CN114537684A - 抵抗性蒙皮壳、进气口内壁、短舱、推进组件和飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于飞行器进气口的声学面板或内壁的抵抗性蒙皮壳，还涉及包括由这种抵抗性蒙皮壳形成的飞行器进气口的内壁、以及相应的飞行器短舱、飞行器推进组件和飞行器。抵抗性蒙皮壳包括在横向方向(Y)上穿孔金属带(10)和纵向方向(X)上延伸的复合实心带(20)的交替，穿孔金属带和复合实心带形成旨在与空气动力流接触的光滑外部面、及锯齿状内部面，复合实心带(20)具有大于穿孔金属带(10)的厚度。由于穿孔(30)设置在本质上抗磨损和侵蚀的金属带中，因此保证抵抗性蒙皮的声学性能的未来验证。由于较厚的复合实心带可确保蒙皮的机械强度，因此可减小穿孔金属带的厚度，从而允许穿孔具有也被减小的尺寸，对阻力的影响较小。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于生产声学壁的抵抗性蒙皮壳。更具体地，本发明涉及限定飞行器短舱的进气口的中央管道的抵抗性蒙皮壳(或部段)和声学壁。本发明尤其涉及包括由这种抵抗性蒙皮壳形成的飞行器进气口的内壁、以及相应的飞行器短舱、飞行器推进组件和飞行器。
背景技术
回顾了飞行器短舱从前到后包括空气动力流上游的第一区段(被称为进气口)、覆盖发动机风扇的外壳的第二区段(被称为风扇罩)、以及通常具有围绕发动机的涡轮本体的推力反向区、在空气动力流下游的第三区段。
进气口(比如附图2中所展示的进气口)通常包括结构元件(比如前框架101和后框架104)，并且从短舱的前部到后部包括唇缘100、外面板102、以及内壁103，该唇缘由前框架形成的，该外面板在短舱外部延续唇缘(并且形成进气口的外壁)，该内壁在短舱内延续唇缘并且限定允许将空气引导向发动机的中央管道，外面板和内壁由前框架101和后框架104承载。
进气口的形式及配备有其的系统需要能够避免冰或霜的形成和/或积聚，确保空气动力学功能，防止鸟进入包含发动机系统的风扇隔室，并且限制噪音的影响。为了实现这个最后目的，内壁103是声学壁，该声学壁包括：
-穿孔或微穿孔的抵抗性蒙皮，该抵抗性蒙皮形成壁的可见面(朝向进气口的中央管道内部取向的面)；这种抵抗性蒙皮的目的是允许声波通过，并且还可能至少部分地以热的形式耗散其能量，
-后蒙皮，该后蒙皮的基本功能是确保壁的结构强度，
-通常呈蜂窝形式的蜂窝状阻尼芯体，抵抗性蒙皮和后蒙皮固定在该蜂窝状阻尼芯两侧，该芯体对机械强度与声学抑制两者都有贡献，该芯体的主要功能是捕获和抑制声波。
众所周知，进气口的内壁的抵抗性蒙皮可以由数个(例如，四到十个)抵抗性蒙皮部段组成，这些抵抗性蒙皮部段对应于进气口的中央管道的角形部段，如图2中所展示。内壁的后蒙皮也是如此。每个抵抗性蒙皮部段被固定至前框架101和后框架104。不同的部段也使用鱼尾板被彼此固定。
每个抵抗性蒙皮部段是由基于纤维(例如，碳或玻璃)和可聚合树脂的复合材料制成的刚性壳。这种复合壳可以通过使用三维模具模制、通过纤维和树脂注射、或者通过将树脂或纤维和树脂二次注射(overinjection)到层片或织物上而获得。然后，在树脂聚合时，由模具直接赋予部段的形式。在变体中，抵抗性蒙皮部段可以在两个维度上被平坦地模制，然后经受成形操作，这样赋予其复杂的形状。如先前所解释，声学壁的抵抗性蒙皮、特别是进气口的内壁，必须允许声波通过。因此，在由复合材料制成的刚性壳中钻出通常呈圆形形式的孔口，以形成抵抗性蒙皮部段。
在FR 2 838 860中描述了包括多层抵抗性蒙皮壳的声学面板的示例。
此外，抵抗性蒙皮壳的声学规格取决于蒙皮的开放表面比(TSO)，即每单位蒙皮表面的孔口的表面积。
早期已知的抵抗性蒙皮的规格(声学、机械、热学等)对某些情况是令人满意的。然而，总是期望改善已知抵抗性蒙皮的声学性能，并且保证这种声学性能在短舱的整个寿命期间不会随着时间的推移而劣化。
发明内容
本发明旨在通过提出一种用于飞行器进气口的声学面板或内壁的抵抗性蒙皮壳来实现此目的，该抵抗性蒙皮壳更耐剥离和磨损并且其开放表面比在持续时间内得以保证。
为此，本发明提出了一种用于飞行器进气口的声学面板或内壁的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，该抵抗性蒙皮壳包括穿孔金属带，这些穿孔金属带在纵向方向上延伸并且在横向方向(正交于纵向方向的方向)上彼此间隔开，这些穿孔金属带具有旨在与空气动力流接触的前端面(被称为外部面)和相反前端面(被称为内部面)，这些穿孔金属带通过由纤维增强聚合物材料制成的复合实心带彼此联接，这些复合实心带具有与这些穿孔金属带的外部面齐平的外前端面，使得抵抗性蒙皮壳具有光滑的外部面，此外，这些复合实心带具有的厚度大于这些穿孔金属带的厚度，使得这些复合实心带具有相对于这些穿孔金属带的内部面凸起的内部面。
在整个申请中，表述“穿孔金属带”指的是设置有用于声波的通过的穿孔或微穿孔(即如下孔)的金属带，这些孔的尺寸可以是毫米量级(穿孔)、或微米量级、或至少十或一百微米左右(微穿孔)。
根据本发明，如上所限定的，抵抗性蒙皮壳的穿孔或微穿孔因此位于金属带中、并且仅在其中，不像在如由FR 2 838 860中披露的已知早期蒙皮中，孔口形成在复合材料的层中。根据本发明使用的金属带比早期抵抗性蒙皮的复合层更不容易腐蚀，并且降低其金属带的TSO由于穿孔的连续性中材料的剥离而增加的风险。
因此，根据本发明的抵抗性蒙皮提供经得起未来考验的声学性能，同时由于在穿孔金属带之间存在增强的复合实心带，该抵抗性蒙皮具有适合用于生产飞行器进气口的内壁的机械强度，该飞行器进气口的内壁经受大的机械应力。复合实心带的厚度实际上可以根据抵抗性蒙皮壳所需的机械特性来选择。
此外，穿孔设置在厚度更小的金属带中的事实使得不仅可以保证穿孔的低侵蚀(因为带的性质)，而且可以提供更小尺寸的穿孔(因为带的低厚度)，也就是说穿孔或微穿孔对阻力的影响更小，并且没有这些穿孔或微穿孔被堵塞的风险(当孔具有的直径大于钻孔层的厚度时，这种风险被限制或甚至为零)。
综上，本发明因此提出了一种混合抵抗性蒙皮壳，该混合抵抗性蒙皮壳由穿孔金属(纵向)带和复合实心(纵向)带(在横向方向上)交替形成，穿孔金属(纵向)带确定蒙皮的声学特性并且保证这些特性的未来验证，复合实心(纵向)带基本上有助于蒙皮的机械强度。
根据本发明的可能特征，穿孔金属带具有倒角和/或不规则的纵向边缘，这些边缘被配置为便于和/或加强构成复合实心带的纤维增强复合聚合物在金属带上的附接。
根据本发明的可能特征，金属带具有穿孔或微穿孔，这些穿孔或微穿孔在纵向方向上具有较大的尺寸和/或在横向方向上具有较小的尺寸。这种特征使得有可能限制由穿孔或微穿孔产生的阻力。然而，本发明不限于这种配置，且相反情况也是可能的。
根据本发明的可能特征，金属带具有长方形的穿孔或微穿孔，例如矩形或椭圆形。
这些长方形穿孔或微穿孔有利地具有在0.15mm至2mm之间的宽度、以及在0.6mm至20mm之间的长度。如果它们是微穿孔，则宽度优选地在0.15mm至0.5mm之间，更优选地在0.3mm至0.4mm之间；并且长度优选地在2mm至12mm之间，更优选地在3mm至5mm之间。如果它们是穿孔，则宽度优选地在1mm至2mm之间，更优选地在1.5mm至2mm之间；并且长度优选地在10mm至20mm之间。
根据本发明的可能特征，无论它们是穿孔还是微穿孔(长方形)，穿孔或微穿孔的长度与宽度之间的比率(长度除以宽度)有利地大于或等于2，优选地在2(包含)至10(包含)之间，更优选地大于或等于4或者在4(包含)至10(包含)之间。这样的比率使得可能获得显著的阻力降低。
在有利的特定实施例中，长方形微穿孔度量为0.3mm乘1.8mm。在另一特定实施例中，微穿孔是圆形的，具有的直径在0.25mm至0.35mm之间，优选地为0.3mm左右。
在上文的两个特定实施例中，微穿孔可以通过电子束钻孔、并且以每秒50个孔左右的高速率获得。
根据本发明的可能特征，穿孔金属带具有的厚度在0.10mm至0.4mm之间，优选地在0.2mm至0.3mm之间。
根据本发明的可能特征，复合实心带具有的厚度在0.3mm至0.6mm之间，优选地在0.4mm至0.5mm之间。
根据本发明的可能特征，复合实心带具有的厚度比穿孔金属带的厚度大至多0.2mm。
根据可能的特征，复合实心带局部具有可变的厚度。特别地，复合实心带有利地在纵向方向(X)上具有可变的厚度，即可以从一个横向平面(对应于进气口的轨道平面的壳的横向平面)变化到另一个的厚度。因此，例如，对于所有的或至少一个复合实心带，在至少一个横向平面(或轨道平面)中提供局部更大(与带的其余部分的厚度相比)的带厚度是有利的。换句话说，复合实心带在一个或多个横向平面中具有超厚度，该超厚度在进气口的内壁中形成一个或多个低轨道壁，该一个或多个低轨道壁可以减缓、甚至完全避免空气沿着进气口的任何再循环。鉴于进气口中纵向方向X上存在的压力差，空气可以在进气口的一个点处渗入进气口的内壁，并且在进气口的另一个点处(例如更下游)从内壁重新出现；因此，空气再循环现象可以由沿进气口普遍存在的压力差产生。复合实心带中形成的低轨道壁使得有可能减缓或避免这种现象。
根据可能的特征，复合实心带由复合材料制成，该复合材料通过纯树脂或添加纤维的树脂的模制或包覆模制、注射或二次注射而形成。包覆成型、注射或二次注射使得有可能在工业上生产壳，其中复合实心带在某些横向平面中可以局部具有更大的厚度。这些方法提供了局部适应的能力，而且这样不会损害整个工业手段。
根据本发明的可能特征，穿孔金属带由选自不锈钢、钛等、以及上述材料的合金的材料制成。
根据本发明的可能特征，复合实心带由基于纤维的复合材料制成，并且被嵌入聚合物中，这些纤维选自碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉、芳纶纤维等，该聚合物选自热塑性树脂，这些热塑性树脂包括聚醚醚酮(PEEK)族的树脂和聚醚酰亚胺(PEI)族的树脂。
本发明扩展到飞行器进气口的内壁，该内壁包括被配置为允许声波通过的抵抗性蒙皮、被配置为阻尼所述声波的蜂窝状芯体、以及结构后蒙皮，其特征在于，该内壁的抵抗性蒙皮由根据本发明的抵抗性蒙皮壳组成，这些抵抗性蒙皮壳的纵向平行于进气口的中心轴线或轴向方向。
根据可能的特征，该进气口的内壁还包括在抵抗性蒙皮与蜂窝状芯体之间的绕组，该绕组要么由多个复合实心带组成、要么由单个螺旋复合实心带组成，该多个复合实心带在横向平面中全部围绕中央管道延伸并且在进气口的轴向方向上彼此间隔开，该单个螺旋复合实心带缠绕在所述管道周围。
本发明扩展到飞行器短舱，该飞行器短舱包括进气口，该进气口具有根据本发明的内壁。本发明还扩展到配备有这种短舱的推进组件，以及包括至少一个如此配备的推进组件的飞行器。
附图说明
根据示例性实施例，通过参考附图阅读以下以指示性和非限制性方式给出的详细描述，将很好地理解本发明，并且其优点将变得更加明显，在附图中：
图1是飞行器的透视图。
图2是现有技术的进气口的分解透视图，但是该进气口可以由根据本发明的抵抗性蒙皮壳生产。
图3是根据本发明的抵抗性蒙皮壳的第一实施例的内前端面的透视图。
图4是图3的抵抗性蒙皮壳的外前端面的透视图。
图5是图3和图4的抵抗性蒙皮壳的透视截面视图。
图6是根据本发明的抵抗性蒙皮壳的第二实施例的内前端面的透视图。
图7是根据本发明的抵抗性蒙皮壳的第三实施例的内前端面的透视图。
在上述附图中相同的元件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了双发动机飞行器，该飞行器的两个短舱200具有进气口，该进气口具有由根据本发明的抵抗性蒙皮壳生产的抵抗性蒙皮。
图3至图5表示根据本发明的抵抗性蒙皮壳的第一实施例。在这些图中只能看到壳的一部分。
该抵抗性蒙皮壳包括穿孔金属带10，即设置有穿孔或微穿孔30的金属带。这些穿孔金属带10在壳的纵向方向X上延伸，并且在横向方向Y上彼此间隔开。
在两个相继的穿孔金属带10之间延伸有复合实心带20，该复合实心带粘附到两个金属带并且固定它们。复合实心带20可以由例如基于碳纤维和PEI树脂的复合材料制成。
复合带优选地通过在3D模具中包覆成型金属带而获得，该3D模具具有待生产的抵抗性蒙皮壳的形式。
金属带具有第一前端面14(在图4中可见)，该第一前端面被限定为外部面，因为其旨在形成飞行器进气口的中央管道的可见面，即进气口的内壁的外部面。金属带具有相反的前端面12(在图3和图5中可见)，该相反的前端面被限定为内部面12，因为其旨在位于进气口的内壁内、抵靠蜂窝状芯体(例如蜂窝芯体，未示出)。同样，复合实心带包括外前端面26(在图4中可见)和内前端面22(在图3和图5中可见)。
金属带的外前端面14和复合实心带的外前端面26在同一平面或同一圆顶状表面上延伸，也就是说，每个穿孔金属带10的外部面14与邻近所述穿孔金属带的两个复合实心带10的外前端面26的表面齐平，同样地，每个复合实心带20的外部面26与邻近所述复合实心带的两个穿孔金属带10的外前端面14的表面齐平。穿孔金属带的外部面14和复合实心带的外部面26因此形成进气口的内壁的光滑外部面，如可以在图4中所见。
相反，复合实心带的内前端面22相对于穿孔金属带22的内前端面12悬垂地延伸，使得每个复合实心带在抵抗性蒙皮壳的内前端面中产生两个肩部24。换句话说，抵抗性蒙皮壳的内部面呈现出纵向延伸的、分别由复合实心带和穿孔金属带形成的峰和谷的交替。优选地，肩部24的高度不超过0.2mm。
通过定义，每个穿孔金属带10包括穿孔或微穿孔30。在该第一实施例中，穿孔或微穿孔30是长方形的或甚至矩形的，具有在纵向方向X上延伸的较大尺寸(长度)和在横向方向Y上的较小尺寸(宽度)，规定蒙皮壳的纵向方向X旨在与待生产的进气口的轴向方向一致。
穿孔金属带10具有的厚度例如为0.2mm至0.3mm，以及穿孔金属带的穿孔30的宽度在0.3mm至0.4mm之间且长度在3mm至4mm之间。此外，复合实心带20具有对应于两个层片或更多层片的厚度，如果需要的话，例如在0.4mm至0.5mm之间，复合带与金属带之间的厚度差优选地被限制在0.2mm。有时，规则地或不规则地(例如在横向方向X上具有25mm至100mm的间隔)，复合实心带可以具有40mm左右的高度，以产生低轨道壁，从而减缓或避免进气口中的空气在纵向方向X上的再循环。
此外，在该第一实施例中，每个穿孔金属带10在所述带的外部面14的侧部上具有倒角的纵向边缘。这些倒角16促进了相邻复合实心带20与穿孔金属带10的附接。也可以在金属带10的内部面12的侧部上设置另外两个倒角。作为变体或组合，金属带的槽(纵向边缘)可以具有不规则性，其目的同样是加强复合带与金属带之间的附接。
图6展示了第二实施例。像第一实施例一样，该第二实施例包括主要在蒙皮壳的纵向方向X上延伸的穿孔金属带110和复合实心带120。另一方面，该第二实施例与第一实施例的不同之处在于，第二实施例的金属带110包括主要在横向方向Y(而非X)上延伸的长方形或矩形穿孔或微穿孔。
如前所述，复合实心带120通过在3D模具中包覆成型金属带110而获得，沉积在两个穿孔金属带110之间的纤维增强复合材料的厚度大于所述金属带的厚度。
在图7所展示的第三实施例中，复合材料不仅被注射在沿纵向方向X延伸的穿孔金属带210之间，以便获得纵向实心带220，而且部分地注射在金属带上方，以便获得另外的横向复合实心带240(在横向方向Y上延伸)。复合实心带220和240因此形成金属带210的超厚度网格，露出穿孔的正方形(或者可能是矩形)区。
面向横向复合实心带240的穿孔金属带(纵向)的穿孔或微穿孔230被注射的复合材料填充；作为变体，可以提供与横向复合实心带240成线的没有穿孔的金属带。
该组复合带220、240确保金属带210机械联接在一起。此外，纵向复合实心带220旨在基本上吸收进气口的内壁经受到的轴向力，而横向复合实心带240有效地吸收轨道力和径向力。
本发明扩展到进气口的内壁，该内壁包括多个根据本发明的抵抗性蒙皮壳，每个壳对应于例如空气进气管道的部段。
该内壁另外包括蜂窝状芯体，该蜂窝状芯体例如由粘合到每个蒙皮壳的内部面的蜂窝面板组成，蜂窝状芯体在所述内部面上与交联膜的对接优选地补偿复合实心带相对于穿孔金属带产生的超厚度(如果超厚度不超过0.2mm，则获得这种效果)。内壁最后包括结构后蒙皮，该结构后蒙皮可以由纤维增强聚合物的一个层片或多个层片组成。
还可以在抵抗性蒙皮壳与蜂窝状芯体之间提供绕组。这种绕组可以采取多个独立的圆形带或缠绕在抵抗性蒙皮壳周围的螺旋带的形式。然后，根据本发明的复合实心带的超厚度的高度必须考虑绕组的厚度来计量。
本发明不限于这些示例，而是扩展到落入所附权利要求的范围内的所有变体。
Claims (16)
1.一种抵抗性蒙皮壳，用于飞行器进气口的声学面板或内壁(103)，
其特征在于，所述抵抗性蒙皮壳包括穿孔金属带(10；110；210)，所述穿孔金属带在纵向方向(X)上延伸并且在横向方向(Y)上彼此间隔开，所述穿孔金属带具有被称为外部面的旨在与空气动力流接触的前端面(14)、以及被称为内部面的相反前端面(12)，
并且所述穿孔金属带(10，110；210)通过在所述纵向方向(X)上延伸的复合实心带(20，120；220)彼此联接，所述复合实心带由纤维增强聚合物制成、并且具有与所述穿孔金属带的外部面齐平的外前端面(26)，因此所述抵抗性蒙皮壳具有光滑的外部面，所述复合实心带(20，120；220)另外具有的厚度大于所述穿孔金属带(10，110；210)的厚度，因此所述复合实心带具有相对于所述穿孔金属带的内部面凸起的内部面(22)。
2.根据权利要求1所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述穿孔金属带具有倒角的和/或不规则的纵向边缘(16)，所述纵向边缘被配置为有助于和/或加强构成所述复合实心带的纤维增强聚合物在所述穿孔金属带上的附接。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述穿孔金属带具有穿孔或微穿孔，所述穿孔或微穿孔在所述纵向方向(X)上具有较大的尺寸和/或在所述横向方向(Y)上具有较小的尺寸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述穿孔金属带(10，110；210)具有长方形的穿孔或微穿孔(30，130；230)。
5.根据权利要求4所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述长方形的穿孔或微穿孔具有在0.15mm至2mm之间的宽度、以及在0.6mm至20mm之间的长度。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述长方形的穿孔或微穿孔的长度与宽度之间的比率在2至10之间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述穿孔金属带(10，110；210)具有直径在0.25mm至0.35mm之间的圆形微穿孔。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述穿孔金属带(10，110；210)具有的厚度在0.1mm至0.4mm之间，并且所述复合实心带(20；120；220)具有的厚度在0.3mm至0.6mm之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述穿孔金属带(10，110；210)由金属材料制成，金属材料选自不锈钢、钛、不锈钢合金和钛合金。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述复合实心带(20，120；220)由基于纤维的复合材料制成，并且被嵌入选自热塑性树脂的聚合物中，所基于的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉、芳纶纤维，所述热塑性树脂包括聚醚醚酮PEEK族的树脂和聚醚酰亚胺PEI族的树脂。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的抵抗性蒙皮壳，其特征在于，所述复合实心带(20，120，220)在所述纵向方向(X)上具有可变的厚度，在至少一个横向平面上具有局部更大的厚度。
12.一种飞行器进气口的内壁(103)，所述内壁包括被配置为允许声波通过的抵抗性蒙皮、被配置为阻尼所述声波的蜂窝状芯体、以及结构后蒙皮，其特征在于，所述内壁的抵抗性蒙皮由根据权利要求1至11中任一项的抵抗性蒙皮壳组成，所述抵抗性蒙皮壳的纵向方向平行于所述飞行器进气口的中心轴线。
13.根据权利要求12所述的飞行器进气口的内壁，其特征在于，所述内壁还包括在所述抵抗性蒙皮与所述蜂窝状芯体之间的绕组，所述绕组：要么由多个复合实心带组成，所述多个复合实心带在横向平面内全部围绕由所述抵抗性蒙皮形成的中央管道延伸并且在所述纵向方向上彼此间隔开；要么由单个螺旋复合实心带组成，所述单个螺旋复合实心带缠绕在由所述抵抗性蒙皮形成的中央管道周围。
14.一种飞行器短舱(200)，包括具有根据权利要求12和13中任一项所述的内壁的飞行器进气口。
15.一种飞行器推进组件，包括根据权利要求14所述的飞行器短舱(200)。
16.一种飞行器，包括至少一个根据权利要求15所述的飞行器推进组件。
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