CN114278459A - 航空发动机、降噪声衬及其声衬孔板 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种声衬孔板，能够提升声衬的吸声能力。本发明的另一目的在于提供一种降噪声衬。本发明的又一目的在于提供一种航空发动机。为实现前述一个目的的一种声衬孔板具有噪声进口侧以及噪声出口侧，声衬孔板包括设置在噪声进口侧的入口以及设置在噪声出口侧的出口，入口以及出口分别为沿第一方向的至少两个，且入口与出口一一对应设置；在每对入口与出口之间设置有声道组，声道组包括第一声道以及第二声道。第一声道呈蜿蜒曲折的迷宫式结构，具有靠近并与入口连通的第一声道入口以及第一声道出口，第一声道出口位于迷宫式结构的内部。第二声道，分别与入口以及出口连通。其中，在第一方向相邻两声道组中，第一声道出口相连通。

Description

航空发动机、降噪声衬及其声衬孔板

技术领域

本发明涉及一种航空发动机、降噪声衬及其声衬孔板。

背景技术

民用飞机的噪声问题对持续增长的航空运输业既是机遇，也是挑战。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不断变得严格，且国际民用航空组织(ICAO)对飞机噪声取证做出了详细的技术规范。航空发动机噪声作为飞机噪声的最大分量，其噪声级的大小直接关系到飞机适航签证的获取。为了应对这一问题，各国民用飞机、航空发动机制造商以及高校等科研院所开展了系统的发动机降噪措施研究，以达到噪声适航要求。

风扇噪声是现代民用航空发动机在起飞和降落状态下的主要声源。自喷气式航空发动机出现以来，声衬一直就是最主要的叶轮机噪声的控制手段。目前大型民机无一例外地依靠消声短舱技术满足噪声控制要求。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，消声短舱技术的贡献几乎占有一半。可见其至关重要的地位。

如图1示出了现有单层声衬结构的示意图，其包括面板91、蜂窝芯92以及刚性背板93，近年来声衬技术随着短舱降噪技术的革新，发展了自适应声衬技术、多自由度声衬技术及无缝声衬技术等。

然而发明人发现，现有的降噪声衬吸声能力有限，如何提升声衬的降噪能力是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声衬孔板，能够提升声衬的吸声能力。

本发明的另一目的在于提供一种降噪声衬，其包括前述声衬孔板。

本发明的又一目的在于提供一种航空发动机，其包括前述降噪声衬。

为实现前述一个目的的一种声衬孔板，具有噪声进口侧以及噪声出口侧，

所述声衬孔板包括设置在所述噪声进口侧的入口以及设置在所述噪声出口侧的出口，所述入口以及所述出口分别为沿第一方向的至少两个，且所述入口与出口一一对应设置；

在每对所述入口与所述出口之间设置有声道组，所述声道组包括：

第一声道，呈蜿蜒曲折的迷宫式结构，具有靠近并与所述入口连通的第一声道入口以及第一声道出口，所述第一声道出口位于所述迷宫式结构的内部；以及，

第二声道，分别与所述入口以及所述出口连通；

其中，在所述第一方向相邻两声道组中，所述第一声道出口相连通。

在一个或多个实施方式中，所述入口由一组进口孔组成，在每组所述进口孔中，所述进口孔沿第二方向分布；

所述出口由一组出口孔组成，在每组所述出口孔中，所述出口孔沿第二方向分布。

在一个或多个实施方式中，所述第一方向为声衬孔板的长度方向，所述第二方向为声衬孔板的宽度方向。

在一个或多个实施方式中，所述出口孔具有比所述进口孔更小的孔径。

在一个或多个实施方式中，所述第二声道环绕设置于所述第一声道的外周侧。

在一个或多个实施方式中，在相邻两声道组中，所述第二声道彼此连通，所述第一声道彼此仅通过所述第一声道出口连通。

为实现前述另一目的的降噪声衬，其特征在于，包括至少一个穿孔板、至少一个蜂窝结构以及背板，其中，所述穿孔板为如前所述的声衬孔板。

在一个或多个实施方式中，所述蜂窝结构由多个蜂窝单元组成，每个所述蜂窝单元包括：

第一蜂窝体，具有靠近所述噪声进口侧的第一开口以及第二开口，所述第一蜂窝体的外周侧壁自所述第一开口与所述第二开口中的一方至另一方呈内收状；

第二蜂窝体，具有靠近所述噪声进口侧的第三开口以及第四开口，所述第二蜂窝体的外周侧壁自所述第三开口与所述第四开口中的一方至另一方呈外扩状；

其中，所述第二开口与所述第三开口具有相对应的开口轮廓，所述第一蜂窝体与所述第二蜂窝体通过将所述第二开口与所述第三开口对接而连通。

在一个或多个实施方式中，所述第一蜂窝体与所述第二蜂窝体为一体成形件。

在一个或多个实施方式中，每个所述蜂窝单元中侧壁上开设有通孔。

为实现前述又一目的的航空发动机，包括如前所述的降噪声衬。

本发明的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过提供一种内部具有复杂声道结构的穿孔板，声衬孔板内部具有迷宫式结构的第一声道，且相邻两第一声道的第一声道出口连通，使得一部分噪声在孔板中传递时需要通过两段复杂的迷宫式声道，延长了噪声在孔板中的传递路径，扩大了孔板的吸声频带，从而为提升声衬的吸声能力提供基础。

2)通过设置整体成两锥体对接而成的蜂窝单元，兼顾结构强度和噪声特性，增加了谐振腔的有效声学长度，增加了可衰减噪声的频率范围，从而使得本降噪声衬进一步具备宽频吸声效果。

3)通过在蜂窝单元的侧壁上开设通孔，使得蜂窝单元中各共振腔之间是相互交流的，延长了声波的共振路径长度，增加了可衰减噪声的频率范围。同时，由于第一蜂窝体的外周侧壁以及第二蜂窝体的外周侧壁分别为倾斜面，噪声通过上下斜面上的销孔分别垂直传播时会相互交叉干涉，声波波峰波谷叠加，起到相位抵消噪声的效果。

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示出了现有单层声衬结构的示意图；

图2示出了本声衬孔板一个实施方式的立体示意图；

图3示出了图2中沿A-A方向的剖视示意图；

图4示出了降噪声衬一个实施方式的剖视示意图；

图5示出了蜂窝结构中一个蜂窝单元的立体示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

需要说明的是，如后文所述的附图标记与背景技术中的附图标记采用不同的标记系统，二者的附图标记之间无关联。

文中一个或多个术语解释如下：

声道/声学通道(acoustic tunnel)：指在一整块穿孔板内部设计形成若干个复杂的声学通道，以形成的一种内部含复杂声道的穿孔板。

共振腔(resonant cavity)：一个比较有效的降噪器，常见的是Helmholtz型谐振器。为声衬内部的一个上端开口、四周封闭的腔体，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。

声衬(acoustic liner)：有效的降噪手段，典型的单层声衬主要由开孔面板、蜂窝芯共振腔以及刚性背板构成。

为进一步提升现有降噪声衬的吸声降噪能力，本发明的一个方面提供了一种声衬孔板，如图2示出了本声衬孔板一个实施方式的立体示意图。

声衬孔板1具有噪声进口侧1a以及噪声出口侧1b，如图3示出了图2中沿A-A方向的剖视示意图。声衬孔板1包括设置在噪声进口侧1a的入口11以及设置在噪声出口侧1b的出口12，入口11以及出口12分别为沿第一方向a设置的至少两个。可以理解的是，在图中所示的实施例中，入口11以及出口12分别为沿第一方向a设置的多个，入口11以及出口12的数量可以是两个或是其他与图中不同的合适个数。其中，入口11与出口12在声衬孔板1上呈一一对应设置，即对应每个入口11都具有一个出口12。如图3中所示的声衬孔板1的剖视示意图仅以示意性画法示出，声衬孔板1实际可具有更加复杂的构型。

在每一对入口11与出口12之间的声衬孔板1中设置有声道组13，每个声道组13都包括第一声道131以及第二声道132。如图3所示，第一声道131是呈蜿蜒曲折的迷宫式结构，需要说明的是，文中所指的迷宫式结构是指第一声道131在入口11与出口12之间的声衬孔板1中以蜿蜒曲折的方向进行延伸，通过在多处进行弯折，从而能够在声衬孔板1中具有更长的声学传递路径。迷宫式结构包括但不限于如图中所示的一种具有多处弯折的盘旋结构，以及与图示中不同的螺旋缠绕结构、蚊香型结构或其他合适的复杂盘旋结构。

第一声道131具有第一声道入口1311以及第一声道出口1312，第一声道入口1311设置于靠近入口11的位置，并与入口11连通，以允许噪声依次自入口11、第一声道入口1311进入至第一声道131中。第一声道出口1312位于迷宫式结构的内部，即，第一声道131在声衬孔板1中进行蜿蜒曲折地朝向内侧延伸，从而第一声道出口1312位于迷宫式结构的内部。

第二声道132分别与入口11以及出口12连通，以允许噪声自入口11进入第二声道132后并自出口12排出。

其中，请结合图2以及图3，在沿第一方向a上相邻两声道组13中的第一声道出口1312相连通。

当噪声自入口11进入欲穿过声衬孔板1时，一部分噪声自第二声道132穿过并自出口12排出，另一部分噪声自第一声道入口1311进入第一声道131，并沿第一声道131蜿蜒曲折的声道路径传递后，自第一声道出口1312进入到沿第一方向a上相邻位置第二个声道组13中的第一声道出口1312进入到该相邻的第一声道131中，然后噪声沿着第二个迷宫式声学通道的中心，逆方向在相邻的第二个迷宫式声学通道中衰减，并自相邻位置第一声道131的出口排出至大气中。

现在航空发动机上采用的降噪声衬主要是采用如图1所示的蜂窝夹心结构声衬，即顶层穿孔板，中间层共振腔和底层背板。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，且各个共振腔之间是相互间隔独立的，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。

本发明通过提供一种内部具有复杂声道结构的穿孔板，声衬孔板1内部具有迷宫式结构的第一声道131，且相邻两第一声道131的第一声道出口1312连通，使得一部分噪声在孔板中传递时需要通过两段复杂的迷宫式声道，延长了噪声在孔板中的传递路径，扩大了孔板的吸声频带，从而为提升声衬的吸声能力提供基础。

虽然本声衬孔板的一个实施例如上所述，但是在本声衬孔板的其他实施例中，本声衬孔板相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。

在声衬孔板的一个实施方式中，入口11由一组进口孔110组成，在每组进口孔110中，进口孔110沿第二方向b分布。对应地，出口12是由一组出口孔120组成，在每组出口孔120中，出口孔120沿第二方向b分布。在一个实施方式中，进口孔110和出口孔120是如图中所示的一排直孔，在其他一些与图中不同的实施方式中，进口孔110和出口孔120的形式已经设置数量可以有许多合适的变形或变化，如在一个实施方式中，进口孔110和/或出口孔120为斜孔，以进一步延长声学传递路径。

在声衬孔板的一个实施方式中，第一方向a为声衬孔板1的长度方向，第二方向b为声衬孔板1的宽度方向。在其他一些合适的实施方式中，第一方向a也可以是倾斜于声衬孔板1的长度方向设置，第二方向b为倾斜于声衬孔板1的宽度方向设置，从而进口孔110和/或出口孔120在声衬孔板1中是沿不规则的方式进行排列。

在声衬孔板的一个实施方式中，出口孔120具有比进口孔110更小的孔径，从而进一步提升了声衬孔板1的吸声频带。

在声衬孔板的一个实施方式中，第二声道132是如图3中所示，环绕设置于第一声道131的外周侧，从而在第二声道132围出的空间中，第一声道131形成如图中所示的曲折迷宫结构。

在声衬孔板的一个实施方式中，在沿第一方向a上相邻的两声道13中，第二声道132彼此连通，而第一声道131之间仅通过第一声道出口1312相连通，从而保证了一部分噪声需要经过在两组迷宫式声道内传递。

如前述一个或多个实施方式中的声衬孔板可以应用于一种降噪声衬中，如图4示出了降噪声衬一个实施方式的剖视示意图，其中降噪声衬包括依次设置的声衬孔板1、蜂窝结构2以及背板3。在其他一些与图示不同的实施方式中，降噪声衬也可以是双自由度声衬，其包括依次设置的声衬孔板1、蜂窝结构2、另一声衬孔板1、另一蜂窝结构2以及背板3。可以理解的是，本声衬孔板1可以应用于一种单自由度声衬或双自由度声衬中。可以理解的是，如图4中所示的降噪声衬的剖视示意图仅以示意性画法示出，降噪声衬实际可具有更加复杂的构型。

如图5示出了蜂窝结构2中一个蜂窝单元20的立体示意图，蜂窝结构2是由多个蜂窝单元20构成。

其中，每个蜂窝单元20包括第一蜂窝体21以及第二蜂窝体22。第一蜂窝体21具有靠近噪声进口侧1a的第一开口211以及第二开口212，第一蜂窝体21的外周侧壁23自第一开口211至第二开口212呈内收状，即第一蜂窝体21的整体外形自第一开口211至第二开口212整体内收。第二蜂窝体22具有靠近噪声进口侧1a的第三开口221以及第四开口222，第二蜂窝体22的外周侧壁24自第三开口221至第四开口222呈外扩状，即第二蜂窝体22的整体外形自第三开口221至第四开口222整体外扩。其中，第二开口212与第三开口221具有相对应的开口轮廓，从而第二开口212与第三开口221能够对接连通。第一蜂窝体21以及第二蜂窝体22通过将第二开口212与第三开口221对接而连通。通过设置整体成两锥体对接而成的蜂窝单元20，兼顾结构强度和噪声特性，增加了谐振腔的有效声学长度，增加了可衰减噪声的频率范围，从而使得本降噪声衬进一步具备宽频吸声效果。

可以理解的是，如图5中所示的蜂窝单元20结构可以存在合适的变形或变化，如在一个实施方式中，第一蜂窝体21的外周侧壁23自第一开口211至第二开口212呈外扩状，即第一蜂窝体21的整体外形自第一开口211至第二开口212整体外扩；而第二蜂窝体22的外周侧壁24自第三开口221至第四开口222呈内收状，即第二蜂窝体22的整体外形自第三开口221至第四开口222整体内收，同样能够使得蜂窝单元20具有倾斜的外壁体，以增加声学长度。

在蜂窝单元的一个实施方式中，第一蜂窝体21以及第二蜂窝体22的开口成六边形状，在其他一些合适的实施方式中，第一蜂窝体21以及第二蜂窝体22的开口也可以是其他合适的形状，如八边形状。

在蜂窝单元的一个实施方式中，第一蜂窝体21与第二蜂窝体22为一体成形件。

在蜂窝单元的一个实施方式中，第一蜂窝体21的外周侧壁23以及第二蜂窝体22的外周侧壁24上分别开设有通孔200。目前采用的蜂窝夹心声衬，中间共振腔是独立的，相互之间无交流，降噪仅仅依靠共振腔对声能量的耗散作用；由于声衬实际安装空间有限，限制了空腔高度，而共振腔高度又决定了吸声频率；进而限制了吸声频带，导致传统声衬仅能降低一个频率的噪声，降噪能力有限。通过在蜂窝单元20的侧壁上开设通孔，使得蜂窝单元20中各共振腔之间是相互交流的，延长了声波的共振路径长度，增加了可衰减噪声的频率范围。

同时，由于第一蜂窝体21的外周侧壁23以及第二蜂窝体22的外周侧壁24分别为倾斜面，噪声通过上下斜面上的销孔分别垂直传播时会沿如图5中的箭头x相互交叉干涉，声波波峰波谷叠加，起到相位抵消噪声的效果。

如前述一个或多个实施方式中的降噪声衬可以应用于一种航空发动机中。

本发明的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过提供一种内部具有复杂声道结构的穿孔板，声衬孔板内部具有迷宫式结构的第一声道，且相邻两第一声道的第一声道出口连通，使得一部分噪声在孔板中传递时需要通过两段复杂的迷宫式声道，延长了噪声在孔板中的传递路径，扩大了孔板的吸声频带，从而为提升声衬的吸声能力提供基础。

2)通过设置整体成两锥体对接而成的蜂窝单元，兼顾结构强度和噪声特性，增加了谐振腔的有效声学长度，增加了可衰减噪声的频率范围，从而使得本降噪声衬进一步具备宽频吸声效果。

3)通过在蜂窝单元的侧壁上开设通孔，使得蜂窝单元中各共振腔之间是相互交流的，延长了声波的共振路径长度，增加了可衰减噪声的频率范围。同时，由于第一蜂窝体的外周侧壁以及第二蜂窝体的外周侧壁分别为倾斜面，噪声通过上下斜面上的销孔分别垂直传播时会相互交叉干涉，声波波峰波谷叠加，起到相位抵消噪声的效果。

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 (11)

1.一种声衬孔板，具有噪声进口侧以及噪声出口侧，其特征在于，

所述声衬孔板包括设置在所述噪声进口侧的入口以及设置在所述噪声出口侧的出口，所述入口以及所述出口分别为沿第一方向的至少两个，且所述入口与出口一一对应设置；

在每对所述入口与所述出口之间设置有声道组，所述声道组包括：

第一声道，呈蜿蜒曲折的迷宫式结构，具有靠近并与所述入口连通的第一声道入口以及第一声道出口，所述第一声道出口位于所述迷宫式结构的内部；以及，

第二声道，分别与所述入口以及所述出口连通；

其中，在所述第一方向相邻两声道组中，所述第一声道出口相连通。

2.如权利要求1所述的声衬孔板，其特征在于，

所述入口由一组进口孔组成，在每组所述进口孔中，所述进口孔沿第二方向分布；

所述出口由一组出口孔组成，在每组所述出口孔中，所述出口孔沿第二方向分布。

3.如权利要求2所述的声衬孔板，其特征在于，所述第一方向为声衬孔板的长度方向，所述第二方向为声衬孔板的宽度方向。

4.如权利要求2所述的声衬孔板，其特征在于，所述出口孔具有比所述进口孔更小的孔径。

5.如权利要求1所述的声衬孔板，其特征在于，所述第二声道环绕设置于所述第一声道的外周侧。

6.如权利要求1所述的声衬孔板，其特征在于，在相邻两声道组中，所述第二声道彼此连通，所述第一声道彼此仅通过所述第一声道出口连通。

7.一种降噪声衬，其特征在于，包括至少一个穿孔板、至少一个蜂窝结构以及背板，其中，所述穿孔板为如权利要求1至6中任一项所述的声衬孔板。

8.如权利要求7所述的降噪声衬，其特征在于，所述蜂窝结构由多个蜂窝单元组成，每个所述蜂窝单元包括：

第一蜂窝体，具有靠近所述噪声进口侧的第一开口以及第二开口，所述第一蜂窝体的外周侧壁自所述第一开口与所述第二开口中的一方至另一方呈内收状；

第二蜂窝体，具有靠近所述噪声进口侧的第三开口以及第四开口，所述第二蜂窝体的外周侧壁自所述第三开口与所述第四开口中的一方至另一方呈外扩状；

其中，所述第二开口与所述第三开口具有相对应的开口轮廓，所述第一蜂窝体与所述第二蜂窝体通过将所述第二开口与所述第三开口对接而连通。

9.如权利要求8所述的降噪声衬，其特征在于，所述第一蜂窝体与所述第二蜂窝体为一体成形件。

10.如权利要求8所述的降噪声衬，其特征在于，每个所述蜂窝单元中侧壁上开设有通孔。

11.一种航空发动机，其特征在于，包括如权利要求7至10任一项所述的降噪声衬。

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