RU2064691C1

RU2064691C1 - Sound-absorbing construction

Info

Publication number: RU2064691C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Е. Решетников; Н.Л. Макаровский; И.П. Ключников; А.Е. Тихомиров; А.С. Цветков; В.С. Краснов; А.Ф. Соболев; Р.Д. Филиппова
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Аэрос"
Priority date: 1992-05-05
Filing date: 1992-05-05
Publication date: 1996-07-27

Abstract

FIELD: engine manufacturing, aircraft manufacturing. SUBSTANCE: construction made of corrosion-resistant or heat-resistant materials uses a cellular filler and a flat perforated skin; cells are positioned in opposite directions from the datum plane; filler is divided into separate, sections by longitudinal zigzags, and the holes in the skin are shifter relative to the axes of symmetry of cells. EFFECT: improved design. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к многослойным звукопоглощающим конструкциям и может найти применение в двигателестроении, самолетостроении и других областях, где требуется применение звукопоглощающих элементов. The invention relates to multilayer sound-absorbing structures and can find application in engine building, aircraft construction and other areas where the use of sound-absorbing elements is required.

Известны звукопоглощающие сотовые сварные панели по ОСТ 100873-77, состоящие из двух оболочек, одна из которых имеет отверстия, и сотового заполнителя. Звукопоглощающие панели по ОСТ 100873- 77 имеют высокую трудоемкость изготовления и требуют применения сложного сварочного оборудования и дорогостоящего сложнопрофильного инструмента. Sound absorbing honeycomb welded panels according to OST 100873-77 are known, consisting of two shells, one of which has openings, and a honeycomb core. Sound-absorbing panels according to OST 100873-77 have a high manufacturing complexity and require the use of sophisticated welding equipment and expensive sophisticated tools.

В данных панелях сотовый заполнитель выполнен из отдельных гофрированных лент фольги путем сварки каждой ленты с обшивкой на специальных установках с применением инструмента типа "гребенки". При этом трудоемкость изготовления одного квадратного метра панелей составляет около 25 норма-часов. In these panels, the honeycomb core is made of individual corrugated foil tapes by welding each tape with sheathing on special installations using a comb-type tool. At the same time, the laboriousness of manufacturing one square meter of panels is about 25 normal hours.

Наиболее близкой по конструкции к рассматриваемому изобретению является конструкция по патенту США N 3011602, кл. 161-181, 05.12. 61. Она включает заполнитель с односторонней вытяжкой и плоскую перфорированную обшивку, отверстия в которой расположены по осям отверстий. Изготовление конструкции с данным заполнителем менее трудоемко по сравнению с панелями по ОСТ 100873-77 и составляет около 2,5 норма-часов, поскольку заполнитель может формоваться сразу по размеру панели или отдельными большими участками. The closest in design to the subject invention is the design of US patent N 3011602, class. 161-181, 05.12. 61. It includes a filler with a one-sided hood and flat perforated sheathing, the openings of which are located along the axes of the openings. The manufacture of a structure with this aggregate is less time-consuming compared to panels according to OST 100873-77 and is about 2.5 normal hours, since the aggregate can be molded immediately to the size of the panel or in separate large sections.

Однако по эффективности шумоглушения данная конструкция не является оптимальной, так как внутренний объем панели, где происходит затухание звуковых волн, образован простыми геометрическими поверхностями, а значительная величина площадок, параллельных лицевой перфорированной обшивке, приводит к отражению звука без затухания. However, this design is not optimal in terms of sound attenuation efficiency, since the internal volume of the panel where the sound waves are attenuated is formed by simple geometric surfaces, and a significant amount of areas parallel to the front perforated casing leads to sound reflection without attenuation.

К тому же применительно к двигателестроению панели должны работать при высоких температурах в агрессивных средах и при значительных статических и динамических нагрузках. При расположении таких панелей на двигателях летательных аппаратов к приведенным условиям добавляется требование по минимальному весу конструкции. In addition, in relation to engine building, panels should work at high temperatures in aggressive environments and at significant static and dynamic loads. When such panels are located on aircraft engines, the requirement for the minimum weight of the structure is added to the above conditions.

Жаростойкие и коррозионно-стойкие материалы, применяемые в двигателестроении, при удовлетворении перечисленным требованиям по работоспособности имеют ограниченную пластичность, что не позволяет производить значительную вытяжку при получении ячеек заполнителя. Это снижает эффективность шумоглушения и увеличивает рабочий диапазон частот до значений, превышающих эксплуатационные частоты современных двигателей. Heat-resistant and corrosion-resistant materials used in engine building, while meeting the listed performance requirements, have limited ductility, which does not allow for significant drawing when receiving aggregate cells. This reduces the efficiency of sound attenuation and increases the operating frequency range to values that exceed the operating frequencies of modern engines.

Техническая задача изобретения состояла в повышении эффективности шумоглушения и снижении рабочего диапазона частот конструкций, имеющих штампованный ячеистый заполнитель при обеспечении их работоспособности в условиях высоких температур, агрессивных сред и значительных силовых нагрузок. The technical problem of the invention was to increase the efficiency of sound attenuation and reduce the operating frequency range of structures with stamped cellular aggregate while ensuring their performance in conditions of high temperatures, aggressive environments and significant power loads.

Указанная задача решена за счет организации внутреннего объема конструкции таким образом, чтобы в нем происходило интенсивное затухание звуковых волн заданного диапазона частот, что достигается совокупностью следующих признаков: звукопоглощающая конструкция из коррозионно-стойких или жаростойких материалов, содержащая ячеистый заполнитель и плоскую перфорированную обшивку, где заполнитель выполнен с двусторонней вытяжкой и разделен на отдельные секции продольными зигами, а отверстия в обшивке выполнены асимметрично осям ячеек. This problem is solved by organizing the internal volume of the structure in such a way that intense attenuation of sound waves of a given frequency range occurs in it, which is achieved by a combination of the following features: a sound-absorbing structure made of corrosion-resistant or heat-resistant materials containing a cellular filler and flat perforated sheathing, where the filler made with double-sided hood and divided into separate sections by longitudinal ridges, and the holes in the casing are made asymmetrically to the cell axes.

С целью усиления эффекта шумоглушения и повышения прочности и жесткости конструкции она снабжена второй плоской обшивкой, при этом на боковых поверхностях ячеистого заполнителя со стороны перфорированной обшивки выполнены отверстия. In order to enhance the sound attenuation effect and increase the strength and rigidity of the structure, it is equipped with a second flat skin, with holes made on the side surfaces of the cellular aggregate from the side of the perforated skin.

В предлагаемой конструкции эффективность звукопоглощения обеспечивается за счет организации внутреннего объема сложными геометрическими поверхностями, от которых происходит многократное отражение звуковых волн в сочетании с асимметрично расположенными отверстиями на лицевой перфорированной панели и наличием изолированных секций, образованных зигами. При этом величина площадок, от которых идет нормальное отражение звука, сведена к минимуму, необходимому для крепления обшивок. In the proposed design, sound absorption efficiency is ensured due to the organization of the internal volume by complex geometric surfaces, from which multiple reflection of sound waves occurs in combination with asymmetrically located holes on the front perforated panel and the presence of isolated sections formed by zigs. In this case, the size of the areas from which the normal reflection of sound is minimized is necessary for fixing the skin.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что наличие такого заполнителя обеспечивает за счет дополнительной присоединенной массы воздуха, участвующей в колебательном процессе, снижение частоты резонанса конструкции и увеличение активных потерь. Для устранения эффекта "сдува" присоединенной массы воздуха при распространении звука и потока воздуха вдоль панели, что имеет место, в частности, в газотурбинных двигателях, в панелях, как отмечалось выше, выполняются зиги по всей высоте заполнителя и ориентированные перпендикулярно направлению потока воздуха. Theoretical and experimental studies have shown that the presence of such a filler provides, due to the additional attached mass of air involved in the oscillatory process, a decrease in the resonance frequency of the structure and an increase in active losses. To eliminate the effect of "blowing" the attached mass of air during the propagation of sound and air flow along the panel, which occurs, in particular, in gas turbine engines, in panels, as noted above, ridges are made along the entire height of the filler and oriented perpendicular to the direction of air flow.

Эффективность шумоглушения, прочность и жесткость конструкции повышаются при использовании второй обшивки, так как в процесс шумоглушения включается дополнительный объем, образуемый заполнителем и второй обшивкой, звук в который попадает через отверстия, выполняемые на боковых стенках ячеек. Sound attenuation efficiency, strength and rigidity of the structure are increased when using the second casing, since the additional volume formed by the filler and the second casing, the sound that enters through the openings made on the side walls of the cells, is included in the process of noise attenuation.

На фиг.1 изображена звукопоглощающая конструкция; на фиг.2 сечение А-А; на фиг. 3 конструкция со второй обшивкой, поперечное сечение; на фиг. 4 - графики зависимости коэффициента звукопоглощения от чистоты для базовой сотовой конструкции и предлагаемой. 1 shows a sound-absorbing structure; figure 2 section aa; in FIG. 3 construction with a second skin, cross section; in FIG. 4 - graphs of the dependence of the sound absorption coefficient on cleanliness for the basic honeycomb design and the proposed.

На фиг. 1 изображены ячеистый заполнитель 1, полученный штамповкой при встречном движении пуансонов, и соединенная с ним перфорированная обшивка 2. Ряды ячеек заполнителя разделены зигами 3. Часть конструкции представлена на фиг. 2. Наиболее эффективное звукопоглощение достигается при следующем соотношении элементов конструкции: высота заполнителя h и шаг ячеек S связаны соотношением h/s 1,7-2,5. In FIG. 1 shows a honeycomb core 1 obtained by stamping during the oncoming movement of the punches, and a perforated casing 2 connected to it. The rows of the core cells are separated by zigzas 3. A part of the construction is shown in FIG. 2. The most effective sound absorption is achieved with the following ratio of structural elements: aggregate height h and cell spacing S are connected by a ratio h / s of 1.7-2.5.

Высота заполнителя h и диаметры вершин Д связаны соотношением h/Д 0,2-1,0. Соотношение количества рядов выступов, приходящихся на один зиг, выбирается из ряда 2:1, 3:1, 4:1, 5:1. The height of the filler h and the diameters of the peaks D are related by the ratio h / D 0.2-1.0. The ratio of the number of rows of protrusions per one zig is selected from the row 2: 1, 3: 1, 4: 1, 5: 1.

В соответствии с предлагаемой конструкцией были изготовлены образцы с высотой заполнителя 6 и 9 мм. Для изготовления обшивок был использован лист 12Х18Н10Т толщиной 0,5 мм, заполнитель был изготовлен из листа 12Х18Н10Т толщиной 0,1 мм. Формовка заполнителя производилась в приспособлении, состоящем из верхней и нижней плит, в которых расположены ряды пуансонов. In accordance with the proposed design, samples with a filler height of 6 and 9 mm were made. A sheet of 12X18H10T with a thickness of 0.5 mm was used to manufacture the casing; the filler was made of sheet of 12X18H10T with a thickness of 0.1 mm. The filler was formed in a fixture consisting of upper and lower plates, in which rows of punches were located.

Пуансоны были расположены с шагом, соответствующим шагу ячеек, а степень деформации ограничивалась специальными упорами в верхней и нижней плитах. Приспособление устанавливалось на прессе с усилием 3 т. The punches were arranged with a step corresponding to the cell step, and the degree of deformation was limited by special stops in the upper and lower plates. The device was mounted on a press with a force of 3 tons.

Заполнитель соединятся с обшивками с помощью сварки. Образцы предлагаемой конструкции были испытаны на интерферометре высоких уровней по классической методике определения акустических характеристик методом стоячих волн. The aggregate will be connected to the skin by welding. Samples of the proposed design were tested on a high-level interferometer according to the classical method of determining acoustic characteristics by the standing wave method.

Процент перфорации лицевой обшивки соответствовал значениям, рекомендованным ОСТ 100873-77 для сварных сотовых ЗПК. The percentage of perforation of the facial skin corresponded to the values recommended by OST 100873-77 for welded honeycomb ZPK.

При испытаниях определялась действительная и мнимая часть импеданса и коэффициент звукопоглощения α. Коэффициент звукопоглощения для ЗПК с ячеистым заполнителем составил 0,9-1,0 при резонансных частотах 3400-3800 Гц и 3100-3300 Гц соответственно. Данные частоты настройки соответствуют ЗПК, изготовленному по базовому варианту (ОСТ 100873-77) с высотой сотового заполнителя 15 и 20 мм. При этом коэффициент звукопоглощения для них равен 0,7-0,8. In tests, the real and imaginary part of the impedance and the sound absorption coefficient α were determined. The sound absorption coefficient for a ZPK with a cellular aggregate was 0.9-1.0 at resonant frequencies of 3400-3800 Hz and 3100-3300 Hz, respectively. These tuning frequencies correspond to the ZPK manufactured according to the basic version (OST 100873-77) with a honeycomb core height of 15 and 20 mm. Moreover, the sound absorption coefficient for them is 0.7-0.8.

Особенностью конструкции с высотой ячеистого заполнителя 6 мм является отсутствие зависимости поглощающих свойств от уровня звукового давления. Для образцов высотой ячеистого заполнителя 9 мм при воздействии высоких уровней происходит возрастание действительной части импеданса (увеличение активных потерь) и, как следствие, значения a вблизи максимума. A design feature with a height of a cellular aggregate of 6 mm is the absence of a dependence of the absorbing properties on the sound pressure level. For samples with a cellular aggregate height of 9 mm, when exposed to high levels, the real part of the impedance increases (increase in active losses) and, as a result, the value of a near the maximum.

Акустические характеристики ЗПК по ОСТ 100873-77 и ЗПК предлагаемой конструкции представлены на фиг.4, где а характеристика ЗПК по ОСТ 100873-77 высотой 15 мм; б характеристика ЗПК по ОСТ 100873-77 высотой 20 мм; в - характеристика ЗПК предлагаемой конструкции высотой 6 мм, г то же высотой 9 мм. The acoustic characteristics of the ZPK according to OST 100873-77 and the ZPK of the proposed design are presented in figure 4, where a characteristic of the ZPK according to OST 100873-77 with a height of 15 mm; b characteristic of ZPK according to OST 100873-77 with a height of 20 mm; c - characteristic of the ZPK of the proposed design with a height of 6 mm, g the same height of 9 mm.

Claims

1. A sound-absorbing structure made of corrosion-resistant or heat-resistant materials, containing a cellular aggregate and a flat perforated sheath connected to it, characterized in that the aggregate cells are located in opposite directions from the original plane, the aggregate is divided into separate sections by longitudinal zigs, and the holes in the sheath are made with offset relative to the axis of symmetry of the cells.

2. The construction according to claim 1, characterized in that it is provided with a second flat skin, while through holes are made on the sides of the cells.