АКУСТИЧЕСКОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ
ACOUSTIC GLASING

Настоящее изобретение относится к так называемому акустическому остеклению, т.е. остеклению, обладающему улучшенными характеристиками звукоизоляции.
Более детальное описание остекления, согласно изобретению, будет приведено в контексте его применения на самолетах, в частности в кабине пилотов, но оно также относится к автомобилям, поездам, кораблям или также к зданиям и помещениям (жилому дому, офисам, торговым помещениям и т.д.).
Особой проблемой, поднимаемой в изобретении, является улучшение характеристик звукоизоляции в кабине пилотов самолета, в частности, с целью создания комфортных условий для пилотов. Постоянно осуществляется поиск уменьшения шума внутри кабины пилотов для обеспечения лучшего понимания, в частности переговоров во время полета, уделяя при этом постоянное внимание улучшению условий безопасности.
Другой проблемой является уменьшение веса остекления кабины пилотов, которое не отразится негативно на их акустических характеристиках.
Кроме того, устанавливаемые в самолете остекления должны обеспечивать при любых обстоятельствах и в любых условиях одинаковые эксплуатационные качества, в частности в условиях экстремальных температур и давления, при ударах по остеклению, например, птиц.
Давление, оказываемое на остекления самолетов, меняется при совершении самолетом полета - от давления на земле до давления на большой высоте. Кроме того, существуют значительные перепады давления и температуры между внутренней стороной и внешней стороной остекления. Температуры могут варьировать, например, от приблизительно -60°С с внешней стороны остекления, когда самолет летит, до +20°С с внутренней стороны.
В последующем описании под понятием «внутренний» следует понимать определение, относящееся к внутренней части устройства, в котором устанавливается остекление, такой как внутреннее пространство самолета, а под понятием «внешний» - определение, относящееся к внешнему пространству, такому как пространство, находящееся снаружи самолета. Кроме того, понятие «внешний» будет упоминаться для обозначения непосредственного контакта с внешним пространством или наиболее близкого расположения с внешним пространством. Понятие «внутренний» будет упоминаться для обозначения непосредственного контакта с внутренним пространством или наиболее близкого расположения с внутренним пространством.
Что касается ударов, наносимых птицами, то они производятся, например, при совершении самолетом на большой скорости руления на земле или при полете на малой высоте.
Обычно остекление кабины пилотов самолета состоит из нескольких негнущихся стеклянных или пластиковых слоев, называемых также пакетами, которые соединяются в многослойную структуру. Вес остекления составляет, как правило, 45 или 70 кг. В последующем описании под понятием «остекление» следует понимать минеральное остекление.
Обычная структура, например, следующая (остекление 1, изображенное на фиг.1, которое крепится на корпусе 1а самолета):
- внешний стеклянный слой 10 толщиной 3 мм;
- выполненная из пластического материала (поливинилбутираля (PVB) и (или) полиуретана (PU)) прослойка толщиной от 3 до 9 мм, которая в последующем будет называться внешней прослойкой 11;
- промежуточный стеклянный слой 12 толщиной 8 или 10 мм;
- обычный, лучше негнущийся лист 13 PVB толщиной 2-5 мм;
- внутренний стеклянный слой 14 толщиной 6 или 8 мм.
Вес такого остекления кабины пилотов составляет приблизительно 45 кг.
Как это известно из области автомобилестроения, улучшение акустических характеристик остекления осуществляется путем использования со стороны внешнего остекления акустической прослойки толщиной не более 3 мм, такой как акустический поливинилбутираль (PVB), обладающий относительно коэффициента потерь tanδ и модуля упругости G' особыми свойствами, описание которых приведено, в частности, в американских патентах US 7121380 и US 6821629, которые оба включены ссылкой в настоящую заявку.
Для того, чтобы применить данный принцип использования акустической прослойки в стекле кабины пилотов самолета с целью улучшения его звукоизоляционных характеристик, достаточно заменить акустическим PVB пластическую прослойку толщиной 3 мм, которая прилегает к внешнему стеклянному слою. Однако неожиданным образом обнаружилось, что никакого акустического улучшения наглядно не проявилось, и даже в некоторых частотных областях возникло определенное ухудшение акустических качеств.
Акустические характеристики остекления могут быть представлены в виде репрезентативной кривой изоляции (в дБ) в зависимости от частоты.
На фиг.3 изображены кривые изоляции при температуре 20ºС от 100 до 10000 Гц для обычного остекления самолета, структура которого соответствует структуре, описание которой приведено выше для остекления 1, с остеклениями толщиной, соответственно, 3 мм, 10 мм, 6 мм и пластиковой прослойкой из PU толщиной 3 мм (кривая Ccomp1), а также для остекления, пластиковая прослойка которого из PU толщиной 3 мм была заменена акустическим PVB толщиной 0,38 мм (кривая Ccomp2).
Отмечается ухудшение в диапазоне от 600 Гц до 2500 Гц с потерей изоляции от 2 до 3 дБ при частотах 800-2000 Гц, входящих в состав звуковых частот, что противоречит преследуемой цели улучшения характеристик звукоизоляции.
Таким образом, целью предлагаемого изобретения является производство акустического остекления, в частности, для использования в авиации с улучшенными характеристиками звукоизоляции, обладающего свойствами упругости, прочности и герметичности, наличие которых, в частности, желательно в авиации для обеспечения требований безопасности, причем оно, в частности, должно обладать устойчивостью к удару птицы и герметичностью при повышении давления воздуха.
Изобретатели, в частности, показали, сравнивая с достигнутым уровнем техники, что, используя, по меньшей мере, одну внешнюю прослойку, которая является акустической, но и увеличивая толщину стеклянного слоя с 3 до 5 мм, удается получить остекление с улучшенными характеристиками звукоизоляции.
отличается тем, что:
Согласно первому способу реализации изобретения, акустическое остекление содержит первый стеклянный слой, по меньшей мере, одну полимерную прослойку, второй стеклянный слой, слой пластического материала и третий стеклянный слой и
7
2
- полимерная прослойка содержит материал с улучшенными свойствами ослабления звуковых колебаний, имеющий при температуре 20°С и частоте 200 Гц коэффициент потерь tanδ, превышающий или равный 0,6, и модуль упругости G' меньше 2·10 Н/м;
- вес первого стеклянного слоя, расположенного с одной стороны полимерной прослойки, не меньше 20% общего веса остекления, а вес совокупности других элементов, расположенных с другой стороны полимерной прослойки, также не меньше 20% общего веса остекления.
отличается тем, что:
Согласно второму способу практической реализации изобретения, акустическое остекление содержит первый стеклянный слой, по меньшей мере, одну полимерную прослойку и различные комбинированные слои, по меньшей мере, толщиной 15 мм, состоящие из остекления и слоев пластического материала, и
7
2
- полимерная прослойка содержит материал с улучшенными свойствами ослабления звуковых колебаний, имеющий при температуре 20°С и частоте 200 Гц коэффициент потерь tanδ, превышающий или равный 0,6, и модуль упругости G' меньше 2·10 Н/м;
- вес первого стеклянного слоя, расположенного с одной стороны полимерной прослойки, не меньше 20% общего веса остекления, а вес совокупности других элементов, расположенных с другой стороны полимерной прослойки, также не меньше 20% общего веса остекления.
Согласно одному отличительному признаку, первый стеклянный слой и второй стеклянный слой, соединенные с одной и другой сторонами полимерной прослойки, имеют одинаковую толщину.
7
2
Акустический материал, согласно изобретению, имеет, таким образом, коэффициент потерь tanδ, превышающий или равный 0,6, и модуль упругости G' меньше 2·10 Н/мпри температуре 20°С и частоте 200 Гц. Следует напомнить, что коэффициент потерь и модуль упругости измерены известным специалистам способом при помощи анализатора упругости, например, типа METRAVIB.
Акустическая прослойка также аналогична прослойке, описание которой приведено в американских патентах US 7121380 и US 6821629. Прослойка может иметь различную толщину, в частности 0,38 мм, 0,40 мм, 0,45 мм, 0,5 мм, 0,6 мм или 0,76 мм.
Акустическая прослойка выполняется, предпочтительно, на базе акустического поливинилбутираля (PVB). Она может быть соединена с обычной полимерной пленкой, не имеющей улучшенных акустических характеристик, не повредив при этом улучшенные акустические характеристики всего комплекта. Например, состоящий из листов слой, включающий, по меньшей мере, одну акустическую вкладываемую пленку, может иметь строение PVB-полиэтилентерефталат-акрилат-полиэтилентерефталат-PVB. Прослойка может также содержать слой акустического PVB и слой стандартного PVB и (или) полиуретана.
Неожиданным образом обнаружилось, что свойства стеклянного слоя, расположенного против одной из сторон акустической прослойки, независимы относительно свойств стеклянного слоя, расположенного с другой стороны прослойки. Вследствие взаимодействия каждого стеклянного слоя остекления с прослойкой последняя работает, таким образом, в напряжении упругости, обеспечивая смягчение рассеянной энергией колебаний и снижая тем самым уровень шума.
Следовательно, осуществляя неравномерное распределение массы остекления согласно различной толщине каждого составного элемента и вставляя, по меньшей мере, одну акустическую промежуточную пленку, удается получить остекление с улучшенными характеристиками звукоизоляции, в частности, в отношении аэродинамических шумов.
И неожиданным образом (применительно к используемому в самолете остеклению) оказывается, что, если масса каждого элемента, расположенного с одной и другой стороны внешней прослойки, выполненной, в частности, из акустического PVB, не изменена по сравнению с массой элементов обычного остекления, используемого в самолете, то акустическая прослойка не позволяет получить улучшенные характеристики.
Согласно одному варианту практической реализации изобретения, толщина первого стеклянного слоя составляет от 3 до 8 мм, толщина полимерной прослойки составляет, по меньшей мере, 0,38 мм, а остекление содержит напротив первого стеклянного слоя соединенную с полимерной прослойкой композиционную конструкцию в виде листов, образованную, по меньшей мере, одним стеклянным слоем толщиной от 5 до 10 мм и расположенным против полимерной прослойки напротив первого слоя, слоем, выполненным из пластического материала, и дополнительным стеклянный слоем толщиной от 3 до 10 мм.
Согласно отличительному признаку, слой пластического материала имеет толщину от 1 до 10 мм и выполнен из стандартного поливинилбутираля и (или) полиуретана.
И, наконец, такое акустическое остекление может быть предназначено для использования в различных случаях для улучшения звукоизоляции устройства, в котором оно размещено. Оно может представлять собой, например, остекление самолета, автомобиля, железнодорожного транспортного средства или также остекление здания.
Описание других деталей предлагаемого изобретения будет приведено со ссылкой на фигуры чертежа, на которых:
- фиг.1 изображает в схематическом виде частичный разрез обычного остекления самолета;
- фиг.2 представляет собой частичный схематический вид разреза остекления согласно изобретению;
- фиг.3 изображает кривые изоляции для остекления согласно изобретению и остекления для сравнения.
Фиг.1 и 2 выполнены не в масштабе, что позволяет облегчить их понимание.
Описание фиг.1 было приведено выше со ссылкой на предшествующий уровень техники.
На фиг.2 изображено остекление 2 согласно изобретению, содержащее следующие составные элементы:
- первый стеклянный слой 20, предназначенный, например, для того, чтобы находиться в контакте с внешним пространством в положении остекления, поднятом до его окончательного места назначения. Толщина данного стеклянного слоя составляет, предпочтительно, 5 мм;
- акустическую полимерную прослойку 21, выполненную из акустического PVB. Толщина прослойки, предпочтительно, не превышает 3 мм;
- промежуточный стеклянный слой 22. Толщина этого стеклянного слоя составляет, предпочтительно, 10 мм;
- упругий слой 23, лучше выполненный из PVB, толщина которого составляет, предпочтительно, 5 мм. Речь идет об обычном неакустическом поливинилбутирале (PVB);
- дополнительный стеклянный слой 24, предназначенный для того, чтобы находиться, например, в контакте с внутренним пространством устройства, в котором установлено остекление. Толщина этого стеклянного слоя составляет, предпочтительно, 6 мм.
Безусловно, толщина каждого из составных элементов остекления может варьировать, в частности, в районе около 40%, в частности 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 8%, 5%, 3% или 1%.
Как уже говорилось выше, недостаточно использовать акустическую прослойку, располагая ее где бы то ни было в стекле, для достижения желаемого ослабления шума в устройстве, в котором установлено остекление. Используемое в самолете остекление значительно толще и тяжелее автомобильного остекления, и оказывается, что не представляется возможным заменять решение, разработанное для автомобильного остекления, решением, разработанным для используемого в самолете остекления.
В изобретении также предлагается остекление, которое содержит прослойку с улучшенными характеристиками ослабления звуковых колебаний и в котором вес составных элементов остекления с одной и другой сторон прослойки уравновешивается таким образом, чтобы данный вес не был меньше 20% общего веса остекления.
Таким образом, вес внешнего слоя 20 не должен быть меньше 20% общего веса остекления как веса совокупности слоев 22, 23 и 24.
Предпочтительно, вес совокупности составных элементов с каждой стороны прослойки не меньше 30% общего веса остекления, даже не меньше 31,25%. Безусловно, процентное содержание свыше 31,25% и до включительно 50%, такое как 35, 37, 40, 42, 45 и 50%, включено во все значения, требуемые изобретением.
Вес может легко регулироваться за счет количества стеклянных листов и (или) их толщины с каждой стороны акустической полимерной прослойки.
7
2
Акустическая полимерная прослойка 21 имеет при температуре 20°С и частоте 50 Гц или, предпочтительно, 200 Гц коэффициент потерь tanδ, превышающий или равный 0,6, и модуль упругости G' меньше 2·10 Н/м.
Французская заявка 9614404 и немецкая заявка 19705586.3 включены в виде ссылки и содержат описание, например, акустических пленок для изобретения.
Остекление содержит, согласно предпочтительному способу изобретения, внешний стеклянный слой 20 толщиной 5 мм, акустическую полимерную прослойку 21 и напротив внешней прослойки комбинированную конструкцию из остекления и пластических слоев толщиной, по меньшей мере, 15 мм.
Другим предпочтительным способом практической реализации согласно изобретению является остекление, содержащее внешний стеклянный слой толщиной от 3 до 8 мм, по меньшей мере, 0,38 мм акустического поливинилбутираля для образования полимерной прослойки, по меньшей мере, 5-8 мм промежуточного остекления, слой пластического материала и, по меньшей мере, 3-10 мм внутреннего остекления.
Акустическая полимерная прослойка выполнена на базе акустического PVB. Слой акустического PVB может быть единым или вариативным, комбинироваться со слоем, выполненным из неакустического пластического материала, такого как стандартный PVB или полиуретан (PU), не оказывая влияния на свойства ослабления упомянутого акустического слоя. Можно, например, предусмотреть слой акустического PVB толщиной 0,38 мм или 0,76 мм, соединенный со слоем PU толщиной 9,6 мм или 5,3 мм.
На фиг.3 изображена кривая С1 изоляции примера остекления согласно изобретению.
Остекление, соответствующее этой кривой, содержит:
- первый стеклянный слой 20 толщиной 5 мм;
- выполненную из акустического поливинилбутираля (PVB) прослойку из пластика толщиной 0,38 мм;
- промежуточный стеклянный слой 22 толщиной 10 мм;
- упругий слой 23 стандартного PVB толщиной 5 мм;
- дополнительный стеклянный слой 24 толщиной 6 мм.
Отчетливо видно, что слой С1 находится выше сравниваемых слоев Ccomp1, Ccomp2, описание которых приведено выше, которые соответствуют остеклениям, не отвечающим требованиям изобретения. Данный пример остекления согласно изобретению обеспечивает, таким образом, значительно более хорошую звукоизоляцию.
С примером, согласно изобретению, было проведено сравнение другого остекления (кривая Ccomp3), акустический PVB которого был заменен PU толщиной 2 мм, а именно содержащего:
- первый стеклянный слой 10 толщиной 5 мм;
- выполненную из PU прослойку из пластика 11 толщиной 2 мм;
- промежуточный стеклянный слой 12 толщиной 10 мм;
- выполненный из PVB упругий слой 13 толщиной 5 мм;
- дополнительный стеклянный слой 14 толщиной 6 мм.
Видно, что его кривая Ccomp3 в целом находится ниже кривой С1 и не обладает, таким образом, свойствами изоляции, аналогичными примеру согласно изобретению.
Таким образом, в изобретении предлагается остекление, которое для обеспечения улучшенных характеристик звукоизоляции нуждается не только в наличии акустической полимерной прослойки, но также в соответствующем рассредоточении масс составных элементов с одной и другой сторон акустической прослойки для обеспечения в достаточной степени равномерного рассредоточения эквивалентных жесткостей элементов с одной и другой сторон акустической полимерной прослойки.