CN101827702A - 用于吸音板的蜂窝芯体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够用于涡轮喷气发动机机舱的吸音板的蜂窝芯体结构(10；310)，其包括至少一个蜂窝单元(12；14)，每个蜂窝单元(12；14)包括两个端板(18；20)。端板(18；20)通过以形成蜂窝腔室(32)的方式定位的接合点(24)被接合在一起。本发明的主题还涉及一种制造这种结构的方法、包括这种结构的吸音板以及包括这种吸音板的机舱。

Description

用于吸音板的蜂窝芯体结构
本发明特别涉及一种蜂窝芯体结构，该蜂窝芯体结构由可用于涡轮喷气发动机机舱的吸音板的至少一个蜂窝单元形成。
飞机涡轮喷气发动机可产生很大的噪音污染，特别是由于所使用的涡轮喷气发动机变得越来越强劲，因此非常希望减少这种噪音污染。对于包围着涡轮喷气发动机的机舱的设计在减少这种噪音污染中起着重要的作用。
为了进一步改善飞机的吸音性能，机舱设置吸音板，其目的在于减小涡轮喷气发动机所产生的噪音以及结构的振动。
吸音板是公知的用于吸收这些噪音的结构。这些吸音板通常包括一层或多层蜂窝芯体结构(公知为“蜂窝”的结构)。这些层通常在其下表面(也就是说在其与通过机舱的空气不接触的表面)上涂覆不透气或者“实心”的表层，并且在其上表面(也就是说在与通过机舱的空气接触的表面)上涂覆透气的穿孔表层，公知为“吸音”表层。
吸音板可进一步包括多层蜂窝芯体结构，多孔或多个穿孔的表层(公知为“隔膜”)插入(例如接合入)这些结构之间。
这种吸音板构成吸音共振器，其能够“抑制”噪音并因此能够减小释放到机舱外侧的噪音。
公知地，蜂窝芯体结构由接合起来的蜂窝单元(被称为“蜂窝块”)形成。蜂窝单元通常通过将金属、轻合金或复合材料的多个层进行叠置而获得，在该层上在离散点处放置接合装置，以便在被称为接合点的某些点处将所述层接合在一起。由此形成的蜂窝单元为“紧实”的状态。为了形成蜂窝腔室，该单元经受拉伸作用，从而将所述层分开，而所述层在接合点处仍然接合在一起。由此形成的蜂窝单元为“扩张”的状态。
吸音板的吸音性能(也就是与噪音的频率和吸音级别有关的噪音吸收能力)主要取决于形成蜂窝芯体结构的一个或多个蜂窝单元的接合。
蜂窝单元的横向端面通常通过例如粘合剂FM
Figure GPA00001102566300021
的发泡粘合剂接合，该粘合剂具有很强的扩张能力。通常是将薄膜形式的粘合剂插入两个蜂窝单元的相邻边缘之间，并且粘合剂在膨胀时堵塞蜂窝腔室，在接合区域的隔室分隔处形成附加的厚度。这些附加厚度的不利之处在于：减小了蜂窝结构的有效吸音区域，并造成阻抗的突然中断，从而通过将涡轮喷气发动机操作时经过转动部件的噪音的模态能量进行重新分配，使得吸音板的吸音性能有所降低。
这种蜂窝芯体结构的应用复杂，而且不能得到完全均匀的吸音处理。
本发明的一个目的在于提供一种蜂窝芯体结构，其包括一个或多个蜂窝单元，该蜂窝芯体结构应用简单，并能有效地减小涡轮喷气发动机运行所产生的噪音。
为此，本发明的第一方面的主题是能够用于涡轮喷气发动机机舱的吸音板的蜂窝芯体结构，其包括至少一个蜂窝单元，每个蜂窝单元包括两个端板，其特征在于，端板通过以形成蜂窝腔室的方式定位的接合点被接合在一起。
按照本发明的结构包括以不堵塞蜂窝腔室的方式接合在一起的一个或多个蜂窝单元。具体地，按照本发明结构的接合区域限于通过接合点和端板而形成的蜂窝腔室。因此，按照本发明的结构的蜂窝腔室没有被完全或部分堵塞。相反，接合区域显示有新的基本上充气的蜂窝腔室，并且这增加了按照本发明的结构的有效吸音区域。因此，按照本发明的结构有利地使得噪音有效降低，而又不中断阻抗。
从机械角度出发，与现有技术的结构相比，本发明的结构提供了较好的机械强度。具体来说，按照本发明的结构在工作时与由蜂窝腔室形成的无接缝的整体块体类似。
按照本发明的其它特征，按照本发明的结构具有一个或多个以下的可选特征，这些特征可以单独被考虑或者以任何可能的组合考虑：
-接合点由从金属、合金或聚合物中选取的材料制成，特别是由环氧基树脂制成，其可以经受外部应力，而又不会为接合有按照本发明的结构的机舱显著地增加重量；
-按照本发明的结构具有基本上为回转式的表面，以构成最佳的涡轮喷气发动机机舱的吸音板，其目的在于减小由涡轮喷气发动机产生的声扰动。
本发明第二方面的主题是制备按照本发明的包括至少一个蜂窝单元的蜂窝芯体结构的方法，其特征在于，该方法包括具有如下目的的步骤：
A-选择至少一个基本上紧实并基本上为扁平形式的蜂窝单元，每个蜂窝单元包括两个端板；
B-利用放置在一个端板上的接合装置将彼此面对的端板接合起来，以形成基本上紧实的蜂窝腔室；
C-使用扩张装置对步骤(B)得到的结构进行拉伸，以形成基本上扩张开的蜂窝腔室。
这里“基本上紧实的状态”指的是其中还没有形成蜂窝腔室、但是一旦这些腔室被拉伸便可形成蜂窝腔室的蜂窝单元。
这里“紧实的蜂窝腔室”指的是能够在拉伸后被扩张的基本上扁平的蜂窝腔室。
这里“扩张的蜂窝腔室”指的是能够形成声音衰减装置的被拉伸的蜂窝腔室。
按照本发明的方法的优点在于应用简单，这是由于蜂窝单元首先处于紧实状态，接着在另一步骤中被拉伸，从而形成按照本发明的结构。
另外，按照本发明的方法的优点在于提供一种可具有不一致的蜂窝腔室的蜂窝芯体结构。具体地，扩张装置可以对按照本发明的方法的步骤B得到的结构进行不均匀地拉伸。
按照本发明的其它特征，按照本发明的方法具有一个或多个以下的可选特征，这些特征可以单独被考虑或者以任何可能组合的方式考虑。
-按照本发明的方法还包括步骤(D)，其中穿孔的吸音表层和/或不穿孔的表层被接附到步骤(C)得到的蜂窝芯体结构的至少一个表面上，使其可以保护按照本发明的结构，并增加声音衰减；
-接合装置由聚合物、金属或用于焊接的合金制成，从而使得按照本发明的结构具有良好的机械强度；
-接合装置由这样一种材料构成，该材料的位置和厚度使得接合装置在两个端板之间形成不容忽视的充气空间，从而形成蜂窝腔室，这些理想地为六边形的腔室能够采用被降级的几何形状(degradedgeometries)，同时确保其声音衰减功能；
-扩张装置是能够在基本上垂直于或径向于内表面和外表面的方向上对步骤(B)得到的结构进行拉伸的机械装置，使得由步骤(B)得到的结构被精确拉伸成所需的形状；
-在步骤B中，端板是边对边接合的，从而得到具有基本上为回转式表面的结构，使得特别是涡轮喷气发动机进气口吸音板的声音衰减板以最佳方式制得。
本发明的第三方面的主题是用于机舱的吸音板，其包括按照本发明的至少一个蜂窝芯体结构，或者包括至少一个利用按照本发明的方法获得的蜂窝芯体结构。
按照优选实施例，吸音板包括以分层的形式布置的多个蜂窝芯体结构，在各层之间定位有多个穿孔的或多孔的表层，优选为隔膜。
本发明第四方面的主题是包含按照本发明的吸音板的涡轮喷气发动机机舱。
通过阅读下面的参考了下列附图的非限定说明书将对本发明有进一步理解，附图中：
-图1a是按照本发明的结构的局部示意截面图；
-图1b是图1a的区域Z的放大图；
-图2是按照本发明的结构的一个实施例的立体图；
-图3a-3c是本发明中方法的步骤的实施例的示意图和局部截面图。
图1a表示按照旨在用于涡轮喷气发动机机舱的吸音板(未示出)的本发明的蜂窝系统结构10的一个实施例。
本发明的结构10可包括被接合到其本身的蜂窝单元，或者边对边接合在一起的多个蜂窝单元(特别是两个或三个蜂窝单元)。
按照图1a所示的实施例，按照本发明的结构10包括两个蜂窝单元12和14。
蜂窝单元12和14通常包括中间板15和16以及两个端板18、20(示出一个)以及接合点22和24。端板18和20被在外延的或甚至更大幅度地延伸的区域上定位的接合点24接合在一起，接合点尤其定位在离散点处，以形成蜂窝腔室。通常，中间板15和16形成蜂窝腔室26的隔室壁，其顶点位于接合点22处。
如图1b所示，蜂窝单元12和14接合在一起的接合区域30由通过端板18和20在接合点24处点接合而形成的蜂窝腔室32构成。因此，有利的是，与其它蜂窝腔室26类似，不仅蜂窝腔室32有助于降低按照本发明的结构10的噪音(这是由于它们没有被堵塞或挡住)，而且这些蜂窝腔室32还提高了按照本发明的结构10的噪音衰减能力。
蜂窝腔室26和32例如具有几何形状，特别是六边形或者曲线形状。
按照一个实施例，蜂窝腔室26和32具有均匀的形状。蜂窝腔室26和32通常具有3mm和40mm之间的宽度d，特别是在8mm和12mm之间，并具有特别是3mm和100mm之间的高度h，特别是在8mm和40mm之间。
通常，蜂窝腔室26和32中没有材料并通常充满空气。
接合点24优选地包括从金属、合金或聚合物(特别是环氧基树脂)中选取的材料。
中间板15和16以及端板18和20由能抵抗外部应力而又不显著增加机舱重量的材料制成，机舱内要接合有按照本发明的结构10。按照一个有利的实施例，中间板15和16以及端板18和20由相同材料制成。优选地，中间板15和16以及端板18和20由从金属、轻合金以及热塑聚合物中选取的材料制成，特别是铝、钛和合成物。
另外，接合点24的厚度可明显大于端板18和20的厚度。按照一个实施例，端板18和20具有基本上等于中间板15和16的厚度，特别是在10μm和200μm之间。
通常，接合点24的厚度在5μm和1mm之间，特别是在0.1mm和0.4mm之间。
通常，单元12和14的厚度对应于按照本发明的结构10的厚度，并且特别是在3mm和100mm之间，或者可替代地在8mm和40mm之间。
通常，按照本发明的结构10具有适当的形状，用以形成涡轮喷气发动机机舱的吸音板，从而最大地降低由涡轮喷气发动机产生的声扰动。按照图2所示的实施例，结构10具有轴线为34的基本上回转的表面。按照其它未示出的实施例，按照本发明的结构10不具有均匀的形状，并且例如是不均匀的“筒形”，即截面半径在长度方向或相对于按照本发明的结构10的回转轴线34的径向上不是恒定的。这种几何形状通常与涡轮喷气发动机进气口声音导管相对应。
按照本发明的方法有利地包括三个步骤A、B和C，这些步骤执行简单，用以制备按照本发明的结构10。
因此，图3a表示按照本发明中方法的步骤A的实施例，其中选取了至少一个蜂窝单元，这里描述的两个蜂窝单元112和114呈基本上紧实和基本上扁平的形式。每个蜂窝单元112和114通常包括两个端板(每个蜂窝单元112、114的一个端板分别表示为118、120)、中间板115和116以及位于中间板115和116之间的接合点122。
端板118和120具有可被接合的自由表面124和126，接合装置在该表面上定位。
在图3b所示的按照本发明中方法的步骤B的一个实施例中，彼此相对的端板118和120通过定位在端板118或120之一上的接合装置200接合在一起，以形成基本上紧实的蜂窝腔室202。通过实例，接合装置200可在外延的或甚至更大幅度地延伸的区域在离散点处定位在端板118或120之一上。
按照一个未示出的实施例，两个独立的单元112或114之一可在其端板118或120的待接合的自由表面上具有在步骤B中事先定位好的接合装置。
接合装置200通常包括一种材料，该材料的位置和厚度使得这些接合装置200在两个端板118和120之间形成不容忽视的充气空间203，使其可以形成蜂窝腔室。这种空间203具有的厚度基本上等于接合装置200的厚度。接合装置200优选地包括用于焊接的聚合物、金属和合金。
在接合结束时，接合装置200变成接合点，接合点与端板118和120一起限定基本上紧实的蜂窝腔室202。
步骤B得到的是结构204，该结构包括最接近发动机轴线(未示出)的内表面(未示出)以及最远离发动机轴线的外表面(未示出)。
按照一个优选的实施例，在步骤B，端板118和120边对边地接合在一起，以获得具有基本为回转表面的结构204，特别是具有基本上为圆柱形或圆筒形的表面。在结构204具有回转表面时，内表面在径向上最靠近发动机的轴线(未示出)，而外表面在径向上最远离发动机的轴线。
在图3c所示的按照本发明中方法的步骤C的一个实施例中，步骤B得到的结构204通过扩张装置拉伸，以形成扩张的蜂窝腔室332，从而得到按照本发明的蜂窝芯体结构310。优选地，扩张装置是机械装置(未示出)，能够在径向于或垂直于结构204的内表面和外表面的方向上对结构204进行拉伸。
虽然可能对结构204进行不均匀地拉伸从而使得蜂窝腔室332具有不同的尺寸，并由此形成具有不能展开的表面的一体式蜂窝芯体，其通常被应用于涡轮喷气发动机进气口吸音导管。
按照未示出的一个优选实施例，按照本发明的方法还包括步骤D，其中穿孔的吸音表层和/或不穿孔或实心的表层被接附到步骤C得到的结构310的至少一个表面上。
吸音表层通常被基本上均匀地穿孔。
吸音表层和实心表层通常由包括通过聚合化树脂浸渍的加强纤维的多层合成物材料制成。
另外，吸音板还进一步包括按照本发明的多个结构10或者按照本发明的方法获得的结构310，这些结构以分层方式布置，在各层之间具有多孔的或多个穿孔的表层，优选为隔膜，以形成多级共振器。
通常，隔膜由多孔层或表层制成，在该表层上进行微穿孔以得到直径在0.1mm和1mm之间的孔洞。
吸音板接着通过在具有所需形状的模具上布置多个层来组装，即内吸音表层、按照本发明的结构10或按照本发明得到的结构310、涂覆粘合剂的隔膜或实心表层(如果有的话)。整个组件进行组装操作，以便压紧各层，并使用例如压热器使得粘合剂聚合化以形成内部夹层结构。实心表层可在独立的操作中形成并被接合到吸音板上。

Claims (12)

1.一种蜂窝芯体结构(10；310)，其能够用于涡轮喷气发动机机舱的吸音板，所述蜂窝芯体结构(10；310)包括至少一个蜂窝单元(12；14；112；114)，每个蜂窝单元(12；14；112；114)包括两个端板(18；20；118；120)，其特征在于，所述端板(18；20；118；120)通过以形成蜂窝腔室(32；332)的方式定位的接合点(24)被接合在一起。
2.如前一权利要求所述的结构(10；310)，其特征在于，所述接合点由从金属、合金或聚合物中选取的材料制成，特别是由环氧基树脂制成。
3.如上述权利要求中的任一项所述的结构(10；310)，其特征在于，该结构具有基本上为回转式的表面。
4.一种制备如上述权利要求中的任一项所述的蜂窝芯体结构(310)的方法，该蜂窝芯体结构包括至少一个蜂窝单元(112；114)，所述方法包括具有如下目的的步骤：
A-选择至少一个基本上紧实并基本上为扁平形式的蜂窝单元(112；114)，每个蜂窝单元(112；114)包括两个端板(118；120)；
B-利用放置在一个端板(118)上的接合装置(200)将彼此面对的端板(118；120)接合起来，以形成基本上紧实的蜂窝腔室(202)；
C-使用扩张装置对步骤(B)得到的结构(204)进行拉伸，以形成基本上扩张开的蜂窝腔室(332)。
5.如前一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤(D)，其中穿孔的吸音表层和/或不穿孔的表层被接附到步骤(C)得到的蜂窝芯体结构(310)的至少一个表面上。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述接合装置(200)由聚合物、金属或用于焊接的合金构成。
7.如权利要求4-6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述接合装置(200)由这样一种材料构成，该材料的位置和厚度使得所述接合装置(200)在两个端板(118；120)之间形成不容忽视的充气空间(203)。
8.如权利要求4-7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述扩张装置是能够在基本上垂直于或径向于内表面和外表面的方向上对步骤(B)得到的结构(204)进行拉伸的机械装置。
9.如权利要求4-8中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤B中，端板(118；120)是边对边接合的，从而得到具有基本上为回转式表面的结构(204)。
10.一种用于机舱的吸音板，其包括如上述权利要求中的任一项所述的至少一个蜂窝芯体结构(10；310)，或者包括至少一个利用如权利要求4-9中的任一项所述的方法获得的蜂窝芯体结构(10；310)。
11.如前一权利要求所述的吸音板，其特征在于，它包括以分层的形式布置的多个蜂窝芯体结构(10；310)，在各层之间定位有多个穿孔的或多孔的表层，优选为隔膜。
12.一种包含吸音板的涡轮喷气发动机机舱，其特征在于，所述吸音板如权利要求10或11所述。
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