КОНСТРУКЦИЯ С СОТОВЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В НЕСУЩЕЙ ПАНЕЛИ ГОНДОЛЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
STRUCTURE WITH CELLULAR FILLER FOR APPLICATION IN TURBOJET NACELLE BEARING PANEL

Изобретение относится к конструкции с сотовым заполнителем для использования в несущей панели гондолы турбореактивного двигателя, к панели и гондоле, содержащим указанную конструкцию с сотовым заполнителем, а также к способу изготовления указанной конструкции.
Для обеспечения защиты и необходимых эксплуатационных характеристик турбореактивные двигатели самолетов охвачены гондолой. Гондола образована стенками, состоящими из ненесущих и несущих панелей. Несущие панели придают гондоле достаточную жесткость, для чего несущие панели как правило содержат один или несколько слоев конструкций с сотовым заполнителем (часто называемых сотовыми конструкциями). Указанные слои обычно покрыты обшивкой, размещаемой на их внешней поверхности, то есть на поверхности, наиболее удаленной в радиальном направлении от оси двигателя, а также на их внутренней поверхности, то есть на поверхности, наиболее близкой в радиальном направлении к оси двигателя.
При сборке несущей панели составляют вместе различные обшивки и слои, склеиваемые затем в специальной шаблонной форме. Полученное изделие подвергают обжигу в печи, добиваясь обжатия слоев и полимеризации клеящих веществ.
При этом, поскольку турбореактивные двигатели являются источниками сильного звукового загрязнения, существует большая потребность в уменьшении указанного загрязнения, особенно с учетом постоянного роста мощности используемых в настоящее время турбореактивных двигателей.
Для решения этой задачи в качестве некоторых панелей применяют несущие панели акустического типа, внешняя поверхность слоев которых покрыта воздухонепроницаемой обшивкой, называемой также сплошной обшивкой, при этом внутренняя поверхность покрыта перфорированной воздухопроницаемой обшивкой, называемой также акустической обшивкой. Кроме того, акустическая несущая панель может содержать несколько слоев конструкций с сотовым заполнителем, между которыми помещена обшивка с множеством перфораций, называемая также перегородкой. Указанную обшивку вклеивают между конструкциями с сотовым заполнителем путем нагрева при сборке/склеивании панели.
Панели указанного типа образуют акустические резонаторы, обеспечивающие улавливание шума и позволяющие тем самым ослабить распространение звука наружу гондолы.
Конструкция с сотовым заполнителем известного типа содержит по меньшей мере один блок с сотовым заполнителем, имеющий центральную часть, содержащую срединные сотовые ячейки, и две боковые части, содержащие каждая множество соединительных сотовых ячеек.
Акустические свойства несущих панелей указанного типа, то есть их коэффициент поглощения шума, являющийся функцией частоты и громкости шума, зависят, в частности, от соединения указанных блока или блоков, имеющих сотовый заполнитель.
Для соединения соединительных сотовых ячеек часто используют вспенивающий клей, например марки FM410, обладающий высокой способностью к расширению. Прилежащие края блока или блоков с сотовым заполнителем покрывают клеем, при расширении которого за счет утолщения происходит закупорка сотовых ячеек.
С точки зрения промышленного изготовления при использовании клеящих веществ слишком много времени занимает их нанесение и последующее срезание утолщений.
Кроме этого, наличие указанных утолщений приводит к уменьшению эффективной акустической поверхности конструкции с сотовым заполнителем и к возникновению резких разрывов импеданса, что способствуют ухудшению акустических характеристик акустической панели во время работы турбореактивного двигателя.
Из заявки ЕР 1889713 известна конструкция с сотовым заполнителем, в которой соединительные сотовые ячейки имеют дополнительную соединительную стенку. "Соединительная сотовая стенка" по определению не задействована в образовании сотовой ячейки. Соединение осуществлено путем взаимного наложения дополнительных соединительных стенок сотовых ячеек, принадлежащих двум разным зонам соединения, и скручивания указанных двух наложенных друг на друга дополнительных стенок в спираль.
При этом конструкция с сотовым заполнителем указанного типа довольно сложна в изготовлении.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание конструкции с сотовым заполнителем, зона соединения которой проста в изготовлении и эффективна.
Для решения указанной задачи первым аспектом изобретения предусмотрена конструкция с сотовым заполнителем для использования в несущей панели гондолы турбореактивного двигателя, содержащая по меньшей мере один блок с сотовым заполнителем, выполненный с центральной частью, содержащей срединные сотовые ячейки, и по меньшей мере с двумя боковыми частями, содержащими каждая множество соединительных сотовых ячеек, причем по меньшей мере часть указанных соединительных сотовых ячеек имеет по меньшей мере одну дополнительную стенку для образования соединения, отличающаяся тем, что указанный блок или блоки соединены по меньшей мере одной соединительной зоной, полученной путем пробивания двух наложенных друг на друга дополнительных стенок, которыми снабжены соединительные сотовые ячейки, принадлежащие разным боковым частям.
Заявляемая конструкция содержит по меньшей мере одну соединительную зону, образованную путем пробивания двух наложенных друг на друга дополнительных стенок, которыми снабжены соединительные сотовые ячейки, принадлежащие разным боковым частям. Этим обеспечивается простота изготовления соединительной зоны, поскольку требуется только пробить две стенки двух соединительных сотовых ячеек. При этом благодаря отсутствию необходимости в операциях финишной обработки, например в резке, по сравнению с известным аналогом сокращено время изготовления заявляемой конструкции.
Кроме того, предложенное в изобретении соединение путем пробивания обеспечивает эффективное скрепление указанной конструкции, а также возможность получения выигрыша по весу содержащей заявляемую конструкцию панели.
С точки зрения акустики в результате того, что для выполнения соединений при изготовлении заявляемой конструкции нет необходимости в использовании закупоривающего сотовые ячейки клеящего или любого другого вещества, в соединительной зоне панелей, предназначенных для решения акустических задач, уменьшены или полностью устранены разрывы импеданса.
Помимо этого предложенное в изобретении соединение путем пробивания позволяет обойтись без нарушения целостности сотовых ячеек и избежать тем самым нарушения несущей способности полученной конструкции с сотовым заполнителем.
При этом соединение указанного типа можно использовать для конструкций с сотовым заполнителем, образованных из блоков с сотовым заполнителем, содержащих сотовые ячейки разного размера и формы.
Заявляемая конструкция характеризуется одним или несколькими дополнительными признаками, при этом заявляемая конструкция может обладать как одним дополнительным признаком, так и любым сочетанием следующих дополнительных признаков:
дополнительные стенка или стенки развернуты, что облегчает пробивание;
дополнительные стенка или стенки имеют длину, превышающую диаметр пробивания, при этом меньшую или равную длине стороны сотовой ячейки сотового заполнителя;
соединительные и срединные сотовые ячейки выполнены из металла, сплава или композитного материала, подходящего для изготовления указанных ячеек;
заявляемая конструкция содержит множество блоков с сотовым заполнителем, задающих множество соединительных зон, что позволяет выполнить несущую панель с обеспечением требуемой механической прочности и, при необходимости, требуемых акустических свойств;
заявляемая конструкция содержит единственный блок с сотовым заполнителем в сборе с ним, что позволяет сэкономить время, необходимое для изготовления конструкции.
Вторым аспектом изобретения предусмотрено создание несущей панели, отличающейся тем, что содержит заявляемую конструкцию.
В предпочтительном варианте заявляемая панель представляет собой акустическую панель.
Третьим аспектом изобретения предусмотрено создание гондолы, отличающейся тем, что содержит заявляемую панель.
Еще одним аспектом изобретения предусмотрено создание способа изготовления заявляемой конструкции с сотовым заполнителем, при этом указанный способ отличается тем, что содержит следующие этапы:
A) изготавливают по меньшей мере одну дополнительную стенку на боковых сотовых ячейках по меньшей мере одного блока с сотовым заполнителем, задающего две боковые части, охватывающие центральную часть;
B) накладывают друг на друга, по меньшей мере частично, дополнительные стенки соединительных сотовых ячеек, принадлежащих двум разным боковым частям;
C) соединяют указанный блок или блоки путем пробивания наложенных друг на друга дополнительных стенок посредством пробивающего устройства с образованием в результате конструкции с сотовым заполнителем.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения на этапе А дополнительные стенку или стенки изготавливают путем по существу поперечного разрезания блока с сотовым заполнителем, сотовые ячейки которого растянуты.
В другом предпочтительном варианте на этапе В дополнительные стенки накладывают друг на друга, когда соединительные и/или срединные сотовые ячейки не растянуты.
В еще одном предпочтительном варианте на этапе С в качестве пробивающего устройства используют дыропробивные клещи.
Сущность изобретения станет более понятной по прочтении следующего ниже описания, не ограничивающего объема правовых притязаний изобретения и приводимого со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 - вид в разрезе однослойной несущей панели согласно изобретению;
фиг.2 - вид в разрезе двухслойной несущей панели согласно изобретению;
фиг.3 - вид сверху заявляемой конструкции;
фиг.4 - увеличенный вид зоны IV с фиг.3;
фиг.5-7 - различные варианты осуществления конструкции с фиг.4.
Как показано на фиг.1, заявляемая несущая панель 1 типа однослойной акустической панели содержит конструкцию 2 с сотовым заполнителем, образованную из одного или нескольких, в данном случае двух, соединенных между собой блоков А и В с сотовым заполнителем. В случае, если заявляемая конструкция 2 содержит множество блоков А, В с сотовым заполнителем, задающих множество соединительных зон, это позволяет выполнить несущую панель 1 с обеспечением требуемой механической прочности и, при необходимости, требуемого акустического поглощения. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, заявляемая конструкция содержит один единственный блок с сотовым заполнителем в сборе с ним. В результате имеется только одна соединительная зона, что позволяет сэкономить время, необходимое для изготовления конструкции.
Конструкция 2 с сотовым заполнителем помещена между внутренней обшивкой 3 и внешней обшивкой 4.
Указанные два блока А, В с сотовым заполнителем содержат центральную часть 5 со срединными сотовыми ячейками 7а, 7b и в общем случае с несколькими, в данном случае с двумя, боковыми частями 9а, 9b, каждая из которых содержит множество соединительных сотовых ячеек 11а, 11b. Соединительные сотовые ячейки 11а, 11b каждого блока А и В соединены друг с другом с образованием соединительной зоны 13, особенности которой приведены ниже.
Блок может иметь любую геометрическую форму, в том числе по существу квадратную или овальную форму. Боковая часть или части расположены между краем указанного блока и центральной частью. Таким образом, блок по существу квадратной или овальной формы может иметь до четырех боковых частей. В общем случае соединительную зону между множеством блоков можно выполнить на некоторых краях блока или на всех краях блока.
В примере на фиг.3 и 4 срединные сотовые ячейки 7а, 7b и соединительные сотовые ячейки 11а, 11b имеют шестиугольные сечения, образуя тем самым так называемые сотовые конструкции. Помимо шестиугольной, сечение сотовых ячеек 7а, 7b и 11а, 11b может иметь любую другую геометрическую форму. Независимо от формы сечения при образовании из сотовых ячеек 7а, 7b и 11а, 11b так называемых сотовых конструкций указанные ячейки называют растянутыми. Если же указанные ячейки 7а, 7b и 11а, 11b находятся в виде пластин, то есть не в виде сот, их называют нерастянутыми.
Как показано на фиг.1, срединные 7а и соединительные 11а сотовые ячейки блока А в сечении могут быть, например, меньше срединных 7b и соединительных 11b сотовых ячеек блока В, что позволяет обеспечить соответствие условиям, накладываемым на акустические и/или механические параметры техническим заданием производителя.
Предпочтительно выполнить соединительные 11а, 11b и срединные 7а, 7b сотовые ячейки из металла, сплава или композитного материала, чтобы облегчить процесс изготовления указанных ячеек и придать им высокую прочность. Для изготовления внутренней обшивки 3 можно использовать металл типа алюминия или титана, либо ткань, а для изготовления наружной обшивки 4 - многослойный композитный материал или металл типа алюминия или титана.
Несущая панель 1 на фиг.1 является акустической панелью. В этом случае во внутренней обшивке 3 имеются перфорации 15, расположенные напротив срединных сотовых ячеек 7а, 7b и соединительных ячеек 11а, 11b. За счет этого панель обеспечивает поглощение шума, создаваемого при работе турбореактивного двигателя.
В варианте на фиг.2 несущая панель 101 представляет собой заявляемую двухслойную панель, содержащую два слоя блоков с сотовым заполнителем, образованных, соответственно, блоками А, В и А', В'. Указанные слои собраны между собой с помощью известных средств и помещены между внутренней обшивкой 103 и наружной обшивкой 104, аналогичных обшивкам на фиг.1. Остальные составные элементы несущей панели 1 идентичны элементам несущей панели на фиг.1 и снабжены теми же номерами позиций.
Одним из вариантов предусмотрена возможность изготовления несущей панели, в которой количество слоев блоков с сотовым заполнителем превышает 2, в частности, больше или равно 3.
В рассматриваемой двухслойной панели блоки с сотовым заполнителем, то есть соответственно блоки А, В и А', В', соединены между собой в одной или в нескольких соединительных зонах 113.
Сам принцип действия акустической панели типа панели, обозначенной на фиг.1-2 номерами позиций 1 и 101, известен; при этом панель 1, 101 предназначена для монтажа во внутренней стенке гондолы летательного аппарата таким образом, чтобы внутренняя обшивка 3, 103 находилась напротив установленного в указанной гондоле двигателя.
Создаваемый указанным двигателем шум проникает в сотовые ячейки А, В через отверстия 15 во внутренней обшивке 3, 103 и вибрирует внутри указанных срединных сотовых ячеек 7а, 7b и соединительных ячеек 11а, 11b, образующих акустические резонаторы и обеспечивающих тем самым рассеяние акустической энергии и, следовательно, снижение уровня шума. Для улучшения звукопоглощения можно уложить между двумя слоями указанных блоков А, В и А', В' несущей панели 101 перфорированную обшивку, называемую также перегородкой, таким образом, чтобы срединные сотовые ячейки 7а', 7b' и соединительные ячейки 11а', 11b' также образовывали акустические резонаторы.
Как показано на фиг.3 и 4, в заявляемой конструкции 202 соединительные сотовые ячейки 11а и 11b имеют по меньшей мере одну дополнительную стенку 201а и 201b, позволяющую образовать соединение 213.
Указанные блок или блоки А и А' с сотовым заполнителем соединены между собой по меньшей мере одной соединительной зоной 213, полученной путем пробивания двух наложенных друг на друга дополнительных стенок 201а и 201b, отходящих от соединительных сотовых ячеек 11а и 11b, принадлежащих разным боковым частям 9а и 9b (см. фиг.3 и 4). Пробивание, используемое в соответствии с заявляемым изобретением, позволяет получить в соединительной зоне углубление.
Пробивание можно осуществлять под любым углом к по существу наложенным друг на друга дополнительным стенкам 201а и 201b, при условии, что указанный угол обеспечивает эффективность пробивания дополнительных стенок 201а и 201b. В соответствии с вариантом на фиг.3-4, угол пробивания относительно наложенных друг на друга дополнительных стенок 201а и 201b равен по существу 90°.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения дополнительные стенка или стенки 201а и 201b развернуты, что обеспечивает хорошее перекрывание указанных стенок друг с другом. Это способствует улучшению и облегчению пробивания.
В соответствии с одним из вариантов дополнительные стенка или стенки 201а и 201b не развернуты, в частности, если указанные стенки получены в направлении 203 ленты, соответствующем ориентации блока А, В с сотовым заполнителем перед растягиванием (см. фиг.3). При этом направление 204 растягивания перпендикулярно направлению 203 ленты (фиг.3). В общем случае растягивание в направлении 204 позволяет образовать так называемые растянутые сотовые ячейки 7а, 7b и 11а, 11b, то есть получить сотовую конструкцию.
Дополнительные стенка или стенки являются по существу плоскими или имеют небольшой изгиб.
В предпочтительном варианте длина дополнительных стенки или стенок 201а и 201b превышает диаметр пробивания, при этом указанная длина меньше или равна длине стороны сотовой ячейки сотового заполнителя. Дополнительные стенки могут иметь по существу одинаковую или разную длину.
На фиг.3 и 4 показан один из вариантов осуществления изобретения, в соответствии с которым пробивание выполнено на двух блоках А, В с сотовым заполнителем, имеющих особую конфигурацию. Если точнее, дополнительные стенки 201а и 201b установлены на ребре шестиугольника, образованного соединительной сотовой ячейкой 11а, 11b. В соответствии с одним из вариантов дополнительную стенку 201а и 201b можно разместить на одной из сторон соединительной сотовой ячейки 11а, 11b или на ребре указанной ячейки. В соответствии с другим вариантом одна сотовая ячейка имеет по меньшей мере две дополнительные стенки 201а, 201b.
В соответствии с вариантом на фиг.4, на дополнительных стенках 201а и 201b при пробивании указанных стенок пробойником выполнено отверстие 220 с контуром 221. В варианте на фиг.4 контур 221 имеет форму, по существу соответствующую форме воронки. Такой контур можно получить посредством любого известного специалистам пробойника. Как показано на фиг.5, указанный контур можно выполнить изогнутым в большей или меньшей степени с получением крюкообразного изгиба 321. Изогнутый контур 321 такого типа можно получить, например, используя пробойник во взаимодействии с дополнительным наконечником, позволяющим сгибать контур 221. Наличие изогнутого контура, аналогичного показанному на фиг.5, повышает механическую прочность соединительной зоны.
Направление взаимного перекрывания дополнительных стенок 201а и 201b может быть постоянным. При этом дополнительная стенка 201b, принадлежащая соединительной сотовой ячейке 11b, принадлежащей одному из блоков В, может, по меньшей мере частично, систематическим образом перекрывать дополнительную стенку 201а, принадлежащую соединительной сотовой ячейке 11а, принадлежащей другому блоку А (см. фиг.3). В соответствии с одним из вариантов сначала дополнительная стенка 201b по существу перекрывает дополнительную стенку 201а, затем, наоборот, дополнительная стенка 201а по существу перекрывает дополнительную стенку 201b. В еще одном варианте направление перекрывания дополнительной стенкой не является постоянным (см. фиг.6). При этом пробивание можно осуществлять в одном направлении, меняя направление пробивания с одного на другое по очереди или в случайном порядке (см. фиг.7).
Другим аспектом изобретения предусмотрен способ, использование которого позволяет изготовить конструкцию 2, 102, 202 с сотовым заполнителем и который содержит следующие этапы:
A) изготавливают по меньшей мере одну дополнительную стенку 201а, 201b на боковых сотовых ячейках 11а, 11b по меньшей мере одного блока А, В с сотовым заполнителем, задающего две боковые части 9а, 9b, охватывающие центральную часть 5а, 5b;
B) накладывают друг на друга, по меньшей мере частично, дополнительные стенки 201а, 201b соединительных сотовых ячеек 11а и 11b, принадлежащих двум разным боковым частям 9а и 9b;
C) соединяют между собой указанные блок или блоки А, В путем пробивания наложенных друг на друга дополнительных стенок 201а, 201b посредством пробивающего устройства с образованием в результате заявляемой конструкции 2, 102 и 202 с сотовым заполнителем.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения на этапе А изготавливают дополнительные стенку или стенки 201а, 201b путем по существу поперечного разрезания блока А, В с сотовым заполнителем, соединительные сотовые ячейки 11а, 11b и/или срединные сотовые ячейки 7а, 7b которого растянуты, то есть стенки были по существу вытянуты для образования сотовой конструкции. В одном из вариантов дополнительные стенки 201а и 201b закрепляют на соединительных ячейках 11а, 11b, вне зависимости от того, растянуты указанные ячейки или нет. В соответствии с еще одним вариантом дополнительные стенки 201а, 201b изготавливают в процессе изготовления соединительных сотовых ячеек 11а, 11b, вне зависимости от того, растянуты указанные ячейки или нет.
В соответствии с другим вариантом на этапе В дополнительные стенки 201а, 201b накладывают друг на друга, когда соединительные 11а, 11b и/или срединные 7а, 7b сотовые ячейки не растянуты. Указанное наложение можно осуществлять вручную или автоматически.
В соответствии с одним из вариантов на этапе С в качестве пробивающего устройства используют дыропробивные клещи.
Кроме того, заявляемый способ может содержать дополнительный этап D, на котором заявляемую несущую панель изготавливают путем наложения и крепления на заявляемой конструкции 2, 102, 202 перфорированной или неперфорированной внутренней обшивки 2, 103 и внешней обшивки 4, 104. Крепление можно выполнить с помощью любого известного специалистам средства, в частности путем приклеивания. Перед выполнением этапа D можно наложить друг на друга две одинаковые или разные конструкции 2, 102, 202. В этом случае между двумя наложенными друг на друга конструкциями можно уложить и закрепить перегородку. Крепление перегородки можно выполнить с помощью любого известного специалистам средства, в частности путем приклеивания.