CN102454745B

CN102454745B - 具有质量放大的绝缘涂层

Info

Publication number: CN102454745B
Application number: CN201010536926.4A
Authority: CN
Inventors: T·曼夫雷多蒂; J·卡尔雷特
Original assignee: Airbus Helicopters SAS
Current assignee: Kong Kezhishengji
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN102454745A

Abstract

本发明涉及一种具有高阻尼力的适于固定到结构(2)上的绝缘涂层(1)，所述绝缘涂层包括由多个耗散元件(3)和具有底端(4’)的节点(4)构成的耗散网，每个节点的底端(4’)固定到所述结构(2)上，每个耗散元件固定到第一和第二节点(6、7)，所述节点(4)的所述底端(4’)从所述耗散元件(3)突出出来，以适于在耗散元件(3)和所述结构(2)之间形成空的空间(5)。此外，至少一个耗散元件(3)设置有至少一个分支(10、20)，该分支设置有重元件(30、31、32)，所述重元件(30、31、32)具有大于或等于所述分支(10、20)的第二质量的第一质量。

Description

具有质量放大的绝缘涂层

技术领域

本发明涉及具有质量放大的绝缘涂层，其用来减小或甚至消除例如由振动或冲击产生的结构的动态变形。

具体来说，本发明的绝缘涂层较佳地用于安装在旋翼飞机上。通过特别安装在旋翼飞机机舱壁上，该绝缘涂层减缓舱壁的动态变形，以增加其寿命并减小机舱内的噪音。

自然，本发明不局限于该特殊应用，其可用于任何其它要求减小物体动态变形的应用中。根据这种设计，例如就可供选择地考虑将绝缘涂层布置在洗衣机壁上，因为该类型的电器经受高水平的振动。

背景技术

在减小结构振动并由此减小所述结构传递噪音的第一种已知方法中，例如基于铅的附加沉重板放置在该结构上，以便通过质量效应来改进所述结构的振动和/或声音绝缘。

该第一种方法非常有效但出现重量重的缺点。该缺点是一直需要对重量进行优化的航空领域中的主要缺点。

在第二种方法中，振动和由此由结构产生的噪音通过提供阻尼来减小，该阻尼用来消耗振动能量并将其转换为热量。

实施该第二种方法的第一系统在于一块布置在结构上的单块弹性体板。不管结构承受何种方式的机械应力，该弹性体的阻尼力则减小该结构的动态变形，尤其它将能量耗散为热量形式。

与第一种方法相比，重量的节省是相当显著的，因为弹性体不是很重的。然而，由于结构的振动仅引起弹性体内很小的运动，所以，该第一系统的效率受到限制。因此，弹性体板内的能量耗散很弱。

为了改进第一系统，通常的做法是使用第二系统。该第二系统包括粘滞约束的弹性体，即，弹性体板的顶部预先粘结到金属支承件上。弹性体板的底部与其顶部相对，然后底部固定到结构上。

在动态变形过程中，例如，振动产生的结构弯曲，顶面由金属支承固定。在限制处的该附加的状态诱发了弹性体内内部应力状态，其大于上述的系统。因此，提高了弹性体板内耗散的振动能的量。

第二系统肯定比第一系统更加有效。然而，对于需要耗散大量振动能量的应用来说，业已发现还不够充分。此外，它会变得很重。

文献FR 2 870 308揭示了第三种阻尼器系统。

FR 2 870 308的吸收剂涂层固定在结构上，并设有包括有耗散网的弹性材料的吸收剂层。该网布置在弹性材料内并由多个节点和耗散元件构成。

在如此的装置内，被吸收的振动能量主要通过材料变形以热量形式耗散。

吸收剂层内能量耗散是相当大的，因为吸收剂层的弹性材料通过两种方式变形，一种是由固定与结构间隔开的耗散元件的节点引起的杠杆臂效应，另一种是造成应力的耗散元件，应力由节点传递而分散到全部的弹性材料内，同时由几何效应来放大应力。

该系统非常有效，但吸收剂层呈现不可忽略的重量。

最后，文献FR 2 909 740提出了第四种阻尼器系统。文献FR 2 909 740提供了具有高阻尼力的吸收剂涂层，该涂层包括由多个耗散元件和节点组成的耗散网，各个节点的底端固定到结构上。该涂层的显著之处在于，各个节点的底端相对于耗散元件突出出来，以形成介于耗散元件和结构之间的空的空间，于是，吸收剂涂层设置有主吸收剂元件，它们布置在所述空的空间内，这些主吸收剂元件首先固定到耗散元件底面上，其次固定到结构上。

吸收剂涂层的特性是非常有利的。然而，业已发现难于进行大规模生产，由此有时难于使用它。

发明内容

本发明的目的因此是提供一种重量相对轻的绝缘涂层，其能够使结构动态变形而阻尼达到相当的程度，然而又容易生产。

根据本发明，具有高阻尼力的绝缘涂层适于固定到结构上，绝缘涂层包括由多个耗散元件具有底端的节点构成的耗散网，每个节点的底端固定到结构上，每个耗散元件固定到第一和第二节点，节点的底端从耗散元件突出出来，以适于在耗散元件和结构之间形成空的空间。

该绝缘涂层的显著之处在于，至少一个耗散元件设置有至少一个分支，该分支具有至少一个节段和固定到所述至少一个节段上的重元件，所述重元件具有大于或等于所述至少一个节段的第二质量的第一质量。在如此情形中，该分支具有的总质量等于第一和第二质量之和。

有利地，第二质量与第一质量相比实际上可忽略。

这种绝缘涂层仅传递所发生的很少一部分的振动能量，因为大部分朝向源头反射回去，还有大部分机械地耗散掉，这与文献FR 2 870 308中所述热耗散不同。

因此，本发明纠正如下想法的偏见：认为借助于质量效应对结构的振动和/或声音隔绝，会导致使用特别重的涂层。

节点起初的运动在几何上导致布置在所述耗散元件上的重元件的放大的运动，对于耗散元件具有的放大比为ρ。

在此情形中，如果节点经受频率W的激励X，则质量m的重元件产生第一力F1，该力等于：

F1＝ρ*X*m*W²

其中，“*”代表乘号。

此外，由重元件产生的该第一力F1被传送到节点，同时还按放大比ρ被放大。因此，在第一和第二节点处重新获得的动态力F2也被放大，放大耗散元件的放大比ρ，即：

F2＝ρ²*X*m*W²

其中，“*”代表乘号。

因此，用于本发明绝缘涂层上的质量m的重元件，能够产生对振动和/或声音的隔绝，其至少等价于质量M的传统的元件，等于重元件的质量m乘以放大比ρ的二次方的乘积。为方便起见，这种涂层被称之为“放大质量的绝缘涂层”，于是，可以这样说，重元件的质量被耗散元件的分支放大了。

此外，业已发现，这种绝缘涂层容易制造，由此，能够构想大规模来使用它，这是一个极好的结果。

涂层还可包括一个或多个如下附加的特征。

例如，所述重元件由与所述至少一个节段相同的材料制造，但其占据的第一体积大于由所述至少一个节段占据的第二体积。由于重元件占据的第一体积大于由相关分支的节段占据的第二体积，所以，第一质量大于第二质量。

可选的是，在一变体中，所述重元件由第一材料制成，而耗散元件的相关分支的所述至少一个节段由第二材料制成，所述第一和第二材料不相同。

例如，第一材料选自特别重的材料，诸如碳和钨的合金，其产品的商标为

相比之下，由于耗散元件的分支的各节段是刚性的，并用于其弹性变形的范围之内，所以，第二材料形成由所谓“塑性”材料构成的材料组的一部分。

在这种情形中，第一材料具有第一密度，该第一密度最好大于第二材料的第二密度。

此外，分支的重元件可对着所述相关分支的第一和第二节段布置。具体来说，可以构思重元件布置在分支的第一和第二节段之间。

因此，分支的第一节段固定到第一节点和重元件，使该分支的第二节段固定到第二节点和所述第二元件。

由于每个分支具有第一和第二节段，所以，第一和第二节段的长度可选地为相同，以便优化耗散元件的该分支的放大比。

此外，在第一变体中，由于各个分支具有第一和第二节段，所以该第一和第二节段是直线的，因此它们是直杆。

在第二变体中，所述分支具有第一和第二节段，所述第一和第二节段中的每个代表椭圆的四分之一。

在第一实施例中，各个耗散元件具有单一分支，例如，根据第一或第二变体制造的单个分支。

相比之下，在优选的第二实施例中，每个耗散元件包括第一和第二分支，第一分支设置有第一重元件，第二分支设置有第二重元件，每个分支一起连接第一节点和第二节点。

因此，第一分支的第一节段固定到第一节点，第一分支的第二节段固定到第二节点。第一分支的第一重元件然后对着所述第一分支的第一和第二节段布置，也可选地布置在所述第一分支的第一和第二节段之间。

同样地，第二分支的第一节段固定到第一节点，第二分支的第二节段固定到第二节点。第二分支的第二重元件然后对着所述第二分支的第一和第二节段布置，也可选地布置在所述第二分支的第一和第二节段之间。

通过将第一变体应用于第二实施例，耗散元件包括第一和第二分支，它们一起形成可变形的平行四边形，令第一和第二节点固定到可变形的平行四边形的第一两个相对的顶点上，又令第一和第二重元件布置在另两个相对顶点上。

有利地是，每个分支的第一和第二节点长度相等。此外，第一分支的第一节段平行于第二分支的第二节段，而第一分支的第二节段平行于第二分支的第一节段，由此使耗散元件为菱形。

通过将第二变体应用于第二实施例，耗散元件具有第一和第二分支，它们一起形成一椭圆形，第一分支设置有第一重元件，第二分支设置有第二重元件，第一和第二节点位于含有生成的椭圆形主轴的第一轴线上，而第一和第二重元件布置在含有椭圆形副轴的第二轴线上。

附图说明

从以下对借助于例举并参照附图给出的实施例的描述中，将会更加详细地显示本发明及其优点，附图中：

图1是优选第二实施例中的绝缘涂层的平面图；

图2是优选第二实施例中的绝缘涂层的剖视图；

图3是优选第二实施例中的绝缘涂层的耗散网的三角形图形的平面图；

图4和5示出第一实施例的第一变体中的耗散元件；

图6和7示出第一实施例的第二变体中的耗散元件；

图8和9示出第二实施例的第一变体中的耗散元件；以及

图10和11示出第二实施例的第二变体中的耗散元件。

一个以上附图中所示的元件在每个图中都给予相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出布置在结构2上的放大质量绝缘涂层1。

绝缘涂层1包括含有耗散网的一层，该耗散网由多个节点4和耗散元件3组成。

与该实施例无关，每一分支10、20设有由第一材料制成的重元件30。

此外，对于包括至少一个节段的每个耗散元件，所述节段将第一和第二节点6和7连接在一起，该至少一个节段由第二刚性材料构成，所述刚性材料选自一组所谓的“塑料”材料，其有利地不同于相关的重元件的第一材料。

然而，在一变体中，第一和第二材料可以是相同的。

参照图2，绝缘涂层1固定在结构2上。

为做到此点，每个节点4的端部4’相对于耗散元件3突出出来。在如此情形中，它们的底面F粘结到结构20上，例如，用粘结剂或用螺纹固定进行连接，于是，保持耗散元件3离开结构2，在耗散元件3和结构2之间留下空的空间5。

为了更容易地将绝缘涂层安装在结构2上，各端4’的底面F被粘结剂材料覆盖。应该看到，这种安装特别容易进行。因此，绝缘涂层1可被安装在任何类型的现存壁上，例如，旋翼飞机机舱的天花板上，而无需花费任何特别的额外费用。

此外，分支10、20和耗散元件3的重元件30一起构成相当低的高度h的单一耗散层。因此该绝缘涂层1相当致密，这意味着它可以安装在即使位于限制的空间内的结构上。

此外，图1示出具有重复方块图形的耗散网，其包括四个节点4和四个耗散元件3，它们分别代表方块的角和边。此外，沿着方块其中一个对角线设置第五耗散元件。

如图3所示，耗散网的重复图形可以是三角形，三个节点4和三个耗散元件3则分别代表三角形的角和边。

从功能的观点来看，当结构2在振动效应下变形时，不管应力的方式如何(牵引、弯曲、...)，节点4都移动，由此，导致耗散元件的变形。

从几何上讲，重元件30沿第二箭头F2的运动被相关的分支10、20放大，所述分支10、20相对于对应的第一和第二节点6和7沿第一箭头F1的运动的形状，产生了放大比ρ。

因此，第一和第二节点6和7处的频率为W的激励X引起返回到产生第一力F1的重元件30，该力F1等于：

F1＝ρ*X*m*W²

其中，“*”代表乘号，“m”代表重元件的质量。

由重元件产生的该第一力F1然后被传送到第一和第二节点，同时按放大比ρ被放大。因此，在第一和第二节点处重新获得的动态力F2等于第一力F1乘以该耗散元件的放大比ρ，即：

F2＝ρ²*X*m*W²

其中，“*”代表乘号。

本发明因此用来放大重元件的质量，由此优化绝缘涂层1的质量。耗散元件3和节点2的组合效应因此借助于质量效应对绝缘涂层1赋予强的耗散力，而不必要施加大质量的绝缘涂层。

对于同样的特性，传统的质量效应绝缘涂层所具有的总质量，等于本发明总质量乘以其耗散元件的放大比ρ的二次方的乘积。

因此，重元件的第一质量有利地大于相关分支所有节段的第二质量，以便优化绝缘涂层1的有效性。

在图4至11所示的第一和第二实施例中，耗散元件3设置有至少一个从第一节点6至第二节点7的分支10、20。

所述至少一个分支10、20设置有第一和第二节段11、12，对着第一和第二节段布置有重元件30，并可在节段之间布置重元件30。有利地是，这些第一和第二节段是相同的，因此具有相同长度。

因此，重元件30位于第一和第二节点6和7之间的一半处，由此，使耗散元件3的放大比ρ为最大。

在图4至7所示的第一实施例中，耗散元件3设置有从第一节点6至第二节点7的单一分支10。

具体来说，在图4和5所示的第一实施例的第一变体中，每个单一分支10设置有呈直线的第一和第二节段11和12。

参照图4，重元件30布置在第一和第二节段11和12之间。因此，第一节段11固定到第一节点6和重元件30，而第二节点12固定到第二节点7和所述重元件30。

参照图5，重元件30对着第一和第二节段11和12布置。在如此情形中，第一节段11固定到第一节点6和第二节段12，所述第二节段12也固定到第二节点7。

重元件30然后较佳地固定在第一和第二节点6和7之间的一半处，因为第一和第二节段11和12相同，因此重元件30连接地固定到第一和第二节段11和12。

可以理解，这些第一和第二节段可构成单一的机械节段，其可由单块材料加工而成。

在第一实施例的第二变体中，如图6和7所示，每个单一分支10是半椭圆形并设置有第一和第二节段11和12，各代表着椭圆形的四分之一。

参照图6，重元件30布置在第一和第二节段11和12之间。然而，参照图7，重元件30对着第一和第二节段11和12布置，第一和第二节段11和12彼此接触，从而形成半个椭圆形，即，沿其主轴分成的半个椭圆。

然后，重元件30较佳地固定到第一和第二节点6和7之间一半处的单一分支10。由于第一和第二节段11和12相同，重元件30连接地固定到第一和第二节段11和12。

第一和第二节点6和7位于半个椭圆周缘与所述半个椭圆的主轴之间的交点处。

在图8至11所示的第二实施例中，耗散元件3设置有从第一节点6至第二节点7的第一和第二分支10、20。

具体来说，在图8和9所示的第二实施例的第一变体中，每个单一分支10设置有第一和第二直线节段11和12。

参照图8，第一分支10的第一重元件31布置在所述第一分支10的第一和第二节段11和12之间。因此，第一分支10的第一节段11固定到第一节点6和第一重元件31，而第一分支10的第二节段12固定到第二节点7和所述第一重元件31。同样地，第二分支20的第一节段21固定到第一节点6和第二重元件32，而第二分支20的第二节段22固定到第二节点7和第二重元件32。

所示耗散元件3然后呈可变形的平行四边形的形式，第一和第二节点6和7固定到可变形的平行四边形的第一两个相对顶点，而第一和第二重元件31和32布置在另两个相对顶点处。

此外，第一分支10的第一节段11平行于第二分支20的第二节段22并与该第二节段22等长，使第一分支10的第二节段12平行于第二分支20的第一节段21并与该第一节段21等长。因此，耗散元件3呈菱形。

参照图9，第一和第二重元件31和32可对着第一和第二分支10和20的第一和第二节段11、21和12、22布置，而不设置在相关第一和第二分支10和20的第一和第二节段11和12之间。在如此情形中，第一节段11固定到第一节点6和第二节段12，使所述第二节段12也固定到第一节点7。

可以理解，给定分支中的这些第一和第二节段可由单块材料加工而成的单一机械构件组成。

在如图10和11所示的第二实施例的第二变体中，第一和第二分支10、20是半椭圆形，且它们中的每个设置有第一和第二节段11和12、21和22，各占据着椭圆形的四分之一。

参照图10，第一和第二重元件31和32布置在分别是第一和第二分支10和20的第一和第二节段11与12、21与22之间。

然而，参照图11，第一和第二重元件31和32对着分别是第一和第二分支10和20的第一和第二节段11和12、21和22布置，各分支的第一和第二节段11和12、21和22彼此接触，从而形成半个椭圆，即，在其主轴上分成的半个椭圆。

每个重元件然后较佳地固定到第一和第二节点6和7之间的一半处的分支。由于第一和第二节段11和12相同，所以重元件30一起固定到第一和第二节段11和12。

第一和第二节点6和7布置在半个椭圆周缘和所述半个椭圆的主轴之间的交点处。

因此，在优选的第二实施例中，耗散元件3呈椭圆形。第一和第二节点6和7然后位于含有椭圆主轴的第一轴线AX1上，使第一和第二重元件31和32布置在含有椭圆副轴的第二轴线AX2上。

具体来说，第一和第二节点6和7可构成所述椭圆的外缘和其主轴之间的交点，或可通过连接构件60连接到所述相交点。

这样，优化了本发明绝缘涂层1的效率。因为椭圆形的形状，耗散元件3主轴61尺寸的小的减小引起所述椭圆形耗散元件副轴62的尺寸大的增加。因此，椭圆形沿其主轴11的弱的应力被大大地放大，这引起位于第二轴线AX2上的重元件大的运动。

自然，本发明的实施可有许多种变化。尽管描述了若干个实施例，但可容易地理解到，要无遗漏地例举出所有可能的实施例是不可想象的。当然可构思用等同的装置来替代任何所述的装置，而不会超越本发明的范围。

Claims

1.一种具有高阻尼力的绝缘涂层（1），适于固定到结构（2）上，所述绝缘涂层包括由多个耗散元件（3）和具有底端（4’）的节点（4）构成的耗散网，每个节点的所述底端（4’）固定到所述结构（2）上，每个耗散元件固定到第一和第二节点（6、7），每个节点（4）的所述底端（4’）从所述耗散元件（3）突出出来，以适于在所述耗散元件（3）和所述结构（2）之间形成空的空间（5），其特征在于，至少一个耗散元件（3）设置有至少一个分支（10、20），所述至少一个分支具有至少一个节段（11、12、21、22），每个分支各自具有固定到所述至少一个节段（11、12、21、22）上的重元件（30、31、32），所述重元件（30、31、32）具有的第一质量大于或等于所述至少一个节段（11、12、21、22）的第二质量。

2.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述重元件（30、31、32）由与所述至少一个节段（11、12、21、22）相同的材料制造，但占据的第一体积大于由所述至少一个节段（11、12、21、22）占据的第二体积。

3.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述重元件（30、31、32）由第一材料制成，而所述至少一个节段（11、12、21、22）由第二材料制成，所述第一和第二材料不相同。

4.如权利要求3所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述第一材料具有第一密度，所述第一密度大于所述第二材料的第二密度。

5.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述重元件（30、31、32）对着关联的分支（10、20）的第一和第二节段（11、12、21、22）布置。

6.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述重元件（30、31、32）布置在所述分支（10、20）的第一和第二节段（11、12、21、22）之间。

7.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述分支（10、20）具有第一和第二节段（11、12、21、22），所述第一和第二节段（11、12、21、22）的长度相同。

8.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述分支（10、20）具有第一和第二节段（11、12、21、22），所述第一和第二节段（11、12、21、22）是直线。

9.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述分支（10、20）具有第一和第二节段（11、12、21、22），所述第一和第二节段（11、12、21、22）中的每个代表椭圆形的四分之一。

10.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述耗散元件（3）包括第一和第二分支（10、20），所述第一分支（10）设置有第一重元件（31），所述第二分支（20）设置有第二重元件（32），每个分支（10、20）连接第一节点和第二节点。

11.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述耗散元件（3）包括第一和第二分支（10、20），它们一起形成可变形的平行四边形，所述第一和第二节点（6、7）固定到所述可变形的平行四边形的两个相对的顶点上，而第一和第二重元件（31、32）布置在所述可变形的平行四边形的另两个相对顶点上。

12.如权利要求1所述的绝缘涂层（1），其特征在于，所述耗散元件（3）包括第一和第二分支（10、20），所述第一和第二分支（10）一起形成椭圆，所述第一分支（10）设置有第一重元件（31），所述第二分支（20）设置有第二重元件（32），且所述第一和第二节点（6、7）位于含有所述椭圆的主轴的第一轴线（AX1）上，而所述第一和第二重元件（31、32）布置在含有所述椭圆的副轴的第二轴线（AX2）上。