CN113898476B - 声衬件、动力推进系统以及入口板组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种声衬件、动力推进系统以及入口板组。其中，所述声衬件包括入口板组、蜂窝芯、以及背板。其中，所述入口板组位于顶部，所述背板位于底部，两者之间为蜂窝芯，形成顶部开口底部封闭的共振腔；所述入口板组包括位于顶部的第一入口板，其包括第一斜孔板，具有第一斜孔；在所述第一入口板下方堆叠有多个第二入口板，所述第二入口板包括上部以及下部，所述上部包括多个相互分隔的通道，所述通道的壁面为斜面，所述下部包括第二斜孔板，具有第二斜孔。

Description

声衬件、动力推进系统以及入口板组

技术领域

本发明涉及声学领域，尤其涉及一种声衬件、动力推进系统以及用于所述声衬件的入口板组。

背景技术

20世纪50年代以来喷气式旅客飞机的发展大大促进了民航运输业的发展，随之而来的噪声问题，特别是机场周边的噪声问题日益引起关注，飞机制造商和研究机构通过长久的研发努力来克服噪声问题。大型民用飞机噪声水平是适航取证的重要内容之一，噪声取证标准是随着时间越来越严格的，国际民用航空组织(ICAO)附件16对飞机噪声取证做出了详细的技术规范，这一技术规范采用“有效感觉噪声级”(EPNL)，考虑三个取证基准条件：横侧(Sideline)，飞越(Cutback)，进场(Approach)，EPNL用于量化飞机噪声(包括频谱不规则修正，持续时间修正以及纯音修正)，并考虑基于噪度测得的感知烦恼度。2006年以来，ICAO噪声认证已采用第四章标准。我国对于航空器噪声问题的管理是通过民航总局第182号令发布的《航空器型号和适航合格审定噪声规定》实施的，基本与附件16一致。

全球民航业在2000到2010年这10年之间增长了45％，且在今后的20年间，民用航空还会以每年4.8％的速度持续增长。因此，世界各国都对未来飞机的噪声水平提出了更为严格的标准，例如，欧盟对于2020年的目标是对能感知到的外部噪声降低50％并消除机场周边的噪声损害；到2050年，进一步要求外部噪声降低65％，这些标准都是相对于2000年的典型新飞机的噪声水平。美国也提出了类似的噪声标准的发展目标。第二个挑战是社会经济的发展导致机场的周边地区的不断开发使得社区噪声成为公众关注的较严重的噪声排放污染问题。

飞机发动机作为飞机的重要噪声源，一直是人们所关注的重点降噪部位，而叶轮机噪声是发动机主要噪声源之一，降低叶轮机噪声就成为了降低发动机和飞机噪声重要途径，叶轮机噪声主要包括风扇激波噪声、风扇/压气机与涡轮转子静子干涉噪声，研究者们从理论、数值和实验等方面开展了飞机发动机叶轮机噪声的相关研究，希望可以揭示发动机的噪声源本质，从而降低发动机噪声。航空发动机噪声控制技术从根本上可分为两大类：声源降噪和传播降噪。消声声衬是已获得广泛应用的最主要的传播降噪技术，尤其适用于大涵道比民用涡扇发动机。上世纪60年代，航空发动机正处于从涡喷向涡扇转变的关键变革时期，涡扇发动机与涡喷相比，不仅推进效率显著提高，而且喷流噪声大为降低，但是新的难题是如何控制已超过喷流噪声而成为首要声源的风扇噪声。风扇噪声的一般规律是风扇的推力越大，负荷越高，噪声也就越大。

目前大型民机无一例外地依靠消声声衬技术满足噪声控制要求。在60年代中期到末期，美国航空航天局(NASA)研发了针对于风扇噪声的消声声衬技术，在短舱管道壁面上加装吸声衬层(声衬)，从而在传播途径上控制风扇的前传和后传噪声。在当前发展水平上，进气消声声衬大约能产生5EPNdB(有效感觉噪声级)以上的降噪量；排气方面的环形管道更有利于消声，所以降噪量可达到10EPNdB以上。在现代民用涡扇发动机相比于早期型号所取得的降噪量中，消声声衬技术的贡献几乎占有一半。可见其至关重要的地位。

现在航空发动机上采用的声衬件主要是蜂窝夹心结构声衬，即顶层入口板，中间层蜂窝芯共振腔和底层背板。中间层共振腔的高度决定了吸声的频率，由于受发动机实际安装空间限制，共振腔的高度固定，导致现有声衬能够吸收的噪声频率单一，仅仅能降低一个频率的噪声，吸声能力有限。

因此，本领域需要一种声衬件、动力推进系统，以扩宽声衬的吸声频带，提升声衬的降噪能力，从而降低动力推进系统的噪声。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种声衬件，降噪能力强。

本发明的另一个目的在于提供一种动力推进系统，系统噪声小。

本发明的再一个目的在于提供一种入口板组，提升声衬的降噪量，扩宽声衬的吸声频带。

根据本发明的一个方面的一种声衬件，包括：入口板组；蜂窝芯；以及背板；其中，所述入口板组位于顶部，所述背板位于底部，两者之间为蜂窝芯，形成顶部开口底部封闭的共振腔；所述入口板组包括位于顶部的第一入口板，其包括第一斜孔板，具有第一斜孔；在所述第一入口板下方堆叠有多个第二入口板，所述第二入口板包括上部以及下部，所述上部包括多个相互分隔的通道，所述通道的壁面为斜面，所述下部包括第二斜孔板，具有第二斜孔。

在所述声衬件的一个或多个实施例中，相邻的所述第二入口板的相邻堆叠的所述第二入口板，位于上方的第二入口板的第二斜孔板的斜孔位于下方的第二入口板的通道的一侧端的壁面，位于下方的第二入口板的第二斜孔板的第二斜孔位于所述第二入口板的通道的另一侧端的壁面。

在所述声衬件的一个或多个实施例中，相邻的所述第二入口板的第二斜孔的倾角相反。

在所述声衬件的一个或多个实施例中，所述第一斜孔的倾角与相邻的第二入口板的第二斜孔的倾角相反。

在所述声衬件的一个或多个实施例中，单个第二入口板的每个所述通道的壁面的倾斜角相同，每个所述第二斜孔的倾角相同；所述第二入口板的每个通道的宽度相同。

在所述声衬件的一个或多个实施例中，单个第二入口板的所述第二斜孔板的第二斜孔与所述通道的壁面的倾角相同。

在所述声衬件的一个或多个实施例中，所述入口板组通过增材制造加工一体成形。

根据本发明另一个方面的一种动力推进系统，包括以上任意一项所述的声衬件。

在所述动力推进系统的一个或多个实施例中，所述动力推进系统包括燃气涡轮发动机，其短舱管道壁面设置有以上任意一项所述的声衬件。

根据本发明再一个方面的一种入口板组，用于声衬件，所述声衬件还包括蜂窝芯以及背板，所述蜂窝芯连接于所述入口板组后构成共振腔，所述入口板组包括：第一入口板，位于所述入口板组的顶部，所述第一入口板包括第一斜孔板，具有第一斜孔；多个第二入口板，在在所述第一入口板下方堆叠；所述第二入口板包括上部以及下部，所述上部包括多个相互分隔的通道，所述通道的壁面为斜面，所述下部包括第二斜孔板，具有第二斜孔。

本发明的有益效果包括但不限于：

通过第一入口板为斜孔板、第二入口板的下部为斜孔板、第二入口板的上部为通道的壁面为斜面的设置，以及上部的第二入口板的多个相互分隔的通道的设置，使得噪声声波在入口板在上部的通道内发生反射后通过下部的斜孔继续进入下方的第二入口板的通道进行反射，以上过程在多层堆叠的第二入口板重复，如此进一步提升了降噪量，同时也延长了进入蜂窝芯之前的声道长度，拓宽了声衬件的吸声频带。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是根据一个或多个实施例的声衬件的结构示意图。

图2是根据图1所示的声衬件的第一入口板的结构示意图。

图3是根据一个或多个实施例的声衬件的蜂窝芯的蜂窝单元的结构示意图。

图4是根据一个或多个实施例的声衬件的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

需要注意的是，下述实施例中，“顶”、“底”、“上”、“下”的相对位置关系，以公知技术中声衬件的顶部或上部为入口板、底部或者下部为背板为参照。

以下实施例介绍的声衬件，以应用于燃气涡轮发动机，具体而言为涡轮风扇发动机的短舱为例，但不以此为限，动力推进系统均可适用，具有风扇、桨叶、桨扇等动力推进系统也可适用，也不限于燃气涡轮发动机，例如可以是包括燃气涡轮发动机的混合动力推进系统，或者纯电驱动的具有风扇、桨叶、桨扇的动力推进系统，以降低风扇噪声和/或进气噪声。

参考图1以及图2，在一些实施例中，声衬件10包括位于顶部入口板组1、中间的蜂窝芯2以及底部的背板3，形成顶部开口底部封闭的共振腔(resonant cavity)，常见的共振腔有Helmholtz型谐振器，声音由声衬表面的小孔进入共振腔后，在共振腔内共振而耗散声能量。其阻尼机制通常主要是由于在该谐振器孔口伴随着振动射流的耗散。入口板组1包括多层堆叠的设置的入口板，包括位于顶部的第一入口板11以及在第一入口板11下方堆叠的多个第二入口板12。此处“堆叠”的描述意为层叠的结构，并非堆叠组装的动作，入口板组1的描述意为具有多个入口板层的结构，而并非多个入口板组装成入口板组1。并且实际上，入口板组1较佳的加工方法为增材制造(Additive Manufacturing，AM)的成形工艺，各个入口板通过增材制造的一体形成为入口板组1。如此成形的入口板组1的强度更高，加工工艺也更为简单。

继续参考图1以及图2，第一入口板11的具体结构包括具有第一斜孔1111的第一斜孔板111。多层第二入口板12、13、14中如图1所示，还可以包括更多层的第二入口板。以第二入口板12为例，第二入口板12包括上部121以及下部122，上部包括多个相互分隔的通道1211，通道1211的壁面1212、1213为斜面，下部122包括具有第二斜孔1221的第二斜孔板1220。可以理解到，此处将第二入口板划分为上部以及下部，并非指两者必须是分体设置，相反，上部121与下部122通常是一体成形地。如此设置的有益效果在于，如图1所示，噪声声波从位于顶部的第一入口板11的斜孔进入通道1211，由于从斜孔进入，噪声声波在通道1211的顶部以及底部不断反射，延长了噪声的声学通道长度，提高了声衬的降噪量，拓宽了声衬件的吸声频带。此处解释声学通道(acoustic channel)的意义，指噪声进入降噪声衬件内部后，传播的声学路径。以上实施例的有益效果及原理还包括，通道壁面1212、1213为斜面，可以使得部分噪声可以在斜面限定的空间1214内停滞，进一步增强了降噪效果。进一步地，多个第二入口板的设置，进一步延长了噪声在进入蜂窝芯2之前的声学通道长度，提高了声衬的降噪量，拓宽了声衬件的吸声频带。同时，第一斜孔111的设置，也可以起到降低气流以及流场涡冲击表面的强度，可减小声衬表面阻力，具有更优的气动特性，但更为主要的是利用斜孔的设置构造声波反射以延长噪声的声学通道长度以及噪声传播的停滞区。

继续参考图1，在一些实施例中，相邻的第二入口板的具体结构，以相邻的第二入口板12、13为例介绍。相邻堆叠的第二入口板12、13中，位于上方的第二入口板12的第二斜孔板1220的第二斜孔1221位于下方的第二入口板13的通道1311的一侧端的壁面1312，位于下方的第二入口板13的第二斜孔板1320的第二斜孔1321位于第二入口板13的通道1311的另一侧端的壁面1313，如此设置使得噪声在入口板组1内的声道形成迷宫式的蛇形通道，如图1中的双点划线所示的路径，需要理解到，这仅是传播路径的示意，而非指沿着点划线传播，实际上如上所述的，噪声在入口板组1中是不断地反射传播的。迷宫式的蛇形通道进一步延长了噪声在进入蜂窝芯2之前的声学通道长度，提高了声衬的降噪量，拓宽了声衬件的吸声频带，宽频性能更佳，对于涡轮风扇发动机不同工况下的噪声均可以进行有效的降噪。

继续参考图1，第一斜孔、通道的斜面以及第二斜孔的倾斜角度关系可以是，相邻的第二入口板的第二斜孔的倾角相反，例如相邻的第二入口板12、13，第二入口板12的第二斜孔1221的倾角为a，第二入口板13的第二斜孔1321的倾角为－a。第一斜孔1111的倾角与其相邻第二入口板12的第二斜孔1221的倾角相反，此处为-a。而对于单个第二入口板而言，以第二入口板12为例，每个通道1211的壁面1212、1213的倾斜角相同，每个第二斜孔1221的倾角相同，第二斜孔1221与壁面1212、1213的倾角也相同，均为a。如此易于在不同层的第二入口板均形成可靠的噪声反射结构以及噪声传播停滞的空间，同时相邻层的倾角相反，构成了一种类似于交错支承的结构，保证了入口板组足够的强度，这对于厚度本身就较薄还需要挖空开设通道，并且需要在气流强度较大的涡轮风扇发动机设置的入口板组1更具有意义。

承上所介绍的，以上实施例的入口板组1可以单独成形，再与蜂窝芯2以及背板3组装成为声衬件10。入口板组1包括第一入口板11，位于入口板组1的顶部，第一入口板11包括第一斜孔板111，具有第一斜孔111。还包括多个第二入口板12、13、14，在第一入口板11的下方堆叠，以第二入口板12为例，包括上部121以及下部122，上部121包括多个相互分隔的通道1211，通道的壁面1212、1213为斜面，下部122包括第二斜孔板1220，具有第二斜孔1221。

在一些实施例中，如图3以及图4所示的，蜂窝芯2的蜂窝单元21可以嵌套结构，即蜂窝单元21包括由中心向外围分布的多个蜂窝体，包括由内向外被嵌套的第一蜂窝体211、第二蜂窝体212、第三蜂窝体213、第四蜂窝体214，具体数量不以图中公开数目为限。第一蜂窝体211、第二蜂窝体212、第三蜂窝体213、第四蜂窝体214的高度不同，即单个蜂窝单元21的结构是包括多个高度不同的蜂窝体，克服了现有的共振腔的高度固定，导致现有的声衬吸收的噪声频率单一，仅仅能降低一个频率的噪声，吸声能力有限的不足之处，进一步提高了声衬件10的降噪能力。如图4所示的，蜂窝体的壁面还可以设置有排水孔210，在面临雨水的环境时，雨水进入声衬件10后，可以顺着排水孔210流出声衬，避免出现浸泡声衬的情况，以保护声衬件，延长声衬件的使用寿命。

综上，采用以上实施例介绍的声衬件、动力推进系统的有益效果包括但不限于，通过第一入口板为斜孔板、第二入口板的下部为斜孔板、第二入口板的上部为通道的壁面为斜面的设置，以及上部的第二入口板的多个相互分隔的通道的设置，使得噪声声波在入口板在上部的通道内发生反射后通过下部的斜孔继续进入下方的第二入口板的通道进行反射，以上过程在多层堆叠的第二入口板重复，如此进一步提升了降噪量，同时也延长了进入蜂窝芯之前的声道长度，拓宽了声衬件的吸声频带，进一步地，降低了动力推进系统的噪声。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种声衬件，其特征在于，包括：

入口板组；

蜂窝芯；以及

背板；

其中，所述入口板组位于顶部，所述背板位于底部，两者之间为蜂窝芯，形成顶部开口底部封闭的共振腔；所述入口板组包括位于顶部的第一入口板，其包括第一斜孔板，具有第一斜孔；在所述第一入口板下方堆叠有多个第二入口板，所述第二入口板包括上部以及下部，所述上部包括多个相互分隔的通道，所述通道的壁面为斜面，所述下部包括第二斜孔板，具有第二斜孔；所述第一斜孔与相邻的所述第二斜孔错开布置；相邻堆叠的所述第二入口板，位于上方的第二入口板的第二斜孔板的第二斜孔位于下方的第二入口板的通道的一侧端的壁面，位于下方的第二入口板的第二斜孔板的第二斜孔位于所述第二入口板的通道的另一侧端的壁面。

2.如权利要求1所述的声衬件，其特征在于，相邻的所述第二入口板的第二斜孔的倾角相反。

3.如权利要求1所述的声衬件，其特征在于，所述第一斜孔的倾角与相邻的第二入口板的第二斜孔的倾角相反。

4.如权利要求1所述的声衬件，其特征在于，单个第二入口板的每个所述通道的壁面的倾斜角相同，每个所述第二斜孔的倾角相同；所述第二入口板的每个通道的宽度相同。

5.如权利要求1所述的声衬件，其特征在于，单个第二入口板的所述第二斜孔板的第二斜孔与所述通道的壁面的倾角相同。

6.如权利要求1-5任意一项所述的声衬件，其特征在于，所述入口板组通过增材制造加工一体成形。

7.一种动力推进系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的声衬件。

8.如权利要求7所述的动力推进系统，其特征在于，所述动力推进系统包括燃气涡轮发动机，其短舱管道壁面设置有如权利要求1-6任意一项所述的声衬件。

9.一种入口板组，用于声衬件，所述声衬件还包括蜂窝芯以及背板，所述蜂窝芯连接于所述入口板组后构成共振腔，其特征在于，所述入口板组包括：

第一入口板，位于所述入口板组的顶部，所述第一入口板包括第一斜孔板，具有第一斜孔；

多个第二入口板，在在所述第一入口板下方堆叠；所述第二入口板包括上部以及下部，所述上部包括多个相互分隔的通道，所述通道的壁面为斜面，所述下部包括第二斜孔板，具有第二斜孔；

其中，所述第一斜孔与相邻的所述第二斜孔错开布置；相邻堆叠的所述第二入口板，位于上方的第二入口板的第二斜孔板的第二斜孔位于下方的第二入口板的通道的一侧端的壁面，位于下方的第二入口板的第二斜孔板的第二斜孔位于所述第二入口板的通道的另一侧端的壁面。

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