CN104025187A - 带有穿孔隔膜盖的声学蜂窝 - Google Patents

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Abstract

一种声学结构(10)，包括具有其中设置有隔膜盖(22)的单元的蜂窝。隔膜盖由可以在将材料插入蜂窝之前或之后被穿孔的柔性材料片形成。柔性材料具有足够的柔性，以允许折叠成隔膜盖的形状。柔性材料还具有足够的硬度，以便当所述盖在声学结构的制造过程中被插入蜂窝时提供隔膜盖摩擦接合及锁定至蜂窝单元。粘合剂在所述盖已被插入蜂窝单元之后被施加至隔膜盖，以提供永久的粘接。

Description

带有穿孔隔膜盖的声学蜂窝
技术领域
本发明总体涉及用于减弱噪声的声学系统。更具体地，本发明涉及使用蜂窝来制造用于减少由喷气发动机或其他噪声源所产生的噪声的发动机舱及其他结构。
背景技术
人们普遍认识到的是，处理由特定源所产生的过量噪声的最好方法是处理在源头处的噪声。这通常是通过将声学阻尼结构(声学处理)添加至噪声源的结构来实现的。一种特别有问题的噪声源是用在大多数客机上的喷气发动机。声学处理通常并入发动机入口、发动机舱和排气结构。这些声学处理包括声学谐振器，其包含具有数以万计的孔的相对较薄的声学材料或栅格，这些孔产生相应于由发动机所产生的声能的声阻抗。工程师们所面对的基本问题是如何将这些又薄又软的声学材料加入喷气发动机的结构元件中并且包围发动机舱，以提供所需的噪声衰减。
蜂窝一直是用于飞机及航空航天器的普遍材料，因为其相对坚固并且重量轻。对于声学应用来说，目的是设法将薄声学材料纳入蜂窝结构中，以使得蜂窝单元被封闭或遮盖。采用声学材料封闭这些单元会产生谐振器所基于的声阻抗。
一种将薄声学材料纳入蜂窝的方法被称为夹层设计。在该方法中，薄声学片置于两片蜂窝之间并粘接就位，以形成单一结构。该方法的优势在于设计人员可以使用尖端的声学材料设计，这些设计得以织造、冲压或者蚀刻至精确的尺寸，且粘接过程相对简单。但是，这种设计的缺点在于该结构的强度受到两个蜂窝切片与声学材料之间的粘接的限制。此外，两个蜂窝切片之间的粘接表面被限制至沿着蜂窝边缘的表面区域。另外，还有这样的可能性，也就是声学材料中的一些孔在粘接过程中可能由于过量的粘合剂而被关闭。重要的是，孔不被关闭，因为这可能会导致谐振器的有源声学区域的损失。
第二种方法使用在蜂窝单元内独立地粘接就位的相对较厚的固体插入件。一旦就位，则插入件被钻孔或者以其他方式被处理，以形成对于插入件来说充当声学材料所必需的孔。这种方法不需要将两个蜂窝切片粘接在一起。结果是得到其中牢固地粘接插入件的坚固结构。然而，这种方法也具有一些缺点。例如，在固体插入件中钻出数以万计的孔所需要的成本和复杂性是主要的缺点。另外，相对较厚的固体插入件使蜂窝很硬且难以形成为非平面结构，比如用于喷气发动机的机舱。
发明内容
根据本发明，提供了蜂窝声学结构，其中声学材料的单个片形成为插入蜂窝单元的隔膜盖。隔膜盖具有比声学材料基本上更厚的凸缘部，并且提供用于将隔膜盖连接至蜂窝壁的锚定表面。通过摩擦锁定在锚定表面与单元壁之间，隔膜盖在单元内被初始地保持就位。此摩擦锁定足以将隔膜盖保持在适当位置，直到它们因粘合剂而被永久地粘接就位。
本发明的声学结构被设计成位于噪声源比如喷气发动机或其他动力设备附近。该结构包括具有第一边缘和第二边缘的蜂窝，第一边缘位于最靠近噪声源，第二边缘位于远离该源。蜂窝包括在蜂窝的第一与第二边缘之间延伸的多个壁。蜂窝的壁限定多个单元，其中每个单元具有垂直于蜂窝壁测量的横截面面积和由所述第一与第二边缘之间的距离限定的深度。
作为本发明的特征，隔膜盖位于至少一个蜂窝单元内，并且覆盖该单元的整个横截面面积。隔膜盖由具有厚度和周边的声学材料片制成。该片的形状优选为矩形。隔膜盖包括谐振器部分，其具有位于相邻蜂窝壁的外边缘和在谐振器部分的外边缘与声学材料片的周边之间延伸的凸缘部。凸缘部具有锚定表面，通过摩擦接合初始地连接至单元壁以形成前体结构。锚定表面具有宽度，其中所述锚定表面的宽度基本上大于声学材料片的厚度，以使得其提供在隔膜盖与蜂窝壁之间的所需程度的摩擦锁定。最终的声学结构通过采用前体结构并且将粘合剂施加至锚定表面和单元壁以永久地将隔膜粘接就位来制成。
与现有的蜂窝声学结构相比，本发明提供了许多优势。例如，在两个蜂窝切片之间不存在使结构弱化的缝隙。隔膜盖可以以不同高度位于蜂窝单元内，以基于众所周知的Helmholtz谐振理论提供对噪声衰减的微调。多个隔膜盖可以以不同高度置于单一的蜂窝单元内，以产生多个空腔和阻抗栅格。由不同声学材料制成的隔膜盖可用于相同的蜂窝结构中或甚至在相同的蜂窝单元内。凸缘部提供相对较大的锚定表面面积，以确保在该结构的寿命内将隔膜盖粘接至单元壁。另外，相对又薄又柔的隔膜盖不会减小蜂窝的柔性，其对于发动机舱和其他非平面的声学结构来说是重要的考虑因素。
结合附图，参照下面的详细说明，将更好地理解本发明的上述及许多其他特征的和附带的优势。
附图说明
图1是根据本发明的示例性声学结构的透视图。
图2是根据本发明的示例性隔膜盖的透视图。
图3是图2所示的示例性隔膜盖的沿3-3平面的剖视图。
图4是根据本发明的示例性声学结构的剖视图，其中两组隔膜盖位于蜂窝单元内的两个不同深度。
图5是根据本发明的示例性声学结构的剖视图，其中两个隔膜盖位于每个蜂窝单元内。
图6是用于制作声学结构的制造过程的一部分的示意性图示，其中隔膜盖由声学材料片形成并且插入蜂窝以形成前体结构。
图7是示出用于通过将前体结构浸入粘合剂池中以使得隔膜盖的凸缘但不是谐振器部分与粘合剂接触而将粘合剂施加至隔膜盖和蜂窝壁的锚定表面的示例性优选方法。
图8是示出了结合在一起以形成图9所示类型的声学结构的固体壳体、声学结构及穿孔壳体的一部分的分解透视图。
图9是位于噪声源(喷气发动机)附近的示例性声学结构(舱)的局部剖视图。该声学结构包括夹在固体壳体与穿孔壳体之间的声学蜂窝。
具体实施方式
根据本发明的示例性声学结构在图1和8中通常示出为10。声学结构10包括具有第一边缘14(其位于最靠近噪声源)和第二边缘16的蜂窝12。蜂窝10包括在两个边缘14与16之间延伸以限定多个单元20的壁18。每个单元20具有的深度(也称为芯部厚度)等于两个边缘14与16之间的距离。每个单元20还具有垂直于单元壁18进行测量的横截面面积。蜂窝可由用于制作蜂窝板的任何常规材料制成，包括金属、陶瓷和复合材料。
作为本发明的特征，隔膜盖22位于单元20内。优选但不是必须的，隔膜盖22位于大部分(如果不是全部的话)单元20中。在某些情况下，可能期望的是将隔膜盖22仅插入一些单元中，以产生所期望的声学效果。可替代地，可能期望的是将两个或更多个隔膜盖插入单个单元中。
图2和3示出了示例性隔膜盖22。通过将声学材料片折叠成尺寸匹配蜂窝单元横截面面积的六边形形状的盖，由声学材料片形成隔膜盖22。优选地，如图6所示，隔膜盖22通过使用柱塞63迫使声学材料片60穿过盖折叠模具62而形成。优选地，片60的形状为略微矩形并且从声学材料64的卷筒切割而成。片60具有如图3所示的厚度(t)以及周边65。片60的尺寸和形状可根据片所插入的蜂窝单元的形状/尺寸、片60的厚度以及所使用的特定声学材料而广泛变化。
参照图2和3，隔膜盖22包括具有外边缘25的谐振器部分24。隔膜盖22还包括具有锚定表面27的凸缘部26，该锚定表面通过摩擦接合而初始地连接至单元壁18，随后通过使用适当的粘合剂永久粘接。锚定表面27具有宽度(W)。
锚定表面的宽度(W)可根据许多因素进行改变，包括单元的横截面面积、声学材料的厚度、声学材料的类型以及粘合剂。对于具有1/4至1英寸单元的典型蜂窝来说，量级为0.05英寸至0.500英寸的锚定表面宽度适于具有量级为0.001英寸至0.10英寸厚度的声学材料。对于具有从0.004至0.006英寸厚度的标准声学材料来说，优选的是至少0.20英寸的锚定表面宽度。一般而言，优选的是，锚定表面的宽度基本上大于声学材料的厚度。“基本上大于”是指锚定表面的宽度比声学材料的厚度大至少5倍，且优选的是大20倍。
可使用任何标准的声学材料来形成隔膜盖。这些声学材料通常设置为相对薄的片，其是设计成提供噪声衰减的穿孔、多孔或开口的网状织物。可以使用各种材料(金属、陶瓷、塑料)的穿孔和多孔的片。在一优选实施例中，声学材料是由单丝纤维织造的开口网状织物。这些纤维可由玻璃、碳、陶瓷或聚合物构成。由聚酰胺、聚酯、聚三氟氯乙烯(ECTFE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)、聚氟乙烯丙烯(FEP)、聚醚酮(PEEK)、聚酰胺6(尼龙，6PA6)和聚酰胺12(尼龙12，PA12)制成的单丝聚合物纤维只是一些示例。由PEEK制成的开口网状织物优选地用于高温应用。可用于形成根据本发明的隔膜盖的开口网状声学织物和其他声学材料可从各种各样的商业来源得到。例如，开口网状声学织物片可从SEFAR America Inc.(Buffalo Division Headquarters111Calumet Street Depew,NY14043)获得，商标名称为SEFAR PETEX、SEFAR NITEX和SEFARPEEKTEX。
另一优选的实施例涉及使用声学材料的固体片，其中穿孔于形成隔膜盖之前或之后形成在材料中。虽然上述确定类型的金属、陶瓷和塑料可用于本实施例，但优选的是，声学材料是PEEK或适于高温应用的类似耐化学性的聚合物材料。PEEK的片或膜可购自许多来源，比如生产PEEK片的VictrexUSA(Greenville,South Carolina)，商品名称为PEEKTM聚合物。
PEEK是一种可被加工形成要么是非晶体相要么是晶体相的片的晶体热塑性塑料。膜通常具有的厚度为从0.001至0.006英寸。与晶体PEEK膜相比，非晶体PEEK膜更加透明且更容易热成型。晶体PEEK膜是通过将非晶体PEEK膜加热至高于非晶体PEEK的玻璃化转变温度(T")的温度达足够长的时间以实现数量级为30％至35％的结晶度而形成的。晶体PEEK膜具有比非晶体膜更好的耐化学性和耐磨性能。晶体PEEK膜还没有非晶体膜柔软，并且具有更多的反弹。反弹是折叠的膜朝向返回至其原始预折(平)形状施加的力或偏压。
晶体或非晶体PEEK膜都可以用作隔膜盖，条件是在为特定的蜂窝单元设计特定的隔膜盖时考虑两种材料之间的柔性和反弹的差异。一般来说，需要非晶体PEEK的较厚膜，以提供具有相同程度的由较薄晶体膜所提供的摩擦锁定的隔膜盖。例如，如果0.002英寸厚的晶体PEEK膜被确定为具有所需的刚度和反弹以提供特定隔膜配置的足够的摩擦锁定，则人们可能需要使用0.003英寸厚或更厚的非晶体膜，以便实现相同程度的摩擦锁定。
PEEK或其它塑料的固体膜可以通过使用在固体膜中提供多个开口的任何技术而被穿孔。穿孔或孔可机械地或通过使用化学品被钻出。优选的是，穿孔由通过相对薄的PEEK膜的激光钻孔制成。在一实施例中，PEEK膜的平片是激光钻孔，以在将膜形成为隔膜盖之前提供所期望数量的穿孔。该步骤的优点在于，由该膜所提供的平表面可以在钻孔操作期间更容易地保持聚焦在膜上的激光束。另外，在无需重新聚焦激光的情况下，对隔膜盖的谐振器部分和凸缘部进行穿孔。图3所示的隔膜盖22分别包括在谐振器部分24和凸缘部26中的穿孔或孔31和33。在折叠膜以形成隔膜之前对整个膜进行预钻孔的附加优点在于，凸缘部24中的孔33提供了增加的表面积和开口，其中粘合剂可以输入以改善凸缘至单元壁的粘接。
在另一实施例中，隔膜盖的谐振器部分直到在隔膜盖已被插入蜂窝之后才被激光钻孔。如图6所示，PEEK60的固体片形成为隔膜盖22NP(未穿孔)并且插入蜂窝12P。然后，隔膜盖的谐振器部分通过激光钻孔进行穿孔以提供孔35。可以在隔膜被永久地粘接成蜂窝之前或之后对谐振器部分进行激光钻孔。优选的是，激光钻孔直到隔膜已被永久地粘接就位之后才被推迟。该步骤的优点在于，在某些情况下，特别是在膜中的大量穿孔所必需时，人们可以使用比在隔膜被预钻孔时所可能的更薄的膜。膜中包含的大量孔往往降低膜的硬度及反弹水平，以使得单元内隔膜总的摩擦锁定也得以降低。因此，通过直到隔膜已被插入、摩擦锁定及永久地粘接在单元内后才延迟钻孔，可以获得采用给定膜所可能的最大反弹和摩擦锁定。另外，在隔膜就位后激光钻孔避免了被错位粘合剂无意中阻止的穿孔的可能性。本实施例的缺点是，折叠隔膜的谐振器部分可能不是完全平坦的，从而激光可能在钻孔操作过程中需要重新聚焦。
隔膜盖22可插入蜂窝单元以提供多种各样的声学设计。例如，隔膜盖可以以不同高度位于蜂窝12a内，如图4中的22a和22b所示。这种类型的设计允许微调声学结构的噪声衰减性能。图4所示的两级设计旨在仅作为根据本发明所可能的各种可能的多级隔膜布置的示例。如本领域技术人员将所理解，不同可能的隔膜设置高度的数量是极大的，并且可被调整以满足特定的噪声衰减要求。
图5示出了用于隔膜盖22的插入结构的另一示例。在该结构中，两组隔膜盖22c和22d被插入蜂窝12b，以向每个单元提供两个隔膜盖。很明显，许多可能的其他结构是可能的，其中三个或更多个隔膜盖被插入给定的单元。另外，图4所示的多级插入设计可与图5所示的每个单元设计的多个插入相结合，以提供无限数量的可能的隔膜盖插入结构，其可用于微调声学结构以向给定的噪声源提供最优的噪声衰减。
如前面所述，图6示出了用于将隔膜盖插入蜂窝的优选方法，其中通过使用盖折叠模具62和柱塞63来预形成隔膜盖。用于标示图6中蜂窝结构的附图标记与图1相同，除了它们包括“p”来表示该结构是前体结构，其中隔膜盖尚未永久地粘接至单元壁。
应该指出的是，使用盖折叠模具62以由单独的声学材料片形成隔膜盖是优选的，但不是必需的。可以使用蜂窝作为模具，并且通过使用柱塞63来简单地迫使片60进入单元而形成隔膜盖。但是，许多蜂窝板的边缘往往相对地参差不齐，因为这些板通常在制造过程期间从较大的蜂窝块切成。因此，蜂窝边缘在材料的平片被强制直接插入单元时往往会刮蹭、磨损和污染声学材料。因此，如果需要的话，可以不使用盖折叠模具，但是只有如果蜂窝的边缘被处理以移除任何粗糙或参差不齐的边缘。
重要的是，声学材料片的尺寸/形状和模具/柱塞的尺寸/形状(或者如果没有使用模具的话，则只有柱塞)被选择成使得隔膜盖可被插入单元而不破坏声学材料，而同时提供在锚定表面与单元壁之间的足够的摩擦接触，以在随后的前体结构处理期间将隔膜盖保持就位。常规实验可用于确定所需的声学片的各种尺寸和形状，以便在采用粘合剂将锚定表面永久地粘接至单元壁之前实现必要地摩擦锁定或保持隔膜盖就位在前体结构中。摩擦锁定或保持的量应该足以保持隔膜盖不脱落蜂窝，即使前体结构在处理期间无意中掉落。
对于由传统材料比如玻璃纤维、酚醛树脂、诺梅克斯、铝制成的标准3/8英寸复合蜂窝来说，PEEK膜材料片(0.001至0.015英寸厚)可以是匹配图6所示的单元形状的矩形65或形状67。对于矩形片来说，该矩形应该具有的尺寸范围从0.50至0.70英寸乘0.60至0.80英寸。对于被切割以匹配单元形状的膜材料来说，该片应超大足够的量以提供具有所期望的凸缘部宽度的隔膜盖。就被折叠成隔膜盖的矩形片来说，优选地，声学材料片没有凹口，否则的话被努力切开以增强片的折叠。人们发现，没有凹口的片折叠为隔膜盖，其在锚定表面上具有折皱，这加强隔膜盖粘接至蜂窝壁。另外，凹口往往释放一些向外的张力或偏压力(反弹)，否则其将会存在于隔膜盖的凸缘部中。此向外的反弹力或偏压是朝向未折叠的位置固有地向后偏压的折叠片中的聚合物的结果。此向外的力或反弹是隔膜盖与单元壁之间的摩擦锁定的重要部分。
通过使用凸缘尺寸、膜刚度/反弹以及蜂窝拐角中隔膜材料包装的组合来实现隔膜盖的摩擦锁定。由材料65的矩形片形成的六角形隔膜盖往往具有额外的材料，其可被压缩到单元的拐角中，以在使用带有低反弹的相对薄膜时提供附加的摩擦锁定。为了减少膜的重量和起皱，优选地，用于形成隔膜盖的膜片具有更加接近类似最终隔膜盖形状的周边(图5中的67)，以便形成更均匀的凸缘。在此优选的配置中，凸缘的尺寸和膜的反弹提供基本上所有的将隔膜盖摩擦锁定至单元壁。对于这种类型的优选的隔膜盖配置来说，更加柔软且具有较少反弹的材料通常需要比更不柔软且具有更多反弹的材料更大的凸缘。
通过将测试重量放置到隔膜上并且确定是否有任何所产生的隔膜运动，可以测量隔膜摩擦锁定至蜂窝的程度。例如，如果隔膜通过以下的测试，则其被认为是因可接受的量的锁紧力而摩擦地锁定至蜂窝壁。27克测试重量从插入侧被放置在干隔膜的顶部上。当干盖将支撑27克而不含滑下蜂窝单元时，该摩擦锁定力是可以接受的。在示例性测试中，27克测试重量是直径为0.368英寸、长度为2.00英寸的钢棒。
对于PEEK膜(厚度为0.001至0.015英寸)来说，膜全都足够柔性以形成隔膜盖。然而，通过改变膜厚度和膜类型(晶体或非晶体)以及改变凸缘宽度，用于特定尺寸和形状的隔膜盖的特定膜将通过变化膜反弹而被确定，以建立将隔膜摩擦锁定至单元壁所必需的膜反弹和凸缘宽度的组合。
钻在隔膜盖中的孔的数量和尺寸以及孔图案可以根据用于声学结构的所期望的最终声学性能而改变。通常，孔或穿孔的尺寸变化范围为从0.002至0.015英寸，并且最好是圆形的形状。如果需要的话，可以使用不是圆形的孔。其它合适的孔形状包括椭圆形、正方形或槽形。钻在谐振器部分中的孔的数量将根据孔的尺寸和所期望的声学性能而变化。对于直径为从0.002至0.015英寸的孔来说，优选的是，孔的数量范围对于大多数声学应用来说为100到700每平方英寸。优选地，选择孔的数量和孔的尺寸，以为个别声学应用提供所需的瑞利值和非线性系数(NLF)。NLF将随着更少更大的孔用来满足瑞利要求而增加，而更低的NLF将通过增加更小的孔的数量来满足类似的瑞利要求而被产生。
所述孔的表面积应保持低于整个谐振器部分表面积的20％，以便保持膜的完整性并且提供足够的反弹用于摩擦锁定至单元壁。如果需要的话，孔的数量和尺寸可以在谐振器部分与凸缘部之间变化。这允许使用在谐振器部分中的一孔配置，以最大限度地提高声学性能，同时还允许使用凸缘中的另一孔配置，以最大限度地提高粘合剂的相互作用及所产生的至单元壁的粘接。
前体结构在图6中示出为10p，其中隔膜盖22仅通过摩擦锁定而保持就位。如前文所述，摩擦锁定必须足以将隔膜盖牢固地保持就位，直到它们可能通过使用适当的粘合剂而被永久地粘接。所用的粘合剂可以是在蜂窝板制造中使用的任何常规粘合剂。优选的粘合剂包括在高温(300－400°F)下稳定的那些。示例性的粘合剂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛塑料、氰基丙烯酸酯、BMI’s、聚酰胺－酰亚胺以及聚酰亚胺。
粘合剂可以通过使用各种公知的粘合剂应用步骤而被施加至锚定表面/单元壁接合面。重要的考虑因素是，粘合剂应该被选择性地仅施加至凸缘锚定表面/单元壁接合面，而不是至隔膜盖的谐振器部分。将粘合剂施加至谐振器部分将导致封闭或者至少减小网格或其他声学材料中开口的尺寸。可以使用任何粘合剂施加步骤，其可提供将粘合剂选择性地施加至锚定表面/单元壁接合面。
图7示出了示例性粘合剂施加步骤。在该示例性步骤中，蜂窝12p仅浸入粘合剂的池70中，以使得仅隔膜盖22p的凸缘部浸入粘合剂。人们发现，通过使用该浸入步骤，可以将粘合剂精确地施加至锚定表面/单元壁接合面，前提是只要隔膜盖在浸入前被精确地置于相同的高度。对于位于不同高度的隔膜盖来说，需要多个浸入步骤。可替代地，可以通过使用刷子或其他现场特定的施加技术来施加粘合剂。其中的一些技术可以在插入隔膜盖之前用来采用粘合剂涂盖芯部壁。可替代地，粘合剂可以是在插入芯部之前被印到隔膜材料上并且被呈现的屏障。
人们发现如图7所示的用于施加粘合剂的浸入步骤工作得特别好，因为在声学材料的折叠片中存在的皱折提供锚定表面与单元壁之间的小通道，其允许粘合剂通过毛细作用而被更容易地向上细吸。此向上细吸用于在谐振器部分的外边缘与单元壁的相交处形成带(fillet)。在谐振器部分的边缘形成粘合剂带不仅用于很好地粘接至单元壁，而且还提供粘合剂与谐振器部分之间的良好限定的边界，以确保谐振器部分的声学性能没有受到粘合剂的不利影响。
根据本发明的声学结构可用于需要噪声衰减的各种各样的情况。这些结构非常适于与其中噪声衰减通常是个问题的动力设备系统结合使用。蜂窝是相对轻型的材料。因此，本发明的声学结构特别适于用在飞机系统中。示例性的用途包括喷气发动机的机舱、大型涡轮或者往复式发动机的整流罩以及相关的声学结构。
本发明的基本声学结构通常热形成为发动机舱的最终形状，然后，外材料壳或片采用粘合剂层而被粘接至所形成的声学结构的外边缘。此完成的夹层固化在保持工具中，这在粘接期间维持机舱的复杂形状。例如，如图8所示，声学结构10热形成为最终的机舱形状。夹层部分通过将固体片或壳体80置入粘接工具而制成。接下来，将粘合剂层置于壳体上。这之后是加入成形的声学结构10。加入第二层粘合剂膜且然后是顶部壳体82。这样就完成了夹层结构。该组件在热和压力的作用下粘接。最终的机舱形状由粘接工具控制。然后，面板将符合喷气发动机的形状，如图9中示意性示出的90。
实施的示例如下：
示例1
以下示例提供关于根据本发明的示例性声学隔膜盖蜂窝的细节。本领域技术人员要认识到的是，可以使用各种各样的尺寸、蜂窝材料、声学网状材料以及粘合剂。一般而言，特定的结构及声学应用将确定各种设计需求，其包括芯部密度、隔膜深度、声阻抗、芯部厚度、切片长度、切片宽度以及网状材料尺寸。
示例性隔膜芯部产品：
示例性声学隔膜盖芯部由具有3/8英寸单元的玻璃纤维蜂窝制成。隔膜位于距芯部(1.25英寸厚)边缘的0.500英寸处。隔膜芯部的声阻抗被认为是70瑞利。
材料：
蜂窝由Hexcel Corporation(Dublin,California)提供，标示为部件号-HRP-3/8-4.5磅每立方英尺(pcf)(采用酚醛树脂的0/90度玻璃纤维结构)。蜂窝的密度为4.5磅每立方英尺。
声学网从SEFAR America,Inc.获得，其标示为部件号-17-2005-W022(非金属织造网，声阻抗范围为从45至64瑞利)。
粘合剂从Hexcel Corporation获得，并且标示为部件号-899-55。粘合剂是聚酰胺－酰亚胺族，其是一种专利材料。如果需要的话，可以使用其他粘合剂，比如环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛塑料、氰基丙烯酸酯和聚酰胺。
声学芯部尺寸如下：
芯部单元尺寸：典型的单元尺寸是从壁到壁所测量的0.396英寸六边形内部尺寸。切片厚度通常是1.250英寸。插入六边形单元的网格通常是0.700英寸乘0.650英寸的矩形形状。网格被折叠以形成盖并且插入蜂窝单元。盖的顶部符合单元形状和尺寸(具有0.396英寸内部尺寸的六边形形状)。盖的侧部符合蜂窝单元壁以进行粘接连接。盖的侧部通常为0.1875英寸长，并且浸入粘合剂以将隔膜盖连接至蜂窝。
粘合剂浸入和固化过程：
具有插入每个单元的隔膜盖的蜂窝芯部按如下所述被浸入：
a.芯部被放入粘合剂箱，隔膜的顶部处于向上位置。
b.切片降低至设定高度，这允许粘合剂沿着蜂窝切片的厚度向上移动并且覆盖该盖的底侧。
c.在盖侧以上的粘合剂浸入高度通常为0.150英寸。粘合剂将向上细吸最后典型的0.0375英寸，以关闭和锁定网格纤维并且将盖粘接至蜂窝壁。
粘合剂固化周期按如下所述实现：
在浸入和排放之后，立即将芯部放入300°F烤箱。粘合剂经受300°F的固化周期达30分钟、350°F的固化周期达30分钟以及400°F的固化周期达30分钟。
网格和隔膜芯部的声学测试：
1.由SEFAR America,Inc.所提供的上述网格可由供应商进行调整，以提供从25至120瑞利的声阻抗范围。
2.用于隔膜芯部的声阻抗范围还可由设置在网格上的粘合剂的量进行调整。使用插入蜂窝的50瑞利网格的示例。如果粘合剂浸入高度为在盖侧以上0.100英寸。在粘合剂线上方的其他未密封的网格将减少单元中的最终芯部阻抗至典型的42瑞利。这将是可用于此设计的最低阻抗。如果粘合剂密封达0.1875英寸高度－则典型的阻抗将为70瑞利。
用于网格和芯部的测试方法：
可以使用两种测试方法进行声学评价。Raylometer或单个单元真空测试用于透气性。Raylometer的单位是瑞利，单个单元真空的单位是K帕斯卡。下表说明了声学隔膜盖蜂窝的声学评价结果，其中盖仅仅是网格(无粘合剂)，并且其中盖采用粘合剂而被粘接就位，如上所述。
通过使用.250英寸ID真空测试头，得到用于仅网格芯部的真空读数，网格抵着开口被密封。用于在一3/8-英寸隔膜单元内的隔膜芯部的真空读数被得到。这类似于0.396英寸ID测试头。真空头按如下所述校准：当开放于大气20KPa时并且当完全密封至大气80KPa时的真空读数。
应该指出的是，声阻抗读数随着网格(多个孔)的面积增加而减小。典型的谐振器网格具有2％至4％的开放面积。当声波通过声学网格时，这些波的压力促使网格的颗粒移动。声阻抗是压力和其在网格中产生的颗粒速度的比值。换句话说：声阻抗是声波在网格上的压力被网格的瞬时颗粒速度除得到的。如上所述，这里用于声阻抗的测量单位是瑞利。实际的瑞利单位是“帕斯卡-秒/米”。整个网格材料的声阻抗和真空压力降是开放面积的函数(孔的数量和尺寸每单位面积)。
例如，当使用Sefar网格部件号17-2005-W022时，隔膜芯部(如上所述制备)中圆形网格面积的不同尺寸的压力降如下所述：
此表示出了孔的数量随着网格面积增加－并且整个更大隔膜网格面积的压力降更低。
如上所述，用于示例性隔膜芯部的Sefar网格部件号17-2005-W022具有在隔膜盖网格中0.355英寸直径的开口，其对于该设计给出了31K帕斯卡的真空读数和70瑞利的瑞利读数。
当在3/8英寸蜂窝单元中整个声学网格上测量真空降时，读数的范围可以从25至35K帕斯卡，且3/8蜂窝单元中网格的声阻抗的范围将从50瑞利至120瑞利。
如从上述示例中很明显，使用不同量的粘合剂将隔膜盖粘接至蜂窝提供增加或减小六边形单元中网格面积的有效量的能力。这允许控制声学瑞利值。例如：如果60瑞利网格用于隔膜盖。通过允许盖顶侧周围的网格不被粘合剂覆盖，单元阻抗可降低至50瑞利。此方法在单元中产生更多的网格开放面积，并且将降低有效的声阻抗。如果粘合剂完全覆盖在该盖的垂直侧与隔膜盖的水平顶部之间半径的侧部和部分，则阻抗将增加至75瑞利。
示例2
声学结构以与示例1相同的方式制成，不同之处在于，晶体PEEKTM的固体膜是代替的，取代PEEK网格材料。固体膜具有的厚度在0.001与0.015英寸之间。该膜被切割，以便形成从0.1至比六边形单元的0.396英寸内部尺寸更大的0.4英寸的六边形片。这提供了具有宽度范围为从约0.1英寸至0.4英寸的凸缘部的隔膜盖。PEEK的六边形片形成为具有匹配六边形单元的0.396英寸内部尺寸的谐振器部分的隔膜盖。各个隔盖被插入蜂窝。然后，通过使用前面提及的测试方法(其中27克重量置于隔膜上)，测试隔膜至蜂窝的足够的摩擦锁定。通过测试并保持摩擦锁定在蜂窝中的那些隔膜适于大规模生产并且插入到蜂窝中用于最终的粘合剂粘接，如在示例1中所述。在粘合剂粘接之后，隔膜的谐振器部分被激光钻孔，以提供具有从每平方英寸100至700个孔的穿孔隔膜盖，其中孔的尺寸范围为从0.002至0.015英寸直径。
示例3
声学结构以与示例2相同的方式制成，不同之处在于，晶体PEEKTM的固体膜在折叠成隔膜盖之前被激光钻孔，以提供具有从每平方英寸100至700个孔的穿孔膜，其中孔的尺寸范围为从0.002至0.015英寸直径。
因此，虽然已经对本发明的示例性实施例进行了说明，但本领域技术人员应该注意的是，所公开的内容仅是示例性的，并且可在本发明的范围内进行各种其他的替代、修改和变型。因此，本发明并不局限于上述优选实施例和示例，而是仅由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种声学结构，包括：
蜂窝，其包括第一边缘和第二边缘，所述蜂窝还包括在所述第一与第二边缘之间延伸的多个壁，所述壁限定了多个单元，其中所述单元中的每个具有垂直于所述壁测量的横截面面积和由所述第一与第二边缘之间的距离限定的深度；
隔膜盖，其位于所述单元中的至少一个内，所述隔膜盖包括具有厚度和周边的柔性材料片，所述柔性材料片足够柔性以被折叠并插入所述单元来形成包括穿孔谐振器部分的所述隔膜盖，穿孔谐振器部分在同一平面上横向延伸过所述单元并且具有位于所述壁的外边缘和在所述穿孔谐振器部分的外边缘与所述柔性材料片的周边之间延伸的凸缘部，所述凸缘部平行于所述壁延伸并且包括连接至所述壁的锚定表面，所述锚定表面具有宽度，其中所述锚定表面的宽度基本上大于所述柔性材料片的厚度；以及
粘合剂，其将所述锚定表面粘接至所述壁。
2.根据权利要求1所述的声学结构，其中，所述隔膜盖的凸缘部是穿孔的。
3.根据权利要求1所述的声学结构，其中，所述隔膜盖的凸缘部是未穿孔的。
4.根据权利要求1所述的声学结构，其中，所述柔性材料片是塑料。
5.一种前体声学结构，包括：
蜂窝，其包括第一边缘和第二边缘，所述蜂窝还包括在所述第一与第二边缘之间延伸的多个壁，所述壁限定了多个单元，其中所述单元中的每个具有垂直于所述壁测量的横截面面积和由所述第一与第二边缘之间的距离限定的深度；
隔膜盖，其摩擦锁定在所述单元中的至少一个内，所述隔膜盖包括具有厚度和周边的柔性材料片，所述柔性材料片足够柔性以被折叠并插入所述单元来形成包括穿孔谐振器部分的所述隔膜盖，穿孔谐振器部分在同一平面上横向延伸过所述单元并且具有位于所述壁的外边缘和在所述穿孔谐振器部分的外边缘与所述柔性材料片的周边之间延伸的凸缘部，所述凸缘部平行于所述壁延伸并且包括连接至所述壁的锚定表面，所述锚定表面具有宽度，其中所述锚定表面的宽度和所述柔性材料的反弹足以将所述隔膜盖摩擦锁定在所述单元内。
6.根据权利要求5所述的前体声学结构，其中，所述隔膜盖的凸缘部是穿孔的。
7.根据权利要求5所述的前体声学结构，其中，所述隔膜盖的凸缘部是未穿孔的。
8.根据权利要求5所述的前体声学结构，其中，所述柔性材料片是塑料。
9.一种制作前体声学结构的方法，所述方法包括以下步骤：
提供包括第一边缘和第二边缘的蜂窝，所述蜂窝还包括在所述第一与第二边缘之间延伸的多个壁，所述壁限定了多个单元，其中所述单元中的每个具有垂直于所述壁测量的横截面面积和由所述第一与第二边缘之间的距离限定的深度；
提供具有厚度和周边的至少一个柔性材料片，所述柔性材料片足够柔性以被折叠成隔膜盖的形状用于插入所述单元，所述隔膜盖具有谐振器部分，其横向延伸过所述单元并且具有位于所述壁的外边缘和位于所述谐振器部分的所述外边缘与所述声学材料片的周边之间的凸缘部，所述凸缘部平行于所述壁延伸并且包括具有宽度的锚定表面；
将所述柔性材料片形成为所述隔膜盖；
将所述隔膜盖插入所述单元，以使得所述锚定表面邻近所述壁，所述锚定表面足够宽且所述柔性材料的反弹足以提供所插入的隔膜盖摩擦锁定至所述单元壁。
10.根据权利要求9所述的用于制作前体声学结构的方法，其中，在将所述柔性材料片形成入所述隔膜盖之前对所述柔性材料片进行穿孔。
11.根据权利要求9所述的用于制作前体声学结构的方法，其中，在所述隔膜被插入所述单元之后对所述谐振器部分进行穿孔。
12.根据权利要求9所述的用于制作前体声学结构的方法，其中，所述柔性材料是塑料。
13.根据权利要求9所述的方法，其包括将所述锚定表面粘性地粘接至所述蜂窝的壁以形成声学结构的附加步骤。
14.根据权利要求13所述的用于制作声学结构的方法，其中，在将所述柔性材料片形成入所述隔膜盖之前对所述柔性材料片进行穿孔。
15.根据权利要求13所述的用于制作声学结构的方法，其中，在所述隔膜被插入所述单元之后对所述谐振器部分进行穿孔。
16.根据权利要求13所述的用于制作声学结构的方法，其中，所述柔性材料是塑料。
17.根据权利要求13所述的用于制作声学结构的方法，其中，折叠所述柔性材料以形成所述隔膜盖和将所述隔膜盖插入单元的步骤一起进行。
18.一种根据权利要求13所述的方法制作的声学结构。
19.一种动力设备系统，其包括根据权利要求1所述的声学结构。
20.一种飞机，其包括根据权利要求1所述的声学结构。
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