CN211975529U - 用于制造声衬穿孔面板的中间组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于制造声衬穿孔面板的中间组件，包括铺贴板、铺贴层和多个插针，铺贴层铺贴在所述铺贴板上，包括层层铺贴的多个预浸料铺层，每个预浸料铺层包括并行地延伸且彼此之间具有间隙的多个预浸料料片，相邻的两个预浸料铺层的预浸料料片的延伸方向彼此交叉，借此形成贯穿所述多个预浸料铺层的多个穿孔，多个插针分别穿插到所述多个穿孔；所述多个插针与所述铺贴板独立设置。上述中间组件可以用于制造声衬穿孔面板，有效避免打孔对纤维和整个复合材料面板的损伤，并且可以通过一套铺贴板和插针实现多种孔密度、孔大小和孔距的结构优化设计和控制。

Description

用于制造声衬穿孔面板的中间组件

技术领域

本实用新型涉及一种用于制造声衬穿孔面板的中间组件。

背景技术

航空发动机噪声不但污染环境，也会损害人们的健康，航空发动机的噪声污染正逐步受到重视，国外的发动机研发机构开发了大量的降噪技术，广泛应用于民用发动机领域。对于安装涡扇发动机的飞机上，风扇噪声成为最主要的噪声来源，其次才是核心机排气或飞机机体的噪声。从声源上降低风扇噪声意味着改变风扇叶片数量、叶片造型、叶尖马赫数，难度很大。因此，从传播途径上降低风扇噪声是目前最有效的方法，现有的商用发动机通过在进气道和外涵道内壁安装声衬，从而分别降低风扇的前传和后传噪声。短舱大部分结构处于涵道内，因此在短舱内安装声衬是发动机降噪最有效的手段。

如果将一穿孔板固定在固体表面就成为吸声体，穿孔为丝米级，其本身就具有一定的声阻和声抗，形成宽带吸声体，而不需要添加任何多孔性吸声材料。目前短舱上常用的声衬结构也是由穿孔面板、蜂窝芯材和背板组成的复合材料夹层结构。根据特定发动机风扇声压频谱，通过优化孔径、板厚、腔体深度、穿孔率等可以得到声衬设计，从而有效地降低风扇噪声。由于风扇噪声传播特征和工作环境的差异，不同的位置通常采用不同的声衬设计和结构材料，比如，对于工作温度较低的部位(进气道内壁板、反推外涵外壁、阻流门)，声衬通常使用碳纤维面板和芳纶纸蜂窝。

常规的声学带孔表层通常包括直径0.040英寸(1.0mm)左右的多个单独孔眼，以便实现可接受的声学特性。而目前常用的复合材料声衬上的穿孔结构通常是先将复合材料面板固化，再通过机械钻孔或激光打孔的方式获得。由于机械钻孔或激光打孔工艺通常都会损伤纤维，从而导致复合材料面板在抗冲击性、耐化学腐蚀、耐疲劳性能等方面存在明显不足。另外，机械打孔设备要求高，打孔耗时长(单钻头打孔机)，直接影响最终产品的时效性和经济性；而激光打孔的精度差(空的大小一致性差)和打孔成品率低也会最终影响声衬的消音效果和经济性。最后，由于消音降噪声衬所处的特殊位置及工作环境，使得声衬组件比较容易出现面板与蜂窝芯材的脱粘，甚至面板掉块、飞脱等现象。

本实用新型意在制造一种声衬穿孔面板，可以避免具有上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种中间组件，可以用于制造声衬穿孔面板，有效避免打孔对纤维和整个复合材料面板的损伤，并克服了复合材料面板机械加工打孔效率低、精度差、打孔成品率低等技术难题。

本实用新型的进一步目的是可以通过一套组件实现多种孔密度、孔大小和孔距的结构优化设计和控制，适应不同的设计需求。

本实用新型提供一种用于制造声衬穿孔面板的中间组件，包括铺贴板、铺贴层和多个插针，铺贴层铺贴在所述铺贴板上，包括层层铺贴的多个预浸料铺层，每个预浸料铺层包括并行地延伸且彼此之间具有间隙的多个预浸料料片，相邻的两个预浸料铺层的预浸料料片的延伸方向彼此交叉，借此形成贯穿所述多个预浸料铺层的多个穿孔，多个插针分别穿插到所述多个穿孔；所述多个插针与所述铺贴板独立设置。

在一个实施方式中，所述铺贴层包括第一铺层和紧接在所述第一铺层上的第二铺层；所述第一铺层和所述第二铺层的预浸料料片的宽度相同且延伸方向相互垂直。

在一个实施方式中，所述铺贴层还包括紧接在所述第二铺层上的第三铺层和紧接在所述第三铺层上的第四铺层；所述第三铺层和所述第四铺层的预浸料料片的宽度相同且延伸方向相互垂直，并且所述第三铺层的预浸料料片的延伸方向与所述第二铺层的预浸料料片的延伸方向非直角交叉，所述第三铺层的预浸料料片的宽度小于所述第二铺层的预浸料料片的宽度。

在一个实施方式中，所述第三铺层的延伸方向与所述第二铺层的延伸方向呈45度。

在一个实施方式中，所述铺贴板在铺贴有所述铺贴层的表面具有多个盲孔，所述盲孔设置成适于容纳所述插针。

在一个实施方式中，所述铺贴板的所述盲孔的数量多于所述插针的数量。

在一个实施方式中，所述穿孔为方孔。

在一个实施方式中，所述插针为圆柱形。

在一个实施方式中，所述插针具有球形头部。

在一个实施方式中，所述预浸料料片通过碳纤维增强氧树脂基复合材料预浸料切割形成；所述铺贴板和所述插针由铝制成。

通过上述中间组件来制造声衬穿孔面板，可以有效避免打孔对纤维和整个复合材料面板的损伤，并克服复合材料面板机械加工打孔精度差、打孔成品率低等技术难题，有效提高复合材料声衬的结构刚度和强度；可以保证获得小尺寸孔径且孔结构分布均匀的声衬结构。

通过上述中间组件来制造声衬穿孔面板可以根据实际情况通过一套铺贴板和插针进行孔大小和孔距的结构优化设计和控制，制备出的孔可以呈等距排列，可以较好地保证优良的隔音抗声振、抗冲击性能。通过采用不同的插针即可获得不同孔状如圆孔、方孔的微孔结构。

附图说明

本实用新型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是中间组件的示意图。

图2是铺贴板和插针的示意图。

图3是铺贴板的示例示意图。

图4是穿孔的示意图。

图5是使用插针获得的微孔的示意图。

图6是获取预浸料料片的预浸料的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。

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，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。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，该说明包括第一元件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元件和第二元件间接地相连或彼此结合。还需要理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

图1示出了用于制造声衬穿孔面板的中间组件10。中间组件10包括铺贴板1、铺贴层2和多个插针3。其中，多个插针3与铺贴板1独立设置，换言之，插针3与铺贴板1分别提供而并非固连成一体地设置，如图2所示。声衬穿孔面板是声衬结构的消音板。

铺贴层2铺贴在铺贴板1上。需要理解，为了方便描述，文中可能使用诸如“下”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中示出的一个特征与其他特征的关系。需要理解，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的元件或组件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的组件，则被描述为在其他元件或特征“下”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征“上”，因此，应相应地解释文中使用的空间关系描述词。

如图1所示，铺贴层2包括层层铺贴的多个预浸料铺层(如，预浸料铺层21、22、23、24)。每个预浸料铺层包括并行地延伸且彼此之间具有间隙(如，间隙d12，d34)的多个预浸料料片(如，预浸料料片210、220、230、240)。相邻的两个预浸料铺层的预浸料料片的延伸方向彼此交叉，以借此形成贯穿前述多个预浸料铺层(或者，铺贴层2)的多个穿孔4。例如，图1中，预浸料铺层21(作为第一铺层的示例)的预浸料料片210上下延伸，而紧接在预浸料铺层21上的预浸料铺层22(作为第二铺层的示例)的预浸料料片220左右延伸，彼此交叉；又如，紧接在预浸料铺层22上的预浸料铺层23(作为第三铺层的示例)的预浸料料片230向左上方斜向延伸，而紧接在预浸料铺层23上的预浸料铺层24(作为第四铺层的示例)的预浸料料片240向右上方斜向延伸，彼此交叉。

如图1所示，多个插针3分别穿插到预浸料料片210交叉形成的前述多个穿孔4。

上述中间组件10组装完成后例如可以铺贴上隔离膜、透气毡和真空袋，并按照封装制度进行封装，然后将封装好的整个组件推入热压罐中进行固化，待固化完成之后，推出热压罐进行脱模并机加，便可以得到满足设计要求的声衬穿孔面板。

通过采用上述中间组件10制作声衬穿孔面板可以克服复合材料面板机械加工打孔精度差、打孔成品率低、以及打孔损伤纤维等技术难题，制备的声衬穿孔面板配合蜂窝夹层结构组成的消音降噪声衬可以具有优越的减重效果和阻尼降噪性能，且制备方法简单。而且采用上述中间组件10可通过一套铺贴板1和插针3实现多种孔密度、孔大小和孔距的结构优化设计和控制，适应不同的设计需求，且成本低。

如前所述，铺贴层2可以包括作为第一铺层示例的预浸料铺层21和紧接在预浸料铺层21上的作为第二铺层示例的预浸料铺层22。预浸料铺层21和预浸料铺层22的预浸料料片的宽度可以相同，例如，均为图1中的w1，并且预浸料铺层21和预浸料铺层22的预浸料料片的延伸方向相互垂直。图1中，预浸料铺层21的预浸料料片210上下延伸，预浸料铺层22的预浸料料片220左右延伸。

铺贴层2还可以包括紧接在预浸料铺层22上的作为第三铺层示例的预浸料铺层23，以及紧接在预浸料铺层23上的作为第四铺层示例的预浸料铺层24。预浸料铺层23和预浸料铺层24的预浸料料片的宽度可以相同，例如，均为图1中的w2，并且预浸料铺层23和预浸料铺层24的预浸料料片的延伸方向相互垂直。

作为第三铺层示例的预浸料铺层23的延伸方向可以与作为第二铺层示例的预浸料铺层22的延伸方向非直角交叉，也即，预浸料铺层23的延伸方向和预浸料铺层22的延伸方向交叉但不垂直。预浸料铺层23的预浸料料片230的宽度可以小于预浸料铺层22的预浸料料片220的宽度，换言之，w2＜w1。

优选地，作为第三铺层示例的预浸料铺层23的预浸料料片230的延伸方向与作为第二铺层示例的预浸料铺层22的预浸料料片220的延伸方向呈45度，如图1所示。进一步优选地，

也即w2大致等于w1的0.7倍。图1中，预浸料铺层22的预浸料料片220上下延伸，而预浸料铺层23的预浸料料片230向左上方斜向45°延伸。

上述布置可以形成方孔形的穿孔4，并且可以更加紧凑地布置各预浸料铺层。

参见图3，铺贴板1在铺贴有铺贴层2的表面11具有多个盲孔12。盲孔12可以设置成适于容纳插针3。这样可以更好地定位插针3。

铺贴板1的盲孔11的数量可以多于插针3的数量。这样，插针3选择性地插入不同的盲孔12中，便可以实现孔密度或者孔分布的声衬穿孔面板。例如，图3中，插入了插针3的盲孔12以阴影线表示，而其它盲孔12则不插入插针3。插针3可以为圆柱形。插针3可以具有球形头部，方便插入穿孔4，也方便通过盲孔12进行定位。

如前所述，穿孔4可以为方孔。通过在方孔的穿孔4中插入圆柱形的插针3，在经过固化以后可以从图4方孔形的穿孔4变成图5中圆孔形的微孔5。在另一实施方式中，可以通过各预浸料铺层的预浸料料片的延伸方向以及预浸料铺层的层数等来形成其它形状的穿孔4。

铺贴板2和插针3可以由铝制成。铝制的铺贴板2和插针3不会污染预浸料并且可以直接接触。铺贴板2和插针3也可以采用不会污染预浸料并可以直接接触的密封胶条或其它金属材料制成。

下面描述上述中间组件10的制作过程，以及采用上述中间组件10制作声衬穿孔面板，然后制作整个声衬结构的详细步骤。需要制作的声衬结构中，声衬穿孔面板可以是由碳纤维增强氧树脂基复合材料预浸料制作的0.5-2mm厚的层板，层板上分布的孔径在0.5-2.0之间，穿孔率在2-12％。声衬中间夹层采用Nomex芳纶纸蜂窝芯材或铝蜂窝，高度在10.0-40.0mm，密度在20-80kg/m3，蜂窝芯材孔格边长在3-10mm；声衬背板可以是采用纤维增强环氧树脂基复合材料制备的层板，厚度在0.5-2.0mm。

综合考虑声衬结构的结构强度、服役状态和消声降噪要求，可以根据声衬穿孔面板的大小、孔径、孔间距、孔数量以及孔的排列形式，设计预浸料料片宽度，以及每个预浸料铺层中预浸料料片彼此之间的间隙(或者称之为铺贴间距)。例如，声衬结构的尺寸大小可以为150mm*150mm，声衬穿孔面板和声衬背板厚度可以均为2mm，预浸料料片和间隙料片的宽度可以均为3mm，穿孔可以为3mm*3mm的方孔。

准备材料，其中，例如，声衬穿孔面板的材料可以为T300级碳纤维增强环氧树脂预浸料，蜂窝可以为Nomex芳纶纸蜂窝芯材，高度可以为15mm，蜂窝芯材孔格边长可以为2.0mm，声衬背板也为T300级碳纤维增强环氧树脂预浸料。

然后，可以使用下料机或其他机械切割方式将预浸料切割成所需宽度和大小，同一铺层的料片可以不完全切割，如图6所示，保持余量区7在一起，针对手工铺贴的声衬结构，可以将下好的同一铺层的料片整体取下，并去除后面可以表示间隙(或，穿孔4)位置的间隙料片8。例如，一层可以去除25根间隙料片8，从而得到同一铺层的各个预浸料料片(如，图6中的210)。在另一实施方式中，也可以采用自动铺放设备，则可以不用下料。例如，预浸料料片宽度为3mm，长度为200mm，一个预浸料铺层上切割70个预浸料料片，共16个预浸料铺层。

然后在铺贴板1上将同一层去除间隙料片8的预浸料一次性整体铺贴，再按照铺层设计将其他铺层的预浸料层层铺贴上去，获得类似网状结构的铺贴层2。铺贴过程中保证预浸料料片准直，不会扭转卷曲。然后在形成的穿孔4插入插针3，得到如图1所示的中间组件10。插针3的密度、孔径和间距可以根据需要制作的声衬穿孔面板的大小、孔径、孔的排列形式以及孔数量来确定，可以每个穿孔4皆对应插入一个插针3。插针3可以保证固化过程中树脂流动不会导致预留的微孔5被堵住。插针3的形状确定微孔5的形状。

在中间组件10的铺贴板1上铺贴上隔离膜、透气毡和真空袋，并按照封装制度对整个中间组件10进行封装。然后将封装好的预浸料推入热压罐中按照固化制度进行固化，例如，固化温度为177±15℃，固化压力为0.7MPa，保温时间为1.5小时，升温速率为1-3℃/min。保温完成后可以进行降温，例如，降温速率为60℃/h，降温至60℃以下固化完成，推出热压罐进行脱模并机加。

然后对初步获得的声衬穿孔面板上的微孔5进行最终的修孔，得到最终满足设计要求的声衬穿孔面板。

按照设计要求进行下料，按照工艺要求进行铺贴和热压罐固化，得到所需的声衬背板。例如，使用下料机下200mm*200mm的料片16层，按设计铺层要求进行铺贴，在热压罐中固化，固化温度为177±15℃，固化压力为0.7MPa，保温时间为1.5小时，升温速率为1-3℃/min，从而得到所需的声衬衬板。

按照设计要求手工或利用机械设备进行蜂窝芯材下料，例如得到1块150mm*150mm大小的蜂窝芯材，同时将蜂窝芯材在160-165℃的温度下进行热定型。

在声衬穿孔面板和声衬背板的待胶接面铺贴上一层胶膜，同时在蜂窝芯材的上下表面各铺贴上一层胶膜，通过热空气对声衬穿孔面板和声衬背板的胶膜进行气压开孔。热空气的温度可以大约为40-60℃，流量为0.1m³/s。热空气法成型可以降低粘接固化后的声衬结构的声衬穿孔面板的堵孔率。

将蜂窝芯材胶接到穿孔面板和声衬背板中间，并采用发泡胶进行封边、定位和固化，蜂窝芯材作为声衬中间夹层，从而得到最终的蜂窝夹层结构组合体。其中，发泡胶可以为120℃固化的中温发泡胶，固化压力为0.2MPa。

将蜂窝夹层结构组合体放入热压罐进行固化，例如，固化温度可以为120℃，固化压力为0.2MPa，升温速率为1-3℃/min，固化完成后可以脱模机加得到最终的声衬结构。

上述方法可以有效地保障蜂窝芯材与声衬穿孔面板的粘接，有效避免声衬穿孔面板板与蜂窝芯材的脱粘导致的飞脱现象。采用全复合材料面板及蜂窝夹层结构可以有效地实现结构减重。

如果要提高低频噪声的消声量或者调整消声的频谱范围，不需要调整声衬的整体结构，只需调整部分制造参数即可，例如声衬穿孔面板的穿孔率、穿孔方式以及蜂窝芯材的三维尺寸和壁厚。

上述中间组件10也适用于平板外型或弧面外型的声衬结构，声衬穿孔面板、声衬背板及蜂窝芯材可以根据需要按照一定的弧度成型制备。

可以根据发动机噪声声压频谱及风扇的纯音和宽频噪声特征，通过上述中间组件10而对直接影响声衬结构降噪效果的参数如微孔大小、穿孔率、板厚等进行针对性的优化设计，从而有效地保证了噪声在声衬结构中的传播衰减，以达到消音降噪的最优效果。

需要理解，附图均仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，例如，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制造声衬穿孔面板的中间组件，其特征在于，包括：

铺贴板；

铺贴层，铺贴在所述铺贴板上，包括层层铺贴的多个预浸料铺层，每个预浸料铺层包括并行地延伸且彼此之间具有间隙的多个预浸料料片，相邻的两个预浸料铺层的预浸料料片的延伸方向彼此交叉，借此形成贯穿所述多个预浸料铺层的多个穿孔；和多个插针，分别穿插到所述多个穿孔；

所述多个插针与所述铺贴板独立设置。

2.如权利要求1所述的中间组件，其特征在于，

所述铺贴层包括第一铺层和紧接在所述第一铺层上的第二铺层；

所述第一铺层和所述第二铺层的预浸料料片的宽度相同且延伸方向相互垂直。

3.如权利要求2所述的中间组件，其特征在于，

所述铺贴层还包括紧接在所述第二铺层上的第三铺层和紧接在所述第三铺层上的第四铺层；

所述第三铺层和所述第四铺层的预浸料料片的宽度相同且延伸方向相互垂直，并且所述第三铺层的预浸料料片的延伸方向与所述第二铺层的预浸料料片的延伸方向非直角交叉，所述第三铺层的预浸料料片的宽度小于所述第二铺层的预浸料料片的宽度。

4.如权利要求3所述的中间组件，其特征在于，

所述第三铺层的延伸方向与所述第二铺层的延伸方向呈45度。

5.如权利要求1所述的中间组件，其特征在于，

所述铺贴板在铺贴有所述铺贴层的表面具有多个盲孔，所述盲孔设置成适于容纳所述插针。

6.如权利要求5所述的中间组件，其特征在于，

所述铺贴板的所述盲孔的数量多于所述插针的数量。

7.如权利要求1所述的中间组件，其特征在于，

所述穿孔为方孔。

8.如权利要求1所述的中间组件，其特征在于，

所述插针为圆柱形。

9.如权利要求1所述的中间组件，其特征在于，

所述插针具有球形头部。

10.如权利要求1所述的中间组件，其特征在于，

所述预浸料料片通过碳纤维增强氧树脂基复合材料预浸料切割形成；

所述铺贴板和所述插针由铝制成。

Images