ES2248305T3 - Estructura de amortiguacion y aplicaciones. - Google Patents
Estructura de amortiguacion y aplicaciones.Info
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Abstract
Estructura (1) de amortiguación que presenta una cavidad interna (2) rodeada por paredes (3, 4) que forman un recinto (6) y que desemboca por una abertura (7), y que comprende un agregado (8) que comprende al menos cuerpos sólidos (9) en contacto, la estructura comprendiendo además unos medios (10, 11) adaptados a la abertura (7) para cerrar la cavidad interna (2) y al menos un tabique interno (13) que está dispuesto en el interior de dicha cavidad interna (2), caracterizándose dicha estructura porque el agregado (8) rellena dicha cavidad interna (2) y porque al menos algunos de dichos cuerpos sólidos (9) son huecos.
Description
Estructura de amortiguación y aplicaciones.
La presente invención se refiere a una estructura
de amortiguación, así como a aplicaciones de tal estructura de
amortiguación.
Una aplicación preferida se refiere a la
utilización de la estructura de amortiguación para amortiguar
vibraciones de piezas vibrantes, tales como la caja de transmisión
principal, de una aeronave con ala giratoria, en particular un
helicóptero, con el fin particularmente de reducir el ruido en el
puesto de pilotaje y/o en la cabina de pasajeros de dicha
aeronave.
Se sabe que, en una aeronave con ala giratoria,
los espectros acústicos definidos en el intervalo comprendido entre
20 Hz y 20 kHz responden a la superposición de ruidos de diferentes
orígenes, susceptibles de unirse en dos grupos diferentes según sus
características espectrales, a saber los sonidos puros o ruidos de
líneas y los ruidos de banda ancha.
Como es conocido, los sonidos puros o ruidos de
líneas aparecen particularmente, en su caso:
- -
- en las frecuencias características de la cadena cinemática de la aeronave;
- -
- en las frecuencias de rotación de las palas de los rotores (principal y trasero) y en los armónicos de estas frecuencias;
- -
- en las frecuencias de rotación de las palas de los compresores de los grupos turbomotores; y/o
- -
- en las frecuencias de rotación de las palas de los ventiladores de enfriamiento de la caja de transmisión principal o de distribución de aire en cabina y/o de equipos eléctricos, así como en los armónicos de estas frecuencias,
mientras que los ruidos de banda ancha comprenden
particularmente, en su caso:
- -
- el ruido de capa límite que se desarrolla en el fuselaje;
- -
- el ruido generado por los rotores;
- -
- el ruido de flujo de las entradas de aire y de las toberas;
- -
- el ruido de motor; y/o
- -
- el ruido de los circuitos de climatización o de calefacción del puesto de pilotaje o de la cabina de pasaje- ros.
Todos estos ruidos son, por supuesto, molestos
para los pilotos y los pasajeros.
Existen diferentes soluciones conocidas para
reducir tales ruidos en el interior de una aeronave de ala
giratoria, particularmente un helicóptero.
Una primera solución conocida tiene por objeto
reducir el nivel vibratorio o la radiación de las fuentes de ruido
y/o del fuselaje. Con este fin, se pueden poner en práctica diversas
acciones físicas, particularmente:
- -
- una reducción de las vibraciones de la estructura y/o de los órganos mecánicos, por amortiguación o modificación de la rigidez o de la masa;
- -
- una atenuación de la transmisión acústica, por amortiguación o modificación de la rigidez o de la masa;
- -
- un efecto de doble tabique, por un espacio relleno o no de un material absorbente entre la estructura radiante y los paneles de insonorización;
- -
- una absorción acústica por materiales fibrosos o alveolares; y
- -
- una absorción acústica por resonadores de Helmhotz.
Las cuatro primeras acciones físicas
anteriormente mencionadas permiten disminuir el nivel general del
ruido en un amplio intervalo de frecuencias, sin embargo éstas
conllevan un aumento de masa importante y muy desventajoso. Además,
la disminución del ruido obtenida entonces no es suficientemente
selectiva para hacer desaparecer la molesta acústica específica de
la emergencia de los sonidos puros.
Por el contrario, la quinta y última acción
física anteriormente mencionada permite reducir eficazmente el ruido
de líneas, aunque, sin embargo, únicamente en una banda estrecha de
frecuencias, definida en el momento de la concepción.
Esta primera solución anteriormente mencionada y
basada en un tratamiento pasivo del ruido no es, por lo tanto,
totalmente eficaz, particularmente para los ruidos de líneas
generados por excitaciones vibratorias.
Una segunda solución conocida preconiza la
creación de insonorizaciones pasivas en forma de paneles de
revestimiento colocados en el puesto de pilotaje o en la cabina de
pasajeros. Estos paneles están concebidos en función de la zona
estructural que se vaya a tratar y del espectro de frecuencia que se
vaya a atenuar.
Sin embargo, esta segunda solución presenta
igualmente numerosos inconvenientes, particularmente:
- -
- una reducción de ruido limitada, sobretodo en bajas frecuencias;
- -
- un aumento de masa elevado, que puede ser de varios centenares de kilos para un helicóptero de grandes dimensiones;
- -
- una pérdida de volumen nada despreciable, particularmente con la utilización de paneles gruesos para aumentar el efecto de absorción acústica; y
- -
- fugas acústicas, en particular al nivel de los agujeros de cableado y de las juntas entre los paneles.
Por consiguiente, ninguna de estas dos soluciones
conocidas y anteriormente mencionadas es satisfactoria para reducir
la molestia ocasionada por los ruidos, particularmente los ruidos
de líneas.
Uno de los objetivos de la presente invención es
proponer una solución que permita reducir tales ruidos.
El documento
US-A-2 417 347 describe un
amortiguador de vibraciones según el preámbulo de la reivindicación
1.
El documento
GB-A-1 293 391 describe un soporte
antivibratorio que comprende un recipiente lleno de granalla y
provisto de una abertura, así como un pistón sostenido por la
granalla y que obtura la abertura.
La presente invención se refiere, con este fin, a
una estructura de amortiguación, de realización simple y poco
costosa, que presenta numerosas ventajas y que se puede utilizar en
diversas aplicaciones para amortiguar las vibraciones generadas por
fuentes vibrantes, en particular con el objetivo de reducir el
ruido; y esto particularmente en una aeronave de ala giratoria, como
un helicóptero.
Con este fin, dicha estructura de amortiguación
es notable, según la invención, porque presenta las características
de la reivindicación.
De este modo, cuando dicha estructura está
sometida a vibraciones, estas vibraciones son transmitidas a los
cuerpos sólidos (en contacto) del agregado, mediante diferentes
puntos de contacto. Al pasar por cada uno de estos puntos de
contacto, una parte de la energía vibratoria se disipa por fricción,
de tal manera que dichas vibraciones son amortiguadas de este modo
de una manera rápida y eficaz en dicha estructura.
Preferiblemente, dicha estructura es alargada,
por ejemplo en forma de una barra, y dicha cavidad interna está
formada longitudinalmente en el interior de dicha estructura
alargada.
En el marco de la presente invención, al menos
algunos de dichos cuerpos sólidos que están, por ejemplo, realizados
en material sintético, preferiblemente las bolas, son huecos, lo que
permite reducir el peso de dichos cuerpos sólidos y, por lo tanto,
también el peso de la estructura.
Además, según la invención, dichos cuerpos
sólidos se pueden realizar en diferentes materiales (material
sintético, metal,...) y/o presentar formas y/o dimensiones
(diámetros) diferentes.
Se observará que:
- -
- una diferencia de inercia de dichos cuerpos sólidos, debida particularmente a dimensiones o densidades diferentes; y/o
- -
- una diferencia de rigidez de dichos cuerpos sólidos, debida particularmente a materiales diferentes (por ejemplo un material poco rígido e intrínsecamente muy amortiguador o un material más rígido e intrínsecamente menos amortiguador),
\newpage
conllevan un movimiento diferente bajo el efecto
de una excitación vibratoria y, por lo tanto, también una amplitud
de amortiguación diferente. Por consiguiente, mediante una elección
apropiada de estas características, se puede ajustar y optimizar la
amortiguación aplicada por la estructura de amortiguación conforme a
la invención.
Dicha estructura comprende, además, al menos un
tabique interno, macizo o perforado, de cualquier forma,
particularmente tubular, que es solidario o no a la pared de dicha
estructura y que está dispuesto en el interior de dicha cavidad
interna.
Esto permite aumentar la superficie de
intercambio (fricción) entre la estructura y el agregado y, por lo
tanto, también la amortiguación de las vibraciones.
Además, de manera ventajosa:
- -
- dicho agregado comprende además un líquido viscoso que rellena los espacios entre dichos cuerpos sólidos; y/o
- -
- dichos medios para cerrar dicha cavidad interna comprenden una placa rígida que está oprimida por un elemento elástico.
Además de las ventajas anteriormente mencionadas,
la estructura de amortiguación conforme a la invención presenta las
siguientes ventajas:
- -
- se puede realizar fácilmente y presenta un bajo coste de fabricación, particularmente cuando la cavidad interna ya existe en la estructura;
- -
- presenta una masa reducida (particularmente cuando se utilizan cuerpos sólidos huecos) respecto de algunos medios de amortiguación conocidos, tales como el encolado de materiales viscoelásticos, oprimidos o no, sobre la superficie de la estructura que se va a amortiguar;
- -
- el agregado que comprende está protegido contra agresiones externas (fuego, humedad, agentes corrosivos,...) por la propia estructura;
- -
- es eficaz sobre una amplia banda de frecuencias y para diferentes tipos de deformación (flexión, tracción-compresión, torsión,...) de la estructura;
- -
- no está sometida a fenómenos de abrasión, de corrosión o de erosión, si se elige una pareja apropiada de materiales respectivamente para la pared de la estructura y el agregado; y
- -
- no conlleva ninguna modificación de la vida útil de las piezas, a las cuales está asociada.
En una aplicación particular, dicha estructura se
puede realizar en forma de un piñón hueco (de una caja de
transmisión o de cualquier otro dispositivo mecánico) que está lleno
de dicho agregado conforme a la invención.
La presente invención se refiere también a un
sistema de suspensión de una caja de transmisión de una aeronave de
ala giratoria, particularmente de un helicóptero.
Según la invención, dicho sistema de suspensión
que comprende una pluralidad de barras de suspensión es notable
porque al menos una de dichas barras de suspensión comprende una
estructura como la anteriormente menciona-
da.
da.
De este modo, se aumenta la amortiguación
equivalente de al menos una de dichas barras, lo que permite reducir
eficazmente, en el puesto de pilotaje y/o en la cabina de pasajeros
de la aeronave, el ruido de origen sólido que es transmitido por
dichas barras tratadas.
La presente invención se refiere igualmente a dos
tipos de dispositivo de amortiguación que utilizan la estructura
anteriormente mencionada para amortiguar las vibraciones de una
pieza vibrante cualquiera, por ejemplo:
- -
- una biela;
- -
- un motor;
- -
- una caja de cambios; o
- -
- un órgano giratorio, como un compresor o un ventilador por ejemplo
El primero de estos dispositivos de amortiguación
comprende una estructura de amortiguación conforme a la invención,
que está dispuesta entre la pieza vibrante y un soporte.
Se observará que la estructura utilizada es
rígida y que puede o bien ser empotrada en un espacio vacío, o bien
sustituir directamente un elemento preexistente que garantiza otras
funciones, en particular mecánicas o estructurales, como una biela
por ejemplo.
Un segundo dispositivo de amortiguación para
amortiguar las vibraciones de una pieza vibrante que comprende al
menos un elemento hueco, por ejemplo una barra de suspensión de
dicha pieza vibrante, se obtiene realizando dicho elemento en forma
de la estructura de amortiguación anteriormente mencionada. En el
marco de la presente invención, la cavidad de este elemento puede
ser, o bien una cavidad preexistente, o bien una cavidad practicada
específicamente para la puesta en práctica de la presente
invención.
Este segundo dispositivo de amortiguación
presenta la ventaja adicional de no aumentar las dimensiones
totales.
Las figuras de los dibujos anexos permitirán
entender bien el modo en que se puede realizar la invención. En
estas figuras, las referencias idénticas designan elementos
similares.
La figura 1 muestra esquemáticamente una
estructura de amortiguación conforme a la invención.
Las figuras 2 y 3 muestran estructuras conforme a
la invención que comprenden diferentes tipos de cuerpos sólidos.
Las figuras 4 a 7 y 8 a 11 muestran, de manera
esquemática, diferentes formas de realización de tabiques internos
de la estructura conforme a la invención, respectivamente en vista
longitudinal y en vista en planta.
La figura 12 ilustra esquemáticamente una
descomposición mecánica de la estructura conforme a la
invención.
La figura 13 muestra una aplicación preferida de
la estructura conforme a la invención, relativa a la suspensión de
la caja de transmisión principal de un helicóptero.
La estructura de amortiguación 1 conforme a la
invención, representada esquemáticamente en la figura 1, es un
elemento mecánico precisado más adelante que, según la invención,
presenta una cavidad interna 2, rodeada por paredes 3, 4 que forman
un recinto 6 y que desemboca por una abertura 7.
Según la invención, dicha estructura 1
comprende:
- -
- un agregado 8 que comprende cuerpos sólidos 9 en contacto y que rellena completamente dicha cavidad interna 2, aunque por razones de simplificación del dibujo no se han representado los cuerpos sólidos 9 en todo el recinto 6 en la figura 1; y
- -
- unos medios 10 para cerrar la cavidad interna 2 y apretar dicho agregado 8 en dicha cavidad interna 2, contra dichas paredes 3 y 4.
De este modo, cuando la estructura 1 está
sometida a vibraciones, por ejemplo vibraciones longitudinales E o
vibraciones laterales F, estas vibraciones son transmitidas por las
paredes 3 y 4 a los cuerpos sólidos 9 (en contacto) del agregado 8
que está apretado, mediante diferentes puntos de contacto. Al pasar
por cada uno de estos puntos de contacto, una parte de la energía
vibratoria se disipa por fricción, de tal manera que dichas
vibraciones son amortiguadas de este modo de una manera rápida y
eficaz en dicha estructura 1, tal y como se representa en la figura
1 con las amortiguaciones e1 y e2 para las vibraciones
longitudinales E, y las amortiguaciones f1 y f2 para las
vibraciones laterales F.
Por supuesto, la estructura 1 puede presentar
diferentes formas, más o menos macizas. Preferiblemente, sin
embargo, presenta una forma alargada, a modo de una barra por
ejemplo, y dicha cavidad interna 2 está formada longitudinalmente a
dicha estructura 1 en el interior de un recinto 6 tubular, como se
representa en la figura 1.
En el marco de la presente invención, dichos
cuerpos sólidos 9, que están realizados por ejemplo en un material
sintético, preferiblemente bolas, pueden ser:
- -
- o bien macizos, estando entonces toda su masa ocupada por el material;
- -
- o bien huecos, lo que permite reducir el peso de dichos cuerpos sólidos 9 y, por lo tanto, también el peso de la estructura 1.
Además, según la invención, dichos cuerpos
sólidos 9:
- -
- se pueden realizar en diferentes materiales (polímero, cerámica metálica, elastómero,...), tal y como se representa en la figura 2 que muestra los cuerpos sólidos 9A y 9B con idéntica forma y dimensión, pero realizados en materiales diferentes; y/o
- -
- pueden presentar formas y/o dimensiones (diámetros) diferentes, tal y como se representa en la figura 3, particularmente para los cuerpos 9C, 9D, 9E y 9F.
Se observará que:
- -
- una diferencia de inercia de los cuerpos sólidos 9A a 9F, debida particularmente a dimensiones o densidades diferentes; y/o
- -
- una diferencia de rigidez de los cuerpos 9A y 9B, debida particularmente a materiales diferentes (por ejemplo un material poco rígido e intrínsecamente muy amortiguador o un material más rígido e intrínsecamente menos amortiguador),
conllevan un movimiento diferente bajo el efecto
de una excitación vibratoria y, por lo tanto, también una amplitud
de amortiguación diferente. Por consiguiente, mediante una elección
apropiada de estas características, se puede ajustar y optimizar la
amortiguación aplicada por la estructura 1.
Además de dichos cuerpos sólidos 9, macizos o
huecos, el agregado 8 puede también comprender un líquido viscoso,
por ejemplo aceite, que rellena los espacios libres en el recinto 6
entre dichos cuerpos sólidos 9. Estos últimos están entonces
sumergidos en un medio lubricante, lo que permite retrasar un
calentamiento eventual.
Por otra parte, en una forma de realización
preferida representada en la figura 2, los medios 10 comprenden:
- -
- una placa rígida 11, por ejemplo una placa metálica, que está adaptada a la abertura 7 para poder cerrar, preferiblemente de manera estanca, el recinto 6; y
- -
- un medio elástico 12, preferiblemente un muelle, que ejerce una presión elástica sobre dicha placa rígida 11 con el fin de oprimir el agregado 8, es decir de apretarlo en el recinto 6, e incluso eventualmente comprimirlo si comprende una cantidad reducida de líquido o si los cuerpos sólidos 9 son poco rígidos.
Por otra parte, la estructura de amortiguación 1
conforme a la invención comprende además al menos un tabique interno
13, que es solidario a una pared 3 o 4 del recinto 6 de la
estructura 1 y que está dispuesto en el interior de la cavidad
2.
A título ilustrativo, se han representado
diferentes ejemplos de tabiques 13:
- -
- en una vista en corte longitudinal esquemática, en las figuras 4 a 7; y
- -
- en una vista en planta, en las figuras 8 a 11.
Como se puede ver en estas figuras 4 a 11, los
tabiques 13:
- -
- pueden ser macizos (figuras 4, 5, 6, 7, 8, 10 y 11) o perforados (figuras 5, 9 y 11); y
- -
- pueden presentar cualquier forma, por ejemplo plana (figuras 4 a 9) o tubular (figuras 10 y 11). En este último caso, los tabiques 13 pueden presentar cualquier tipo de sección transversal: circular, elíptica o simplemente cualquier otra.
Estos tabiques internos 13 permiten aumentar la
superficie de intercambio y, por lo tanto, la superficie de
fricción entre, por una parte, las caras internas de las paredes 3,
4 del recinto 6 y, por otra parte, el agregado 8, lo que permite
aumentar la amortiguación de las vibraciones de la estructura 1.
Además de las ventajas anteriormente mencionadas,
la estructura 1 conforme a la invención presenta igualmente las
siguientes ventajas:
- -
- se puede realizar fácilmente y presenta un bajo coste de fabricación, particularmente cuando la cavidad interna 2 ya existe en la estructura 1;
- -
- presenta una masa reducida (particularmente cuando se utilizan cuerpos sólidos 9 huecos) respecto de algunos medios de amortiguación conocidos, tales como materiales amortiguadores pegados directamente sobre la superficie de la estructura que se va a amortiguar;
- -
- el agregado 8 que comprende está protegido contra agresiones externas (fuego, humedad, agentes corrosivos,...) por el recinto 6;
- -
- es eficaz sobre una amplia banda de frecuencias y para diferentes tipos de deformación (flexión, tracción-compresión, torsión,...) de la estructura 1;
- -
- no está sometida a fenómenos de abrasión, de corrosión o de erosión, si se elige una pareja apropiada de materiales respectivamente para la pared 3, 4 de la estructura 1 y el agregado 8; y
- -
- no conlleva ninguna modificación de la vida útil de las piezas, a las cuales está asociada.
Se precisa a continuación, con referencia a la
figura 12, el efecto físico del relleno (de la cavidad 2 por el
agregado 8) sobre el comportamiento vibratorio de una estructura 1
inicialmente hueca (cavidad 2 existente, pero vacía).
Se pueden tratar tres modos diferentes de
solicitación de las estructuras huecas 1 por el relleno con un
agregado 8, a saber:
- -
- la flexión;
- -
- la tracción-compresión; y
- -
- la torsión.
Se considera la respuesta vibratoria de una
estructura hueca 1 como la superposición lineal de respuestas de
sistemas de segundo orden, caracterizado cada uno por una frecuencia
propia, una amortiguación modal, una masa modal y una rigidez
modal.
A una frecuencia dada, se puede sustituir la
estructura 1 y el conjunto del agregado 8 por los dos sistemas
acoplados representados en la figura 12, en los cuales:
- -
- MA y KA representan respectivamente la masa modal y la rigidez modal real de la estructura 1 no tratada, solicitada en flexión, longitudinal o torsión;
- -
- MB representa la masa equivalente del agregado 8, puesta en movimiento por el acoplamiento con la estructura 1 hueca solicitada en flexión, longitudinal o torsión; y
- -
- CB traduce la fricción interna aportada por el agregado 8.
El relleno de la cavidad 2 modifica la respuesta
vibratoria de la estructura 1, pero no modifica la fuerza de
excitación F0 procedente de la excitación corriente arriba (cárter,
por ejemplo, para la caja de transmisión principal de un
helicóptero).
En régimen armónico, los desplazamientos
respectivos a lo largo del tiempo x1(t) y x2(t), las
velocidades v1(t) y v2(t) y las aceleraciones
respectivas \gamma1(t) y \gamma2(t) verifican para
una frecuencia angular \omega cualquiera de las fuerzas de
excitación de amplitud F, con F0(t) =
F(\omega).sen(\omegat):
| v1(t) = j\omega x1(t) | y | v2(t) = j\omega x2(t) |
| \gamma1(t) = \omega^{2} x1(t) | y | \gamma2(t) = \omega^{2} x2(t) |
Al ser la suma de las fuerzas aplicadas (fuerzas
de recuperación, fuerza de fricción debida al acoplamiento con la
otra masa, y eventualmente fuerza exterior F0) a cada masa igual a
su fuerza inercial, se establece por lo tanto para cada masa:
- en función del tiempo t:
- \bullet
- para la masa MA: F0(t)-KA x1(t)-CB(v1(t)-v2(t)) = MA \gamma1(t)
- \bullet
- para la masa MB: 0
\hskip1,77cm
-CB(v2(t)-v1(t)) = MA \gamma2(t)
- en función de la frecuencia angular
\omega:
- \bullet
- para la masa MA: F(\omega) -KAX1(\omega)-CBj\omega(X1(\omega)-X2(\omega)) = MA \omega^{2}X1(\omega)
- \bullet
- para la masa MB: 0
\hskip2,05cm
-CBj\omega(X2(\omega)-X1(\omega)) = MB \omega^{2}X2(\omega)
- siendo j^{2} = -1 y X1(\omega) y X2(\omega) cantidades complejas.
A partir de aquí, es fácil determinar
(considerando la frecuencia f en Hz) el espectro de la amplitud
aceleración/fuerza y el espectro de desfase de la aceleración
respecto de la fuerza, accesibles por la medición (siendo f =
\omega/2\pi y fA = \omegaA/2\pi, fA y \omegaA siendo
respectivamente la frecuencia propia y la pulsación propia de la
estructura A (estructura 1 no rellena)).
Se deduce que el efecto del relleno (agregado 8)
del recinto 6 sobre el comportamiento vibratorio de la estructura 1
se traduce por:
- -
- una fuerte disminución del máximo de la respuesta en amplitud (que define la frecuencia de resonancia del sistema amortiguado);
- -
- un deslizamiento relativamente importante del máximo de la respuesta en amplitud hacia las frecuencias bajas;
- -
- un ensanchamiento importante del espectro de respuesta en amplitud; y
- -
- un aplanamiento importante de la curva de respuesta en fase.
Por otra parte, el coeficiente CB se puede
expresar teóricamente entorno al modo propio \omegaA por:
CB = \alphaB
2\PiA mB
tg(\deltaB)
siendo:
- -
- \alphaB: un coeficiente sin dimensión que traduce la eficacia real del relleno;
- -
- \deltaB: un ángulo de pérdida intrínseco del material de relleno, conocido previamente; y
- -
- mB: la masa física aportada por el relleno (agregado 8).
Se verifica por lo tanto que:
- -
- cuanto más elevado es el ángulo de pérdida del material, más importante es la amortiguación equivalente;
- -
- la amortiguación equivalente es proporcional a mB; y
- -
- cuanto más elevada es la calidad del contacto, mejor es la eficacia de amortiguación del relleno (agregado 8).
La optimización de la amortiguación consiste en
aumentar CB, es decir, la masa amortiguadora del agregado 8, que
está definida por \alphaB mB tg(\deltaB).
Los parámetros tecnológicos que permiten aumentar
esta masa amortiguadora son:
- para el ángulo de pérdida \deltaB:
- \bullet
- el número de tipos de cuerpos sólidos 9 utilizados (un solo tipo o una mezcla de diversos tipos);
- \bullet
- la naturaleza de los constituyentes: polímero, cerámica metálica o elastómero;
- \bullet
- la viscosidad del líquido de relleno eventualmente utilizado,
- para el coeficiente de eficacia \alphaB:
- \bullet
- el estado de superficie de los cuerpos sólidos 9 que constituyen el agregado 8;
- \bullet
- la presión estática de compactación generada por los medios 10,
- para la masa de relleno mB:
- \bullet
- la masa volumétrica media de los cuerpos sólidos 9 que constituyen el agregado 8;
- \bullet
- el diámetro medio de los cuerpos sólidos 9 que constituyen el agregado 8;
- \bullet
- el espesor de pared de los cuerpos sólidos 9 que constituyen el agregado 8, en caso de ser huecos.
Numerosas aplicaciones son por supuesto posibles
para la estructura de amortiguación 1 conforme a la invención.
En particular, dicha estructura 1 se puede
utilizar para amortiguar las vibraciones de diversos tipos de piezas
vibrantes. De este modo, puede ser empleada particularmente como
parte:
- -
- de una barra de enlace entre un soporte que se va a aislar respecto de las vibraciones y un cárter que engloba elementos giratorios que generan estas vibraciones, como se verá en detalle más adelante con referencia a la figura 13; o
- -
- de una suspensión de motor, de caja de cambios o de un órgano giratorio, como un compresor o un ventilador por ejemplo.
Según la invención, para realizar la suspensión
de una pieza vibrante respecto de un soporte, con el fin de aislar
este último de las vibraciones de dicha pieza vibrante, una o
varias estructuras 1, particularmente en forma de barra,
pueden:
- -
- empotrarse y disponerse en espacios libres entre la pieza vibrante y el soporte; o
- -
- sustituir elementos, por ejemplo bielas, que ya existen en la pieza o el soporte; o
- -
- formarse en elementos (huecos o no) ya existentes.
Las dos últimas soluciones presentan además la
ventaja de no aumentar las dimensiones totales.
Las aplicaciones preferidas de la estructura de
amortiguación 1 se refieren a la reducción de vibraciones
generadoras de ruido, en una aeronave de ala giratoria,
especialmente un helicóptero, y en particular a la reducción:
- -
- del ruido de engranaje o de rodamiento procedente de las cajas de transmisión; y/o
- -
- del ruido de engranaje o de rodamiento de las cajas accesorias (bombas de lubricación, accionamiento de grupos de ventilación, climatización,...),
ruidos que son muy molestos en
cabina, tanto para los pilotos como para los
pasajeros.
La aplicación particular de la invención,
representada en la figura 13, tiene por objeto aumentar la
amortiguación de las barras de suspensión 15 de un sistema de
suspensión de la caja de transmisión principal BTP (conectada al
mástil 16 del rotor de avance y de sustentación) de un helicóptero
He, barras de suspensión 15 que están dispuestas sobre el fuselaje
17 del helicóptero He.
Para lograr esto, estas barras de suspensión 15
comprenden, cada una, una estructura de amortiguación 1 conforme a
la invención, como se puede ver para una de estas barras 15 que está
parcialmente arrancada en la figura 13.
Esto se realiza con el fin de reducir en cabina
el ruido de origen sólido transmitido por las barras 15, es decir,
la energía vibratoria transmitida por dichas barras 15, traducida
por una expresión | H(f) | | \gammabarra |^{2}(f)
precisada a continuación.
De manera general, se puede considerar que el
espectro de presión acústica en la cabina del helicóptero He,
indicado como Pcab(f), verifica la siguiente relación
cuadrática:
Pcab^{2}(f) = |
T(f) | | Pdirecta |^{2}(f) + | H(f) | |
\gammabarra |^{2}(f) + | Q(f) | |
\gammaestructura
|^{2}(f)
En efecto, esta suma de amplitudes al cuadrado
traduce el balance de las transferencias energéticas para el ruido
de engranaje con frecuencias superiores a 500 Hz. No cabe tener en
cuenta las relaciones de fase entre presión en cabina y presión
directa o aceleraciones de la estructura (fuselaje) del helicóptero
He, teniendo en cuenta el gran número de modos acústicos presentes
en cabina con estas frecuencias.
Se observará que:
- -
- el término | T(f) | | Pdirecta |^{2}(f) representa la presión acústica cuadrática en cabina, debida únicamente al ruido radiado directamente por la caja de transmisión principal BTP del helicóptero He. | T(f) | representa el módulo del coeficiente de transmisión acústica (sin dimensión) del ruido radiado por vía aérea de amplitud Pdirecta hasta la cabina.
- -
- el término | H(f) | \gammabarra |^{2}(f) representa la presión acústica en cabina, debida únicamente al ruido radiado en cabina por la estructura (parte del fuselaje 17) excitada por las vibraciones de las fijaciones de las barras 15. | H(f) | representa la eficacia de radiación acústica en cabina de las vibraciones de esta parte del fuselaje;
- -
- el término | Q(f) | \gammaestructura |^{2}(f) representa la presión acústica cuadrática en cabina, debida únicamente al ruido radiado en cabina por el resto del fuselaje que no está excitado por las vibraciones de las fijaciones de las barras, sino por el fondo de la caja de transmisión BTP, por ejemplo. | Q(f) | representa el módulo del coeficiente de radiación acústica en cabina de esta última parte del fuselaje.
De lo que antecede, parece que la reducción del
ruido en cabina será significativa a las frecuencias de engranaje,
para las cuales se verifica la siguiente relación en ausencia de
tratamiento.
| H(f)
| \gammabarra |^{2}(f)\rangle\rangle |
T(f) | | Pdirecta |^{2}(f)+| Q(f) |
\gammaestructura
|^{2}(f).
Claims (17)
1. Estructura (1) de amortiguación que presenta
una cavidad interna (2) rodeada por paredes (3, 4) que forman un
recinto (6) y que desemboca por una abertura (7), y que comprende
un agregado (8) que comprende al menos cuerpos sólidos (9) en
contacto, la estructura comprendiendo además unos medios (10, 11)
adaptados a la abertura (7) para cerrar la cavidad interna (2) y al
menos un tabique interno (13) que está dispuesto en el interior de
dicha cavidad interna (2), caracterizándose dicha estructura porque
el agregado (8) rellena dicha cavidad interna (2) y porque al menos
algunos de dichos cuerpos sólidos (9) son huecos.
2. Estructura de amortiguación según la
reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un
medio elástico (12) que ejerce una presión sobre dicho agregado (8)
con el fin de oprimirlo.
3. Estructura de amortiguación según la
reivindicación 1 o 2, caracterizada porque dicho tabique
interno (13) está al menos parcialmente perforado.
4. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los
medios para cerrar la cavidad comprenden una placa rígida (11).
5. Estructura de amortiguación según las
reivindicaciones 2 y 4, caracterizada porque el medio
elástico (12) ejerce una presión elástica sobre dicha placa rígida
(11) para oprimir de este modo dicho agregado (8).
6. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque es
alargada y porque dicha cavidad interna (2) está formada
longitudinalmente en el interior de dicha estructura (1).
7. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
algunos de dichos cuerpos sólidos (9) son macizos.
8. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
dicho agregado (8) comprende cuerpos sólidos (9A, 9B) realizados en
diferentes materiales.
9. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
dicho agregado (8) comprende cuerpos sólidos (9C, 9D, 9E, 9F) que
presentan formas diferentes.
10. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
dicho agregado (8) comprende cuerpos sólidos (9C, 9D, 9E, 9F) que
presentan dimensiones diferentes.
11. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
dicho tabique interno (13) presenta una forma tubular.
12. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
dicho agregado (8) rellena completamente dicha cavidad (2) y porque
el recinto (6) es rígido.
13. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
dicho agregado (8) comprende además un líquido viscoso que rellena
los espacios entre dichos cuerpos sólidos (9).
14. Estructura de amortiguación según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está
realizada en forma de un piñón.
15. Sistema de suspensión de una caja de
transmisión de una aeronave de ala giratoria, particularmente un
helicóptero, dicho sistema de suspensión comprendiendo una
pluralidad de barras de suspensión (15), caracterizado porque
al menos una de dichas barras de suspensión (15) comprende una
estructura de amortiguación según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 13.
16. Dispositivo para amortiguar las vibraciones
de una pieza vibrante montada sobre un soporte, caracterizado
porque comprende una estructura de amortiguación (1) tal y como se
especifica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, la cual
está dispuesta entre dicha pieza vibrante (BTP) y dicho soporte
(17).
17. Dispositivo para amortiguar las vibraciones
de una pieza vibrante que comprende al menos un elemento hueco,
caracterizado porque dicho elemento hueco (15) está realizado
en forma de una estructura de amortiguación (1) tal y como se
especifica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.
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