專利名稱：多層聲處理板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及所謂的“被動”聲處理的一般領(lǐng)域。
本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域特別是——但并非僅僅是——航空渦輪發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
被動聲處理板的使用在航空領(lǐng)域非常普遍，為的是降低來自渦輪發(fā)動機(jī)的噪聲排 放。例如，在雙轉(zhuǎn)子旁路式渦輪噴氣發(fā)動機(jī)上，這種板可以布置在圍繞渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的短 艙的內(nèi)表面上，而且也可布置其主外殼的外表面上。
從聲學(xué)的角度來講，被動聲處理板一般由蜂窩多孔狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，覆蓋著薄薄一層 多孔層，其作用是氣流通道的壁板，并在其另一側(cè)上由一個反射層來封閉(又稱之為后續(xù) 蒙皮)?？商峁е虚g多孔層的更復(fù)雜的聲處理板，插裝在蜂窩狀結(jié)構(gòu)層之間，從而在更寬 頻率范圍上延伸衰減。本發(fā)明特別應(yīng)用到稱之為“多層”板的聲處理板上。
人們都知道，當(dāng)聲能傳播的螺線聲模式為高階模式時，聲衰減會更有效。這些聲工 作模式會在管道內(nèi)停留較長時間，它們提供的能量更靠近所述壁，從而有利于通過布置在 短艙或渦輪噴氣發(fā)動機(jī)壁上的面板而便于其能量消耗。此外，聲處理板的聲衰減會以比較 線性方式變化，直到某種處理長度，超過該長度時，聲衰減的增加則會緩慢得多。這種特性 可通過源聲特性變化來說明，聲源的聲音會隨著其穿過面板傳播，在高階聲模式時，會變得 越來越弱。因為聲衰減取決于出現(xiàn)的是哪種聲模式，為傳輸剩余聲能量而使用的許多低階 聲模式則意味著，面板的吸收效率較小?？上У氖?，目前使用的聲處理板并不能滿足這兩項 要求。發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的一個主要目的是，通過作用于聲源的特性，提出增加特定處理表面 區(qū)域的聲處理效率以解決這些缺陷。
該目的可以通過多層聲處理板得以實現(xiàn)，所述板包括夾在多孔蒙皮和中間蒙皮之 間的第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子；和夾在中間蒙皮和后續(xù)蒙皮之間的第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子，其中， 在根據(jù)本發(fā)明的聲處理板中，多孔蒙皮包括至少一對高孔隙率區(qū)，穿孔率大于多孔蒙皮的 其余部分，并由進(jìn)氣區(qū)和排氣區(qū)構(gòu)成，進(jìn)氣區(qū)和排氣區(qū)彼此縱向等距隔開，該特定的一對高 孔隙率區(qū)通過第一蜂窩結(jié)構(gòu)芯子和中間蒙皮與聲波流動通路的兩端相溝通，所述聲波流動 通路布置在第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子內(nèi)。
高孔隙率區(qū)在面板多孔蒙皮上的使用可在較小區(qū)域內(nèi)建立較大的阻抗不連續(xù)性， 從而使得低階聲模式的一部分能量傳輸?shù)礁唠A聲模式，更容易實現(xiàn)聲學(xué)衰減。除了轉(zhuǎn)換聲 模式的這種作用外，特別是寬帶噪聲，因為本發(fā)明的聲處理板帶有聲波流動通路，所以，其 還可以對通過進(jìn)氣區(qū)而截獲的一小部分聲波路徑進(jìn)行修正，目的是經(jīng)由再下游的排氣區(qū)反 相地再次注入。這可增強(qiáng)對應(yīng)于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)工作范圍的棘手頻率的衰減。于是，對于 特定表面區(qū)域來講，可以顯著地增加聲處理板的效率。
該特定對的高孔隙率區(qū)可以經(jīng)由穿過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子和中間蒙皮的凹槽 (well)來實現(xiàn)與聲波流動通路的溝通。
在另一種實施方式中，該特定對的高孔隙率區(qū)可經(jīng)由穿過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子的 凹槽和經(jīng)由通過中間蒙皮構(gòu)成的多個孔眼來實現(xiàn)與聲波流動通路的溝通。
在另一個不同實施方式中個，該特定對的高孔隙率區(qū)可通過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子 的腔室之間構(gòu)成的通道和通過中間蒙皮構(gòu)成的多個孔眼來實現(xiàn)與聲波流動通路的溝通。
優(yōu)選地，覆蓋聲波流動通道的中間蒙皮的區(qū)域是連續(xù)的。
聲波流動通道可以通過由第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯的壁側(cè)向構(gòu)成的狹長區(qū)域構(gòu)成。或 者，聲波流動通道可以由第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子的一排毗鄰的腔室構(gòu)成，所述腔室通過多孔 壁而彼此相通。
優(yōu)選地，多孔蒙皮帶有多對高孔隙率區(qū)，彼此橫向隔開。在這種情況下，進(jìn)氣區(qū)和 排氣區(qū)就在相對于面板大體橫向的方向上對準(zhǔn)。
本發(fā)明還提供了一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)短艙，在其內(nèi)表面上，包括至少一個上述的 聲處理板。然后，優(yōu)選地，聲處理板的多孔蒙皮與冷氣流通道相接觸，所述冷氣流流道由短 艙內(nèi)表面在外部確定。
本發(fā)明還提供了一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，在其外表面上，包括至少一個上述的聲處 理板。然后，優(yōu)選地，聲處理板的多孔蒙皮與冷氣流通道相接觸，所述冷氣流流道由渦輪噴 氣發(fā)動機(jī)的外表面在內(nèi)部確定。
通過參照附圖給出的如下說明，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點會顯現(xiàn)出來，附圖所示 實施例并不是限定性的。


圖1為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的縱向剖面圖，所示其短艙上裝有本發(fā)明的聲處理板；
圖2為本發(fā)明多層聲處理板的較大比例的剖面圖3A到3C為沿聲處理板厚度方向的剖面圖，所示板構(gòu)成了本發(fā)明幾種不同的實 施例；
圖4A和4B為聲處理板的示意圖，構(gòu)成本發(fā)明不同實施例，所示為從流體通道一側(cè) 看去；以及
圖5為采用本發(fā)明聲處理板所獲得的聲衰減增加的曲線圖。
具體實施方式
本發(fā)明涉及到被動聲處理板，特別是安裝在飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)及其短艙上的聲 處理板，如圖1所示。
圖1所示渦輪噴氣發(fā)動機(jī)10為雙轉(zhuǎn)子旁路型。其周圍為環(huán)狀短艙12，以渦輪噴氣 發(fā)動機(jī)的縱軸X-X為中心。按已知方式，從上游到下游，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)包括風(fēng)扇14;低 壓壓氣機(jī)16 ;高壓壓氣機(jī)18 ;燃燒室20 ;高壓渦輪22 ;以及低壓渦輪24。
短艙12包圍著渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的主外殼26，圍繞其同軸，目的是形成可使冷氣流 流過的流動通路。同樣,主外殼26則又同軸地包圍著渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的中央本體30，從而 形成了熱氣流的流動通道32。為此，通過短艙內(nèi)表面在外部和通過主外殼外表面在內(nèi)部徑向地形成了通道28。
在如下說明中，術(shù)語“上游”和“下游”應(yīng)該理解為是相對于流過渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 的氣流流動方向。
在渦輪噴氣發(fā)動機(jī)風(fēng)扇14的下游，短艙12內(nèi)表面包括聲處理板100。同樣，在主 外殼26上也應(yīng)用了聲處理板，圍繞高壓壓氣機(jī)18和燃燒室20的外表面。這些聲處理板 100用來衰減渦輪噴氣發(fā)動機(jī)所排放的噪聲危害。
圖2為本發(fā)明聲處理板100實施例更為詳細(xì)的示意圖，所述聲處理板為“多層的”， 即其由至少兩級蜂窩狀結(jié)構(gòu)堆積而成。
更確切地說，聲處理板100包括夾在多孔蒙皮104和部分多孔中間蒙皮106之間 的第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯102和夾在中間蒙皮106和后續(xù)蒙皮110之間的第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯 108。
第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)102 (例如，通過粘合劑或釬焊)固定到起支撐作用的中間蒙皮 106上。同樣，第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)固定到起支撐作用的后續(xù)蒙皮110上。每個蜂窩狀結(jié)構(gòu)102 和108都是由一排蜂窩形狀的腔室構(gòu)成。
不論其是否安裝在短艙內(nèi)部還是渦輪噴氣發(fā)動機(jī)主外殼外表面上，本發(fā)明聲處理 板是這樣布置的，即其多孔蒙皮104與供冷氣流流動通道28相接觸。
聲處理板的多孔蒙皮104帶有多個通孔112，在該通孔內(nèi)，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)所排放 的聲波的聲能量通過粘熱效應(yīng)而被消耗。多孔蒙皮的穿孔率(即，其孔隙總面積與其總面 積之比)在7%至20%的范圍之間(取決于所使用的吸收結(jié)構(gòu)概念和計劃的最佳聲阻抗)。
本發(fā)明的聲處理板的多孔蒙皮104還包括多對高孔隙率區(qū)，即穿孔率大于蒙皮其 余部分的蒙皮區(qū)域。這些高孔隙率區(qū)的多孔比優(yōu)選在20%到30%的范圍內(nèi)(而多孔板的 剩余部分的多孔比在7%到20%的范圍內(nèi))。例如，這一較大多孔性的獲得是通過局部增加 穿過多孔蒙皮孔眼112的密度和/或直徑。
從聲學(xué)角度來看，高孔隙率區(qū)的穿孔率可使其顯得透明。與大直徑的簡單開口相 比，這種布置可最大限度地降低氣動力損失。
這些高孔隙率區(qū)114a，114b的形狀可是圓形(如圖4A和4B所示)，或者可以是 方形的。例如，當(dāng)其為圓形時，這些高孔隙率的圓形區(qū)的直徑dl在5cm至15cm的范圍內(nèi)。 通過比較，孔眼112的直徑d2的范圍在O. 75mm至2mm的范圍內(nèi)，二者dl/d2之比在25到 200的范圍內(nèi)。
每對高孔隙率區(qū)由進(jìn)氣區(qū)114a和排氣區(qū)114b構(gòu)成，排氣區(qū)與進(jìn)氣區(qū)在下游縱向 隔開。此外，對于每對高孔隙率區(qū)來講，進(jìn)氣區(qū)和排氣區(qū)114a和114b經(jīng)由第一蜂窩狀結(jié)構(gòu) 芯子102和中間蒙皮106與聲波流動通道118的兩端相溝通，后者布置在第二蜂窩狀結(jié)構(gòu) 芯子108內(nèi)。
預(yù)期可以使用其它的不同實施方式。在圖3A所示第一實施例中，某一對高孔隙區(qū) 114a和114b通過穿越第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子102和中間蒙皮106的凹槽116a和116b而與 聲波流動通道118相通。
在圖3B所示第二實施例中，某一對高孔隙區(qū)114a和114b通過穿越第一蜂窩狀結(jié) 構(gòu)芯子102和多個孔眼120經(jīng)由凹槽116a和116b而與聲波流動通道118相通，所述多個 孔眼是通過與凹槽相對準(zhǔn)的中間蒙皮106構(gòu)成。
在圖3C所示第三實施例中，某一對高孔隙區(qū)114a和114b通過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯 子102腔室形成的通道122a和122b和多個孔眼120與聲波流動通道118相通，所述多個 孔眼120通過與通道122a和122b相對準(zhǔn)的中間蒙皮106構(gòu)成。
在應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的聲處理板中間蒙皮116上面帶有多個孔眼124，除覆蓋 聲波流動通道118的區(qū)域外，后者布置在第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)108內(nèi)(換句話說，中間蒙皮區(qū) 域覆蓋了聲波流動通道上方，是連續(xù)的)。在這些非穿孔區(qū)域，聲處理板的作用就是簡單的 諧振器，多孔層位于流動通道旁邊(即，多孔壁104)和非穿孔層位于腔室端部(即中間壁 106)。多孔區(qū)，中間蒙皮可以進(jìn)行聲處理，作為雙諧振器工作，其所提供的穿孔率范圍為1% 至4%,孔眼124的直徑大約O. 15mm至O. 4mm。
聲波流動通道118可以采用幾種不同形式來制作。在圖3A所示實施例中，聲波流 動通道是通過第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)108腔室的壁側(cè)向構(gòu)成的狹長區(qū)域(corridor)而形成。為 此，例如，所述狹長區(qū)域可通過多個蜂窩形狀腔室的板(或“平板”)來獲得，這些板沿側(cè)向 彼此等距離隔開，從而在其之間形成這種狹長區(qū)域。
在圖3B和3C所示另一種實施例中，每個聲波流動通道118是由第二蜂窩狀結(jié)構(gòu) 118 —排毗鄰的腔室所形成，這些腔室通過提供高孔隙率的壁122而實現(xiàn)彼此相通(孔隙比 必須足夠高，以避免有關(guān)腔室之間出現(xiàn)聲耦合)。
如上所述，中間蒙皮116在覆蓋聲波流動通道118的區(qū)域內(nèi)不再穿孔，所以，所述 通道通過第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)118的腔室壁側(cè)向地和由非穿孔隔板在高度方向上形成。
此外，正如圖3A和4A實施例所示，聲波流動通道118所構(gòu)成的路徑可以是直線 的，這樣，就大體平行于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)縱軸X-X延伸。在這種情況下，進(jìn)氣區(qū)和排氣區(qū) 114a和114b沿軸線X-X對準(zhǔn)。
同樣，還是如圖4A所示，進(jìn)氣區(qū)114a可以彼此沿周向有規(guī)律地隔開，并在共同大 體橫向(即垂直于軸線X-X)上彼此對準(zhǔn)。同樣情況也適合于排氣區(qū)114b。
自然，預(yù)期可以有其它布置方式。為此，在圖4B實施例中，排氣區(qū)114b相對于進(jìn) 氣區(qū)114a而沿周向偏置，聲波流動通道118不再僅僅是直線形的。
還可以設(shè)想出其它的形狀，這些形狀對于聲波流動通道來講更為復(fù)雜。特別是，在 第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的這排通道可以為真正迷宮形式，隨后是聲波(進(jìn)氣區(qū)在上游，排 氣區(qū)在下游)。在第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)中，聲波所行使的路徑是根據(jù)預(yù)期應(yīng)用于聲波的相位延遲 情況而預(yù)先確定的。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明聲處理板所構(gòu)成的各種聲波流動通道可以經(jīng)由孔眼而彼此 相通。
圖5通過曲線200示出了本發(fā)明聲處理板所獲得的聲衰減的受益情況。這個曲線 給出了聲衰減情況(單位分貝)，所示聲衰減為相對于處理板的長度除以渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 冷氣流流動通道的高度。斷續(xù)線曲線202示出了采用傳統(tǒng)聲處理板所獲得的衰減情況。在 處理板的一定相對長度La之外，可以看出，傳統(tǒng)聲處理在聲衰減方面會趨于停滯。相反，在 聲處理板的該相對長度La之外，本發(fā)明的聲處理板可以獲得相當(dāng)大的聲衰減Ca改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種多層聲處理板(100),包括 夾在多孔蒙皮(104)和中間蒙皮(106)之間的第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子(102)，以及 夾在中間蒙皮和后續(xù)蒙皮(110)之間的第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子(108)； 所述處理板的特征在于，多孔蒙皮包括至少一對高孔隙率區(qū)，提供的穿孔率大于多孔蒙皮其余部分的穿孔率，并由進(jìn)氣區(qū)(114a)和排氣區(qū)(114b)構(gòu)成，二者彼此縱向間隔，所述的一對高孔隙率區(qū)通過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子和中間蒙皮與布置在第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子上的聲波流動通道(118)的兩端相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述的一對高孔隙率區(qū)經(jīng)由穿過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子和中間蒙皮的凹槽而與聲波流動通道相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述的一對高孔隙率區(qū)經(jīng)由穿過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子的凹槽和經(jīng)由通過中間蒙皮形成的多個孔眼而與聲波流動通道相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述的一對高孔隙率區(qū)經(jīng)由在第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子之間形成的通道和通過中間蒙皮形成的多個孔眼而與聲波流動通道相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述的板，其特征在于，覆蓋聲波流動通道的中間蒙皮的區(qū)域為連續(xù)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項所述的板，其特征在于，聲波流動通道是由第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子的壁側(cè)向形成的狹長區(qū)域構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項所述的板，其特征在于，聲波流動通道是由第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯的一排毗鄰腔室構(gòu)成，所述腔室通過多孔壁而彼此相通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7任一項所述的板，其特征在于，多孔蒙皮帶有多對彼此橫向隔開的高孔隙率區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8任一項所述的板，其特征在于，進(jìn)氣區(qū)和排氣區(qū)沿相對于板大體橫向方向?qū)?zhǔn)。
10.一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)短艙(12)，在其內(nèi)表面上包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1到9任一項所述的聲處理板(100)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的短艙，其特征在于，聲處理板的多孔蒙皮(104)與由短艙內(nèi)表面在外部形成的冷氣流通道(28)相接觸。
12.一種渦輪噴氣發(fā)動機(jī)(10)，在其外表面上包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1到9任一項所述的聲處理板(100)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，其特征在于，聲處理板的多孔蒙皮(104)與由渦輪噴氣發(fā)動機(jī)外表面在內(nèi)部形成的冷氣流通道(28)相接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層聲處理板(100)，包括夾在多孔蒙皮(104)和中間蒙皮(106)之間的第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子(102)，和夾在中間蒙皮和后續(xù)蒙皮(110)之間的第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子(108)。多孔蒙皮包括至少一對高孔隙率區(qū)，提供的穿孔率大于多孔蒙皮其余部分的穿孔率，并由進(jìn)氣區(qū)(114a)和排氣區(qū)(114b)構(gòu)成，二者彼此縱向間隔，所述的一對高孔隙率區(qū)通過第一蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子和中間蒙皮與布置在第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)芯子內(nèi)的聲波流動通道(118)的兩端相通。
文檔編號G10K11/175GK103038484SQ201180024607
公開日2013年4月10日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者杰克斯·米歇爾·阿爾伯特·茱莉亞, 杰克·諾維·馬德熱諾, 喬治斯·吉恩·澤維爾·雷歐, 本杰明·安德魯·弗朗索瓦·波里爾, 吉恩-米歇爾·吉恩-弗朗索瓦·維勒 申請人:斯奈克瑪, 國家科學(xué)研究中心, 貢比涅科技大學(xué)