KR102044680B1

KR102044680B1 - 능동적 음향 개구들을 갖는 구조물

Info

Publication number: KR102044680B1
Application number: KR1020157002155A
Authority: KR
Inventors: 푸미타카 이치하시
Original assignee: 헥셀 코포레이션
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2019-11-14
Also published as: EP2864979B1; US20130341119A1; MY167288A; US8800714B2; BR112014032248A2; RU2014152068A; JP2015528080A; MA37671B1; CN104364840A; WO2014004215A1; CA2873117C; CA2873117A1; MA37671A1; RU2632252C2; CN104364840B; EP2864979A1; JP6284526B2; KR20150027260A; ES2753997T3

Abstract

음향 개구를 통하여 지나는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 반응하여 변하는 개방 영역을 한정하는 음향 개구를 가지는 격벽을 포함하는 음향 구조물에 관한 것이다. 격벽은 고정 부분 및 하나 또는 그 초과의 이동가능한 플래퍼 부분들을 포함하며, 여기서 고정 부분 및/또는 플래퍼 부분(들)은 격벽을 통하여 음향 개구를 한정하는 표면을 포함한다. 음향 개구는 이동가능한 플래퍼(들)의 운동으로 인해 음향 개구를 통하여 지나는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 변하는 개방 영역을 가진다. 결과적으로 생성된 격벽은 상대적으로 낮은 비-선형 인자(NLF)를 가진다.

Description

능동적 음향 개구들을 갖는 구조물 {STRUCTURE WITH ACTIVE ACOUSTIC OPENINGS}

본 발명은 일반적으로 소음을 감쇠시키는데 사용되는 음향 구조물들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 소음 감쇄를 위한 상대적으로 낮은 비-선형 인자(low non-linearity factor, NLF)를 제공하는 음향 구조물들에 사용하기 위한 음향 격막(septum) 재료를 제공하는 것에 관한 것이다.

특정한 소스에 의해 발생되는 과도한 소음을 처리하는 가장 좋은 방법은 소스에서 소음을 처리하는 것임이 널리 인정된다. 이것은 통상적으로 소음 소스의 구조물에 음향 댐핑(damping) 구조물들(음향 처리물들)을 추가함에 의해 달성된다. 하나의 특히 문제의 소음 소스는 대부분 여객기에 사용되는 제트 엔진이다. 음향 처리물들은 엔진 입구, 나셀(nacelle) 및 배기 구조물들에 통상적으로 포함된다. 이러한 음향 처리물들은 상대적으로 얇은 음향 재료들을 함유하는 음향 공명기(resonator)들 또는 엔진에 의해 발생되는 소리 에너지에 대한 음향 임피던스(impedance)를 만드는 수백만 개의 홀들을 가지는 그리드(grid)들를 포함한다.

벌집부(honeycomb)는 항공기 및 항공우주 비행체에서의 사용을 위한 대중적인 재료인데, 이는 상대적으로 단단하고 가볍기 때문이다. 엔진 나셀들과 같은 음향 적용예들을 위해, 음향 재료는 벌집형 구조물에 추가되어서, 벌집형 셀들이 엔진의 반대로 위치되는 단부에서 음향적으로 폐쇄되고 엔진에 가장 가깝게 위치되는 단부에서 다공성 커버링(covering)으로 커버(cover)된다. 이러한 방식에서 음향 재료를 갖는 벌집형 셀들의 폐쇄는 소음의 감쇄, 완충(dampening) 또는 억제(suppression)를 제공하는 음향 공명기를 만든다. 음향 격벽들은 공명기에 부가적인 소음 감쇄 특성들을 제공하기 위해 대개 벌집형 셀들의 내부 내에 또한 위치된다.

음향 격벽들을 형성하는데 사용되는 재료들 및 다른 음향 구조물들은 재료의 음향 특성들의 필수적인 부분인 다수의 홀들을 통상적으로 포함한다. 홀들은 통상적으로 기계적으로 또는 레이져를 사용함에 의해 천공된다. 일단 형성된다면, 홀들의 횡-단면 영역은 일정한 상태를 유지한다. 소음 압력 및 가스 속도에서의 변화들에 응답하여 격벽 홀들의 크기 및/또는 형상을 능동적으로 변화시키지 못하는 것은 엔진으로부터 방출하는 공기 또는 가스의 속도가 엔진 속도 및 위치에 따라 변하는 제트 엔진들과 같은 소음 소스들에 대한 일정한 문제들을 제시한다.

비-선형 인자(NLF)는 유속(flow velocity)들의 범위에 걸친 소음들을 감쇄시키는 격벽 능력에 대한 표준 측정 단위이다. 비-선형 인자는 낮은 유량(예를 들어, 20 cm/초) 및 높은 유량(예를 들어, 200 cm/초)에서 격벽의 흐름 저항을 측정함에 의해 통상적으로 결정된다. 높은 유량 저항에 대한 낮은 유량 저항의 비율이 비-선형 인자이다. 비-선형 인자가 가능한 1에 가까운 것이 바람직하다. 1의 비-선형 인자는, 격벽을 통하여 공기 또는 가스의 유속이 증가될 때 격벽 재료의 흐름 저항 및 소리 완충 능력이 일정한 상태를 유지함을 의미한다.

대중적인 격벽 재료는 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone (PEEK))과 같은 특정한 폴리머들의 직조된 모노필라멘트(monofilament)들로부터 만들어진 직물(fabric)이다. 이러한 타입의 직조된 직물 격벽들은 통상적으로 2 미만인 상대적으로 낮은 비-선형 인자들을 갖는 경향이 있다. 그러나, 이러한 직조된 모노필라멘트 PEEK 격벽들은 상대적으로 비싸다.

덜 비싼 천공된 격벽 재료들은 약 4 및 그 초과 정도의 비-선형 인자들을 가지는 경향이 있다. 천공된 격벽들과 동일한 격벽 재료로부터 만들어진 상대적으로 싼 격벽들을 제공하는 것이 바람직할 것이나, 이 경우에 격벽의 비-선형 인자가 직조된 모노필라멘트 격벽 재료와 비슷하도록 개구들이 형성되고 배향된다.

본 발명에 따라, 격벽 내에 형성되는 홀들이 격벽을 통하여 지나는 공기 또는 다른 소음-함유 매체의 압력 및/또는 속도에서의 변화들에 응답하여 능동적으로 변할 수 있는 횡-단면 영역들을 가진다면 상대적으로 낮은 비-선형 인자들을 갖는 격벽 층들 또는 필름들이 가능하다는 것을 발견하였다. 횡-단면 영역에서 이러한 능동적 변화는 격벽 개구의 부분으로서 이동가능한 탭(tab)들 또는 플래퍼들을 제공함에 의해 달성된다. 탭들 또는 플래퍼들이 개구를 통하여 흐르는 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 자동적으로 구부려지는 것을 발견하였다. 플래퍼(들)의 운동은 홀의 횡-단면 영역을 변화시켜서, 횡-단면 영역은 증가하는 매체 속도에 따라 증가한다. 매체의 유속에 의존적인, 횡-단면 영역에서의 이러한 변화는 고정 개구들을 포함하는 표준 격벽 재료로 얻을 수 있는 것들보다 실질적으로 미만인 비-선형 인자들을 갖는 격벽 재료들을 제공하는 것이 발견된다.

본 발명에 따라, 음향 개구를 통하여 지나는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 변하는 개방 영역을 한정하는 음향 개구를 가지는 격벽을 포함하는 음향 구조물이 제공된다. 격벽은 고정 부분 및 하나 또는 그 초과의 이동가능한 플래퍼 부분들을 포함하며, 여기서 고정 부분 및/또는 플래퍼 부분(들)은 격벽을 통하여 음향 개구를 한정하는 표면들을 포함한다. 음향 개구는 음향 개구를 통하여 지나는 공기 또는 다른 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 이동가능한 플래퍼(들)의 운동으로 인해 변하는 개방 영역을 가진다.

본 발명의 특징으로서, 이동가능한 플래퍼 부분은 격벽의 고정 부분과 플래퍼 부분 사이에 전이부를 한정하는 격벽에서의 접힘 선을 통하여 격벽의 고정 부분에 힌지결합된다. 개구는 복수의 플래퍼 부분들을 포함할 수 있거나 개구들은 음향 감쇄 요구조건들 및 다른 디자인 고려 사항들에 따라 단일 플래퍼 부분을 포함할 수 있다.

본 발명은 낮은 비-선형 인자가 바람직한 상대적으로 낮은 비용 소리 완충 격벽 재료를 제공하는데 특히 매우 적합하다. 이러한 낮은 비-선형 재료들은 제트 엔진 또는 다른 소음 소스로부터의 소음을 완충하는데 유용하며, 소스 내의 특정한 위치로부터 방출되는 소음-함유 매체의 속도는 동작 동안 변하고/변하거나 그 제트 엔진 또는 다른 소음 소스에서 매체의 속도는 소스 내의 상이한 위치들에서 변한다.

본 발명의 상기 설명된 그리고 많은 다른 특징들 및 수반하는 장점들은 첨부 도면들과 연계하여 설명되는 후속하는 상세한 설명을 참조함에 의해 더 양호하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 음향 개구들을 갖는 격벽 재료를 포함하는 예시적인 벌집형 음향 구조물을 도시한다.
도 2는 두 개의 플래퍼(flapper) 부분들을 포함하는 본 발명에 따른 단일 격벽 개구를 도시하는 상세도이다. 개구는 개구의 표면적 최소인 정적 또는 낮은-흐름 위치에서 도시된다.
도 3은 도 2에서 도시된 동일한 격벽 개구의 상세도이며, 플래퍼 부분들이 개방 또는 높은-흐름 위치에서 도시되는 것을 제외하면, 여기서 개구의 표면적은 도 2에서 도시되는 것처럼 정적 위치에서의 개구와 비교하였을 때 더 크다.
도 4는 플래퍼들이 정적 또는 낮은-흐름 위치에 있을 때 격벽의 주요 본체의 평면에 대한 플래퍼 부분들의 위치를 도시하는 도 2의 측면도이다.
도 5는 플래퍼들이 개방 또는 높은-흐름 위치에 있을 때 격벽의 주요 본체의 평면에 대한 플레퍼 부분들의 위치를 도시하는 도 3의 측면도이다.
도 6은 정오각형을 형성하는 다섯개의 플래퍼 부분들 및 접힘 선들을 포함하는 예시적인 격벽 개구의 평면도이다.
도 7은, 개구의 표면적이 소음-함유 매체의 증가된 유속에 응답하여 증가되는 더 넓은 개방 위치에 플래퍼 부분들이 도시되는 도 6에서 도시되는 동일한 예시적인 격벽의 평면도이다.
도 8은 하나의 플래퍼 부분을 포함하는 예시적인 격벽 개구의 평면도이다.
도 9는 정팔각형을 형성하는 여덟 개의 플래퍼 부분들 및 접힘 선들을 포함하는 예시적인 격벽 개구의 평면도이다. 여덟 개의 플래퍼 부분들은 정적 또는 폐쇄 위치에 도시되며, 여기서 격벽 개구의 표면적은 최소이다.
도 10은 정칠각형을 형성하는 일곱 개의 플래퍼 부분들 및 접힘 선들을 포함하는 예시적인 격벽 개구의 평면도이다. 일곱 개의 플래퍼 부분들은 정적 또는 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이의 위치에 도시된다.
도 11은 정삼각형을 형성하는 세 개의 플래퍼 부분들 및 접힘 선들을 포함하는 예시적인 격벽 개구의 평면도이다. 세 개의 플래퍼 부분들은 정적 또는 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이의 위치에 도시된다.
도 12는 본 발명에 따른 격벽 재료를 포함하는 예시적인 벌집형 음향 구조물을 도시하는 분해도이며, 여기서 음향 벌집은 내실형 베이킹 시트와 공극형 면 시트 사이에 끼워진다.
도 13은 제트 엔진과 같은 소음원 주변에 위치되는 엔진 나셀의 일부분의 위치를 도시하는 간소화된 도면이다.
도 14는 고정된 개구들을 갖는 격벽들과 본 발명에 따른 능동적 가변 개구들을 가지는 격벽들 사이의 비-선형 인자(NLF)의 비교를 제공하는 그래프이다.

본 발명에 따른 예시적인 음향 구조물은 도 1, 도 12 및 도 13에서 일반적으로 10으로 도시된다. 음향 구조물(10)은 소음원에 가장 가까이 위치될 제 1 에지(edge)(14) 및 제 2 에지(16)를 가지는 벌집부(12)를 포함한다. 벌집부(12)는 복수의 셀(20)들을 한정하기 위해 두 개의 에지(14 및 16)들 사이에 연장되는 월(wall)(18)들을 포함한다. 각각의 셀(20)들은 두 개의 에지(14 및 16) 사이의 거리와 동일한 (또한 코어 두께로서 지칭되는) 깊이를 가진다. 각각의 셀은 또한 셀 월(18)들에 수직하게 측정되는 횡-단면 영역을 가진다. 벌집부는 금속들, 세라믹들 및 복합 재료들을 포함하는, 벌집형 패널들을 만드는데 사용되는 임의의 통상적인 재료들로부터 만들어질 수 있다.

본 발명에 따라, 가변 개구들을 가지는 격벽(22)들은 셀(20)들 내에 위치된다. 격벽(22)이, 전부는 아니지만, 대부분의 셀(20)들 내에 위치되는 것이 반드시 그렇지는 않지만, 바람직하다. 특정 상황들에서, 바람직한 음향 효과를 만들어 내도록 격벽들을 단지 일부의 셀들안에 삽입시키는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 두 개 또는 그 초과의 격벽들을 단일 셀 내로 삽입시키는 것이 바람직할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 가변 개구들은 벌집형 구조물(12) 내의 격벽(22)에 위치된다. 그러나, 소음의 감쇄가 요구되는 매우 다양한 다른 타입들의 음향 구조물들에 가변 개구들을 위치시키는 것은 가능하다. 예를 들어, 본 발명은, 2012년 5월 8일에 출원된 미국 특허 출원 제 13/466,232호에서 설명되는 타입의 낮은-주파수 라이너의 셀들 사이에 가변 채널들 또는 개구들을 형성하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 바람직한 음향 완충을 유지하도록 정상 동작 동안 플래퍼(들)가 폐쇄 상태 또는 부분적으로 폐쇄 상태를 유지하고, 물 오염이 존재할 때 음향 구조물로부터 물 오염물을 제거하는 빠르고 효율적인 방법을 제공하기 위해 개방 상태를 유지하는 음향 구조물들의 "배수(drainage)" 부분에 사용될 수 있다. 가변 개구 격벽들은 또한 다공성(perforated) 시트들과 조합하여 사용될 수 있다.

임의의 표준 음향 재료들은 본 발명에 따라 격벽들을 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 음향 재료들은 격벽 재료를 형성하기 위해 천공(drill)되거나 그렇지 않으면 다공성인 상대적으로 얇은 시트들로서 통상적으로 제공된다. 음향 재료의 시트들은 금속, 세라믹 또는 플라스틱일 수 있다. 격벽 재료가 충분히 가요성이어서, 아래 설명되는 것처럼 플래퍼 부분들이 소음-함유 매체의 유속에서의 변화들에 응답하여 구부러질 것이고, 실패 없이 접힘 또는 굽힘 선을 따라 반복되는 휨(flexing)이 가능하다. 폴리아미드(polyamide), 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 클로로트리플루오로에틸렌(chlorotrifluoroethylene (ECTFE)), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene (ETFE)), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene (PTFE)), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide (PPS)), 폴리플루오로에틸렌 프로필렌(polyfluoroethylene propylene (FEP)), 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone (PEEK)), 폴리아미드 6(polyamide 6 (Nylon, 6 PA6)) 및 폴리아미드(polyamide 12 (Nylon 12, PA 12))로부터 만들어지는 격벽 재료는 단지 일부의 예들이다. 섬유 강화물들은 플래퍼 부분들의 반복되는 휨 또는 운동을 견디는 재료의 능력을 개선하도록 격벽 재료에 추가될 수 있다.

격벽을 만들기 위한 통상적인 과정에서, 격벽 재료의 시트는 재료를 통해 수많은 홀들을 제공하도록 기계적으로 또는 레이져로 천공된다. 이러한 홀들은 홀들이 한번 형성되면 변하지 않는 고정된 직경 또는 형상을 가진다. 그러나, 본 발명에 따라 홀들 또는 개구들은 격벽 재료에 형성되며, 여기서 개구의 (표면적) 크기는 격벽을 통하여 지나는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 자동적으로 변할 수 있다. 용어 "소음-함유 매체"는 소음을 운반하는 공기 또는 다른 가스들 또는 액체들을 포함하려는 것이다. 본 발명의 격벽 개구들은 제트 엔진으로부터 방출되는 가변 속도 공기 및 가스에서의 소음을 감쇄하는 것에 대해 특히 매우 적합하다. 따라서, 아래에 설명되는 것처럼 개구들을 활용하는 격벽들은 특히 제트 엔진들을 위한 나셀들에 유용하다.

예증의 목적들을 위한 단일 개구를 포함하는 예시적인 격벽(22)의 작은 부분은 도 2 내지 도 5에서 도시된다. 격벽(22)은 고정 부분(24) 및 이동가능한 플래퍼 부분(26 및 28)들을 포함한다. 플래퍼 부분(26)은 에지(30, 32 및 34)들을 포함한다. 플래퍼 부분(28)은 에지(36, 38 및 40)들을 포함한다. 플래퍼 부분(26 및 28)들은 격벽(22)을 통하여 음향 개구(42)를 한정한다. 도 2 및 도 4에서, 플래퍼 부분(26 및 28)들은 개구(42)의 단면적이 최소인 정적 또는 폐쇄 위치에 도시된다. 이러한 위치에서, 플래퍼 부분(26 및 28)들은 도 4에서 도시되는 것처럼 격벽(22)의 고정 부분(24)과 본질적으로 동일한 평면상에 있다. 화살표(44)로 나타낸 것과 같이 상대적으로 낮은 속도 소음-함유 매체가 격벽을 통하여 지나갈 때 플래퍼 부분(26 및 28)은 폐쇄 또는 정적 위치를 유지한다. 그러나, 도 5의 화살표(46)으로 도시되는 것처럼 소음-함유 매체의 속도가 증가할 때, 플래퍼 부분들(26 및 28)은 매체의 증가된 속도에 응답하여 자동적으로 운동하여, 개구(42)의 크기 또는 표면적은 증가한다.

임의의 수의 힌지 또는 연결 배열들은 도 2 내지 도 5에서 도시되는 것처럼 플래퍼 부분들의 운동을 제공하기 위하여 플래퍼 부분(26 및 28)들과 격벽(22)의 고정 부분(24) 사이에서 가능하다. 플래퍼 부분(26 및 28)들이 각각 접힘 선(48 및 50)들을 통해 격벽(22)의 고정 부분(24)에 힌지결합되는 것이 바람직하다. 접힘 선(48 및 50)들은 격벽(22)의 고정 부분(24)과 플래퍼 부분(26 및 28)들 사이의 전이부를 제공한다. 플래퍼 부분(26 및 28)들이 격벽(22)의 고정 부분(24)의 평면에 실질적으로 수직한 위치로 아래로 운동할 때 접힘 선(48 및 50)은 개구(42)에 대한 가장 큰 가능한 표면적을 또한 결정한다.

두 개의 플래퍼 부분들을 포함하는 격벽에서 음향 개구는 도 2 내지 도 5에서 단지 예증의 목적들을 위하여 도시된다. 본 발명에 따른 가변 표면적 개구들은 임의의 수의 플래퍼 부분들을 포함할 수 있고 상기 플래퍼 부분들에 의해 한정될 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 도 7에서 다섯 개의 플래퍼 부분(56)들이 격벽(54)에서 가변 표면적 음향 개구(52)를 형성하도록 접힘 선(58)들을 따라 구부러진다. 도 6에서 도시되는 것처럼, 플래퍼 부분(56)들은 소음-함유 매체의 속도가 상대적으로 낮고 개구(52)의 표면적 또는 크기가 상응하게 상대적으로 작은 낮은-속도 위치에 있다. 도 7에서, 플래퍼 부분(56)들은 소음-함유 매체의 속도가 상대적으로 높은 유속으로 증가되었고 소음-함유 매체의 유속에서의 증가에 응답하여 개구(52)의 크기가 능동적으로 그리고 자동적으로 증가되는 높은-속도 위치에서 도시된다.

능동 가변 음향 개구(60)을 포함하는 또 다른 예시적인 격벽(59)은 도 8에 도시된다. 개구(60)는 힌지 또는 접힘 선(64)을 중심으로 이동가능한 하나의 플래퍼 부분(62)을 포함한다. 개구(60)는 격벽의 고정 부분(67)에서의 표면(66) 및 플래퍼 부분(62)의 에지(68 및 70)들에 의해 형성된다. 최소 가능 개구 크기는, 플래퍼 부분(62)이 격벽의 고정 부분(67)과 동일한 평면상에 있을 때 달성된다. 최대 가능 개구 크기는, 플래퍼 부분(62)이 격벽의 고정 부분(67)과 실질적으로 수직할 때 달성된다. 최대 개구 크기는 표면(66) 및 접힘 또는 힌지 선(64)에 의해 한정된다. 플래퍼 부분(62)는 개구(60)를 통하여 흐르는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화에 응답하여 최대 개구 크기 위치와 최소 개구 크기 위치 사이에서 운동한다.

능동 가변 음향 개구(74)를 포함하는 또 다른 예시적인 격벽(72)이 도 9에서 도시된다. 상기 개구(74)는 힌지 또는 접힘 선(78)들을 중심으로 이동가능한 여덟 개의 플래퍼 부분(76)들을 포함한다. 플래퍼 부분(76)들은, 플래퍼 부분(76)들이 격벽(72)의 고정 부분과 동일한 평면상에 있기 때문에 최소 가능 개구 크기가 달성되는 폐쇄 또는 정적 위치에 도시된다. 플래퍼 부분(76)들이 구부러져서 그들이 격벽(72)의 고정 부분에 실질적으로 수직할 때 최대 가능 개구 크기가 달성된다. 최대 개구 크기는 정팔각형 형태 개구를 형성하는 접힘 또는 힌지 선(78)들에 의해 한정된다. 플래퍼 부분(76)들은 개구(74)를 통하여 흐르는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 최대 개구 크기 위치와 최소 개구 크기 위치 사이에서 운동한다.

플래퍼 부분들이 서로 독립적으로 굽어짐에 유의해야 한다. 대부분 상황들에서, 플래퍼 부분(76)들은 개구(74)를 통하여 흐르는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 균일하게 구부러질 것이다. 이러한 상황들에서, 플래퍼 부분(76)들은 소음-함유 매체의 특정한 속도에 대하여 격벽의 고정 부분에 대해 대략 동일한 각도로 모두 구부러질 것이다. 그러나, 플래퍼 부분(76)들은 굽힘(bending)에 대한 플래퍼 부분들의 내성(resistance)에서의 의도적인 또는 비의도적인 변화들로 인해 비-균일 방식으로 또한 구부러질 수 있다. 이러한 상황들에서, 플래퍼 부분(76)들은 소음-함유 매체의 임의의 제공된 속도에 대하여 격벽(72)의 고정 부분에 대해 상이한 각도들로 구부러질 수 있다. 예를 들어, 임의의 제공된 음향 개구에서의 플래퍼 부분들은 상이한 크기 및/또는 형상들로 형성될 수 있어서 그들이 소음-함유 매체의 동일한 속도에 의한 상이한 각도들로 구부러진다.

능동 가변 음향 개구(82)를 포함하는 또 다른 예시적인 격벽(80)이 도 10에서 도시된다. 개구(82)는 힌지 또는 접힘 선(86)들을 중심으로 이동가능한 일곱 개의 플래퍼 부분(84)들을 포함한다. 플래퍼 부분(84)들은, 플래퍼 부분(84)들이 격벽(80)의 고정 부분과 동일한 평면상에 있기 때문에 최소 가능 개구 크기가 달성되는 폐쇄 또는 정적 위치로부터 그들이 부분적으로 구부러지는 위치에 도시된다. 플래퍼 부분(84)들이 구부러져서 그들이 격벽(80)의 고정 부분에 실질적으로 수직할 때 최대 가능 개구 크기가 달성된다. 최대 개구 크기는 정칠각형 형상 개구를 형성하는 접힘 또는 힌지 선(86)들에 의해 한정된다. 플래퍼 부분(84)들은 개구(82)를 통하여 흐르는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 최대 개구 크기 위치와 최소 개구 크기 위치 사이에서 운동한다.

능동 가변 음향 개구(92)를 포함하는 또 다른 예시적인 격벽(90)이 도 11에서 도시된다. 개구(92)는 힌지 또는 접힘 선(96)들을 중심으로 이동가능한 세 개의 플래퍼 부분(94)들을 포함한다. 플래퍼 부분(94)들은, 플래퍼 부분(94)들이 격벽(90)의 고정 부분과 동일한 평면상에 있기 때문에 최소 가능 개구 크기가 달성되는 폐쇄 또는 정적 위치로부터 그들이 부분적으로 구부러지는 위치에 도시된다. 최대 가능 개구 크기는, 플래퍼 부분(94)들이 구부려져 그들이 실질적으로 격벽(90)의 고정 부분에 수직 방향일 때 달성된다. 최대 개구 크기는 정삼각형 형상 개구를 형성하는 접힘 또는 힌지 선(96)들에 의해 한정된다. 플래퍼 부분(94)들은 개구(82)를 통하여 흐르는 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여 최대 개구 크기 위치와 최소 개구 크기 위치 사이에서 운동한다.

매우 다양한 상이한 격벽 재료들은 본 발명에 따라 능동 가변 개구들을 갖는 격벽들을 형성하는데 사용될 수 있다. 폴리에테르에테르케톤(PEEK)은 제트 엔진 나셀들, 및 높은 온도들에서 그리고 매우 다양한 환경 조건들에서 동작하도록 디자인된 다른 음향 구조물들을 만드는데 널리 사용되고 있는 바람직한 격벽 재료이다. PEEK는 비정질형(amorphous) 또는 결정질형 상(crystalline phase)인 시트들을 형성하도록 처리 될 수 있는 결정질형 열가소성 물질(crystalline thermoplastic)이다. 필름(film)들은 0.001 내지 0.012 인치(inch)의 두께를 통상적으로 가진다. 결정질형 PEEK 필름들과 비교하면, 비정질형 PEEK 필름들은 더 투명하고 열성형(thermoform)하는 것이 더 쉽다. 결정질형 PEEK 필름들은, 30% 내지 35% 정도의 결정화도(crystallinity)를 달성할 수 있는 충분한 시간 동안 비정질형 PEEK 필름들을 비정질형 PEEK의 유리 전이(glass transition) 온도(Tg)를 초과하는 온도들로 가열함에 의해 형성된다. 결정질형 PEEK 필름들은 비정질형 필름들보다 더 양호한 화학적 저항 및 마모 특성들을 가진다. 결정질형 PEEK 필름들은 또한 비정질형 필름보다 덜 가요적이고 더 큰 반발력(bounce-back)을 가진다. 반발력은 접혀(fold)지는 필름이 그의 원래 미리-접혀진 (평탄한) 형상으로 되돌아가는 쪽으로 가하는 힘 또는 편향(bias)이다.

플래퍼 부분들을 디자인할 때 두 개의 재료들 사이의 가요성(flexibility) 및 반발력의 상이함을 고려한다면, 결정질형 및 비정질형 PEEK 필름들은 격벽 재료들로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 비정질형 PEEK의 더 두꺼운 필름은 더 얇은 결정질형 필름에 의해 제공되는 굽힘과 동일한 저항을 가지는 플래퍼 부분을 제공하도록 요구된다. 예를 들어, 0.002 인치 두께인 결정질형 PEEK의 필름이 특정한 음향 개구 구성을 위한 플래퍼 부분(들)의 바람직한 운동을 제공하기 위한 요구되는 가요성을 가지는 것으로 결정된다면, 굽힘에 대한 가요성 또는 저항의 동일한 정도를 달성하기 위해 0.003 인치 두께 또는 그 초과인 비정질형 필름을 사용하는 것을 고려하는 것이 필요할 것이다.

명확한 접힘 선들을 제공하기 위해, 격벽 재료는 엠보싱(emboss)될 수 있거나 그렇지 않다면 도 4 및 도 5에서 48 및 50으로 도시되는 것처럼 접힘 선들을 따라 압입 자국(identation)이 형성될 수 있다. 엠보싱된 선들 또는 압입 자국들은 플래퍼 부분들이 명확한 접힘 선들을 따라 구부려져서 최대 개구 크기가 정확하게 제어되는 것을 보증하는 것을 보조한다. 능동 가변 음향 개구에 대한 최소 표면적 또는 홀 크기는 바람직한 음향 특성들에 따라 변할 것이다. 플래퍼 부분들의 굽힘에 의해 제공되는 표면적 또는 홀 크기의 증가는 바람직한 음향 특성들에 따라 또한 변할 것이다. 접힘 선들에 의해 한정되는, 능동 가변 음향 개구에 대한 최대 표면적 또는 홀 크기는 바람직한 음향 특성들에 따라 또한 변할 것이다. 격벽 재료들에 형성되는 개구들의 수는 최소 및 최대 홀 크기들 및 바람직한 음향 특성들에 따라 변할 것이다. 홀들의 수 및 홀 크기는 개별적인 음향 적용예를 위해 요구되는 레일 값(Rayl value) 및 비-선형 인자(NLF)를 제공하도록 선택되는 것이 바람직하다.

개구들 및 플래퍼 부분들은 제공되는 개구들을 위한 바람직한 플래퍼 부분들을 제공하는 미세-가공(micro-machining) 및 임의의 다른 공정에 의해 격벽 재료 내에 형성될 수 있다. 개구 표면들 및 플래퍼 부분들이 다양한 플래퍼 구성들을 가지는 다수의 개구를 형성하도록 격벽 재료를 통해 정확히 커팅(cut)할 수 있는 레이져를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 능동 가변 음향 개구들을 포함하는 격벽 재료는 바람직하게는 제트 엔진용 나셀과 같은 최종 음향 구조물을 제공하기 위해 도 12에서 도시되는 것처럼 중실형 시트(81)와 다공성 시트(82) 사이에 통상적으로 끼워지는 음향 구조물(10)을 제공하기 위해 벌집부(12)의 셀들 내에 삽입되는 격벽(22)을 만드는데 사용된다. 나셀의 부분에 대한 간소화된 도면은 제트 엔진이 91로 표시되고 소음-함유 매체의 다양한 속도가 화살표(93)들에 의해 표시되는 도 13에 도시된다.

본 발명에 따른 격벽 재료는 커팅될 수 있거나, 그렇지 않으면 벌집형 셀들 내의 격벽 재료 삽입 및 접합에 대한 임의의 통상적인 기술들에 따른 적합한 벌집형 구조물 내에 삽입될 수 있고 접합될 수 있는 개별적인 격벽들 또는 격벽 캡들 내로 형성될 수 있다. 예를 들어, 음향 구조물을 제공하기 위해 벌집부 내에 삽입되고 접합되는 격벽 캡들을 형성하도록 음향 격벽 재료들을 사용하는 예시적인 기술들에 대해 공개된 미국 특허 출원 US 2012-0037449 A1 및 상기 특허에서 인용된 특허들을 참고한다. 본 발명의 격벽 재료는 벌집부 또는 다른 음향 구조물의 셀들 내로 삽입되는 개별적인 격벽들 또는 격벽 캡들에 제한되지 않는다. 예를 들어, 격벽 재료의 시트는, 격벽들이 두 개의 벌집형 구조물들의 정렬로부터 발생하는 벌집형 셀들에 형성되도록 정렬되는 두 개의 벌집형 구조물들 사이에 끼워질 수 있다.

본 발명의 특징으로서, 소음-함유 매체의 유속 또는 유량에서의 증가들에 응답하여 음향 개구들의 크기에서의 자동 증가를 제공하기 위해 플래퍼 부분들을 사용하는 것은, 동일한 퍼센트 개방 영역(percent open area(POA))을 갖는 고정 개구들을 가지는 격벽 재료와 비교할 때, 비-선형 인자(NLF)에서의 실질적인 감소를 제공하는 것이 발견되었다. POA는 격벽에서의 개구들 또는 홀들의 표면적과 격벽의 총 면적 사이의 비율이다. 격벽의 센티미터, 그램 및 초로 측정되는 음향 흐름 저항 또는 "Rayls"(cgs Rayls)는 POA 및 격벽 시트의 두께에 종속된다. 예를 들어, 상대적으로 높은 수의 개구들 및 상대적으로 높은 POA를 갖는 격벽은, 동일한 두께 및 개구 크기들을 가지지만, 상대적으로 더 작은 POA로 인한 상대적으로 더 적은 홀들을 가지는 격벽과 비교할 때 상대적으로 낮은 음향 흐름 저항을 통상적으로 가진다.

도 14는 소음-함유 매체의 상이한 유량들 또는 유속들에서 예시적인 고정 개구 격벽과 예시적인 가변 개구 격벽의 예상되는 음향 유속 저항을 비교하는 그래프이다. 고정 및 가변 격벽들은 동일한 재료로부터 만들어지나, 처음의 가변 개구 격벽의 POA는 고정 개구 격벽의 POA보다 더 작다. 본 발명에 따른 다양한 개구 격벽의 POA는 유량 또는 유속에서의 증가들에 응답하여 자동적으로 증가한다. 낮은 소음-함유 매체 유속(20 cm/초)들에서, 더 높은 POA를 갖는 고정 개구 격벽은 약 20 cgs/Rayls의 상대적으로 낮은 흐름 저항을 가진다. 유량이 높은 레벨(200 cm/초)로 상승할 때, 고정 개구 격벽의 흐름 저항은 120 cgs/Rayls 초과로 상승한다. 결과적인 비-선형 인자(200/20)는 약 6에서 상대적으로 높다. 반대로, 더 낮은 POA를 갖는 가변 격벽 개구는 처음에는 약 60 cgs/Rayls의 더 높은 낮은 흐름 저항을 가진다. 그러나, 소음-함유 매체의 유량이 높을 때 흐름 저항은 단지 약 90 cgs/Rayls까지 증가한다. 따라서, 비-선형 인자(200/20)는 단지 1.5이며, 이는 1.0과 동일한 비-선형 인자의 최적 목표에 상대적으로 가깝다. 본 발명의 능동 가변 격벽 개구들은 상당히 감소된 비-선형 인자들을 가지는 음향 격벽들을 제조하는 고정 격벽 개구들에 대한 단순하고 효율적인 대체물을 제공한다.

따라서 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명함에 있어서, 본원 내의 개시물들은 단지 예시적인 것이고 다양한 다른 대안들, 적용예들 및 개선예들이 본 발명의 범주 내에서 만들어질 수 있음을 당업자가 유의해야 한다. 따라서, 본 발명은 상기-설명된 실시예들에 의해 제한되지 않으며, 후속하는 청구항들에 제한된다.

Claims

음향 구조물로서,
소음원에 가장 가까이 위치되는 제 1 에지(edge) 및 제 2 에지를 포함하는 벌집부(honeycomb)로서, 상기 벌집부는 복수의 셀들을 한정하기 위해 상기 제 1 에지 및 제 2 에지 사이에 연장되는 월(wall)들을 포함하는 것인, 벌집부; 및
상기 셀들 중 하나에 배치되는 격벽(septum)으로서, 상기 격벽은 고정 부분과, 음향 개구를 둘러싸는 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들(flapper portions)을 포함하는 것인, 격벽;을 포함하고,
상기 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들이 상기 고정 부분에 힌지결합됨으로써, 상기 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들이, 상기 음향 개구를 통하여 지나는 상기 셀 내에 배치된 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여, 상기 음향 개구의 크기를 변화시키도록 이동하는 것인,
음향 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 이동가능한 플래퍼 부분은, 상기 격벽의 상기 고정 부분과 상기 플래퍼 부분 사이에 전이부를 형성하는 상기 격벽 내의 접힘 선을 통하여 상기 고정 부분에 힌지결합되는,
음향 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 격벽은 복수의 상기 음향 개구들을 포함하는,
음향 구조물.
제 1 항에 있어서,
복수의 이동가능한 플래퍼 부분들이 상기 음향 개구를 둘러싸는,
음향 구조물.
제 2 항에 있어서,
복수의 이동가능한 플래퍼 부분들이 상기 음향 개구를 둘러싸는,
음향 구조물.
제 5 항에 있어서,
상기 음향 개구는 세 개 이상의 플래퍼 부분들에 의해 둘러싸이고, 상기 접힘 선들은 정다각형을 형성하는,
음향 구조물.
제 1 항에 따른 음향 구조물을 포함하는 제트 엔진 나셀(jet engine nacelle).
음향 구조물을 제조하는 방법으로서,
벌집부를 제공하는 단계로서, 상기 벌집부는 소음원에 가장 가까이 위치되는 제 1 에지 및 제 2 에지를 포함하고, 상기 벌집부는 복수의 셀들을 한정하기 위해 상기 제 1 에지 및 제 2 에지 사이에 연장되는 월들을 포함하는 것인, 벌집부를 제공하는 단계;
상기 셀들 중 하나 내에 격벽을 배치시키는 단계; 및
상기 격벽을 통해 음향 개구를 형성하는 단계로서, 상기 격벽은 고정 부분과, 음향 개구를 둘러싸는 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들을 포함하는 것인, 음향 개구를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들이 상기 고정 부분에 힌지결합됨으로써, 상기 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들이, 상기 음향 개구를 통하여 지나는 상기 셀 내에 배치된 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여, 상기 음향 개구의 크기를 변화시키도록 이동하는 것인,
음향 구조물을 제조하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 이동가능한 플래퍼 부분이 상기 격벽의 상기 고정 부분과 상기 플래퍼 부분 사이의 전이부를 형성하는 상기 격벽 내의 접힘 선을 통하여 상기 고정 부분에 힌지결합되는,
음향 구조물을 제조하는 방법.
제 8 항에 있어서,
복수의 상기 음향 개구들이 상기 격벽 내에 형성되는,
음향 구조물을 제조하는 방법.
제 8 항에 있어서,
복수의 이동가능한 플래퍼 부분들이 상기 음향 개구를 둘러싸는,
음향 구조물을 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서,
복수의 이동가능한 플래퍼 부분들이 상기 음향 개구를 둘러싸는,
음향 구조물을 만드는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 음향 개구는 세 개 이상의 플래퍼 부분들에 의해 둘러싸이고, 상기 접힘 선들은 정다각형을 형성하는,
음향 구조물을 제조하는 방법.
제트 엔진 나셀의 적어도 일부을 형성하기 위해 제 1 항의 음향 구조물을 사용하는 단계를 포함하는 제트 엔진 나셀을 제조하는 방법.
소스로부터 방출되는 소음-함유 매체의 속도가 가변적인, 소스로부터의 소음을 감쇄시키는 방법으로서,
상기 방법은 음향 구조물을 상기 소음 소스에 가까이 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 음향 구조물은,
소음원에 가장 가까이 위치되는 제 1 에지 및 제 2 에지를 포함하는 벌집부로서, 상기 벌집부는 복수의 셀들을 한정하기 위해 상기 제 1 에지 및 제 2 에지 사이에 연장되는 월들을 포함하는 것인, 벌집부; 및
상기 셀들 중 하나에 배치되는 격벽으로서, 상기 격벽은 고정 부분과, 음향 개구를 둘러싸는 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들을 포함하는 것인, 격벽;을 포함하고,
상기 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들이 상기 고정 부분에 힌지결합됨으로써, 상기 하나 또는 그 이상의 이동가능한 플래퍼 부분들이, 상기 음향 개구를 통하여 지나는 상기 셀 내에 배치된 소음-함유 매체의 속도에서의 변화들에 응답하여, 상기 음향 개구의 크기를 변화시키도록 이동하는 것인,
소스로부터의 소음을 감쇄시키는 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 음향 벌집부는 적어도 제트 엔진용 나셀의 부분을 형성하는,
소스로부터의 소음을 감쇄시키는 방법.
제 1 항에 있어서,
다공성 시트가 상기 벌집부의 제 1 에지에 배치되는 것인,
음향 구조물.
제 8 항에 있어서,
다공성 시트가 상기 벌집부의 제 1 에지에 배치되는 것인,
음향 구조물을 제조하는 방법.
제 15 항에 있어서,
다공성 시트가 상기 벌집부의 제 1 에지에 배치되는 것인,
소스로부터의 소음을 감쇄시키는 방법.
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