具有内部热调节器的声学结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大致涉及一种用于削弱或阻尼从特定源发出的噪音的声学结构。具体地，本发明涉及到暴露于相对高温的声学结构、以及用于保护这种声学结构免受可能由这种热暴露所导致的损害的系统。
【背景技术】
[0002]普遍认为对付由特定源产生的噪音的最好方法是在源头处理噪音。这通常通过对噪音源的结构增加声学阻尼结构而实现。一个尤其有问题的噪音源是用在多数客机上的喷气发动机。声学结构通常结合在发动机入口、短舱和燃烧/排放结构中。这些声学结构包括声学谐振器，所述声学谐振器包括相对薄的具有数以百万的孔的声学材料或网格，其对由发动机产生的声能产生声学阻抗。
[0003]蜂巢体因其相对坚固轻质已成为用于航空器和宇航飞行器中的常用材料。对于声学应用，声学材料被添加到蜂巢体结构，使得蜂巢体单元格在远离噪音的端部被声学封闭，所述噪音被多孔覆盖物在最接近噪音的端部阻尼和覆盖。蜂巢体单元格以这种方式用声学材料封闭而形成提供噪音衰减、阻尼或抑制的声学谐振器。为了给谐振器提供额外的噪音衰减性质，通常还在蜂巢体单元格内部设置隔音板。
[0004]大型喷气发动机包括在发动机内居中设置的燃烧或热区。热区产生大量的热燃气。热区由环形通路围绕，空气以冷得多的温度通过所述环形通路流动。当今喷气发动机的热区通常以500 °?到750 °F量级下的温度运行。下一代的喷气发动机被设计成具有以更高温度运行的热区，该更高温度预计高达900 °F。为了产生更低的排放并实现更高的燃料燃烧效率，更高的热区运行温度是必需的。
[0005]位于热区附近的声学结构必须针对相对高的温度受到保护，以避免损害到蜂巢体和/或隔音板。这对于由采用基质树脂的复合材料制成的蜂巢体尤其是问题，所述树脂取决于树脂类型而具有350 °?到500 °?量级的最大运行温度。用于制成这种隔音板的材料在直接暴露于热区产生的热时也会受到损害。
[0006]用于针对由热区产生的热而保护声学结构的一个当前方案是在热区与被保护的声学结构之间放置绝热结构，例如热毯。热毯减少流到声学结构内的热以提供所需的热保护。尽管热毯提供足够的绝热，但它们会占据可观的空间并增加发动机的重量。另外，通常的热毯的使用寿命是有限的，使其必须以指定的时间间隔更换。为了能够检查底下的结构还必须移除热毯。这种移除和重新安装过程耗时，且多次操作会导致热毯受损。修理和/或更换受损的热毯会花费可观的额外时间和成本。
[0007]用于热保护声学结构的另一个方案是用高温硅树脂涂覆声学结构的高温侧。这种高温硅树脂涂层提供足够的热保护。但是，为了检查底下的声学结构必须刮去和剥离绝热涂层。这是一个耗时的过程，并且也会破坏涂层。一旦完成检查，必须对声学结构施加新的涂层。施加新的硅树脂涂层是耗时的过程，包括新的高温硅树脂涂层材料的额外成本。
[0008]现在需要设计一种较之已有热保护系统更有效、更小且没有那么重的用于声学结构的热保护系统。对于会用在预计有更高热区运行温度的下一代大型喷气发动机中的声学结构，这种需要尤其重要。
【发明内容】
[0009]根据本发明，发现绝热板可内置于声学蜂巢体，以调节向声学结构内的热流，并提供有效的绝热系统，保护蜂巢体和隔音板免受可能由热源导致的热损害，所述热源例如喷气发动机的热区。根据声学蜂巢体被暴露的温度，内部热调节器可单独或与热毯或其它外部绝热结构组合使用。
[0010]本发明大致关于一种声学结构，尤其是涉及一种位于喷气发动机热区附近的声学蜂巢体。根据本发明的声学结构包括具有容纳第一边缘和第二边缘的蜂巢体，所述第一边缘位于最接近高温区域的位置处，所述第二边缘远离所述高温区域。所述蜂巢体包括由在所述蜂巢体的第一和第二边缘之间延伸的多个壁限定出的单元格。
[0011]作为本发明的特征，绝热板位于单元格内。所述绝热板与蜂巢体的第一边缘相邻，以起到内部热调节器的作用，以控制或防止热流入蜂巢体体内。
[0012]作为本发明的特征，声学阻尼材料位于所述绝热板和所述第二边缘之间的所述单元格内，以提供噪音衰减。声学阻尼材料是声学隔板和/或双功能填充材料的形式。双功能填充材料在蜂巢体单元格内部同时提供声音阻尼和绝热。
[0013]根据本发明使用内置的绝热板在蜂巢体内提供热调节器，使得能够根据热区的运行温度、蜂巢体材料的温度限制和蜂巢体单元格内的双功能材料的量而减少甚至消除独立的热毯或其它外部热屏障的需要。
[0014]通过采用内部绝热板而使一部分热保护系统内部化提供具有多种设计变化的热调节系统，这可用于实现只用外部热毯时不可能实现的热调节效果。因此，热保护系统的整体尺寸和重量可被降低，同时仍对声学蜂巢体保持必要程度的热保护。这一特征对于下一代喷气发动机中的热保护声学结构尤其有用，其中需要针对更高的运行温度保护声学结构，同时要尽可能地最小化热保护系统的重量和尺寸。
[0015]本发明以上所述以及许多其它特征及伴随的优点将在联系附图时参照以下详细说明而得到更好的理解。
【附图说明】
[0016]图1示出喷气发动机的简化的部分剖视图，其中声学结构包括根据本发明的内部热调节器。
[0017]图2是声学结构的一部分的简化示意，包括根据本发明的内部热调节器(绝热板)。
[0018]图3是示出组装形成示例声学结构之前的声学蜂巢体、实心保护片和穿孔声学面板的分解图。
[0019]图4是图1的简化的端视图，示出与发动机热区相邻设置的声学结构。
[0020]图5是示例的优选声学结构的一部分的简化示意，包括根据本发明的内部热调节器，并额外包括外部热毯。该示例优选声学结构旨在用于具有以高达900 °F及更高的温度运行的热区的下一代大型喷气发动机中。
【具体实施方式】
[0021]本发明的声学结构可用于阻尼来自许多种噪音源的噪音，其中该声学结构在一侧上暴露于升高的温度。该声学结构非常适用于阻尼由商用航空器的航空器发动机(尤其是大型喷气发动机)所产生的噪音。该声学结构包括内部热调节器，使其可在没有热毯或其它外部绝热结构的情况下应用于以600 °?到750 °?量级的最大温度运行的当前发动机设计内的位置。根据本发明的优选的声学结构包括热毯或其它外部绝热结构，以满足下一代大型喷气发动机所产生的热负荷增加。下一代大型喷气发动机会运行在某些热区处于高达900 °F或更高的温度的情况下。
[0022]以下详细说明受限于喷气发动机内声学结构的示范实施例。该实施例包括有和没有外部绝热结构，例如热毯的两种声学结构。应理解本发明的声学结构还可应用于需要阻尼来自噪音源的噪音且其中声学结构在一侧暴露于高温的任何情况。
[0023]示例喷气发动机在图1中以10示出。喷气发动机10包括产生如箭头14所示的初级热空气流的燃烧核或热区12。根据喷气发动机的类型和设计，热区或高温区域12内的热空气流可处于从600 °F到900 °F和更高的温度范围。短舱结构16位于热区12周围以提供环形导管18，冷的次级空气如箭头20所示通过所述环形导管18流动。冷的空气流以等于外部空气温度的温度进入喷气发动机，并在其经过所述环形导管18时被加热到等于或略低于热区12的温度的温度。
[0024]根据本发明的示例声学结构位于热区12的外部部分，如22所示。声学结构22包括位于最接近或与喷气发动机的热区或高温区域12相邻的第一侧24。声学结构22还包括位于最接近或与喷气发动机的冷空气导管或低温区域18相邻的第二侧26。在图1和2中示出没有热毯的声学结构22。如有必要可增加热毯以提供额外的热保护。在下面说明并在图5中示出包括热毯的根据本发明的示例的绝热系统。
[0025]在图2中示出声学结构22的详细的简化剖视图。声学结构22包括蜂巢体28，所述蜂巢体28包括从蜂巢体的第一边缘34延伸到蜂巢体的第二边缘36的限定出蜂巢体单元格32a-32d的壁30a-30e。作为本发明的特征，绝热板38a_38d位