CN117211962A - 一种多自由度消音金属蜂窝芯体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属蜂窝技术领域，具体涉及一种多自由度消音金属蜂窝芯体及其制造方法。其包括上面板、下面板、金属蜂窝芯格及固定填充于金属蜂窝芯格内的消音隔膜，上面板为穿孔板，下面板为刚性板，上面板、下面板分别贴设于金属蜂窝芯格的上、下端面。该多自由度消音金属蜂窝芯体及其制造方法的目的是解决多自由度蜂窝制备后无法准确检测及载荷无法连续性传递的问题。

Description

一种多自由度消音金属蜂窝芯体及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属蜂窝技术领域，具体涉及一种多自由度消音金属蜂窝芯体及其制造方法。

背景技术

对于大型飞机，噪声水平是其一个重要指标，为减少发动机噪音的向外辐射，消音蜂窝结构是用来消音降噪的首选结构，在发动机不同部位、不同温区铺设了不同材料的消音蜂窝声衬结构，以满足其降噪、承载、环境及噪声疲劳各方面要求。

传统典型消音蜂窝声衬结构由多孔板、蜂窝芯、实体板三部分组成，如图1所示，从而构成了由多元闭合空腔组成的赫姆霍兹共振器组，穿孔面板与实体板之间距离起着改变共振频率的作用。当消音蜂窝结构安装在发动机的气流通道上，多孔面板就暴露在发动机产生的噪音声波中，当声波经过多孔面板时，面板破坏了反射波，当入射声波的频率和系统的共振频率一致时，穿孔板微孔中的空气产生粘性阻尼效应，继续产生的入射波与反射波相互抵消，另外声波与面板、蜂窝芯格壁产生摩擦将声能转化成热能从而降低噪声。

单自由度蜂窝声衬结构受限于固定的表面穿孔板尺寸和蜂窝尺寸，在其共振区间内吸声效果明显，但是在远离共振频率处几无效果。为此，新一代大型客机短舱采用的都是双自由度声衬。双自由度结构虽然能够有效拓宽声衬的吸声频带，但是在制造和使用过程中存在以下问题：

1、上下蜂窝芯体无法完全对正(如图2所示)，影响整体构件的力传递；

2、中间面板与上下蜂窝芯体的焊合率检测困难；

3、由于双自由度蜂窝高度固定，其共振频率区间虽然相对于单自由度有提升，但是无法实现不同区域定制化的消音需求；

4、现有的复材多自由度蜂窝结构耐温能力不足。

因此，发明人提供了一种多自由度消音金属蜂窝芯体及其制造方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种多自由度消音金属蜂窝芯体及其制造方法，解决了多自由度蜂窝制备后无法准确检测的技术问题。

(2)技术方案

本发明的第一方面提供了一种多自由度消音金属蜂窝芯体，包括上面板、下面板、金属蜂窝芯格及固定填充于所述金属蜂窝芯格内的消音隔膜，所述上面板为穿孔板，所述下面板为刚性板，所述上面板、所述下面板分别贴设于所述金属蜂窝芯格的上、下端面。

进一步地，所述消音隔膜焊接于所述金属蜂窝芯格的蜂窝壁。

进一步地，所述消音隔膜为无孔箔材和/或穿孔箔材。

进一步地，所述消音隔膜沿所述金属蜂窝芯格的高度方向至少设置一层。

进一步地，所述消音隔膜与所述上面板平行设置。

本发明的第二方面提供了一种上述的多自由度消音金属蜂窝芯体的制备方法，包括以下步骤：

采用机械加工及冲压方式将箔材加工成消音隔膜；

将波纹带拼焊为金属蜂窝芯格；

将所述消音隔膜塞入所述金属蜂窝芯格内，并采用点焊或钎焊方法将其与所述金属蜂窝芯格的内壁固定，制备出消音金属蜂窝芯格；

将上面板、下面板及所述金属蜂窝芯格进行整体进炉钎焊，制备出多自由度消音金属蜂窝芯体。

进一步地，所述将波纹带拼焊为金属蜂窝芯格，具体为：

采用点焊方法将所述波纹带拼焊为所述金属蜂窝芯格。

进一步地，所述将所述消音隔膜塞入所述金属蜂窝芯格内，并采用点焊或钎焊方法将其与所述金属蜂窝芯格的内壁固定，具体为：

将所述消音隔膜的四周耳片冲压成预设角度，塞入所述金属蜂窝芯格内，并采用点焊方法将耳片与所述金属蜂窝芯格的内壁进行固定。

进一步地，在将所述消音隔膜塞入所述金属蜂窝芯格内之前，还包括：在所述金属蜂窝芯格内放入垫块。

进一步地，在采用点焊方法与所述金属蜂窝芯格的内壁固定之后，还包括：对金属蜂窝芯体进行加热并超声波清理，将所述垫块熔化。

(3)有益效果

综上，本发明通过采用消音隔膜代替中间穿孔板，与传统双自由度蜂窝结构相比，能够避免焊后超声波检测无法判定缺陷位置的难题，且上下蜂窝芯体为整体结构，承载能力较传统双自由度蜂窝结构更加优异；采用金属蜂窝芯格，耐温性能更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是典型消音蜂窝声衬结构的结构示意图；

图2是典型消音蜂窝双自由度声衬结构的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种多自由度消音金属蜂窝芯体的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种带孔箔材消音隔膜的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种消音隔膜的固定安装的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种消音隔膜的固定安装的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种多自由度消音金属蜂窝芯体的制备方法的流程示意图。

图中：

1-上面板；2-下面板；3-金属蜂窝芯格；4-消音隔膜；401-消音孔；402-耳片；5-垫块；6-中间穿孔板；7-蜂窝芯格。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图3是本发明实施例提供的一种多自由度消音金属蜂窝芯体的结构示意图，如图3-6所示，该金属蜂窝芯体可以包括上面板1、下面板2、金属蜂窝芯格3及固定填充于金属蜂窝芯格3内的消音隔膜4，上面板1为穿孔板，下面板2为刚性板，上面板1、下面板2分别贴设于金属蜂窝芯格3的上、下端面。

在上述实施方式中，采用消音隔膜4代替中间穿孔板，与传统双自由度蜂窝结构相比，能够避免焊后超声波检测无法判定缺陷位置的难题，且上下蜂窝芯体为整体结构，承载能力较传统双自由度蜂窝结构更加优异；采用金属蜂窝芯格，耐温性能更高。

消音隔膜的加工：消音隔膜可以采用无孔箔材和穿孔箔材等不同形式材料制备，然后采用冲压方法将消音隔膜冲压为所需的三维结构。加工时首先将带孔或不带孔箔材铺展后，采用机械加工方法加工出外形。消音隔膜的尺寸D按照设计要求加工，工艺耳片可根据实际需要加工为不同形式，隔膜厚度也可根据实际需要进行选用。

与现有单自由度蜂窝结构相比，本发明能够显著提高蜂窝结构的有效降噪频谱范围和降噪量，且消音隔膜高度可进行设计和排布，在有限空间内即可满足多范围的降噪频谱的降噪需求。

作为一种可选的实施方式，消音隔膜4焊接于金属蜂窝芯格3的蜂窝壁。其中，消音隔膜4采用点焊方法固定至蜂窝壁上，也可填充钎料钎焊辅助连接，对于其具体的连接方式不做限定。

作为一种可选的实施方式，消音隔膜4沿金属蜂窝芯格3的高度方向至少设置一层。其中，对于消音隔层4具体的设置数量不做限定，可根据蜂窝芯体对于消音要求的具体需求进行选取。

作为一种可选的实施方式，消音隔膜4与上面板1平行设置。在此需要说明的是，对于消音隔膜4的具体放置方向不做限定，可根据实际需求而确定消音隔膜的放置方向。

图7是本发明实施例提供的一种上述的多自由度消音金属蜂窝芯体的制备方法的流程示意图，如图7所示，该方法可以包括以下步骤：

S100、采用机械加工及冲压方式将箔材加工成消音隔膜；

S200、将波纹带拼焊为金属蜂窝芯格；

S300、将消音隔膜塞入金属蜂窝芯格内，并采用点焊方法将其与金属蜂窝芯格的内壁固定，制备出消音金属蜂窝芯格；

S400、将上面板、下面板及金属蜂窝芯格进行整体进炉钎焊，制备出多自由度消音金属蜂窝芯体。

在上述实施方式中，步骤S100中，首先采用机械加工方法将无孔箔材和穿孔箔材等不同形式材料加工出外形，然后采用冲压方法将消音隔膜冲压为所需的三维结构。

步骤S200中，将波纹带拼焊为金属蜂窝芯格，具体为：采用点焊方法将波纹带拼焊为金属蜂窝芯格。

步骤S300中，将消音隔膜塞入金属蜂窝芯格内，并采用点焊方法将其与金属蜂窝芯格的内壁固定，具体为：将消音隔膜的四周耳片冲压成预设角度，塞入金属蜂窝芯格内，并采用点焊方法将耳片与金属蜂窝芯格的内壁进行固定。其中，该预设角度的取值可以根据实际需求进行设定。

在将消音隔膜塞入金属蜂窝芯格内之前，还包括：在金属蜂窝芯格内放入垫块。为了保证消音隔膜4的高度一致，需在蜂窝芯格内塞入一块垫块5，消音隔膜4固定好将垫块5移除。以此类推，可制备为多自由度蜂窝芯体。在采用点焊方法与金属蜂窝芯格的内壁固定之后，还包括：对金属蜂窝芯体进行加热并超声波清理，将垫块熔化。在此需要说明的是该垫块为可熔性垫块，其熔点不大于300℃。

实施例1：不锈钢双自由度蜂窝夹层结构的制备

制备方法包括以下步骤：

1)不锈钢双自由度蜂窝结构选用1Cr17Ni2蜂窝芯，尺寸为100mm×100mm，高度为30mm，芯格尺寸为11.2mm，壁厚为0.1mm，上层穿孔板厚度为0.2mm，下层板厚度为0.8mm。

2)消音隔膜采用0.2mm厚的穿孔板进行加工，然后采用冲压方法将消音隔膜成型为三维结构。采用高度为15mm的六棱柱垫块，放入蜂窝芯体内部，将消音隔膜塞入蜂窝芯格内，使用电阻点焊方法固定消音隔膜耳片和蜂窝芯内壁。

3)抽出内部垫块后，将上层穿孔板和下层无孔板贴钎料，整体进炉钎焊，即可制备出双自由度不锈钢消音蜂窝壁板。

实施例2：钛合金三自由度蜂窝壁板的制备

制备方法包括以下步骤：

1)钛合金三自由度蜂窝结构选用TC4蜂窝芯，尺寸为100mm×100mm，高度为30mm，芯格尺寸为11.2mm，壁厚为0.1mm，上层穿孔板厚度为0.2mm，下层板厚度为0.8mm，材质均为TC4。

2)消音隔膜采用0.2mm厚的穿孔板按照图7加工。采用高度为20mm的六棱柱垫块，放入蜂窝芯体内部，将消音隔膜塞入蜂窝芯格内，使用电阻点焊方法固定消音隔膜耳片和蜂窝芯内壁，以此保证第一层消音隔膜距离底部位置为20mm。然后在第一层消音隔膜底部放置可溶性5mm厚度垫块，再将相同的消音隔膜采用相同方法固定至蜂窝壁上。

3)然后对蜂窝芯体进行加热并超声波清理，将内嵌的垫块熔化，蜂窝芯体内部镶嵌两层消音隔膜。最后将上层穿孔板和下层无孔板贴钎料，整体进炉钎焊，即可制备出三自由度钛合金消音蜂窝壁板。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度消音金属蜂窝芯体，其特征在于，包括上面板(1)、下面板(2)、金属蜂窝芯格(3)及固定填充于所述金属蜂窝芯格(3)内的消音隔膜(4)，所述上面板(1)为穿孔板，所述下面板(2)为刚性板，所述上面板(1)、所述下面板(2)分别贴设于所述金属蜂窝芯格(3)的上、下端面。

2.根据权利要求1所述的多自由度消音金属蜂窝芯体，其特征在于，所述消音隔膜(4)焊接于所述金属蜂窝芯格(3)的蜂窝壁。

3.根据权利要求1所述的多自由度消音金属蜂窝芯体，其特征在于，所述消音隔膜(4)为无孔箔材和/或穿孔箔材。

4.根据权利要求1所述的多自由度消音金属蜂窝芯体，其特征在于，所述消音隔膜(4)沿所述金属蜂窝芯格(3)的高度方向至少设置一层。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的多自由度消音金属蜂窝芯体，其特征在于，所述消音隔膜(4)与所述上面板(1)平行/非平行设置。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的多自由度消音金属蜂窝芯体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

采用机械加工及冲压方式将箔材加工成消音隔膜；

将波纹带拼焊为金属蜂窝芯格；

将所述消音隔膜塞入所述金属蜂窝芯格内，并采用点焊或钎焊方法将其与所述金属蜂窝芯格的内壁固定，制备出消音金属蜂窝芯格；

将上面板、下面板及所述金属蜂窝芯格进行整体进炉钎焊，制备出多自由度消音金属蜂窝芯体。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将波纹带拼焊为金属蜂窝芯格，具体为：

采用点焊方法将所述波纹带拼焊为所述金属蜂窝芯格。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述将所述消音隔膜塞入所述金属蜂窝芯格内，并采用点焊或钎焊方法将其与所述金属蜂窝芯格的内壁固定，具体为：

将所述消音隔膜的四周耳片弯折成预设角度，塞入所述金属蜂窝芯格内，并采用点焊或钎焊方法将耳片与所述金属蜂窝芯格的内壁进行固定。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在将所述消音隔膜塞入所述金属蜂窝芯格内之前，还包括：在所述金属蜂窝芯格内放入垫块。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在采用点焊方法与所述金属蜂窝芯格的内壁固定之后，还包括：对金属蜂窝芯体进行加热并超声波清理，将所述垫块熔化。