СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУРЫ С ЯЧЕИСТЫМИ СЕРДЦЕВИНАМИ ДЛЯ ГОНДОЛЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF MAKING TURBOJET NACELLE STRUCTURE WITH CELLULAR CORES

Изобретение относится к способу изготовления структуры с ячеистыми сердцевинами, используемой в конструктивной панели гондолы турбореактивного двигателя.
Изобретение также относится к панели и гондоле, содержащим указанную структуру с ячеистыми сердцевинами.
Турбореактивный двигатель летательного аппарата окружен гондолой, которая защищает собой двигатель и обеспечивает его надлежащее функционирование. Такая гондола образована стенками, состоящими из ненесущих панелей и несущих конструктивных панелей. Последние придают гондоле требуемую жесткость. Для этого в их состав обычно вводят один или несколько слоев, содержащих структуру с ячеистыми сердцевинами (такие структуры традиционно называют «сотовыми»). Указанные слои, как правило, покрывают обшивкой, размещаемой на их так называемой внешней стороне, т.е. на стороне, наиболее удаленной в радиальном направлении от оси двигателя, а также на их внутренней стороне, т.е. на стороне, наиболее близкой в радиальном направлении к оси двигателя.
Затем производят сборку конструктивной панели, размещая в надлежащем порядке различные обшивки и слои, которые далее склеивают друг с другом в специальной форме с получением требуемого профиля. Созданное изделие подвергают обжигу в печи, обеспечивая скрепление слоев и полимеризацию клеев.
Между тем, турбореактивные двигатели являются источниками сильного шумового загрязнения. Соответственно, существует насущная потребность в уменьшении этого загрязнения, тем более что используемые в настоящее время турбореактивные двигатели становятся все более и более мощными.
Для этого в качестве некоторых конструктивных панелей применяют акустические конструктивные панели, слои которых обычно покрыты с внешней стороны воздухонепроницаемой обшивкой, называемой «сплошной» обшивкой, а с внутренней стороны - перфорированной воздухопроницаемой обшивкой, называемой «акустической».
Кроме того, акустическая конструктивная панель может включать в себя несколько слоев структур с ячеистыми сердцевинами, между которыми размещена обшивка с множеством отверстий, называемая «перегородкой». Эту обшивку вклеивают между структурами с ячеистыми сердцевинами посредством нагрева на этапе сборки/склеивания панели.
Такие панели образуют акустические резонаторы, обеспечивающие «улавливание» шума и, следовательно, ослабление звукоизлучения в направлении внешней стороны гондолы.
Как известно из уровня техники, структура с ячеистыми сердцевинами включает в себя по меньшей мере один блок с ячеистыми сердцевинами, содержащий центральную часть с серединными луночными ячейками и две боковые части, каждая из которых имеет множество соединительных луночных ячеек.
Акустические свойства акустической конструктивной панели, т.е. присущие ей коэффициенты поглощения шума, представляющие собой функцию от частоты и громкости шума, зависят, в частности, от способа присоединения блоков с ячеистой сердцевиной.
Соединительные луночные ячейки традиционно присоединяют посредством вспенивающегося клея, например марки FM410, обладающего высокой способностью к расширению. Смежные края блока или блоков с ячеистыми сердцевинами покрывают клеем, который в процессе расширения закупоривает луночные ячейки, обуславливая тем самым появление зон чрезмерной толщины.
В условиях промышленного производства время, необходимое для нанесения такого клея, а также для срезания зон чрезмерной толщины, оказывается слишком большим.
Другой неблагоприятный эффект от указанных зон чрезмерной толщины состоит в том, что уменьшается эффективная акустическая поверхность структуры с ячеистыми сердцевинами, а также возникают неожиданные разрывы сопротивления передачи звуковых волн, способствующие ухудшению характеристик акустической панели в процессе работы турбореактивного двигателя.
Из заявки WO 2008/113904 известна структура с ячеистыми сердцевинами, в которой краевые луночные ячейки, расположенные по краям нескольких блоков с луночными ячейками, составляющих указанную структуру, разрезаны секциями и вставлены друг в друга с обеспечением взаимного соединения указанных блоков.
Однако в отношении такой структуры с ячеистыми сердцевинами требуется проводить операции по поддержанию неизменным ее состояния, осуществляемые путем создания в ней напряжений, что усложняет процесс изготовления.
Кроме того, данный вариант осуществления не позволяет обеспечить оптимальную прочность на изгиб.
Таким образом, одна из задач настоящего изобретения заключается в разработке структуры с ячеистыми сердцевинами, которая является простой в изготовлении и имеет достаточно высокую прочность на изгиб.
Другая задача изобретения состоит в разработке структуры с ячеистыми сердцевинами, которая обеспечивает эффективное поглощение акустической панелью шумов, исходящих от турбореактивного двигателя.
В рамках решения поставленной задачи в соответствии с первым аспектом изобретения предложен способ изготовления структуры с ячеистыми сердцевинами, которая может быть использована в конструктивной панели гондолы турбореактивного двигателя и которая содержит по меньшей мере один блок с ячеистыми сердцевинами, имеющий центральную часть с серединными луночными ячейками и по меньшей мере две боковые части, каждая из которых имеет боковые луночные ячейки, при этом данный способ включает следующие этапы:
A) формирование соединительных стенок на боковых луночных ячейках, причем данные соединительные стенки обладают возможностью взаимодействия друг с другом с формированием соединительной зоны,
B) разгибание сформированных указанным образом соединительных стенок,
С) соединение торцом к торцу разогнутых стенок, принадлежащих двум разным боковым частям, осуществляемое таким образом, что указанные соединительные стенки перемежаются друг с другом с формированием соединительной зоны.
Благодаря соединению одного или нескольких блоков с ячеистыми сердцевинами путем перемежения соединительных стенок удается избежать возникновения напряжений в структуре, получаемой с использованием предлагаемого способа. Это достигается тем, что соединение осуществляют простым переплетением указанных стенок без необходимости их соприкосновения друг с другом.
Также в изобретении имеет место повышение прочности на изгиб. Дело в том, что поскольку соединительные стенки в большинстве своем не соприкасаются друг с другом, каждая из них может свободно деформироваться, не воздействуя при этом на другие стенки. Кроме того, усилия передаются через внешние обшивки от одной обшивки к другой, что позволяет предотвратить концентрацию усилий по оси соединения.
Заметим также, что структура с ячеистыми сердцевинами, получаемая в результате применения предлагаемого способа, обладает тем преимуществом, что не происходит закупоривания луночных ячеек в месте взаимного соединения блоков с ячеистыми сердцевинами. Соответственно, эта структура обеспечивает исключительно эффективное поглощение шума, создаваемого при работе турбореактивного двигателя.
В соответствии с другими вариантами изобретения, предлагаемый способ включает в себя один или несколько перечисленных ниже необязательных признаков, которые могут рассматриваться по отдельности или во всевозможных комбинациях:
- длина (е) каждой соединительной стенки больше или равна наибольшей длине боковых и/или серединных луночных ячеек, что позволяет повысить прочность на изгиб;
- соединяют торцом к торцу боковые части, принадлежащие блокам с ячеистыми сердцевинами, у которых боковые и серединные луночные ячейки имеют разные размеры, что позволяет регулировать механическую прочность структуры согласно предъявляемым к ней требованиям;
- на этапе А раскрывают краевые луночные ячейки, находящиеся на краях боковой части подлежащего присоединению блока, и луночные ячейки, смежные с указанными краевыми луночными ячейками, формируя таким образом соединительные стенки; в результате обеспечивается простое и эффективное формирование соединительных стенок;
- краевые и смежные луночные ячейки раскрывают путем рассечения боковой стороны и/или стенки луночной ячейки, что позволяет добиться оптимального раскрытия луночных ячеек;
- предложенный способ включает в себя дополнительный этап D, на котором состояние перемежения, достигнутое на этапе С, поддерживают с помощью фиксирующих элементов, в частности скоб или скреп, что позволяет добиться надежного поддержания структуры с ячеистыми сердцевинами без создания в ней напряжений.
Согласно второму аспекту изобретения, оно относится к конструктивной панели для гондолы, окружающей турбореактивный двигатель, которая характеризуется тем, что снабжена по меньшей мере одной структурой с ячеистыми сердцевинами, изготовленной предложенным способом.
В предпочтительном случае заявленная панель представляет собой акустическую панель, в которой указанные структура или структуры с ячеистыми сердцевинами покрыты с одной из своих сторон воздухонепроницаемой внешней обшивкой, а с другой своей стороны - перфорированной внутренней обшивкой, что позволяет использовать преимущества такой структуры в составе акустической конструктивной панели.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения, панель содержит по меньшей мере две наложенные друг на друга структуры с ячеистыми сердцевинами, что позволяет повысить механическую прочность предлагаемой панели.
Согласно еще одному аспекту изобретения, оно относится к гондоле двигателя летательного аппарата, характеризующейся тем, что она содержит по меньшей мере одну панель, описанную выше.
В предпочтительном случае указанные конструктивная панель или конструктивные панели размещены в зоне воздухозаборника этой гондолы.
Суть изобретения становится более понятной из ознакомления с нижеследующим описанием, не ограничивающим объем правовой охраны изобретения и изложенным со ссылкой на сопутствующие чертежи.
Фиг.1 в разрезе изображает однослойную конструктивную панель, выполненную согласно изобретению;
фиг.2 в разрезе изображает двухслойную конструктивную панель, выполненную согласно изобретению;
фиг.3 схематично иллюстрирует заявленный способ;
фиг.4 сверху изображает структуру, полученную заявленным способом;
фиг.5 спереди изображает луночную ячейку, используемую согласно настоящему изобретению;
фиг.6 иллюстрирует вариант изобретения, альтернативный по отношению к варианту, проиллюстрированному на фиг.3.
Как следует из фиг.1, заявленная конструктивная панель 1 может представлять собой однослойную акустическую панель, содержащую предлагаемую структуру 2 с ячеистыми сердцевинами, образованную одним или несколькими, в данном случае двумя соединенными друг с другом блоками А, В с ячеистыми сердцевинами. В случае когда используется лишь один блок с ячеистыми сердцевинами, он соединен сам с собой и образует, например, по существу цилиндрическую структуру с ячеистыми сердцевинами, которую можно использовать в воздухозаборнике гондолы.
Используемые блок или блоки А, В с ячеистыми сердцевинами могут иметь любую геометрическую форму, в частности квадратную или любую иную требующуюся форму.
В случае если предлагаемая структура 2 содержит группу блоков А, В с ячеистыми сердцевинами, ограничивающих собою группу соединительных зон, каждый блок можно выбирать из расчета обеспечения необходимой механической прочности и, если требуется, нужных характеристик звукопоглощения.
Структура 2 с ячеистыми сердцевинами размещена между внутренней обшивкой 3 и внешней обшивкой 4, обеспечивающими возможность передачи механических усилий. Кроме того, указанные обшивки 3 и 4 придают структуре 2 с ячеистыми сердцевинами свойства единого элемента.
Указанные два блока А, В с ячеистыми сердцевинами включают в себя центральную часть 5, содержащую серединные луночные ячейки 7а, 7b, и обычно несколько, а в данном случае две боковые части 9а, 9b, каждая из которых содержит группу боковых луночных ячеек 11а, 11b. Один блок может иметь, например по меньшей мере четыре боковые части. Боковые луночные ячейки 11а, 11b каждого блока А, В являются смежными с соединительной зоной 13, особенности которой рассматриваются ниже.
Как показано на фиг.3 и 4, серединные луночные ячейки 7а, 7b и боковые луночные ячейки 11а, 11b имеют в данном случае шестиугольные сечения, образуя так называемые сотовые структуры. Возможен также вариант, когда эти ячейки имеют сечения любой другой геометрической формы, отличной от шестиугольной.
Как можно видеть на фиг.1, сечение серединных 7а и боковых 11а луночных ячеек блока А может быть, например, меньше сечения серединных 7b и боковых 11b луночных ячеек блока В, с тем чтобы структура отвечала акустическим и/или механическим требованиям, содержащимся в техническом задании производителя.
В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения, боковые 11a, 11b и серединные 7а, 7b луночные ячейки выполнены из металла, сплава или композитного материала, что позволяет облегчить изготовление этих ячеек и придать им высокую механическую прочность. Для изготовления внутренней обшивки 3 можно использовать металл типа алюминия или титана, либо какую-нибудь ткань, а для внешней обшивки 4 - многослойный композитный материал или металл типа алюминия или титана.
Показанная на фиг.1 конструктивная панель 1 представляет собой акустическую панель. В данном случае во внутренней обшивке 3 выполнены перфорации 15, находящиеся напротив серединных 7а, 7b и боковых 11a, 11b луночных ячеек. Благодаря этому конструктивная панель 1 способна поглощать звуковые помехи, создаваемые при работе турбореактивного двигателя.
В соответствии с альтернативным вариантом, представленным на фиг.2, предложенная конструктивная панель 101 представляет собой двухслойную панель, имеющую два слоя блоков с ячеистой сердцевиной, которые образованы, соответственно, блоками А, В и А', В'. Указанные слои соединяются друг с другом с помощью известных средств и размещаются между внутренней обшивкой 103 и внешней обшивкой 104, которые аналогичны обшивкам, показанным на фиг.1. Остальные элементы конструктивной панели 101 идентичны элементам конструктивной панели 1, показанной на фиг.1, в связи с чем сохранены их соответствующие номера позиций.
Согласно одному из вариантов изобретения, конструктивная панель содержит некоторое число слоев блоков с ячеистыми сердцевинами, например, в количестве, превышающем 2, в частности, большем или равном 3.
В изображенной двухслойной панели блоки с ячеистыми сердцевинами с одной стороны А, В и с другой А', В' соединены друг с другом посредством одной или нескольких соединительных зон 113.
Принцип действия акустических панелей 1 и 101, показанных на фиг.1 и 2, сам по себе известен из уровня техники. Панели 1, 101 предназначены для размещения во внутренней стенке гондолы летательного аппарата, предпочтительно в зоне воздухозаборника указанной гондолы, таким образом, чтобы внутренняя обшивка 3, 103 находилась напротив установленного в этой гондоле двигателя.
Создаваемый двигателем шум проникает в луночные ячейки А, В через отверстия 15, выполненные во внутренней обшивке 3, 103, и начинает вибрировать внутри серединных 7а, 7b и боковых 11a, 11b луночных ячеек, образующих акустические резонаторы. В результате происходит рассеяние акустической энергии и, следовательно, снижение уровня шума. В целях повышения эффективности звукопоглощения, между двумя слоями блоков А, В и А', В' с ячеистыми сердцевинами конструктивной панели 101 можно предусмотреть перфорированную обшивку, называемую также «перегородкой», вследствие чего серединные 7а', 7b' и боковые 11a', 11b' луночные ячейки блоков А', В' тоже будут образовывать акустические резонаторы.
На фиг.3 и 4 проиллюстрировано как структуру 202 с ячеистыми сердцевинами, используемую в предлагаемой конструктивной панели, можно получить посредством заявленного способа, включающего в себя этап А, обозначенный стрелкой 30, этап В (стрелка 31) и этап С (не показан).
На этапе А на боковых луночных ячейках 11a, 11b формируют соединительные стенки 36, причем указанные стенки могут взаимодействовать друг с другом, образуя соединительную зону.
Для этого в соответствии с вариантом, представленным на фиг.3, предусматривается раскрывать краевые луночные ячейки 33a, 33b, находящиеся на краю боковой части 9а, 9b одного или нескольких подлежащих соединению блоков А, В, а также луночные ячейки 34а, 34b, смежные с указанными краевыми луночными ячейками 33a, 33b, формируя тем самым соединительные стенки 36. Таким образом формируют соединительные стенки 36 на боковых луночных ячейках 11a, 11b, причем эти соединительные стенки 36 могут взаимодействовать друг с другом, образуя соединительную зону, что является преимуществом.
Согласно данному варианту изобретения, краевые 33a, 33b и смежные 34а, 34b луночные ячейки раскрывают путем рассечения боковой стороны и/или стенки луночной ячейки с помощью любого известного специалистам средства. Так, например, разрез можно выполнить каким-либо режущим инструментом типа ножниц.
В соответствии с другим вариантом изобретения (не показан) можно использовать один или несколько блоков с ячеистыми сердцевинами, соединительные стенки которых формируют в процессе изготовления этих блоков. В соответствии с еще одним вариантом изобретения, соединительные стенки можно наложить с помощью любого известного специалистам средства на уже сформированный блок с ячеистыми сердцевинами.
На этапе В сформированные упомянутым образом соединительные стенки 36 разгибают с помощью любого известного специалистам средства, в частности щипцов. Благодаря разгибанию соединительных стенок 36 удается получить соединительную зону большей длины.
Как показано на фиг.4, на этапе С соединяют торцом к торцу разогнутые упомянутым образом стенки 46, принадлежащие двум разным боковым частям 9а, 9b, в результате чего указанные соединительные стенки перемежаются друг с другом, формируя соединительную зону 213.
В результате достигается преимущество, состоящее в том, что полученная с использованием предлагаемого способа структура с ячеистыми сердцевинами не закупоривает луночные ячейки в зоне соединения блоков с ячеистыми сердцевинами. Соответственно, эта структура обеспечивает эффективное поглощение шума, возникающего при работе турбореактивного двигателя.
В соответствии с одним из вариантов изобретения, соединительные стенки 46 разгибают таким образом, чтобы разместить их по существу параллельно друг другу, вследствие чего разогнутые стенки перемежаются друг с другом наподобие гребенки.
Предлагаемая структура 201 может быть сформирована из одного блока, который соединен сам с собой, или посредством соединения группы ячеистых блоков, в частности двух блоков А, В или трех ячеистых блоков.
Разогнутые соединительные стенки 46 могут в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения иметь длину е, превышающую или равную наибольшей длине l боковой или серединной луночной ячейки большего размера.
Наибольшая длина l определяется как наибольшее расстояние между двумя краями луночной ячейки, которые не являются непосредственно смежными. В случае с луночными ячейками правильной формы эта наибольшая длина l соответствует диаметру окружности, вписанной в луночную ячейку большего размера или описывающей эту ячейку.
Перемежение на этапе С может быть выполнено в «ленточном» направлении 51, соответствующем ориентации блока А, В с ячеистой сердцевиной перед расширением (см. фиг.5). Что касается направления 53 «расширения», то оно перпендикулярно ленточному направлению 51 (см. фиг.5). В соответствии с одним из вариантов, можно соединять один блок в «ленточном» направлении, а другой - в направлении «расширения».
Под направлением «расширения» понимается то направление, в котором раскрывают серединные 7а, 7а', 7b, 7b' и боковые 11a, 11a', 11b, 11b' луночные ячейки при формировании раскрытых ячеек, способных улавливать звук, формируя тем самым сотовую структуру.
Таким образом, в случае, проиллюстрированном на фиг.3, перемежение осуществлено в ленточном направлении.
Предусмотрена также возможность ситуации, когда раскрытие луночных ячеек 11a, 11b обеспечивает перемежение в направлении расширения, как это показано на фиг.6.
В соответствии с одним из вариантов изобретения, на этапе С соединяют торцом к торцу по меньшей мере два блока с ячеистыми сердцевинами, боковые и серединные луночные ячейки которых имеют разные размеры. В альтернативном случае один блок с ячеистыми сердцевинами может включать в себя боковые и серединные луночные ячейки разных размеров.
Таким образом, в случае когда соединяют по меньшей мере два блока с ячеистыми сердцевинами разных размеров, наибольшая длина l берется на основании боковых и серединных луночных ячеек большего размера, имеющихся в блоке А и/или в блоке В.
В случае же когда соединяют два блока, содержащие боковые и серединные луночные ячейки по существу одинакового размера, наибольшая длина l берется на основании любой боковой или серединной луночной ячейки.
В соответствии с одним из вариантов изобретения, предлагаемый способ включает в себя дополнительный этап D, на котором положение перемежения, достигнутое на этапе С, поддерживают с помощью фиксирующих элементов.
В качестве указанных фиксирующих элементов можно использовать, например, скобы или скрепы, что гарантирует надежное поддержание.
Соединение можно поддерживать неизменным за счет уплотнения в камере перед обжигом до нанесения обычного клея между соединенными таким образом блоками с ячеистыми сердцевинами, что позволяет закрепить внешнюю обшивку.
Полученная посредством предлагаемого способа структура 2, 102, 202 имеет одну или несколько соединительных зон 13, 113, 213, в которых не создается напряжений. Это значит, что заявленный способ более прост в исполнении, чем решения известного уровня техники.
Кроме того, стенки в большинстве своем не соприкасаются друг с другом, что позволяет обеспечить высокую прочность на изгиб. Это объясняется тем, что каждая из соединительных стенок 46 может деформироваться независимо от остальных стенок. Благодаря перемежению блоков с ячеистыми сердцевинами удается добиться передачи усилий от одной внешней обшивки к другой с предотвращением концентрации указанных усилий по оси соединения.