CN114074753A - 蜂窝件及其制造方法、蜂窝装置、声衬和航空发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消声降噪技术领域，特别涉及一种蜂窝件及其制造方法、蜂窝装置、声衬和航空发动机。本发明的蜂窝件，包括蜂窝壁，蜂窝壁围成横截面呈多边形的蜂窝腔，且蜂窝壁由多孔吸声材料制成。与由实心板制成的蜂窝壁不同，由多孔吸声材料制成的蜂窝壁，可以基于多孔吸声材料的阻性效果，拓宽吸声频带，改善降噪效果。
Description
技术领域
本发明涉及消声降噪技术领域，特别涉及一种蜂窝件及其制造方法、蜂窝装置、声衬和航空发动机。
背景技术
声衬是一种吸声结构，用于降低航空发动机的噪声，以减少飞机等飞行器座舱内的噪声和振动，提升乘坐舒适性。
作为一种典型的声衬结构形式，声衬包括面板、背板和蜂窝装置。面板上设有通孔。蜂窝装置夹设于面板和背板之间，并包括多个并联的蜂窝件。每个蜂窝件具有蜂窝壁，蜂窝壁围成横截面呈多边形的蜂窝腔。这样，基于亥姆霍兹共振(Helmholtz resonance)原理，声波通过面板上的通孔进入蜂窝腔中，通过热能消耗，达到降噪效果。
相关技术中，蜂窝壁一般由铝等金属材料或芳纶纤维等复合材料实心板构成，不仅重量较重，影响航空发动机的减重，同时吸声频带也较窄，影响航空发动机的降噪效果。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题为：改善降噪效果。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种蜂窝件，其包括：
蜂窝壁，蜂窝壁围成横截面呈多边形的蜂窝腔，且蜂窝壁由多孔吸声材料制成。
在一些实施例中，多孔吸声材料包括吸音棉。
在一些实施例中，吸音棉包括鸡蛋棉。
在一些实施例中，蜂窝件还包括支撑件，支撑件设置于蜂窝壁内部，对蜂窝壁进行支撑。
在一些实施例中，支撑件由轻金属材料或复合材料制成。
在一些实施例中，支撑件呈片状、柱状或网状。
在一些实施例中，蜂窝壁中支撑件的总体积小于蜂窝壁的总体积。
本发明第二方面提供一种蜂窝装置，其包括多个蜂窝件，并且，这多个蜂窝件中的至少一个为本发明的蜂窝件。
本发明第三方面提供一种声衬，其包括面板和背板，面板上设有第一通孔，背板与面板间隔地相对设置，并且该声衬还包括本发明的蜂窝装置，蜂窝装置设置于面板和背板之间。
在一些实施例中，声衬包括至少两个蜂窝装置，这至少两个蜂窝装置沿着由面板至背板的方向依次布置，且声衬还包括隔板，隔板上设有第二通孔，相邻的两个蜂窝装置之间由隔板分隔。
本发明第四方面提供一种航空发动机，其包括发动机本体，并且，其还包括本发明的声衬，声衬设置于发动机本体上。
本发明第五方面提供一种蜂窝件的制造方法，其包括：
将多孔吸声材料制成片状；
以片状多孔吸声材料作为蜂窝壁，并围成横截面呈多边形的蜂窝腔。
在一些实施例中，制造方法还包括：
在以片状多孔吸声材料作为蜂窝壁，并围成横截面呈多边形的蜂窝腔之后，将支撑件设置于蜂窝壁中。
与由实心板制成的蜂窝壁不同，由多孔吸声材料制成的蜂窝壁，可以基于多孔吸声材料的阻性效果，拓宽吸声频带，改善降噪效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一些实施例中声衬的立体示意图。
图2为图1所示声衬的侧视图。
图3为本发明一些实施例中蜂窝件的俯视图。
图4为图3中支撑件的立体图。
图5为支撑件的第一变型例。
图6为支撑件的第二变型例。
图7为支撑件的第三变型例。
图8为本发明一些实施例中蜂窝件的制造方法的流程框图。
图中：
10、声衬；
1、面板；11、第一通孔；
2、背板；
3、蜂窝装置；31、蜂窝件；311、蜂窝壁；312、蜂窝腔；313、支撑件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1-图7示例性地示出了本发明声衬的结构。图8示例性地示出了本发明蜂窝件的制造方法。
在本发明中，声衬10主要是指应用于航空发动机等上的蜂窝夹心式声衬。一些实施例中，声衬10设置于航空发动机(例如涡扇发动机)的发动机本体上，例如，声衬10设置于发动机本体的进气管道和排气管道上，用于降低航空发动机对外的辐射噪声。
参照图1，作为蜂窝夹心式声衬的声衬10，包括面板1、背板2和蜂窝装置3等。
面板1上设有第一通孔11。第一通孔11连通声衬10内部与外部，用于供声波进入声衬10内部。第一通孔11的数量一般为多个，分布于整个面板1上。第一通孔11的具体形状不作限制，例如可以为圆孔、椭圆孔、方孔或菱形孔等各种形状的孔。
一些实施例中，面板1为具有一定穿孔率的穿孔板。另一些实施例中，面板1也可以为金属丝网，或由编织或非编织的纤维材料制成。
背板2与面板1间隔地相对设置。若以面板1所在的一侧为上，则背板2所在的一侧为下，背板2设置在面板1下方，并与面板1之间具有间隔，以容纳蜂窝装置3。背板2上未设置孔，一般为刚性板，并与面板1大致平行地相对。
蜂窝装置3设置于面板1和背板2之间，并包括多个蜂窝件31。各蜂窝件31横向(即垂直于由面板1至背板2的方向的方向)地邻接。每个蜂窝件31均包括蜂窝壁311，且蜂窝壁311围成横截面呈多边形(例如六边形)的蜂窝腔312。蜂窝件31的彼此次相对的第一端和第二端分别与面板1和背板2连接。例如，一些实施例中，蜂窝件31的第一端和第二端分别与面板1和背板2通过环氧树脂粘合剂等粘合剂粘接。
基于上述设置，蜂窝装置3具有多个并联的蜂窝腔312，且蜂窝腔312的朝向面板1的一端通过第一通孔11与外部连通，同时朝向背板2的另二端被背板2密封。这样，各蜂窝腔312彼此隔离，并与面板1和背板2一起，形成多个并联的亥姆霍兹共振器，使得声衬10能基于亥姆霍兹共振(Helmholtz resonance)原理，进行消声降噪。
工作时，声波经由第一通孔11进入蜂窝腔312，通过热能消耗，达到消声降噪的目的。
由于航空发动机内的噪声为宽带谱，因此，期望声衬10具有较宽的吸声频带，以实现更好的消声降噪效果。
另外，声衬10在航空发动机上的敷设区域一般较大，具有一定重量占比，如果声衬10重量较大，会造成航空发动机的重量较大，限制航空发动机的减重空间。因此，采用较轻的声衬10是有利的。
然而，相关技术中的声衬10，一般重量较重，且吸声频带较窄。具体地，相关技术中，声衬10的蜂窝壁311一般由铝等金属材料或芳纶纤维等复合材料实心板构成，是一种实心蜂窝壁，重量较重，且蜂窝壁311自身并不起吸声作用。这种情况下，相关技术中，扩宽吸声频带，主要依靠增加蜂窝腔312的深度。然而，由于实际安装空间有限，蜂窝腔312的深度有限，因此，单纯依靠增加蜂窝腔312的深度，对声衬10吸声频带的扩宽幅度有限，导致声衬10的吸声频带仍较窄，影响吸声效果。
基于上述发现，本发明对声衬10的蜂窝件31结构进行改进，以使声衬10轻质且宽频，进而改善航空发动机的减重和降噪效果。
参照图1-3，在本发明的一些实施例中，蜂窝件31的蜂窝壁311不再由实心板制成，而是由多孔吸声材料制成。
多孔吸声材料内部含有大量的、互相贯通的且向外敞开的微孔，是具有阻性吸声功能的轻质材料。利用多孔吸声材料来制作蜂窝壁311，一方面可以有效减轻蜂窝壁311的重量，进而减轻蜂窝装置3、声衬10和航空发动机的重量，另一方面还使得蜂窝壁311自身即具有吸声作用，从而蜂窝壁311能利用多孔吸声材料的吸声特性来有效扩宽声衬10的吸声频带，改善声衬10的吸声效果，进而更充分地降低航空发动机的噪声。
可见，通过将蜂窝壁311由实心蜂窝壁改变为多孔吸声蜂窝壁，能使声衬10质轻且频宽，进而能有效减轻航空发动机的重量，并降低航空发动机的噪声。
在利用多孔吸声材料制造蜂窝件31时，参照图8，可以按照如下步骤进行：
S101、将多孔吸声材料制成片状；
S102、以片状多孔吸声材料作为蜂窝壁311，并围成横截面呈多边形的蜂窝腔312。
其中，用于制造蜂窝壁311的多孔吸声材料可以包括鸡蛋棉等吸音棉，换句话说，蜂窝壁311可以由鸡蛋棉等吸音棉制成。
吸音棉是一种人造无机纤维，具有重量轻，吸音率高等优点。其采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化状态下，借助外力吹制式甩成絮状细纤维，纤维和纤维之间为立体交叉，互相缠绕在一起，呈现出许多细小的间隙。
因此，利用吸音棉制造蜂窝壁311，可以实现较好的减重和降噪效果。
而鸡蛋棉又称波浪棉，或波峰棉，是一种表面呈凸凹波浪形的吸音棉。其内部充满细小空隙及半开孔结构，能大量吸收射入的声波能量，对声波起到衰减作用，是吸音降噪材料的高性能产品。
因此，利用鸡蛋棉制造蜂窝壁311，可以更有效地减轻重量，以及扩宽吸声频带，提升吸声效果。
图1-3示出了蜂窝壁311由鸡蛋棉制成时的实施例。如图1-3所示，由鸡蛋棉制成的蜂窝壁311，其壁面呈波浪形。
但应当理解，在其他实施例中，蜂窝壁311的壁面也可以呈其他形状，例如不规则的凹凸形，曲线形，折线形或者多种形状的组合。
另外，作为对上述各实施例的进一步改进，参照图1-3，一些实施例中，蜂窝件31还包括支撑件313，支撑件313设置于蜂窝壁311内部，对蜂窝壁311进行支撑。
通过在由多孔吸声材料制成的蜂窝壁311中进一步增加支撑件313，可以使蜂窝件31具有更高的强度和高度，从而能实现对面板1和背板2更可靠地支撑，有效提高蜂窝装置3的强度和刚度，改善声衬10的力学性能。
其中，支撑件313可以由轻金属材料或芳纶纤维等复合材料制成，以使蜂窝件31在包括支撑件313，具有较大强度和刚度的情况下，仍具有较轻的重量。
轻金属材料是指密度在4.5g*cm-3以下的金属材料。钠，镁，铝和钙等，均属于轻金属材料。例如，一些实施例中，支撑件313为铝制件。
支撑件313的形态可以多样。例如，参照图1-4，一些实施例中，支撑件313呈圆柱状。或者，参照图5，另一些实施例中，支撑件313为方柱状等其他柱状结构。再例如，参照图6和图7，又一些实施例中，支撑件313呈片状或网状等其他形状。其中，网状的支撑件313可以由片状件或柱状件等纵横交错形成。
另外，一些实施例中，蜂窝壁311中支撑件313的总体积小于蜂窝壁311的总体积。这样，在满足蜂窝件31强度和刚度要求的前提下，支撑件313的数量较少，可以减少因支撑件313所造成的质量增加。
参照图8，当蜂窝件3包括支撑件313时，制造蜂窝件31的方法，可以在步骤S102之后，还包括如下步骤：
S103、将支撑件313设置于蜂窝壁311中。
例如，参照图3，一些实施例中，多个支撑件313被沿着蜂窝壁311的周向均匀地布置于蜂窝壁311中。
基于上述各实施例的蜂窝件31，制成蜂窝装置3，并进一步制成声衬10，可以得到更加轻质且宽频的声衬10，从而可以实现更好的吸声效果，更有效地降低航空发动机的噪声，并更有效地减轻航空发动机的重量。
其中，在制造蜂窝装置3时，既可以将蜂窝装置3的所有蜂窝件31均设置为本发明的蜂窝件31，也可以只将其中的部分蜂窝件31设置为本发明的蜂窝件31。实际上，当蜂窝装置3的多个蜂窝件31中，至少一个被设置为本发明的蜂窝件31时，即可在一定程度上起到减重，以及扩宽吸声频带，改善吸声效果的作用。
另外，本发明所提供的声衬10，其可以仅包括一个蜂窝装置3，此时，声衬10为单层蜂窝声衬；或者，其也可以包括至少两个蜂窝装置3，且这至少两个蜂窝装置3沿着由面板1至背板2的方向依次布置，此时，声衬10具有至少两层蜂窝装置3，为多层蜂窝声衬。
在声衬10为多层蜂窝声衬时，相邻的两个蜂窝装置3之间可以由隔板分隔。其中，隔板上设有第二通孔，起到类似于面板1的作用。
其中，不同层的蜂窝装置3，其蜂窝腔312的深度和宽度，以及蜂窝壁311的壁面厚度，可以相同或不同，以满足更多样的吸声需求。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种蜂窝件(31)，其特征在于，包括：
蜂窝壁(311)，所述蜂窝壁(311)围成横截面呈多边形的蜂窝腔(312)，且所述蜂窝壁(311)由多孔吸声材料制成。
2.根据权利要求1所述的蜂窝件(31)，其特征在于，所述多孔吸声材料包括吸音棉。
3.根据权利要求2所述的蜂窝件(31)，其特征在于，所述吸音棉包括鸡蛋棉。
4.根据权利要求1-3任一所述的蜂窝件(31)，其特征在于，所述蜂窝件(31)还包括支撑件(313)，所述支撑件(313)设置于所述蜂窝壁(311)内部，对所述蜂窝壁(311)进行支撑。
5.根据权利要求4所述的蜂窝件(31)，其特征在于，所述支撑件(313)由轻金属材料或复合材料制成。
6.根据权利要求4所述的蜂窝件(31)，其特征在于，所述支撑件(313)呈片状、柱状或网状。
7.根据权利要求4所述的蜂窝件(31)，其特征在于，所述蜂窝壁(311)中支撑件(313)的总体积小于所述蜂窝壁(311)的总体积。
8.一种蜂窝装置(3)，包括多个蜂窝件(31)，其特征在于，所述多个蜂窝件(31)中的至少一个为权利要求1-7任一所述的蜂窝件(31)。
9.一种声衬(10)，包括面板(1)和背板(2)，所述面板(1)上设有第一通孔(11)，所述背板(2)与所述面板(1)间隔地相对设置，其特征在于，所述声衬(10)还包括如权利要求8所述的蜂窝装置(3)，所述蜂窝装置(3)设置于所述面板(1)和所述背板(2)之间。
10.根据权利要求9所述的声衬(10)，其特征在于，所述声衬(10)包括至少两个所述蜂窝装置(3)，所述至少两个蜂窝装置(3)沿着由所述面板(1)至所述背板(2)的方向依次布置，且所述声衬(10)还包括隔板，所述隔板上设有第二通孔，相邻的两个所述蜂窝装置(3)之间由所述隔板分隔。
11.一种航空发动机，包括发动机本体，其特征在于，还包括如权利要求9或10所述的声衬(10)，所述声衬(10)设置于所述发动机本体上。
12.一种蜂窝件(31)的制造方法，其特征在于，包括：
将多孔吸声材料制成片状；
以所述片状多孔吸声材料作为蜂窝壁(311)，并围成横截面呈多边形的蜂窝腔(312)。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，还包括：
在以所述片状多孔吸声材料作为蜂窝壁(311)，并围成横截面呈多边形的蜂窝腔(312)之后，将支撑件(313)设置于蜂窝壁(311)中。
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