涡轮喷气发动机的多孔声学结构和包括至少一个这样的多孔声学结构的涡轮喷气发动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多孔声学结构，尤其用于涡轮喷气发动机，包括封闭式壁，封闭式壁包括至少两个表面并且充满多个单元格。它包括用于在至少一部分声学路径(42；56；65，66)上结合不同的单元格的装置(31，40，41；52，53；61，64，65，67)，以利用所述结构的完整厚度来进行声过滤。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多孔声学结构，尤其是涡轮喷气发动机的多孔声学结构。本发明 还涉及包括至少一个这样的多孔声学结构的涡轮喷气发动机。 涡轮喷气发动机的多孔声学结构和包括至少一个这样的多 孔声学结构的涡轮喷气发动机
【背景技术】
[0002] 双流式润轮喷气发动机具有第一外壳和第二外壳，一个外壳在另一个外壳的里 面，分别限制在所述第一外壳和第二外壳之间建立的加压冷气流和在所述第二外壳内部建 立的热气流。所述冷气流最经常通过配置在喷射发动机入口处的风扇产生。所述热气流是 由已经经过所述风扇的冷气流的一部分和由至少一个燃烧室的燃烧气体组成，所述燃烧室 配置在所述第二外壳内部来驱动涡轮发动机，其轴驱动所述风扇。
[0003] 在推进模式下，所述两个气流在喷嘴出口处汇集到一起。
[0004] 在推力反向模式下，通过在本发明背景下未实施的机械装置，或多或少高分数的 冷气流返回到涡轮喷气发动机的上游，因此在喷射发动机前进的反向上施加推力。
[0005] 因此，所述冷气流产生扰动，一方面不增加或者甚至减少所述扰动是重要的，而由 此导致的噪声的传播必须尽可能地过滤。
[0006] 在现有技术下，熟知以多孔复合物的形式制造机械结构，例如面板和横杆，每个单 元格大体上表现为亥姆霍兹共振器。
【发明内容】
[0007] 本发明涉及所述结构的声能吸收特性的改善，所述结构设置在飞机机舱的气流 中，例如径向分流器，以及其他的器件。
[0008] 按照惯例，这样的结构是由单元格（"蜂窝"）面板组成的，覆盖有空气动力外表 层，所述外表层钻有孔允许形成亥姆霍兹共振器，具有声衰减的作用。
[0009] 自然情况下，所述结构必须具有较小的厚度，为了限制对于气流的空气动力影响。 [0010] 因此，当力图改善所述结构的声学性能时，不可能增加所述单元格的深度而不破 坏空气动力性能。
[0011] 本发明是该类型结构的优化，并且为此目的提供了一种多孔声学结构，尤其用于 涡轮喷气发动机，包含：
[0012] -封闭式壁，其包括至少两个包含声透射区的表面，所述壁充满多个单元格，以及
[0013] -声反射装置，其配置在所述封闭壁之内以使得：穿过所述声透射区、进入所述单 元格内部然后在所述声反射装置上反射的空气声振动的声学路径，至少在一些所述单元上 具有大于所述结构厚度一半的深度。
[0014] 根据其他的可选特性，可单独使用或者结合使用：
[0015] -所述多孔声学结构包含由中央多孔隔板隔开的两层多孔材料，以及声透射区和 声反射区交替的外表层，配置使得所述外表层的一个表面上的反射区面对所述外表层的相 对表面上的声透射区；
[0016] -所述多孔声学结构包含多孔材料的单层，以及声透射区和声反射区交替的外表 层，配置使得所述外表层的第一表面上的声反射区面对其第二表面上的声透射区；
[0017] -所述多孔声学结构包含由中央多孔隔板隔开的两层多孔材料，声透射外表层和 板，所述金属板包含通过边缘连接的多个声反射倾斜刻面，以便由两层多孔材料和所述多 孔隔板形成的声学路径沿着所述结构的截面具有变化的高度。
[0018] 本发明还涉及至少包括一个这样结构的涡轮喷气发动机。
[0019] 根据其他的可选特性，单独使用或者结合使用：
[0020] -所述多孔声学结构设置有翼面以使得第一外壳和第二外壳之间的径向分离器限 定冷气流；
[0021] -所述多孔声学结构设置有翼面以使得涡轮机上的至少一个整流叶片在第一外壳 和第二外壳之间产生推进的冷气流。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 本发明的其他特性和优点将根据下面的描述和参照附图变得更加清楚，其中：
[0023] -图1是本发明类型的涡轮喷气发动机的透视图，
[0024] -图2是根据现有技术的气流分离结构的图解剖视图，
[0025] -图3是根据本发明的用于涡轮喷气发动机的多孔声学结构的第一实施例的图解 首1J视图，
[0026] -图4是根据本发明的用于涡轮喷气发动机的多孔声学结构的第二实施例的图解 剖视图，以及
[0027] -图5是根据本发明的用于涡轮喷气发动机的多孔声学结构的第三实施例的图解 剖视图，以及
[0028] -图6是示出所述三个实施例的比较声效率的图表。
【具体实施方式】
[0029] 在图1中，示出了包括气流分离结构的涡轮喷气发动机的透视图。所述涡轮喷气 发动机1包括第一外壳3和第二外壳5,分别限定在所述第一外壳和第二外壳之间建立的冷 气流2和在所述第二外壳5里面的热气流4。图1示出的直三面体（xyz) 15指向所述涡轮 喷气发动机的下游，所述y轴与所述涡轮喷气发动机的推力方向一致。
[0030] 众所周知，所述冷气流是由喷射发动机1上游的风扇（未示出）吸入的空气组成 的。所述风扇本身是由涡轮机（未示出）的轴驱动的，该轴配置在所述涡轮喷气发动机的 下游以及在所述第二外壳5里面。为了驱动所述涡轮发动机，一部分冷气流提取用于燃烧 室（未示出），配置成与所述第二外壳5相关并且燃烧室的燃烧气体在通过下游的喷嘴（未 示出）喷射出之前驱动所述涡轮发动机，在此喷嘴处它们和推进冷气流混合到一起。
[0031] 在该设置下，第一外壳3和第二外壳5承载可产生强烈的噪声的空气动力结构。众 所周知，所述多孔声学结构的设置，这里空气动力性描述的，在现有技术下是已知的。在现 有技术下，四个结构以两种不同的类型可供使用：
[0032] -两个分支，称为"6H"（为"6小时"）和9 "12H"（为"12小时"）7,沿着所述直 三面体（trihedral) 15的z轴，垂直于示图；并且
[0033] -两个径向分离器，称为"分束器" 11和13,沿着所述直三面体15的X轴，平行于 示图。
[0034] 所述两个径向分离器11和13每个是由多孔声学结构构成的，此外，所述声学结构 是根据在涡轮喷气发动机级别上的适用于所述冷气流分离的翼面组成的。
[0035] 在图2中，示出了多孔声学结构的图解剖视图，它的翼面允许应用它作为气流分 离结构（分束器）。
[0036] 现有技术下的所述多孔声学结构包含封闭式壁20或者表层，在一个截面上具有 两个相对表面20A和20B。所述表层是声透射的，S卩，有可能使空中声振动经过两个方向。
[0037] 该表层可以由玻璃（2或3,典型地）的几个折叠物构成，被聚合然后被微穿孔（典 型地具有直径范围从〇. 2到0. 5毫米的孔）。
[0038] 优选地,所述表层是声透射的，因为它在相对表面20A和20B的其整个表面上被 钻孔，而带有根据在所述多孔声学结构内部的入射声能的机械强度约束和传输约束确定的 孔隙度的孔。
[0039] 封闭在所述两个表面20A和20B的容积填充了多孔材料，在其中间安装有巨大中 央板21，所述中央板易于反射试图穿过它的声波。所述中央板21分离第一层多孔材料上的 单元格（例如通往所述表面20A的单元格26)和第二层多孔材料上的单元格（例如通往所 述表面20B的单元格27)。
[0040] 每个单元格是由两个大的侧壁23和24组成的，如图2中的切割面所示。图2中 朝向上方的单元格22的开口被所述巨大中央板21封闭，同时图2中朝向下方的单元格22 的开口被所述声透射表层20的表面20B封闭。所述巨大中央板21反射的声波通过单元22 的巨大侧壁23和24被强烈地衰减，并且只有一部分入射声能被反射到所述多孔声学结构 夕卜。整体被称为带有单自由度"SD0F"的声滤波单元。
[0041] 为了提高这种多孔声学结构的声滤波增益，必须增加它的厚度或者所述表层20 的两个表面20A和20B之间的距离。然而，当该多孔声学结构根据空气动力特性被描出外 形以制作用于涡轮喷气发动机的径向分离器时（分束器），不可能增加该厚度去改善它的 声学性能。
[0042] 在图3中，示出了根据本发明的用于涡轮喷气发动机的多孔声学结构的第一实施 例的图解剖视图。
[0043] 本发明的第一实施例的多孔声学结构包含封闭式壁30或者表层，在一个截面上 具有两个表面30A和30B。所述表层是由声透射区（即有可能使空中声振动经过两个方向） 和由在两个方向上反射所述空中声振动的巨大区交替组成的。由现有技术的多孔声学结构 获得的两层单元格34和35,不是由现有技术的巨大中央板（图2)隔开，而是由可能使空中 声振动经过两个方向的多孔隔板31隔开。
[0044] 因此，与大体上垂直于所述表面30A和30B的入射声波的声学路径相比，所述表层 区30的这种交替能够使声透射区（例如区域33)与巨大区（例如区域32)相对，进一步地， 使所述巨大区41与声透射区40相对。结果是所述表面30B上的入射声波42,进入第一层 多孔材料35,穿过多孔隔板31，穿过第二层单元格34,在所述表面30A的巨大区41上反射， 穿过第二层单元格34、多孔隔板31，和第一层单元格35,直到以被强烈减弱的反射波43反 射出来。
[0045] 注意的是相对的交替区（例如所述声透射区40和巨大区41)的起始和末端，依照 法线38和39与多孔隔板31对齐。所述表层30的交替区的几何分布根据多孔声学结构一 旦在涡轮喷气发动机内适当定位后所期望的声响应决定的。然后完全由多孔声学结构的构 造决定。同样地，所述外表层的声透射区或者声反射区的分布，是相对两层多孔材料34和 35上的单元格的分布来确定的。
[0046] 本发明的第一实施例的至少一部分声学路径上结合不同单元格的装置分布，允许 完全使用所述多孔声学结构的厚度（即当该结构是径向分离器或者"分束器"如11或者13， 在垂直于多孔隔板31，或者平行于图1中Z-轴的方向上测量的多孔声学结构的尺寸），尽 管是根据空气动力标准进行描绘的，所述标准沿着截面改变所述厚度并且由于声过滤原因 阻止所述厚度的增加。因为声音路径使用两层单元格34和35,整体可被称为带有两个自由 度"DD0F"的声过滤单元格。
[0047] 在图4中，示出了根据本发明的用于涡轮喷气发动机的多孔声学结构的第二实施 例的图解剖视图。
[0048] 本发明的第二实施例的多孔声学结构包含封闭式壁50或者表层，如图4所不在截 面上具有两个表面50A和50B。所述表层由声透射区（即有可能使空中声振动经过两个方 向）和在两个方向上反射空中声振动的巨大区交替组成，如同本发明的第一实施例（见图 3)。
[0049] 但是，不同于第一实施例，第二实施例的多孔声学结构仅包含一层单元格（或者 多孔材料），使得没有中心间隔。因此，在所述交替区52和53之间，在所述结构的截面上由 正中面54和55的法线限定，在每个单元格的侧壁57和58之间建立了所述声学结构全厚 度的声学路径56。同一类型的声学路径根据外表层50的声透射区和反射区的交替而从上 (表面50A)至下（表面50B)或者以相反方向重复。整体可被称为带有一个自由度"SD0F" 的声过滤单元格。
[0050] 在图5中，示出了根据本发明的用于涡轮喷气发动机的多孔声学结构的第三实施 例的图解剖视图。
[0051] 本发明的第三实施例的多孔声学结构包含封闭式壁60或者表层，如在一个截面 上具有两个表面60A和60B。所述表层至少在外表层60的两个相对表面60A和60B上是声 透射的，即有可能使空中声音振动经过两个方向。由现有技术的多孔声学结构获得的两层 单元格64和65,不是如在现有技术中由巨大中央板隔开（图2)，而是由可能使空中声音振 动经过两个方向的多孔隔板61隔开，如同第一实施例（图3)。
[0052] 为了至少在一部分声学路径上结合不同的单元格以便完全使用所述多孔声学结 构的厚度，第三实施例包含包括多个刻面的板62。由这些刻面组成的所述板62的边缘70-1 到70-6与多孔外表层60集成在一起，可选地集成在表面60A和60B上。分离两个边缘的 间距，或者距离，是本发明的参数。
[0053] 为了制作本发明的第三实施例的多孔声学结构，形成板62的刻面首先被整合到 单兀格64和65上，然后，获得的组件被结合到外表层60的表面60A和60B上。
[0054] 板62可以由聚合玻璃或者碳的折叠物形成。
[0055] 不同于前面两个实施例，从表面60A或者表面60B的一侧入射的声波路径，根据在 板62的两个边缘之间的进入点，在可变高度上经过两层多孔材料和/或者它的中间多孔隔 板61。因此，通过表面60B进入的声学路径65穿入进第一层单元格73的单元格63,经过 多孔隔板61，然后经过第二层单元格72的单元格64的高度的一部分。所述声学路径然后 在面对板块62的倾斜刻面上发生反射，通过相同的路径返回。
[0056] 在所述多孔声学结构截面的同一水平上，但是从表面60A这侧入射的声波路径66 进入第二层单元格72的单元格64并且立即在面对板块62的倾斜刻面上发生反射。
[0057] 至少在一些单元格上，所述声学路径具有大于所述结构厚度一半的深度，并且这 些单元格中的一些，例如正好位于板62的边缘70-1到70-6上的那些单元格，所述声学路 径在所述结构上是全厚度的：整体可被称为带有两个自由度"DD0F"的声过滤单元格。
[0058] 在图6中，示出所述三个实施例的声效率的比较图表。纵轴代表能量的衰减增益 (dB)且横轴代表声波的频率（以赫兹Hz表示）。
[0059] 第二实施例（图4)的声过滤特性由引用的内部曲线SD0F描述，第一实施例（图 3)的声过滤特性由引用的中间曲线DD0F描述以及第三实施例（图5)的声过滤特性由引用 的外部曲线DDOF HVAR描述。注意的是过滤频谱在第二实施例、然后第一实施例和最后的 第三实施例之间是逐渐变宽的，并且该扩展尤其在高频处起作用。
[0060] 前述三个实施例中已经描述的多孔声学结构可以运用到涡轮喷气发动机的径向 分离器上，因为它已经通过将合适的翼面应用到所选的多孔声学结构来披露。装配有这种 径向分离器（11，13-图1)的涡轮喷气发动机具有减少的声发射。
[〇〇61] 此外，前述三个实施例中已经描述的多孔声学结构可以运用到其他类型的涡轮喷 气发动机零件上，其中有整流叶片如〇GV(出口导流叶片），只要它接收合适的翼面。
【权利要求】
1. 一种多孔声学结构，尤其用于润轮喷气发动机，所述多孔声学结构包含： -封闭式壁（30 ;50 ;60)，其包括至少两个包含声透射区（33,40 ;52 ;60)的表面（30A， 30B ;50A，50B ;60A，60B)，所述壁充满多个（34, 35 ;72, 73)单元格，以及 -声反射装置（32,41 ;53 ;62)，其被配置在所述封闭壁内以使得：穿过所述声透射区、 进入所述单元格内部然后在所述声反射装置上反射的空气声振动的声学路径（42,43 ;56 ; 65 ;66)，至少在一些所述单元格上具有大于所述多孔声学结构厚度一半的深度。
2. 根据权利要求1所述的多孔声学结构，其特征在于，它包含由中央多孔隔板（31)隔 开的两层多孔材料（34, 35)，以及声透射区（40)和声反射区（41)交替的外表层（30)，所述 外表层（30)被配置使得所述外表层的一个表面（30A或者30B)上的反射区（41)面对所述 外表层（30)的相对表面（30B或者30A)上的声透射区（40)。
3. 根据权利要求1所述的多孔声学结构，其特征在于，它包含单层多孔材料，以及声透 射区（52)和声反射区（53)交替的外表层（50)，所述外表层（50)被配置使得所述外表层 (50)的第一表面（50A)上的声反射区（53)面对其第二表面（50B)上的声透射区（52)。
4. 根据权利要求1所述的多孔声学结构，其特征在于，它包括由中央多孔隔板（61) 隔开的两层多孔材料（34,35)、声透射外表层（60)和板（62)，所述板包含多个通过边缘 (70-1，70-2,…）连接的声反射倾斜刻面（67,68)，以便由两层多孔材料（34,35)和所述多 孔隔板￠1)形成的声学路径沿着所述多孔声学结构的截面具有变化的高度。
5. -种涡轮喷气发动机，其特征在于，它至少包括一个根据权利要求1到4中任一项所 述的多孔声学结构。
6. 根据权利要求5所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述多孔声学结构设置有翼 面以使得第一外壳（3)和第二外壳（5)之间的径向分离器（11，13)限定冷气流。
7. 根据权利要求5所述的涡轮喷气发动机，其特征在于，所述多孔声学结构设置有翼 面，以使得涡轮机的至少一个整流叶片产生在第一外壳（3)和第二外壳（5)之间推进的冷 气流。
【文档编号】F01D9/04GK104114817SQ201280066340
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年1月4日
【发明者】格扎维埃·卡聚克, 让-菲利普·若勒 申请人:埃尔塞乐公司