一種寬帶降噪多孔材料聲襯和設備的製作方法
2023-07-16 10:04:41 1
一種寬帶降噪多孔材料聲襯和設備的製作方法
【專利摘要】本發明實施例提供一種寬帶降噪多孔材料聲襯。該聲襯包括聲襯面板、蜂窩結構、多孔材料襯芯、聲襯底板。蜂窩結構位於聲襯面板及聲襯底板之間，蜂窩內布置一定厚度的多孔材料襯芯。本發明實施例將多孔材料襯芯填充於蜂窩結構中，既可滿足結構力學性能，又可使聲襯具有優良的寬頻帶和在較大高聲壓級範圍內穩定的消聲降噪性能；利用經過疏油處理的透聲層，可避免內部多孔材料被油汙及堵塞的問題；同時，採用多孔材料的孔隙率較高，可具備輕質特性。本發明的聲襯可用於包括航空發動機在內的各類有強度要求和處於惡劣環境條件下的設備的消聲降噪。
【專利說明】一種寬帶降噪多孔材料聲襯和設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及降噪領域，特別涉及航空發動機消聲聲襯結構。
【背景技術】
[0002]航空發動機是飛機的主要噪聲源之一。為了降低航空發動機對外的輻射噪聲，常在發動機的進氣管道和排氣管道敷設消聲聲襯，如圖1。傳統的消聲聲襯為穿孔板蜂窩式結構，即蜂窩狀小室緊固在穿孔面板及剛性背板之間，構成多個並聯的亥姆霍茲共振器形式。這類結構的特點是中低頻消聲性能較好，但高頻相對較差。由於航空發動機內的噪聲譜既包括窄帶譜(葉片通過頻率及其倍頻)也包括寬帶譜(湍流引起的流動噪聲)，中高頻噪聲分量也相當顯著。傳統的穿孔板蜂窩式聲襯的消聲頻段主要集中在較低頻範圍，且其消聲頻帶較窄，對頻率具有很強的選擇性，即使外界主要噪聲頻率偏離共振頻率不是很大，消聲效果也會顯著下降。
[0003]多孔材料經過一定的優化設計，可實現良好的吸聲特性，即寬頻帶、高吸聲；同時高孔隙率多孔材料可以滿足航空上的輕質需求，一些類型的多孔材料可具有高的比強度和比剛度，可以承受一定載荷，此外金屬或陶瓷基多孔材料可以耐高溫，可應用於航空發動機一些特殊區域的降噪。由於多孔材料的力學性質相對較差，且容易吸附油汙或灰塵顆粒等而影響吸聲性能，一些發明僅採用薄層多孔材料作為聲襯面板和蜂窩板間的夾層材料(EP2026325A22008.8.18)或作為蜂窩內腔的隔片，以改變共振結構(US8066098B22011.11.29)，可以拓寬一定的消聲頻帶，但由於材料層較薄，對高頻聲的吸收受到較大限制。一些聲襯結構雖然也採用塊狀多孔材料作為襯芯材料(US2011/0133025A12011.6.9， US43135241982.2.2， US42353031980.11.25)，但其只是簡單地置於聲襯面板與底板之間，支撐結構的力學性能不足。其他一些相關的專利如 T:CN1011492962008.3.26 ；W094/269941994.11.24 ；US8245815B22012.8.21 ；US6248423B1200 1.6.19 ； US3948346 I 976.4.6 ； US6840349B22OO 5.1.11 ；US41I 108 1 1978.9.5 ； US6609592B22003.8.26 ； US47595 I 3 I 988.7.26 ；US34814271969.12.2。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供新型的寬帶降噪聲襯。
[0005]為此，在第一方面，本發明提供一種寬帶降噪多孔材料聲襯，包括聲襯面板、蜂窩結構、多孔材料襯芯和聲襯底板，其中蜂窩結構位於聲襯面板及聲襯底板之間，並且與聲襯面板及聲襯底板連接，蜂窩內布置一定厚度的多孔材料襯芯。
[0006]在第二方面，提供一種設備，其上安裝有如第一方面所述的寬帶降噪多孔材料聲襯。所述設備可以是航空發動機，所述寬帶降噪多孔材料聲襯安裝在發動機的進氣和/或排氣管道上。
[0007]本發明實施例將多孔材料襯芯填充於蜂窩結構中，既可滿足結構力學性能，又可使聲襯具有優良的寬頻帶和較大聲壓級範圍內穩定的消聲性能；同時，採用多孔材料的孔隙率較高，可具備輕質特性；另外，在一個例子中，利用經過疏油處理的透聲層，可避免內部多孔材料被油汙堵塞，使得整個結構可以實現穩定的寬帶消聲降噪性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為航空發動機外涵道中使用消聲聲襯降噪示意圖；
[0009]圖2為無背腔多孔材料聲襯結構示意圖；
[0010]圖3為有背腔多孔材料聲襯結構示意圖。
[0011]圖面說明:
[0012]I聲襯；2聲襯面板；3疏油透聲層；4蜂窩結構；5多孔材料襯芯；6聲襯底板；7背腔蜂窩；8夾層穿孔板
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖及具體實施例對本發明的技術方案做進一步地描述。
[0014]本發明提供一種可用於航空發動機消聲的多孔材料聲襯，採用多孔材料作為航空發動機聲襯的內部襯芯材料，目的是利用多孔材料優良的寬頻帶吸聲性能及耐高溫、超輕等多功能優點，同時結合穿孔聲襯面板，構成優良的寬帶消聲結構。為了實現上述聲襯結構，本發明提出了可應用於航空發動機消聲聲襯內部的多孔材料類型，並給出了多孔材料聲襯的幾種典型結構安裝形式。
[0015]圖2為根據本發明實施例的無背腔多孔材料聲襯結構示意圖。如圖2所示，多孔材料聲襯結構包括聲襯面板2、蜂窩結構4、多孔材料襯芯5和聲襯底板6。聲襯面板2為穿孔率一定的穿孔板，面板後為蜂窩結構4，蜂窩結構4與聲襯面板2及聲襯底板6連接，起加強結構功用，蜂窩內布置一定厚度的多孔材料襯芯5，多孔材料襯芯貼近聲襯面板，其後與聲襯底板間可留一定深度空腔，以增強低頻消聲性能。
[0016]聲襯面板可以是一定厚度和穿孔率的穿孔板。孔型可為圓孔、方孔、菱形孔，但不局限於這幾種孔型。也可採用編織絲網或非織造絲網或多孔透聲膜。
[0017]多孔材料襯芯5可以採用開孔型多孔金屬或多孔陶瓷或多孔複合材料；其中，多孔金屬可以是採用燒結法或非燒結形成的金屬纖維或金屬粉末或開孔泡沫金屬組成的多孔材料；金屬或複合基材料為耐高溫且性能穩定的材料；多孔陶瓷可以是泡沫陶瓷。在滿足聲學性能和力學性能的要求下，選取的多孔材料孔隙率儘可能高，以減輕重量。多孔材料襯芯5可以完全或部分填充於整個蜂窩結構4，或填充在某一片區域的蜂窩單元中。
[0018]蜂窩結構不限於通常的蜂窩結構，比如蜂窩壁結構根據強度和消聲的要求可為通常的六邊形，也可為其它形式的多邊形。蜂窩壁的隔板可以不限於直板，可以採用任何可以加強或者優化結構強度或減振性能的形狀或結構。蜂窩結構還可以採用其它的柵格結構，比如加強結構力學性能的其它類型支撐框條或桁架或隔板替代。
[0019]在一個例子中，多孔材料襯芯填充於蜂窩結構中時，可緊貼聲襯底板壁面，也可與聲襯底板壁面間留一定空腔。在另一個例子中，多孔材料襯芯可緊貼聲襯面板，也可與面板間留有一定縫隙。多孔材料襯芯也可以同時與聲襯面板和底板之間留有一定空腔。
[0020]由於多孔材料聲襯結構採用在蜂窩結構內填充多孔材料襯芯的形式，因此既利用了蜂窩結構的優良結構力學性能，又利用了多孔材料優良的寬頻帶吸聲性能，克服了一般多孔材料機械性能不好的缺陷。選取的多孔材料可以具有輕質、穩定等特性，以滿足航空發動機設計和製造方面的要求。
[0021]在一個例子中，在聲襯面板與蜂窩結構間採用一經過疏油處理的透聲層3。疏油透聲層3是經過疏油處理的材料，根據情況可再經過物理化學處理具有疏水功能或者防塵/自清潔功能。疏油透聲層3可以採用編織或非機織絲網結構或者多孔膜結構。疏油透聲層3可粘結於聲襯面板的上表面或下表面，也可粘結於雙層或多層聲襯面板之間。疏油透聲層3防止油汙或雜質顆粒進入蜂窩內部，影響多孔材料吸聲性能，克服了傳統多孔材料易吸收油汙被堵塞等缺陷。
[0022]圖3為根據本發明另一實施例的有背腔多孔材料聲襯結構示意圖。與圖2不同的是，圖3中的多孔材料聲襯在蜂窩結構4之外還採用了背腔蜂窩7，該背腔蜂窩7和蜂窩結構4之間可採用夾層穿孔板8。當然，本領域的技術人員意識到，這樣的蜂窩結構可以擴展為多層結構。
[0023]多孔材料襯芯可以設置在多層蜂窩結構中的某些層，或某些層的某一片區域的蜂窩單元中。每層之間可按面板材料或透聲隔柵固定。
[0024]在實際應用時,多孔材料聲襯的消聲性能一方面取決於聲襯自身的結構參數，包括多孔材料聲襯內部材料類型、多孔材料聲學特徵參數、多孔材料厚度、背腔深度，以及聲襯面板的孔徑、穿孔率、板厚等參數；另一方面也與聲襯所敷設的位置、航空發動機內部噪聲源的特性、流動條件等相關，因此，在設計和製備多孔材料聲襯時，需根據理論和實驗確定噪聲源的特性，針對需要降噪的頻帶，考慮實際流動條件等，對多孔材料聲襯進行優化設計，確定各設計參數。
[0025]本發明實施例主要是在穿孔板蜂窩結構中填充多孔材料，利用多孔材料優良的中高頻吸聲性能，結合對聲襯面板和背腔深度等參數的設計，實現對發動機內寬頻帶噪聲的降噪。具體設計和製造方法可按如下流程。
[0026]首先，依據聲襯在發動機中應用的具體安裝位置處的溫度和流速等條件決定選用多孔材料的類型。例如，在風扇前部進氣道位置，此處溫度相對較低，可採用多孔複合材料或多孔金屬，如金屬纖維；如在發動機內涵道尾管出口附近，此處溫度相對較高，可採用耐高溫的多孔金屬纖維或多孔陶瓷。聲襯的面板和底板可採用滿足結構強度和剛度要求的一定厚度的輕質金屬板材。
[0027]依據聲襯所在位置的聲源特性(包括頻率範圍和聲壓級大小)，通過理論計算優化選擇多孔材料參數，包括靜流阻率、孔隙率、材料厚度等，同時為了充分利用多孔材料優良的中高頻吸聲性能，需通過理論計算或實驗結果以選擇相匹配的聲襯面板和蜂窩的尺寸和背腔參數等，使聲襯結構在相應流速和聲壓級條件下具有穩定和優良的消聲性能。
[0028]製備聲襯時，當需要在多孔材料後留有一定厚度背腔時，首先將一層背腔蜂窩7與底板6相粘結，再將一層經過設計的夾層穿孔板8覆蓋在蜂窩上，在此穿孔板上粘結第二層蜂窩4。之後，再將設計製備好的多孔材料襯芯5填入第二層蜂窩4內，填入後，蜂窩表面處需對材料進行平整處理，之後，貼覆疏油透聲層3，最後覆蓋設計好的孔徑、穿孔率和厚度一定的聲襯面板2。
[0029]在一個例子中，當所設計的多孔材料緊貼背板時，則僅需採用一層蜂窩結構4，內部填充設計製備好的多孔材料5，在對材料進行平整處理後，貼覆疏油透聲層3，最後覆蓋聲襯面板2。
[0030]本發明的聲襯不僅可用於航空發動機的消聲，還可以用於對各類有強度要求和處於惡劣環境條件下的設備(比如輪船)的消聲。
[0031]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種寬帶降噪多孔材料聲襯，包括聲襯面板、蜂窩結構、多孔材料襯芯、聲襯底板,蜂窩結構位於聲襯面板及聲襯底板之間，並且與聲襯面板及聲襯底板連接，蜂窩內布置一定厚度的多孔材料襯芯。
2.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，聲襯面板為一定厚度和穿孔率的穿孔板。
3.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，還包括疏油透聲層，疏油透聲層為經過疏油處理的透聲層，其結構包括編織或非織造絲網結構或多孔膜結構。
4.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，疏油透聲層可粘結於聲襯面板的上表面或下表面，也可粘結於雙層或多層聲襯面板之間。
5.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，疏油透聲層也可經過物理化學處理具有疏水或者自清潔功能。
6.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，蜂窩結構是可採用加強結構力學性能的支撐隔板或框條或桁架或其它形式的隔柵結構。
7.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，蜂窩結構為單層或多層結構，多孔材料襯芯填充其中某些層，或某些層的某一片區域的蜂窩單元中；每層之間可用面板材料或透聲隔柵固定。
8.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，多孔材料襯芯具有通孔結構的多孔金屬、多孔陶瓷或其它複合多孔材料。
9.如權利要求8所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於，多孔金屬為採用燒結法或非燒結形成的金屬纖維或金屬粉末或開孔泡沫金屬組成的多孔材料。
10.如權利要求1所述的寬帶降噪多孔材料聲襯，其特徵在於多孔材料襯芯可填充於全部蜂窩結構中，也可填充於部分蜂窩結構中；多孔材料襯芯填充於蜂窩結構中時，材料可部分填充或完全填充蜂窩結構單元。
11.一種設備，包括安裝其上的如權利要求1-10之一的寬帶降噪多孔材料聲襯。
12.—種如權利要求11所述的設備，所述設備是航空發動機，所述寬帶降噪多孔材料聲襯安裝在發動機的進氣和/或排氣管道上。
【文檔編號】G10K11/165GK103915090SQ201310003851
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月6日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】王曉林, 彭鋒 申請人:中國科學院聲學研究所