ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ ПАНЕЛЬ ДЛЯ ЭЖЕКТОРНОГО СОПЛА
SOUND-ABSORBING PANEL FOR EJECTOR NOZZLE

Настоящее изобретение относится к звукопоглощающей панели для эжекторного сопла.
Настоящее изобретение также относится к эжекторному соплу и гондоле с такой панелью.
Самолет приводится в движение с помощью одной или нескольких силовых установок, каждая из которых содержит турбореактивный двигатель, расположенный в трубчатой гондоле. Каждая силовая установка прикреплена к летательному аппарату посредством пилона, находящегося под крылом или в области фюзеляжа.
Гондола имеет, как правило, конструкцию, содержащую воздухозаборник, размещенный по потоку перед двигателем, среднюю секцию, охватывающую вентилятор турбореактивного двигателя, и заднюю по потоку секцию, в которой обычно находятся средства реверсирования тяги и которая охватывает камеру сгорания турбореактивного двигателя. Гондола обычно оканчивается эжекторным соплом, выходное отверстие которого находится за турбореактивным двигателем.
Эжекторное сопло состоит обычно из наружного модуля, который называют также общим или первичным соплом, и внутреннего модуля, называемого также эжекторным конусом или центральным задним телом.
Для снижения уровня шума обращенные друг к другу поверхности этих двух модулей оснащают специальными звукопоглощающими панелями, обеспечивающими подавление любого шума. Такие панели обычно содержат один или несколько слоев конструкции с ячеистой сердцевиной (ее обычно называют «сотовой» конструкцией). С нижней стороны, то есть со стороны, не контактирующей с потоком воздуха в гондоле, эти слои покрыты воздухонепроницаемой внутренней обшивкой (ее называют «сплошной»), а с их верхней стороны, то есть со стороны, контактирующей с потоком воздуха в гондоле, - воздухопроницаемой перфорированной наружной обшивкой (ее называют «звукопоглощающей»).
Однако на выходе из выпускного отверстия горячие газы, выходящие из турбореактивного двигателя, имеют, как правило, высокую температуру, составляющую, по меньшей мере, приблизительно 500°С.
Известна технология выполнения указанных модулей из таких жаростойких материалов, как титан, сталь или суперсплав типа Инконеля. Для этого различные элементы звукопоглощающей панели соединяют посредством сварки или пайки.
Однако титан - дорогостоящий материал. Кроме того, он не позволяет изготавливать звукопоглощающие изделия, в частности звукопоглощающие конструкции, без возникновения дефектов их стыковки с внутренней и наружной обшивками. Действительно, из-за наличия технологических зазоров во внутренней обшивке, наружной обшивке и в звукопоглощающей конструкции возникают локальные эффекты расслаивания.
Суперсплав типа Инконеля имеет высокую плотность, что неблагоприятно сказывается на массе силовой установки летательного аппарата.
Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является обеспечение звукопоглощающей панели для эжекторного сопла, имеющей меньший вес, простой в изготовлении и не страдающей дефектами локального расслаивания или локального разделения.
Для достижения этой цели предложена звукопоглощающая панель для эжекторного сопла, содержащая следующие основные части:
- наружную обшивку, содержащую звукопоглощающие отверстия,
- внутреннюю обшивку,
- звукопоглощающую конструкцию, содержащую элементы с ячеистой сердцевиной и расположенную между внутренней и наружной обшивками,
причем по меньшей мере одна основная часть, выбираемая из наружной обшивки, внутренней обшивки и звукопоглощающей конструкции, выполнена из жаропрочного композитного материала, при этом звукопоглощающая конструкция контактирует по меньшей мере с одной из внутренней и наружной обшивок посредством сжатия с помощью упругих средств и/или посредством крепления с помощью механических крепежных средств, в частности точечных крепежных средств.
Контакт звукопоглощающей конструкции с одной из обшивок поддерживается либо за счет прижатия при упругом соединении, либо жестким соединением. Преимущество основных частей заключается в том, что они могут быть пригнаны друг к другу таким образом, чтобы обеспечивалось их полное сцепление. В результате в процессе эксплуатации панели в ней не будет никаких участков расслаивания.
Еще одно преимущество состоит в том, что заявленная звукопоглощающая панель позволяет упростить установку звукопоглощающей конструкции между внутренней и наружной обшивками, что обеспечивает ее промышленную технологичность.
Кроме того, звукопоглощающая панель согласно изобретению позволяет использовать различные материалы, в том числе металлы, сплавы и композиты с конкретными значениями коэффициента расширения без ухудшения конструктивной прочности этой панели.
В соответствии с другими аспектами изобретения конструкция согласно изобретению характеризуется одним или несколькими из нижеследующих опциональных признаков, рассматриваемых по отдельности или в самых разных комбинациях:
- по меньшей мере, часть упругих средств включает в себя по меньшей мере один волокнистый элемент, завершающий звукопоглощающую конструкцию и выполненный с возможностью сжатия по толщине, что позволяет предотвратить закупоривание звукопоглощающих отверстий в наружной обшивке;
- волокнистый элемент выполнен из материала, выбираемого из жаропрочных графитовых и углеродных войлоков, сочетающих в себе в соответствии с требованиями специалистов в данной области техники, по меньшей мере, пористость войлока, извитость волокон, коэффициент формы, средний размер волокон, степень переплетения и пр., что позволяет получить высокую упругость по толщине волокнистой структуры;
- по меньшей мере, часть упругих средств включает в себя амортизаторы, являющиеся продолжением стенки, по меньшей мере, части элементов с ячеистой сердцевиной звукопоглощающей конструкции, что позволяет обеспечить надлежащий контакт между звукопоглощающей конструкцией и по меньшей мере одной из внутренней и наружной обшивок;
- амортизаторы выполнены в виде изогнутых язычков;
- по меньшей мере один амортизатор прикреплен к стенке, что позволяет использовать материалы разного типа;
- по меньшей мере один амортизатор и стенка выполнены как одно целое, что позволяет выполнить упругие средства в процессе изготовления заявленной звукопоглощающей панели;
- упругие средства снабжены спиральной пружиной, которая может оказывать давление на звукопоглощающую конструкцию таким образом, чтобы указанная конструкция контактировала с наружной обшивкой;
- по меньшей мере, часть механических средств выполнена с возможностью крепления звукопоглощающей конструкции по меньшей мере к одной из внутренней и наружной обшивок, что позволяет обеспечить надежное крепление звукопоглощающей конструкции по меньшей мере к одной из этих обшивок;
- крепежные механические средства включают в себя заклепки, прикрепляющие ряд элементов с ячеистой сердцевиной, закрытых с одного конца, к одной из внутренней и наружной обшивок;
- по меньшей мере, часть крепежных механических средств соединена с распоркой между внутренней и наружной обшивками;
- часть крепежных механических средств представляет собой слои клея или припоя, нанесенные между звукопоглощающей конструкцией и по меньшей мере одной из внутренней и наружной обшивок;
- звукопоглощающая панель имеет зазор между звукопоглощающей конструкцией и одной из внутренней и наружной обшивок, что обеспечивает возможность дренирования этой панели;
- композитный материал выдерживает температуру, составляющую, по меньшей мере, приблизительно 500°С;
- в качестве композитного материала использован композитный материал с керамической матрицей.
В соответствии со вторым аспектом заявленное изобретение относится также к эжекторному соплу для гондолы, оснащенному звукопоглощающей панелью согласно изобретению.
В соответствии с еще одним аспектом, заявленное изобретение также относится к гондоле, оснащенной эжекторным соплом согласно изобретению.
Сущность изобретения станет более понятной из нижеследующего описания, не имеющего ограничительного характера, которое приводится со ссылками на приложенные чертежи, где
- на фиг.1 представлен собой поперечный разрез, иллюстрирующий гондолу согласно изобретению;
- на фиг.2 представлен поперечный разрез, иллюстрирующий один из вариантов исполнения заявленной панели;
- на фиг.3-9 представлены виды, иллюстрирующие различные варианты исполнения конструкции по фиг.2.
Как показано на фиг.1, гондола 1 согласно изобретению содержит кромку воздухозаборника 2, среднюю секцию 3, охватывающую вентилятор 4 турбореактивного двигателя 5, и заднюю по потоку секцию 6. Задняя по потоку секция содержит неподвижную внутреннюю конструкцию 7 (НВК), которая охватывает переднюю по потоку часть турбореактивного двигателя 5, неподвижную наружную конструкцию (ННК) (не показана) и подвижный капот 9, который оснащен средствами реверсирования тяги. Турбореактивный двигатель 5 и гондола 1 согласно изобретению удерживаются подвесным пилоном (не показан).
Заявленная гондола 1 оканчивается эжекторным соплом 10, содержащим наружный модуль 12 и внутренний модуль 14. Внутренний модуль 14 и наружный модуль 12 ограничивают канал первичного (так называемого «горячего») воздушного потока, выходящего из турбореактивного двигателя 5.
Внутренний модуль 14 и наружный модуль 12 содержат звукопоглощающую панель, включающую в себя следующие основные части:
- наружную обшивку со звукопоглощающими отверстиями,
- внутреннюю обшивку,
- звукопоглощающую конструкцию, содержащую элементы с ячеистой сердцевиной и расположенную между внутренней и наружной обшивками.
Внутренняя обшивка выполнена, по существу, сплошной и не контактирует с первичным потоком горячего воздуха.
В наружной обшивке, которая контактирует с потоком горячего воздуха, выполнен ряд отверстий, размещенных по схеме, задаваемой в соответствии с требуемым ослаблением звука. Диаметр этих отверстий составляет, как правило, от 0,2 мм до 3 мм, предпочтительнее - от 0,8 мм до 1,6 мм, однако этими значениями его величина не ограничивается.
По меньшей мере одна из основных частей панели согласно изобретению выполнена из композитного материала. Если говорить конкретнее, из композитных материалов выполнены внутренняя обшивка, наружная обшивка и/или звукопоглощающая конструкция.
В случае если какая-либо основная часть выполняется не из композитного материала, для ее изготовления можно использовать металл, например титан, или сплав типа инконеля.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов исполнения композитный материал выдерживает температуру, составляющую, по меньшей мере, приблизительно 500°С и даже выше. Целесообразно, чтобы в качестве композитного материала использовался композитный материал с керамической матрицей.
Звукопоглощающая конструкция удерживается в контакте по меньшей мере с одной из внутренней и наружной обшивок посредством прижатия с помощью специальных упругих средств и/или посредством крепления с помощью крепежных механических средств, в частности точечных крепежных средств. Таким образом, есть возможность комбинировать в одной и той же панели согласно изобретению использование упругих и механических, в частности точечных, крепежных средств, что позволит получить максимальную конструктивную связанность.
В соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.2, звукопоглощающая панель 20 содержит звукопоглощающую конструкцию 21, контактирующую с одной из звукопоглощающих обшивок - наружной обшивки 22 и внутренней обшивки 23, с применением слоя 24 клея или припоя. В качестве этих последних можно использовать любые известные специалистам материалы, подходящие для данного типа горячих конструкций.
Целесообразно, чтобы звукопоглощающая конструкция 21 была приклеена или припаяна к наружной обшивке 22. Можно также приклеить или припаять ее к внутренней обшивке 23 во избежание закупоривания звукопоглощающих отверстий 29. В общем, приклеивание или припаивание выполняют таким образом, чтобы предотвратить закупоривание звукопоглощающих отверстий 29 во избежание снижения звукопоглощающей способности.
Можно применять основные части (внутреннюю обшивку 23, наружную обшивку 22 и звукопоглощающую конструкцию 21) различного типа. Так, например, звукопоглощающая конструкция 21 может выполняться из металла типа титана или инконеля, а внутренняя обшивка 23 и наружная обшивка 22 - из композитного материала с керамической матрицей.
Между одним концом элементов 27 с ячеистой сердцевиной и внутренней обшивкой 23 или наружной обшивкой 22 может присутствовать пространство или зазор 25. Предпочтительно, одна из обшивок наружной обшивки 22 и внутренней обшивки 23, которая не контактирует со звукопоглощающей конструкцией 21, упрочнена с помощью любого известного специалистам средства во избежание передачи усилий вследствие деформации конструкции указанной обшивки на остальную часть панели 20.
Величину указанного зазора 25 выбирают таким образом, чтобы не ухудшить требуемые звукопоглощающие свойства. Она может составлять, как правило, от 0 мм до 5 мм, предпочтительнее - от 0 мм до 1,5 мм, однако этими значениями не ограничивается.
Кроме сказанного, преимущество зазора 25 состоит в том, что он позволяет дренировать звукопоглощающую панель 20 согласно изобретению. Дело в том, что в традиционных многослойных звукопоглощающих конструкциях из-за наличия отверстий на поверхности, находящейся в контакте с наружными элементами, возможно попадание воды или иных жидкостей в ячейки нижней зоны такой многослойной конструкции. Для предотвращения скопления жидкости в сотовой конструкции со стороны сплошной обшивки (находящейся напротив звукопоглощающей) выполняют специальные канавки. Поскольку все ячейки выполнены перфорированными, жидкость течет под действием силы тяжести по извилистой траектории, пока не достигнет самой нижней точки конструкции, где предусмотрено сливное отверстие. В случае скопления какой-нибудь воспламеняющейся жидкости велик риск возгорания. При скоплении же воды существует опасность повреждения конструкции в случае замерзания, и, кроме того, закупоренные ячейки перестают выполнять свою звукопоглощающую функцию.
В соответствии с вариантом, представленным на фиг.3, зазор 35 заполнен волокнистым элементом 30 с переплетенными волокнами типа войлока. Таким образом, достигается преимущество, состоящее в том, что элементы 27 с ячеистой сердцевиной становятся более уплотненными, что позволяет удовлетворить требования, предъявляемые к звукопоглощающим характеристикам.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом, по меньшей мере, часть механических средств выполнена с возможностью закрепления звукопоглощающей конструкции по меньшей мере на одной из наружной и внутренней обшивок, благодаря чему обеспечивается надежное закрепление звукопоглощающей конструкции, а также надежная связанность заявленной звукопоглощающей панели. Преимущество заключается в достижении исключительно надежного соединения панели согласно изобретению без необходимости точечных подгонок с целью предотвращения расслаивания. При этом удается сэкономить на материалах, используемых для осуществления таких подгонок.
В соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.4, механические крепежные средства включают в себя заклепки 44, которые крепят одну из обшивок, а именно наружную обшивку 22, и ряд элементов 47 с ячеистой сердцевиной, закрытых с одного конца 48.
Когда звукопоглощающая конструкция 21 закреплена на внутренней обшивке 23, достигается преимущество, заключающееся в предотвращении какого-либо закупоривания звукопоглощающих отверстий 29.
Плотность ячеистых элементов 47 специалист может выбрать в зависимости от требуемых звукопоглощающих свойств.
Как и в случаях, рассмотренных ранее, оставлен зазор 45 между звукопоглощающей конструкцией 21 и внутренней обшивкой 23, контакт с которой отсутствует.
В данной ситуации целесообразно поместить в зазор 45 волокнистый элемент, состоящий из переплетенных волокон типа войлока.
Днище 48 элементов с ячеистой сердцевиной может быть либо выполнено как одно целое с элементом 47, другими словами, выполнено как одно целое со стенкой указанных элементов 47, либо образовано деталью, прикрепленной к звукопоглощающей конструкции 21. Так, например, днище можно приклеить, приварить или прицепить с помощью крючков. В последнем случае конец 49 стенки, противоположный днищу 48 звукопоглощающей конструкции, можно опустить ниже во избежание появления утолщений из-за наличия крючков.
Можно также применить звукопоглощающую конструкцию, содержащую элементы с ячеистой сердцевиной, закрытые с обоих концов.
В зависимости от концентрации заклепок 44 наружную обшивку 22 и внутреннюю обшивку 23 можно надежно скрепить друг с другом с помощью звукопоглощающей конструкции 21, приклепанной либо с одной стороны, либо с другой. В последнем случае наружную обшивку 22 и внутреннюю обшивку 23 предпочтительно не соединять за пределами панели 20 согласно изобретению. Дело в том, что связь между этими слоями обеспечивается звукопоглощающей конструкцией 21 без риска неравномерного теплового расширения.
В соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.5, по меньшей мере, часть механических крепежных средств 54 присоединяют распорку между наружной обшивкой 22 и внутренней обшивкой 23, механические крепежные средства 54 могут также соединять наружную обшивку 22 и внутреннюю обшивку 23, проходя через ряд элементов 57 с ячеистой сердцевиной.
В качестве примера механических крепежных средств 54 можно назвать заклепки или болты.
Благодаря рассмотренному выше варианту осуществления удается добиться надежного крепления без ущерба для толщины звукопоглощающей конструкции 21.
Кроме того, звукопоглощающая конструкция 21 может быть приклеена к наружной обшивке 22 или находиться в простом контакте с ней.
Звукопоглощающая конструкция 21 также может завершаться одним или даже двумя волокнистыми элементами 52. Дело в том, что механические крепежные средства 54 можно выбрать таким образом, чтобы с одной или с обеих сторон оставался зазор 55 между звукопоглощающей конструкцией 21 и обшивками 22, 23.
Предпочтительно, крепежные механические средства 52 выполнены из того же материала, что и звукопоглощающая конструкция 21. В результате обеспечивается равномерность тепловых расширений по всей заявленной звукопоглощающей панели 20.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, по меньшей мере, часть упругих средств включает в себя по меньшей мере один волокнистый элемент, завершающий звукопоглощающую конструкцию и выполненный с возможностью сжатия по толщине. Преимуществом этого элемента является то, что он не закупоривает звукопоглощающие отверстия наружной обшивки.
В соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.6, звукопоглощающая конструкция 21 охвачена двумя волокнистыми элементами 64а и 64b.
Звукопоглощающая конструкция 21 находится в простом контакте с обшивками 22 и 23 за счет прижатия волокнистого элемента 64а, 64b, который обладает высокой упругостью по толщине. В результате этого звукопоглощающие отверстия не закупориваются материалом полностью.
Волокнистые элементы 64а, 64b, в частности, содержат переплетенные волокна. В качестве примера можно назвать войлок.
Волокнистый элемент 64а, 64b, предпочтительно, выполнен из материала, который выбирают из высокотемпературных графитового и углеродного войлоков, сочетающих в себе в зависимости от конкретных требований специалиста, по меньшей мере, пористость войлока, извитость волокон, коэффициент формы, средний размер волокон и степень переплетения, благодаря чему удается добиться высокой упругости указанного элемента 64а, 64b по толщине.
Толщина войлока выбирается, как правило, с учетом величины зазора 25 и нужного сжатия.
В соответствии с одним из вариантов, который здесь не проиллюстрирован, можно использовать такую звукопоглощающую конструкцию 21, в которой стенки элементов с ячеистой сердцевиной, находящиеся напротив по меньшей мере одной из наружной обшивки 22 и внутренней обшивки 23, снабжены зубцами для более надежного прикрепления звукопоглощающей конструкции 21 к волокнистому элементу 64а, 64b.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления, по меньшей мере, часть звукопоглощающих средств включает в себя амортизаторы, являющиеся продолжением стенки, по меньшей мере, части элементов с ячеистой сердцевиной звукопоглощающей конструкции, что позволяет обеспечить надежный контакт между звукопоглощающей конструкцией и по меньшей мере одной из внутренней и наружной обшивок. Эти амортизаторы упруго деформируются с небольшой амплитудой, что обеспечивает возможность контакта звукопоглощающей конструкции при небольших усилиях на границе между элементами с ячеистой сердцевиной и внутренней и наружной обшивками. Такие амортизаторы выполняют, предпочтительно, в виде изогнутых язычков.
Количество, форма и расположение указанных упругих средств подбирается специалистом в данной области техники.
В соответствии с первым вариантом реализации заявленного изобретения, представленным на фиг.7, амортизаторы 74 образуют продолжение стенки 72, по меньшей мере, части элементов 77 с ячеистой сердцевиной, а точнее, стенка 72 и амортизаторы 74 выполнены как одно целое. Благодаря этому можно выполнить упругие средства в процессе изготовления звукопоглощающей конструкции 21.
В соответствии с одним из вариантов, представленным на фиг.8, амортизаторы 84 прикреплены к стенкам 82 ряда элементов 87 с ячеистой сердцевиной, что позволяет использовать для изготовления звукопоглощающей конструкции 21 и указанных амортизаторов материалы различного типа. Так, например, для звукопоглощающей конструкции 21 можно использовать какой-либо металл, а для внутренней обшивки 23 и наружной обшивки 22 - керамический материал.
Например, используемые упругие средства 84 могут быть выполнены из инконеля.
В соответствии с другим вариантом осуществления, представленным на фиг.9, в роли упругих средств выступает внутренняя обшивка 23, работающая как спиральная пружина 94, которая может оказывать давление на звукопоглощающую конструкцию 21 таким образом, чтобы указанная конструкция 21 контактировала с наружной обшивкой 22. Преимущество такой конфигурации состоит в получении контактного усилия, равномерно распределенного по всему периметру звукопоглощающей панели 20 согласно изобретению.
Контакт между звукопоглощающей конструкцией 21 и спиральной пружиной 94 можно осуществить посредством простого прижатия, путем приклеивания или любым другим известным специалистам способом, который обеспечивал бы прикрепление спиральной пружины 94 к звукопоглощающей конструкции 21.
Спиральная пружина 94 выполняется из любого подходящего материала, известного специалистам в данной области. В качестве примера можно привести CMC (композитные материалы с керамической матрицей), титан или инконель.
Целесообразно, чтобы окружность внутренней обшивки в виде спиральной пружины 94 в развернувшемся состоянии имела радиус, больший, чем радиус окружности звукопоглощающей конструкции 21, чтобы можно было получить оптимальное давление на указанную шумопоглощающую конструкцию 21.
Сжатую спиральную пружину 94 (см фиг.9) помещают внутрь наружного кожуха, образованного наружной обшивкой 22, установленной на звукопоглощающую конструкцию 21. После этого спиральную пружину расслабляют, чтобы она прижалась к внутренней стороне звукопоглощающей конструкции 21. В результате спиральная пружина 94 будет выполнять функцию внутренней обшивки.
В развернувшейся спиральной пружине 94 ее концы 92 и 93 могут либо иметь между собой зазор, либо накладываться друг на друга. Указанные концы 92 и 93 могут быть скреплены.
Спиральную пружину 94 можно отрегулировать в соответствии с линиями, на которые она опирается. Например, спиральная пружина 94 может быть выполнена полностью или частично в направлении вдоль заявленной звукопоглощающей панели 20.
Панель согласно изобретению может быть снабжена как упругими, так и механическими крепежными средствами, которые используются либо по отдельности, либо в сочетании.