CN101458926B - 用于衰减噪声、尤其是转子产生的噪声的吸音结构及包括该结构的转子涵道 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少由例如转子或电动机之类的噪声装置所发声波的传播的吸音结构，所述结构包括：刚性隔板(1)；至少一个多孔壁(4)；以及用于将所述多孔壁(4)设置在离所述刚性隔板(1)一确定距离的间隔装置，所述间隔装置(3)界定所述多孔壁(4)和所述刚性隔板(1)之间的高度h1的腔室(3)，所述高度h1确定为用以获得对给定基频F1的所发声波的最大吸收，其中包括用以获得对在至少一个附加基频的所发声波的最大吸收的附加吸音装置。

Description

用于衰减噪声、尤其是转子产生的噪声的吸音结构及包括该结构的转子涵道
技术领域
本发明涉及处理噪声以减少由转子、电动机等发出的噪声危害的一般技术领域。该声音处理在航空领域常常是必需的，尤其是直升机。
更具体地，本发明涉及涵道式抗扭转子的涵道——也就是“涵道尾桨”——的声音处理。
背景技术
一般来说，在由涵道式抗扭转子和所引起的气流产生的噪声频谱中，可找到与关联于转子转速、转子叶片数、转子的几何结构和气流偏流器以及涵道的形状和结构的频率下的纯音对应的线。
在给予更大或更小程度紊流的空气的涵道中任何转子的转动将产生声波，该声波是有条理或随机的。
有组织的声波构成一般称为“转动噪声”，其特征是，其噪声频谱对应于叶片和传动轴的转动频率且对应于它们的谐波和子谐波、或对应于由叶片或转速的角相移调制的频率的离散频率(线)。
随机波的特征是，其噪声频谱在非常宽的频带上具有高频谱密度。这些随机波产生所谓的“宽带”噪声。
已知使用吸音结构来减少由例如转子或电动机之类的噪声源设备发出的声波的传播，这些结构包括刚性隔板、多孔壁和将多孔壁设置在离刚性隔板一确定距离的间隔装置，在所述多孔壁和刚性隔板之间界定多个腔室，所述腔室的高度确定为使所发出的声波中的给定频率的吸收变得最大。
由此知道，所谓“四分之一波长”材料是表现为与优先吸收的基频的四分之一波长对应的高度的腔室。然而，这类材料会遭受一定量的缺陷。
在某些数量的应用中，尤其在与直升机的涵道式抗扭转子的应用中，所发出的可听到的声波通常由分布在宽频带上的随机波和有条理波构成，以使已知材料表现出不足以有效衰减在所有飞行条件下如此构成的声波的特性。例如，需要处理纯音及其谐波，但也需要处理在-40℃至+40℃的温度范围内工作的飞机中发生的很宽的速度变化范围的噪声源。因此，需要被处理的寄生噪声源很多并且非常多样化。
例如，美国专利No.6114652记载了一种通过蜂窝结构制造声音衰减腔的方法。蜂窝单元具有至少两个吸音层和多孔层，通过激光器在其中形成穿孔。构成这些层的材料以聚合物为基本材料，并选择为满足在激光器给定辐射频率下吸收能量的特性。这些层因此表现出分布式的不同直径的穿孔，以优化声音吸收特性。
该文献记载了减少声波传播的吸音结构，该吸音结构包括刚性隔板、至少一个多孔壁和将多孔壁设置在离刚性隔板一预定距离的间隔装置，由此限定所述多孔壁和所述刚性隔板之间的给定高度的腔室。
发明内容
因此，本发明的目的是寻求提供一种允许吸收纯音并在吸收宽频带上的声波方面也表现出高有效性的新吸音结构。根据本发明的这种吸音结构由此用来处理多组纯音和/或所谓的“宽带”噪声。这使所产生的寄生噪声不管是实质上还是可闻度方面都得以减少。
本发明的另一目的是给出由噪声覆层和刚性结构部件两者构成的吸音结构。因此，在涉及直升机的涵道式抗扭转子的应用中，吸音结构由该抗扭转子的气流涵道构成。
本发明的另一目的是通过替换以只由薄板金属制成的部件或由复合材料制成的简单壁而给出不明显增加其使用于的部件的重量和/或体积的吸音结构。
本发明给出的目的是借助减少由例如转子或电动机的噪声设备发出的声波传播的吸音结构达成的，该结构包括刚性隔板、至少一个多孔壁以及用于将多孔壁设置在离刚性隔板一确定距离的间隔装置，在所述多孔壁和所述刚性隔板之间界定高度h1的腔室，确定所述高度h1以获得对给定基频F1的所发声波的最大吸收度，所述结构还包括在所发声波频谱的至少一个附加基频Fi下获得对所发声波的最大吸收的附加吸音装置，i是大于或等于2的整数，其中多孔板包括至少由细网筛构成的第一层以及至少一个由纤维毡构成的第二层。
将这两个层相结合，以首先优化多孔性并其次借助网筛充分牢固地将毡保持在位。
结合多孔板和腔室，附加吸音装置对于至少一个基频F1和附加基频Fi获得100％的最大吸音系数，并在所述基频F1和Fi周围的宽频带范围内(例如0.7×Fi至1.3×Fi)获得基本等于80％的吸音系数。
根据本发明的吸音结构还表现出不仅对每个基频F1或Fi的最大衰减，还对与(2n+1)×Fi对应的基频倍数具有最大衰减，其中n是大于或等于1的整数。
例如，可在F1 1000赫兹(Hz)和F2＝2×F1 2000赫兹的中心频率处获得100％的噪声衰减，并在从每个基频的三分之二值至每个所述基频的三分之四值的频率范围内获得80％的噪声衰减。1000赫兹下的频谱线的总衰减因此伴随有其它噪声频谱线大约80％的衰减，典型噪声处于667赫兹至1333赫兹范围内，并较佳地位于800赫兹至1300赫兹的范围内，还有位于1400赫兹至2600赫兹范围内的噪声。
在根据本发明的实施例中，附加吸音装置包括在位于腔室内中间高度h2处的附加多孔壁。高度h1和h2因此各自对应于频率F1和F2的衰减。高度h1和h2的腔室因此平行设置，从而相比连续地设置高度h1和h2的两连续腔室，可使吸音结构所占据的厚度减小。
在根据本发明的另一实施例中，通过沿从一个腔室至下一个腔室的至少一个方向使刚性隔板相对多孔壁倾斜以连续修正高度h1而设置附加吸音装置。这种设计用来提高宽频带上的噪声处理。在根据本发明的另一实施例中，将这些附加吸音装置与提高在一个或多个基频Fi下的噪声处理的附加吸音装置相关联是较佳的。
在根据本发明的另一实施例中，附加吸音装置包括高度h1的腔室和高度h3的附加腔室的交替，所述高度h3小于高度h1。例如，高度为h3的这些附加腔室是通过例如每隔一个腔室将吸音材料沉积在高度为h1的一些腔室中的刚性隔板上而制成的。
在某些情形下，可不超过本发明范围地构思出上述各个实施例的结合形式，以提高吸音结构的性能。
根据本发明的吸音结构的一个实施例，腔室是通过使用基本垂直地从刚性隔板向上至多孔板延伸的竖直隔板来界定的。
在根据本发明的吸音结构的一个实施例中，网筛和/或毡较佳地由金属或复合材料制成。
在根据本发明的吸音结构的一个实施例中，第一层和第二层通过焊接或粘结组装在一起。在吸音结构的制造过程中，可容易地使这些操作以及将多孔壁组装于界定腔室的刚性隔板的操作自动化。
在根据本发明的吸音结构的实施例中，刚性隔板较佳地由玻璃纤维制成。这种材料同样较佳地适用于垂直隔板。这就可获得硬度、强度和轻质量，这些都是直升机领域中尤其需要的。
本发明的目的也可借助直升机抗扭转子的涵道来实现，所述涵道至少部分地由上述吸音结构构成。
本发明的目的也可借助具有由至少部分地由上述吸音结构构成的导流罩(fairing)制成的涵道的直升机涵道式抗扭转子来实现。
本发明给出的目的也可借助直升机部分的导流罩来实现，所述导流罩包括如上所述的吸音结构。
附图说明
本发明的其它特征和优点在结合附图阅读下面说明书后将变得更为明显，附图仅以非限定性示例的方式给出，在附图中：
图1示出根据现有技术的已知吸音结构的实施例；
图2示出根据本发明的吸音结构的实施例；
图3示出根据本发明的吸音结构的另一实施例；
图4示出根据本发明的吸音结构的另一实施例；
图5是示出设置在包含根据本发明的吸音结构的涵道中的涵道式直升机转子的横截面示意图；
图6是与图5对应的正视示意图；
图7是具有含根据本发明的吸音结构的涵道的直升机涵道式转子加上也包含根据本发明的吸音结构的转子毂的横截面；以及
图8是示出作为与设计成处理频率F1和F2＝2×F1的吸音结构对应的频率的函数的噪声吸收系数的曲线图。
具体实施方式
根据本发明的吸音结构——其一部分如图1所示——包括例如玻璃纤维的刚性隔板1以及基本垂直地从刚性隔板1延伸以界定腔室3的竖直隔板2。例如玻璃纤维制成的竖直隔板2延伸至多孔壁4并构成刚性隔板1和多孔壁4之间的间隔装置。
腔室3具有在给定温度T时良好近似地正比于要吸收的基频F的倒数的高度值h1。下面的关系：h＝c×T1/2×1/F是已知的，其中c是常数、F是所吸收的频率。
值h基本对应于所吸收频率F的四分之一波长或四分之一波长的倍数。
多孔壁4具有第一层4a和第二层4b，第一层4a由具有很细或非常细的筛眼尺寸的金属网筛构成，而第二层4b由金属纤维毡构成。网筛和毡也可由复合材料制成。层4a和4b通过焊接或粘结组装在一起。
图2示出根据本发明的吸音结构的一个实施例。该结构包括位于刚性隔板1和多孔壁4之间的第二多孔壁5。每个腔室3因此藉由第二多孔壁5分成两部分。
多孔壁5与在低于h1的高度h2处设置的刚性隔壁1隔开。根据与如上所述确定h1相同的关系确定高度h2。
多孔壁5较佳地与多孔壁4类似或相同，并包括由细筛眼的金属网筛形成的第一层5a以及由金属纤维毡形成的第二层5b。
该吸音结构用来吸收与所要衰减的噪声中的两根不同频谱线对应的两个基频F1和F2。
图3示出根据本发明的吸音结构的另一实施例。在根据本发明的这个实施例中，附加吸音装置包括呈现出与高度h1交替的高度h3的附加腔室7。高度h3同样由上述关系所确定。
在一些腔室3中，通过将吸音材料7a沉积在刚性隔板1上而获得附加腔室7。例如，每隔一个腔室3可转换成具有高度h3的附加腔室7。在一个变例中，也可构思例如将每第三个或每第四个腔室转换成一个附加腔室7。
腔室3和附加腔室7由此各自用来吸收所发出噪声的频谱中的不同频率F1、F3下的声波。
图4示出根据本发明的吸音结构的另一实施例，其中通过相对多孔壁4倾斜刚性隔板1而获得附加吸音装置。这使腔室3从一个竖直隔板2向下一个竖直隔板2呈现出不同的高度h1(n)。
这形成表现一个高度h1(n)的竖直隔板2和一个高度h1(n+1)的相邻竖直隔板2的特别腔室8。通过使刚性隔板1倾斜自然地确定从一个刚性隔板至下一刚性隔板的高度变化。结果，这一吸音结构衰减所发出噪声的频谱线，且更佳地衰减与所谓“宽带”噪声对应的宽频带。
图5是示出直升机的涵道式抗扭转子的实施例的截面图。抗扭转子具有驱动叶片11的毂10。
支承板12首先用来将毂10保持在流过空气的涵道13中，其次用来使由所述转子排出的气流偏转。这是通过具有特定取向——例如图6所示，一块支承板12a沿径向取向而另一支承板12准径向取向——的支承板12实现的。
由抗扭转子吸入的空气由箭头A表示。吸入空气经由涵道13的入口13a透入气流涵道13，并经由涵道13的出口排出。
涵道13的入口13a和出口13b由转子周围的导流罩15界定。导流罩15由使用根据本发明的吸音结构的部件或使用覆盖在根据本发明的吸音结构上的部件来形成。
气流涵道13还具有位于叶片11头端的迹线周围的喉部16。
例如，支承板12a和12b在其每个表面上设有根据本发明的吸音结构。较佳地，导流罩15所有界定气流涵道13的部分包括根据本发明的吸音结构的盖。
作为一个变例，这些部分也可直接由吸音结构部件形成。这些部件则构成抗扭转子的刚性结构部件。
图7是直升机的涵道式抗扭转子的横截面图，其中毂10借助传动轴17将转动传至叶片11。毂10具有覆盖住根据本发明的吸音结构或由该吸音结构构成的壳体10a和盖部件10b。
气流涵道13具体由覆盖住根据本发明的吸音结构或由该吸音结构构成的空气入口唇缘18和散流锥19来界定。整个气流涵道13较佳地由根据本发明的吸音结构处理，即覆盖于是或由其构成。
图7所示的抗扭转子也可通过使气流沿箭头R表示的相反方向流过涵道13而以相反模式工作。气流涵道13在相反模式下也保留其噪声衰减特性。
图8应用于根据本发明的吸音结构的一个特定实施例并示出其作为频率F的函数的吸音系数CA。在这种特殊情形下，基频F1和F2＝2×F1以及频率3×F1、5×F1和3×F2衰减100％。为清楚起见，将同样100％衰减的其它谐波从附图中省去。占据上述频率将近±30％的宽带频率也被衰减至少80％。这为处于范围2.1×F2和3.9×F2内的频率提供至少80％的噪声衰减。

Claims (10)

1.一种减少由噪声装置所发声波的传播的吸音结构，所述结构包括：刚性隔板(1)；至少一个多孔壁(4)；以及用于将所述多孔壁(4)设置在离所述刚性隔板(1)一确定距离的间隔装置，在所述多孔壁(4)和所述刚性隔板(1)之间界定高度h1的腔室(3)，所述高度h1确定为用以获得对给定基频F1的所发声波的最大吸收，所述结构还包括用以获得对在至少一个附加基频Fi的所发声波的最大吸收的附加吸音装置，i是大于或等于2的整数，其中所述多孔壁(4、5)包括由细网眼网筛构成的至少第一层(4a、5a)以及由纤维毡构成的至少一个第二层(4b、5b)，所述附加吸音装置包括高度h1的腔室(3)、高度h3的附加腔室(7)的交替形式，所述高度h3小于高度h1，所述附加腔室(7)通过在一些高度h1的腔室(3)内将吸音材料(7a)沉积在所述刚性隔板(1)的内表面上而使高度h1减小到h3来形成。
2.如权利要求1所述的吸音结构，其特征在于，所述网筛和/或毡由金属或复合材料制成。
3.如权利要求1所述的吸音结构，其特征在于，所述第一层(4a、5a)和第二层(4b、5b)通过焊接或粘结而组装在一起。
4.如权利要求1所述的吸音结构，其特征在于，所述附加吸音装置包括位于所述腔室(3)内在中间高度h2处的至少一个附加多孔壁(5)，用于获得对基频F2的最大吸收。
5.如权利要求1所述的吸音结构，其特征在于，所述附加吸音装置通过使所述刚性隔板(1)相对于所述多孔壁(4)倾斜而实现，从而沿从一个特定腔室(8)至下一腔室的至少一个方向改变高度h1。
6.如权利要求1所述的吸音结构，其特征在于，所述腔室(3、7)由从所述刚性隔板(1)向多孔壁(4、5)基本垂直延伸的竖直隔板(2)界定。
7.如权利要求1所述的吸音结构，其特征在于，所述刚性隔板(1)至少部分地由玻璃纤维制成。
8.一种直升机抗扭转子的涵道(13)，其中所述涵道至少部分地由根据权利要求1所述的吸音结构构成。
9.一种直升机的涵道式抗扭转子，其中所述转子包括至少部分地由根据权利要求1所述的吸音结构构成的导流罩(15)。
10.一种直升机部分的导流罩(15)，其中所述导流罩包括根据权利要求1所述的吸音结构。
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