JP2013522511A - シームレス音響ライナー - Google Patents

Abstract

本発明は、ガスタービンエンジン（１）の吸込路において用いられる複合音響パネルを製造する方法に関するものである。音響パネルは、透過性の表面層（８）と、非透過性のバッキングシート（９）と、それらの間に配設される吸音層（１０）とを備えている。この方法は、音響パネルの表面およびその他の部分をダブル重合するプロセスと、最後に、前もって決められている穿孔パターン（１１．１、１１．２、１１．３、１１．４、１１．５）に従って表面層を穿孔する穿孔ステップとを有している。

Description

本発明は、民間航空機などに搭載されるタイプのガスタービンまたはターボファンエンジンに限定されるわけではないが、とくにそれらに用いられる音響ライナー構造体に関するものである。また、本発明は音響ライナー構造体を製造する方法にまで及ぶ。

離着陸時に現代の民間航空機から生じるノイズのレベルは、航空機運営担当者にとって非常に重要である。航空機エンジンから生じるノイズを減らす（削減する）ため、ガスタービンまたはターボファンエンジンの空気吹込路におけるエンジンの内表面上に音響ライナーが設けられるのが一般的である。音響ライナーは、運転時にエンジンから生じるノイズを減らすように構成されている。

ノイズ削減用パネルのさまざまな設計が当該技術分野において公知となっている。一般的に、これらのパネルは、エンジンの空気吸込路の一部を形成する孔のあいた層と、パネルの後部を形成する孔のあいていないさらなる層とを有している。ヘクセル社（the company Hexcel）によって製造されるようなハニカム層は二つの層の間に位置する。したがって、空気が孔あきパネルを通ってハニカム層の中へと流れ込むことができるので、ノイズをハニカム層によって削減することができる。

このような音響パネルの存在により、航空機のノイズレベルが著しく改善される。しかしながら、航空機運営担当者の希望通り燃料が節約されたとしても、従来の音響パネルが航空機エンジンに追加しているさらなる重量それ自体が問題となってくる。重量を減らす１つの解決策は複合材料の如きより軽い材料を用いることである。複合材料を用いた音響パネルの製造に移っていくことにより、音響パネルのさらなる重量の問題を軽減することができる。しかしながら、そのことにより、複合部品の製造という特性に起因する音響パネルの製造に関連するコストおよび複雑さが著しく増加されることになる。

本発明は、重量の点から従来技術に関連する問題に対処するとともに、改善された音響パネルを最小製造コストで提供することに関するものである。このことにより、エンジンの燃料消費量を削減することができ、製造に用いられるエネルギーの消費量を最小限に抑えることができる。

本発明の第一の態様によれば、透過性表面層、非透過性バッキングシート、およびそれらの間に配設される吸音層を備えている複合音響パネルを製造する方法は、
− 複合材料ラミネートをレイアップ（載置、積層）して表面層を形成するステップと、
− ほぼ大気圧に等しいか又は大気圧より大きな第一の重合圧力で、ラミネートを重合して実質的に連続的な表面層を形成する第一の重合ステップと、
− 重合された表面層上に吸音層をレイアップするステップと、
− 吸音層上に複合材料ラミネートをレイアップしてバッキング層を形成するステップと、
− 第二の重合圧力で複合音響パネルを重合する第二の重合ステップと、
− 複数の位置でかつ前もって決められた深さまで表面層を穿孔する穿孔ステップとを有している。

本明細書全体にわたって、表面シートおよび表面層という用語が同じ意味で用いられ、バッキングシートおよびバッキング層という用語が同じ意味で用いられている。

本発明は、それに限定的されないが、とくにガスタービンエンジンの空気吸込路、カウリングなどに用いられる音響パネルに関するものである。このような用途では、表面シート自体が、空気吸込路のすべてまたは実質的な部分を形成するので、エンジンの空気吸込路の航空力学的設計要件に対応した正確な幾何学形状を有する必要がある。

本発明により、重量を著しく減らし、製造コストを最小限に抑えながら音響パネルを正確に製造することが可能となる。このことは、航空機製造会社および航空機運営担当者に対して重要な利点をもたらす。これらの利点については以下にさらに詳細に説明されている。

上述のように、本発明にかかる製造方法には音響パネルを形成するための２段階重合プロセスが含まれる。本発明者は、重合プロセスを２つの離散的な段階に分割することによって製造コストが全体的に驚くほど削減されることを見出している。

第一の重合段階は、コンポーネントに用いられる個々の材料に必要とされる温度および圧力に応じて、高圧（たとえば、オートクレーブ圧力）で行われてもよいしまたは低圧（大気圧）で行われてもよい。重合圧力が高いと、一般的に、幾何的形状に対して達成する必要のある許容範囲が狭くなるにもかかわらず製造コストが上昇してしまう。それに対して、重合圧力が低いと、一般的に、製造コストが削減されるのに、コンポーネントに対して達成する必要のある許容範囲を広くすることができる。

本発明によれば、第一の重合圧力および第二の重合圧力をほぼ大気圧と一致させて重合コストの削減を可能とすることが有利である。また、第一の重合圧力が約１バール〜１．５バール（１５ｐｓｉ〜２０ｐｓｉ）の間にあるようにすることが有利である。大気圧よりも圧力を少し上昇させると、材料によっては、硬化が改善されるとともに、製造コストを抑制する効果があることが認められている。

第二の重合圧力を大気圧とすることで第二段階の重合のコストを削減するようにすると有利である。第二の重合圧力は、約１バール〜１．５バール（１５ｐｓｉ〜２０ｐｓｉ）の間としてもよい。

したがって、第一の重合段階および第二の重合段階を大気圧でまたは１バール〜１．５バールの間の圧力で行なうようにしてもよい。このことにより、製造コストが削減され、吸音材への損傷が防止されるという効果がある。

いうまでもなく、材料が進歩すれば、低圧重合段階を実行すると同時に、幾何学形状に対するきつい許容範囲を達成することができるようになる。

当業者にとって明らかなように、高圧という用語がオートクレーブ条件を意図したものであり、低圧という用語がアウトオブオートクレーブ（ＯＯＡ）条件を意図したものである。

上述のように、第二の別個の重合段階は、周囲圧力、すなわち当該技術分野において公知となっているところの「アウトオブオートクレーブ」条件において実行される。したがって、製造コストを削減することができる。

オートクレーブ条件およびアウトオブオートクレーブ（ＯＯＡ）条件は当業者によく知られた用語である。

本発明は、音響パネルを製造するためのより効率的なかつより経済的な方法を提供している。（高圧または低圧における）第一の重合段階と、それに続く別個の（低圧における）第二の重合段階を含む２段階製造プロセスを用いることは直観で分かるものではまったくない。

既存の技術では、（エンジンの中へのまたはエンジン内の空気吸込路の一部分を形成する）表面シートの幾何学的な要件および許容範囲のため、かかる部材をオートクレーブ条件の下で重合することが有利である。このためにかつ製造ステップ数を最小限に抑えるため、コンポーネント全体が１つ段階で硬化（重合）されて完全な部材が形成される。

しかしながら、有利なことには、本発明にかかる二段階プロセスによれば、すべての硬化がオートクレーブ条件の下で行われるわけではないので製造コストが削減される。さらに、有利なことには、低圧下において硬化させることにより、高圧および高温の下で生じる恐れのある吸音材に対する損傷が防止されることになる。本発明によれば、このような損傷を防止するうえで必要となりうるハニカム層のまたはそのまわりの部分の強化が必要なくなる。このことにより、コンポーネントの重量がさらに減少されることになる。

加えて、以下にさらに詳細に説明されているように、硬化を２つの離散的な段階に分割することにより、音響パネルを形成しているその他の部分の材料に関する選択の柔軟性が増し、オートクレーブ条件の下で引き起こされる恐れのある損傷を防ぐことができるようになる。

以下の記載におけるラミネート、吸音層および任意選択的な接着剤に対して用いられている「レイアップ（ｌａｙ−ｕｐ）」という用語は、複合部材製造分野における当業者にとって明瞭なものである。

複合材料自体は、与えられたパネルの性能要件に応じて選択される。本発明によれば、表面シートおよびバッキングシートに用いられる複合材料は、補強としてガラス繊維、アラミド繊維またはハイブリッド繊維が用いられるたとえばポリマーマトリクス複合材料（ＰＭＣ）のようなものであってもよい。複合材料という用語は、炭素繊維、アラミド繊維もしくはガラス繊維の如き適切な材料またはたとえば炭素繊維とアラミド繊維とを組み合わせたものの如き炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維を適切に組み合わせたものを意図したものである。複合材料は、コンポーネントの所望の強度に応じた単一方向性の前もって含浸された複合材料であってもよい。これに代えて、複合材料は、樹脂で挟まれた乾燥織布であってもよい。

有利には、音響パネルは、空気（したがって、音）の通り抜けを可能とする透過性の表面シートにより形成される。表面シートは、（使用時において）空気を妨げることなくエンジンの中へと通し、そして、空気をエンジンのコンプレッサのブレードに向けて導くよう、おおむねシリンダ形状または樽型形状に（たとえば、マンドレルの周面で）形成される。このように、表面シートの幾何学的要件は厳しいものである。有利なことには、オートクレーブ圧力、すなわち高圧で表面シートを重合すると、製造ステップ時における表面シートの幾何学形状に対して必要となる制御が提供されるので、第一の製造ステップはオートクレーブ条件の下の高圧で重合することを含みうる。

これに代えて、適切なアウトオブオートクレーブ用の樹脂を用いれば、アウトオブオートクレーブ重合条件、すなわち低圧重合条件の下における幾何学形状に対する必要な許容範囲を達成してコストをさらに削減することができるようになる。

音響パネルのバッキングシートは、エンジンのハウジング内に位置しており、通常気流に晒されたり、空気力学的部材として働いたりする必要がない。したがって、バッキングシートまたはバキング層を低圧、たとえばアウトオブオートクレーブ条件の下で形成することができる。

さらに、有利なことには、重合段階を分割することにより、個々のコンポーネントの許容範囲と製造プロセス要件とをチェックして最適な部材を提供することが可能となる。たとえば、フロントシートを硬化し、かかる方法の次のステップを実行する前に測定するようにすることができる。

吸音層を表面層上にレイアップする前に、硬化された表面層に任意選択的にさらなる接着剤層を塗布することによって、吸音層を表面層に接合するようにしてもよい。このことにより、所望の接合強度を達成するには樹脂が十分でないような場合に二層間の接合が改善される。

同様に、バッキング層を吸音層にレイアップする前に、適切な接着剤層を用いてバッキング層を吸音層に任意選択的に接合するようにしてもよい。このことにより、所望の接合強度を達成するには樹脂が十分でない場合に二層間の接合が改善される。

表面シートおよびバッキングシートを形成する複合部材が、複合部材製造分野において公知となっている従来のレイアップ技術を用いて形成されてもよい。たとえば、表面シートまたはバッキングシートの所望の形状に対応するマンドレルの周面に、一連の前もって含浸（樹脂）された繊維の層を織物と共にレイアップすることによって各シートを形成するようにしてもよい。これに代えて、細長い連続的な部材を適切な組み立て式マンドレルなどの周面に巻き付けることによりパネルのシームまたはエッジを作らないようにしてもよい。レイアップは、手動で行われてもよいし、またはそれに代えて、自動繊維配置装置を用いて行なわれてもよい。

この形成ステップにより、表面シートの樽型形状を形成するためにシート材料の２つの端部同士を結合させる結合部材の必要性がなくなる。「ブートストラップ」またはプレートの如き連結部材を用いると、かかる部材の構造的強度およびかかる部材の剛性が著しく小さくなってしまう。また、連結部材を用いると、製造プロセスにさらなるステップが追加されることになる。

上述のように、有利なことには、表面シートが連続的に一様な表面を有していると、表面シートの表面上の結合部分などによって本来引き起こされる恐れのある空気流に対する乱れが削減される。また、さらに以下に説明されているように、連続的な表面によりパネルの音響減衰特性がさらに改善されることが見出されている。

表面シートもしくはバッキングシートを形成する際、織物もしくはメッシュがそれ自体樹脂で前もって含浸されているようにしてもよいし、またはそれに代えて、層を積層するにつれて、積層される層に樹脂を塗布するようにしてもよい。次いで、本明細書に記載のような２段階で樹脂を重合（硬化とも呼ばれる）して硬くなった表面シートおよび硬くなったバッキングシートが形成される。

有利には、コストを削減することができ、また、製造方法に従って用いられる所与の重合（硬化）条件に対して材料を最適化することができるよう、表面シートおよびバッキングシートを異なる材料で形成するようにしてもよい。

表面シートおよびバッキングシートはいかなる適切な厚さを有していてもよい。たとえば、表面シートは、パネルに構造的支持を提供するようにおよびかかる部材をエンジンと容易に結合させることができるよう、たとえばバッキングシートよりも厚いものであってよい。これに代えて、有利には、バッキングシートの厚みは、パネルの重量を維持すると同時に、吸音層のうちの表面シートから離れた遠位表面との間をシールするために必要な特性を継続して維持するように、小さくなっていてもよい。

表面シートとバッキングシートとの間に位置する吸音層は、音響パネルの用途および設計基準に応じるいかなる適切な層であってもよい。吸音層は、表面シートとバッキングシートとの間に位置する複数の離散的な空胴またはセルから形成されているのが一般的である。吸音層は、表面シートの全領域を覆う一様なかつ実質的にシームレスな層として延設されるように構成されている。すなわち、吸音層は、その強度が最適化されており、また、本来ならばパネルの全体的な騒音吸収特性を悪化させることになるだろうギャップが取り除かれている。

かかる層は、たとえば透過性の表面シートを通り抜けて吸音層の中へと伝搬してくる音を減衰させるように構成される発泡体などから形成されるようになっていてもよい。このような構成では、吸音層、表面シートおよびバッキングシートは、パネルの幅を最小限に抑えるように、互いに直接接触するようになっていてもよい。

パネルの所望の構造的強度に応じて、金属性の発泡体、金属性のハニカム（たとえば、アルミニウム）または複合ハニカムが吸音層として選択されてもよい。音響ライナーが効果的でなければならない、狭い周波数帯域幅を必要とするような用途、すなわち特定のエンジン用途に対しては複合材料または金属材料からなる層が選択されてもよい。

異なる誘電特性を有する２つの材料同士が接合されると電食が生じる恐れがあり、複合材料の場合にもこのことが当てはまることが見出されている。従って、炭素製の表面層および／またはバッキング層を金属製の吸音層へ接合する前に、電気絶縁性を提供するさらなるガラス製の裏張りなどが炭素製のスタックに加えられるようになっていてもよい。

有利には、吸音層は、表面シートとバッキングシートとの間に延設される複数の離散的なセルまたは空胴を形成する複合ハニカム層として形成されてもよい。かかる層は音響減衰用の共振器として働くように構成される。適切なハニカム層は、アリゾナ州を本拠地としているヘクセル（ＨＥＸＣＥＬ）の如きサプライヤーから入手可能である。

有利には、ハニカム層に、隔壁（セプタム）が設けられてもよい、すなわち表面シートとバッキングシートとの間のハニカム層のセルの各々に１つ以上の多孔性の隔壁層が設けられてもよい。吸音層内のハニカムおよび隔壁の位置構成は与えられた音響パネルの減衰要件に応じて前もって決められる。隔壁によって形成される多層構造の空胴により減衰周波数範囲が広げられるという効果がある。たとえば、２つの隔壁を用いて３つの空胴を形成するようにしてもよい。通常、隔壁を用いることにより、単一構造の層（隔壁無しの構造）の場合と比較して、同一の減衰目標周波数範囲において、重量の点で不利益が生じる。記載のように、本発明は、断面の小さなパネルを提供して全体の重量を最小限に抑えることにより、重量の点における不利益を与えることなく隔壁を使用することを可能としている。

好ましくは、吸音層は重合された表面シートの曲率に対応するように構成されている。その結果、吸音層を表面シートの周面にレイアップするとき、ハニカム層内の隣接するセルを形成する壁が、吸音層が伸ばされたりまたは折り曲げられたりしない。たとえば、吸音層の曲率に対応するのに有利となるように、ハニカム層の外面（バッキング層の近く）の曲率半径が内面（表面シートの近く）よりも大きくなっていてもよい。実際のところ、ハニカム層のセルは先細形状を有している。

隔壁は、ハニカム層の各「セル」を少なくとも２つの容積（ｖｏｌｕｍｅ）に分割するように構成されている。すなわち、第一の容積は表面シートの近くにあり、第二の容積はバッキングシートの近くにある。隔壁は、側壁からおおむね垂直に延び、隔壁材料のうちのセル壁と平行に並んでいる部分により各セルの側壁と結合されている。実際のところ、各隔壁は、セル壁と平行に並んで当該セル壁と結合される「リム」部をその周縁に有している。

これらのセルは、セルのうちのバッキング層に近い部分において、隣接するセルとセルの間に延設される連通路を有している。実際のところ、「ハニカム層」はセルを有しており、これらのセルには、ハニカム層のうちのエンジンの底部と並ぶ部分にスロット状の孔があけられている。このことにより、セルから水などを排出させることが容易となる。というのは、水がエンジン吸気口の底部に位置するセルから出て行くことができるからである。

セル壁と平行に並んでいるリム部は、隔壁から音響パネルの表面シートに向かって延びるようになっていてもよいし、または、音響パネルのバッキングシートに向かって延びるようになっていてもよい。リム部がバッキングシートに向かって、すなわち表面シートの方向とは反対側に向かって延びている場合、当該リムが表面シートに向かって延びている場合よりも隔壁を表面シートの近くに位置決めすることが可能となる。このことにより、音響減衰性能を改善することができる。それに対して、リム部が表面シートの方向とは反対側にバッキングシートに向かって延びている場合、セル、ひいては吸音層の製造がより簡単なものとなる。

本発明のある態様にかかる方法では、製造方法の最終ステップとして、表面シートに透過性が付与されることが必要とされている。

本発明者により、プロセスの終わりにかつ（２ステッププロセスの）第二の重合ステップの後でパネルの表面シートを穿孔することにより、従来技術に比べて、以下の効果を含む重要な効果をもたらすことが見出されている。
（ｉ） 最終的に湾曲したコンポーネントに対して表面シートに透過性を付与する孔を正確に位置決めすることができる。かかる部材を形成する前に表面シートを前もって穿孔すると、パネルをレイアップおよび硬化する間、孔を最終音響パネルに正確に（吸音層のセルに対し）位置決めすることができない。
（ｉｉ） 表面シート全体に孔を正確かつ一様に形成することができる。表面シート全体に形成される孔の直径および一様性に対する厳しい許容範囲を達成することができる。さらに、この段階で表面シートを穿孔することにより、孔を所望の角度、たとえば表面シートの表面に対して直角に正確に形成することが可能となる。別個の孔をそれらのエッジが平行になるように形成することが可能となり、このことにより、音響性能がさらに最適化される。
（ｉｉｉ） レイアッププロセスの間に塗布された接着剤を穿孔プロセス時に取り除くことにより、孔のすべてが開いてハニカム層が露出されることを担保することができるようになる。
（ｉｖ） 重合ステップの間のいかなる変形にも対処することができる。さらに重要なことは、前もって穿孔されている膜を所望の形状に形成することに起因する孔形状の変形を回避することができ、音響性能が向上する。
（ｖ） レイアップ時のいかなる誤りにも対処し、音響性能をさらに最適化することができる。

本発明の他の利点は、本発明により、硬化時の吸音層へのコアの破損または損傷を防止することが可能となることにある。さらに詳細にいえば、本来ならかかる部材の重量を増やすであろう「アングル」またはパネルの音声分布特性にとって有害となるだろう「ランプ」の如き補強を導入する必要性を回避することができる。「アングル」および「ランプ」という用語は当該技術分野において知られている。

Ｚ形状の断面を有するさらなるリング（アングルとして当該技術分野において知られている）を、バッキング膜の低圧硬化時に設けるようにしてもよい。ハニカム層のエッジに対して垂直な方向に沿って作用する高圧圧力（典型的には、オートクレーブプロセス時）により局部的にコアが砕ける（ハニカムは非常に小さな面内圧縮強度を有している）のを回避するために、ランプ／アングルをコアのエッジに導入するようにしてもよい。改善処置として、孔の無い膜を備えた未処理のコアランプは音響処理の程度を減らしてくれる。孔の有る膜を備えた処理済みのコアランプは、音響インピーダンスに急激な変化をもたらしてしまう。このことは、有益とはならない場合もある
表面シートの所望の透過性については、与えられた音響用途およびエンジンに対して前もって決めることができる。このことは、実験を通じて行われてもよいし、または、音響モデルを用いて行われてもよい。この決定により、与えられたエンジン設計に対する表面シート内の孔のサイズ、位置および分布が決まる。

これらの孔は、表面シートを厚み方向に延びる開口部のことであり、いかなる適切な方法で形成されてもよい。これらの開口部の周縁は、複合材料におけるいかなる応力集中をも防止するために、滑らかでかつ一様であることが有利である。たとえば、これらの孔は、ドリル加工技術などを用いた容易な製造を可能とするために、円形状のまたは丸い形状の孔であってもよい。

それに代えて、複合材料を穿孔し、吸音層を露出（、および任意選択的に貫通）させるためにレーザーが用いられてもよい。たとえば、ホログラフィックビームスプリッターを用いて開口部を形成するために、エキシマー紫外線レーザーが用いられてもよい。有利なことに、このように構成することにより、熱を小さな部分に集中して加えて所望の小さな開口部を正確に形成することが可能となる。いうまでもなく、具体的なレーザー出力は開口部が形成される材料に依存する。

有利なことには、このタイプの低出力レーザーは、ドリルによる孔あけ作業とともに生じる恐れのある表面シートへの熱または接触による損傷を防止する。有利なことには、ホログラフィックビームスプリッターが短時間で複数の開口部を形成することができるので、製造時間が短縮され、この製造段階におけるエネルギー消費量が最小限に抑えられる。

これに代えて、単一スピンドル、さらに有利には多重スピンドルのドリルヘッドを用いて表面シートを貫通して所望の透過性を達成するようにしてもよい。このようにして、完成されたパネルの表面シートに複数の孔を同時にドリルであけることができる。これらのプロセスを自動化して最適化するために、ドリル装置を、ロボットアームなどのそばに配置し、ロボットアームなどによって制御するようにしてもよい。このように構成することにより、ドリルによる孔あけ加工前に、完成されたパネルを固定し、ドリルビットを正確な位置に位置決めするようにロボットアームを制御することが可能となる。

有利には、ロボットまたは自動化されたドリル装置が、重合された音響パネルを支持および回転させるように構成されている第二の可動部材と共に用いられるようになっていてもよい。たとえば、第二の可動部材は、パネルを位置決めして固定する水平に回転可能なプラットホームの形態を有していてもよい。

この場合、複数のドリルヘッドを坦持する往復運動可能な部材を備えている単純なドリル装置が用いられてもよい。また、このドリル装置は、表面シートを貫通させる前に、ドリルビットの位置決めをするために、回転可能なプラットホームに配置されている表面シートの表面の近くまで垂直方向に移動可能に構成されていてもよい。

ドリル装置は、いかなる数のドリルビットまたはどのように配置されたドリルビットを有するようになっていてもよい。しかしながら、ドリルビットは、線形に配置されることに加えて、その数がパネルの幅方向に延びて所望の孔密度を実現するうえで十分であるようなものであってもよい。有利なことには、このように構成することにより、完全な一列の孔をドリル装置の単一ドリルの移動で形成することが可能となり、それによって、製造速度を上げることが可能となる。

ドリル装置および加工対象物支持用の可動プラットホームは、形成されるパネルの構造強度および所望のドリルパラメーターに応じて選択可能な構成を有していてもよい。たとえば、ドリル装置が、ドリルによる孔あけ前にドリルビットの位置決めをするために水平方向に移動するように構成され、加工対象物支持用の可動プラットホームが、鉛直方向に動いて水平回転軸を中心として回転するように構成されてもよい。

ドリル装置および加工対象物支持用の可動プラットホームは、ドリルにより一列の穴をあけた後、次の一列の孔をドリルであける前に加工対象物を所望の回転角度だけ回転させるように、手動で段階的に制御されるようになっていてもよい。有利には、ドリルによる孔あけ作業は、完全に自動化されたプロセスとするために、コンピューターにより制御されるようになっていてもよい。その場合、データプロセッサなどは、ドリル装置の動作を制御し、設計に応じて望まれる透過性領域に対応する角度まで加工対象物を自動的に回転するように構成されることになる。

上述のように、ドリル装置には、真っ直ぐに一列に並んだドリルヘッドが設けられるようになっていてもよい。それに代えて、この線形の配置が、所望の孔分布に応じて間隔をおいて並べられかつオフセットされている複数列のドリルヘッドによって構成されてもよい。平行な列の数は、音響パネルの半径、および表面シートの表面に対するドリルビットの垂直方向の配置に対して許容される許容範囲に応じて決まる。音響パネルの半径が大きければ大きいほど、小さな角度変化に渡ってのその表面を平坦な面と見なすことができる。

それに加えてまたはそれに代えて、ドリル装置には、各々がドリル装置の中心軸線から半径方向に沿って延びる複数のドリルヘッド支持アームまたはドリルヘッド支持部材が設けられてもよい。そして、パネルの穿孔を同時に行えるように、ドリル装置の中心軸線が音響パネルの中心軸線と一直線に並べられてもよい。

パネルの孔は、ドリル装置と音響パネルとが相対的にある角度移動することによって段階的に形成される。１つの構成では、ドリル装置がパネルに対して移動するように構成されてもよい。それに代えて、生産装置のコストを最小限に抑えるために、音響パネルがドリル装置に対して移動するように構成されてもよい。

他の態様によれば、シームレス表面シート、非透過性バッキングシート、およびそれらの間に配設される吸音層を備えた複合音響パネルにおける表面シートに、前もって決められた孔分布パターンに従って穿孔する方法は、
Ａ− 第一の穿孔位置で、シームレス表面層に対して穿孔装置を位置合わせするステップと、
Ｂ− 穿孔装置を動作状態にして表面シート全体を通して少なくとも１つの孔を形成する穿孔ステップと、
Ｃ− 音響パネルおよび穿孔装置を前もって決められた量だけ相対的に移動させて穿孔装置を次の穿孔位置に位置合わせするステップと、
Ｄ− 所望の孔分配パターンが達成されるまでステップＢおよびステップＣを繰り返すステップとを有する。

本発明にかかる製造方法の第一の態様によれば、製造方法の最後から二番目の段階の音響パネルはいつでも穿孔可能となっている。

いうまでもなく、音響パネルの「樽型（バレル）」の内面を形成する表面シートが、実質的に連続的でありかつ滑らか（すなわち、シームレス）であるので、ハニカム吸音層を形成するセルが表面シートに対してどのような向きにあるのかを表面シートの視認検査で判断するのは可能ではない。

本発明の他の態様に関する記載とまったく同様に、穿孔装置が、（１つ以上のドリルビットを有する）ドリルヘッドであってもよいし、表面シートの一部分を貫通するように構成されるレーザー（任意選択的に、複数の孔を形成するためのビームスプリッタを有している）であってもよいし、または所望の孔を形成するための他の適切な手段であってもよい。

ビームスプリッタがレーザーと共に用いられるような構成では、ビームスプリッタ自体が表面シートに対して移動するように構成されてもよいし、またはそれに代えて、表面シートがビームスプリッタに対して移動するように構成されてもよい。このような構成では、レーザー自体を移動させることが必要となるのではなく、レーザービームの方向を決めかつ分割するために用いられる光学装置を移動させることのみが必要となる。

ハニカム層を形成するセルと孔とを正確に位置合わせすることを担保するためには、硬化されたパネルを穿孔装置または穿孔ツールに対して注意深く位置決めすることが必要となる。したがって、かかる方法は、表面シートの周縁により規定される測量基準点（または、前もって決められた部分）に対して穿孔装置の位置決めをするステップをさらに有してもよい。このことにより、所望の分布パターンに従って正確に孔の位置決めすることが可能となる。

上述のように、穿孔装置は、ドリルにより孔あけする装置であってもよいし、またはそれに代えて、レーザーにより穿孔する装置であってもよい。レーザーを含む構成では、複数の孔を同時に形成することができるように、ビームスプリッタがさらに用いられるようになっていてもよい。このような構成では、レーザーと音響パネルとの間で繰り返して行われる相対運動の数が減るので、製造プロセスの速度がさらに増すことになる。

レーザー装置により、さらに広い範囲の径を有する孔を形成することがさらに可能となる。たとえば、レーザーは、用途に応じて５０ミクロン（ミクロの孔）〜１．６ｍｍ（マクロの孔）の範囲の孔を形成するように構成可能である。

レーザーによる穿孔装置またはドリルによる穿孔装置のいずれであっても、所望の音響性能に応じて深さを変えることにより、孔を音響層の中に至るまであけることが可能である。いうまでもなく、吸音層が隔壁を有していない場合、穿孔深さは、表面シートの厚さに制限され、隔壁の位置の深さによっては制限されない。隔壁を備えた吸音層の最大穿孔深さは、隔壁の深さ、または、表面シートから測定される隔壁のリムの深さである。

有利には、穿孔装置は、表面シートを貫通し、表面シートを越え、吸音層の中の前もって決められた深さまで穿孔する。穿孔ステップが吸音層の中まであえて貫通するような構成も直感で分かるようなものではない。その理由の一つとして、ハニカム層の隔壁または壁を貫通することによって吸音層の特性に対して損傷を与えてしまう恐れがあるという点が挙げられる。

本発明者は、吸音層の中に至るまで穿孔する（すなわち、ドリルまたはレーザーによる）ことにより、驚くほど音響性能を向上させることができるとともに、製造速度も高めることができるという効果があることを見出している。このことは、ハニカム層を吸音材として用いる場合にとくに効果的である。

表面シートをその内面（すなわち、吸音層に隣接する表面）を越して、ハニカム層の中に至るまで貫通させることには、複数の利点がある。

まず、ドリルビット（または、レーザー）は、表面シートの内面への付着により孔を（完全にまたは部分的に）覆い隠してしまう接着剤または樹脂を貫通するまたは取り除くことができる。このことにより、パネルの設計要件に応じて孔の機能が最適化される、すなわち、空気が孔の全領域にわたって通り抜けできることが担保される。

さらに、表面シートの幅を越えて延設されるように穿孔深さを前もって選択しておくことは、ドリル／レーザーがハニカム層自体の中まで到達してもよいことを意味する。最小穿孔深さは表面シートの幅であり、最大穿孔深さは、隔壁の位置または隔壁のリム（テイルとしても知られている）の位置に一致する。このことにより、隔壁およびその音響効果の完全性が維持されることになる。

上述の最小穿孔深さと最大穿孔深さとの間で前もって決められている実際の穿孔深さは、個々のパネル構成および所望の音響性能に基づいて選択される。有利には、孔のうちのいくつかの孔がハニカム層のセル壁と明確に一直線に並ぶように、孔分布パターンが選択されるようになっていてもよい。このように構成すると、ハニカムのセル壁の一部分が取り除かれるので、隣接するセルの間に通路が形成される。いうまでもなく、このことは直観により分かるものではないが、本発明者は、このようにして少なくともセル壁の一部を貫通させることによって音響性能が改善されることを見出している。

本発明のさらなる態様によれば、実質的に連続的な表面層、非透過性バッキング層、およびそれらの間に配設され、複数の離散的なセルを有するハニカム吸音層を備えてる音響パネルを穿孔する方法は、
Ａ− 式 ｈ＝ｔ＋ε
この式で、ｈが総穿孔深さ、
ｔが表面シートの厚さ、
εが吸音層の中の穿孔深さ、
によって穿孔深さｈを前もって決めるステップと、
Ｂ− 表面層の表面における孔と孔との間隔および孔分布パターンを前もって決めるステップと、
Ｃ− 表面層と穿孔装置とを一直線に並べるステップと、
Ｄ− 表面層を前もって決められた穿孔深さｈまで穿孔するステップと、
Ｅ− 穿孔装置に対して音響パネルを移動させて穿孔装置を次の穿孔位置に位置合わせするステップと、
Ｆ− 表面層の所望の部分が穿孔されるまでステップＤおよびステップＥを繰り返すステップとを有する。

吸音層が単一の空胴層（すなわち、隔壁無し）または金属製発泡体である構成では、吸音層の中の穿孔深さεは０．５ｍｍと１ｍｍとの間であるのが好ましい。

吸音層が、ハニカム層の個々のセルの壁に接合される二重層隔壁（たとえば、ヘクセル（Ｈｅｘｃｅｌ）社によって製造されるタイプの二重層コア）であるような構成では、吸音層の中の穿孔深さεは０．５ｍｍと５ｍｍとの間であることが好ましい。

孔は、表面シートのうちのハニカム層のセル壁の真上にある部分と一直線に並べるようになっていることが有利である。このようにして、孔が形成されるにつれて、セル壁のうちの表面シートに直接隣接している部分が取り除かれる。実際のところ、隣接するセルを分割している壁の一部を取り除くように複数の孔とハニカム層のセル壁とを一直線に並べるような、孔と孔との間隔および孔分布パターンが用いられるようになっている。このことによって音響性能が改善されることが見出されている。

それに代えて、穿孔装置は、当該穿孔装置の開始点とは関係なく、前もって決められた孔と孔との間隔および孔分布パターンを用いるように構成されてもよい。有利なことには、このことにより、穿孔装置を音響パネルに位置合わせするという注意深いかつ複雑な位置合わせの必要性がなくなるため、たとえばドリルまたはレーザーを用いて穿孔する穿孔ステップをもっと迅速に行なうことが可能となる。かかる方法により、製造速度が高められるだけでなく、孔がセル壁と一直線に並ぶ場合に、孔がハニカム層のセル壁の中まで延びるようにできるので、そのパネルの音響性能を事実上維持するまたはさらに改善することができるようになる。

ハニカム層の複数のセル壁の中まで穿孔して、隣接するセルを分離するハニカム層のセル壁の上部を取り除くことによって、孔を通り抜けて来る入射音波を二つの隣接するセルの中まで伝搬させることが可能となる。セル壁の上部を前もって決められた深さまで取り除くことにより、吸音層の性能を維持しながら、表面シートを迅速に穿孔することが可能となる。

有利には、孔と孔との間隔および孔分布パターンは、少なくとも１つの孔を吸音層の各セルの少なくとも１つの壁部に位置合わせするよう前もって決めるようになっていてもよい。このようにして、入射音波が全てのセルの間を伝搬できるようにすることにより音響性能を改善することができる。

いうまでもなく、正確な穿孔深さは、孔のサイズ、孔の分布およびハニカム層の幾何学形状を含むパネルの全体的な設計特性（もちろん、隔壁の位置および透過性も含む）に応じて決まる。このことについては、以下にさらに詳細に説明されている。

また、いうまでもなく、「穿孔」および「ドリルによる穿孔」というプロセスを表す用語が孔を形成するステップの説明に用いられているが、他の別のプロセスが同様に用いられてもよい。

添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を例示のみを意図して記載する。

ターボファンエンジンと音響パネルとの一般的な構成を示す図である。 図１のエンジンを示す断面図である。 音響パネルを形成するバレルを示す断面図である。 図２Ａの音響パネルを示す断面図である。 ハニカム吸音層のセルの一般的な構成を示す図である。 穿孔された一連のセルを詳細に示す図である。 第一の予備硬化段階における構成を示す断面図である。 オートクレーブ硬化条件を示すグラフである。 アウトオブオートクレーブ条件を示すグラフである。 第二の予備硬化段階における構成を示す断面図である。 入射ノイズ音波および孔を示す図である。 表１に示されている最適値における孔分布パラメータを示す図である。 抵抗対隔壁流れ抵抗を示すグラフである。 孔を形成するためのロボットアームおよび回転プラットホームを示す図である。

本発明に対してさまざまな変形を加えることが可能であり、また本発明には他の構成も可能であるが、本発明の具体的な実施形態が、例示を目的として、図面に示され、明細書に詳細に記載されている。しかしながら、本願に添付されている図面および詳細な記載は、開示されている特定の形態に本発明を限定することを意図したものではなく、当該発明の技術範囲に含まれる変形例、均等物および代替物をすべて網羅することを意図したものである。

図１には典型的なターボファンエンジン１が示されている。このターボファンエンジン１は、エンジン外側ケース２と、当該エンジンを航空機の翼または機体（図示せず）に接続するパイロン３とを備えている。

このエンジンは空気吸込路４を備えている。空気吸込路４は、エンジンの中へ延び、そして、当該エンジンのファンブレード（図示せず）に向けて延びている。これらのブレードは、空気吸込路４の中心で見ることができる回転可能なシャフト５にマウントされている。

ファンブレードが回転すると、エンジンの前部から望ましくない高レベルのノイズが放射されることになる。従って、図１に示されているように、エンジンからのノイズの出力を減らすために、ファンブレードの上流側の導風口内には音響ライナー６が配設されている。ブレードから前方に向かって放射されるノイズは、本来ならば空気吸入路の表面から反射されるはずにもかかわらず、ライナー６によって減衰されことになる。

図１から明らかなように、ライナーの形状は、エンジンの空気吸込路と一致するものの、一般的には「バレル」またはシリンダ形状と称することができる。

図２Ａは、図１に示されているエンジンの前部を示す断面図である。図２Ｂには、音響パネルまたはライナーの一般的な構成が示されている。以下に、それがより詳細に説明されている。

以下、本明細書において、ライナーおよびパネルという用語は同じ意味で用いられる。

図２Ａをさらに参照すると、音響パネルによって形成される表面に沿って空気をエンジンの中へかつファンブレード（図示せず）の方向に向けて流れ込ませることを可能とする空気吸込路の断面が示されている。音響ライナーは、エンジンの前部の近くに位置する第一の上流位置７’からファンブレードの近くに位置する第二の位置７”に向かって延びているのが明らかである。２つの位置７’〜７”の間において、音響ライナーは空気吸込路の輪郭をたどるように構成されている。実際のところ、これが、エンジンの前部に位置しかつエンジンの中に続く空気吸込路の境界を規定するバレルを形成している。ライナーは、空気吸込路の周囲に一様に延設され、シームレスとなっている。すなわち当該ライナーは、実質的に連続的な表面を有する実質的にシリンダ形状の単一の部品である。

本発明（後述される）にかかる方法は、ライナーのシームレス化を可能とし、このことにより、ノイズ減衰特性（とくに高いファン速度において）に加え、コンポーネントの空気力学的特性（抗力の減衰）が著しく改善される。

また、ライナー自体の断面が、図２Ａに例示されていることに加えて、より詳細に図２Ｃに示されている。

図２Ｂは、図２Ａの音響パネル全体をＡ−Ａ’に沿って切断した部分をエンジンの吸込口端部から見た断面図である。エンジンの中心に、エンジン中央シャフト５があるのがわかる。表面シート８により、エンジン１の空気吸込路の外縁が形成されている。パネルの厚み方向に沿って移動すると、表面シート８、吸音ハニカム層１０、そして、非透過性バッキングシート９がある。

図２Ｂの参照符号Ｂによって示される切取り部は、Ａ−Ａ’に沿った断面に対応している。図面の残りの部分は、エンジンの前部から見た場合のパネルの正面図を表わし、エンジン吸気口の先端を通常形成するナセルを例示している。

図２Ｂの部分Ｂには、ハニカム層１０、およびハニカムセル１２の各々を分割する隔壁１４が例示されている。

図２Ｃ参照すると、ライナーは、第一の表面シート８と、バッキングシート９と、吸音層１０とを備えている。図２Ｃは、図２Ｂにおいてパネル壁のうちの円で囲まれている部分を示す断面図であり、吸音層を形成する一列のセルの図がより詳細に示されている。

表面シート８は、詳細に後述される製造ステップによる複合材料製の不透過層により形成される。図２Ｃに示されているように、表面シート８全体にわたって、複数の孔１１．１、１１．２、１１．３、１１．４および１１．５が形成されている。破線（ーーー）は穿孔前の表面形状を示したものである。

吸音層１０は、Ａｃｏｕｓｔｉ−Ｃａｐ（登録商標）という商品名でヘクセル株式会社（Ｈｅｘｃｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造されるようなハニカム音響パネルより形成される。このタイプのハニカム吸音層は当該技術分野において周知の技術である。

ハニカム層１０は、一連の部屋１２を備え、一連の部屋１２はセル壁により分割され、セル壁は、パネルが組み立てられると表面シート８とバッキングシート９との間を延びる。図３には、このタイプの吸音層の一般的な構成が示されている。

各セル１２は、図２Ｂおよび図２Ｃに示されているような透過性隔壁１４によって２つのサブセル（またはさらに小さな容積（ｖｏｌｕｍｅ）分割される。これらのセルおよび隔壁の幾何学形状は、与えられたエンジン用途、すなわちセルの容積、深さ、隔壁空隙率、表面シートおよびバッキングシートに対する隔壁の位置について最適化される。図２Ｃに示されているように、各セルの隔壁１４は、そのセルの側壁１３と接合されている。このタイプのハニカム層を製造する技術分野において常識であるように、これらのセル同士は適切な接着剤１５により保持されている。

また、図２Ｃには、隣接する孔１１．１、１１．２などの孔と孔との間の間隔が示されている。孔と孔との間隔は、与えられたパネルおよび与えられた用途における個々の音響要件に応じて前もって決められる。孔と孔との間隔は、孔のサイズ（直径）、およびパネルの穿孔部分の総パーセンテージであるＰＯＡ（開孔面積率）を含む複数の因子に基づいて決定される。本発明によれば、この値が１％と３５％と間の範囲であると有利である。

さらに図２Ｃに示されているように、孔１１．１、１１．３および１１．４はすべてセル１２の空胴と一直線に並んでいる、すなわち孔の境界（ドリルによりまたはレーザーにより空けられた孔）がセル壁１３によって規定された境界内にある。それに対して、孔１１．２および１１．５がセル１２のセル壁１３と一直線に並んでいることが分かる。このことについては、穿孔ステップの説明の際にさらに詳細に説明する。

本発明によれば、音響パネルは下記の工程を用いて製造される。

まず、適切な複合材料を用いて表面シートをレイアップする。たとえば、これは、低圧硬化型または高圧硬化型の熱硬化性高分子マトリックスである平織物またはサテン５ハーネス２ｘ２綾織物であってもよい。

この複合布は、従来技術を用いて表面シートの所望の形状に対応するマンドレルのまわりにレイアップされる。たとえば、これは、組み立て式（ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ）マンドレルのまわりに螺旋状にかつオーバーラップして巻かれたものとして複合材料をレイアップすることによって実現されてもよい。

組み立て式マンドレルのまわりで重合（後述されるように）させることにより、いったんかかる部材が重合してしまうと、マンドレルを取り除いて表面シートを剥がすことができる。当業者にとって明らかなように、重合により、樹脂が織物材料内を流れて硬化し、このことにより、所望の形状を有した複合部材が作成される。

マンドレルを組み立て式とすることによって、マンドレルをかかる部材から取り除くことを可能としてもよいし、またはそれに代えて、組み立て式としなくともよい。組み立てっ式としない場合には、マンドレルを軸方向に沿って先細になるようにし、このことによりマンドレルからの製品の取り外しを可能とするようにしてもよい。

このようにマンドレルを構成して重合を行うことにより、表面シートが実質的に連続的なかつ滑らかなものとなる。すなわち表面シートのその表面には接合部が存在せず、ブートストラップや板材のような接合部材が必要となるようなギャップも存在しない。さらに、複合材料を用いることにより、重さが最小限に抑えられた非常に高い剛性を有する複合部材を実現することができるようになる。

本発明にかかる重合は、製造プロセスにおいて、二つの別個の離散的なステップで行われる。これらについては、以下に記載する。
ステップ１−表面シートの形成および重合。

重合（硬化）前、まず表面シートは従来の複合材製造技術に従ってレイアップされ、膨らまされる（ｂａｇｇｅｄ）。これらの用語は当業者とって明らかである。

図５は、硬化前の表面シートの断面の一部を示す図である。まず、剥離フィルムまたは剥離剤（５０１）がマンドレルのモールド型、すなわちモールド成型用のツールの表面にレイアップされる。次いで、ピール層（５０２）がレイアップされ、前もって含浸された複合積層板スタック（５０３）がレイアップされる。複合積層板スタック（５０３）は表面シートの形状を形成する。さらなるピール層（５０４）がラミネート（５０３）にレイアップされ、次いで、剥離フィルム（５０５）および通気層（５０６）が形成される。図５から明らかなように、通気層（５０５）は、バッグ内の空胴からの揮発物の放出を可能とするようにマンドレルのエッジブリーザ（５０８）まで延びている。最後に、真空空間と連通しかつシール（５０９）により密封されているナイロン製真空バッグ（５０７）がこの構成全体を覆っている。

いったん複合積層板スタックがレイアップされて表面シートの所望の形状が形成され、上記の構成およびマンドレルが膨らまされると、表面シートを硬化させることができる。

第一の硬化ステップまたは重合ステップは、高圧下で、すなわちオートクレーブ条件下で行ってもよいし、またはそれに代えて、アウトオブオートクレーブ条件下である周囲圧力下で行ってもよい。この選択は、与えられた設計に対して用いられる複合材料および望ましい許容誤差に応じて変わる。
選択肢Ａ−オートクレーブ条件下での熱硬化（重合）
オートクレーブ条件下では、高い圧力および温度が必要となり、また、これらにより、コンポーネントを製造するための単位原価が著しく上昇することになる。図６には、表面シートの典型的な硬化時間が示されている。真空は、図５に示されているナイロン製真空バッグ（５０７）にひかれる真空を示しており、また、縦軸は表面シートを硬化するための温度および時間に関する座標を示している。硬化は８５ｐｓｉと１００ｐｓｉとの間で行われる。
選択肢Ｂ−アウトオブオートクレーブ条件の下での熱硬化（重合）
アウトオブオートクレーブ条件下での硬化は、周囲条件下、すなわち大気条件下で動作するオーブンを用いて達成される。いうまでもなく、このことにより、表面シートを製造するための単位原価を削減することができる。図７には、アウトオブオートクレーブ条件での表面シートの硬化温度分布が示されている。

いったん表面シートが硬化されると（、そして任意選択的にトリムされると）、第二の硬化段階が実行される。先の場合と同様に、第二の硬化ステップの前に、コンポーネントは、レイアップされ、膨らませられる。図８にはこのことが例示されている。

図８には、マンドレル（８１２）に対面して位置する、第一の硬化段階で形成された硬化後の表面シート（８０１）が示されている。もっと正確にいえば、このマンドレルは、第一の硬化段階で用いられたマンドレルと一致している。

図８に示されている吸音層（８０３）は、表面シートの表面にレイアップされているハニカム層である。これは、前もって樹脂で含浸されていてもよいし、または、レイアップされる前に樹脂を塗布するようになっていてもよい。ハニカムの寸法および曲率は、ここのエンジンの寸法およびパネルの音響要件に応じて前もって決められている。吸音層（８０３）は、表面シートの「バレル」の周囲に配設されていることに加えて、吸音層も連続したもの、すなわちシームレスとなるようバレルの周囲に延在する吸音層の端部が互いに当接するように構成されている。

図８には、表面シートに塗布して吸音層（８０３）を表面シートへ接合させるための任意選択的なフィルム状接着剤（８０２）が示されている。図８に示されている各層は、表面シートの「バレル」形状のまわりを延びている。

バッキング層を吸音層（８０３）へ接合することができるように、さらなる任意選択的な接着剤層（８０４）が吸音層の反対側の側面に塗布される。

次いで、バッキングシートは、たとえば図２Ｃに示されている空胴の開口端部を覆うように複合材料からなる複数のラミネート（スタックを形成）をハニカム吸音層上にレイアップすることにより形成される。これらのラミネートは、次の硬化ステップのために樹脂で前もって含浸されていてもよいし、または、樹脂が別々に塗布されるようになっていてもよい。

この前もって含浸された複合スタックは、バッキング層（８０５）を形成し、接着剤層（８０４）上に位置する。バッキング層は、吸音層の他の表面のまわりに螺旋状にレイアップされてもよい。

有利には、前もって硬化されている一片の複合部材（８０８）を吸音層の端部に位置決めし、いったんかかる部材が最終的に硬化されると、吸音材のエッジを保護するように構成する。これは、さらなる接着剤層（８０７）を用いて吸音層の側面／エッジに接合される。このように、いったん硬化されると、吸音層は、表面層、バッキング層、および２つの対向する端部（図８には、その一方だけが示されている）により包み込まれる。

先の場合と同様に、かかる構成の上に通気層（８１０）を配設することにより、硬化サイクル中の揮発物の放出を可能とする。最後に、硬化前にかかる構成を包み込むための真空バッグ（８１１）が設けられる。

第二の硬化段階を実現するために、図７に記載のような硬化サイクルが用いられる。第二の重合段階は周囲圧力下で実行される。というのは、このことにより、高圧および高温の条件下で脆弱なハニカム層（それ自体が複合材料である）が損傷を受けるのが防止されるからである。そうすることにより、かかる部材の構造的完全性を保持することができる。

特筆すべき点は、複合部材コンポーネントの製造に用いられるいくつかの樹脂がさらなる接着剤を必要とすることなく十分に接合することができるので本明細書には接着剤層が任意選択的なものとして記載されている。しかしながら、接着剤を使用すれば層と層の間の接合を向上させることができる。

本発明にかかる２段階重合方法により、表面シートを幾何学形状に対する非常に厳しい許容範囲を満たして製造することができ、パネルの残りの部分を低圧下で重合することができる。このことにより、パネルの損傷を防止しながら、バッキングシートの必要な形状が維持される。また、かかる方法により、高圧サイクル数が減少し、また、かかる部材の硬化に必要とされうるオートクレーブのサイズが小さくなる。さらに、かかる方法により、吸音層およびバッキング層の配設前に、かかる部材の幾何学形状を中間段階においてチェックすることが可能となる。

いったん２段階重合が完了すると、表面シートの目標とする透過性に合わせて音響パネルを穿孔することができる。２段階硬化工程の後、前もって決められているパターンに合わせて表面シートを穿孔するにあたって、ドリル加工技術またはレーザアブレーション技術を用いることができる。以下には、孔を形成するためのドリル加工の一例が記載されているが、レーザアブレーション技術も同様に用いることができる。

図４には、表面シートを貫通する孔１１．１および１１．２が示されている。孔は、図４に示されるような深さｄまで及ぶ。明らかなように、位置１１．１で深さｄまでドリルにより穿孔することは、ドリルビットとセル１１の空胴とを一直線に並べることに過ぎない、すなわちドリルビットはセル壁１３．１または１３．２とは接触しない。しかしながら、位置１１．２では、ドリルビットはセル壁１３．２と一直線に並んでおり、ドリルによる穿孔作業が進むにつれて、セル壁１３．２の上部が削り取られる。したがって、セル壁１３．２の上面１６は露出され、また、２つの隣接したセルを連通する隙間が形成される。

図４から明らかなように、ドリルによる穿孔深さｄの範囲は、最も小さくて表面シートの厚みｆであり、最も大きくて表面シートと、隔壁の接続部材であるリムまたはテイル１７の上限との間の距離ｇである。ここで、
ｇ＝ｄ＋ｔ
である。ドリルにより穿孔する深さ（穿孔深さ）ｈは
ｈ＝ｔ＋ε
により求められる。この式で、ｈは総穿孔深さであり、ｔは表面層の厚みであり、εは吸音層の中の穿孔深さである。

加えて、図４に示されているように、隔壁のリムまたはテイルへの損傷を防止するために、ｈはｇ未満でなければならない。したがって、さらなる要件である
ｈ＜ｇ
が満たされなければならない。

吸音層が、個々のセルのハニカム壁に接合される二重層隔壁（たとえば、ヘクセル二重層コア）であるような構成では、吸音層の中の穿孔深さεは０．５〜５ｍｍであることが好ましい。

製造工程のドリルによる穿孔ステップ時には、図４にｃによって示されるように、孔は、表面シートの表面の横方向に沿って前もって決められた間隔で形成される。本発明によれば、孔と孔との間隔ｃについては、上述のような前もって決められたドリルによる穿孔深さｄの原理を用いてセルの幾何学形状とは関係なく設定することができる。このことにより、孔と孔との間隔を吸音層材料とは関係なく選択することができるようになることに加え、各ドリルにより穿孔される孔１１．１および１１．２と対応するセル１２．１、１２．２とを一直線に並べさせるようにする必要がないので、ドリルによる穿孔作業をより迅速に行なうことができるようにもなる。

１つの実施形態では、入射する音波が隣接するセルの間で伝搬することができるよう複数のセル壁に孔をドリルまたはレーザーによりあけることができるように、孔と孔との間隔がセル壁と位置合わせされるように選択されてもよい。

本発明にかかる穿孔方法を用いることにより、音響パネルの減衰特性を驚くほどかつ効果的に向上させることができるようになる。図９にはこのことが示されている。

図９は、図４の位置１１．２において穿孔されている表面シートを拡大した部分が示されている。図９に示されているように、ドリルにより穿孔された穴または貫通部１１．２が、セル壁１３．２と一直線に並び、総深さＤまであけられている。１対の入射音波が参照符号Ｙ、Ｚによって表されている。明らかなように、セル壁の上部を除去することにより、音波Ｙがセル１２．１の中に入ることができるようになり、また、音波Ｚがセル１２．２の中に入ることができるようになる。ドリルによる穿孔により空けられた孔１１．２の中に入射する音波がこのように伝搬することができるようにすると、パネルの音響に関する性能および減衰を有利に向上させるということが分かっている。これは直感で分かるものではない。というのは、このことにはセル壁を著しく破損することが含まれるからである。

本発明にかかる音響パネルの最適な設計により、エンジンのブロードバンドおよび純音性のノイズ出力が著しく削減されるとともに、重量が最小限に抑えられることが見出されている。表面層開口領域（すなわち、パネルの透過性である）、隔壁の深さ、隔壁のＤＣ流れ抵抗特性、ならびにハニカム厚さおよび幾何学形状について特定の範囲から最適パラメータが選択される。

図１０を参照して、ハニカムコアの薄さおよび厚さの設計おける最適パラメータが次のテーブルに記載されている。

図１１は、上記のテーブルに示されている設計パラメータを示すグラフである。

図１２には、６軸多関節ロボットアーム（１２１）および回転可能水平プラットホーム（１２２）が示されている。これによると、実質的に７番目の軸が穿孔装置に提供されている。

たとえば表面層を貫通するための多重スピンドルドリルヘッドでありうる穿孔用ヘッド（１２３）が示されている。他の構成では、複数の孔の形成を可能とするために、多重スピンドルドリルヘッドが、レーザーおよび任意選択的なビームスプリッタと交換されてもよい。

硬化された音響パネル（１２４）が水平プラットホーム（１２２）に位置決めされ、固定されていることが示されている。

ロボットアーム（１２１）およびプラットホーム（１２４）は両方とも、コンピューター装置（図示せず）によって制御される。このコンピューター装置には、与えられたパネル設計に対するパネルの座標、所望の穿孔深さおよび孔分布パターンが前もってプログラムされている。使用時、ロボットアームは表面層の表面の近くに穿孔用ヘッドを位置決めし、ドリルヘッドを表面層の中へ移動させ、複数の孔を形成する。ドリルヘッドが引き出され、水平プラットホーム（１２２）がパネルの表面層のまわりの孔の分布に対応して前もって決められた量だけパネル（１２４）を段階的に回転させる。次いで、シームレスのパネルの全表面に所望の孔が設けられるまで、再度、ドリルにより穿孔するステップが繰り返され、パネルが回転される。

次いで、音響パネルを取り除くことができ、製造ステップが完了する。

いうまでもなく、本明細書に記載されている本発明の実施形態および態様のさまざまな構成および特徴が必要に応じて組み合わされてもよい。たとえば、孔を形成するさまざまな構成要件を実施形態および態様のうちのいずれかに適用して同一の技術的効果が達成されるようにしてもよい。

本発明は、重量の点から従来技術に関連する問題に対処するとともに、改善された音響パネルを最小製造コストで提供することに関するものである。このことにより、エンジンの燃料消費量を削減することができ、製造に用いられるエネルギーの消費量を最小限に抑えることができる。
ＥＰ１７６７３２５には、チューブ状の複合構造体を製造する方法および装置が開示されている。ＦＲ２２９２７２７１には、針の音響部を分割する方法が開示されている。

Claims (35)

1. 透過性の表面層、非透過性のバッキング層、およびそれらの間に配置される吸音層を備えている複合音響パネルを製造する方法であって、
   − 複合材料ラミネートをレイアップして表面層を形成するステップと、
   − ほぼ大気圧に等しいか又は大気圧より大きい第一の重合圧力で、前記ラミネートを重合して実質的に連続的な表面層を形成する第一の重合ステップと、
   − 重合された前記表面層に吸音層をレイアップするステップと、
   − 前記吸音層に複合材料ラミネートをレイアップしてバッキング層を形成するステップと、
   − 第二の重合圧力で前記複合音響パネルを重合する第二の重合ステップと、
   − 複数の位置でかつ前もって決められた深さまで前記表面層を穿孔する穿孔ステップと
   を有する方法。
2. シームレスの表面層、非透過性のバッキング層、およびそれらの間に配設される吸音層を備えた複合音響パネルにおける表面層に前もって決められた孔分布パターンに従って穿孔する方法であって、
   Ａ− 第一の穿孔位置で前記シームレスの表面層に対して穿孔装置を位置合わせするステップと、
   Ｂ− 前記穿孔装置を動作状態にして前記表面層の全体を通じて少なくとも１つの孔を形成する穿孔ステップと、
   Ｃ− 前記音響パネルおよび前記穿孔装置を前もって決められた量だけ相対的に移動させて前記穿孔装置を次の穿孔位置に位置合わせするステップと、
   Ｄ− 所望の前記孔分配パターンが達成されるまでステップＢおよびステップＣを繰り返すステップと
   を有する方法。
3. 第一の重合ステップがオートクレーブ内で実行され、第二の重合ステップがアウトオブオートクレーブで実行される、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 第一の重合ステップがアウトオブオートクレーブで実行され、第二の重合ステップもアウトオブオートクレーブで実行される、請求項１または請求項２に記載の方法。
5. 第二の重合圧力が大気圧であるかまたは１バールと１．５バールとの間である、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法。
6. 第一の重合圧力が１バールと１．５バールとの間である、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記表面層、前記非透過性のバッキング層および前記吸音層をそれぞれレイアップして前もって決められているエンジン吸気口の形状に対応したおおむねシリンダ形状またはバレル形状に形成する、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記表面層を組み立て式マンドレルのまわりにレイアップする、請求項７に記載の方法。
9. 前記表面層を先細状のマンドレルのまわりにレイアップすることにより、前記重合された部材を軸方向に沿ってそこから抜き出すことを可能とする、請求項７に記載の方法。
10. 前記吸音層を前記重合された表面層上にレイアップする前に、前記重合された表面層に接着剤層がさらに設けられる、請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法。
11. 前記バッキング層を前記吸音層上にレイアップする前に、前記吸音層に接着剤層がさらに設けられる、請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の方法。
12. 前記表面層のまわりに延設される前記吸音層の端部同士を結合して連続的／シームレスな吸音層を形成するように、前記吸音層を前記重合された表面層上にレイアップする、請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の方法。
13. 前記吸音層が、ハニカム構造を有する複数の離散的な空胴またはセルによって形成される、請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の方法。
14. 前記セルがそれぞれ隔壁を有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記隔壁が、前記表面層に向かって延びるリムまたはテイルを有する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記隔壁が、前記バッキング層に向かって延びるリムまたはテイルを有する、請求項１４に記載の方法。
17. 前記吸音層が、金属製の発泡体またはアルミニウム製のハニカム構造体により形成される、請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の方法。
18. 前記表面層と前記吸音層との間および／または前記吸音層と前記バッキング層との間に電気絶縁層が配設される、請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載の方法。
19. 前記孔が、複数のドリルスピンドルを有するドリルヘッドによって形成される、請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の方法。
20. 前記孔が、前記表面層を形成するために用いられる材料を貫通するように構成されたレーザーによって形成される、請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の方法。
21. 前記レーザーが、複数の孔を同時に形成することを可能とするように構成されたビームスプリッタをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
22. 前記表面層が、前記音響パネルを受け入れて固定するように構成されている回転部材により前記穿孔装置に対して移動される、請求項１乃至２１のうちのいずれか一項に記載の方法。
23. 前記孔の直径が５０ミクロン〜１．６ｍｍまでの範囲である、請求項２０乃至２２のうちのいずれか一項に記載の方法。
24. 前記表面層が１％と３５％との間にある開口パーセントを有する、請求項１乃至２３のうちのいずれか一項に記載の方法。
25. 前記孔は、前記テイルが前記バッキング層に向かって延びる前記隔壁の位置に対応する最大深さまで前記吸音層の中へと延びるかまたは前記隔壁が前記表面層に向かって延びる前記隔壁の前記テイルの位置に対応する最大深さまで前記吸音層の中へと延びる、請求項１乃至２４のうちのいずれか一項に記載の方法。
26. 前記孔が、前記吸音層の前記セルの少なくとも１つの壁であって、隣接するセルの間の境界を形成する壁に一致して並ぶように構成されている、請求項１乃至２５のうちのいずれか一項に記載の方法。
27. 前記孔が、前記吸音層を形成する各セルの壁の少なくとも１部と一致して並ぶように構成される、請求項２６に記載の方法。
28. 実質的に連続的な表面層、非透過性のバッキング層、およびそれらの間に配設され、複数の離散的なセルを有するハニカム構造の吸音層を有している音響パネルを穿孔する方法であって、
    Ａ− 式 ｈ＝ｔ＋ε
    ｈが総穿孔深さ、
    ｔが前記表面層の厚さ、
    εが前記吸音層の中の穿孔深さ、
    によって総穿孔深さｈを前もって決めるステップと、
    Ｂ− 前記表面層の表面における孔と孔との間隔および孔分布パターンを前もって決めるステップと、
    Ｃ− 前記表面層に対して穿孔装置を位置合わせするステップと、
    Ｄ− 前記表面層を前もって決められた前記穿孔深さｈまで穿孔する穿孔ステップと、
    Ｅ− 前記穿孔装置に対して前記音響パネルを移動させて前記穿孔装置を次の穿孔位置に位置合わせするステップと、
    Ｆ− 前記表面層の所望の部分を穿孔するまでステップＤおよびステップＥを繰り返すステップと
    を有する方法。
29. 前記吸音層が隔壁のない単一層の空洞または金属製の発泡体であり、前記吸音層の中の穿孔深さであるεが０．５ｍｍと１ｍｍとの間である、請求項２８に記載の方法。
30. 前記吸音層が、ハニカム壁に接合される二重層の隔壁であり、前記吸音層の中の穿孔深さであるεが０．５ｍｍと５ｍｍとの間である、請求項２８に記載の方法。
31. 前記穿孔ステップおよび前もって決められた前記分布が前記穿孔ステップの開始位置とは関係なく前記表面層に適用される、請求項１乃至３０のうちのいずれか一項に記載の方法。
32. 請求項１乃至３１のうちのいずれか一項に記載の方法によって製造される複合構造体であって、
    重合された透過性の表面層と、
    非透過性のバッキング層と、
    前記表面層と前記バッキング層との間に配設される吸音層と
    を備えてなる、複合構造体。
33. 請求項３２に記載の複合構造体を備えるコンポーネントであって、前記コンポーネントが航空機のエンジンである、コンポーネント。
34. 添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載されている方法。
35. 添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載されている複合構造体。

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