ITMI990398A1 - Dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido"

Riassunto del trovato

Dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido da disporre su una struttura portante, laddove il dispositivo di soppressione delle vibrazioni acustiche è un attuatore piezoelettrico previsto per produrre vibrazioni, in modo tale che il ramo di trasmissione delle vibrazioni acustiche via solido sulla struttura da isolare viene sbarrato e l'eccitazione acustica viene compensata mediante le esistenti masse (eccitate) del sistema.

(Figura 2)

Descrizione del trovato

L'invenzione riguarda un dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido conformemente alla definizione introduttiva della rivendicazione 1, da montare su una struttura portante, specialmente su un puntone di una trasmissione principale di elicottero.

È noto un dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche per ridurre attivamente la trasmissione di vibrazioni acustiche via solido attraverso puntoni di trasmissione su una cabina di elicottero, in cui la causa oppure le sollecitazioni primarie (primary loads) vengono compensate mediante forze antagoniste e coppie regolate (secondary loads) . La realizzazione avviene ad esempio mediante attuatori raagnetostrictivi, rispettivamente piezoelettrici, in combinazione con una corrispondente massa inerziale, che trasmettono le necessarie forze antagoniste, rispettivamente coppie, nel puntone di trasmissione.

Questi attuatori sono disposti in particolare ad un'estremità fissa sul puntone di trasmissione o struttura portante e precisamente di preferenza nella relativa disposizione longitudinale. Su una seconda estremità dell'attuatore, situata in senso opposto alla prima estremità, è fissata una massa inerziale Gli attuatori in dipendenza del movimento della struttura portante muovono le masse inerziali disposti su di essi e provoca una sovrapposizione del movimento della struttura portante e del movimento del punto inferiore delle masse inerziali in modo tale che il movimento della struttura portante viene almeno in parte compensato. Poiché questa sovrapposizione ha luogo nella gamma di frequenza delle vibrazioni acustiche via solido, con questo dispositivo si sopprime in parte la trasmissione di vibrazioni acustiche via solido dalla trasmissione principale alla cabina dell'elicottero. Un inconveniente di questo stato della tecnica è il peso relativamente alto della disposizione, risultante dal peso degli attuatori e delle masse inerziali, e inoltre l'integrazione spaziale nella struttura. Inoltre l'impiego di questi attuatori in combinazione con masse inerziali non si è dimostrato sufficientemente del tutto efficace.

L'invenzione si pone pertanto lo scopo di realizzare un dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido, che riduce in modo pienamente efficace la trasmissione di vibrazioni ed oscillazioni meccaniche attraverso una struttura portante su una cabina od un elemento costruttivo, con modalità costruttiva il più possibile semplice e con un dispendio di integrazione relativamente modesto, rispetto all'attuale stato della tecnica.

Questo problema viene risolto con le caratteristiche della parte caratterizzante della rivendicazione 1, che consiste nell'impiego di elemento attuatori piezoelettrici, strutturalmente integrati o incollati, sul puntone di trasmissione, rispettivamente sulla struttura portante. Questi attuatori regolati provocano uno sbarramento del ramo di trasmissione delle vibrazioni acustiche via solido sia in direzione longitudinale che in direzione trasversale, essendo possibile un ampliamento sulla direzione torsionale. La compensazione propriamente detta delle vibrazioni acustiche via solido ha qui luogo con la presenza di masse di sistema, specialmente della massa della trasmissione principale dell'elicottero.

Nelle sottorivendicazioni sono indicate forme di realizzazione alternative dell'invenzione.

Poiché gli attuatori piezoelettrici secondo l'invenzione senza componenti aggiuntivamente necessari vengono incollati direttamente sulla struttura portante, per la fabbricazione non occorre montare ulteriori componenti, ad esempio masse inerziali, sulla struttura portante. Di conseguenza il dispendio di fabbricazione per il dispositivo secondo l'invenzione per sopprimere vibrazioni viene decisamente ridotto rispetto all'attuale stato della tecnica. Un ulteriore vantaggio dell'invenzione consiste nella sua semplicità di modalità costruttiva, nel suo peso modesto e nel suo modesto ingombro. Di conseguenza il dispositivo secondo l'invenzione per sopprimere vibrazioni è adatto specialmente per strutture con materiali leggeri. Un ulteriore vantaggio dell'invenzione è che con essa si ottiene un'efficacia superiore rispetto all'attuale stato della tecnica. La disposizione di più strati piezoelettrici comandabili separatamente consente di tener conto di differenti forme di vibrazioni della struttura portante. Con l'integrazione degli attuatori piezoelettrici direttamente nel puntone di trasmissione è possibile così ottenere, con un corrispondente concetto di regolazione, un isolamento acustico della cabina o dell'elemento costruttivo dalle eccitazioni, ad alta frequenza, di una macchina associata, ad esempio di una trasmissione.

In seguito l'invenzione viene descritta in base alle figure allegate.

In particolare:

la figura 1 mostra il fissaggio di una trasmissione principale di elicottero su una cabina di elicottero mediante puntoni di trasmissione, sui quali vengono disposti gli attuatori piezoelettrici secondo l'invenzione; la figura 2 mostra uno stato piezoelettrico che è incollato su un puntone di trasmissione a sezione trasversale tonda, comprende tre gusci ed è adatto a trasmettere vibrazioni in direzione longitudinale e trasversale del puntone di trasmissione ;

la figura 3 mostra una sezione A-A attraverso il punto di trasmissione rappresentato in figura 2;

la figura 4 mostra una sezione attraverso un puntone di trasmissione con sezione trasversale triangolare, laddove gli strati piezoelettrici rappresentati sono adatti a comandare vibrazioni in direzione longitudinale e trasversale del puntone di trasmissione;

la figura 5 mostra una sezione attraverso un puntone di trasmissione con sezione trasversale quadrata, laddove gli strati piezoelettrici rappresentati sono adatti a comandare vibrazioni parimenti in direzione longitudinale e trasversale del puntone di trasmissione; e

la figura 6 mostra un puntone di trasmissione con uno strato piezoelettrico, che è disposto a spirale su questo ed è adatto a comandare vibrazioni torsionali nel puntone di trasmissione;

la figura 7 mostra un puntone di trasmissione con due strati piezoelettrici disposti a spirale in sensi contrari, i quali sono adatti a comandare rispettivamente due forme di vibrazioni contemporaneamente nel puntone di trasmissione.

La figura 1 mostra la trasmissione principale 1 di un elicottero, che tramite puntoni 5, 6, 7 della trasmissione è collegata con la cabina 9 dell'elicottero. La trasmissione principale 1 costituisce la più importante fonte di rumore nell'elicottero. Con la conformazione secondo l'invenzione del puntone di trasmissione con attuatori piezoelettrici è possibile trasmettere vibrazioni nel puntone di trasmissione, in modo tale che la massa della trasmissione è in grado di eseguire vibrazioni per compensare il segnale primario. L'attuatore in tal caso in combinazione con sensori/regolatori adatti mediante l'introduzione di segnali secondari sul rispettivo puntone di trasmissione o sulla struttura portante, impedisce la trasmissione di vibrazioni acustiche via solido sulla cabina. I puntoni di trasmissione 5, 6, 7 mostrati in figura 1 sono eseguiti ad esempio conformemente alla rappresentazione nelle figure 2 fino a 7.

L'efficacia del dispositivo di soppressione delle vibrazioni acustiche presuppone adatti concetti di regolazione corrispondentemente all'eccitazione. Ciò può verificarsi sia in modo deterministico (ad esempio vibrazione sinusoidale) sia anche stocastico (ad esempio rumore a banda limitata).

Nelle figure 2, 3 è rappresentato uno dei puntoni di trasmissione rappresentato in figura 1, ad esempio il puntone di trasmissione 5. In tal caso il puntone di trasmissione 5 possiede una sezione traversale tonda come mostra la sezione A-A della figura 2 rappresentata nella figura 3. Sul puntone di trasmissione 5 è incollato l'attuatore piezoelettrico secondo l'invenzione nella forma di strato piezoelettrico gusciforme 11. Lo strato piezoelettrico gusciforme 11 è suddiviso in tal caso in tre terzi gusci allungati 12, 13, 14. L'asse longitudinale di ogni terzo guscio 12, 13, 14 si estende nella direzione dell'asse longitudinale del puntone di trasmissione 5. Malgrado gli attuatori piezoelettrici nel loro stato attivo si muovano in sostanza nella loro direzione longitudinale, per effetto della modalità costruttiva divisa, con corrispondente comando, sia vibrazioni longitudinali che vibrazioni trasversali possono essere trasmesse sul puntone o struttura portante. Nella disposizione secondo le figure 2, 3 vengono trasmesse vibrazioni in direzione longitudinale e trasversale del puntone di trasmissione, per compensarne altrettante trasmesse dalla trasmissione principale al puntone di trasmissione.

La figura 4 mostra la sezione trasversale di un puntone di trasmissione presentante una sezione trasversale triangolare 21 e sul quale sono applicati tre attuatori piezoelettrici 22, 23, 24 a forma di striscia. Anche in questa disposizione dagli attuatori piezoelettrici 22, 23, 24 sostanzialmente vibrazioni nella direzione longitudinale e trasversale del puntone di trasmissione vengono trasmesse in questo.

La figura 5 mostra la sezione trasversale di un puntone di trasmissione con sezione trasversale quadrata 31. Su ogni superficie laterale di questo puntone di trasmissione è incollato rispettivamente un attuatore piezoelettrico allungato 32, 33, 34, 35. Anche in questa disposizione dagli attuatori piezoelettrici 32, 33, 34, 35 di volta in volta vibrazioni in direzione longitudinale, rispettivamente trasversale, del puntone di trasmissione vengono trasmesse in questo.

Le forme di realizzazione mostrate nelle figure 2 fino a 5, degli attuatori piezoelettrici secondo l'invenzione, rispettivamente la loro disposizione sulle corrispondenti strutture portanti, sono adatte a trasmettere vibrazioni longitudinali e trasversali nella struttura portante, per sopprimere la trasmissione di vibrazione acustica via solido dalla struttura portante ad una cabina o ad un elemento costruttivo. Le disposizioni mostrate nelle figure 2 fino a 5 possono essere ampliate in maniera analoga su altre forme della sezione trasversale delle strutture portanti oppure anche su strutture portanti di diversa conformazione. La disposizione degli attuatori piezoelettrici su queste strutture portanti risulta dalle corrispondenti considerazioni geometriche e dall'esigenza precisante quali movimenti trasmessi sulla struttura portante dovranno essere compensati dagli attuatori piezoelettrici.

Nella figura 6 è mostrata una disposizione a spirale di un attuatore piezoelettrico 42 su una struttura portante 43. Questa disposizione è adatta a trasmettere vibrazioni torsionali nella struttura portante 43.

Nella figura 7 è mostrata una disposizione a spirale in senso contrario di strati attuatori piezoelettrici 51, 52 su una struttura portante 53. Questa disposizione tramite una differente attivazione degli strati attuatori piezoelettrici è adatta a trasmettere nella struttura portante o vibrazioni torsionali longitudinali oppure vibrazioni trasversali.

La disposizione a spirale di un attuatore piezoelettrico per sopprimere vibrazioni torsionali nella struttura portante può essere anche combinata con uno oppure più attuatori piezoelettrici, montati in direzione longitudinale della struttura portante, per sopprimere vibrazioni longitudinali, trasversali e torsionali.

Per montare un attuatore piezoelettrico sulla corrispondente struttura portante questo nella forma di strato piezoelettrico gusciforme viene incollato sulla struttura portante. Il montaggio degli attuatori piezoelettrici in tal caso dovrà tener conto di differenti situazioni di esercizio dell'elicottero. Per soddisfare a questi requisiti per produrre una preassegnata precarica di pressione nello stato finito per l'incollatura è possibile adottare differenti metodi per produrre una precarica di pressione degli strati attuatori piezoelettrici:

1) frazionamento meccanico della struttura portante e/oppure

2) riscaldamento degli strati piezoelettrici/struttura portante e/oppure

3) compressione elettrica degli strati piezoelettrici.

Un settore di uno strato piezoelettrico di un attuatore piezoelettrico inoltre può essere impiegato anche come sensore per rilevare il segnale di vibrazione secondario da trasmettere nella struttura portante.

Gli attuatori piezoelettrici secondo l'invenzione possono essere montati su ogni elemento strutturale portante, sufficientemente lungo, come puntoni, sospensioni, sostegni, che collegano trasmissione, motori oppure altre macchine producenti vibrazioni acustiche con un elemento costruttivo portante, specialmente una cabina passeggeri, come la fusoliera dell'elicottero oppure una carrozzeria di veicolo.

Claims (4)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido da disporre su una struttura portante collegante una cabina ed un generatore di vibrazioni acustiche, caratterizzato dal fatto che il dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido è almeno un attuatore piezoelettrico (11, 12, 13, 14; 22, 23, 24; 32, 33, 34, 35; 51, 52), che trasmette vibrazioni nella struttura portante (5, 6, 7; 21; 31), per sbarrare il ramo di trasmissione delle vibrazioni acustiche via solido sulla struttura da isolare e per compensare l'eccitazione acustica mediante le masse del sistema presenti ed eccitate del generatore di vibrazioni acustiche.
2. 2. Dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che almeno un attuatore piezoelettrico (12, 13, 14; 22, 23, 24; 32, 33, 34, 35) ha la conformazione di una striscia stretta disposta in direzione longitudinale della struttura portante (5, 6, 7; 21; 31) in direzione del suo asse longitudinale.
3. 3. Dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ameno uno degli attuatori piezoelettrici (41; 41, 52) presenta una conformazione oblunga ed è avvolto attorno all'elemento (43; 53) della struttura portante.
4. 4. Dispositivo per sopprimere vibrazioni acustiche via solido secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli attuatori piezoelettrici con la loro direzione longitudinale vengono combinati a segmenti corrispondentemente all'esigenza di esercizio.