ES2220693T3 - Panel acustico sandwich. - Google Patents
Panel acustico sandwich.Info
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Abstract
Panel acústico sándwich que comprende una capa (14) resistiva que forma una cara delantera del panel, una estructura (16) alveolada formada por al menos dos capas (18) alveoladas superpuestas que comprenden cada una, una red (20) de celdas, un separador (24) poroso interpuesto entre las capas (18) alveoladas adyacentes y un reflector (17) que forma una cara posterior del panel, caracterizado porque el separador (24) poroso porta, en cada una de sus caras, guías (26) que penetran en al menos algunas de las celdas (20) de las capas (18) alveoladas adyacentes al separador, repartidas en toda la superficie del separador.
Description
Panel acústico sándwich.
La invención se refiere a un panel acústico
sándwich, es decir un panel sándwich reductor de ruido, diseñado
para atenuar una onda sonora incidente dirigida hacia una cara
exterior del panel.
Un panel acústico según la invención puede
utilizarse especialmente en paredes de barquillas o en cárteres de
turborreactores, en conductos que tienen que estar insonorizados,
etc.
Los paneles acústicos existentes comprenden
generalmente uno o varios resonadores cuarto de onda, superpuestos
en un reflector total. Cada resonador está constituido en sí mismo
por una capa resistiva, más o menos permeable al aire, y de una
estructura alveolada, más frecuentemente de tipo nido de abejas. La
capa resistiva cubre la cara de la estructura alveolada orientada
hacia el exterior, es decir hacia la onda sonora incidente. En
cambio, el reflector total cubre la cara del resonador opuesta a
esta onda incidente. Por motivos de conveniencia, se denomina
"cara delantera" a la cara del panel que porta la capa
resistiva y "cara posterior" a la cara opuesta del panel,
cubierta por el reflector.
En esta disposición clásica de los paneles
acústicos, la capa resistiva tiene un papel disipativo. Cuando una
onda sonora la atraviesa, se producen efectos viscosos que
transforman la energía acústica en calor.
La altura de la estructura alveolada permite
acomodar el panel a la frecuencia característica del ruido a
atenuar. La disipación del ruido en la capa resistiva es máxima
cuando la altura de las celdas del alma alveolada es igual al cuarto
de la longitud de onda de la frecuencia del ruido a atenuar. Las
celdas de la estructura alveolada actúan entonces como guías de
ondas perpendiculares a la superficie del panel, lo que le confiere
una respuesta de tipo "reacción localizada". Las celdas forman
un ensamblaje de resonadores cuarto de onda en paralelo.
El reflector posterior produce condiciones de
reflexión total, indispensables para el comportamiento descrito
anteriormente del alma alveolada.
De manera general, un panel acústico debe
satisfacer exigencias acústicas.
Una primera de estas exigencias se refiere a la
homogeneidad acústica del panel. Dicho de otra manera, el
tratamiento acústico es tanto más eficaz en cuanto que es conforme
a su especificación en toda su superficie. El respeto a esta
exigencia depende de la naturaleza de los elementos que componen el
panel, de su disposición relativa y de los adhesivos utilizados para
su ensamblaje.
Otra exigencia acústica es la exigencia
denominada de "reacción localizada". Si esta exigencia no se
respeta, en el interior del panel se produce una propagación
transversal de las ondas sonoras, denominada "fuga de energía
lateral", que se opone al funcionamiento de tipo "cuarto de
onda" de la estructura alveolada.
Cuando un motor de avión está equipado con el
panel, se añaden a estas exigencias acústicas exigencias de
resistencia al entorno, exigencias estructurales y exigencias
aerodinámicas.
Así, un panel acústico integrado en un motor de
avión tiene que poder resistir en rigurosas condiciones de
utilización. En particular, no tiene que producirse delaminación,
incluso en presencia de fuertes bajadas de presión, el panel debe
poder resistir la corrosión y la erosión debida, por ejemplo, a la
arena, debe presentar una buena conductividad eléctrica
especialmente para resistir el desplazamiento de la trayectoria del
relámpago a lo largo del avión y debe poder contribuir a la
absorción mecánica del choque resultante de una pérdida de
aleta.
Un panel acústico integrado en un motor de avión
también debe presentar una resistencia estructural que le permita
soportar el peso de un hombre así como la transferencia de
esfuerzos aerodinámicos e inerciales de la entrada de aire hacia el
cárter del motor.
Finalmente, el estado de superficie de un panel
acústico integrado en un motor de avión tiene que ser coherente con
las líneas aerodinámicas y las exigencias de continuidad de las
superficies en contacto con la corriente de aire.
Los paneles acústicos conocidos pueden
clasificarse en tres categorías: los paneles con un solo grado de
libertad no lineal o SDOF ("simple degree of freedom") no
lineal, los paneles con un solo grado de libertad lineal o SDOF
lineal, y los paneles con dos grados de libertad o DDOF ("double
degree freedom").
En los paneles con un solo grado de libertad no
lineal la capa resistiva está constituida por una capa perforada
metálica o compuesta.
Un panel de este tipo tiene como ventajas
permitir un buen dominio del porcentaje de superficie abierta,
presentar una buena resistencia estructural y ser fácil de
realizar.
En cambio, tiene como inconvenientes presentar
una fuerte no linealidad acústica, así como una fuerte dependencia
de la resistencia a la velocidad de la corriente tangencial de
superficie. Además, ya que la frecuencia amortiguada por cada celda
depende de su profundidad y como todas las celdas del panel tienen
la misma profundidad, el intervalo de frecuencias amortiguada por
un panel de este tipo está restringido. Además, cuando la capa
resistiva es de material compuesto, la estructura presenta una
débil resistencia a la erosión.
En los paneles acústicos con un solo grado de
libertad lineal, la capa resistiva es una capa micro porosa
constituida por ejemplo por un tejido metálico, por una chapa
perforada asociada con un tejido acústico o por un tejido metálico
asociado con un tejido acústico.
El uso de un panel de este tipo permite ajustar
la resistencia acústica modificando los componentes de la capa
micro porosa. Su intervalo de frecuencias de eficacia es razonable.
Un panel de este tipo también tiene como ventajas presentar una no
linealidad débil a moderada así como una débil dependencia de la
resistencia acústica a la velocidad de la corriente tangencial de
superficie.
Sin embargo, la realización de un panel sándwich
con un solo grado de libertad lineal es más complicada que la de un
panel con un solo grado de libertad no lineal, porque la capa
resistiva comprende dos constituyentes. Si los componentes o los
procedimientos de ensamblaje no se dominan, la estructura puede
presentar zonas de no homogeneidad acústica así como riesgos de
deslaminación de la capa resistiva. Además, los riesgos de corrosión
de la capa resistiva imponen una obligación complementaria que se
refiere a la elección de los materiales utilizados. Además, el
procedimiento de ensamblaje de un panel de este tipo es largo y
costoso.
Finalmente, un panel acústico con dos grados de
libertad tal como se ha descrito en la patente EP 0 352 993
comprende, además de una capa resistiva perforada y de un reflector
posterior, dos almas alveoladas superpuestas, separadas por una
capa resistiva intermediaria denominada "septo", generalmente
micro porosa.
En relación con otros tipos de paneles acústicos,
los paneles con dos grados de libertad presentan un intervalo de
frecuencias amortiguadas más amplio, una posibilidad de ajuste de
la resistencia acústica gracias a las dos capas resistivas y una no
linealidad acústica débil a moderada.
Sin embargo los paneles acústicos con dos grados
de libertad tienen como inconveniente que aparezcan zonas de no
homogeneidad acústica a causa de la mala alineación de las celdas
de las dos almas alveoladas, que se produce inevitablemente en el
momento de la conformación del panel. Existen también fenómenos
parásitos de propagación transversal en las zonas donde las celdas
de las dos almas alveoladas no están alineadas. Finalmente, el
procedimiento de ensamblaje de un panel de este tipo es largo y
costoso, porque hay que ensamblar uno por uno los diversos
elementos de la estructura.
La invención tiene como objeto precisamente un
panel acústico cuyo diseño original le permite sacar provecho de
las ventajas de los paneles con varios grados de libertad, y al
mismo tiempo eliminar los inconvenientes debidos a los defectos de
alineación de las celdas de las estructuras alveoladas, así como los
riesgos de falta de homogeneidad acústica y de propagación
transversal de las ondas acústicas.
Según la invención, este resultado se obtiene
mediante un panel acústico sándwich que comprende una capa
resistiva que forma una cara delantera del panel, una estructura
alveolada formada por al menos dos capas alveoladas superpuestas
que comportan cada una, una red de celdas, un separador poroso
interpuesto entre las capas alveoladas adyacentes y un reflector que
forma una cara posterior del panel, caracterizado porque el
separador poroso porta, en cada una de sus caras, guías que
penetran en al menos algunas de las celdas de las capas alveoladas
adyacentes al separador, repartidas en toda la superficie del
separador.
La presencia de guías en cada una de las caras
del separador poroso permite garantizar la continuidad de los
tabiques y, por consiguiente, de las celdas de la estructura
alveolada, entre la superficie interior de la capa resistiva y el
reflector. Por tanto, se eliminan los problemas de desalineación
locales de las celdas, que aparecen obligatoriamente en los paneles
con varios grados de libertad de la técnica anterior, constituidos
de muchas estructuras alveoladas superpuestas. Por consiguiente,
los riesgos de falta de homogeneidad ya no existen.
Según un modo de realización preferido de la
invención, la capa resistiva, las capas alveoladas, el separador
poroso y el reflector se ensamblan entre sí por pegado.
De manera ventajosa, la capa resistiva, las capas
alveoladas, el separador poroso y el reflector se realizan todos en
materiales idénticos o compatibles con el adhesivo que garantiza su
ensamblaje.
Preferiblemente, estos materiales se eligen del
grupo que comprende los materiales metálicos, compuestos y
termoplásticos.
Según el caso, las guías comprenden o bien
elementos alineados, añadidos a cada lado del separador poroso, o
bien elementos que atraviesan el separador poroso.
En los modos de realización preferidos de la
invención, las guías son tubulares o en forma de varilla maciza, de
sección circular. Esta sección puede ser uniforme en toda la
longitud de la guía o, al contrario, comportar extremos de sección
afilada para facilitar su instalación. También pueden presentar una
sección diferente, tal como una sección en forma de estrella de al
menos tres puntas, sin apartarse del marco de la invención. Además,
las varillas pueden realizarse de manera indiferente en material
poroso o no.
Ahora se describe, a modo de ejemplo no
limitativo, un modo de realización preferido de la invención,
refiriéndose a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista en corte que
representa esquemáticamente un panel acústico sándwich según la
invención; y
- las figuras 2a a 2c son vistas en corte, a una
escala más grande, que representan variantes de realización de
guías portadas por el separador poroso.
Tal como se lo ha representado esquemáticamente
en la figura 1, un panel acústico sándwich según la invención está
constituido por un apilamiento de varios constituyentes, solidarios
entre sí. Para facilitar la comprensión, estos constituyentes están
representados ligeramente espaciados entre sí. En la práctica,
están en estrecho contacto en toda la superficie del panel.
El panel acústico según la invención puede ser
plano, tal como se ha representado a modo de ejemplo. Sin embargo,
también puede presentar cualquier otra forma, y especialmente una
forma curvada, como es el caso cuando está integrado en la
barquilla o en el cárter motor de un turborreactor.
Ahora va a describir la estructura del panel
yendo desde la cara 10 exterior de éste, denominada "cara
delantera", hacia su cara 12 interior, denominada "cara
posterior". En la figura 1, las caras delantera 10 y posterior 12
están orientadas respectivamente hacia abajo y hacia arriba.
Así, partiendo de la cara 10 delantera, el panel
acústico según la invención comprende sucesivamente una capa 14
resistiva, una estructura 16 alveolada y un reflector 17
posterior.
La capa 14 resistiva es porosa o perforada. Ésta
está en contacto con el aire exterior y primero es impactada por la
onda acústica que se desea amortiguar. Tal como en los paneles
acústicos existentes con dos grados de libertad, la capa 14
resistiva está diseñada para transformar la energía acústica
incidente en calor.
Cuando el panel está integrado en la barquilla de
un turborreactor, la capa 14 resistiva permite también recibir y
transferir hacia los enlaces estructurales
barquilla-motor los esfuerzos aerodinámicos e
inerciales, así como los relacionados con el mantenimiento de la
barquilla.
La estructura 16 alveolada comprende al menos dos
capas 18 alveoladas superpuestas. El número de las capas 18 que
forman la estructura 16 alveolada es igual al número de grados de
libertad deseado para el panel acústico. En el modo de realización
representado en la figura 1, el panel acústico tiene dos grados de
libertad y la estructura 16 alveolada comprende entonces dos capas
18 acústicas. No obstante, este número puede ser superior a dos sin
apartarse del marco de la invención.
Cada una de las capas 18 alveoladas de la
estructura 16 comporta una red 20 de celdas, estando delimitadas
las celdas de cada red por tabiques 22. Las redes 20 de celdas de
las diferentes capas 18 son idénticas, para que las celdas 20 y sus
tabiques 22 puedan estar alineados, tal como lo ilustra la figura 1.
Por eso, las formas, las dimensiones y la distribución de las celdas
20 de cada una de las capas 18 son las mismas.
En un modo de realización preferido de la
invención, las capas 18 alveoladas tienen la forma de nidos de
abejas. Las celdas 20 presentan entonces una
sección hexagonal. Sin embargo, pueden utilizarse capas alveoladas que presentan celdas 20 de secciones diferentes (circulares, triangulares, cuadradas, trapezoidales, etc.), sin apartarse del marco de la invención.
sección hexagonal. Sin embargo, pueden utilizarse capas alveoladas que presentan celdas 20 de secciones diferentes (circulares, triangulares, cuadradas, trapezoidales, etc.), sin apartarse del marco de la invención.
La estructura 16 alveolada que comporta las capas
18 alveoladas tiene la misma función que en los paneles acústicos
con varios grados de libertad de la técnica anterior. Esta función
es bien conocida por un experto en la técnica, así que no se
desarrollará aquí.
Un separador 24 está interpuesto entre cada par
de capas 18 alveoladas adyacentes a la estructura 16 alveolada. En
el caso de un panel con dos grados de libertad, tal como se ilustra
en la figura 1, se coloca un único separador entre las dos capas 18
alveoladas. De manera más general, el número de separadores 24 es
inferior en una unidad al de las capas 16 alveoladas.
Cada separador 24 se realiza en un material
poroso. Este material se elige por sus cualidades de resistencia
acústica, por su resistencia a la corrosión y por su masa débil,
porque el nivel de esfuerzo estructural al que está sometido es
débil.
El material poroso del separador 24 puede ser un
tejido metálico, sintético o a base de fibras diversas. También
puede tratarse de un material termoplástico o plástico poroso.
Garantiza la misma función que los separadores porosos interpuestos
entre las capas alveoladas de los paneles acústicos de la técnica
anterior con varios grados de libertad. Esta función es bien
conocida por el experto en la técnica, así que no se hará una
descripción de ella aquí.
Según la invención, el separador 24 poroso porta,
en cada una de sus caras, guías 26. Estas guías 26 están
distribuidas regularmente en toda la superficie del separador 24,
según una red superponible a la de las celdas 20 de las capas
alveoladas 18. Además, la forma y el dimensionamiento de las guías
26 son tales que cada una de ellas pueda penetrar en una de las
celdas 20 con un juego tan limitado como sea posible.
La expresión "red superponible" significa
que cada una de las guías 26 está situada frente a una celda 20
cuando las capas 18 alveoladas y el o los separadores 24 están
superpuestos. Este resultado puede obtenerse o bien previendo en
cada cara del separador 24 tantas guías 26 como celdas 20
existentes en la capa 18 alveolada adyacente o bien,
preferiblemente, equipando al separador 24 con un número de guías
26 inferior al de las celdas 20, tal como lo ilustra la figura 1.
En este último caso, el número de guías 26 simplemente tiene que
ser suficiente para garantizar una alineación correcta de las celdas
20 y de los tabiques 22 en el conjunto del panel (se puede prever,
por ejemplo, una guía 26 para tres a cinco celdas 20 alineadas).
Para satisfacer esta condición, el número de guías 26 es tanto más
grande en cuanto que la curva del panel sea importante.
La forma presentada por las guías 26 puede ser
cualquiera, a condición de que se obtenga el efecto de colocación
mecánica deseado. En el modo de realización representado en la
figura 1, las guías 26 son tubulares. Sin embargo, también pueden
presentar una forma diferente tal como una sección en forma de
estrella con tres o cuatro puntas, sin apartarse del marco de la
invención.
Cuando las guías 26 son tubulares, pueden tener
especialmente una sección transversal circular o poligonal. Esta
sección puede ser uniforme, tal como está representada en la figura
1, o al contrario variable, por ejemplo reducida y redondeada en
dirección a los extremos, para facilitar el ensamblaje, tal como lo
ilustra la figura 2a.
En otra variante de realización, ilustrada en las
figuras 2b y 2c, las guías 26 están constituidas por varillas
macizas. En el caso de la figura 2b, la varilla termina con un
extremo cónico. En el caso de la figura 2c, la varilla presenta, en
sección según su eje longitudinal, una forma redondeada, por ejemplo
prácticamente oval o elíptica.
Las guías 26 pueden realizarse en cualquier
material, que depende principalmente del material elegido para el
separador que las porta. Según los materiales, las guías 26 pueden
estar fijadas al separador por soldadura, pegado, empotramiento,
etc.
En el modo de realización ilustrado en la figura
1, las guías 26 comprenden pares de tubos 28 alineados, añadidos de
manera separada en cada lado del separador 24. La alineación de los
tubos 28 se garantiza por el uso de una herramienta apropiada, en
el momento en el que los tubos se fijan al separador, por ejemplo
por pegado.
En una variante de realización, las guías 26
comprenden elementos 28 (en forma de tubos en la figura 1) que
atraviesan el separador 24. La alineación se garantiza entonces por
construcción, sin que sea necesario recurrir a una herramienta
particular. Sin embargo, en el caso de las guías tubulares, están
desprovistas entonces de un separador, excepto si se utilizan guías
tubulares equipadas interiormente con separadores individuales,
antes o después de su fijación en el separador.
El reflector 17 posterior se realiza de la misma
manera que en los paneles acústicos de la técnica anterior, según
los conocimientos habituales del experto en la técnica. Por tanto
no se hará una descripción particular del mismo.
Los diferentes componentes del panel acústico
según la invención, es decir la capa 14 resistiva, las capas 18
alveoladas, el o los separadores 24 y el reflector 17 posterior, se
ensamblan entre sí por pegado. El ensamblaje se realiza:
- -
\;
1) - poniendo la capa 14 resistiva en un molde;
- -
\;
2) - pegando una primera capa 18 alveolada en la capa 14 resistiva, mediante un adhesivo;
- -
\;
3) - pegando el separador 24 dotado con sus guías 26 en la primera capa 18 alveolada, teniendo cuidado de hacer penetrar en las celdas de ésta las guías 26 montadas en la cara del separador orientada hacia la primera capa alveolada;
- -
\;
4) - pegando una secunda capa 18 alveolada en el separador 24, teniendo cuidado hacer de penetrar en las celdas de la secunda capa alveolada las guías 26 montadas en la cara del separador orientada hacia ésta; y
- -
\;
5) - pegando el reflector 17 posterior en la secunda capa 18 alveolada, mediante un adhesivo.
Está descripción se refiere a la fabricación de
un panel con dos grados de libertad, tal como está ilustrado en la
figura 1. Cuando el número de los grados de libertad es más
importante, las etapas 3) y 4) se repiten tantas veces como sea
necesario.
El adhesivo utilizado para unir entre sí los
diferentes constituyentes del panel puede presentarse bajo la forma
de una película o ser proyectado o pulverizado en al menos uno de
los componentes a
ensamblar.
ensamblar.
De manera general, los diferentes componentes del
panel pueden realizarse en diversos materiales metálicos,
compuestos, termoplásticos, etc.
El uso del separador 24 según la invención
permite realizar el panel en materiales idénticos o compatibles con
el adhesivo utilizado, es decir en una única familia de materiales
(por ejemplo, cualquier compuesto). Se evita así los problemas de
corrosión y de células galvánicas. Además, se garantiza un pegado de
calidad entre los diferentes componentes.
Además, y de manera esencial, el uso de un
separador 24 equipado con guías 26 permite garantizar la
continuidad de las celdas y de los tabiques de las capas 18
alveoladas, entre la capa 14 resistiva delantera y el reflector 17
posterior. De este modo, las celdas 20 están automáticamente
alineadas cualquiera que sea la forma del panel, y especialmente
cuando se trata de una forma aerodinámica compleja o no
desarrollable. Esta disposición permite también eliminar las fugas
de energía laterales y, por consiguiente, conservar una reacción
acústica localizada.
Claims (10)
1. Panel acústico sándwich que comprende una capa
(14) resistiva que forma una cara delantera del panel, una
estructura (16) alveolada formada por al menos dos capas (18)
alveoladas superpuestas que comprenden cada una, una red (20) de
celdas, un separador (24) poroso interpuesto entre las capas (18)
alveoladas adyacentes y un reflector (17) que forma una cara
posterior del panel, caracterizado porque el separador (24)
poroso porta, en cada una de sus caras, guías (26) que penetran en
al menos algunas de las celdas (20) de las capas (18) alveoladas
adyacentes al separador, repartidas en toda la superficie del
separador.
2. Panel acústico sándwich según la
reivindicación 1, en el que la capa (14) resistiva, las capas (18)
alveoladas, el separador (24) poroso y el reflector (17) se
ensamblan entre sí por pegado.
3. Panel acústico sándwich según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la capa (14) resistiva,
las capas (18) alveoladas, el separador (24) poroso y el reflector
(17) se realizan todos en materiales idénticos o compatibles con un
adhesivo que garantiza su ensamblaje.
4. Panel acústico sándwich según la
reivindicación 3, en el que los dichos materiales se eligen del
grupo que comprende los materiales metálicos, compuestos y
termoplásticos.
5. Panel acústico sándwich según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las guías (26) comprenden
elementos (28) alineados, añadidos a cada lado del separador (24)
poroso.
6. Panel acústico sándwich según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las guías (26) comprenden
elementos que atraviesan el separador (24) poroso.
7. Panel acústico sándwich según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las guías (26) son
tubulares.
8. Panel acústico sándwich según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las guías (26) son
varillas macizas.
9. Panel acústico sándwich según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las guías (26) comprenden
extremos afilados.
10. Panel acústico sándwich según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las guías (26) presentan
una sección prácticamente uniforme en toda su longitud.
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