletivamente como isoladores de ruído.

[0090] O acionamento da melhora da atenuação acústica para o interior do painel irá reduzir a necessidade por materiais secundários, economizando, desse modo, peso, e pode reduzir os níveis gerais de ruído e aumentar o conforto do passageiro.

[0091] As duas camadas externas que limitam o subconjunto de núcleo podem ser produzidas a partir de núcleo de conjuntos de alvéolos de aramida com um septo prepreg de fibra de vidro ligado à superfície interna da camada. A camada de centro do subconjunto de núcleo é preferencialmente produzida a partir de uma espuma acústica de combinação que é prensada nas células de um conjunto de alvéolos de alumínio com um adesivo. Uma camada mais espessa de núcleo de espuma conforme comparado com o núcleo de alumínio é usado para se expandir dentro de paredes de células e minimizar vãos da borda dentro da área de contato entre a espuma e a parede das células. Esse conjunto de núcleo contém septos de extrato de fibra de vidro que atuam como silenciador reativo e o núcleo de espuma que atua como um silenciador dissipativo. A combinação de ambas as técnicas é utilizada para alcançar a redução ou atenuação acústica.

[0092] A espessura de painel geral pode não ser afetada quando comparada com uma construção de painel tradicional, e o impacto total do peso da aeronave é provavelmente menor do que com o uso de ligações secundárias de materiais exteriores de atenuação de som. O painel irá manter as propriedades de força de painéis sanduíche convencionais.

[0093] O painel sanduíche composto 10 consequentemente inclui um conjunto de núcleo de atenuação acústica interno integrado com revestimentos de painel externo e interno em uma construção de painel padrão para o uso correspondente em quaisquer aplicações de painel estrutural, incluindo, em particular, construção de aeronave. Os revestimentos do painel e as camadas de núcleo podem ser dimensionadas para ajustar a espessura do painel, força do painel, ou otimização de peso. O subconjunto de núcleo acústico pode ser usado em painéis com contorno assim como em painéis lisos.

[0094] As camadas 6,7 e 8 definem coletivamente o primeiro e o segundo revestimentos laminados ou os revestimentos laminados externo e interno, os quais podem ser configurados separadamente como exigido por várias aplicações estruturais.

[0095] As camadas 4 e 5 definem as camadas de conjunto de alvéolos não metálicos correspondentes adesivamente ligados de modo integral no painel composto, com as camadas 5 que definem septos de atenuação de som.

[0096] As camadas 1,2 e 3 são preformadas para definir o subconjunto de núcleo de centro para introduzir internamente a atenuação acústica ou a redução de som dentro do próprio painel composto para reduzir substancialmente a transmissão de som através do mesmo; e em combinação com as camadas limitantes que dissipam efetivamente o ruído ou a energia do som.

[0097] Acredita-se que a combinação de várias quantidades de septos 4 em modalidades exemplificativas para a captura de som internamente dentro do próprio painel sanduíche, e o uso de um material dissipativo 3, crie um nível de absorção de som além da soma de técnicas individuais de atenuação de som independentemente.

[0098] O amortecimento de som interno permite que a atenuação de ruído seja incluída em componentes de aeronave comum que, de outra forma, tem oportunidades ou capacidades de absorção de ruído limitadas.

[0099] A Camada 1 é a folha de conjuntos de alvéolos metálica ou de alumínio em que o material de espuma acústica é prensado 3 no topo da camada de filme adesivo intermediária 2, a qual liga a espuma a cada célula de conjunto de alvéolos sob calor de processamento adequado para formar um subconjunto de núcleo acústico preenchido com espuma integrado 1-2-3.

[0100] A espessura do painel, as configurações do conjunto de alvéolos, e os materiais de revestimento são personalizáveis para atender aos requisitos de força, rigidez e carga.

[0101] A atenuação específica da frequência de som pode ser personalizada ao modificar a configuração e a composição do material dos três conjuntos de alvéolos 1,5,5; da espuma acústica 3, e da camada adesiva 2; juntamente com a modificação da configuração, dos estratos, da dimensão, do material, e da orientação das fibras nas camadas estruturais exemplificativas 4,6,7,8.

[0102] Além disso, o painel acústico 10 poderia ser ainda mais modificado para incluir recursos convencionais de atenuação de ruído adicionais fornecidos desde que esses recursos adicionais não degradam o desempenho de atenuação acústica do painel resultante.

[0103] Testes adicionais seriam exigidos para desenvolver a melhor forma de implementar a atenuação de som em várias configurações para diferentes aplicações estruturais na aeronave, ou qualquer outro pedido em que a atenuação de ruído é desejada.

[0104] Uma aeronave típica inclui vários painéis estruturais que podem ser modificados no presente documento para efetuar uma redução de som significativa, como, por exemplo, paredes de lavatórios, compartimentos de acondicionamento, assoalhos e adicionalmente: Assoalhos para reduzir ruídos dos sistemas mecânicos da aeronave na cabine; Painéis de forro de cabine para minimizar sons externos da aeronave; Prateleiras de equipamentos e painel de instrumentos da cabine de pilotos para conter ruídos eletrônicos; e Armários, cozinhas, e paredes de lavadores para fornecer amortecimento de som interior de sistemas de encanamento.

[0105] Benefícios exemplificativos do painel estrutural acústico aprimorado 10 incluem: Combinação de dois tipos de redução de som dentro de um espaço compacto e manutenção de propriedades de força mecânica; Painel potencialmente mais leve comparado com uma construção típica que exige materiais de atenuação de som externo; Não exige perfuração de revestimento para atingir a absorção de som; impede a umidade ou outros contaminantes do painel; Capaz de montagem nivelada ao lado de outros painéis tratados não- acústicos sem a necessidade de acomodar materiais secundários; O projeto do painel não inviabiliza o uso de técnicas existentes para atenuação de som; Esse projeto não adiciona qualquer complexidade ao uso da extremidade da instalação do painel em armários, assoalhos, ou outros produtos; e Os mesmos processos e técnicas, ou vários processos de manufatura convencional, podem ainda ser utilizados para implementar o projeto de painel de atenuação acústica aprimorado.

[0106] Propriedades acústicas podem ser ajustáveis para frequências do som desejadas pelas seleções e dimensionamentos de material. Exemplos são dimensões de células, densidades do material, e tipos do material. Testes adicionais irão determinar a eficácia da atenuação acústica, porém o projeto básico da camada não precisa ser alterado.

[0107] Consequentemente, o painel laminado de atenuação acústica 10 revelado acima pode ter várias configurações, com várias camadas, e vários materiais, e várias medidas e espessuras para fornecer uma atenuação de som interna através da combinação especial de camadas e materiais do mesmo.

[0108] Diferentes recursos podem ser variados para variar a atenuação acústica, além de também fornecer força estrutural desejada do painel para seu pedido destinado.

[0109] O núcleo acústico de centro pode ser configurado e variado para adaptar um ou ambos o silenciador reativo e o desempenho do silenciador dissipativo para maximizar o desempenho de atenuação de ruído, com ou sem recursos convencionais de atenuação de ruído adicionais.

[0110] Os revestimentos externo e interno do painel são preferencialmente imperfurados; porém poderiam ser, de outra forma, configurados como desejado, desde que não afetem adversamente a força do painel ou o desempenho de atenuação de ruído interno do mesmo.

[0111] São reveladas acima modalidades preferenciais e exemplificativas da presente invenção, em que os vários recursos das mesmas foram descritos na matéria com o uso de termos gerais e termos mais específicos, com tais recursos sendo progressivamente combinados em detalhes sucessivos para um ou mais espécies detalhadas exemplificativas em combinação como descrito acima, e como recitado nas reivindicações anexas.

[0112] Consequentemente, qualquer um ou mais dos recursos específicos recitados em qualquer uma ou mais das reivindicações anexas ou descritos no campo acima Descrição ou ilustrados nas Figuras podem ser combinados em qualquer um ou mais das reivindicações anexas, incluindo as reivindicações anteriores ou as principais, na definição de várias modificações da invenção em várias combinações e subcombinações de acordo com a descrição acima, os desenhos correspondentes, e/ou as reivindicações anexas, como depositado. As reivindicações a seguir podem, portanto, ser interpretadas e modificadas ou corrigidas ou suplementadas com recursos adicionais sem a restrição de tais reivindicações originais anexas, de acordo com a matéria original apresentada acima como sendo meramente exemplificativa do verdadeiro espírito e escopo da invenção.

Claims (19)

1. Método de produção de um painel estrutural acústico de aeronave (10) compreendendo revestimentos externos ligando um núcleo, e caracterizado pelo fato de que compreende: preformar um laminado alveolar de núcleo (12) que tem espuma preformada (3) ligada dentro de células (14) da mesma por um adesivo distinto (2) ao suprir dita espuma preformada em uma camada uniforme (3); empilhar dita camada de espuma (3) no topo de uma camada adesiva (2) e, por sua vez, no topo de um conjunto de alvéolos de núcleo (1); e comprimir entre si dita camada de espuma empilhada (3), a camada adesiva (2), e conjunto de alvéolos de núcleo (1) sob pressão e calor para ligar termicamente dita espuma (3) dentro das ditas células alveolares (14) para preformar dito laminado alveolar (12); empilhar dito laminado alveolar preformado (12) entre laminados externos estruturais de topo e de fundo opostos (16,18); e comprimir entre si sob calor e pressão dito laminado alveolar empilhado (12) e laminados estruturais externos (16,18) em um painel estrutural unitário (10) que tem dito laminado alveolar de núcleo (12) integralmente ligado entre os ditos revestimentos externos (20,22).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ditos laminados externos (16,18) compreendem um septo acústico imperfurado (4) diretamente adjacente ao dito laminado alveolar preformado (12) disposto no interior dos ditos revestimentos externos (20,22).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada um dos ditos laminados externos (16,18) compreende: dito septo acústico imperfurado (4) diretamente adjacente a um lado oposto correspondente do dito laminado alveolar preformado (12); um conjunto de alvéolos externo (5) diretamente adjacente ao dito septo acústico (4); e uma pluralidade de camadas de fibras estruturais direcionais (6,7,8) que define os ditos revestimentos externos (20,22).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: empilhar no topo de lados opostos do dito laminado alveolar preformado (12) por sua vez, um septo de fibra epóxi pré-impregnado (4), um conjunto de alvéolos externo (5), e uma pluralidade de camadas de fibras estruturais direcionais de epóxi pré-impregnadas (6,7,8) para formar uma pilha coletiva (12,16,18); e comprimir entre si sob calor e pressão dita pilha coletiva para curar e formar dito painel estrutural unitário (10) que tem dito laminado alveolar preformado (12) ligado no meio entre ditos laminados externos (16,18) sendo que cada um inclui um correspondente dos ditos conjuntos de alvéolos externos (5) ligados entre ditos revestimentos externos (20,22).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ditas camadas pré-impregnadas de fibras estruturais (6,7,8) compreendem uma primeira camada de fibras unidirecional (6) diretamente adjacente ao dito conjunto de alvéolos externo (5) seguido, por sua vez, por uma segunda camada de fibras unidirecional (7) disposta de modo transversal à dita primeira camada unidirecional (6) e terminando em uma camada de fibras tecida (8) expostas no exterior.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ditas camadas pré-impregnadas de fibras estruturais (6,7,8) são imperfuradas para formar coletivamente revestimentos externos imperfurados (20,22).

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ditas células alveolares (14) têm bordas afiadas e dita camada de espuma (3) e camada adesiva (2) são cortadas pelas ditas bordas afiadas conforme dita camada de espuma (3) é comprimida no topo do dito conjunto de alvéolos (1) para preencher cada célula (14) com uma respectiva porção da dita camada de espuma (3).

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que dita camada de espuma preformada (3) tem uma espessura inicial (F) de duas vezes a altura (H1) das ditas células alveolares (14) e é totalmente comprimida nas ditas células (14), e retida nas mesmas pelo dito adesivo.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que dito conjunto de alvéolos (1) é metal com paredes laterais finas (24) que são afiadas para cortar dita camada de espuma (3) durante dita compressão.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que dita camada de espuma (3) é macia para ser cortada pelas ditas células alveolares (14) durante dita compressão sem danificar ditas células alveolares (14).

11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que: dita camada de espuma preformada (3) tem uma espessura inicial (F/2) igual à altura (H1) das ditas células alveolares (14); duas das ditas camadas de espuma (3) são dispostas em lados opostos do dito conjunto de alvéolos (1) com dita camada adesiva (2) diretamente adjacente ao dito conjunto de alvéolos (1) sob somente uma das ditas camadas de espuma (3); e ambas as ditas camadas de espuma (3) são comprimidas nas ditas células alveolares (14) a partir dos lados opostos do dito conjunto de alvéolos (1) para preencher metades correspondentes das ditas células (14).

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos laminados externos (16,18) compreendem: um septo acústico imperfurado (4) diretamente adjacente ao dito laminado alveolar preformado (12) disposto no interior dos ditos revestimentos externos (20,22); um conjunto de alvéolos externo (5) diretamente adjacente ao dito septo acústico (4); e uma pluralidade de camadas de fibras estruturais direcionais (6,7,8) que define ditos revestimentos externos (20,22).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que: dito laminado alveolar preformado (12) inclui dita espuma (3) que preenche cada uma das ditas células alveolares (14) de modo completo com tampões de espuma, com pelo menos algumas das ditas células tendo espaços (32) desprovidos de espuma abaixo dos ditos tampões; e dito conjunto de alvéolos externo (5) inclui células vazias (14).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ditos revestimentos externos (20,22) são imperfurados.

15. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ditas células (14) do dito laminado alveolar de núcleo (12) têm bordas afiadas, e dita camada de espuma (3) e a camada adesiva (2) são cortadas pelas ditas bordas afiadas à medida que dita camada de espuma (3) é comprimida no topo do dito conjunto de alvéolos de núcleo (1) para preencher cada célula (14) com uma respectiva porção da dita camada de espuma (3).

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que: dito conjunto de alvéolos de núcleo (1) compreende metal; ditos conjuntos de alvéolos externos (5) compreendem não metal; e dito conjunto de alvéolos de núcleo (1) é mais alto do que ditos conjuntos de alvéolos externos (5), com células correspondentemente mais largas (14).

17. Painel estrutural de aeronave (10) produzido pelo método, como definido na reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende: um laminado alveolar central preformado (12) que tem espuma preformada (3) comprimida e ligada dentro de células (14) da mesma pelo dito adesivo distinto (2); laminados externos estruturais de topo e de fundo (16,18) integralmente ligados a lados opostos correspondentes do dito laminado alveolar central (12), com cada laminado externo (16,18) compreendendo: um septo acústico imperfurado (4) diretamente ligado a um lado correspondente do dito laminado alveolar central (12); um conjunto de alvéolos externo (5) diretamente ligado a um correspondente dos ditos septos (4); e uma pluralidade de camadas de fibras estruturais direcionais (6,7,8) integralmente ligadas aos correspondentes dos ditos conjuntos de alvéolos externos (5) para definir coletivamente ditos laminados externos de topo e de fundo (16,18) que têm os ditos revestimentos externos (20,22) integrais com os mesmos.

18. Painel, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que: dita camada adesiva (2) se liga à dita espuma (3) dentro de cada uma das ditas células alveolares (14); e ditos septos (4) e pluralidade de camadas de fibras (6,7,8) incluem epóxi pré-impregnado termicamente curado para ligar integralmente dito laminado alveolar preformado (12) entre ditos laminados externos (16,18) em um painel estrutural unitário (10).

19. Painel, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que: dita espuma acústica (3) preenche as ditas células (14) do dito laminado alveolar (12); ditas células (14) dos ditos conjuntos de alvéolos externos (5) são vazias; e ditos revestimentos externos (20,22) são imperfurados.