CN109563789A - 用于涡轮机的隔音板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮机、特别是用于飞行器的隔音板(10’)，该隔音板包括基本上平行的两个表层(12，14)，形成亥姆霍兹共振器的多个腔室(16)位于该两个表层之间并且在该两个表层之间延伸；表层中的一个穿有孔(18)，该孔通入到腔室中并形成所述共振器的颈部，其特征在于，振动质量块(20)设置在腔室的至少一些中并且通过弹性装置(22)连接到腔室壁。

Description

用于涡轮机的隔音板及其制造方法
技术领域
本发明涉及涡轮机的隔音板以及这种板的制造方法。
背景技术
现有技术包括文献US-B1-8,869,933、GB-A-2 452 476、EP-A1-1 533 787以及FR-A1-3 001 324。
诸如涡轮喷气发动机的涡轮机通常包括进气口，该进气口包括风扇，该风扇的出口气流被分成进入发动机并形成热流或主流的气流，以及围绕发动机流动并形成冷流或二次流的气流。
发动机沿气流方向从上游到下游通常包括至少一个压缩机、燃烧室、至少一个涡轮以及喷射喷嘴，离开涡轮机并形成主流的燃烧气体与二次流在喷射喷嘴中混合。
涡轮机风扇被风扇外壳包围，该风扇外壳集成到涡轮机机舱中。已知在该外壳的内表面上衬有隔音板以限制由风扇产生的噪音的传播。
通常，隔音板包括两个基本上平行的表层，形成亥姆霍兹(Helmholtz)共振器并且例如被组织成蜂窝状的腔室位于这两个表层之间并在这两个表层之间延伸。其中一个表层穿有通入到腔室中并形成共振器颈部的孔。
确定腔室参数(诸如腔室的形状和尺寸)，使得板能够吸收给定频率范围内的噪声。该频率范围具有相对有限的范围，因此被构造成吸收给定频率范围内的噪声的板在吸收该范围之外的噪声方面不是有效的。
除了隔音功能外，这些板的夹层结构还可确保机械阻力并支撑附加的装配元件。
此外，这些板的制造包括多个制造步骤，因此这些板的制造相对复杂：覆盖下表层，然后预先固化该表层，定位之前成形的并且涂覆有粘合剂的蜂窝结构(注意不能使孔格变形)，覆盖上表层，交联整个聚合物基体，以及对其中一个表层进行穿孔。
这种方法具有以下技术局限性或缺点：制造方法不是非常灵活以确保良好的隔音性(在每个孔格处对表层进行穿孔)，并且不能局部修复受损的表层而不改变板的隔音效果(不能与结构分离的隔音性)。隔音性能取决于板的形状而改变，因为隔音性能取决于制造在部件的所有点处被穿孔的蜂窝结构的能力。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供了一种简单、有效和经济的解决方案。
本发明提出一种用于涡轮机、特别是用于飞行器的隔音板，该隔音板包括基本上平行的两个表层，形成亥姆霍兹共振器的多个腔室位于两个表层之间并且在两个表层之间延伸，所述表层中的一个穿有孔，该孔通入到所述腔室中并形成所述共振器的颈部，振动质量块设置在所述腔室中的至少一些中并连接到腔室壁，其特征在于，所述振动质量块通过容置在所述腔室中的弹性装置连接到所述腔室壁。
振动“质量块”有利地被构造成扩展板的噪声吸收频率范围。实际上，在声压p的作用下，将力F(等于乘积p.A，A是振动“质量块”的表面积)施加到该振动“质量块”上。“质量块”在孔格中移动等于乘积K.F(K是将质量块连接到支撑物的弹性连接件的弹性常数)的位移值u。该位移具有改变亥姆霍兹共振器腔室的体积的效果。亥姆霍兹共振器的调谐频率取决于腔室本身的体积(所有其他参数都是恒定的)，如下面的关系式所示。
设f0为亥姆霍兹孔格的调谐频率。
其中，C＝声速，S是共振器颈部的横截面积，V是共振器的体积，并且I’是颈部的校准长度或几何长度。
因此，腔室的体积的任何变化都会产生共振器调谐频率的变化。然后包含在共振器中的质量块能够动态地过滤多个声波的频率。
根据本发明的板可包括彼此独立采用或彼此组合采用的以下特征中的一个或多个：
-每个质量块通过弹性连接件连接到腔室的壁；
-每个质量块通过弹性连接件连接到表层中的一个；
-每个质量块通过弹性连接件连接到与被穿孔的表层相对的表层；
-质量块被安装成在基本上垂直于表层的方向上振动；
-质量块通过腔室的壁中的间隙分隔开；
-多个弹性装置或一个弹性连接件包括网状或多孔状结构，该网状或多孔状结构允许通过调整孔格密度和所用材料的性能来获得所需的弹性；
-弹性装置被构造成使所述质量块具有振动特性。
本发明还涉及一种诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的涡轮机，该涡轮机包括至少一个如上所述的板。
本发明还涉及一种制造如上所述的板的方法，该方法包括通过增材制造法生产所述质量块和所述弹性装置的步骤。
增材制造方法在于通过连续沉积或固结材料层来生产部件。因此，在单个操作中生产隔音元件，因此隔音元件是一体的。
有利地，所述表层和壁通过增材制造法生产。
优选地，所述表层和壁由第一材料制成，并且所述质量块和弹性装置由不同于第一材料的第二材料制成。
附图说明
通过阅读以下作为示例但不限于该示例并参考附图提供的描述，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他细节、特征和优点将更清楚地显现，在附图中：
-图1是根据现有技术的隔音板的非常示意性的横截面图；
-图2是根据本发明的隔音板的非常示意性的横截面图；
-图3是用于通过增材制造法来生产根据本发明的板的机器的非常示意性的图。
具体实施方式
图1所示的隔音板10包括基本上平行的两个表层12、14，大量的腔室16位于这两个表层之间。
腔室16均匀分布并且基本上相同。这些腔室在基本上平行于表层12、14的同一平面中并排延伸。
每个腔室16在两个表层之间纵向延伸。其中一个表层(这里是表层12)被穿孔并且包括大量的通入到腔室16中的孔18，腔室形成亥姆霍磁共振器。腔室16形成共振器的共振腔室，并且孔18形成这些共振器的颈部。
亥姆霍磁共振器的调谐频率可以通过以下公式估算：
其中，C：声速(m/s)
S：颈部的横截面积(m2)
V：共振器的体积(m3)
I’：校准的颈部长度(m)或I’＝I+δ
其中，I：几何的颈部长度(m)
δ：颈部校准
r：孔的半径(m)
σ：穿孔速率
在这个公式中，颈部横截面积S等于上述的孔18的横截面积，共振器体积V等于腔室16的体积，并且颈部长度I或I’基本上等于被穿孔的表层12的厚度c。
图2示出了本发明的实施例。在根据本发明的板10’的多个腔室16的至少一些中设置有振动质量块20，该振动质量块通过弹性装置22连接到腔室的壁上。
优选地，弹性装置是弹性连接件，并且优选地是网状或多孔状结构22。每个质量块20通过这种结构连接到腔室的壁。
质量块20能够通过基本上垂直于表层12、14的方向上的振动而移动。质量块由这些腔室的侧壁的间隙以及表层分隔开以允许这些移动。
每个质量块具有重量M并且连接到具有柔度k和阻尼c的网状或多孔状结构。质量块可以在腔室内振荡并且与壁具有间隙j以允许空气通过。
参数M、k、c以及j的明智的选择为腔室提供阻尼特性以过滤由涡轮机发出的声谱中的某些特定频率范围。
现有技术的制造方法仅允许产生相对简单的形状的腔室，这些腔室高度取决于蜂窝孔格的几何形状。
然而，当腔室的几何形状固定时，仅少许频率被过滤。由于用蜂窝孔格形成的腔室仅过滤某些目标频率(固定腔室的体积)，并且不具有阻尼功能(低频过滤)，因此当前解决方案的隔音性也不是最佳的。
本发明解决了这个问题，并且还提出了板10’的制造方法，该方法包括通过增材制造法来生产质量块20和弹性连接件22的步骤，如图3所示。优选地，通过增材制造法来生产表层12、14和腔室16的侧壁。在这种情况下，表层12、14和壁由第一材料制成，质量块20和弹性装置22由不同于第一材料的第二材料制成。
存在通过增材制造法制成的两种类型的部件：通过选择性熔化粉末床而生产部件，或者通过连续沉积熔融材料而生产部件。然而，该最新技术是最适合于生产具有内部振动“质量块”的这些孔格。
通过熔丝沉积的增材制造方法如图3所示。图3中的机器包括支撑板24，隔音板10’在该支撑板上被生产。该机器还包括由第一材料卷28和第二材料卷30供给的挤压头部26。
挤压头部26能够加热和熔化每个材料卷28、30，以便将相应的熔融材料沉积在支撑板24上。该头部能在平行于板的平面内移动，因此能够将熔融材料沉积在支撑板的整个表面上，并且还能够叠加多层材料以制造三维部件。
这意味着将首先使用卷28生产下表层(例如14)。该卷也用于制造腔室的侧壁。然后经由卷30用相同的材料或使用第二材料生产网状或多孔状结构22，同时生产腔室16的壁，该卷30的机械性能更适合于所需的弹性性能。如图2所示，当生产壁时，也生产该结构，然后生产质量块20。腔室的其余侧壁被形成，并且具有孔18的表层12(这里是上部表层)被生产。
第一材料和第二材料可以是热塑性塑料。

Claims (12)

1.一种用于涡轮机、特别是用于飞行器的隔音板(10’)，所述隔音板包括基本上平行的两个表层(12，14)，形成亥姆霍兹共振器的多个腔室(16)位于所述两个表层之间并且在所述两个表层之间延伸，所述表层中的一个穿有孔(18)，所述孔通入到所述腔室中并形成所述共振器的颈部，振动质量块设置在所述腔室中的至少一些中并连接到腔室壁，其特征在于，所述振动质量块(20)通过容置在所述腔室中的弹性装置(22)连接到所述腔室壁。
2.根据前一项权利要求所述的板(10’)，其中，每个质量块(20)通过弹性连接件(22)连接到腔室(16)的壁(14)。
3.根据前一项权利要求所述的板(10’)，其中，每个质量块(20)通过弹性连接件(22)连接到所述表层中的一个表层(14)。
4.根据前一项权利要求所述的板(10’)，其中，每个质量块(20)通过弹性连接件(22)连接到与被穿孔的表层(12)相对的表层(14)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的板(10’)，其中，所述质量块(20)被安装成沿基本上垂直于所述表层(12，14)的方向振动。
6.根据前述权利要求中的一项所述的板(10’)，其中，所述质量块(20)通过所述腔室(16)的壁中的间隙分隔开。
7.根据前述权利要求中的一项所述的板(10’)，其中，所述弹性装置包括网状或多孔状结构。
8.根据前述权利要求中的一项所述的板(10’)，其中，所述弹性装置被构造成使所述质量块具有振动特性。
9.一种诸如为飞行器涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的涡轮机，所述涡轮机包括至少一个根据前述权利要求中的一项所述的板(10’)。
10.一种制造根据权利要求1至8中的一项所述的板(10’)的方法，所述方法包括通过增材制造法生产所述质量块(20)和所述弹性装置(22)的步骤。
11.根据前一项权利要求所述的方法，其中，通过增材制造法生产所述表层(12，14)和所述壁。
12.根据前一项权利要求所述的方法，其中，用第一材料生产所述表层(12，14)和所述壁，并且用不同于所述第一材料的第二材料生产所述质量块(20)和所述弹性装置(22)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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