专利名称：用于航空发动机的声吸收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声吸收器，它尤其适用于飞机的发动机，并且具有蜂窝状成形的三维结构，它在应用到发动机中时吸收发动机的噪声。本发明还涉及对于折叠蜂窝(Faltwabe)的特殊应用。
背景技术：
一般的发动机并且尤其是飞机发动机存在强烈噪声的问题。尤其是对于具有大分流比的发动机，在发动机运行中产生强烈的噪声形成。由于1马赫以上的叶片端速产生例如冲击波，它在进入通道中导致声音自模式的激励。这种模式非常显著地向外辐射，并导致非常大的噪声。在飞机起动阶段期间，在机场周围强烈地感觉到这种也称为“buzz-saw-noise”的噪声。但是噪声本身也进入到飞机客舱本身里面，并且由特别是前段中的乘客感觉到。在鼓风机或风扇的叶片重复频率以及其谐波中产生其它噪声分量，并且同样要考虑到宽频噪声以及来自其它发动机级如压缩机的分量。
为了抑制在发动机进入通道或分流通道中的这种噪声，通常将吸收表面作为被动的声波吸收器安置在发动机入口区域内。在此主要使用所谓的“单自由度”或SDOF吸收器，它们主要由蜂窝结构组成，它们通过孔板或细孔的金属丝编织网遮盖。蜂窝结构起到共鸣器(Resonator)的作用，其中蜂窝结构的结构深度适配于波长，并且为波长的四分之一。因此这种SDOF吸收器在这种共振频率中特别有效。
为了能够更宽频地衰减噪声，已经研制出吸收器，它由两个或三个串联的SDOF吸收器组成。这种声吸收器也称为2-DOF吸收器或3-DOF吸收器。此外已经尝试，将不同结构深度的声吸收器并联。
为了进行说明，图2a示出一个已知的具有大量蜂窝1的SDOF吸收器，蜂窝结构设置在下面的履层2与上面的履层3之间。图2b示出一个已知的2-DOF吸收器，它在履层3下面具有两个相叠的蜂窝1a、1b的层。
在已知的吸收器中存在这样的问题，即大表面的、弯曲的结构只能以非常复杂的方式进行加工，这是高成本的。目前在发动机中的蜂窝吸收器存在特殊的缺点，即它们不覆盖入口的整个表面。其原因是所谓的马鞍效应，它导致蜂窝不能任意地弯曲。因此不能充分利用有效的表面，并且不能充分地吸收或降低发动机入口中的噪声。
为了进行说明图3a和3b示出马鞍效应。在按照图3a将平坦构成的蜂窝结构弯曲的试验中，由于蜂窝的几何形状产生具有一个第一内曲率半径ρ1和一个第二曲率半径ρ2的马鞍形结构，它形成蜂窝结构的马鞍型凹下。
还存在这样的问题，即蜂窝不能相互咬合，这使得难以进行无缝地加工。此外蜂窝由于其加工工艺不能精确地定位，由此例如在许多情况下将必需的穿孔覆盖。这一点尤其也体现在具有多自由度的MDOF吸收器(MDOF＝多自由度)，它们需要非常准确的中间层的定位。即相叠的蜂窝层必需特别准确地定位。在这种声吸收器中，上述的马鞍效应起到支承作用，因为这种效应起到向着履层或中间层侧面移动各蜂窝的作用。
目前必须总是通过具有多个芯的三明治结构来加工MDOF吸收器。由此增加成本，并且需要蜂窝与穿孔的中间层的非常精确的定位，为此使蜂窝以确定的蜂格尺寸被固定。也就是说不能实现具有变化容积的吸收器结构。
发明内容
本发明的任务是提供一种声吸收器，通过它在形成大表面、弯曲结构的情况下避免马鞍效应。该声吸收器尤其适用于航空发动机，并且首先在发动机入口中能够实现吸收器部件的高度精密性。
这项任务通过如权利要求1所述的声吸收器，并且通过如权利要求9所述对于折叠蜂窝作为吸收器部件的应用得以完成。本发明的其它有利特征、观点和细节由从属权利要求、描述和附图中给出。
按照本发明的声吸收器尤其适用于飞机发动机，并且具有蜂窝状成形的三维结构，它在应用到发动机中时吸收发动机噪声，其中所述结构包括折叠蜂窝，它们通过将平坦的半成品进行折叠而形成。
通过使用将平坦的半成品进行折叠而形成的折叠蜂窝能够加工出大表面的弯曲的结构作为声吸收器或吸收器部件，其中由于折叠的几何形状避免了马鞍效应。尤其是折叠蜂窝可以由于其结构特性一开始就调整为弯曲的三维的几何形状。通过折叠产生例如三维的芯结构，它们能够通过不同的折叠图形(Faltmuster)任意调整。此外没有马鞍效应还能够使芯体相对于声吸收器的履层进行准确的定位。由折叠蜂窝构成的单个吸收器部件可以毫无问题地相互咬合，这导致高度精密性。
有利地，由折叠蜂窝构成的结构是具有预先规定折叠图形的三维的芯结构。通过不同形式的折叠图形能够获得所加工的吸收器或吸收器部件的任意弯曲。由此首先可以精确地适配和定位在飞机发动机里面，且尤其在发动机入口里面，它导致更好地吸收噪声。
有利地，多个蜂窝状结构相互搭接。但是它们也可以相互咬合。由此在定位吸收器部件时实现高度精密性。
优选使声吸收器包括一个或多个穿孔的表面，其中穿孔的表面由平坦半成品的部分表面构成。由此进一步减少加工时的费用，并由此降低成本。同时使穿孔的表面位于吸收器的精确预先规定的位置上。
优选使声吸收器具有至少两个在空间上相互分开的容积区，它们通过折叠蜂窝构成，并且在吸收器的不同或相对的侧面上构成。即例如使折叠蜂窝芯基于其基本性质，将通过其所形成的中间空间分成两个容积区，其中例如一个容积区邻接上面的履层，而另一容积区邻接下面的履层。由此可以特别简单且经济地加工尤其多维的声吸收器，例如2-DOF吸收器。省去对于目前的MDOF吸收器所必需的中间层的穿孔和定位。取而代之可以在未折叠的平坦半成品的表面上进行穿孔，也就是说在折叠和形成折叠蜂窝之前。由此能够实现非常精确且变化的2-DOF吸收器或2-DOF系统设计。
优选使所述折叠蜂窝具有一个或多个预先规定的折叠几何形状，它们适配于或者可以适配于相应发动机的周围和/或入口深度。即通过不同的折叠几何形状能够使折叠蜂窝的容积尺寸和容积深度在周围和入口深度上发生变化。由此实现在吸收器构造中的更大灵活性。
由于能够调整或选择确定的用于构成折叠蜂窝的折叠图形，因此例如也可以实现充气的芯结构，或者使相邻的腔室耦合。
附加地，通过折叠蜂窝能够使分开加工的蜂窝结构进行搭接，并且方便地相互咬合，由此能够实现近乎无缝隙的结构。
按照本发明的观点，使用将平坦的半成品进行折叠而形成的折叠蜂窝作为声吸收器部件，尤其是用于飞机发动机。在此以有利的方式这样构造折叠蜂窝的几何形状，使它们适用于吸收飞机的发动机噪声。所述折叠蜂窝尤其适用于构造和加工按照本发明的声吸收器。
结合按照本发明的声吸收器所描述的优点和特征也适用于按照本发明对于折叠蜂窝的特殊使用。
下面借助于附图示例性地描述本发明。附图示出图1按照本发明优选实施例的声吸收器的视图，它被构造为弯曲的芯体；图2a和b按照现有技术的SDOF声吸收器和2-DOF声吸收器；图3a和b 已知声吸收器的蜂窝结构的视图，以平坦状态(图3a)和弯曲状态(图3b)，用于表示马鞍效应；图4用于形成图1所示芯体的平坦的折叠图形；图5具有穿孔的部分表面的平坦半成品的折叠图形的视图，由该图形形成按照本发明的声吸收器；图6具有折叠蜂窝层的声吸收器的剖面图。
具体实施例方式
在图1中示出一个声吸收器10作为本发明的优选实施例。该声吸收器10具有蜂窝状成形的三维结构11。该蜂窝结构11形成弯曲的芯体，其形状适用于安装在发动机的入口里。为此，这样弯曲蜂窝状三维结构11，使它形成一个环。即使得环壁由三维蜂窝结构11组成。
所述结构或蜂窝结构11包括许多折叠蜂窝8，它们通过将平坦的半成品折叠而构成。
在图4中示出了一个平坦的半成品9，由该半成品通过折叠形成声吸收器11的折叠蜂窝8(见图1)。为此，该半成品9具有确定适合的折叠图形，它由许多折叠线3a、3b组成，它们锯齿形地在两个基本相互垂直的主方向A、B上延伸。在此，沿着主方向A的折叠线3a和沿着主方向B的折叠线3b各自基本相互平行地延伸。通过折叠线3a、3b在平坦的或者二维的半成品9中的走向形成梯形的几何图形，它们规则地重复。在此这样构造图形4a，使得在适合地沿着折叠线3a、3b对平坦的半成品9进行折叠时形成折叠蜂窝8(见图1)。即根据确定的几何形状的折叠图形，通过折叠平坦的或二维的半成品产生具有折叠蜂窝的三维蜂窝结构，它首先板状地构成并且具有厚度，该厚度通过单个的折叠蜂窝8或蜂窝单元的尺寸确定。
在图1中所示芯体的折叠蜂窝8对于要被吸收的声波起到共鸣器的作用，并因此在其尺寸和几何形状上对应于各种要求地构成。
通过折叠加工折叠蜂窝是公开的，并且例如在US专利号2,950,656和US专利号5,947,885中被详细描述。按照本发明，使用这种方法用于形成没有马鞍效应的声吸收器10。
为了形成折叠蜂窝8，使扁平的薄材料在不同的方向上设置有折叠处，该折叠处由许多锯齿形的折叠线形成。折叠蜂窝的单个表面单元例如可以是平行四边形、梯形、三角形等，或者是不同几何形状的组合。
图5示出平坦的半成品19，其中部分表面7a被穿孔。关于其它特征方面，该平坦的半成品19相应于上面所述的平坦的半成品9(见图4)。通过对部分表面7a进行穿孔，进一步简化了吸收器部件的加工，并且避免了在定位时的已知问题。
在将按照在图4和5中所示的平坦的半成品9或19进行折叠以后产生三维的蜂窝结构，它们板状地成形并且具有板厚，该厚度由单个折叠蜂窝的尺寸确定。接着弯曲蜂窝结构，从而使它们适配于预先规定的三维成形的表面。在弯曲折叠蜂窝8时，例如为了形成在图1中所示的环形的芯体，由于特殊的蜂窝几何形状不产生不期望的应力，从而避免已知的马鞍效应。通过在平坦半成品9、19中的折叠线3a、3b，预先规定的单个折叠处是柔韧的，并且当三维蜂窝结构11被弯曲的时候能够适配于折叠角。即单个折叠蜂窝8(见图1)由于其通过折叠平坦的半成品9、19而制成因而不是刚性的，而是柔韧的，并且能够适配于在折叠蜂窝8的单个壁体单元之间的角度。
根据具体情况的要求，使例如弯曲的蜂窝结构11例如配有一个或多个履层，它们例如是穿孔的，并且可以设置在蜂窝结构11的两侧。对于具有折叠蜂窝的声吸收器结构可以加工不同的蜂窝结构11，并且搭接或相互咬合地设置，用于形成尺寸和几何形状任意的声吸收器、尤其是用于飞机发动机的声吸收器。
可以使例如由具有穿孔的部分表面7a的半成品19所形成的多个蜂窝结构相叠地设置，其中无需具有穿孔的附加中间层，因为穿孔已经设置在未被折叠的半成品9的部分表面7a上了。由此产生宽频作用的2-DOF声吸收器，它可以相对经济且精确地制造。单个折叠蜂窝8的容积尺寸和其扩展或深度通过各自的折叠几何形状确定，并且可以在发动机的入口深度上和周围上变化。由此在发动机中获得增加的带宽的特别有效的声吸收器。
图6示出一个声吸收器12的剖面图，它具有由设置在背面层27和穿孔的履层30之间的折叠蜂窝28所形成的蜂窝结构。如上所述，折叠蜂窝28由半成品通过折叠构成。在蜂窝结构中，通过折叠蜂窝的结构产生两个相互分开的容积区，从而通过仅仅一个蜂窝结构层就形成一个2-DOF声吸收器。
为了形成多维的声吸收器，例如4-DOF、6-DOF、8-DOF声吸收器等，可以使多个声吸收器12相叠地堆垛，其中蜂窝结构层分别通过穿孔的层30被相互分开。
通过已经位于平坦的半成品19中的预先规定的穿孔，可以有针对性且以简单的方式实现相邻腔室或折叠蜂窝8或27、28的耦合。此外通过折叠穿孔的半成品，例如也能够实现充气的芯结构，即实现蜂窝状的三维结构11，其中有针对性地使单个区域或蜂窝通过穿孔相互耦合或充气。
权利要求
1.用于发动机、尤其是飞机发动机的声吸收器，具有蜂窝状成形的三维结构(11；12)，它在应用到发动机中时吸收发动机噪声，其特征在于，所述结构(11；12)包括折叠蜂窝(8；28)，该折叠蜂窝通过将平坦的半成品(9；19)进行折叠而形成。
2.如权利要求1所述的声吸收器，其特征在于，所述结构(11；12)是具有预先规定的折叠图形的三维的芯结构。
3.如权利要求1或2所述的声吸收器，其特征在于，所述结构(11；12)这样被弯曲或可以这样被弯曲，使得它可以适配于预先规定的三维成形的表面或几何形状。
4.如上述权利要求中任一项所述的声吸收器，其特征在于，多个所述蜂窝状结构(11；12)相互搭接和/或相互咬合。
5.如上述权利要求中任一项所述的声吸收器，其特征在于一个或多个穿孔的表面(30)，该穿孔的表面(30)由平坦的半成品(19)的部分表面(7a)所形成。
6.如上述权利要求中任一项所述的声吸收器，其特征在于至少两个在空间上分开的容积区，该容积区通过所述折叠蜂窝(8；28)形成，并且构造在吸收器的不同侧面上。
7.如权利要求6所述的声吸收器，其特征在于上面的和/或下面的履层(30)，在这些履层上分别邻接有所述容积区之一。
8.如上述权利要求中任一项所述的声吸收器，其特征在于，所述折叠蜂窝(8；28)具有一个或多个预先规定的折叠几何形状，它们适配于或者可以适配于发动机的周围和/或入口深度。
9.对于折叠蜂窝(8；28)的应用，该折叠蜂窝通过将平坦的半成品进行折叠而形成，作为声吸收器部件，尤其用于飞机的发动机。
10.如权利要求9所述的对于折叠蜂窝的应用，其中所述折叠蜂窝(8；28)在其几何形状上构造为用于吸收飞机的发动机噪声。
11.如权利要求9或10所述的对于折叠蜂窝的应用，用于形成如权利要求1至8中任一项所述的声吸收器。
全文摘要
一种尤其适用于飞机发动机的声吸收器，具有蜂窝状成形的三维的结构(11)，它应用在发动机中吸收发动机噪声。所述结构(11)具有大量折叠蜂窝(8)，它们通过将平坦的半成品进行折叠而形成。
文档编号F02K1/82GK101076659SQ200580037749
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年11月2日
发明者A·佩弗, R·迈耶 申请人:空中巴士公司