用在声学结构中的声波导的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及用来使源自具体源的噪声衰减的声学结构。更具体地说，本发明涉及提供较薄的声学结构，这些声学结构能够衰减宽范围的噪声频率，所述宽范围的噪声频率包括较低频率的噪声，诸如由飞机的发动机产生低频噪声。
【背景技术】
[0002]处理由特定源产生的过量噪声的最佳方式为在源处处理噪声，这得到了广泛认可。这通常通过向噪声源的结构添加声阻尼结构(声处理结构)来完成。一个特别有问题的噪声源为用在大多数客机上的喷气发动机。声处理通常合并在发动机进口、短舱和排气结构中。这些声处理包括声谐振腔，这些声谐振腔包含具有数百万个孔的较薄的声学材料或栅格，对由发动机产生的声能产生声阻抗。
[0003]蜂窝已经成为用于在飞机和航空运载工具中使用的受欢迎的材料，因为它较坚固且重量轻。对于诸如发动机短舱的声应用场合，声学材料被添加到蜂窝结构，使得蜂窝单元格在远离发动机定位的端部处在声学上封闭并且在离发动机最近的端部处由多孔覆盖件覆盖。以这种方式用声学材料封闭蜂窝单元格，产生一种提供对噪声进行衰减、阻尼或抑制的声谐振腔。声学隔板也通常位于蜂窝单元格的内部以便为谐振腔提供附加噪声衰减性质。
[0004]声学工程师面对的基本问题是，将短舱做得尽可能薄且重量轻，同时在由喷气发动机产生的噪声的整个范围内，仍然提供对声波频率的充足的抑制或阻尼。该基本设计问题因如下事实而复杂化:更新型的大型喷气发动机的趋势是产生更低频率的附加噪声。新发动机设计趋向于使用以更慢的速率产生更多旁通空气的更少的风扇叶片。这导致产生频率更低的发动机噪声。
[0005]给定的蜂窝单元格或谐振腔阻尼的噪声的具体频率直接涉及单元格的深度。一般而言，随着噪声频率降低，单元格的深度必须增加以便提供充足的阻尼或抑制。具有量级在1英寸以下的单元格深度的较薄的短舱对于吸收由喷气发动机产生的高频率范围而言是充足的。然而，为了吸收由更新喷气发动机产生的更低的频率，需要更深的声学单元格或谐振腔。
[0006]解决吸收低频率喷气噪声的一个方法是简单地构建具有更深单元格的短舱。然而，这导致短舱的大小和重量的增加，这与提供尽可能薄且重量尽可能轻的短舱设计目的相反。此外，特别是对于短舱的大小和重量为主要工程设计考虑的更大的飞机发动机，吸收低频噪声所需的短舱重量和大小上的增加，可能是不能接受的。
[0007]另一种方法涉及将相邻单元格在声学上连接在一起，用以增加组合后单元格的有效声学深度。该方法确实提供较低频率吸收;然而，在任意给定的结构中，由于多个单元格组合而形成单个声学单元格，所以有效的声学单元格的数量减小。在美国专利申请N0.13/466，232中详细地描述了为增加低频率声吸收而进行的单元格的声学互连。
[0008]目前，需要设计发动机短舱和其它声学结构，其中，在不增加短舱声学结构的厚度或重量的情况下，该声学结构能够抑制更宽范围的噪声频率。
【发明内容】
[0009]根据本发明，发现短舱或其它类型的声学结构的带宽或声学范围能够通过将声波导定位在声学单元格内而增加，声波导将单元格划分成两个声学室。这两个室使得单元格的谐振腔长度有效地增加。结果，短舱或其它声学结构可以被制成为能够吸收较低的噪声频率而不增加短舱中单元格的厚度或数量。
[0010]本发明总体上涉及一种声学结构，特别是涉及用于飞机发动机的短舱。根据本发明的声学结构包括蜂巢，该蜂巢具有定位成离噪声源最近的第一边缘和定位成远离噪声源的第二边缘。蜂巢包括多个声学单元格，其中每一个声学单元格具有多个壁，所述多个壁在蜂巢的第一边缘与第二边缘之间延伸。隔音器位于每个声学单元格的第二边缘处以形成声学谐振腔，声学谐振腔的深度等于在蜂巢的第一边缘与隔音器之间的距离。
[0011]作为本发明的一个特征，声波导位于声学谐振腔内。声波导包括具有内表面和外表面的声波导壁。声波导壁具有进口边缘和出口边缘，进口边缘限定波导进口，出口边缘限定波导出口。波导进口定位成比波导出口离蜂巢的第一边缘更近，使得声波导壁将蜂巢单元格划分成内声波通道(或内声波室)和外声波室。内室由声波导壁的内表面、波导进口、波导出口和单元格壁的在波导进口与单元格的第一边缘之间延伸的部分围成。外声波室由声波导壁、隔音器、波导出口和单元格壁围成。内声室和外声室在波导出口处连接，提供比蜂巢的厚度长得多的有效声学室。
[0012]只通过改变声波导的长度、位置、大小和形状，就可获得多种蜂巢单元格有效声学长度及其它声学性质。本发明提供了优于传统声学蜂巢的显著优点，在传统声学蜂巢中，声学单元格都具有相同的有效声长度，并且加长单元格的唯一方式是增加蜂巢的厚度。对于期望将蜂巢制得尽可能薄但仍然提供能够对低频喷气式发动机噪声提供阻尼的声学谐振腔的喷气式发动机短舱而言，在声学上加长蜂巢单元格而不增加蜂巢厚度的能力是特别有用的。
[0013]本发明的上述及许多其它特征和伴随的优点将通过结合附图参照下列详细描述变得更好理解。
【附图说明】
[0014]图1不出在实心表皮和多孔表皮结合到蜂巢之前根据本发明的不例性声学结构。
[0015]图2示出根据本发明的单个示例性声学单元格。
[0016]图3为图2的截面图，其绘出内、外声学室。
[0017]图4为示意侧视图，示出了位于声学蜂巢的四个单元格内的四个不同位置处的四个不同的声波导。
[0018]图5为另一示意图，示出了根据本发明的声学结构的靠近噪声源的一部分。
【具体实施方式】
[0019]图1不出根据本发明的一个不例性声学结构的一部分的局部分解图。声学结构10包括声学蜂巢12，该声学蜂巢12夹在多孔表皮14与实心隔音器表皮16之间。图5不出已装配的声学结构10的一部分，其中，声学结构10定位成与正产生以箭头20表示的噪声的噪声源18相邻。
[0020]虽然本发明的声学结构可以被用于对来自多种噪声源的噪声提供阻尼，但是该声学结构特别适合于对由飞机发动机并且特别是用于商业化飞机的大发动机产生的噪声提供阻尼。因此，在图5中以10示出的声学结构通常为短舱的围绕涡轮风扇喷气式发动机18的中央核心的部分。
[0021]蜂巢12包括第一边缘15和第二边缘17，第一边缘15定位成离噪声源18最近，第二边缘17定位成远离噪声源18。蜂巢的壁在第一边缘和第二边缘之间延伸以形成多个单元格22，单元格22都具有垂直于壁测量的横截面积。隔音器定位在每个单元格的第二边缘17处或靠近第二边缘17，以使每个单元格成为声学谐振腔。虽然可以将隔音器插入到蜂巢单元格中并且将其移离第二边缘17，但是典型的程序是将隔音器表皮16放置在蜂巢的第二边缘17上，覆盖所有单元格。单元格(声谐振腔)的深度等于第一边缘15与隔音器16之间的距离。
[0022]如图1所示，声学蜂巢12由许多互连的单元格22组成。为了描述目的，在图2和图3中示出只有一个单元格22，没有多孔表皮14。根据本发明，声波导呈截锥形管道30的形式，位于由单元格壁32和隔音器16形成的声学谐振腔中。管道30包括壁33，这些壁33分别具有内表面34和外表面36。管道30包括进口 38和出口 40。
[0023]截锥形管道30将单元格22划分成内声波通道或室42和外声波室44。内声波室42由管道30的内表面34、管道进口 38、管道出口 40以及单元格壁的在进口 38与单元格第一边缘15之间延伸的那部分限定。外声波室44由管道30的外表面36、单元格壁32、隔音器16和管道出口 40限定。
[0024]如图2和图3所示，进入谐振腔(箭头50)的声音传播通过内声波室42，经过管道出口 40，进入到外声波室44中。声波50由外声波室44的限定表面反射回，如由箭头52所示。反射声波52往回传播通过管道出口 40向外进入到内声波室42中。使用诸如截锥形管道30等声波导，控制入射声波的路径，使得它们的有效传播路径大于声学谐振腔的深度。这种声波有效传播路径增加，受到内、外波室的大小和形状的控制和限制。两个波室的大小和形状又是由波导的大小、形状和位置来确定的。
[0025]多种波导大小和形状都是可以的。四个示例性截锥形波导的大小和形状在图4中以62、64、66和68示出。波导62、64、66和68被示出位于其各自声学单元格72、74、76和78内的不同位置处，用以展示本发明的多样性。例如，波导的大小、形状、位置和用来制造波导的材料类型能够随单元格不同而变化，以便在宽范围的频率内实现声学阻尼。作为替换方式，相同的波导可以放置在较大一组声学单元格内的相同的位置处，以便针对给定的频率范围实现声学衰减水平的增加。实际上，人们可以对波导及其位置进行组合和匹配，产生出具有多种声学性质的声学结构。
[0026]如图4所示，声波80通过多孔表皮82进入到声学单元格中。声波如箭头84所示通过波导出口向外传递到第二声学室中，并且如箭头86所示通过波导出口反射回来。隔音器以88示出。
[0027]通过在声学单元格内包括一个以上声学隔板，可以提供附加声学阻尼和衰减。例如，可以在声学单元格78中，在波导68上方包括声学隔板90。如在声学单元格72中所示，声学隔板92也可以位于波导下方。声学隔板93可以位于波导64内部。如图5所示，声学隔板95也可以位于波导的出口处。在波导上之上、之中和/或之下包括多于一个声学隔板也是可以的。
[0028]可选用的声学隔板能够由被用来提供噪声衰减的任意标准声学材料制成，包括编织纤维和带孔