CN107444610A - 用于减少宽带飞机噪声的复合隔离体 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种复合隔离体包括在飞机的蒙皮与内部装饰面板之间。所述复合隔离体包括与半刚性材料层交替布置的多个微穿孔材料层。对于给定厚度，与具有相同厚度的常规均质隔离体相比，所述复合隔离体提供包括低频率的宽频率范围内的优异传输损耗。因此，与常规隔离体相比，所述复合隔离体更有效地减少飞机机舱内的宽带噪声。

Description

用于减少宽带飞机噪声的复合隔离体
技术领域
本公开实施方案大体上涉及声学隔离体，并且更具体地说涉及用于减少宽带飞机噪声的复合隔离体。
背景技术
飞机通常包括提供推力的一个或多个发动机。发动机可以是螺旋桨发动机或喷射式涡轮机。在任一种情况下，发动机通常引起行进穿过飞机的蒙皮和结构的振动。振动还可传播到飞机机舱中并且作为声波行进穿过机舱。通常，这种形式的声音被称为“发动机噪声”。发动机噪声可能非常响并且因此可能致使乘客体验听觉不适。飞机还可经受能够致使乘客的听觉不适的其他类型的噪声，包括在起飞和降落期间由起落架生成的噪声、与各种空气声学效果相关联的噪声等等。因此，飞机制造商通常制造飞机以包括减少飞机机舱内的噪声振幅的某一形式的声学隔离体。
与常规声学隔离体相关联的一个缺点是仅特定频率的声音可减小振幅。具体地，常规声学隔离体可仅减小较高频率声音的振幅，允许较低频率声音穿透飞机机舱。低频率声音可能对飞机乘客来说特别烦人，尤其是在长时间段内。常规声学隔离体的另一缺点是提高常规隔离体的有效性的唯一方式是增加隔离体的厚度和/或增加隔离体的质量。然而，由于与飞机相关联的空间和重量限制，这些方法通常不合乎期望或者不可行。
如前所述，在减少飞机内的噪声方面更有效的声学隔离体将是有用的。
发明内容
阐述的一个或多个实施方案包括被配置来减小宽带振动的振幅的复合隔离体，其包括：第一微穿孔层，其包括第一多个穿孔并且被配置来吸收宽带声音能量；以及第一半刚性层，其耦接到第一微穿孔层并且被配置来向第一微穿孔层提供结构支撑并且吸收宽带声音能量。
公开实施方案的至少一个优点是飞机机舱可与不想要的噪声包括发动机噪声隔离，从而减少飞机乘客的与噪声相关的不适并且改善那些乘客的飞行体验。
附图说明
因此，为了详细理解上文阐述的一个或多个实施方案的特征，通过参考某些特定实施方案来对以上简要概述的一个或多个实施方案进行更具体的描述，这些实施方案中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出典型的实施方案，且因此不应被视为以任何方式限制其范围，因为各种实施方案的范围也包括其他实施方案。
图1示出根据各种实施方案的被配置来减少飞机机舱内的宽带噪声的飞机；
图2示出根据各种实施方案的图1的飞机的包括被设计来减少宽带噪声的复合隔离体的部分；
图3是根据各种实施方案的图2的复合隔离体的更详细图示；
图4是根据各种实施方案的图3的复合隔离体的一部分的剖视图；
图5阐述根据各种实施方案的将一频率范围内的图2-4的复合隔离体的传输损耗与常规隔离体的传输损耗进行比较的曲线图；并且
图6阐述示出根据各种实施方案的在飞机机舱内测试的噪声特征的曲线图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述许多特定细节已提供对某些特定实施方案的更完整的理解。然而，本领域技术人员将明白可实践没有这些特定细节中的一个或多个或者具有另外特定细节的其他实施方案。
图1示出根据各种实施方案的被配置来减少飞机机舱内的宽带噪声的飞机。如图所示，飞机100包括耦接在一起的尾部部分110、机身120以及机翼130(1)和130(2)。一组发动机140耦接到每个机翼130。发动机140(1)和140(2)耦接到机翼130(1)，并且发动机140(3)和140(4)耦接到机翼130(2)。可在沿着机身120的任何部分截取截面150。截面150的部分152包括以下结合图2更详细描述的复合隔离体。
在滑行、起飞、巡航和着落期间，发动机140提供推进飞机100向前的推力。这样做时，发动机140生成行进穿过飞机100的尾部部分110、机身120以及机翼130的振动。飞机100还可能经受其他形式的振动，包括例如但不限于，由起落架在跑道上翻转导致的振动、由机翼颤动或边界层波动引发的振动、与天气相关的振动、由机器导致的振动等等。
为了减轻这些振动，飞机100被配置来包括复合隔离体，所述复合隔离体能够减小行进穿过飞机100的蒙皮和结构的宽带振动的幅值。复合隔离体通常包括在飞机100的蒙皮与内部装饰面板之间。以下结合图2描述复合隔离体在截面150的部分152内的布置。
图2示出根据各种实施方案的图1的飞机的包括被设计来减少宽带噪声的复合隔离体的部分。如图所示，截面150的部分152包括将外部环境200与飞机100的机舱内部240分离的各种层。那些层包括飞机蒙皮210、以上结合图1提到的复合隔离体220以及内部装饰面板230。
复合隔离体220是包括一个或多个半刚性层以及一个或多个微穿孔层的声学隔离体的多层形式。这些不同层增加可通过飞机蒙皮210和/或飞机100的其他部分传播的宽带振动的传输损耗。尽管结合图1中描绘为商用飞机的飞机100讨论，但复合隔离体220能够减轻任何技术上可行的上下文中的振动。以下结合图3更详细地描述复合隔离体220的多层结构。
图3是根据各种实施方案的图2的复合隔离体的更详细图示。如图所示，复合隔离体220包括与微穿孔层310交替布置的半刚性层300。半刚性层300通常对相邻微穿孔层310提供结构支撑。半刚性层300和微穿孔层310可夹在一起并且密封在封闭包封内和/或通过任何技术上可行形式的粘合剂或其他类型的粘结机构耦接在一起。复合隔离体220可包括任何数量的半刚性层300和微穿孔层310，并且可调整这些层的数量以改变复合隔离体220的声学隔离特性。
给定半刚性层300可由多种多样的不同半刚性材料组成，包括例如但不限于毡、毡、三聚氰胺泡沫等等。每个半刚性层300还可包括提供免于流体入侵的保护的薄保护层，例如像但不限于施加到每个半刚性层300的塑料层压板。此保护层可施加到每个半刚性层300的任一侧或两侧。
给定微穿孔层310可由被配置来包括微穿孔的多种多样的不同材料组成，包括例如但不限于塑料、玻璃纤维等等。每个微穿孔层310包括具有特定尺寸的多个穿孔。可调整这些穿孔的尺寸以及与复合隔离体220的层相关联的其他尺寸以便改变复合隔离体220的传输损耗特性。以下结合图4更详细地描述这些层的示例性尺寸。
图4是根据各种实施方案的图3的复合隔离体的一部分的剖视图。如图所示，半刚性层300(N+1)设置在微穿孔层310(N)与310(N+1)之间。微穿孔层310包括一些穿孔400。例如但不限于，微穿孔层310(N+1)包括穿孔400(1)至400(4)。
给定穿孔400以穿孔分离距离410与相邻穿孔400分离。每个穿孔400具有穿孔宽度420。穿孔400可具有任何技术上可行的形状。例如但不限于，给定穿孔400可具有圆形、正方形、卵形、椭圆形或菱形形状以及其他可能性。每种可能形状可具有一组特定尺寸，但为了简单起见，仅示出穿孔宽度420。
微穿孔层310具有厚度430并且以微穿孔层分离距离440彼此分离。半刚性层300(N+1)具有通常小于或等于微穿孔层分离距离440的厚度450。
可调整示出的各种尺寸以便更改复合隔离体220的传输特性。另外，复合隔离体220的每个层与其他层相比可能尺寸不同以便影响特定传输特性。在一个实施方案中，设定图4中示出的尺寸以便致使复合隔离体220的层具有特定频率下的谐振。这些频率可落在人类听力的范围之外。可替代地，飞机100可不生成具有显著幅值的那些频率，并因此那些频率可不显著贡献传播到飞机100的机舱中的噪声。以下结合图5更详细地描述复合隔离体220的传输特性。
图5阐述根据各种实施方案的将一频率范围内的图2-4的复合隔离体的传输损耗与常规隔离体的传输损耗进行比较的曲线图。如图所示，曲线图500包括X轴510和Y轴520，其分别对应于以赫兹(Hz)计的频率和以分贝(dB)计的传输损耗。曲线图500还包括示出具有给定厚度的常规隔离体的传输损耗的曲线530以及示出具有相同厚度的复合隔离体220的传输损耗的曲线540。曲线540示出，对于相同厚度，与常规隔离体相比，复合隔离体220在更宽频率范围内提供优异声学隔离性能。重要的是，与常规隔离体相比，复合隔离体220在较低频率包括10Hz-500Hz内提供优异传输损耗，如所示出的。通常，复合隔离体220通过吸收声音能量而不是允许所述声音能量传输来提供此传输损耗。
在一个实施方案中，曲线530反映遵循本领域众所周知的声学质量定律的均质材料。因此，与曲线530相关联的常规隔离体提供每倍频程至多6dB的传输损耗。通过对比，与常规隔离体相比，与曲线540相关联的复合隔离体220提供多80％的传输损耗。再次，曲线530和540分别反映具有相同厚度的常规隔离体和复合隔离体。
图6阐述示出根据各种实施方案的在飞机机舱内测试的噪声特征的曲线图。示出的噪声特征对应于直升机，但所述噪声特征的一些部分可类似于与螺旋桨飞机或其他飞机相关联的噪声特征。如图所示，曲线图600包括X轴610和Y轴620，其分别对应于以赫兹(Hz)计的频率和以分贝(dB)计的机舱噪声级。曲线图600还包括示出跨从0Hz至2500Hz的频率范围的机舱噪声级的曲线630。曲线630分成对应于不同噪声源的不同区域，包括低频率音调632、低频率宽带634、中频率宽带636、中频率音调638以及高频率音调和宽带640。
低频率音调632可对应于与直升机的主旋翼和/或尾旋翼或者螺旋桨飞机的螺旋桨相关联的频率。低频率宽带634可对应于与气流噪声包括湍流和边界层效应相关联的频率、旋翼谐波或螺旋桨音调和/或发动机频率。中频率宽带636可对应于气流噪声的较高频率以及较高旋翼谐波或螺旋桨音调中频率音调638包括落在中频率宽带636和高频率音调和宽带640的频率范围内的较高分贝音调，并且通常包括齿轮啮合频率和/或附件频率。高频率音调和宽带640包括机械部件的高频率气流噪声和谐波。
大体参考图5-6，图2-4中示出的复合隔离体220被配置来提供飞机机舱内的跨低频率音调632、低频率宽带634和中频率宽带636的传输损耗。与常规隔离体相比，复合隔离体220通常提供跨那些频率的更大传输损耗。与常规隔离体相比，复合隔离体220还能够提供较高频率包括中频率音调638和高频率音调和宽带640下的升高的传输损耗。
常规隔离体通常针对高于1kHz的频率，并因此可主要适用于高频率音调和宽带640。为了针对较低频率，常规隔离体的厚度必须增加。然而，由于空间和重量限制，常规隔离体的厚度可仅增加有限量。因此，常规隔离体不能如复合隔离体220那样有效且高效地增加低于1kHz的频率下的传输损耗。如所述，复合隔离体220能够在不通过简单添加层显著增加厚度的情况下针对低频率噪声。所述低频率噪声可包括旋翼和螺旋桨谐波、发动机噪声以及诸如以上所提及的气流噪声。
大体参考图1-6，本领域技术人员将理解，本文公开的复合隔离体可包括在任何技术上可行的结构内以便减少不想要的宽带振动。此类结构可包括静态结构、动态结构以及运输工具以及其他可能性。例如但不限于，复合隔离体可包括在诸如建筑物、墙壁、路障以及货物集装箱的静态结构；诸如风车和水电站坝的动态结构；以及诸如飞机、直升机、船舶、小船、车辆的运输工具等等内。被配置来包括复合隔离体的结构还可包括生成不想要的宽带振动的机器。通常，公开的复合隔离体可集成在结构的外层与结构的内层之间的结构内。然而，本领域技术人员将理解其他放置选项也是可能的。
总之，复合隔离体包括在飞机的蒙皮与内部装饰面板之间。复合隔离体包括与半刚性材料层交替布置的多个微穿孔材料层。对于给定厚度，与具有相同厚度的常规均质隔离体相比，复合隔离体提供包括低频率的宽频率范围内的优异传输损耗。因此，与常规隔离体相比，复合隔离体更有效地减少飞机机舱内的宽带噪声。
有利地，飞机机舱可隔离不想要的噪声，包括发动机噪声，从而减少飞机乘客的与噪声相关的不适并且改善那些乘客的飞行体验。另外，可调整复合隔离体的层的数量以及所述隔离体的各种尺寸以增加特定频率下的传输损耗。因此，可定制复合隔离体以配合不同使用案例范围。
已经出于说明的目的给出了各种实施方案的描述，但是这些描述并不旨在穷举或限于所公开的实施方案。在不脱离所描述的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。
虽然前述内容针对本公开的实施方案，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以设计本公开的其他和另外实施方案，并且本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种被配置来减小宽带振动的振幅的复合隔离体，其包括：
第一微穿孔层，其包括第一多个穿孔并且被配置来吸收宽带声音能量；以及
第一半刚性层，其耦接到所述第一微穿孔层并且被配置来对所述第一微穿孔层提供结构支撑并且吸收宽带声音能量。
2.如权利要求1所述的复合隔离体，其中所述第一微穿孔层包括塑料材料或玻璃纤维材料。
3.如权利要求1所述的复合隔离体，其中所述第一半刚性层包括毡材料或泡沫材料。
4.如权利要求1所述的复合隔离体，其中所述第一半刚性层包括被配置来防止流体入侵的层压层。
5.如权利要求1所述的复合隔离体，其还包括：
第二微穿孔层，其包括第二多个穿孔并且被配置来吸收宽带声音能量；以及
第二半刚性层，其耦接到所述第一微穿孔层和所述第二微穿孔层两者并且被配置来对所述第一微穿孔层和所述第二微穿孔层两者提供结构支撑并且吸收宽带声音能量。
6.如权利要求1所述的复合隔离体，其中所述第一微穿孔层和所述第一半刚性层设置在飞机内位于所述飞机的蒙皮层与所述飞机的内部装饰面板之间。
7.如权利要求1所述的复合隔离体，其中与均质隔离体相比，所述复合隔离体提供频率范围内的更大的传输损耗。
8.如权利要求7所述的复合隔离体，其中所述复合隔离体和所述均质隔离体具有相等厚度。
9.如权利要求7所述的复合隔离体，其中与所述均质隔离体相比，所述复合隔离体通过在所述频率范围内吸收比所述均质隔离体更大量的宽带声音能量来提供更大的传输损耗。
10.如权利要求7所述的复合隔离体，其中所述频率范围包括10赫兹至500赫兹。
11.一种结构，其包括：
外层；
内层；以及
隔离层，其设置在所述外层与所述层之间，其包括：
第一微穿孔层，其包括第一多个穿孔并且被配置来吸收宽带声音能量，以及
第一半刚性层，其耦接到所述第一微穿孔层并且被配置来对所述第一微穿孔层提供结构支撑并且吸收宽带声音能量。
12.如权利要求11所述的结构，其中所述外层将具有第一振幅的宽带声音能量传输到所述隔离层中，并且所述隔离层将具有第二振幅的宽带声音能量传输到所述内层中，其中所述第一振幅大于所述第二振幅。
13.如权利要求12所述的结构，其中所述内层围绕被配置来承载乘客的所述结构内的内部区域的至少一部分，并且其中所述乘客经受具有至多所述第二振幅的宽带声音能量。
14.如权利要求11所述的结构，其中所述结构包括运输工具。
15.如权利要求14所述的结构，其中所述结构包括飞机，所述飞机包括被配置来生成宽带声音能量的一个或多个发动机。
16.如权利要求15所述的结构，其中所述外层包括所述飞机的蒙皮层，并且所述内层包括所述飞机的内部装饰面板。
17.如权利要求11所述的结构，其中所述结构包括建筑物，所述建筑物包括被配置来生成宽带声音能量的机器。
18.如权利要求11所述的结构，其中与均质隔离体相比，所述隔离层提供频率范围内的更大的传输损耗。
19.如权利要求18所述的结构，其中所述隔离层和所述均质隔离体具有相等厚度。
20.如权利要求18所述的结构，其中与所述均质隔离体相比，所述隔离层通过在所述频率范围内吸收比所述均质隔离体更大量的声音能量来提供更大的传输损耗，其中所述频率范围包括10赫兹至500赫兹。
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