RU2412820C1

RU2412820C1 - Sound-absorbing structure

Info

Publication number: RU2412820C1
Application number: RU2009134211/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Дмитриевич Мезенцев (RU); Сергей Дмитриевич Мезенцев; Алексей Генрихович Захаров (RU); Алексей Генрихович Захаров; Нурия Зафаровна Герасимова (RU); Нурия Зафаровна Герасимова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель"
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-02-27

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to sound-absorbing facilities with cellular filler and may be used in aircraft construction, motor industry, shipbuilding and other industries. Sound-absorbing structure comprises filler arranged between surface sheets and consisting of hollow cells of various volume. In one of surface sheets there are through holes communicated with air cavities of hollow cells. Diametre of hole is proportional to area of cross section of according cell and its resonant frequency. Filler consists of set of mutually crossing plates with flanging and cuts arranged from external edge of plates to flanging at various distances from each other to form cells of various volume in assembly of filler elements. In cut parts, being walls of cells, there is a hole with diametre that is not more than diametres of holes in surface sheet of according adjacent cells. Filler is fixed to surface sheets along flanging of plates.

EFFECT: wider range of absorbed frequencies and reduction of structure weight.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к звукопоглощающим конструкциям (ЗПК), и может быть использовано в самолетостроении, автомобилестроении, судостроении и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of engineering, in particular to sound-absorbing structures (ZPK), and can be used in aircraft, automotive, shipbuilding and other industries.

Известен заполнитель для трехслойных панелей, содержащий набор взаимно перпендикулярных профилей уголкового сечения, вдоль ребер которых выполнены трапециевидные пазы с выступами. Пазы совмещены большими основаниями на ребрах профиля. Фиксирование профилей относительно друг друга обеспечивается за счет совмещения открытых прямоугольных пазов, выполненных на внешней стороне каждой полки соосно трапециевидным пазам с выступами, направленными вдоль ребер, при этом образуются сквозные камеры равного объема. (А.с. СССР №1010783, Мкл. В64С 3/26).Known placeholder for three-layer panels containing a set of mutually perpendicular profiles of angular cross-section, along the edges of which are made trapezoidal grooves with protrusions. The grooves are aligned with large bases on the edges of the profile. The profiles are fixed relative to each other by combining open rectangular grooves made on the outside of each shelf coaxially with the trapezoidal grooves with protrusions directed along the ribs, while through cameras of equal volume are formed. (A.S. USSR No. 1010783, Ml. B64C 3/26).

Недостатками известной конструкции являются недостаточная эффективность звукопоглощения в широком интервале рабочих частот акустического поля, это обусловлено образованием при сборке элементов заполнителя сквозных камер коридорного типа равного объема, сложность технологии изготовления, заключающейся в вырубке пазов сложной конфигурации и сборке взаимно перпендикулярных профилей по открытым прямоугольным пазам. Кроме того, за счет конструктивных особенностей пластинчатых профилей в процессе сборки заполнителя образуется жесткое замковое соединение с взаимно перекрывающимися поверхностями, что приводит к увеличению массы конструкции. В процессе сборки заполнителя профили между собой крепятся по точкам и линиям пересечения контура паза, а крепление заполнителя к обшивкам предусмотрено по ребрам и направляющим пластин, все это в совокупности не обеспечивает достаточной жесткости и соответственно надежности конструкции в целом.The disadvantages of the known design are the lack of sound absorption in a wide range of working frequencies of the acoustic field, this is due to the formation of aggregate elements of the through chambers of the corridor type of equal volume, the complexity of the manufacturing technology, which consists in cutting grooves of complex configuration and assembling mutually perpendicular profiles along open rectangular grooves. In addition, due to the design features of lamellar profiles in the process of assembling the aggregate, a rigid locking joint is formed with mutually overlapping surfaces, which leads to an increase in the mass of the structure. In the process of assembling the filler, the profiles are fastened to each other along the points and lines of intersection of the groove contour, and the filler is fastened to the skin along the ribs and guide plates, all of which together does not provide sufficient rigidity and, accordingly, the reliability of the structure as a whole.

Известно наиболее близкое к заявляемому изобретению по совокупности признаков и достигаемому результату техническое решение - звукопоглощающая сотовая панель, содержащая размещенный между поверхностными листами сотовый заполнитель, состоящий из сблокированных пустотелых ячеек. Пустотелые ячейки сотового заполнителя расположены по исходящим из центра панели и пересекающимся между собой под углом 90° логарифмическим спиралям и выполнены в поперечном сечении уменьшающимися от периферийной зоны к центру панели. В одном из поверхностных листов выполнены сквозные сообщенные с воздушными полостями пустотелых ячеек отверстия, диаметр каждого из которых пропорционален площади поперечного сечения соответствующей ячейки и ее резонансной частоте (Патент РФ №2206458, Мкл. 7 В32В 3/12).Known closest to the claimed invention in terms of features and the achieved result, a technical solution is a sound-absorbing honeycomb panel containing a honeycomb core placed between the surface sheets, consisting of interlocked hollow cells. The hollow cells of the honeycomb core are arranged along logarithmic spirals intersecting at a 90 ° angle and made in cross section decreasing from the peripheral zone to the center of the panel. Holes are made in one of the surface sheets through holes communicated with air cavities of the hollow cells, the diameter of each of which is proportional to the cross-sectional area of the corresponding cell and its resonant frequency (RF Patent No. 2206458, Ml. 7 B32V 3/12).

Известное техническое решение способно обеспечить гашение широкого спектра звуковых колебаний. Однако гашение спектра звуковых колебаний обеспечивается только в каждой отдельно взятой пустотелой ячейке, что ограничивает эффективность шумогашения. Кроме того, выполнение ячеек по логарифмическим спиралям, пересекающимся между собой под углом 90° и в то же время уменьшающимся в поперечном сечении, является сложным и дорогостоящим процессом в изготовлении панели, технологический процесс изготовления предполагает сложную технологическую оснастку с несколькими переходами. В зоне контакта стенок ячеек образуется двойной слой формующего материала, что увеличивает конструкционную жесткость и вес панели. Заполнитель к поверхностным листам закреплен по граням пустотелых ячеек, что не обеспечивает достаточной жесткости и надежности конструкции в целом.Known technical solution is able to provide damping of a wide range of sound vibrations. However, the damping of the spectrum of sound vibrations is provided only in each individual hollow cell, which limits the efficiency of noise reduction. In addition, the execution of cells along logarithmic spirals intersecting each other at an angle of 90 ° and at the same time decreasing in the cross section is a complex and expensive process in the manufacture of panels; the manufacturing process involves complex technological equipment with several transitions. In the contact zone of the cell walls, a double layer of forming material is formed, which increases the structural rigidity and weight of the panel. The filler to the surface sheets is fixed along the edges of the hollow cells, which does not provide sufficient rigidity and reliability of the structure as a whole.

Задачей изобретения является повышение эффективности звукопоглощения, снижение веса ЗПК и снижение трудозатрат на ее изготовление.The objective of the invention is to increase the efficiency of sound absorption, reducing the weight of the ZPK and reducing labor costs for its manufacture.

Достигаемый технический результат - расширение диапазона поглощаемых частот, снижение веса конструкции и повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции, повышение надежности конструкции.Achievable technical result - expanding the range of absorbed frequencies, reducing the weight of the structure and increasing manufacturability by simplifying the design, increasing the reliability of the design.

Технический результат достигается за счет того, что в звукопоглощающей конструкции, содержащей размещенный между поверхностными листами заполнитель, состоящий из пустотелых ячеек различного объема, а в одном из поверхностных листов выполнены сквозные сообщенные с воздушными полостями пустотелых ячеек отверстия, диаметр каждого из которых пропорционален площади поперечного сечения соответствующей ячейки и ее резонансной частоте, заполнитель состоит из набора взаимно пересекающихся пластин с отбортовкой и надрезами, выполненными от наружного края пластин к отбортовке на различных расстояниях друг от друга для образования ячеек различного объема при сборке элементов заполнителя, а в надрезанных частях, являющихся стенками ячеек, выполнено, по крайней мере, одно отверстие диаметром не большим, чем диаметры отверстий в поверхностном листе соответствующих смежных ячеек, а заполнитель прикреплен к поверхностным листам по отбортовкам пластин.The technical result is achieved due to the fact that in a sound-absorbing structure containing a filler placed between the surface sheets, consisting of hollow cells of various volumes, and in one of the surface sheets there are through openings communicating with the air cavities of the hollow cells, the diameter of each of which is proportional to the cross-sectional area corresponding cell and its resonant frequency, the aggregate consists of a set of mutually intersecting plates with flanging and incisions made from the outer edge of the plates to be flanged at different distances from each other for the formation of cells of different volumes when assembling the filler elements, and in the notched parts, which are the cell walls, at least one hole with a diameter not larger than the diameters of the holes in the surface sheet of the corresponding adjacent cells, and the filler is attached to the surface sheets by flanging plates.

Повышение эффективности звукопоглощения достигается за счет усиления декремента затухания звуковых волн. Выполнение в стенках ячеек, по крайней мере, одного отверстия диаметром не большим, чем диаметры отверстий в поверхностном листе соответствующих смежных ячеек, дополнительно усиливает декремент затухания за счет проникновения остаточных звуковых колебаний в смежные ячейки. Выполнение отверстий в стенках ячеек диаметром большим, чем диаметры отверстий в поверхностном листе, приведет к образованию заполнителя коридорного типа и, как следствие, к снижению уровня шумогашения звуковых волн.Improving the sound absorption efficiency is achieved by increasing the attenuation decrement of sound waves. The implementation in the cell walls of at least one hole with a diameter not larger than the diameters of the holes in the surface sheet of the corresponding adjacent cells, further enhances the damping decrement due to the penetration of residual sound vibrations into adjacent cells. Making holes in the walls of cells with a diameter larger than the diameters of the holes in the surface sheet will lead to the formation of a corridor-type aggregate and, as a result, to a decrease in the level of sound-canceling sound waves.

Повышение технологичности изготовления и снижение веса обусловлено упрощенной конструкцией выполнения пластинчатых профилей с надрезами и отверстиями, не требующей для их изготовления специальной технологической оснастки и дополнительных операций по сравнению с аналогами. Сборка профилей осуществляется по надрезам с образованием надежного замкового соединения, а фиксация по отношению друг к другу производится в процессе отверждения после пропитки связующим, кроме того, заполнитель к поверхностным листам прикреплен по отбортовкам пластин, что увеличивает площадь контакта и соответственно жесткость и надежность конструкции.The increase in manufacturability and weight reduction is due to the simplified design of the plate profiles with notches and holes, which do not require special technological equipment and additional operations for their manufacture in comparison with analogues. The profiles are assembled along the notches with the formation of a reliable locking connection, and fixing with respect to each other is carried out during curing after impregnation with a binder, in addition, the filler is attached to the surface sheets by flanging plates, which increases the contact area and, accordingly, the rigidity and reliability of the structure.

Заявляемая совокупность и взаимосвязь существенных признаков находится в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом, является новой, так как имеет существенные отличительные от прототипа признаки и позволяет получить вышеуказанный технический результат по сравнению с прототипом и ближайшими по технической сущности аналогами.The claimed combination and the relationship of essential features is in a causal relationship with the achieved technical result, is new, because it has significant distinctive features from the prototype and allows you to get the above technical result in comparison with the prototype and the closest in technical essence analogues.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критериям новизна и изобретательский уровень.Thus, the claimed technical solution meets the criteria of novelty and inventive step.

На чертеже изображена предлагаемая звукопоглощающая конструкция, общий вид.The drawing shows the proposed sound-absorbing design, General view.

Звукопоглощающая конструкция содержит поверхностные листы 1 и 2. В листе 2 выполнены сквозные отверстия 3. Между поверхностными листами 1 и 2 размещен заполнитель 4 с пустотелыми ячейками 5 различного объема. Сквозные отверстия 3 сообщены с воздушными полостями ячеек 5. Заполнитель 4 состоит из набора взаимно пересекающихся пластин 6 с отбортовкой 7. В пластинах 6 от наружного края к отбортовке 7 выполнены надрезы 8 на различных расстояниях друг от друга для образования ячеек различного объема при сборке элементов заполнителя. В надрезанных частях, являющихся стенками 9 ячеек 5, выполнено, по крайней мере, по одному отверстию 10. Диаметр отверстий 3 в поверхностном листе 2 пропорционален площади поперечного сечения соответствующей ячейки 5 и ее резонансной частоте, а диаметр отверстий 10 в стенках 9 ячеек 5 выполнен не большим, чем диаметры отверстий 3 поверхностного листа 2 соответствующих смежных ячеек 5. Заполнитель 4 закреплен к поверхностным листам 1 и 2 по отбортовкам 7 пластин 6.The sound-absorbing structure contains surface sheets 1 and 2. Through-holes 3 are made in sheet 2. A filler 4 with hollow cells 5 of various sizes is placed between the surface sheets 1 and 2. The through holes 3 are in communication with the air cavities of the cells 5. The filler 4 consists of a set of mutually intersecting plates 6 with flanging 7. In the plates 6 from the outer edge to the flanging 7, cuts 8 are made at different distances from each other to form cells of different volumes when assembling the filler elements . At least one hole 10 is made in the incised parts, which are the walls of 9 cells 5. The diameter of the holes 3 in the surface sheet 2 is proportional to the cross-sectional area of the corresponding cell 5 and its resonant frequency, and the diameter of the holes 10 in the walls 9 of the cells 5 is made not larger than the diameters of the holes 3 of the surface sheet 2 of the corresponding adjacent cells 5. The filler 4 is fixed to the surface sheets 1 and 2 by flanging 7 of the plates 6.

Изготовление звукопоглощающей конструкции осуществляется следующим образом.The manufacture of a sound-absorbing structure is as follows.

Методом прессования пластин получают профиль 6 с отбортовкой 7. Листовой профиль 6 изготавливают из полимерного композиционного материала на основе стекло- или углеткани. От наружного края профиля 6 в направлении к отбортовке 7 выполняют абразивными кругами надрезы 8 на разных расстояниях друг от друга. В каждой надрезанной части, формирующей впоследствии стенку 9 ячейки 5, пробивают, по крайней мере, одно отверстие 10 диаметром не большим, чем диаметры отверстий 3 в поверхностном листе 2 соответствующих смежных ячеек 5. После чего осуществляют укладку профилей 6 в пресс-форму взаимно перпендикулярно по отношению друг к другу, совмещая по надрезам 8.By pressing the plates, a profile 6 with a flange 7 is obtained. A sheet profile 6 is made of a polymer composite material based on glass or carbon fabric. From the outer edge of the profile 6 in the direction of the flange 7, cuts 8 are made with abrasive circles at different distances from each other. In each incised part, which subsequently forms the wall 9 of the cell 5, at least one hole 10 is punched with a diameter not larger than the diameters of the holes 3 in the surface sheet 2 of the respective adjacent cells 5. Then, the profiles 6 are stacked perpendicularly to the mold in relation to each other, combining notches 8.

Полученный, таким образом, заполнитель размещают между двумя поверхностными листами, осуществляя склеивание пленочным клеем по плоскости отбортовок. Один из поверхностных листов, направленный на источник звука, перфорирован. Перфорация выполнена отверстиями разного диаметра прямо пропорционально объему соответствующей ячейки. Подбор соотношений диаметров входных отверстий, объемов ячеек и отверстий в боковых стенках ячеек осуществляют исходя из заданных значений частот звуковых волн.Thus obtained aggregate is placed between two surface sheets, bonding with film glue along the flanging plane. One of the surface sheets directed to the sound source is perforated. Perforation is made with holes of different diameters in direct proportion to the volume of the corresponding cell. The selection of the ratios of the diameters of the inlet openings, the volume of the cells and the openings in the side walls of the cells is carried out on the basis of the preset frequencies of the sound waves.

Монолитность конструкции обеспечивают пропитыванием собранной решетки заполнителя связующим с последующим процессом отверждения собранной звукопоглощающей конструкции в пресс-форме.The design is monolithic by impregnating the assembled aggregate lattice with a binder followed by the curing process of the assembled sound-absorbing structure in the mold.

Звукопоглощающая конструкция работает следующим образом.Sound-absorbing design works as follows.

Звуковые волны направленного действия через отверстия 3 в поверхностном листе 2 попадают в воздушные полости ячеек 5. Воздушные полости различного объема ячеек 5 резонируют на определенной частоте и поглощают акустические колебания этой частоты. Дополнительно усиливается декремент затухания звуковых частот за счет проникновения остаточных колебаний в смежные ячейки 5 через отверстия 10 в боковых стенках 9 смежных ячеек 5.Sound waves of directional action through the holes 3 in the surface sheet 2 fall into the air cavities of the cells 5. Air cavities of various volumes of cells 5 resonate at a certain frequency and absorb acoustic vibrations of this frequency. The decrement of sound frequencies is additionally enhanced due to the penetration of residual vibrations into adjacent cells 5 through holes 10 in the side walls 9 of adjacent cells 5.

Подбор соотношений диаметров входных отверстий 3, площади поперечного сечения соответствующих ячеек 5 и их резонансной частоты, отверстий 10 в боковых стенках 9 ячеек 5 диаметра не большего, чем входное отверстие 3 ячеек 5, позволяет настраиваться на заданные частоты звуковых волн и изготавливать ЗПК, работающие в разных интервалах звуковых частот.The selection of the ratio of the diameters of the inlet holes 3, the cross-sectional area of the corresponding cells 5 and their resonant frequency, the holes 10 in the side walls of 9 cells 5 of a diameter no larger than the inlet 3 of the cells 5, allows you to tune to the given frequencies of the sound waves and produce ZPCs operating in different intervals of sound frequencies.

Заявленная звукопоглощающая конструкция технологична, проста в изготовлении, имеет меньший вес в сравнении с прототипом за счет исключения двойных слоев заполнителя путем выполнения элементов заполнителя в виде пластинчатого профиля с отверстиями и простого конструктивного соединения по надрезам.The claimed sound-absorbing design is technologically advanced, easy to manufacture, has a lower weight in comparison with the prototype due to the exclusion of double layers of aggregate by making the filler elements in the form of a plate profile with holes and a simple structural connection along the notches.

Таким образом, заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом и ближайшими аналогами позволяет решить поставленную задачу и получить новый технический результат - расширить диапазон частотной характеристики затухания, снизить вес конструкции и может быть использовано в промышленности с помощью известных средств и методов.Thus, the claimed technical solution in comparison with the prototype and the closest analogs allows us to solve the problem and get a new technical result - to expand the frequency response of the attenuation, reduce the weight of the structure and can be used in industry using known means and methods.

Claims

A sound-absorbing structure containing a filler placed between the surface sheets, consisting of hollow cells of various volumes, and in one of the surface sheets are made through holes, communicating with the air cavities of the hollow cells, the diameter of each of which is proportional to the cross-sectional area of the corresponding cell and its resonant frequency, characterized in that the filler consists of a set of mutually intersecting plates with flanging and notches made from the outer edge of the plates to the flange at different distances from each other to form cells of different volumes when assembling the filler elements, and in the notched parts that are the cell walls, at least one hole with a diameter not larger than the diameters of the holes in the surface sheet of the corresponding adjacent cells is made, and the filler attached to surface sheets for flanging plates.