包括具有内隔膜的蜂巢构件的噪声吸收结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及用来使源自特殊源的噪声衰减的声学结构。更具体地，本发明涉及提供相对薄的声学结构，这些声学结构能够使宽范围的噪声频率衰减，所述宽范围的噪声频率包括相对低频噪声，诸如由飞机的发动机产生低频噪声。
【背景技术】
[0002]众所周知，处理由特定源产生的过量噪声的最佳方式为治理声源处的噪声。这通常通过添加声学阻尼结构(声学治理)到噪声源的结构来完成。一个特别严重的噪声源为在大多数客机上使用的喷气式发动机。声学治理通常被结合于在发动机进口、机舱和排气结构中。这些声学治理包括声学谐振腔，这些声学谐振腔包含具有数百万个孔的相对薄的声学材料或栅格，这些孔对由发动机产生的声能产生声学阻抗。
[0003]蜂巢构件已经成为用于飞机和航空车辆的受欢迎的材料，因为它相对强且重量轻。对于诸如发动机机舱的声学应用，将声学材料添加到蜂巢构件结构，使得蜂巢构件单元在定位成在远离发动机的一端处在声学上封闭并且在离发动机最近的一端处由多孔覆盖件覆盖。用声学材料以这种方式封闭蜂巢构件单元产生声学谐振腔，声学谐振腔提供对噪声的衰减、阻尼或抑制。声学隔膜也通常位于蜂巢构件单元的内部以便为谐振腔提供另外的噪声衰减性质。
[0004]声学工程师面对的基本问题是，将机舱制得尽可能薄且重量轻，同时在由喷气式发动机产生的整个噪声范围内，仍然提供对声波频率的充足的抑制或阻尼。这种基本设计问题因如下事实而复杂化:大型喷气式发动机的较新的模型中，趋向于在较低频率下产生另外的噪声。新发动机设计趋向于使用更少的风扇片，而更少的风扇片在更慢的速率下产生更多的旁通空气。这导致产生具有较低频率的发动机噪声。
[0005]由给定的蜂巢构件单元或谐振腔阻尼的噪声的具体频率与单元的深度直接相关。一般而言，随着噪声频率下降，单元的深度必须增加以便提供充足的阻尼或抑制。具有大约1英寸或更小的单元深度的相对薄的机舱对于吸收由喷气式发动机产生的较高频率范围而言是充足的。然而，需要更深的声学单元或谐振腔来吸收由更新的喷气式发动机产生的较低频率。
[0006]解决吸收较低频率喷气噪声的一个方法是简单地构建具有较深单元的机舱。然而，这导致机舱的大小和重量增加，这与提供尽可能薄且轻重量的机舱的设计目的相反。此夕卜，特别是对于机舱的大小和重量为主要工程设计考虑因素的较大飞机发动机而言，吸收低频噪声所需的机舱的重量和大小增加可能是无法接受的。
[0007]另一种方法涉及将相邻单元在声学上连接在一起以便增加组合单元的有效声学深度。该方法确实提供较低频率吸收;然而，在任意给定的结构中，由于多个单元的组合以形成单个声学单元，所以有效的声学单元的数量减小。在美国专利申请N0.13/466，232中详细地描述了为了增加低频率声吸收而进行的单元的声学互连。
[0008]目前，存在设计如下发动机机舱及其它声学结构的需要:其中，声学结构能够在不增加机舱声学结构的厚度或重量的情况下抑制宽范围的噪声频率。
[0009]此外，存在设计如下声学结构的当前需要:其中，在通过声学结构阻尼的总噪声频率范围内的多个特定噪声频率范围能够被作为目标并且特别地被阻尼。
【发明内容】
[0010]根据本发明，发现机舱或其它类型的声学结构的声学范围能够增加并且能够是针对通过使用多段隔膜而阻尼的特定频率范围。多段隔膜在声学单元内竖直地延伸以提供具有不同声学阻尼性质的各段隔膜。发现使用这样的三维分段隔膜不仅允许增加谐振腔的有效声学长度，而且允许把谐振腔的整个声学范围内的多个特定噪声频率作为目标。
[0011]本发明大体涉及声学结构，并且具体地涉及用于飞机发动机的机舱。根据本发明的声学结构包括蜂巢构件，该蜂巢构件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。蜂巢构件包括多个声学单元，其中每一个声学单元具有多个壁，所述多个壁在蜂巢构件的第一边缘与第二边缘之间延伸。声学障板位于每个声学单元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构件的第一边缘与声学障板之间的距离。
[0012]作为本发明的特征，多段声学隔膜位于声学谐振腔内。多段隔膜包括位于离蜂巢构件的第一边缘最近的隔膜顶部和位于离蜂巢构件的第二边缘最近的隔膜底部。多段隔膜进一步包括隔膜壁，该隔膜壁在单元内在隔膜顶部与隔膜底部之间竖直地延伸。隔膜壁被划分成位于离所述隔膜顶部最近的至少第一隔膜段和位于离所述隔膜底部最近的第二隔膜段。由第一隔膜段提供的声学阻尼不同于由所述第二隔膜段提供的声学阻尼。
[0013]当隔膜壁的第一段是实心的，它形成声波导管。声波导管将声学单元划分成两个声学室。两个室使得单元的谐振腔长度有效地增加。谐振腔单元的有效长度通过将实心段制得更短或更长来改变。如此，机舱或其它声学结构可以被制成为能够吸收相对低的噪声频率且不增加机舱中单元的厚度或数量。
[0014]作为本发明的另一个特征，各段竖直延伸的隔膜壁能够是实心的、穿孔的或由网材料制成以便提供宽范围的阻尼分布，其中，各种特定噪声频率范围受到单个声学隔膜的阻尼。还能够改变隔膜段的相对大小和形状以提供对特定目标噪声频率范围的甚至进一步的精确阻尼。
[0015]根据本发明的蜂巢构件单元的宽范围的有效声学长度和特定声学阻尼性质能够通过简单地改变用于各段三维隔膜的材料的类型，以及各段的长度、位置、大小和形状来实现。本发明提供优于传统声学蜂巢构件(其中，声学单元都具有相同的有效声长度，并且其中使用三维隔膜限制能够被阻尼的特定频率范围的数量)的显著优点。
[0016]对于期望将蜂巢构件制得尽可能薄但仍然提供能够对低频喷气发动机噪声进行阻尼的声谐振腔的喷气发动机机舱而言，在声学上加长蜂巢构件单元而不增加蜂巢构件厚度的能力是特别有用的。此外，使用根据本发明的三维多段隔膜允许将由可能特别严重的特定喷气发动机产生的各种特定频率范围作为目标并且使其衰减。
[0017]本发明的上述及许多其它特征和伴随的优点将通过参照结合附图所做的下列详细描述变得更好理解。
【附图说明】
[0018]图1示出根据本发明的在实心多孔面片结合到蜂巢构件之前的示例性声学结构。
[0019]图2示出根据本发明的单个示例性声学单元。
[0020]图3为图2的截面图，其绘出当隔膜的第一段由实心(不透声)材料制成时形成的内外声学室。
[0021]图4为示意侧视图，示出了在声学蜂巢构件的四个单元内的四个不同的三维隔膜构型。
[0022]图5为4的顶视图。
[0023]图6是根据本发明的在将隔膜插入到声学单元中以形成三维分段隔膜之前的示例性隔膜的顶视图。
[0024]图7为示出了根据本发明的示意图靠近噪声源的示例性声学结构的一部分的示意图。
【具体实施方式】
[0025]图1不出根据本发明的不例性声学结构(以10表不)的一部分的局部分解图。声学结构10包括声学蜂巢构件12，该声学蜂巢构件12夹在多孔面片14与实心声障面片16之间。图7示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。
[0026]虽然本发明的声学结构可以被用于使来自宽范围的噪声源的噪声阻尼，但是该声学结构特别适合于使由飞机发动机以及特别是用于商业化飞机的大发动机产生的噪声阻尼。因此，在图5中以10示出的声学结构通常为机舱的围绕涡轮风扇喷气式发动机18的中央核心的部分。
[0027]蜂巢构件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。蜂巢构件的壁在第一边缘和第二边缘之间延伸以形成多个单元22，多个单元22中的每一个各自具有垂直于壁测量的横截面积。声学障板定位在每个单元的第二边缘17处或靠近第二边缘17以便将每个单元制成声学谐振腔。虽然可以将声学障板插入到蜂巢构件单元中并且将其移位远离第二边缘17，但是通常的程序是将声障板16放置在蜂巢构件的第二边缘17上以覆盖所有单元。因此，所有单元(声谐振腔)的深度等于第一边缘15与声学障板16之间的距离。
[0028]如图1所示，声学蜂巢构件12由许多互连的单元22组成。为了描绘的目的，单个单元22在图2和图3中被示出为没有多孔面片14。根据本发明，锥形