CN107639922B - 一种制备内隔板蜂窝芯材的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种制备内隔板蜂窝芯材的装置及方法。本发明将一定高度的限位杆单元固定在下底板上后，将带隔板的蜂窝芯材放置于下底板上，蜂窝孔格与限位杆单元一一对应，从而调整蜂窝孔格位置，使其与限位杆的位置保持一致；再将顶杆单元固定在上底板上，通过定位杆和定位孔定位后，通过压机加压，将内隔板顶入蜂窝孔格内部；重复以上步骤，直至达到所需蜂窝芯材的面积，然后通过树脂将内隔板固定，即制备出内隔板蜂窝芯材。本发明中限位杆和顶杆均为重复单元，可通过增减单元数量，调整单元尺寸，实现任意面积、任意空腔深度的内隔板蜂窝芯材制造。

Description

一种制备内隔板蜂窝芯材的装置及方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种制备内隔板蜂窝芯材的装置及方法。

背景技术

在航空领域，航空发动机的噪声极大，在距离发动机45米处的噪声仍有100-125分贝，发动机的噪声不仅会引起飞机机体机构的声振疲劳，还会对环境造成噪声污染，危害人体健康。近些年，对于发动机的降噪研究主要集中在消音板组合件(声衬)，其理论依据是Helmoholtz共振原理，在进气道、风扇前后机匣、反推装置等部位安装消音板组合件后，可有效降低发动机的噪声。传统的声衬是由单层的穿孔板与蜂窝结合后，再配上刚性的背板而构成，这种一维的Helmoholtz结构在共振频率附近有较好的吸声效果，但由于发动机的工况是变化的，相应的风扇/压气机的声源特性也在变化，造成这种结构对发动机其它频段噪声的吸声效果不佳。为了拓宽声衬的吸声频宽，研究人员开展了多自由度声衬的研究，通过对穿孔板特性和蜂窝结构尺寸的设计，可制备出针对发动机噪声频率的降噪声衬，但多层声衬在制造上的难度较大，目前很难用于发动机声衬。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种制备内隔板蜂窝芯材的装置及方法。本发明的技术解决方案是，

所述装置包括上下底板、限位杆单元、顶杆单元和定位杆；

所述上底板上设置有顶杆单元，上底板的四个顶角各设置一个定位孔，下底板设有顶杆单元，下底板的四个顶角各设置一个定位杆，定位杆与定位孔的位置相对应；

所述限位杆单元和顶杆单元为圆柱形，两种单元的直径保持一致，限位单元的高度依据内隔板植入的高度确定，顶杆单元与限位单元高度之和大于等于蜂窝芯材的高度；

所述限位杆单元和顶杆单元的直径为蜂窝芯材内切圆直径的50％-80％；

所述相邻两个限位杆单元之间的圆心距与相邻两个蜂窝孔格的内切圆圆心距的理论值保持一致；

所述顶杆单元与限位杆单元位置对应；

所述定位杆的直径为蜂窝芯材内切圆直径的50％-80％；

所述制备内隔板蜂窝芯材时的步骤是：

步骤一，根据蜂窝芯材的孔格尺寸和内隔板需要植入的高度，分别设置下底板上的限位杆单元的数量、位置和高度及上底板上的顶杆单元的数量、位置和高度并固定；

步骤二，根据蜂窝芯材孔格尺寸，选择对应大小的内隔板，将其平放到蜂窝芯材上端面孔格处；

步骤三，将蜂窝芯材放置在下底板上并将限位单元置于蜂窝芯材的孔格中，然后，将上底板置于蜂窝芯材上方，并用定位杆和定位孔定位；

步骤四，通过压机加压将内隔板压入蜂窝芯材的孔格内部；

步骤五，将植入内隔板的蜂窝芯材放入树脂溶液中，通过树脂将内隔板与蜂窝壁连接，再在烘箱或热压罐中固化，即得内隔板蜂窝芯材。

所述的蜂窝芯材选自玻璃布蜂窝芯材、芳纶纸蜂窝芯材、铝蜂窝芯材中的任何一种。

所述的内隔板选自环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯中的任何一种。

所述内隔板的尺寸与蜂窝孔格尺寸保持一致，呈正六边形，内隔板上有微型穿孔。

本发明具有的优点和有益效果，

本发明涉及上述装置及方法制备得到的内隔板蜂窝芯材的应用，将其用于但不限于：飞机发动机短舱进气道、机匣，反推装置等部位的夹层结构，或者用于复合材料机身夹层结构的芯材等。

本装置制备的结构与传统的C夹层结构相比，由于蜂窝芯材在高度方向上是连续的，蜂窝芯材的强度几乎无损失，也不会出现C夹层两层蜂窝之间孔格错位而影响结构的功能性，另外，本发明具有制备工艺简单，可制造蜂窝芯材面积大，内隔板在蜂窝芯材中的位置可调节、位置控制精度高，制备过程中不会堵塞内隔板上的微型穿孔，也不会使微孔变形。本装置及方法结合合理的结构设计，可制备出平均吸声系数可达到0.7以上的内隔板蜂窝芯材夹层结构。

附图说明

图1为限位杆单元和顶杆单元示意图。

图2为下底板示意图。

图3为下底板安装定位杆单元示意图。

图4为下底板安装完定位杆单元后的示意图。

图5为上底板安装完顶杆单元后的示意图。

图6为内隔板蜂窝芯材制备示意图。其中1为下底板，2为定位杆，3为限位杆单元，4为蜂窝芯材，5为内隔板，6为顶杆单元，7为定位孔，8为上底板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

制备内隔板蜂窝芯材的装置包括上底板8、下底板1、限位杆单元3、顶杆单元6；

所述上底板8上设置有顶杆单元6，上底板8与顶杆单元6可通过任意方式连接，如螺纹连接，连接后顶杆单元6与上底板8垂直，可将内隔板压入蜂窝芯材4孔格内部，上底板8的四个顶角各设置一个定位孔7，定位孔7的直径为蜂窝芯材4内切圆直径的50％-80％；

所述下底板1上设置有限位杆单元3，下底板1与限位杆单元3可通过任意方式连接，如螺纹连接，连接后限位杆单元3与下底板1垂直，可调整蜂窝芯材4孔格间距和固定蜂窝芯材4，下底板1的四个顶角各设置一个定位杆2，定位杆2的直径为蜂窝芯材4内切圆直径的50％-80％；

所述限位杆单元3和顶杆单元6为圆柱形，对于同一种规格的蜂窝芯材4，两种单元的直径保持一致，限位杆单元3的高度依据内隔板5植入的高度确定，顶杆单元6与限位杆单元3高度之和大于等于蜂窝芯材4的高度，小于定位杆2的高度；

所述限位杆单元3和顶杆单元6的直径为蜂窝芯材4内切圆直径的50％-80％；

所述相邻两个限位杆单元3之间的圆心距与相邻两个蜂窝孔格的内切圆圆心距的理论值保持一致；

所述顶杆单元6与限位杆单元3位置对应；

基于上述装置，所述制备内隔板蜂窝芯材4时的步骤是：

步骤一，根据蜂窝芯材4的孔格尺寸和内隔板5需要植入的高度，分别设置下底板1上的限位杆单元3的数量、位置和高度及上底板8上的顶杆单元6的数量、位置和高度并固定，可选择螺纹连接固定；

步骤二，根据蜂窝芯材4孔格尺寸，选择对应大小的内隔板5，将其平放到蜂窝芯材4上端面孔格处，放置过程中应保证内隔板5各边和蜂窝芯材4孔格各边对应；

步骤三，将蜂窝芯材4放置在下底板1上并将限位杆单元3置于蜂窝芯材4的孔格中，然后，将上底板8置于蜂窝芯材4上方，并用定位杆2和定位孔定位7；

步骤四，通过压机加压将内隔板5压入蜂窝芯材4孔格内部，使蜂窝芯材4孔格内部形成两个空腔；

步骤五，将植入内隔板5的蜂窝芯材4放入树脂溶液中，通过树脂将内隔板5与蜂窝壁连接，再在烘箱或热压罐中固化，即得内隔板蜂窝芯材，所选的树脂溶液应与蜂窝芯材4的浸渍树脂一致或其他与蜂窝芯材浸渍树脂相容性较好的树脂。

优选的，蜂窝芯材4选自玻璃布蜂窝芯材、芳纶纸蜂窝芯材、铝蜂窝芯材中的任何一种；进一步优选为芳纶纸蜂窝芯材或者玻璃布蜂窝芯材。

优选的，内隔板5由聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、酚醛树脂中的任何一种材料制备而成，进一步优选为环氧树脂或酚醛树脂。

优选的，内隔板5的尺寸与蜂窝孔格尺寸保持一致，呈正六边形，内隔板5上有微型穿孔。

实施例1

本实施例内隔板蜂窝芯材制作流程如下：

步骤一，选择高度为20mm，内切圆直径为6.9mm，密度为64kg/m³的芳纶纸蜂窝芯材。

步骤二，选择高度为6mm，直径为4.8mm的限位杆单元，将其与下底板连接，限位杆单元的数量与蜂窝孔格数量保持一致，两个限位杆单元之间的中心距为7mm，该距离与蜂窝芯材相邻孔格的理论孔心距保持一致。

步骤三，选择对应大小和数量的六边形环氧树脂内隔板，内隔板上的孔径为0.6mm，穿孔率为3％，将其平放到蜂窝芯材上端面孔格处，内隔板边长和蜂窝孔格边长保持一致，随后将蜂窝芯材的孔格与限位杆单元对应，置限位杆单元于蜂窝芯材的孔格中，固定蜂窝芯材。

步骤四，选择高度为14mm的顶杆单元，将其与上底板连接，顶杆单元的数量与蜂窝孔格数量保持一致，两个顶杆单元之间的中心距为7mm，通过定位杆将上模块放置于蜂窝芯材上方。

步骤五，通过压机给上底板加压，在顶杆的作用下将内隔板压入蜂窝孔格内部，使蜂窝孔格内部形成两个空腔。

步骤六，将植入内隔板的蜂窝芯材放入酚醛树脂溶液中，使酚醛树脂均匀的分布于内隔板与蜂窝壁之间。

步骤七，在烘箱加热，将浸渍的酚醛树脂在180℃高温下固化2h-3h，既得内隔板蜂窝芯材，通过测试，所自备内隔板蜂窝芯材在制备成夹层结构后，两个空腔深度分别为14mm和6mm，在500-3000Hz范围内的平均吸声系数达到0.75。

实施例2

本实施例内隔板蜂窝芯材制作流程如下：

步骤一，选择高度为25mm，内切圆直径为6.9mm，密度为64kg/m³的芳纶纸蜂窝芯材。

步骤一，选择高度为8mm，直径为4.8mm的限位杆单元，将其与下底板连接，限位杆单元的数量与蜂窝孔格数量保持一致，两个限位杆单元之间的中心距为7mm，该距离与蜂窝芯材相邻孔格的理论孔心距保持一致。

步骤三，选择对应大小和数量的六边形环氧树脂内隔板，内隔板上的孔径为0.5mm，穿孔率为6％，将其平放到蜂窝芯材上端面孔格处，内隔板边长和蜂窝孔格边长保持一致，随后将蜂窝芯材的孔格与限位杆单元对应，置限位杆单元于蜂窝芯材的孔格中，固定蜂窝芯材。

步骤四，选择高度为17mm的顶杆单元，将其与上底板连接，顶杆单元的数量与蜂窝孔格数量保持一致，两个顶杆单元之间的中心距为7mm，通过定位杆将上模块放置于蜂窝芯材上方。

步骤五，通过压机给上底板加压，在顶杆的作用下将内隔板压入蜂窝孔格内部，使蜂窝孔格内部形成两个空腔。

步骤六，将植入内隔板的蜂窝芯材放入环氧树脂溶液中，使环氧树脂均匀的分布于内隔板与蜂窝壁之间。

步骤七，在烘箱加热，将浸渍的环氧树脂在130℃下固化2h-3h，既得内隔板蜂窝芯材，通过测试，所自备内隔板蜂窝芯材在制备成夹层结构后，两个空腔深度分别为17mm和8mm，在500-3000Hz范围内的平均吸声系数达到0.85。

实施例中制备得到的内隔板蜂窝芯材的应用，可用于飞机发动机短舱进气道、机匣，反推装置等部位的夹层结构，或者用于复合材料机身夹层结构芯材等。

Claims (4)

1.一种制备内隔板蜂窝芯材的装置，其特征在于，所述装置包括上下底板、限位杆单元、顶杆单元和定位杆；

所述上底板上设置有顶杆单元，上底板的四个顶角各设置一个定位孔，下底板设有限位杆单元，下底板的四个顶角各设置一个定位杆，定位杆与定位孔的位置相对应；

所述限位杆单元和顶杆单元为圆柱形，两种单元的直径保持一致，限位杆单元的高度依据内隔板植入的高度确定，顶杆单元与限位杆单元高度之和大于等于蜂窝芯材的高度；所述限位杆单元和顶杆单元的直径为蜂窝芯材内切圆直径的50％-80％；

相邻两个限位杆单元之间的圆心距与相邻两个蜂窝孔格的内切圆圆心距的理论值保持一致；

所述顶杆单元与限位杆单元位置对应；所述定位杆的直径为蜂窝芯材内切圆直径的50％-80％；

制备内隔板蜂窝芯材时的步骤是：

步骤一，根据蜂窝芯材的孔格尺寸和内隔板需要植入的高度，分别设置下底板上的限位杆单元的数量、位置和高度及上底板上的顶杆单元的数量、位置和高度并固定；

步骤二，根据蜂窝芯材孔格尺寸，选择对应大小的内隔板，将其平放到蜂窝芯材上端面孔格处；

步骤三，将蜂窝芯材放置在下底板上并将限位杆单元置于蜂窝芯材的孔格中，然后，将上底板置于蜂窝芯材上方，并用定位杆和定位孔定位；

步骤四，通过压机加压将内隔板压入蜂窝芯材的孔格内部；

步骤五，将植入内隔板的蜂窝芯材放入树脂溶液中，通过树脂将内隔板与蜂窝壁连接，再在烘箱或热压罐中固化，即得内隔板蜂窝芯材。

2.根据权利要求1所述的一种制备内隔板蜂窝芯材的装置，其特征是，所述的蜂窝芯材选自玻璃布蜂窝芯材、芳纶纸蜂窝芯材、铝蜂窝芯材中的任何一种。

3.根据权利要求1所述的一种制备内隔板蜂窝芯材的装置，其特征是，所述的内隔板选自环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯中的任何一种。

4.根据权利要求1所述的一种制备内隔板蜂窝芯材的装置，其特征是，所述内隔板的尺寸与蜂窝孔格尺寸保持一致，呈正六边形，内隔板上有微型穿孔。