JP6551892B2 - 音響ライナーおよび音響ライナーの入口を成形する方法 - Google Patents

Description

本発明は、音響ライナーおよび音響ライナーの入口を成形する方法に関する。

現代の航空機エンジンは、航空機エンジンからの騒音放出を低減するために、航空機エンジンナセルに音響減衰パネルを含むことができる。これらの音響減衰パネルは、一般に、セル状ハニカム型内部構造を取り囲むライナーを含むサンドイッチ構造を有する。

欧州特許出願公開第２４８９８５６号明細書

一態様では、本発明の一実施形態は、開放面を有する一組の分割されたキャビティを含む支持層と、対応する入口を有する一組の穿孔を含む穿孔シートであって、穿孔が前記開放面と重なる関係にあり、音響共振器セルを画定する一対の穿孔およびキャビティを形成するように前記支持層に動作可能に結合された穿孔シートと、穿孔シートに適用され、入口の貫通空気流に対して少なくとも上流側に、入口までの移行領域を画定するための減少する厚さを有する部分を有するコーティングと、を含む音響ライナーに関する。

別の態様では、本発明の一実施形態は、音響ライナーの入口を成形する方法に関し、本方法は、穿孔シートにコーティングを適用し、音響ライナーを横切る空気流方向に沿って入口に至る減少する断面を有するコーティングの一部を形成するステップを含む。

図面の説明は以下の通りである。

明確にするために外側ナセルの一部を切り取った航空機エンジン組立体の概略図である。 図１の音響パネルのＡ断面の詳細図であり、表裏のシートを有する分割された支持構造を示す。 図１の音響パネルの斜視図であり、明確にするために支持構造および対向するシートの一部が除去されている。 本発明の一実施形態による、図３の穿孔シートに適用されたコーティングを示す断面図である。 本発明の実施形態による、穿孔シートに適用されたコーティングを示す。 本発明の実施形態による、穿孔シートに適用されたコーティングを示す。 本発明の実施形態による、穿孔シートに適用されたコーティングを示す。

図１は、タービンエンジン１２と、ファン組立体１３と、ナセル１４と、を有する航空機エンジン組立体１０を示す。ナセル１４の一部は、明確にするために切り取られている。ナセル１４は、タービンエンジン１２を囲み、周囲空気に開放された入口１９と、航空機エンジン組立体１０を通る環状空気流路または環状バイパスダクト１６と、を画定する入口部１７を有し、矢印１８で模式的に示すように概して前方から後方へのバイパス空気流路を画定する。タービンエンジン１２は、環状ファンケース２３と、スラストリバーサ（図示せず）の後方ダクト２５と、を含むファン部２１を有することができる。ファン部をナセル内に設けることができ、ファン部２１は入口１９と流体連通する。環状音響パネル２０が、入口１９またはファン部２１の少なくとも一部のナセル内に設けられている。音響パネル２０は、航空機エンジン組立体１０内の騒音を減衰させるためのライナーを形成し、貫通空気流を画定する。

図２は、図１の環状音響パネルの詳細図を示す。環状音響パネル２０は、無孔の裏打ちシート２６と前方穿孔シート２４との間に配置された開放フレームワーク２２を含む。開放フレームワーク２２は、開放面を有する一組の分割されたキャビティまたはセル２８を有する支持層を形成する。これを含めて、開放フレームワーク２２は、開放フレームワーク２２の対向する前面と後面に開放面を有する。このようにして、開放フレームワーク２２は、開放フレームワーク２２と、裏打ちシート２６と、穿孔シート２４との間の開放空間内に一組のセル２８を形成する。

図３でより明確に示すように、裏打ちシート２６と穿孔シート２４との間に配置された開放フレームワーク２２によって形成されたセル２８は、それぞれ、開放フレームワーク２２の幾何学的形状および裏打ちシート２６と穿孔シート２４との間の空間によって画定される所定の容積を有する。開放フレームワーク２２は、ハニカム構造を含むことができ、セルは、開放フレームワーク２２によって形成された６つの壁と、裏打ちシート２６によって形成された上部壁と、穿孔シート２４によって形成された底部壁と、を有する。裏打ちシート２６は、空気に対して不浸透性であってもよい。より具体的には、裏打ちシート２６は、穿孔シート２４とは対照的に、開放フレームワーク２２の反対側の支持層または開放フレームワーク２２によって支持された無孔シートであってもよい。このように、無孔シートは、開放フレームワーク２２の裏側にあり、裏側の開放面を閉鎖する。

穿孔シート２４は、所定のパターンの入口を形成する一組の穿孔３０が穿孔シート２４に形成されて、選択されたセル２８に空気が流入できるように穿孔することができる。穿孔シート２４は、開放フレームワーク２２に動作可能に結合され、穿孔３０が開放フレームワーク２２の開放面と重なる関係にあり、一対の穿孔３０および音響共振器セル２８を画定するキャビティを形成する。穿孔シートは、開放フレームワーク２２によって直接支持されてもよい。あるいは、介在層を利用してもよい。穿孔シート２４は、限定しないが、複合材料を含む任意の適切な材料から形成することができる。穿孔は、様々な周波数を減衰させるためにサイズを設定することができる。例えば、穿孔は、直径が０．００５〜０．０１０インチであってもよい。裏打ちシート２６および穿孔シート２４および開放フレームワーク２２は、裏打ちシート２６および穿孔シート２４および開放フレームワーク２２に縫い目が存在しないように形成することができる。

セル２８は、音響共振器の一部を形成することができる。例えば、穿孔３０の面積および穿孔シート２４の厚さは、ヘルムホルツ共鳴器のネック部分を画定することができ、セル２８の容積はキャビティ容積を画定することができる。さらに、音響共振器は、エンジン音を減衰させるように同調することができる。例えば、共振器は、音響共振器に入るエンジン音に関連する所定の周波数を減衰させるように同調することができる。ハニカムセル２８は、典型的にはセプタムとして識別される多孔質層によって分離された同一または異なる幾何学的形状の六角形形状の単一層または複数の層であってもよい。さらに、六角形以外の代替的な幾何学的形状を想定することができ、それは開放セルフォームまたは類似の材料によって形成されたランダムなサイズのセルを含んでいる。

図４は、穿孔シート２４に適用され、穿孔３０に至る減少する厚さを有する部分４２を有するコーティング４０を示しており、本発明の一実施形態による穿孔３０に至る移行領域を画定する。このように、減少する厚さを有する部分４２は、穿孔３０の貫通空気流４４に対して上流にあってもよいし、または穿孔の周囲の周りで一定であってもよい。減少する厚さを有する部分４２は、限定しないが、減少する厚さを有する部分４２が半径、連続的に減少する厚さ、線状の段階的に減少する厚さなどを有することができることを含む、任意の適切な形状、輪郭または外形を有してもよい 。このように、穿孔３０に至る減少する厚さ４２を有するコーティング４０は、共振器セル２８への音響エネルギーの流れを改善するために、穿孔３０の幾何学的形状を変更するために、任意の適切な方法で成形することができることが理解されよう。例えば、図４に示すように、減少する厚さを有する部分４２は、断面で見た場合に半径４６を形成することができる。図示した例では、穿孔３０は、穿孔シート２４の上面４９に対して穿孔３０において約９０度の移行角４８を有し、減少する厚さを有する部分４２は、移行角を９０度より大きく増加させる。増加した移行角は、共振器セル２８への音響エネルギーの流れを改善する
コーティング４０は、限定はしないが、フルオロポリマー、ポリマー、疎水性、疎油性、低摩擦性、または耐浸食性のコーティングのうちの少なくとも１つを含む、任意の適切な材料から形成することができる。他の市販のコーティング材料も可能である。非限定的な例として、ナフサまたはキシレンを用いて１０％まで薄くしたシロキサンベースのナノ複合スプレー可能なコーティングを利用することができる。さらに、コーティング４０は、限定はしないが、コーティング４０がスプレーコーティング４０または蒸着コーティング４０であってもよいことを含む、任意の適切な方法で適用することができる。穿孔シートにコーティング４０を適用することによって穿孔３０を成形して、音響ライナーを横切る空気流の方向に沿って入口に至る減少する断面積を有するコーティング４０の一部を形成することができること、および、これを任意の適切な方法で行うことができることが理解されよう。例えば、コーティング４０は、穿孔シート２４に対して鋭角４５を形成するように、穿孔シート２４に対する方向にスプレーすることができる。例えば、鋭角は４５度以下であってもよい。図示する例では、スプレー４７は４５度の鋭角でスプレーされるものとして図示されている。コーティング４０は、従来のスプレー装置を使用してスプレー処理で適用することができる。コーティング４０の厚さは、特定の用途および使用されるコーティング材料の種類に依存するが、一般に、約０．００１インチ〜０．０３０インチの範囲の厚さが使用される。所望の入口形状を達成する最も薄いコーティングを利用して重量／コストを最小限に抑えることができる。種々のスプレーパラメータ、コーティング数、および適用角度を利用する任意の適切なスプレー技術を使用することができる。所望のスプレー特性および得られる幾何学的形状を達成するために、コーティングを高温で薄くしおよび／または硬化させることができる。音響性能を向上させることに加えて、コーティング４０は、腐食、侵食、衝撃または摩耗に対する改善された耐性を含む複数の目的に役立ち、氷結防止または摩擦低減特性を示す。穿孔３０の側壁３２は、何らかのコーティング４０が適用されてもよく、穿孔３０の側壁３２上のコーティング４０は、穿孔３０の断面積を減少させることができる。穿孔３０は、スプレーの堆積による直径の減少を可能にするために、意図的に大きめにすることができる。

コーティングは、穿孔３０への改善された流れに有益な任意の様々な形状を作成、形成、または他の方法で実質的に生成するために、使用され、適用され、または他の方法で形成され得ることが理解されよう。非限定的な例として、図５Ａ〜図５Ｃは、穿孔３０に至るいくつかの異なる幾何学的形状を達成するために適用された、減少する厚さを有する部分５２、６２、７２を有するコーティング５０、６０、７０を示す。コーティングの適用は、様々な半径、ならびにテーパ、および面取りを含む、いくつかの幾何学的形状を形成することができることが理解されよう。

様々な実施形態による上述の表面処理、改変および適用は、穿孔シート２４の一部または穿孔シート２４全体にのみ適用可能であることが理解されよう。様々な実施形態による上述の表面処理、改変および適用は、環状音響パネル製造プロセスのどの段階でも適用できることがさらに理解されよう。さらに、穿孔シート２４をコーティングすることは、穿孔シート２４の構成または穿孔シート２４を製造するプロセスとは概して無関係であることが理解されよう。このコーティングは、穿孔が硬化プロセス中にモールドされた、または硬化された後にドリリングもしくはパンチングによって形成された、複合穿孔シート２４に適用することができる。

上述の実施形態は、音響ライナーを含む航空機エンジン組立体が改善された音響性能を提供することができることを含む様々な利益を提供する。上述の実施形態は、音響ライナー内の穿孔の幾何学的形状を改変するためにコーティングを利用し、音響パネルの共振器セルの内外への音響エネルギーの流れを改善することができる。コーティングによって達成される幾何学的形状は、ドリリング、パンチング、グリットブラストまたはレーザー生成などの現在の工業的穿孔製造技術によっては達成することができない。さらに、上述の実施形態は、自動化することができる比較的安価な従来のスプレーコーティングの製造技術によって形成することができる。別の利点は、より大きな未コーティング音響パネルおよび穿孔に関連する音響性能を維持しながら、表皮穿孔サイズの減少および関連する表皮摩擦および抗力の不利益の低下であり得る。上述の実施形態は、増加した流れ、減少した流速、および潜在的に減少した排出乱流という利点を提供する。

すでに記載されていない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を互いに組み合わせて用いることができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態の様々な特徴を要望通りに混合し適合させることができる。本明細書に記載されている特徴のすべての組み合わせまたは置換は、この開示によって包括される。

本明細書は、最良の形態を含めて、本発明を開示するために実施例を用いており、また、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、いかなる当業者も本発明を実施することが可能となるように実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

１０ 航空機エンジン組立体
１２ タービンエンジン
１３ ファン組立体
１４ ナセル
１６ 環状バイパスダクト
１７ 入口部
１８ 矢印
１９ 入口
２０ 環状音響パネル
２１ ファン部
２２ 開放フレームワーク
２３ 環状ファンケース
２４ 前方穿孔シート、複合穿孔シート
２５ 後方ダクト
２６ 無孔の裏打ちシート
２８ 音響共振器セル、ハニカムセル
３０ 穿孔
３２ 側壁
４０ コーティング
４２ 減少する厚さを有する部分
４４ 貫通空気流
４６ 半径
４７ スプレー
４８ 移行角
４９ 上面
５０ コーティング
５２ 減少する厚さを有する部分
６０ コーティング
６２ 減少する厚さを有する部分
７０ コーティング
７２ 減少する厚さを有する部分

Claims (20)

1. タービンエンジン（１２）のための音響ライナーであって、
   開放面を有する一組の分割されたキャビティを含む支持層と、
   対応する入口（１９）を有する一組の穿孔（３０）を含む穿孔シート（２４）であって、穿孔（３０）が前記開放面と重なる関係にあり、音響共振器セル（２８）を画定する一対の穿孔（３０）およびキャビティを形成するように前記支持層に動作可能に結合された穿孔シート（２４）と、
   前記穿孔シート（２４）に適用され、前記入口（１９）の貫通空気流（４４）に対して少なくとも上流側に、前記入口（１９）までの移行領域を画定するための減少する厚さを有する部分（４２、５２、６２、７２）を有するコーティング（４０、５０、６０、７０）と、を含み、
   前記穿孔シート（２４）の上面（４９）に沿った前記穿孔（３０）の断面積が、前記穿孔シート（２４）の厚さに渡って一定である、
   音響ライナー。
2. 前記減少する厚さは、連続的、直線的、又は段階的に減少する厚さを含む、請求項１に記載の音響ライナー。
3. 前記支持層の前記穿孔シート（２４）とは反対側に前記支持層によって支持された無孔シート（２６）をさらに含む、請求項１または２に記載の音響ライナー。
4. 前記減少する厚さを有する前記部分（４２、５２、６２、７２）は、前記入口（１９）の上流に半径（４６）を形成する、請求項１に記載の音響ライナー。
5. 前記減少する厚さを有する部分（４２、５２、６２、７２）は、前記入口（１９）の上流にテーパを形成する、請求項１に記載の音響ライナー。
6. 前記減少する厚さを有する部分（４２、５２、６２、７２）は、前記入口（１９）の上流に面取りを形成する、請求項１に記載の音響ライナー。
7. 前記穿孔（３０）は、直径が０．００５〜０．０１０インチである、請求項１に記載の音響ライナー。
8. 前記穿孔（３０）は、前記穿孔シート（２４）の上面に対して前記入口（１９）で約９０度の移行角（４８）を有し、前記減少する厚さを有する部分（４２、５２、６２、７２）は、前記移行角（４８）を９０度より大きく増加させる、請求項７に記載の音響ライナー。
9. 前記穿孔シート（２４）は前記支持層上に支持される、請求項１に記載の音響ライナー。
10. 前記穿孔シート（２４）は複合材料を含む、請求項１に記載の音響ライナー。
11. 前記コーティング（４０、５０、６０、７０）は、フルオロポリマー、ポリマー、疎水性、疎油性、低摩擦性、または耐浸食性のコーティング（４０、５０、６０、７０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の音響ライナー。
12. 前記コーティング（４０、５０、６０、７０）は、スプレーコーティングまたは蒸着コーティングのうちの少なくとも一方である、請求項１１に記載の音響ライナー。
13. タービンエンジン（１２）のための音響ライナーであって、
    開放面を有する一組の分割されたキャビティを含む支持層と、
    前記支持層の裏面にあって、前記裏面上の前記開放面を閉鎖する無孔シート（２６）と、
    前記支持層の前面の複合材料を含む穿孔シート（２４）であって、音響共振器セル（２８）を画定する一対の穿孔（３０）およびキャビティを形成するために、前記支持層の前記前面の前記開放面と重なる関係にある、対応する入口（１９）を有する一組の穿孔（３０）を含む複合穿孔シート（２４）と、
    前記穿孔シート（２４）に適用され、前記入口（１９）の貫通空気流（４４）に対して少なくとも上流側に、前記入口（１９）までの移行領域を画定するための減少する厚さを有する部分（４２、５２、６２、７２）を有するコーティング（４０、５０、６０、７０）と、を含み、
    前記穿孔シート（２４）の上面（４９）に沿った前記穿孔（３０）の断面積が、前記穿孔シート（２４）の厚さに渡って一定である、音響ライナー。
14. 前記穿孔シート（２４）の厚さに渡って、前記穿孔（３０）の側壁（３２）にコーティングが配置される、請求項１乃至１３のいずれかに記載の音響ライナー。
15. 前記減少する厚さは、連続的、直線的、又は段階的に減少する厚さを含む、請求項１乃至１４のいずれかに記載の音響ライナー。
16. 前記減少する厚さを有する前記部分は、半径（４６）、テーパ、および面取りのうちの１つを形成する、請求項１乃至１５のいずれかに記載の音響ライナー。
17. 音響ライナーの入口（１９）を成形する方法であって、
    開放面を有する一組の分割されたキャビティを有する支持層を提供するステップと、
    前記一組の分割されたキャビティ内のキャビティに対応する一組の穿孔（３０）を有する穿孔シート（２４）を提供するステップと、
    前記穿孔シート（２４）にコーティング（４０、５０、６０、７０）を適用し、前記穿孔（３０）に至る移行領域を画定するために、前記穿孔（３０）に至る減少する断面を有する前記コーティング（４０、５０、６０、７０）の一部を形成するステップと、を含み、
    前記穿孔シート（２４）の上面（４９）に沿った前記穿孔（３０）の断面積が、前記穿孔シート（２４）の厚さに渡って一定である、方法。
18. 前記コーティング（４０、５０、６０、７０）は、前記穿孔シート（２４）に対して鋭角を形成するように、前記穿孔シート（２４）に対してある方向にスプレー（４７）される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記穿孔シート（２４）の厚さに渡って、前記穿孔（３０）の側壁（３２）にコーティングを配置するステップを含む、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記鋭角は４５度以下である、請求項１８に記載の方法。