CN117881529A - 用于制造具有倾斜空腔的声学面板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造声学面板(20)的方法,所述声学面板包括第一表皮(21)、第二表皮(22)和中间结构(23),中间结构围封在这些表皮(21,22)之间且形成相对于这些表皮倾斜的空腔(31)。该方法的特征在于,该方法包括中间聚合步骤:用于将中间结构(23)紧固到第一表皮(21)上以便增加中间结构的抗压强度且尤其支撑覆盖第二表皮(22)的自动操作。
Description
技术领域
本发明涉及用于航空工业的声学面板的领域。
背景技术
传统的飞行器推进单元包括声学面板,通常被称为“夹芯面板”,包括两个表皮和一个围封在它们之间的中间结构。中间结构通常是蜂窝结构,蜂窝结构形成吸声空腔或亥姆霍兹空腔,以减少推进单元产生的噪音。为此,旨在朝向噪音源定向的表皮通常通过穿过该表皮以能够引导空腔内的空气并因此吸收声能的孔而对空气可渗透。
一般来说,面板的厚度决定了空腔的长度,从而决定了它们的衰减能力。特别地,较长的空腔衰减较长的波,从而衰减较低的频率。
为了减少面板的占用面积,同时衰减由推进单元产生的低频,已知空腔以文献US3821999和WO92/12854中描述的方式倾斜。
与具有轴线垂直于表皮的空腔的结构相比,空腔的这种倾斜导致中间结构的抗压强度降低。
当面板制造包括自动覆盖操作时,由覆盖辊施加到中间结构的机械压力通常为约0.35MPa。在具有几何奇点的区域中,如果辊和层之间的接触表面相应减小,该压力可以达到1.5MPa。然而,据估计,对于其空腔以45°角倾斜且中其密度在67kg/m3至104kg/m3之间的中间结构,中间结构的抗压强度(通常在0.2Mpa至0.5MPa之间。
因此,存在中间结构在面板制造过程中被压碎的风险,需要手动进行部分覆盖,这增加了面板制造的成本。
发明内容
本发明旨在提供一种具有中间结构的声学面板,该中间结构形成倾斜空腔,其成本是有竞争力的并且不会增加面板的质量。
为此,本发明的目的是一种用于制造声学面板的方法,包括:
-在模具上布置包括树脂的材料的一个或多个第一层以形成面板的第一表皮的步骤,
-第一加热步骤:加热第一层以聚合树脂,
-在第一表皮上布置粘合材料的步骤,
-在粘合材料上布置包括空腔的中间结构的步骤,所述空腔一方面在中间结构的第一表面上开口并且另一方面在中间结构的第二表面上开口,所述空腔相对于第一表面和第二表面倾斜,使得粘合材料被围封在第一表皮和中间结构的第一表面之间,
-在中间结构的第二表面上布置包括树脂的材料的一个或多个第二层以形成面板的第二表皮的步骤,
-第三加热步骤:加热由第一表层、中间结构和第二表层形成的组件,以聚合第二层的树脂。
根据本发明,在布置第二层之前,该方法包括第二加热步骤:加热由第一表皮、粘合材料和中间结构形成的组件,以聚合粘合材料。
因此,第二加热步骤使得中间结构能够固定到第一表皮上,并且在布置第二层时防止中间结构相对于第一表皮滑动。
已经观察到,以这种方式将中间结构固定到第一表皮显著地增加了中间结构的抗压强度。事实上,由于中间结构在一侧上结合到第一表皮,形成中间结构的单元具有小得多的变形范围,因此更刚性。
更具体地,已经特别发现,对于密度为67kg/m3并且具有相对于该中间结构的第一表面以45度角倾斜的空腔的中间结构,进行所述第二加热步骤使得能够将抗压强度从0.2MPa增加到1.4MPa。
因此,本发明使得能够自动化覆盖操作,特别是所述第二层在中间结构上的布置,并且因此降低了制造面板所涉及的成本。
本发明也产生了这样的结果,而不增加中间结构的密度并因此也不增加面板的质量。
优选地,所述第一层中的一个或多个和/或所述第二层中的一个或多个通过覆盖机器人来布置。
当然,本发明也涵盖了手动执行所有覆盖操作的方法。
在一个实施例中,第一加热步骤和第三加热步骤包括用气体对被加热元件加压。
在这种情况下,所述被加热元件包括用于第一加热步骤的面板的第一表皮,以及用于第二加热步骤的由第一表皮、粘合材料和中间结构形成的组件。
在第三加热步骤期间施加的最大压力优选地低于在第一加热步骤期间施加的最大压力。
举例来说,在第一加热步骤期间施加的最大压力介于6巴至10巴之间,而在第三加热步骤期间施加的最大压力介于2巴至4巴之间。优选地,第二加热步骤相对于第一加热步骤CH1和第三加热步骤CH3在降低的压力下进行,该降低的压力通常在0.2巴至1.5巴之间。
在一个实施例中,第一加热步骤、第二加热步骤和第三加热步骤中的一个或多个在高压釜内进行,和/或第二加热步骤在烘箱或火炉中在气囊下进行。
所有这些加热步骤优选在高压釜中进行。
替代地,所述加热步骤中的一个或多个可以使用另一加热装置(例如火炉或烘箱)来进行。
根据第一替代实施例,该方法包括在第一加热步骤之后进行的刺穿第一表皮的步骤。
根据第二替代实施例,该方法包括在第三加热步骤之后进行的刺穿第二表皮的步骤。
这些替代方案可以组合。
该方法优选地包括在第一加热步骤之后进行的刺穿第一表皮的步骤,其中,在该刺穿步骤和第二加热步骤之间进行粘合材料的交联。
中间结构的空腔中的每一个优选地沿着轴线延伸,该轴线相对于中间结构的第一表面形成介于30度至60度之间的角。
例如,该角可以等于45度。
在一个实施例中,中间结构包括诸如铝的金属材料。
替代地,中间结构可以包括有机材料和/或包括合成纤维(如)或热塑性塑料(如PEEK)的材料。
在一个实施例中,第一层和第二层包括有机基质复合材料。
在一个实施例中,中间结构的密度小于130kg/m3,优选地小于或等于86kg/m3。
通过阅读以下非限制性的详细描述,本发明的其他优点和特征将变得明显。
附图说明
以下的详细描述参考附图,在附图中:
[图1]是安装有声学面板的飞行器推进单元的示意性纵向截面图;
[图2]是根据本发明的声学面板的示意性截面图,该声学面板包括具有倾斜吸声空腔的中间结构;
[图3]是根据第一实施例的声学面板的生产的流程图;
[图4]是根据第二实施例的声学面板的生产的流程图。
具体实施方式
图1和图2包括参考系D1、D2和D3,分别定义了相互正交的纵向/轴向方向、周向/切向方向和径向方向。
图1以简化的方式示出了飞行器推进单元1,飞行器推进单元包括围绕中心纵向轴线2延伸的涡轮机3和机舱4。在该示例中,涡轮机3是涡轮风扇发动机。
下文中,术语“前部”和“后部”根据推进单元1中沿轴线2的主气流方向S1来考虑,该主气流方向平行于方向D1。
以本身已知的方式,推进单元1从前到后包括:空气入口5;风扇6;在径向内部由内部整流罩8界定且在径向外部由机舱4的元件界定的次级管道7,该内部整流罩围绕由涡轮喷气发动机3形成的气体发生器9;以及用于喷射离开气体发生器9的主流的管口10。管口10包括喷射锥11和喷射管口12。
本发明更具体地涉及用于装配到这种推进单元1的声学面板20。
在这个没有任何限制性的示例中,推进单元1包括如下所述的多个声学面板20,如图1中的粗线所示。这些面板20包括形成空气入口5的内壁的面板20A、形成内部整流罩8的一部分的面板20B和限定次级管道7的面板20C、形成喷射锥11的外壁的面板20D以及形成喷射管口12的内壁的面板20E。
在该示例中,面板20A至20E中的每一个围绕轴线2周向延伸,形成环扇区。因此,特别地,每个面板20A在各自的圆周扇区上延伸,从而一起形成具有轴线2的环。刚刚对面板20A所描述的内容在必要的修改后适用于面板20B至20E。
根据本发明的面板20的横截面如图2所示,位于平行于方向D1和D3的截面上。
面板20包括第一表皮21、第二表皮22和中间结构23。
中间结构23具有内表面26和外表面27,在图2中的横截面中,内表面26和外表面27被示出是平坦的,并平行于方向D1。当然,在图2所示的横截面和/或其他横截面中,内表面26和/或外表面27都可以具有弯曲的几何形状。
在该示例中,中间结构23在周向方向D2上延伸,从而形成环扇区。
中间结构23包括分隔件30,分隔件30限定了径向和轴向延伸的空腔31。
在该示例中,大多数空腔31一方面在中间结构23的内表面26上开口,另一方面在中间结构的外表面上开口。
每个空腔31沿着相对于内表面26和外表面27倾斜的轴线32延伸。
在该示例中,每个空腔31的轴线32与表面26和27形成大约45°的角33。
就空腔31的几何形状而言,在该示例中,分隔件30被设计为使得每个空腔31在垂直于轴线32的平面中具有六边形横截面。替代地,空腔31中的一个或多个可以包括三角形、正方形或其他横截面。空腔31可以具有特别避免电讯(télégraphing)的任何其它形状。
第一表皮21,也称为内表皮,径向地布置在中间结构23的一侧上,以便遮盖该结构23的内表面26。由于内表皮21与中间结构23的内表面26齐平,在空腔31的轴线32和内表皮21之间也形成上述角33。
第二表皮22,也称为外表皮,径向地布置在中间结构23的另一侧上,以便遮盖中间结构23的外表面27。
在该示例中,外表皮22是实心的,而内表皮21包括开口(未示出),该开口被设计成将空气引导到空腔31中,以便吸收声能。
在该示例中,面板20具有介于30mm至40mm之间的厚度50或径向尺寸,并且表皮21和22各自具有介于0.2mm至2mm之间、例如1.0mm的厚度。
面板20优选地使用包括下述步骤的方法来制造。
参照图3,进行覆盖步骤DR1,在该覆盖步骤中,将多个层布置在模具(未示出)上,以形成面板20的内表皮21。
这些层包括有机基质复合材料,例如碳纤维,并且用可聚合树脂(例如环氧树脂)预浸渍。
在一个替代实施例中,多个层各自包括并置的条带。
在该示例中,多个层通过覆盖机器人(未示出)被布置在模具上,该覆盖机器人特别包括辊以将多个层压靠在模具上并且压靠在彼此上。
以这种方式布置的多个层与模具一起放置在高压釜(未示出)中,以便进行第一加热步骤CH1。
在本示例中,高压釜室用气体加压到介于6巴至10巴之间的最大压力,温度升高至介于100℃至250℃之间,更优选地介于150℃至220℃的水平,以聚合形成内表皮21的多个层中所含的树脂。
一旦内表皮21已经冷却和硬化,就进行穿孔步骤PE1,以形成上述开口。
然后将可聚合粘合材料(例如环氧树脂)的层放置在内表皮21上(步骤CO1),之后放置中间结构23(步骤SI1),使得粘合材料夹在内表皮21和中间结构23的内表面26之间。在去除中间结构23之前(例如通过吹热空气来)交联粘合层,从而不阻碍在步骤PE1中形成的声学开口。
在该示例中,中间结构23包括铝并且具有大约86kg/m3的密度。
然后将由内表皮21、粘合材料和中间结构23形成的组件放置在高压釜室中,以便进行第二加热步骤CH2。
高压釜室用气体加压,在本示例中加压到降低的最大压力,降低的最大压力在本示例中介于0.2巴至1.5巴之间,并将温度升高至介于150℃至230℃之间的水平,以便至少部分聚合粘合材料层。假定该压力降低,该步骤CH2可替代地在高压釜之外进行,例如在火炉或烘箱中在气囊下进行。
该第二加热步骤CH2使得中间结构23能够被固定到内表皮21。
然后进行第二覆盖步骤DR2,在第二覆盖步骤中,类似于上述多个层的多个层被布置在中间结构23的外表面27上,从而形成面板20的外表皮22。
然后将面板20放置在高压釜室中,以便进行第三加热步骤CH3。
高压釜室用气体加压,在本示例中,加压到介于2巴至4巴之间的最大压力,温度升高至介于100℃至250℃之间,优选介于150℃至230℃之间的水平,从而使形成外表皮22的多个层的树脂聚合。
当然,本发明不限于上述描述,并且该方法可以特别地包括以不同顺序进行的附加步骤和/或步骤。
例如,参考图4,可以省去刺穿内表皮21的刺穿步骤PE1,并且一旦经过第三加热步骤CH3的外表皮22已经冷却和硬化,就可以执行刺穿外表皮22的刺穿步骤PE2。
此外,可替代地,全部或部分覆盖可以手动进行和/或加热步骤CH1、CH2和/或CH3可以使用除高压釜以外的加热装置和/或通过使用任何适当的工具和加压装置进行。
此外,内表皮21和/或外表皮22的多个层也可以由不同材料的堆叠制成,例如玻璃纤维层和碳纤维层。
Claims (10)
1.一种用于制造声学面板(20)的方法,包括:
-在模具上布置包括树脂的材料的一个或多个第一层以形成所述面板(20)的第一表皮(21)的步骤(DR1),
-第一加热步骤(CH1):加热所述第一层以聚合所述树脂,
-在所述第一表皮(21)上布置粘合材料的步骤(CO1),
-在所述粘合材料上布置中间结构(23)的步骤(SI1),所述中间结构包括空腔(31),所述空腔各自一方面在所述中间结构(23)的第一表面(26)上开口,另一方面在所述中间结构(23)的第二表面(27)上开口,所述空腔(31)相对于所述第一表面和第二表面(26,27)倾斜,使得所述粘合材料被围封在所述第一表皮(21)和所述中间结构(23)的所述第一表面(26)之间,
-在所述中间结构(23)的所述第二表面(27)上布置包括树脂的材料的一个或多个第二层以形成所述面板(20)的第二表皮(22)的步骤(DR2),
-第三加热步骤(CH3):加热由所述第一表皮(21)、所述中间结构(23)和所述第二表皮(22)形成的组件,以聚合所述第二层的树脂,
其特征在于,在布置所述第二层之前,所述方法包括第二加热步骤(CH2):加热由所述第一表皮(21)、所述粘合材料和所述中间结构(23)形成的组件,以聚合所述粘合材料。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一层中的一个或多个和/或所述第二层中的一个或多个通过覆盖机器人来布置。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述第一加热步骤CH1和所述第三加热步骤CH3包括用气体对被加热元件加压,在所述第三加热步骤期间施加的最大压力低于在所述第一加热步骤期间施加的最大压力。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,在所述第一加热步骤CH1期间施加的最大压力介于6巴至10巴之间,并且其中,在所述第三加热步骤CH3期间施加的最大压力介于2巴至4巴之间,优选地,所述第二加热步骤CH2相对于所述第一加热步骤CH1和所述第三加热步骤CH3在降低的压力下进行,所述降低的压力通常在0.2巴至1.5巴之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,所述第一加热步骤、所述第二加热步骤和所述第三加热步骤中的一个或多个在高压釜内进行,和/或所述第二加热步骤在烘箱或火炉中在气囊下进行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,所述方法包括在所述第一加热步骤之后进行的刺穿所述第一表皮的步骤(PE1)和/或在所述第三加热步骤之后进行的刺穿所述第二表皮的步骤(PE2)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,所述方法包括在所述第一加热步骤之后进行的刺穿所述第一表皮的步骤(PE1),其中,所述粘合材料的交联在该刺穿步骤(PE1)和所述第二加热步骤(CH2)之间进行。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述中间结构(23)的空腔(31)中的每一个沿着轴线(32)延伸,该轴线相对于所述中间构件(23)的第一表面(26)形成介于30度至60度之间、例如等于45度的角(33)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中,所述中间结构(23)包括诸如铝的金属材料,并且其中,所述第一层和所述第二层包括有机基质复合材料。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中,所述中间结构(23)的密度小于130kg/m3,优选地小于或等于86kg/m3。
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