Направления повышения эффективности двухслойных звукопоглощающих конструкций для канала воздухозаборника самолета

УДК 62-213.6

НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ КАНАЛА ВОЗДУХОЗАБОРНИКА

САМОЛЕТА

© 2017 В.И. Максименков, М.В. Молод, В.И. Федосеев

В работе рассмотрены вопросы по изготовлению канала воздухозаборника самолета. Приведены направления по повышению эффективности шумоглушения канала воздухозаборника за счет применения двухслойных звукопоглощающих конструкций (ЗПК). Применение двухслойных конструкций обеспечивает поглощение шума в широком спектре частот. Рассмотрены технологические процессы изготовления канала воздухозаборника. Представлен анализ точности процесса изготовления канала воздухозаборника, позволяющий прогнозировать получение заданных геометрических размеров его внутренней и наружной поверхностей. Обеспечение заданных размеров обшивки определяется процессом формообразования обшивки на оборудовании с ЧПУ с применением универсальных обтяжных пуансонов. С целью повышения акустической эффективности канала воздухозаборника разработаны предложения по изменению двухслойной конструкции ЗПК, когда промежуточная обшивка заменяется сеткой. Для проведения акустических исследований были изготовлены образцы для испытания на интерферометре и установке канал с потоком во ФГУП «ЦАГИ». Испытания показали, что применение сеток, расположенных в промежуточном слое панели, обеспечивает снижение шума на ~5дБ, что определяет эффективность нового решения по разработке двухслойной конструкции. Проведены прочностные испытания по определению предельных напряжений сжатия панели, подтверждены значительные запасы прочности конструкции

Ключевые слова: канал воздухозаборника, двухслойная конструкция, шумоглушение

Введение

В последнее время ведется постоянное ужесточение международных норм стандарта ИКАО по снижению шума самолета, включая требования новой Главы 14 тома 1 Приложения 16 ИКАО, а также конкурентно необходимых уровней шума в салоне и кабине экипажа.

Эти решения ставят сложные задачи перед разработчиками новых изделий авиационной техники и направлены на разработку новых конструктивных решений двигателей, создавая их малошумными, а также установку кожухов шумоглушения, снижающих шум вентилятора, компрессора, газогенератора и турбины. Особая роль отводится снижению шума струи.

Проводится комплекс исследований по проектированию канала воздухозаборника (рис. 1), облицованного звукопоглощающими конструкциями.

Так, на самолете Ил-86 в канале воздухозаборника впервые были установлены однослойные ЗПК, состоящие из сплошной и перфорированной обшивок, соединенных с сотовым заполнителем (рис. 2). Они обеспечивали

дискретное поглощение звуковых частот, что соответствовало «3 главе ИКАО».

Максименков Владимир Иванович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: maksimenkov. v. i@mail.ru Молод Марина Владиславовна - ВГТУ, д-р техн. наук, доцент, e-mail: molodmv@yandex.ru Федосеев Владислав Игоревич - Филиал ПАО «Корпорация «Иркут», инженер-конструктор, e-mail: vladislav. f@inbox.ru

Рис. 1. Канал воздухозаборника

1 Л V Ix \ 41

1 1 1 1

/ / / / / / / / / ,

Рис. 2. Панель однослойной ЗПК: 1 - сотовый заполнитель; 2 - сплошная обшивка; 3 - перфорированная обшивка

На более поздних конструкциях самолетов были установлены в канале воздухозаборника двухслойные панели ЗПК (рис. 3). Они обеспечивают поглощение шума в широком спектре частот, что соответствовало «4 главе ИКАО». Однако этого недостаточно для выполнения норм «14 главы ИКАО», для чего требуется проведение комплекса исследований.

41 1 1 1 1 ЛУ-1

/ 1/ /л к ^

1 1 1 1 1

//////// /

3_ 4

Рис. 3. Панель двухслойной ЗПК: 1 - сотовый заполнитель; 2 - сплошная обшивка; 3, 4 - перфорированные обшивки

Решая вопросы конструктивного характера по разработке новых типов более эффективных ЗПК, следует остановиться на технологических аспектах изготовления канала воздухозаборника.

Анализ технологий

Материалы, применяемые для изготовления канала воздухозаборника, приведены в табл. 1.

Таблица

Клееные панели

Обшивка

Материал Д19АТ

Толщина, мм 1,0-1,2

Заполнитель

Материал ССП1-Т ТССП10-П АМг2-Н

Тип ячейки о

Размер ячейки, мм 3,5; 4,2; 8,0 10,0 6,0

Толщина, мм 0,2 0,2 0,04

Высота, мм >10

Схема укрупненного технологического процесса изготовления панелей ЗПК приведена на рис.4.

1.

Раскрой заготовок и формообразование сплошных обшивок

I

Разработка программы и перфорирование обшивок на оборудовании с ЧПУ

Формообразован I1е перфорированных обшивок

4.

Раскрой блоков сотового заполнителя ССП-1-8Т на заготовки

Стыковка и формообразование панелей сотового заполнителя

I

5.

Термостатнрованне сотового заполнителя в автоклаве

Сборка внутренних и промежуточных перфорированных обшивок

с сотовым заполнителем _+

С

Те рмостап 1рован I ге панелей в автоклаве

Контроль качества

Рис. 4

При изготовлении панелей ЗПК необходимо обеспечить их высокую точность, осуществляя базирование по обшивкам наружного контура.

Рассмотрим процесс увязки сечения канала воздухозаборника (рис.5).

Рис. 5

Размеры по наружному контуру канала воздухозаборника определяются по зависимости (1):

Днк = Двк + 28± + 232 + 283 + 2Н1 + 2Н2 + С

где Днк - диаметр наружного контура канала воздухозаборника;

Двк - диаметр внутреннего контура канала воздухозаборника;

51, 52, 53 - толщина листов обшивок;

Н1, Н2 - высота сотового заполнителя;

С - погрешность Двк из-за температурных характеристик оснастки.

Погрешность характерного размера по наружному контуру канала воздухозаборника (2):

ДДнк = ДДвк + Д2Й! + Д2<52 + Д2<53 + Д2Н1 + Д2Н2

где ЛДнк, ЛДвк, Л5Ь Л52, Л5з, ЛНЬ ЛН2 - погрешности соответствующих размеров.

Анализ приведенных зависимостей показывает необходимость получения обшивок с высокой точностью, а также раскроя на требуемую высоту сотового заполнителя.

Рассмотрение технологического процесса показывает, что требуемая точность сплошных обшивок достигается формообразованием на обтяжном прессе [1].

Особая сложность возникает при формообразовании перфорированных обшивок, заключающаяся в получении после обтяжки границ зон перфорирования [2].

При формообразовании обшивок для каждого слоя и его частей изготавливают обтяжные пуансоны с требуемой точностью и жесткостью. Процесс формообразования обшивок целесообразно осуществлять по разработанному способу [3], применяя смазку в виде двухслойной полиэтиленовой пленки, что обеспечивает выравнивание деформаций по поверхности обшивки и исключает вероятность разрыва материала обшивки.

Для изготовления панелей рекомендуется применять универсальные конструкции пуансонов [4], обеспечивающих получение обшивок требуемого качества.

2

6

3

7

8

Процесс соединения обшивок с заполнителем осуществляется в автоклаве с применением пленочного клея ВК36 под действием атмосферного давления, создаваемого вакуу-мированием специального мешка, в котором находится конструкция канала воздухозаборника.

Новая конструкция

С целью повышения акустической эффективности канала воздухозаборника разработан вариант двухслойной сотовой панели, в которой промежуточная обшивка заменяется сеткой [5].

Для проведения испытаний образцов выбирались три типа сеток, обладающих различной воздухопроницаемостью:

1. С-120 ТУ 14-4-698-98;

2. С-450 ТУ 14-4-432-94;

3. С685 ТУ 14-4-697-76.

Образцы двухслойной конструкции были изготовлены по технологии предприятия с установкой промежуточного слоя сетки С685 для испытания на интерферометре и стенде канал с потоком во ФГУП «ЦАГИ» и последующих прочностных испытаниях.

Результаты сравнительных испытаний показали, что эффективность образцов конструкций с промежуточным слоем сетки выше на 5 дБ по сравнению с существующей конструкцией. При этом упрощается технология изготовления промежуточного слоя и в целом канала воздухозаборника за счет сокращения процессов формообразования перфорированных обшивок и изготовления обтяжных пуансонов (пункты 2 и 3 на рис.3). Также достигается снижение веса промежуточного слоя более чем в 4 раза.

После проведения акустических испытаний проводились испытания на сжатие образцов двухслойных панелей (рис.6) на испытательной машине, как показано на рис. 7.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Максимальное значение напряжения сжатия [осж], при котором происходит потеря устойчивости сотового заполнителя, составляет 3,6 МПа, что значительно выше давления,

воздействующего на сотовый заполнитель при термостатировании в автоклаве.

Рис. 6. Образец двухслойной панели 1 2

Рис. 7. Устройство для испытания на сжатие образцов многослойных панелей: 1 - траверса; 2 - шаровая опора; 3 - стол; 4 - панель; 5 - опорные плиты

Таблица 2

Тип панелей Обшивка Заполнитель Напряжение сжатия, МПа

Материал Толщина, мм Материал Размер ячейки, мм Толщина, мм Высота слоя, мм

Двухслойная с сотовым заполнителем Д19АТ 1,2 ССП-1 8,0 0,2 20-8 3,6 0

При испытании выявлено, что потеря устойчивости сотового заполнителя происходит сначала в слое с наибольшей высотой.

Проведенные испытания указывают на эффективность применения сеток в промежуточном слое панелей и проведения дальнейших исследований конструкции канала воздухозаборника.

Выводы

1. Проведен анализ применения однослойных и двухслойных ЗПК с учетом ужесточающихся требований норм ИКАО, подтверждающий необходимость разработки новых, более эффективных ЗПК.

2. Рассмотрена схема укрупненного технологического процесса изготовления двухслойных ЗПК для канала воздухозаборника, определившая направление совершенствова-

ния технологии для обеспечения точности конструкции.

3. Составлен баланс точности получения конструктивных элементов канала воздухозаборника, показывающий на необходимость разработки технологий, обеспечивающих требуемые геометрические размеры сплошных и перфорированных обшивок при формообразовании на обтяжных прессах и раскроя сотового заполнителя на требуемую высоту.

4. Предложена новая двухслойная конструкция для канала воздухозаборника с промежуточным сеточным слоем, обеспечивающая:

повышение эффективности шумоглуше-

ния;

требуемую прочность;

снижение веса промежуточного слоя;

снижение трудоемкости изготовления.

Литература

1. Молод М.В. Управление процессом формообразования обшивок на оборудовании с ЧПУ /М.В. Мо-

лод//Вестник Воронежского государственного технического университета. -2011. - Т.7. - №12.2. - С.62-64.

2. Молод М.В. Определение параметров перфорированных обшивок при изготовлении сотовых панелей звукопоглощающих конструкций/ М.В. Молод// Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. ак. С.П. Королева (Национальный исследовательский университет). Спец. выпуск, подготовленный по материалам междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы и перспективы развития двигателестроения». 2014.-№4.4-№5(47).- С. 56-62.

3. Пат. 2459680 Российская Федерация, С2 МПК В21 D 11/20. Способ обтяжки листовых материалов/ В.И. Максименков, М.В. Молод и др. - №2009143306/02; Бюл. №24.-4с.: от 27.08.2012.

4. Молод М.В. Разработка универсального пуансона/ М.В. Молод// Вестник Воронежского государственного технического университета. -2016. - Т.12. - №1. -С.55-57.

5. Пат. 2588516 Российская Федерация, С2 МПК 1332133/12. Комбинированная сотовая панель/ В.И. Мак-сименков, М.В. Молод и др. - №2014117425; Бюл. №31. от 06.06.2016.

Воронежский государственный технический университет Филиал ПАО «Корпорация «Иркут» в г. Воронеже

THE WAYS TO INCREASE EFFICIENCY OF ACOUSTIC HONEYCOMB SANDWICH

FOR AN AIRCRAFT AIR INTAKE DUCT

V.I. Maksimenkov1, M.V. Molod2, V.I. Fedoseev3

'Full Doctor, Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation,

e-mail: molodmv@yandex.ru 2Full Doctor, Associate Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation,

e-mail: maksimenkov. v. i@mail.ru 3Engineer, Public company "Corporation "Irkut", e-mail: vladislav.f@inbox.ru

The article discusses an aircraft air intake duct manufacturing. The ways to increase efficiency of an aircraft air intake duct are described using acoustic honeycomb sandwich constructions. Application of sandwich constructions provides noise reduction in the wide frequency spectrum.

The technological processes of the air intake duct manufacturing are described. The analysis of the accuracy of the manufacturing process of the air intake channel is presented. This allows to predict the obtaining of the given geometric dimensions of the outer and inner surfaces of air intake duct. The provision of specified dimensions of the skin is determined by the process of shaping on CNC equipment with the use of universal punches.

To improve the acoustic efficiency of the air intake duct, proposals have been developed to change the two-layer design of the noise reduction structures, when the intermediate skin is replaced by a grid.

To carry out acoustic studies, samples were prepared for testing with an interferometer on the stand "channel with flow" in the Federal State Unitary Enterprise "Central Airo-Hydrodynamical Institute". The tests showed that the use of grids located in the intermediate layer of the panel provides a noise reduction of ~ 5 dB, which determines the effectiveness of the new solution for the development of a two-layer structure.

The compressive stress limit values are defined for new sandwich constructions by durability tests. The obtained data proved a sufficient margin of safety

Key words: air intake duct, honeycomb sandwich, noise reduction

References

1. Molod M.V. "The control of sheet forming by press with numerical control", Bulletin of Voronezh State Technical University, 2011, vol. 7, no 12.2, pp.62-64.

2. Molod M.V. "The parameters of perforated sheet definition during acoustic honeycomb sandwich manufacturing", Vestnik of Samara State Aerospace University, 2014, no. 4.4-№5(47), pp. 56-62.

3. Maksimenkov V.I., Molod M.V."The way to sheet metall stretching" ("Sposob obtyazhki listovyh materialov"), Patent 2459680 from 27.08.2012 №2009143306/02.

4. Molod M.V. "All round punch development", Bulletin of Voronezh State Technical University, 2012, vol. 12, no. 1, pp. 55-57.

5. Maksimenkov V.I., Molod M.V. "The composite honeycomb panel" ("Kombinirovannaya sotovaya panel", Patent 2588516 from 06.06.2016. №2014117425.