CN102067207A - 用于喷射器喷嘴的声学板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于喷射喷嘴(10)的声学板(20)，其包括以下主要部件：包括声学孔(29)的外表层(22)；内表层(23)；包括位于内表层(23)和外表层(22)之间的齿槽状芯孔格(27)的声学结构(21)。选自外表层(22)、内表层(23)和声学结构(21)的至少一个主要部件由复合材料形成，并且通过利用弹性装置压缩和/或利用机械固定装置(24)的紧固，从而使得声学结构(21)与内表层(23)和外表层(22)中一者或两者保持接触。本发明还涉及包括这种声学板(20)的喷射器喷嘴(10)和发动机舱(1)。
Description
本发明涉及一种用于喷射喷嘴的声学板。
本发明还涉及一种包括这种板的喷射喷嘴和发动机舱。
飞行器通过一个或多个推进组件推进，每个推进组件包括容纳在管状发动机舱内的涡轮喷气发动机。每个推进组件通过位于机翼下或机身处的吊架附接到飞行器。
发动机舱通常具有这样一种结构：其包括位于发动机上游的进气口、能够围绕涡轮喷气发动机的风扇的中间区段、以及通常容纳推力反向器装置并能够围绕涡轮喷气发动机的燃烧室的下游区段。该发动机舱通常止于喷射喷嘴，此喷嘴的出口位于涡轮喷气发动机的下游。
喷射喷嘴通常由外部模块(也称为公共喷嘴或主要喷嘴)和内部模块(也称为喷射锥体或中央背式本体)形成。
出于减少噪音的原因，这两个模块的面对表面包括能够抑制任何噪音的声学板。这些板通常包括齿槽状芯结构(通常称为“蜂窝”结构)的一个或多个层。在这些层的下表面(即不接触发动机舱内的气流的表面)涂覆有不透气的表层(称为“质密”)，并且在其上表面(即接触发动机舱内的气流的表面)涂覆有透气的穿孔外表层(称为“声学”)。
不过，在废气排出口，来自于涡轮喷气发动机的热气体通常具有至少500℃左右的高温。
已知的是利用诸如钛、钢或Inconel
式超合金的能够承受这种温度的材料来制造这些模块。为此，声学板的多个元件通过焊接或锻接来组装。
但是，钛是高成本材料。此外，钛不能制造声学部件，特别是声学结构(缺少关于内外表层的搭焊)。实际上，由于制造内表层、外表层和声学结构的间隙，会出现局部脱开的现象。
Inconel
式超合金具有高密度，其对飞行器的推进部分的质量具有不利影响。
因此，本发明的一个目的在于提供一种用于喷射喷嘴的声学板，其具有较低质量、容易制造，而没有脱开或局部分离的现象。
为此，本发明涉及一种用于喷射喷嘴的声学板，其包括以下主要部件：
包括声学孔的外表层；
内表层；
声学结构，包括位于内表层和外表层之间的齿槽状芯孔格；
其中，选自外表层、内表层和声学结构的至少一个主要部件通过高温复合材料形成，并且通过利用弹性装置的压缩和/或利用机械紧固装置的紧固(特别是局部的)，使得声学结构在内表层和外表层中的至少一者上保持接触。
声学结构通过压缩的柔性连接或通过刚性连接与表层之一接触。主要部件具有在其本身之间调节的优点，使得整个连接具有协调性。由此，在其使用过程中，根据本发明的板不具有分离区域。
有利地，根据本发明的声学板使得能够有助于声学结构在内表层和外表层之间的安装，确保了良好的工业可行性。
此外，本发明的声学板使得能够使用具有特定膨胀系数的不同材料，诸如金属、合金和复合物，而不使得所述板的结构强度变弱。
根据本发明的其它特征，本发明的板包括单独考虑一个或多个以下任选的特征及其所有可能的组合：
弹性装置的至少一部分包括位于声学结构顶部并能够在厚度上压缩的至少一个纤维组件，使得能够避免堵塞外表层的声学孔；
纤维组件由在高温石墨毡和碳毡中选择的材料形成，高温石墨毡和碳毡根据本领域技术人员的需要至少结合有：毡的多孔性、纤维的弯曲度、纵横比、纤维的平均尺寸、缠结率等，使得能够在纤维组件厚度中得到良好弹性；
弹性装置的至少一部分包括延伸了声学结构的齿槽状芯孔格的至少一部分的壁的阻尼器，使得能够确保声学结构以及内表层和外表层中的至少一者之间的接触；
阻尼器为弯曲的舌的形式；
至少一个阻尼器被附接在壁上，使得能够使用不同特性的材料；
至少一个阻尼器和壁形成单件，使得能够通过本发明的声学板的制造来形成弹性装置；
弹性装置包括对声学结构施加压力以使所述结构和外表层接触的螺旋弹簧；
机械装置的至少一部分能够将声学结构紧固在内表层和外表层中的至少一者上，使得能够确保声学结构在内表层和外表层中的至少一者上的良好紧固；
机械紧固装置包括将多个在一端封闭的齿槽状芯孔格与内表层和外表层中的一者紧固的铆钉；
机械紧固装置的至少一部分连接内表层和外表层的间隔件；
机械紧固装置的一部分包括施加在声学结构以及内表层和外表层中的至少一者之间的粘接或焊接沉积物；
声学板在声学结构以及内表层和外表层中的一者之间具有间隙，使得能够确保本发明的声学板排液；
复合材料能够承受至少等于大约500℃的温度；
复合材料为陶瓷基复合材料。
根据另一方面，本发明涉及一种用于发动机舱的喷射喷嘴，其包括根据本发明的声学板。
根据再一方面，本发明涉及包括根据本发明的喷射喷嘴的发动机舱。
参照附图，基于以下非限制性描述的阅读本发明将得到更好地理解。
图1是根据本发明的发动机舱的横向剖视图；
图2是根据本发明的板的实施例的横向剖视图；
图3-9是图2的替代性实施例。
如图1所示，根据本发明的发动机舱1包括进气***缘2、围绕涡轮喷气发动机5的风扇4的中间结构3以及下游组件6。下游组件6由围绕涡轮喷气发动机5的上游部分的内部固定结构(IFS)、外部固定结构(OFS)(未示出)以及包括推力反向器装置的活动罩9形成。悬挂吊架(未示出)支承涡轮喷气发动机5和本发明的发动机舱1。
本发明的发动机舱1止于包括外部模块12和内部模块14的喷射喷嘴10。内部模块14和外部模块12限定用于离开涡轮喷气发动机5的所谓的主要热气流的流动通道。
内部模块14和外部模块12包括声学板，该声学板包括以下主要部件：
包括声学孔的外表层；
内表层；
声学结构，其包括位于内表层和外表层之间的齿槽状芯孔格。
内表层为基本质密的，并且不接触主要热气流。
接触热气流的外表层穿设有多个孔，该多个孔根据所需的声学性能声衰减的性能而限定的设置来定位。此外非限制性的，孔将通常具有0.2至3mm之间的直径，优选介于0.8和1.6mm之间。
本发明的板的至少一个主要部件由复合材料形成。更具体地，内表层、外表层和/或声学结构由复合材料制成。
在主要部件不是由复合材料制成的情况下，它可以由诸如钛或铬镍铁合金的金属材料形成。
根据一个优选实施例，复合材料承受的温度至少等于500℃左右、甚至更多。复合材料有利的是陶瓷基复合材料。
通过使用弹性装置的压缩和/或使用机械紧固装置的紧固(尤其是局部地)，声学结构被保持接触在内表层和外表层中的至少一个上。因此，为了确保结构协调性最大化，可以在根据本发明的同一个板内结合弹性装置和特别是局部的机械紧固装置的使用。
根据图2所示的实施例，声学板20具有声学结构21，该声学结构21尤其是通过粘接或焊接的沉积物24而与外声学表层22和内声学表层23中的一者接触。对于这种类型的热结构来说，所使用的粘接或焊接可以是本领域技术人员已知的任何类型的粘接或焊接。
值得注意的是，声学结构21是粘接或焊接在外表层22上的。为了避免声学孔29的任何阻塞，还可以将声学结构21粘接或焊接在内表层23上。更一般地来讲，进行粘接或焊接而不封闭声学孔29，以防止声学性能的任何限制。
可以使用不同特性的主要部件(内表层23、外表层22和声学结构21)。诸如，声学结构21可以由钛或铬镍铁合金类型的金属材料制成，而内表层23和外表层22由陶瓷基类型的复合材料制成。
空隙或间隙25可以留在齿槽状孔格27和内表层23或外表层22之间。使用本领域技术人员已知的任何装置来有利地整体地强化外表层22和内表层23中的一者与声学结构21的不接触，从而防止通过所述表层对根据本发明的板20的其余部分传递结构的形变应力。
间隙25被限定成不干扰所需的声学性能。非限制性的，间隙25可通常介于0至5mm之间，优选地在0至1.5mm之间。
间隙25还有利地能够确保本发明的声学板20排液。实际上，在传统的声学夹层结构中，与外部元件接触的表面上的孔的存在使得水或其它液体渗透到夹层结构的下部区域的凹槽内。为了避免任何积聚，在质密表层侧(与声学表层相对)的蜂窝结构内制成槽口。所有的孔格被穿孔，液体通过重力从一个孔格流到下一个孔格，到其中形成有排放孔的结构的最低点。在易燃液体积聚的情况下，会存在着火的高风险。在水积聚的情况下，具有在结冰的情况下对结构造成损害的危险，而且被阻塞的孔格不再履行其声学功能。
根据图3所示的变型，间隙35由包括诸如毡的混合纤维的纤维组件30填充。因此，有利地，齿槽状孔格27被更好地密封，以满足所需的声学性能。
根据另一优选实施例，机械装置的至少一部分能够将声学结构紧固在外表层和内表层中的至少一者上，能够确保声学结构的良好紧固以及本发明的声学板的良好协调性。有利地，得到本发明的板的非常好的附着质量，而不需要进行局部地改进，以避免任何拆卸。因此相对于用材料来进行此种改进来说更加节省。
根据图4所示的一个实施例，机械紧固装置包括铆钉44，该铆钉44紧固表层中的一者(尤其是外表层22)、以及在一端48处封闭的多个齿槽状孔格47。
当声学结构21被紧固在内表层23上时，有利地避免了声学孔29的任何阻塞。
通过本领域技术人员根据所需声学性能的功能来选择齿槽状孔格47的密度。
如上所述，在声学结构21和不接触的内表层23之间留有游隙45。
在这种情况下，有利的是将包括诸如毡的混合纤维的纤维组件引入间隙45。
齿槽状芯孔格的底部48可被结合到孔格47，换言之与所述孔格47的壁形成整体，或者来自于附接在声学结构21上的元件。作为示例，可以采用粘接、焊接或用钩固定的方式来附接底部。在后面的情况下，与声学结构的底部48相对的壁49的端部可有利地降低，以避免由于钩的存在造成的任何过大的厚度。
可以使用包括在两端封闭的齿槽状芯孔格的声学结构。
根据铆钉44的密度，外表层22和内表层23可通过铆接在一侧或另一侧上的声学结构21牢固地彼此固定。在后面的情况下，外表层22和内表层23可有利地在本发明的板20外不结合在一起。实际上，外表层22和内表层23之间的连接通过声学结构21确保，而没有不均匀热膨胀的风险。
根据图5所示的实施例，机械紧固装置54的至少一部分连接外表层22和内表层23的间隔件。机械紧固装置54还通过穿过多个齿槽状芯孔格57来连接外表层22和内表层23。
机械紧固装置54的示例包括铆钉或螺栓。
这种实施例能够实现有效的紧固，而不影响声学结构21的厚度。
声学结构21还可被粘接在外表层22上或与其简单接触。
声学结构21还可冠有一个或甚至两个纤维组件52。实际上，可以选择机械紧固装置54，以便声学结构21和表层22和23之间在一侧或每侧留有间隙55。
优选地，机械紧固装置54由与声学结构21相同的材料制成。由此，在本发明的声学板20内确保热膨胀的连续性。
根据优选的实施例，弹性装置的至少一部分包括至少一个纤维组件，能够在厚度上压缩的声学结构上冠有该纤维组件。纤维组件具有不阻塞外表层的声学孔的优点。
根据图6所示的实施例，两个纤维组件64a和64b围绕声学结构21。
通过在厚度上具有良好弹性的纤维组件64a和64b的压力，声学结构21以简单接触贴靠表层22和23的方式定位。由此，声学孔29不完全被材料阻塞。
纤维组件64a和64b特别包括混合的纤维。其中一个示例是毡。
纤维组件64a和64b优选地由选自高温石墨毡和碳毡的材料形成，高温石墨毡和碳毡根据本领域技术人员的需要至少结合有：毡的多孔性、纤维的弯曲度、纵横比、纤维的平均尺寸、缠结率等，使得能够在所述组件64a和64b的厚度上得到良好弹性。
通常，毡的厚度与间隙25和期望压缩值相容。
根据未示出的一个变型，可以使用这样一种声学结构21，在该声学结构21中，与外表层22和内表层23中的至少一个相对的齿槽状芯孔格的壁包括齿以改善声学结构21在纤维组件64a和64b上的锚定。
根据又一优选实施例，声学装置的至少一部分包括延伸声学结构的齿槽状芯孔格的至少一部分的壁的阻尼器，使得能够确保声学结构和内表层和外表层中的至少一者之间的接触。阻尼器具有低幅的弹性以确保在齿槽状芯孔格的界面处的些微应力下声学结构与内表层和外表层的接触。阻尼器优选的为弯曲的舌的形式。
所述弹性装置的数量、形状和设置通过本领域技术人员来调整。
根据图7所示的第一实施例，阻尼器74延伸齿槽状芯孔格77的至少一部分的壁72，即壁72和阻尼器74形成单件，使得能够在自制造声学结构21起制造弹性装置。
根据图8所示的一个变型，阻尼器84被附接在多个齿槽状芯孔格87的壁82上，使得能够使用不同特性的材料来制造声学结构21和阻尼器84。因此，可以考虑使用金属声学结构21和陶瓷材料的内表层23和外表层22。
作为示例，所使用的弹性装置84由铬镍铁合金制成。
根据图9所示的另一优选实施例，弹性装置由具有螺旋弹簧94功能的内表层23形成，其能够对声学结构21施加压力，从而使得所述结构21与外表层22相接触。这种构造的优点在于获得在本发明的声学板20的整个周边上均匀分布的接触应力。
声学结构21和螺旋弹簧94之间的接触可通过简单接触或通过粘接或本领域技术人员已知的任何其它装置来实现，使得能够将螺旋弹簧94紧固在声学结构21上。
螺旋弹簧94由本领域技术人员已知的合适材料制成，例如包括CMC、钛或铬镍铁合金。
有利地，螺旋弹簧94内的内表层的周边一旦展开便具有比声学结构21的周边大的半径，从而在所述声学结构21上得到最佳压力。
压缩的螺旋弹簧94(见图9)定位在由安装在声学结构21上的外表层22形成的外罩内。螺旋弹簧94接着释放，从而将其本身对着声学结构21的内表面挤压。螺旋弹簧94接着履行内表层的角色。
一旦展开，螺旋弹簧94可在其两个端部92或93之间具有分开的间隙，或者在所述两端之间具有搭叠。两个端部92和93还可被接合。
螺旋弹簧94可根据其所在的线来调整。例如，螺旋弹簧94可沿着本发明的板20的纵向完全或部分地制成。
本发明的板可单独地包括弹性装置或机械紧固装置，或二者的结合。
Claims (17)
1.一种用于喷射喷嘴(10)的声学板(20)，包括以下主要部件：
包括声学孔(29)的外表层(22)；
内表层(23)；
声学结构(21)，包括位于所述内表层(23)和所述外表层(22)之间的齿槽状芯孔格(27；47；77；87)；
其特征在于，选自所述外表层(22)、所述内表层(23)和所述声学结构(21)的至少一个主要部件由复合材料形成，并且通过利用弹性装置(64a，64b；74；84；94)的压缩和/或利用机械局部固定装置(24；44；54)的固定，从而使得所述声学结构(21)在所述内表层(23)和所述外表层(22)的至少一者上保持接触。
2.如权利要求1所述的板(20)，其特征在于，所述弹性装置的至少一部分包括位于所述声学结构(21)顶部并能够在厚度上压缩的至少一个纤维组件(64a，64b)。
3.如权利要求2所述的板(20)，其特征在于，所述纤维组件(64a，64b)由在高温石墨毡和碳毡中选择的材料形成，所述高温石墨毡和碳毡至少结合有：毡的多孔性、纤维的弯曲度、纵横比、纤维的平均尺寸、缠结率。
4.如权利要求1-3中任一项所述的板(20)，其特征在于，所述弹性装置的至少一部分包括延伸了所述声学结构(21)的所述齿槽状芯孔格(77；87)的至少一部分的壁(72；82)的阻尼器(74；84)。
5.如权利要求4所述的板(20)，其特征在于，所述阻尼器(74；84)为弯曲的舌的形式。
6.如权利要求4或5所述的板(20)，其特征在于，至少一个阻尼器(84)被附接在所述壁(82)上。
7.如权利要求4或5所述的板(20)，其特征在于，至少一个阻尼器(74)和所述壁(72)形成单件。
8.如权利要求1-7中任一项所述的板(20)，其特征在于，所述弹性装置包括能够对所述声学结构(21)施加压力从而使得所述声学结构(21)和所述外表层(22)接触的螺旋弹簧(94)。
9.如权利要求1-8中任一项所述的板(20)，其特征在于，所述机械装置的至少一部分能够将所述声学结构(21)固定在所述内表层(23)和所述外表层(22)中的至少一者上。
10.如权利要求9所述的板(20)，其特征在于，所述机械固定装置包括将多个在一端(48)封闭的齿槽状芯孔格(47)与所述内表层(23)和所述外表层(22)中的一者固定的铆钉(44)。
11.如权利要求1-10中任一项所述的板(20)，其特征在于，所述机械固定装置(54)的至少一部分连接所述内表层(23)和所述外表层(22)的间隔件。
12.如权利要求1-11中任一项所述的板(20)，其特征在于，所述机械固定装置的一部分包括施加在所述声学结构(21)以及所述内表层(23)和所述外表层(22)中的至少一者之间的粘接或焊接的沉积物(24)。
13.如权利要求12所述的板(20)，其特征在于，所述板在所述声学结构以及所述内表层(23)和所述外表层(22)中的一者之间具有间隙(25)。
14.如权利要求1-13中任一项所述的板(20)，其特征在于，所述复合材料能够承受的温度至少等于500℃左右。
15.如权利要求14所述的板(20)，其特征在于，所述复合材料是陶瓷基复合材料。
16.一种用于发动机舱(1)的喷射喷嘴(10)，包括如权利要求1-15中任一项所述的声学板(20)。
17.一种发动机舱(1)，包括如权利要求16所述的喷射喷嘴(10)。
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