KR20160043057A - 내부 격막을 갖춘 허니콤을 포함하는 소음 흡수 구조물 - Google Patents
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Abstract
다중 섹션화 음향 격막은 상이한 음향 저항을 가진 섹션들을 포함한다. 다중 섹션화 음향 격막들은 음향 셀과 수직으로 연장하고 음향 셀의 유효 음향 길이를 증가시킬 수 있다. 다중 음향 섹션들에 의해 제공되는 복수의 음향 특성들은 음향 셀의 전체의 주파수 범위 내의 특정 주파수 범위들을 목표로 하는 것을 또한 가능하게 한다.
Description
본 발명은 일반적으로 특정 소스(source)로부터 발산되는 소음을 약화시키는데 사용되는 음향 구조물들에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 비교적 낮은 주파수(low-frequency) 소음, 이를테면 항공기의 엔진(engine)들에 의해 발생되는 낮은 주파수 소음을 포함하는 광범위한 소음 주파수들을 약화시킬 수 있는 비교적 얇은 음향 구조물들을 제공하는 것에 관한 것이다.
특정 소스에 의해 발생되는 과도한 소음을 다루는 최고의 방식은 소스에서 소음을 처리하는 것으로 널리 인지된다. 이는 통상적으로 소음 소스의 구조물에 음향 감쇠(acoustic damping) 구조물들(음향 처리부들)을 부가함으로써 달성된다. 하나의 특히 문제적인 소음 소스는 대부분의 승객 항공기에 사용되는 제트(jet) 엔진이다. 음향 처리부들은 통상적으로 엔진 입구, 나셀(nacelle) 및 배기 구조물들에 통합된다. 이러한 음향 처리부들은 엔진에 의해 발생되는 사운드 에너지(sound energy)에 대하여 음향 임피던스(impedance)를 생성하는 수 백만개의 구멍들을 갖는 비교적 얇은 음향 재료들 또는 그리드(grid)들을 포함하는 음향 공진기(resonator)들을 포함한다.
허니콤(honeycomb)은 비교적 강하고 경량이기 때문에 항공기 및 항공 우주 비행체들에 사용하기에 인기있는 재료이다. 음향 용례들, 이를테면 엔진 나셀들에 대하여, 음향 재료들이 허니콤 구조물에 부가되어서, 허니콤 셀(cell)들이 엔진으로부터 멀리 위치된 단부에서 음향적으로 폐쇄되고 엔진에 가장 근접하여 위치된 단부에서는 다공성 커버링(covering)에 의해 커버된다. 이러한 방식으로 음향 재료에 의한 허니콤 셀들의 폐쇄는 소음의 약화, 감쇠(dampening) 또는 억제를 제공하는 음향 공진기를 생성한다. 음향 격막들은 부가적인 소음 약화 특성들을 갖춘 공진기를 제공하기 위해 또한 보통은 허니콤 셀들의 내부 내에 위치된다.
음향 엔지니어(engineer)들이 직면하는 기본 문제는, 제트 엔진에 의해 발생되는 소음의 전체 범위에 걸친 음파(sound wave) 주파수들의 적절한 억제 또는 감쇠를 여전히 제공하면서 나셀을 가능한 한 얇고 경량으로 만드는 것이다. 이러한 기본 설계 문제는, 대형 제트 엔진들의 더 새로운 모델들의 경향이 더 낮은 주파수들의 부가적인 소음을 발생시킨다는 사실에 의해 복잡해진다. 새로운 엔진 설계들은 더 느린 속력들에서 더 많은 우회(bypass) 공기를 발생시키는 더 적은 팬 블레이드(fan blade)들을 사용하는 경향이 있다. 이는 더 낮은 주파수를 갖는 엔진 소음의 발생을 초래한다.
주어진 허니콤 셀 또는 공진기에 의해 감쇠되는 소음의 특정 주파수들은 셀의 깊이에 직접 연관된다. 일반적으로, 소음의 주파수가 감소될 때, 적절한 감쇠 또는 억제를 제공하기 위해 셀의 깊이는 증가되어야만 한다. 약 1 인치 이하의 셀 깊이들을 갖는 비교적 얇은 나셀들이 제트 엔진에 의해 발생되는 더 높은 주파수 범위들을 흡수하는데 적절하다. 하지만, 더 새로운 제트 엔진들에 의해 발생되는 더 낮은 주파수들을 흡수하기 위해 더 깊은 음향 셀들 또는 공진기들이 요구된다.
더 낮은 주파수의 제트 소음을 흡수하는 문제를 해결하기 위한 하나의 접근은, 간단하게는 더 깊은 셀들을 갖는 나셀들을 구성하는 것이다. 하지만, 이는 나셀의 크기 및 중량의 증가를 초래하며, 이는 가능한 한 얇고 경량인 나셀들을 제공하는 설계 목적에 대조적이다. 게다가, 낮은 주파수 소음을 흡수하기 위해 요구되는 나셀의 중량 및 크기의 증가는, 특히, 나셀의 크기 및 중량이 주된 엔지니어링 설계 고려사항인 더 큰 항공기 엔진들에 대하여 용인 가능하지 않을 수 있다.
다른 접근은, 조합된 셀들의 유효 음향 깊이를 증가시키기 위해 인접한 셀들을 음향적으로 함께 연결하는 것을 수반한다. 이러한 접근은 더 낮은 주파수 흡수를 제공하지만; 이용 가능한 음향 셀들의 개수가 단일 음향 셀을 형성하기 위해 다수의 셀들을 조합함으로 인해, 임의의 주어진 구조물들에서 감소된다. 낮은 주파수 사운드 흡수를 증가시키기 위한 셀들의 음향 상호 연결은, 미국 특허 출원 일련 번호 제 13/466,232 호에 상세하게 설명된다.
현재, 음향 구조물이 나셀 음향 구조물의 두께 또는 중량을 증가시키지 않으면서, 더 광범위한 소음 주파수들을 억제할 수 있는 엔진 나셀들 및 다른 음향 구조물들을 설계할 필요가 있다.
게다가, 현재 음향 구조물에 의해 감쇠되는 전체 소음 주파수 범위 내의 다수의 특정 소음 주파수 범위들을 목표로 삼고 구체적으로 감쇠될 수 있는 음향 구조물들을 설계할 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 나셀 또는 다른 유형의 음향 구조물의 음향 범위는 증가될 수 있고 특정 주파수 범위들이 다중 섹션화(multi-sectional) 격막들을 사용함으로써 감쇠를 위해 목표로 삼아질 수 있는 것이 발견되었다. 다중 섹션화 격막들은 상이한 음향 감쇠 특성들을 갖는 격막의 다양한 섹션들을 제공하기 위해 음향 셀들 내에서 수직으로 연장한다. 이러한 3 차원 섹션화 격막들의 사용은 당업자가 공진기의 유효 음향 길이를 증가시키는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라, 당업자가 공진기의 전체 음향 범위 내의 다수의 특정 소음 주파수들을 목표로 하는 것도 또한 가능하게 한다는 것이 발견되었다.
본 발명은, 일반적으로, 음향 구조물들에 관한 것이고, 특히, 항공기 엔진들용 나셀들에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음향 구조물들은 소음 소스에 가장 근접하게 위치되는 제 1 에지(edge) 그리고 소음 소스로부터 멀리 위치되는 제 2 에지를 갖는 허니콤을 포함한다. 허니콤은 복수의 음향 셀들을 포함하고, 각각의 음향 셀들은 허니콤의 제 1 에지와 제 2 에지 사이에서 연장하는 복수의 벽들을 갖는다. 허니콤의 제 1 에지와 음향 배리어 사이의 거리와 동일한 깊이를 갖는 음향 공진기를 형성하기 위해 음향 배리어(barrier)가 각각의 음향 셀의 제 2 에지에 위치된다.
본 발명의 특징으로서, 다중 섹션화 음향 격막이 음향 공진기에 위치된다. 다중 섹션화 격막은 허니콤의 제 1 에지 가장 가까이에 위치되는 격막 정상부 그리고 허니콤의 제 2 에지 가장 가까이에 위치되는 격막 바닥부를 포함한다. 다중 섹션화 격막은 격막 정상부와 격막 바닥부 사이의 셀 내에서 수직으로 연장하는 격막 벽을 추가로 포함한다. 격막 벽은 적어도 상기 격막 정상부 가장 가까이에 위치되는 제 1 격막 섹션 그리고 상기 격막 바닥부 가장 가까이에 위치되는 제 2 격막 섹션으로 분할된다. 제 1 격막 섹션에 의해 제공되는 음향 감쇠는 상기 제 2 격막 섹션에 의해 제공되는 음향 감쇠와는 상이하다.
격막 벽의 제 1 섹션이 중실(soild)일 때, 이는 음파 가이드(guide)를 형성한다. 음파 가이드는 음파 셀을 2 개의 음향 챔버들로 분할한다. 2 개의 챔버들은 셀의 공진기 길이의 효과적인 증가를 제공한다. 공진기 셀의 유효 길이는 중실 섹션을 더 짧게 또는 더 길게 만드는 것에 의해 변할 수 있다. 그 결과, 나셀의 셀들의 개수 또는 두께를 증가시키지 않으면서, 더 낮은 소음 주파수들을 흡수할 수 있는 나셀들 또는 다른 음향 구조물들이 만들어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징으로서, 수직으로 연장하는 격막 벽의 다양한 섹션들은 매우 다양한 감쇠 프로파일들을 제공하기 위해 중실, 천공된(perforated) 또는 메쉬(mesh) 재료로 만들어질 수 있으며, 다양한 특정 소음 주파수 범위들이 단일 음향 격막에 의해 감쇠된다. 격막 섹션들의 상대 크기들 및 형상들은 또한 구체적으로 목표로 삼은 소음 주파수 범위들의 더욱더 정확한 감쇠를 제공하기 위해 또한 변할 수 있다.
허니콤 셀의 매우 다양한 유효 음향 길이들 및 특정 음향 감쇠 특성들은, 본 발명에 따라 간단하게는 3 차원 격막의 다양한 섹션들에 사용되는 재료의 유형, 뿐만 아니라 다양한 섹션들의 길이, 위치, 크기 및 형상을 변경시킴으로써 달성될 수 있다. 본 발명은 음향 셀들 모두가 동일한 유효 음향 길이들을 갖고 2 차원 격막들의 사용이 감쇠될 수 있는 특정 주파수 범위들의 개수를 제한하는 종래의 음향 허니콤에 대하여 상당한 이점을 제공한다.
허니콤 두께를 증가시키지 않으면서 허니콤 셀들을 음향적으로 길어지게 하는 능력은, 낮은 주파수 제트 엔진 소음을 감쇠할 수 있는 음향 공진기들을 여전히 제공하는 동시에, 허니콤을 가능한 한 얇게 만드는 것이 바람직한 제트 엔진 나셀들에 특히 유용하다. 게다가, 본 발명에 따른 3 차원 다중 섹션화 격막들의 사용은 당업자가 특히 문제적일 수 있는 특정 제트 엔진에 의해 발생되는 다양한 특정 주파수 범위들을 목표로 하고 감쇠시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 상기 설명된 그리고 많은 다른 특징들 및 부수적인 이점들은 첨부된 도면들과 관련하여 취해질 때 후속하는 상세한 설명의 참조에 의해 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 중실 및 다공성 면(face)의 시이트(sheet)들이 허니콤에 접합되기 이전의 본 발명에 따른 예시적인 음향 구조물을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 예시적인 단일 음향 셀을 도시한다.
도 3은 격막의 제 1 섹션이 중실(음향적으로 불투과성) 재료로 만들어질 때 형성되는 내부 및 외부 음향 챔버(chamber)들을 묘사하는, 도 2의 단면도이다.
도 4는 음향 허니콤의 4 개의 셀들 내의 4 개의 상이한 3 차원 격막 구성들을 도시하는 개략적인 측면도이다.
도 5는 도 4의 평면도(top view)이다.
도 6은 본 발명에 따른 3 차원 섹션화된 격막을 형성하기 위해 격막이 음향 셀에 삽입되기 이전의 예시적인 격막의 평면도이다.
도 7은 소음 소스 옆에 있는 본 발명에 따른 예시적인 음향 구조물의 일부를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 예시적인 단일 음향 셀을 도시한다.
도 3은 격막의 제 1 섹션이 중실(음향적으로 불투과성) 재료로 만들어질 때 형성되는 내부 및 외부 음향 챔버(chamber)들을 묘사하는, 도 2의 단면도이다.
도 4는 음향 허니콤의 4 개의 셀들 내의 4 개의 상이한 3 차원 격막 구성들을 도시하는 개략적인 측면도이다.
도 5는 도 4의 평면도(top view)이다.
도 6은 본 발명에 따른 3 차원 섹션화된 격막을 형성하기 위해 격막이 음향 셀에 삽입되기 이전의 예시적인 격막의 평면도이다.
도 7은 소음 소스 옆에 있는 본 발명에 따른 예시적인 음향 구조물의 일부를 도시하는 개략적인 도면이다.
본 발명에 따른 예시적인 음향 구조물의 일부의 부분 분해도가 도 1에서 도면 부호 "10" 으로 도시된다. 음향 구조물(10)은 다공성 면의 시이트(14)와 중실 음향 배리어 면의 시이트(16) 사이에 끼이는(sandwiched) 음향 허니콤(12)을 포함한다. 조립된 음향 구조물(10)의 일부는 도 7에 도시되며, 여기서 이는 화살표들(20)에 의해 나타낸 바와 같이 소음을 발생시키는 소음 소스(18)에 인접하게 위치된다.
본 발명의 음향 구조물이 매우 다양한 소음 소스들로부터의 소음을 감쇠하는데 사용될 수 있지만, 음향 구조물은 항공기 엔진들 그리고 특히 상업적인 항공기에 사용되는 대형 엔진들에 의해 발생되는 소음을 감쇠시키는데 특히 아주 적합하다. 따라서, 도 5에서 도면 부호 "10" 으로 도시된 음향 구조물은 통상적으로 터보팬(turbofan) 제트 엔진(18)의 중심 코어(central core)를 에워싸는 나셀의 부분이다.
허니콤(12)은 소음 소스(18)에 가장 근접하여(closest) 위치되는 제 1 에지(15) 그리고 소음 소스(18)로부터 멀리 위치되는 제 2 에지(17)를 포함한다. 허니콤의 벽들은 벽들에 대하여 수직으로 측정되는 단면적을 각각 갖는 복수의 셀들(22)을 형성하기 위해 제 1 에지와 제 2 에지 사이를 연장한다. 음향 배리어가 각각의 셀에 음향 공진기를 만들기 위해 각각의 셀의 제 2 에지(17)에 또는 그 근처에 위치된다. 음향 배리어들이 허니콤 셀들에 삽입될 수 있고 제 2 에지(17)로부터 멀리 변위될 수 있지만, 통상적인 과정은 모든 셀들을 커버하기 위해 허니콤의 제 2 에지(17)에 사운드 배리어 시이트(16)를 놓는 것이다. 모든 셀들(음향 공진기들)의 깊이는 그 후 제 1 에지(15)와 음향 배리어(16) 사이의 거리와 동일하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음향 허니콤(12)은 상호 연결된 많은 셀들(22)로 만들어진다. 설명의 목적들을 위해, 단일 셀(22)이 다공성 면의 시이트(14)를 갖지 않고 도 2 및 도 3에 도시된다. 본 발명에 따르면, 원뿔 형상(cone-shaped) 다중 섹션화 음향 격막(30)이 셀 벽들(32)과 음향 배리어(16)에 의해 형성되는 음향 공진기에 위치된다. 다중 섹션화 격막(30)은 제 1 격막 섹션(34) 및 제 2 격막 섹션(36)을 포함한다. 부가적인 격막 섹션(38)이 제 1 격막 섹션과 제 2 격막 섹션 사이에 위치된다. 요망된다면, 하나 초과의 부가적인 격막 섹션들이 제 1 격막 섹션과 제 2 격막 섹션 사이에 위치될 수 있다.
제 1 격막 섹션(34)은 음향 격막들을 만드는데 사용되는 임의의 재료들로 만들어질 수 있다. 하지만, 격막 섹션(34)이 중실 재료, 이를테면 플라스틱 필름 또는 음파들에 대하여 불투과성(impermeable)으로 만들기 위해 플라스틱에 의해 코팅된(coated) 메쉬로 만들어지는 것이 바람직하다. 중실 격막 섹션(34)은 절두 원추형 덕트(frusto conical duct) 형태의 웨이브 가이드로서 기능하다. 중실 격막 섹션(34)은, 각각 내부 및 외부 표면들(42 및 44)을 갖는 벽들(40)을 포함한다. 중실 격막 섹션(34)은 입구(46) 및 출구(48)를 포함한다.
중실 격막 섹션(34)은 셀(22)을 내부 음파 채널(channel) 또는 챔버(50), 그리고 외부 음파 챔버(52)로 분할한다. 내부 음파 챔버(50)는 격막 섹션(34)의 내부 표면(42), 격막 입구(46), 제 1 격막 섹션 출구(48) 그리고 입구(46)와 셀의 제 1 에지(15) 사이에서 연장하는 셀 벽의 일부에 의해 형성된다. 외부 음파 챔버(52)는 격막 섹션(34)의 외부 표면(44), 셀 벽(32), 사운드 배리어(16) 및 격막 섹션 출구(48)에 의해 형성된다.
제 2 격막 섹션(36)은 음향 격막들을 만드는데 사용되는 임의의 재료들로 또한 만들어질 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제 2 격막 섹션(36)은 음향 메쉬, 이를테면 직조된(woven) 단일 필라멘트(monofilament) 격막 재료이며, 즉 원뿔 형태이다. 제 2 격막 섹션(36)은 제 1 격막 섹션(34)과 동일한 방식으로 웨이브 가이드로서 작용하지 않는다. 대신에, 제 2 격막 섹션의 메쉬는, 소음 음파들이 메쉬를 통과할 때, 이들을 감쇠 또는 약화시키고 가변 깊이를 갖춘 제 2 음향 공진기를 제공한다.
부가적인 격막 섹션(38)은 또한 음향 격막들을 만드는데 사용되는 임의의 재료들로 만들어질 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 부가적인 격막 섹션(38)은 음파들이 천공부(perforation)들을 통과하는 것을 가능하게 하는데 충분한 천공부들을 갖는 천공된 플라스틱 필름이다. 제 2 격막 섹션(36)과 마찬가지로, 부가적인 격막 섹션(38)은 제 1 격막 섹션(34)과 동일한 방식으로 웨이브 가이드로서 작용하지 않지만, 대신에 음향 공진기로서 작용한다. 제 2 격막 섹션(36)에 사용되는 메쉬는 메쉬의 소음 감쇠(음향 저항) 특성들이 부가적인 격막 섹션(38)에 사용되는 천공된 필름 또는 시이트와는 상이하도록 선택된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공진기에 진입하는 사운드(화살표들(54))는 내부 음파 챔버(50)를 통하여 이동하고 제 1 격막 섹션 출구(48)를 통하여 2 개의 다른 격막 섹션들(36 및 38) 안으로 그리고 외부 음파 챔버(52) 안으로 지나간다. 음파들(54)은 화살표들(56)에 의해 도시된 바와 같이 외부 음파 챔버(52)의 규정 표면들에 의해 다시 반사된다. 반사된 음파들(56)은 2 개의 격막 섹션들(36 및 38)을 통하여 그리고 중실 격막 출구(48)를 통하여 내부 음파 챔버(50) 안으로 다시 이동한다.
음파 가이드, 이를테면 제 1 중실 격막 섹션(34)의 사용은 유입하는(incoming) 음파들의 경로를 제어하여서 이들의 유효 이동 경로는 음향 공진기의 깊이보다 더 커진다. 이러한 음파들의 유효 이동 경로의 증가는 내부 및 외부 웨이브 챔버들의 크기 및 형상에 의해 제어되고 제한된다. 2 개의 웨이브 챔버들의 크기 및 형상은 결국 다중 섹션화 격막 웨이브 가이드의 중실 섹션 또는 섹션들의 크기, 형상 및 위치에 의해 결정된다. 셀(22)의 유효 음파 길이는 제 1 중실 격막 섹션(34)을 만드는 것에 의해 증가될 수 있어서 이 깊이는 셀 안으로 더 아래로 연장한다.
예시적인 다중 섹션화 격막(30)은 음향 웨이브 가이드로서 기능하는 제 1 중실 섹션(34), 제 2 메쉬 섹션(36) 및, 천공되는 부가적인 중간 섹션(38)을 포함한다. 따라서, 다중 섹션화 격막(30)은 3 개의 상이한 레벨들의 소음 웨이브 안내 및 감쇠를 제공한다. 동시 계류중인 미국 출원 일련 번호 제 13/964,629 호는 음향 웨이브 가이드들이 제 1 중실 섹션(34)과 동일한 방식으로 음향 챔버들 내측에 놓이는 음향 챔버들의 세부사항들을 설명한다. 이러한 동시 계류중인 출원의 내용들은 인용에 의해 포함된다.
본 발명에 따른 매우 다양한 다중 섹션화 음향 격막 크기들, 형상들 및 구성들이 가능하다. 4 개의 예시적인 다중 섹션화 격막들이 도 4 및 도 5에 도면 부호 "60", "62", "64" 및 "66" 으로 도시된다. 다중 섹션화 격막(60)은 제 1 중실 필름 섹션(70) 그리고 메쉬 격막 재료로 만들어지는 전구 형상(bulb-shaped) 제 2 섹션(72)을 포함한다. 다중 섹션화 격막(60)은 도면 부호 "74" 및 "76" 으로 도시된 2 개의 부가적인 격막 섹션들을 추가로 포함한다. 격막 섹션(74)은 천공된 필름 또는 시이트이고 격막 섹션(76)은 섹션(72)에 사용된 메쉬보다 더 굵은(coarser) 격막 메쉬 재료이다. 다중 섹션화 격막(60)은, 음향 셀의 음향 깊이를 증가시키기 위해 제 1 섹션(70)에 웨이브 안내를 제공하지만, 나머지 3 개의 격막 섹션들은 3 개의 상이한 감쇠 값들을 격막에 제공한다. 예시적인 실시예에서, 다양한 섹션들을 위한 격막 재료들은, 섹션들(76 및 72)이 각각 60 cgs R(1400 내지 1600 ㎐) 및 50 cgs R(1600 내지 1800 ㎐)의 cgs 레일(Rayl) 값들을 가질 것인 반면, 섹션(74)을 위한 cgs 레일 값(1 다인-초 당 입방 센티미터(dyne-second per cubic centimeter)은 (1200 내지 1400 ㎐)에서 80 cgs R 이도록 선택될 것이다.
예시적인 다중 섹션화 격막(62)은 중실 웨이브 가이드 섹션을 포함하지 않는다. 대신, 격막(62)은 4 개의 음향 감쇠 섹션들(80, 82, 84 및 86)을 포함한다. 섹션(80)은 1000 내지 1200 ㎐ 의 주파수들에 대하여 100 의 cgs 레일 값을 갖는 천공된 필름으로 구성된다. 섹션(82)은 80의 cgs 레일 값(1200 내지 1400 ㎐)을 갖는 천공된 막으로 구성된다. 섹션들(84 및 86)은 각각 60 cgs R(1400 내지 1600 ㎐) 그리고 50 cgs R(1600 내지 1800 ㎐)의 레일 값들을 갖는 음향 메쉬로 구성된다.
형상이 원뿔형 또는 절두 원추형인 다중 섹션화 격막들은 단지 하나의 가능한 격막 형상을 갖는다. 단지 격막이 상이한 웨이브 가이딩(guiding) 및/또는 감쇠 특성들을 갖는 섹션들로 분할되고 격막이 음향 셀 내에서 수직으로 연장해야만 하는 것이 중요하다. 예컨대, 본 발명에 따른 3 차원 그리고 다중 섹션화 격막들은 원통 형상 또는 다른 관형 형상일 수 있다.
예시적인 원통형 다중 섹션화 격막이 도면 부호 "64" 로 도시된다. 원통형 격막(64)은 중실 섹션(90) 및 천공된 섹션(92)을 포함한다. 원통형 격막(64)은 격막(94)에 의해 허니콤 벽들에 부착되고, 이 격막은 천공된 또는 메쉬 중앙 부분(95a) 그리고 셀 벽들에 접합되는 중실 둘레(perimeter) 또는 숄더(shoulder) 부분(95b)을 포함한다. 격막 섹션(90)은 셀의 유효 음향 길이를 증가시키기 위한 웨이브 가이드로서 작용하는 반면 천공된 섹션(92)은 음향 공진기를 제공한다. 부가적인 메쉬 격막 재료는, 도면 부호 "96" 으로 도시된 바와 같이, 부가적인 소음 약화를 제공하기 위해 원통형 격막(64)의 바닥부에 위치될 수 있다.
다른 예시적인 원통형 다중 섹션화 격막이 도면 부호 "66" 으로 도시된다. 이러한 원통형 격막은 제 1 격막 섹션(98) 및 제 2 격막 섹션(100)을 포함한다. 제 1 격막 섹션(98)은 천공된 시이트로 만들어지고 제 2 격막 섹션(100)은 음향 메쉬 재료로 구성된다. 원통형 격막(66)은, 셀 벽들에 접합되는, 메쉬 격막 재료(102)에 의해 셀 벽들에 부착된다. 메쉬 격막 재료(104)는 셀 벽들에 대한 원통형 격막의 부가적인 고착, 뿐만 아니라 부가적인 소음 감쇠를 제공하기 위해, 원통형 다중 요소 격막의 바닥부에 또한 위치될 수 있다.
다중 섹션화 격막의 다양한 섹션들을 만드는데 사용되는 크기, 형상, 위치, 구성 및 재료의 유형들은 광범위한 음향 웨이브 가이딩 및 감쇠 특성들을 달성하기 위해 변할 수 있다. 동일한 유형의 다중 섹션화 격막은 비교적 큰 그룹(group)의 음향 셀들 내의 동일한 위치에 놓일 수 있다. 대안적으로, 당업자는 매우 다양한 음향 특성들을 갖춘 음향 구조물들을 제조하기 위해 음향 구조물 내의 다양한 위치들에 많은 상이한 다중 섹션화 격막들을 끼워맞출(mix and match) 수 있다.
부가적인 음향 감쇠 및 약화는 음향 셀 내에 하나 또는 그 초과의 종래의 2 차원 격막들을 포함함으로써 제공될 수 있다. 다중 섹션화 격막 내측, 위 및/또는 아래에 복수의 2 차원 음향 격막들을 포함하는 것이 또한 가능하다.
다중 섹션화 음향 격막의 다양한 비-중실(non-solid) 섹션들은 직조된 섬유들 및 천공된 시이트들을 포함하는 소음 약화를 제공하기 위해 사용되는 임의의 표준 음향 재료들로 만들어질 수 있다. 메쉬 섹션들에 대하여, 직물 섬유 음향 격막 재료의 사용이 바람직하다. 이러한 메쉬 유형 음향 재료들은 통상적으로 소음 약화를 제공하기 위해 구체적으로 설계되는 개방 메쉬 직물의 비교적 얇은 시이트들로서 제공된다. 음향 재료가 단일 필라멘트 섬유들로 직조된 개방 메쉬 직물인 것이 바람직하다. 섬유들은 유리, 탄소, 세라믹 또는 폴리머들로 구성될 수 있다. 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리페닐렌술파이드(PPS), 폴리플루오로에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리아미드 6(나일론 6, PA6) 및 폴리아미드 12(나일로 12, PA12)로 만들어지는 단일 필라멘트 폴리머 섬유들은 단지 몇몇의 예들이다. PEEK 로 만들어지는 개방 메쉬 직물이 고온 용례들, 이를테면 제트 엔진들을 위한 나셀들을 위하여 바람직하다. 예시적인 격막 메쉬 재료들은 미국 특허 제 7,434,659 호; 제 7,510,052 호 및 제 854,298 호에 추가로 설명되며, 이들의 내용들은 인용에 의해 포함된다. 다중 섹션화 격막의 천공된 섹션들에 사용되는 격막 재료는 바람직하게는 상기 명시된 플라스틱들 중 임의의 플라스틱으로 만들어지는 플라스틱 시이트들을 레이저 드릴링(laser drilling)함으로써 만들어진다.
다중 섹션화 격막의 중실 섹션들은, 이들이 다중 섹션화 격막을 만드는데 사용되는 다른 격막 재료(들)와 호환 가능하다면, 매우 다양한 재료들로 만들어질 수 있다. 다중 섹션화 격막의 음향 저항 섹션들을 만드는데 사용하기 위한 상기 설명된 동일한 유형들의 재료들이 또한 중실 섹션들을 만드는데 사용되는 것이 바람직하다. 중실 벽들은 바람직하게는 음향적으로 불투과성 재료로 만들어져서 다중 섹션화 격막의 중실 섹션을 통하여 가로로(laterally) 최소의 사운드 전달이 있다. 중실 벽들의 사용은 음향 셀에 진입하는 모든 음파들이 외부 음파 챔버로 진입하기 전에 반드시 완전하게 내부 음파 챔버를 통하여 이동되어야만 하는 것을 보장한다.
다중 섹션화 격막의 입구 단부는 바람직하게는 음향 셀의 벽들에 매칭되도록(match) 형상을 갖는다. 예컨대, 6각형 횡단면들을 갖는 음향 셀들에 사용되는 다중 섹션화 격막들은 셀의 6각형 형상에 매칭되는 입구 단부를 가질 것이다. 이는 다중 요소 격막이 음향 셀들의 벽들에 단단하게 접합되는 것을 가능하게 한다. 다중 섹션화 격막 입구는 열 접합을 포함하는 공지된 접착제 기술들을 사용하여 음향 셀 벽들에 접합될 수 있다. 플랜지(flange)가 허니콤 벽들에 대한 접합을 위해 증가된 표면적을 제공하기 위해 다중 섹션화 격막의 정상부의 부분으로서 포함될 수 있다.
다중 섹션화 격막은, 그 내용이 인용에 의해 포함되는, 미국 특허 제 7,434,659 호; 제 7,510,052 호 및 제 7,854,298 호에 상기 설명된 2 차원 음향 격막들과 동일한 방식으로 만들어지고, 음향 셀 안으로 삽입되며 제 위치에 접합될 수 있다. 주요한 차이점은 본 다중 섹션화 격막들은 3 차원이고 셀 내에서 수직으로 연장하는 반면 종래의 음향 격막들은 실질적으로 평면형(planar)이라는 것이다.
다중 섹션화 3 차원 격막(30)을 형성하기 위해 허니콤 셀(22) 안으로 삽입될 수 있는 예시적인 2 차원 격막이 도 6에 도면 부호 "30a" 로 도시된다. 격막(30a)은 제 1 섹션이 중실이 되고 음파들에 대해 불투과성이 되도록 제 1 섹션(34a)이 플라스틱에 의해 코팅되는 음향 메쉬 재료로 만들어진다. 제 2 섹션(36a)은 처리되지 않아서 이는 음향 메쉬로서 남아 있는다. 부가적인 섹션(38a)이 이를 중실로 만들기 위해 플라스틱에 의해 코팅되고 그 후 이러한 섹션에 천공부들을 제공하기 위해 레이저 드릴링된다. 2 차원 격막은 허니콤 셀 안으로 삽입되어서 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 3 차원 그리고 다중 섹션화 격막(30)을 형성한다. 이들이 음향 셀 안으로 삽입되고 바람직한 3 차원 형상으로 형성된 후에, 다중 섹션화 격막은 적절한 접착제를 사용하여 제 위치에 접합된다.
다중 섹션화 격막은 상기 설명된 바와 같은 다양한 섹션들을 형성하기 위해 단일 피스의 메쉬 재료를 처리함으로써 형성될 수 있다. 하지만, 먼저 다양한 섹션들을 형성하고 그 후 바람직한 구성으로 이들을 함께 접합함으로써 다중 섹션화 격막들을 제작하는 것이 가능하다. 결과적인 3 차원 격막이 다중 섹션화 격막의 음향 특성들에 부정적 영향을 미치지 않는 방식으로 섹션들 사이의 경계에서 함께 연결되는 섹션들을 포함한다면, 다른 제작 프로세스(process)들이 가능하다. 제작 프로세스들의 조합이 또한 가능하다. 예컨대, 도 4에 도시된 다중 섹션화 격막(60)은, 섹션(70)을 중실로 그리고 섹션(74)을 천공되게 하기 위해 처리되는 음향 메쉬의 단일 피스(piece)로 먼저 섹션들(70, 74 및 76)을 형성함으로써 만들어질 수 있다. 처리된 메쉬의 피스는 그 후, 절두 원추형 격막의 바닥부에 접합되는 최종 전구 형상의 메쉬 섹션(72)을 갖는 절두 원추형 형상으로 형성된다. 완전한 전구-종료형(bulb-terminated) 원뿔 형상 격막이 그 후 음향 셀 안으로 삽입되고 셀 벽들에 접합된다.
다중 섹션화 격막의 정상부의 둘레는 음향 셀의 횡단면 형상에 매칭될 필요는 없다. 정상부 둘레는 더 작은 단면적 및/또는 상이한 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우들에서, 숄더 또는 연결 피스가 셀 벽들과 격막 정상부의 둘레 사이에 제공된다. 숄더는 바람직하게는 사운드 불투과성 재료로 만들어져서 모든 음파들이 격막 입구를 통하여 지향된다. 요망된다면, 숄더 또는 연결 피스는 사운드 투과성 재료, 이를테면 메쉬 또는 천공된 격막 재료로 만들어질 수 있다. 예컨대, 격막의 정상부를 넘어서 또한 연장하는 메쉬 숄더를 통하여 셀 벽에 부착되는, 도 4의 원통형 격막(66)을 참조한다.
허니콤 셀들을 만드는데 사용되는 재료들은 금속들, 세라믹들 및 복합 재료들을 포함하는 음향 구조물들에 통상적으로 사용되는 임의의 것일 수 있다. 예시적인 금속들은 알루미늄 및 알루미늄 합금들을 포함한다. 예시적인 복합 재료들은 유리섬유, 노멕스(Nomex) 및 적절한 매트릭스(matrix) 수지들과 그래파이트(graphite) 또는 세라믹 섬유들과의 다양한 조합들을 포함한다. 비교적 높은 온도들(300℉ 내지 400℉)을 견딜 수 있는 매트릭스 수지들이 바람직하다. 중실 면 시이트(16)를 만드는데 사용되는 재료들은, 또한 허니콤 구조물을 만드는데 사용되는 동일한 유형의 재료들을 통상적으로 포함하는 음향 구조물들에 대하여 일반적으로 사용되는 임의의 중실 면 시이트일 수 있다. 구조물의 구멍들 또는 천공부들이 음파들이 제트 엔진으로부터 또는 다른 소스로부터 음향 셀들 또는 공진기들 안으로 진입하는 것을 가능하게 하기에 충분하다면, 다공성 면 시이트(14)를 만드는데 사용되는 재료들은 또한, 이러한 다공성 구조물들을 위해 일반적으로 사용되는 임의의 재료들일 수 있다.
제트 엔진 나셀들을 위해, 허니콤 셀들은 통상적으로 약 0.1 내지 0.5 제곱 인치의 단면적 그리고 약 1.0 내지 2.0 인치의 깊이를 가질 것이다. 부분적인 중실 벽들을 갖는 다중 섹션화 격막들의 사용은 당업자가 두께 범위의 상한(upper end)의 두께들을 갖는 나셀들에 의해 제공되는 동일한 낮은 주파수 소음 약화 또는 억제를 제공하는, 두께 범위의 하한(lower end)의 두께의 허니콤 셀 깊이들을 갖는 나셀들을 만드는 것을 가능하게 한다.
특정 두께의 나셀을 취하고 공진기의 두께를 증가시키지 않으면서, 또는 이용 가능한 음향 셀들의 개수를 감소시키지 않으면서 유효 공진기 길이를 증가시키는 능력은 상당한 이점인데, 이는 이러한 것이 당업자가 나셀을, 최근의 제트 엔진 설계들에 의해 발생되는 비교적 더 낮은 주파수 소음을 여전히 감쇠할 수 있으면서, 가능한 한 얇고 경량으로 만드는 것을 가능하게 하기 때문이다. 게다가, 셀 내에서 수직으로 연장하는 다중 섹션화 격막(3 차원 격막)의 사용은 당업자가 소음 소스들 그리고 특히 제트 엔진들에 의해 발생되는 사운드 주파수들의 상한 및 하한(high and low end) 양쪽의 다수의 특정 주파수를 목표로 하고 감쇠하는 것을 가능하게 한다.
앞서 언급된 바와 같이, 중실 면 시이트(16)가 음향 공진기들을 형성하도록 허니콤의 제 2 에지(17)를 폐쇄하기 위해 사운드 배리어로서 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 상황에서, 사운드 배리어들은 모두 허니콤의 제 2 에지를 따라 위치된다. 셀들의 음향 깊이는, 요망된다면, 면 시이트 대신 개별 배리어들을 사용함으로써 변할 수 있다. 개별 배리어들은 요망되는 음향 공진기 깊이를 제공하기 위해 셀 내의 제 위치에 삽입되고 접합된다.
따라서 설명된 본 발명의 예시적인 실시예들은, 개시들 내에서 단지 예시적이고 다양한 다른 대안들, 적응들 및 수정들이 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 주의되어야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 설명된 실시예들에 의해 제한되지 않으며, 단지 후속하는 청구항들에 의해 제한된다.
Claims (20)
- 소스(source)로부터 발생되는 소음을 감소시키기 위한 음향 구조물로서, 상기 음향 구조물은 :
상기 소스에 가장 근접하여(closest) 위치되는 제 1 에지(edge) 및 제 2 에지를 포함하는 허니콤(honeycomb) - 상기 허니콤은 상기 제 1 에지와 제 2 에지 사이에서 연장하는 복수의 허니콤 벽들을 포함하고, 상기 허니콤 벽들은 복수의 셀(cell)들을 형성하며 각각의 상기 셀들은 상기 허니콤 벽들에 대해 수직으로 측정되는 단면적을 가짐 -,
상기 허니콤의 제 2 에지에 또는 상기 셀들 중 하나 이상의 셀 내에 위치되어 음향 공진기(respnator)를 형성하는 음향 배리어(barrier) - 상기 음향 공진기의 깊이는 상기 허니콤의 제 1 에지와 상기 음향 배리어 사이의 거리와 동일함 -,
상기 음향 공진기에 위치되는 다중 섹션화 음향 격막(multi-sectional acoustic septum)을 포함하며, 상기 음향 격막은 상기 허니콤의 제 1 에지 가장 가까이에 위치되는 격막 정상부 그리고 상기 허니콤의 제 2 에지 가장 가까이에 위치되는 격막 바닥부를 갖고, 상기 음향 격막은 상기 격막 정상부와 상기 격막 바닥부 사이에서 연장하는 격막 벽을 포함하고,
상기 격막 벽은 적어도 상기 격막 정상부 가장 가까이에 위치되는 제 1 격막 섹션 그리고 상기 격막 바닥부 가장 가까이에 위치되는 제 2 격막 섹션으로 분할되고, 상기 제 1 격막 섹션에 의해 제공되는 음향 감쇠(damping)는 상기 제 2 격막 섹션에 의해 제공되는 음향 감쇠와는 상이한,
음향 구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 다중 섹션화 음향 격막은 원뿔(cone) 형상인 벽을 포함하는,
음향 구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 다중 섹션화 음향 격막은 실린더(cylinder)의 형상인 벽을 포함하는,
음향 구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 격막 섹션은 전구(bulb) 형상인,
음향 구조물. - 제 1 항에 있어서,
하나 이상의 추가 격막 섹션이 상기 제 1 격막 섹션과 상기 제 2 격막 섹션 사이에 위치되는,
음향 구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 격막 섹션은 중실(solid) 벽을 포함하는,
음향 구조물. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 격막 섹션은 천공된(perforated) 벽 또는 메쉬(mesh)를 포함하는 벽을 포함하는,
음향 구조물. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 격막 섹션은 중실 벽을 포함하고, 상기 제 2 격막 섹션은 천공된 벽을 포함하는,
음향 구조물. - 제 1 항에 따른 음향 구조물을 포함하는,
엔진 나셀(nacelle). - 제 9 항에 따른 나셀을 포함하는,
비행기. - 소스로부터 발생되는 소음을 감소시키기 위한 음향 구조물의 제조 방법으로서, 상기 방법은 :
상기 소스에 가장 근접하여 위치되는 제 1 에지 및 제 2 에지를 포함하는 허니콤을 제공하는 단계 - 상기 허니콤은 상기 제 1 에지와 제 2 에지 사이에서 연장하는 복수의 허니콤 벽들을 포함하고, 상기 허니콤 벽들은 복수의 셀(cell)들을 형성하며 각각의 상기 셀들은 상기 허니콤 벽들에 대해 수직으로 측정되는 단면적을 가짐 -,
상기 허니콤의 제 2 에지에 또는 상기 셀들 중 하나 이상의 셀 내에 음향 배리어가 위치되어 음향 공진기를 형성하는 단계 - 상기 음향 공진기의 깊이는 상기 허니콤의 제 1 에지와 상기 음향 배리어 사이의 거리와 동일함 -,
상기 음향 공진기에 다중 섹션화 음향 격막을 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 음향 격막은 상기 허니콤의 제 1 에지 가장 가까이에 위치되는 격막 정상부 그리고 상기 허니콤의 제 2 에지 가장 가까이에 위치되는 격막 바닥부를 갖고, 상기 음향 격막은 상기 격막 정상부와 상기 격막 바닥부 사이에서 연장하는 격막 벽을 포함하고, 상기 격막 벽은 적어도 상기 격막 정상부 가장 가까이에 위치되는 제 1 격막 섹션 그리고 상기 격막 바닥부에 가장 가까이에 위치되는 제 2 격막 섹션으로 분할되고, 상기 제 1 격막 섹션에 의해 제공되는 음향 감쇠는 상기 제 2 격막 섹션에 의해 제공되는 음향 감쇠와는 상이한,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 다중 섹션화 음향 격막은 원뿔 형상인 벽을 포함하는,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 다중 섹션화 음향 격막은 실린더 형상인 벽을 포함하는,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 격막 섹션은 전구 형상인,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
하나 이상의 추가 격막 섹션이 상기 제 1 격막 섹션과 상기 제 2 격막 섹션 사이에 위치되는,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 격막 섹션은 중실 벽인,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 격막 섹션은 천공된 벽 또는 메쉬를 포함하는 벽을 포함하는,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 음향 구조물은 제트 엔진을 위한 나셀인,
음향 구조물의 제조 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 공진기에 다중 섹션화 음향 격막을 위치시키는 단계는 상기 셀 벽에 상기 다중 섹션화 음향 격막의 정상부를 접합시키는 단계를 포함하는,
음향 구조물의 제조 방법. - 소음의 소스로부터 발생되는 소음을 감소시키는 방법으로서,
상기 방법은 제 1 항에 따른 음향 구조물로 상기 소음의 소스를 적어도 부분적으로 에워싸는 단계를 포함하는,
소음을 감소시키는 방법.
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