СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ
METHOD FOR MAKING SOUND-ABSORBING CONSTRUCTION

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к способу изготовления звукопоглощающей конструкции (ЗПК) резонансного типа, предназначенной для использования в звукопоглощающих панелях турбореактивного двигателя и в транспортной технике, в том числе при изготовлении проточных трактов современных авиационных двигателей. Кроме того, рассматриваемые звукопоглощающие конструкции могут быть использованы для объектов железнодорожного и водного транспорта, автомобильных магистралей, строительства, промышленного оборудования.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ изготовления звукопоглощающей конструкции, при котором очищают и обезжиривают поверхности каждого слоя конструкции, подлежащие склеиванию. Наносят на оба торца двух сотовых панелей, имеющих множество торцевых ячеек, клей. Последовательно укладывают на поверхность сплошного облицовочного листа первой сотовой панели тонкий лист из неметаллического материала. Затем укладывают на его поверхность вторую сотовую панель и перфорированный облицовочный лист. Полученную сборку сжимают и производят отверждение клея. В качестве сотовых панелей используют стеклопластиковый сотовый заполнитель марки ССП-1-10Т. В качестве облицовочных листов используют листы стеклопластика марки КМКС 2.120.Т.10.37, один из которых перфорирован расположенными в шахматном порядке отверстиями диаметром 2,0 мм, со степенью перфорации 9-11%. В качестве клея используют эпоксидный клей марки ВК-36 или марки Hisol ЕА 9657. В качестве тонкого листа из неметаллического материала используют клеящую эпоксидную пленку марки Sun Skin НС 9837.1 (патент RU №2435669 от 10.12.2011 г.). Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - способ изготовления звукопоглощающей конструкции из композиционного материала, при котором очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащих склеиванию; наносят клей на оба торца заполнителя, имеющих множество торцевых ячеек; последовательно укладывают на торцевые поверхности заполнителя облицовочные листы, один из которых перфорирован; после чего полученную сборку сжимают и производят отверждение клея.
К недостаткам известного способа, принятого за прототип, относится то, что изготовленная по данному способу звукопоглощающая конструкция имеет невысокую эффективность шумоглушения и недостаточную широкополосность, в частности, в дискретном спектре поглощения, т.е. в эффективном поглощении звука в узком спектре частот и минимальном поглощении во всем остальном диапазоне вследствие того, что ячейки выполнены в виде резонаторов одинакового объема и формы, что приводит к взаимовлиянию и значительному снижению акустической эффективности. Кроме того, при изготовлении возможны отклонения (в т.ч. несущественные) от проектировочных размеров, которые приводят к снижению акустической эффективности (эффективности шумогашения), а так же к изменению рабочей резонансной частоты, на которую настраивалась ЗПК.
Задачей изобретения является создание способа изготовления звукопоглощающей конструкции, позволяющей повысить коэффициент звукопоглощения при одновременном увеличении широкополосности звукопоглощающей конструкции.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе изготовления звукопоглощающей конструкции, при котором очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащих склеиванию, наносят клей на оба торца заполнителя, имеющих множество торцевых ячеек, последовательно укладывают на торцевые поверхности заполнителя облицовочные листы, один из которых перфорирован, после чего полученную сборку сжимают и производят отверждение клея, согласно изобретению после очистки и обезжиривания поверхностей заполнителя и облицовочных листов, подлежащих склеиванию, устанавливают пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде вставок с изменяемыми геометрическими характеристиками и/или активного акустического излучателя, и/или в виде сетки, при этом пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде вставок с изменяемыми геометрическими характеристиками и/или активного акустического излучателя, располагают в каждой ячейке и/или между ячейками в заполнителе, и/или в перфорации, и/или используют в качестве перфорированного и/или неперфорированного облицовочного листа, пьезоэлектрический элемент в виде сетки располагают между заполнителем и облицовочным листом и/или сверху облицовочного листа, и/или вместо одного из перфорированного и/или неперфорированного облицовочных листов, и/или внутри ячеек заполнителя в поперечном направлении, пьезоэлектрические элементы между собой связывают и соединяют управляющими электродами с источником управляющего электрического напряжения, полученную конструкцию отверждают, затем облицовочные листы приклеивают к торцам заполнителя, полученную сборку сжимают и производят отверждение клея.
В частности, управляющий пьезоэлектрический элемент размещают в основании и/или на боковых стенках, и/или горловине ячейки.
В частности, ячейки заполнителя имеют любую форму.
В частности, ячейки заполнителя устанавливают с чередованием по длине и ширине конструкции в различном порядке, определяющем модальным составом шума.
В частности, изменение объема и/или формы ячейки осуществляют для каждой ячейки или группы ячеек индивидуально.
В частности, геометрические характеристики перфорации и ячеек настраивают по длине и ширине конструкции в различном порядке.
В частности, при изготовлении ЗПК используют любой материал.
В частности, при изготовлении ЗПК используют любой клей, который эффективно соединит выбранные материалы.
В частности, перфорации на одном из облицовочных листов выполняют различных диаметров при установлении в перфорации пьезоэлектрических элементов.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - после очистки и обезжиривания поверхностей заполнителя и облицовочных листов, подлежащих склеиванию, устанавливают пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде вставок с изменяемыми геометрическими характеристиками и/или активного акустического излучателя, и/или в виде сетки; пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде вставок с изменяемыми геометрическими характеристиками и/или активного акустического излучателя, располагают в каждой ячейке и/или между ячейками в заполнителе, и/или в перфорации, и/или используют в качестве перфорированного и/или неперфорированного облицовочного листа; пьезоэлектрический элемент в виде сетки располагают между заполнителем и облицовочным листом и/или сверху облицовочного листа, и/или вместо одного из перфорированного и/или неперфорированного облицовочных листов, и/или внутри ячеек заполнителя в поперечном направлении; пьезоэлектрические элементы между собой связывают и соединяют управляющими электродами с источником управляющего электрического напряжения; полученную конструкцию отверждают; затем облицовочные листы приклеивают к торцам заполнителя, полученную сборку сжимают и производят отверждение клея; управляющий пьезоэлектрический элемент размещают в основании и/или на боковых стенках, и/или горловине ячейки; ячейки заполнителя имеют любую форму; ячейки заполнителя устанавливают с чередованием по длине и ширине конструкции в различном порядке, определяющем модальным составом шума; изменение объема и/или формы ячейки осуществляют для каждой ячейки или группы ячеек индивидуально; геометрические характеристики перфорации и ячеек настраивают по длине и ширине конструкции в различном порядке; при изготовлении ЗПК используют любой материал; при изготовлении ЗПК используют любой клей, который эффективно соединит выбранные материалы; перфорации на одном из облицовочных листов выполняют различных диаметров при установлении в перфорации пьезоэлектрических элементов.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в технологию изготовления ЗПК (может быть как с сотовым заполнителем, так и с заполнителем, содержащим ячейки различной формы и объема) добавляется этап установки пьезоэлемента (например, в перфорации на облицовочном листе, в основании ячейки, на стенках ячейки), который изменяет геометрические характеристики камеры ячейки и его горловины, в результате чего меняются акустические характеристики ячеек и ЗКП в целом. Благодаря изменению геометрических характеристик отдельно взятых ячеек и их горловин снижается взаимовлияние соседних ячеек, за счет изменения их резонансных частот. Вследствие чего повышается коэффициент звукопоглощения при одновременном увеличении широкополосности ЗПК. Кроме того, в конструкциях, изготовленных предложенным способом, реализована возможность индивидуальной настройки ЗПК под модальный состав шума. Помимо прочего акустические характеристики ЗПК могут динамически меняться за счет изменения геометрических характеристик камеры горла ячеек в процессе работы в зависимости от режима работы двигателя.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют создать технологию изготовления ЗПК со встроенными пьезоэлементами, которые в процессе работы будут изменять спектр частот поглощения.
Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-14.
На фиг. 1 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в перфорации, вид сверху.
На фиг. 2 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в перфорации, вид сбоку.
На фиг. 3 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в основании ячейки, вид сверху.
На фиг. 4 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в основании ячейки, вид сбоку.
На фиг. 5 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента на стенках ячейки, вид сверху.
На фиг. 6 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента на стенках ячейки, вид сбоку.
На фиг. 7 представлена часть сотовой ЗПК с использованием пьезоэлемента в качестве облицовочного листа, вид сверху.
На фиг. 8 представлена часть сотовой ЗПК с использованием пьезоэлемента в качестве облицовочного листа, вид сбоку.
На фиг. 9 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в виде сетки, вид сверху.
На фиг. 10 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в виде сетки, вид сбоку.
На фиг. 11 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в виде сетки под облицовочным листом.
На фиг. 12 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в виде сетки на облицовочном листе.
На фиг. 13 представлена часть сотовой ЗПК с вариантом расположения пьезоэлемента в виде сетки внутри ячеек заполнителя в поперечном направлении.
На фиг. 14 изображен график зависимости коэффициента звукопоглощения от частоты для сотовой и биконической ячейки.
Звукопоглощающая конструкция содержит облицовочные листы 1, 2, размещенный между ними заполнитель 3 с ячейками 4, пьезоэлектрический элемент 5. В качестве заполнителя используют сотовый заполнитель или заполнитель, содержащий ячейки различной формы и/или объема.
Пьезоэлектрический элемент выполняют в виде вставок с изменяемыми геометрическими характеристиками и/или активного акустического излучателя и/или в виде сетки.
Пьезоэлектрический элемент, выполненный в качестве вставок с изменяемыми геометрическими характеристиками и/или активного акустического излучателя, располагают в каждой ячейке в частности, в основании и/или на боковых стенках ячейки или между ячейками в заполнителе, и/или в перфорации, и/или используют в качестве перфорированного и/или неперфорированного облицовочного листа.
Пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде сетки, располагают между заполнителем и облицовочным листом и/или сверху облицовочного листа, и/или вместо одного из перфорированного и/или неперфорированного облицовочных листов, и/или внутри ячеек заполнителя в поперечном направлении.
Все пьезоэлектрические элементы между собой связаны и соединены управляющими электродами с источником управляющего электрического напряжения.
Геометрические характеристики перфорации и ячеек могут быть различными, а так же настраиваться по длине и ширине конструкции в различном порядке (различные схемы компоновки, определяющиеся модальным составом шума). Кроме того, геометрические характеристики перфорации и ячеек могут изменяться динамически в процессе работы в зависимости от режима работы двигателя.
Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.
Очищают и обезжиривают поверхности элементов конструкции, подлежащие склеиванию. При различных вариантах расположения пьезоэлемента (фиг. 1-13) порядок действий одинаковый, отличается лишь место, куда будет установлен пьезоэлемент 5. На место расположения пьезоэлемента 5 наносят клей и укладывают пьезоэлемент 5, который может быть выполнен в виде сплошного пьезоэлемента или сетки.
Полученную конструкцию отверждают. Затем наносят на оба торца заполнителя 3, имеющих множество торцевых ячеек, клей. Последовательно укладывают на торцевые поверхности заполнителя 3 облицовочные листы 1, 2. Полученную сборку сжимают и производят отверждение клея. Один из облицовочных листов 1, 2 перфорирован расположенными в шахматном порядке отверстиями диаметром 2,0 мм, со степенью перфорации 9-11% (для всех случаев расположения пьезоэлемента, кроме установления пьезоэлемента в перфорации на облицовочном листе). Все пьезоэлементы 5 между собой связаны и соединены управляющими электродами с источником управляющего электрического напряжения и могут быть соединены электрической линией обратной связи с датчиком частоты акустических волн во внешней среде для автоматизированной настройки резонансной частоты ячейки на значение частоты акустических волн во внешней среде.
Датчик считывает внешнее воздействие, обрабатывает его и посылает на пьезоэлемент 5 напряжение. Пьезоэлемент 5, в свою очередь, деформируется и изменяет геометрические характеристики конструкции индивидуально для ячейки.
При изготовлении ЗПК можно использовать любой материал, любой клей, который эффективно соединит выбранные материалы. Перфорации на одном из облицовочных листов могут быть различных диаметров при установлении в перфорации пьезоэлементов.
Указанный технический результат подтвержден результатами эксперимента и численного моделирования. Результаты численного моделирования показали, что изготовленная по предложенному способу звукопоглощающая конструкция позволяет повысить коэффициент звукопоглощения при одновременном увеличении широкополосности ЗПК (фиг. 14) за счет установки пьезоэлемента, который изменяет геометрические характеристики камеры ячейки и его горловины, в результате чего меняются акустические характеристики ячейки и ЗКП в целом. Благодаря изменению геометрических характеристик отдельно взятых ячеек и их горловин снижается взаимовлияние соседних ячеек, за счет изменения их резонансных частот.
Изготовленная по предложенному способу звукопоглощающая конструкция обладает более высокими звукопоглощающими свойствами в сравнении с прототипом.