ПОКРЫТИЕ ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ПЕРЕДНЯЯ КРОМКА И ВОЗДУХОЗАБОРНИК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКОЕ ПОКРЫТИЕ
COATING FOR ACOUSTIC TREATMENT, FRONT EDGE AND AIR INTAKE OF AIRCRAFT, COMPRISING SUCH COATING

Настоящее изобретение касается покрытия для акустической обработки, которое включает функцию обработки инея при помощи горячего воздуха, при этом упомянутое покрытие предназначено, в частности, для передней кромки летательного аппарата и, в частности, воздухозаборника гондолы летательного аппарата.
Для ограничения влияния звуковых вредных воздействий вблизи аэропортов в последнее время принимают все более строгие нормы по снижению уровня звука.
Были разработаны технологии по снижению шума, издаваемого летательным аппаратом, в частности, располагая на уровне стенок каналов гондол покрытия, предназначенные для поглощения части звуковой энергии, в частности, с использованием принципа резонаторов Гельмгольца. Как известно, это акустическое покрытие содержит в направлении снаружи внутрь пористый акустически резистивный слой, ячеистую структуру и отражающий слой, не проницаемый для звуковых волн, для повышения эффективности покрытия. В настоящее время, в силу различных условий, например, придания формы или совместимости с другим оборудованием протяженность обработанных поверхностей является ограниченной. Так, покрытие практически несовместимо с системами, позволяющими избежать образования и/или накапливания льда и/или инея, которые необходимы в этих зонах.
Эти системы подразделяются на две большие группы, при этом первые называются антиобледенительными системами, позволяющими ограничивать образование льда и/или инея, а вторые называются противообледенительными системами, ограничивающими накапливание льда и/или инея и действующими после образования льда и/или инея. В дальнейшем тексте описания системой или способом обработки инея будет называться антиобледенительная система или способ или противообледенительная система или способ борьбы с обледенением.
Настоящее изобретение касается, в частности, способа обработки инея, состоящего в использовании горячего воздуха, отбираемого на уровне двигателя и нагнетаемого на уровне внутренней стенки передних кромок. Эта эффективная система трудно совместима с покрытием акустической обработки, поскольку оно является относительно толстым и содержит ячейки, содержащие воздух, действующий как изолятор.
Чтобы совместить акустическую обработку и обработку инея, решение, описанное в документах ЕР-1.103.462 и US-5.841.079, предусматривает выполнение отверстий в отражающей стенке, чтобы горячий воздух мог проникать в ячейки акустического покрытия.
Однако это решение не является удовлетворительным по следующим причинам.
Ячейки ячеистой структуры, содержащей на уровне отражающего слоя одно или несколько отверстий, являются менее эффективными с точки зрения акустической обработки, поскольку в упомянутых ячейках волны рассеиваются в меньшей степени. Чтобы ограничить этот недостаток, предусмотрено решение, согласно которому уменьшают сечение отверстий. В этом случае уменьшается объем воздуха с постоянным напором, что снижает эффективность противообледенительной защиты. Кроме того, эти отверстия уменьшенного сечения могут легко закупориваться, что сводит на нет функцию противообледенительной защиты в соответствующей зоне.
Другой проблемой является то, что, поскольку ячеистая структура, состоящая из сот, во время установки деформируется, некоторые отверстия отражающего слоя могут быть расположены напротив боковой стенки, ограничивающей две ячейки. В этом случае функционирование в части акустической обработки двух ячеек ухудшается, и одновременно ухудшается противообледенительная функция, поскольку отверстие частично перекрывается стенкой.
Наконец, еще одной проблемой является то, что, поскольку внутри кромки воздухозаборника давление уравновешивается, пропадает возможность изолировать некоторые части кромки, чтобы создавать в них повышенное давление нагнетаемого воздуха для противообледенительной защиты, в частности в местах, где иней образуется в большем количестве.
Настоящее изобретение призвано устранить недостатки известных технических решений и предложить покрытие, позволяющее совместить акустическую обработку и обработку инея при помощи горячего газа, при этом упомянутое покрытие предназначено, в частности, для передней кромки и, в частности, для воздухозаборника гондолы.
В этой связи объектом настоящего изобретения является покрытие для акустической обработки, нанесенное на уровне поверхности летательного аппарата, в частности на уровне передней кромки, такой как воздухозаборник гондолы летательного аппарата, при этом упомянутое покрытие содержит акустически резистивный слой, по меньшей мере, одну ячеистую структуру и отражающий слой, при этом упомянутая ячеистая структура содержит множество каналов, выходящих, с одной стороны, на уровне первой воображаемой поверхности и, с другой стороны, на уровне второй воображаемой поверхности, отличающееся тем, что ячеистая структура содержит вырезы или отверстия, выполненные на уровне боковых стенок некоторых каналов, позволяющие устанавливать сообщение со смежными каналами таким образом, чтобы создавать сеть сообщающихся каналов, изолирующих, по меньшей мере, один канал или группу несообщающихся каналов, при этом, по меньшей мере, один из сообщающихся каналов соединен, по меньшей мере, с одним вводом горячего газа.
Согласно изобретению некоторые ячейки покрытия предназначены исключительно для акустической обработки и не содержат никакого отверстия за пределами акустически резистивного слоя.
Еще одним объектом изобретения является передняя кромка летательного аппарата, содержащая вышеописанное покрытие для акустической обработки.
Также объектом изобретения является воздухозаборник гондолы летательного аппарата, содержащий вышеописанное покрытие для акустической обработки.
Другие отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания изобретения, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе силовой установки летательного аппарата.
Фиг.2 - вид в продольном разрезе воздухозаборника гондолы в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 - вид сверху ячеистой структуры согласно первому варианту изобретения.
Фиг.4 - вид сверху ячеистой структуры согласно другому варианту изобретения.
Фиг.5 - фронтальный вид, иллюстрирующий продольную полосу, расположенную в радиальной плоскости.
Фиг.6А - фронтальный вид, иллюстрирующий первую поперечную полосу, расположенную по первой поверхности, пересекающей радиальные плоскости.
Фиг.6В - вид в перспективе, иллюстрирующий первую полосу, показанную на фиг.6А.
Фиг.7А - фронтальный вид, иллюстрирующий вторую поперечную полосу, расположенную по второй поверхности, пересекающей радиальные плоскости, при этом упомянутая вторая поверхность следует вдоль вершинной части кромки воздухозаборника гондолы.
Фиг.7В - вид в перспективе, иллюстрирующий вторую полосу, показанную на фиг.7А, которую можно изогнуть для переплетения с первыми полосами.
Фиг.8 - вид в перспективе под первым углом ячеистой структуры в соответствии с настоящим изобретением, которую можно применять для углового сектора воздухозаборника.
Фиг.9 - вид в перспективе, иллюстрирующий в деталях соединение между продольной полосой и поперечной полосой.
Фиг.10 - вид в перспективе под вторым углом ячеистой структуры в соответствии с настоящим изобретением, которую можно адаптировать для углового сектора воздухозаборника.
Фиг.11 - вид в перспективе, иллюстрирующий в деталях ввод воздуха.
Далее следует описание настоящего изобретения в применении для воздухозаборника силовой установки летательного аппарата. Вместе с тем, его можно применять на уровне различных передних кромок летательного аппарата, требующих акустической обработки и обработки инея, например на уровне передних кромок крыльев.
В дальнейшем тексте описания под инеем следует понимать как иней, так и лед любой природы, любой структуры и любой толщины.
На фиг.1 показана силовая установка 10 летательного аппарата, закрепленная под крылом при помощи пилона 12. Однако эту силовую установку можно крепить и в других зонах летательного аппарата.
Эта силовая установка содержит гондолу 14, в которой по существу концентрично установлен двигатель, вращающий вентилятор, установленный на его валу 16. Продольная ось гондолы обозначена позицией 18.
Гондола 14 содержит внутреннюю стенку 20, ограничивающую канал с воздухозаборником 22 спереди.
Вершинная часть 24 воздухозаборника 22 описывает по существу круглую форму, находящуюся в плоскости, которая может быть по существу перпендикулярной продольной оси 18, как показано на фиг.2, или не перпендикулярной, с вершинной частью, расположенной на 12 часов, слегка выдвинутой вперед. Вместе с тем, можно предусмотреть и другие формы воздухозаборника.
В дальнейшем тексте описания под аэродинамической поверхностью следует понимать обшивку летательного аппарата, находящуюся в контакте с аэродинамическим потоком.
Для ограничения шумового вредного влияния предусматривают покрытие 26, предназначенное для поглощения части звуковой энергии, в частности, использующее принцип резонаторов Гельмгольца, предусмотрено на уровне аэродинамических поверхностей. Как известно, это акустическое покрытие, называемое также акустической панелью, содержит в направлении снаружи внутрь акустически резистивный слой 28, по меньшей мере, одну ячеистую структуру 30 и отражающий слой 32.
Под слоем следует понимать один или несколько одинаковых или неодинаковых слоев.
Акустически резистивный слой 28 является пористой структурой, выполняющей рассеивающую роль, частично преобразующей в тепло акустическую энергию проходящей через нее звуковой волны.
Отражающий слой 32 является непроницаемым для звуковых волн и не содержит никаких отверстий, способных отрицательно влиять на акустическую обработку.
Описание этих различных слоев опускается, так как они хорошо известны специалистам в данной области.
Ячеистая структура 30 соответствует объему, ограниченному, с одной стороны, первой воображаемой поверхностью 34, на которую наносят отражающий слой 32, и, с другой стороны, второй воображаемой поверхностью 36, на которую наносят акустически резистивный слой 28, как показано на фиг.8.
Расстояние, разделяющее первую воображаемую поверхность 34 и вторую воображаемую поверхность 36, не является постоянным. Так, это расстояние может быть более значительным на уровне кромки воздухозаборника, чтобы повысить прочность упомянутой структуры, в частности, по отношению к ударам.
Ячеистая структура 30 содержит множество каналов, выходящих, с одной стороны, на уровне первой поверхности и, с другой стороны, на уровне второй поверхности. Эти каналы перекрываются, с одной стороны, пористым акустически резистивным слоем и, с другой стороны, отражающим слоем, образуя ячейку.
Предпочтительно два смежных канала разделены боковой стенкой.
Для еще большего снижения звуковых отрицательных воздействий воздухозаборник 22 содержит акустическое покрытие 26, по меньшей мере, на части аэродинамической поверхности.
Согласно варианту выполнения это акустическое покрытие 26 проходит от внутренней стенки 20 гондолы до вершинной части 24 воздухозаборника по всей периферии воздухозаборника. Предпочтительно, как показано на фиг.2 и 6, акустическое покрытие 26 проходит за пределы вершинной части 24 воздухозаборника и покрывает часть наружной поверхности 34 гондолы.
Чтобы ограничить образование инея или избежать его накопления, воздухозаборник 22 содержит средства для обработки инея.
В частности, настоящее изобретение касается способа обработки инея, состоящего в использовании горячего воздуха, отбираемого на уровне двигателя и нагнетаемого на уровне внутренней стенки аэродинамической поверхности.
Согласно изобретению ячеистая структура 30 содержит вырезы или отверстия 38, выполненные на уровне боковых стенок некоторых каналов, позволяющие установить сообщение между смежными каналами таким образом, чтобы создать сеть сообщающихся каналов, изолирующих, по меньшей мере, один или группу не сообщающихся каналов. Дополнительно ячеистая структура содержит, по меньшей мере, один ввод 40 горячего воздуха на уровне боковой стороны ячеистой структуры.
Согласно варианту изобретения ячеистая структура содержит вырезы на уровне некоторых краев боковых стенок, которые могут располагаться на уровне второй воображаемой поверхности 36, покрытой акустически резистивным слоем.
Таким образом, в отличие от известных технических решений ячеистая структура сохраняет не сообщающиеся между собой ячейки с одной поверхностью, проницаемой для звуковых волн, той, которая покрыта акустически резистивным слоем. Таким образом, на работу этих не сообщающихся между собой ячеек не влияет обработка льда, поскольку отражающий слой остается непроницаемым.
Согласно первому варианту выполнения, показанному на фиг.3, ячеистая структура 30 состоит из сот. Таким образом, каналы имеют шестиугольную форму, и смежные каналы разделены боковыми стенками. Согласно изобретению каналы, расположенные по некоторым диагоналям, являются сообщающимися за счет наличия вырезов или отверстий 38. Предпочтительно каналы сообщаются по первым диагоналям 42, ориентированным в первом направлении, и по вторым диагоналям 44, ориентированным во втором направлении. Эта конфигурация позволяет изолировать группы 46 каналов, не сообщающихся между собой через боковые стенки. Например, сообщающиеся каналы, показанные на фиг.3 в заштрихованном виде, позволяют изолировать девять несообщающихся каналов.
Согласно другому варианту, показанному на фиг.4, 5, 6А, 6В, 7А, 7В, 8-11, ячеистая структура 30 содержит, с одной стороны, множество первых полос 48, называемых продольными полосами, соответствующих пересечению объема с радиальными плоскостями, включающими продольную ось 18, и, с другой стороны, множество вторых полос 50, называемых поперечными полосами, соответствующих пересечению объема с поверхностями, пересекающими радиальные плоскости. Предпочтительно на уровне каждой точки пересечения со второй воображаемой поверхностью 36 каждая поперечная полоса 50 по существу перпендикулярна по отношению к касательной ко второй воображаемой поверхности 36 в рассматриваемой точке.
Предпочтительно на уровне каждой точки пересечения с поперечными полосами 50 каждая продольная полоса 48 по существу перпендикулярна по отношению к касательной к каждой поперечной полосе 50 в рассматриваемой точке.
Под пересекающей поверхностью следует понимать плоскость или поверхность, являющуюся пересекающейся с первой воображаемой поверхностью 34 и со второй воображаемой поверхностью 36.
Как правило, ячеистая структура содержит ряд первых полос 48, расположенных на уровне пересекающих поверхностей, при этом упомянутые первые полосы 48 не пересекаются между собой и отстоят друг от друга, и, по меньшей мере, один второй ряд вторых полос 50, расположенных на уровне пересекающих поверхностей, при этом упомянутые вторые полосы 50 не пересекаются между собой и отстоят друг от друга. Первые полосы 48 пересекаются со вторыми полосами, ограничивая канал, с одной стороны, между двумя первыми смежными полосами и, с другой стороны, между двумя вторыми смежными полосами. Таким образом, получают каналы с четырьмя боковыми сторонами.
В то же время для упрощения конструкции первые полосы располагают в радиальных плоскостях, содержащих продольную ось гондолы.
Для получения более жесткой конструкции вторые полосы располагают таким образом, чтобы они были по существу перпендикулярными к первым полосам, чтобы получить каналы квадратных или прямоугольных сечений. Это решение тоже позволяет упростить конструкцию. Вместе с тем, можно предусмотреть и другие формы сечения, например в виде ромба.
На уровне криволинейных зон сечения каналов изменяются. Так, они меняются от значительного сечения на уровне второй воображаемой поверхности 36 до более уменьшенного сечения на уровне первой воображаемой поверхности 34.
Для соединения полос различных рядов, которые пересекаются между собой, предусматривают первые вырезы 52 на уровне продольных полос 48, которые взаимодействуют со вторыми вырезами 54 на уровне поперечных полос 50. Понятно, что в случае количества рядов полос более двух достаточно увеличить количество вырезов на каждой из полос.
Для облегчения соединения первые и вторые вырезы 52 и 54 не проходят от одного края к другому.
Длину первых вырезов 52 и длину вторых вырезов 54 определяют таким образом, чтобы края продольных и поперечных полос располагались на уровне воображаемых поверхностей 34 и 36.
Согласно варианту выполнения первые вырезы 52 проходят, начиная от края продольных полос, расположенного на уровне второй воображаемой поверхности 36. Дополнительно вторые вырезы 54 проходят, начиная от края поперечных полос, расположенного на уровне первой воображаемой поверхности 34.
Согласно варианту выполнения оцифровывают форму ячеистой структуры 30, которую она будет иметь, когда она будет размещена на уровне обрабатываемой поверхности. В этом случае продольные и поперечные полосы виртуально располагают таким образом, чтобы определить для каждой из них геометрическую форму. Поверхность можно дискретизировать таким же образом, как и виртуальное расположение ячеек. Дискретизацию поверхности осуществляют при помощи проекции геометрических форм.
Таким образом, как показано на фиг.5, в случае воздухозаборника продольные полосы 48 имеют С-образную форму с первым краем 56, выполненным с возможностью соответствовать первой воображаемой поверхности 34, и вторым краем 58, выполненным с возможностью соответствовать второй воображаемой поверхности 36. Согласно вариантам расстояние, разделяющее края 56 и 58, может меняться от одной полосы к другой или вдоль профиля одной полосы. Продольные полосы 48 вырезают в по существу плоских пластинах. Это плоское вырезание упрощает изготовление. Поскольку продольные полосы 48 расположены в радиальных плоскостях, они не изгибаются во время соединения с поперечными полосами 50.
Как показано на фиг.6А, 6В, 7А и 7В, в случае воздухозаборника поперечные полосы 50 имеют вид колец с первым краем 60, выполненным с возможностью соответствовать первой воображаемой поверхности 34, и вторым краем 62, выполненным с возможностью соответствовать второй воображаемой поверхности 36. Края 60 и 62 имеют радиус кривизны, который может постепенно меняться в зависимости от удаления от вершинной части 24 от значения R, по существу соответствующего радиусу кривизны канала, образующего гондолу, для поперечных полос 50, как показано на фиг.6А, и бесконечный радиус, при этом края 60 и 62 являются по существу прямолинейными, как показано на фиг.7А, для поперечной полосы 50, расположенной на уровне вершинной части 24 воздухозаборника.
Предпочтительно поперечные полосы 50 вырезают по существу в плоских пластинах.
Преимуществом настоящего изобретения является то, что поперечные и продольные полосы вырезают в плоском виде, что упрощает изготовление, и их не подвергают никаким операциям формования, что обеспечивает выравнивание ячеек на отражающем слое и акустически резистивном слое.
В зависимости от своего положения поперечные полосы являются достаточно гибкими, чтобы, в случае необходимости, их можно было изгибать для переплетения с продольными полосами. Как показано на фиг.6В, поперечные полосы 50, расположенные в зонах ячеистой структуры, имеют только один радиус кривизны, в частности, по существу цилиндрические части располагаются в плоскостях после соединения.
Большинство поперечных полос 50 являются достаточно гибкими, чтобы, в случае необходимости, их можно было изгибать по радиусу кривизны r, перпендикулярному поверхности полос, как показано на фиг.7В, в зависимости от их положения на уровне ячеистой структуры. Таким образом, поперечные полосы 50, удаленные от вершинной части 24, не изогнуты, что соответствует бесконечному радиусу кривизны r, при этом поперечные полосы 50 имеют радиус кривизны r, который постепенно уменьшается в зависимости от расстояния, отделяющего рассматриваемую поперечную полосу от вершинной части 24, до радиуса r, по существу равного радиусу вершинной части для поперечной полосы 50, показанной на фиг.7А и 7В, расположенной на уровне вершинной части 24. Согласно важному преимуществу изобретения полосы больше не деформируются после соединения или после установки на место отражающего или акустически резистивного слоя.
Поскольку образованное таким образом акустическое покрытие имеет формы, соответствующие формам обрабатываемой поверхности, оно больше не деформируется во время установки на место на уровне обрабатываемой поверхности. Следовательно, в отличие от известных технических решений соединение между ячеистой структурой и отражающим слоем или акустически резистивным слоем не может быть повреждено, и положение стенок каналов, которые соответствуют полосам, вполне известно, и боковые стенки остаются в необходимых положениях во время оцифровки.
Как показано на фиг.9, продольные полосы 48 и поперечные полосы 50 собирают и затем соединяют при помощи сварки, например, путем выполнения пайки 64, или при помощи клея. Однако для соединения между полосами можно предусмотреть и другие решения.
Согласно вариантам края полос могут иметь более сложные формы и содержать несколько радиусов кривизны для получения более сложных поверхностей.
В зависимости от случаев можно менять расстояние между полосами одного ряда.
Так, последовательные первые вырезы 52' и 52'' могут иметь меньший зазор, чтобы получить небольшое расстояние между последовательными поперечными полосами 50' и 50'', как показано на фиг.8. Точно так же последовательные вторые вырезы 54' и 54 могут иметь меньший зазор, чтобы получить небольшое расстояние между последовательными продольными полосами 48, 48', как показано на фиг.8.
Эта конструкция позволяет получать ячейки с переменным сечением.
Согласно изобретению, чтобы обеспечить функцию обработки инея, полосы 48 и 50 могут содержать вырезы 38 для установления сообщения между некоторыми ячейками и получения сети каналов. Это решение позволяет создать сеть каналов, предусмотренных между приближенными друг к другу последовательными полосами 48 и 50, используемых для подачи горячего воздуха и обеспечения функции обработки инея, как показано на фиг.4.
Для функции акустической обработки используют несообщающиеся каналы.
Эта конфигурация позволяет совместить функции обработки инея и акустической обработки, при этом некоторые ячейки покрытия, которые не сообщаются между собой, предусмотрены исключительно для акустической обработки, а другие ячейки, которые сообщаются между собой, предусмотрены для обработки инея.
В отличие от решения, в котором используется ячеистая структура в виде сот, эта конструкция позволяет адаптировать сечения ячеек в зависимости от их функции. Так, ячейки 66, предназначенные для подачи горячего воздуха для обработки инея, имеют меньшее сечение и ограничены приближенными друг к другу полосами 48, 50, тогда как ячейки 68, предназначенные для акустической обработки, имеют более значительное сечение, ограниченные полосами (48, 50), с более значительным промежутком между собой, чем промежуток между полосами (48, 50), ограничивающими первые ячейки. Таким образом, как показано на фиг.10, площадь, занимаемая ячейками 66, предназначенными для акустической обработки, меньше на уровне второй воображаемой поверхности, чтобы не уменьшать площадь поверхностей, соответствующих ячейкам 68, предназначенным для акустической обработки.
Как показано на фиг.11, на уровне, по меньшей мере, части контура ячеистой структуры 30 воздуха 40 предусмотрена полость или желоб 70, в который выходит, по меньшей мере, один ввод горячего газа, в частности горячего воздуха, поступающего от двигателя, при этом упомянутый, по меньшей мере, один желоб или полость 70 сообщается через отверстия или вырезы 38, по меньшей мере, с одной ячейкой 66, предназначенной для обработки инея.
Согласно другому преимуществу, вытекающему из варианта выполнения, показанного, в частности, на фиг.10, ячеистая структура 30 не деформируется после соединения полос и не существует опасности сплющивания каналов, используемых для обработки инея, в отличие от решения с сотовой структурой, при которой случайная деформация боковых стенок во время установки покрытия на место может привести к сплющиванию некоторых каналов.
Согласно другому преимуществу воздух для противообледенительной защиты можно распределять достаточно точно, адаптируя расстояние между полосами, чтобы уменьшать проходное сечение в зависимости от места, где необходима большая противообледенительная защита.
Предпочтительно акустически резистивный слой 28, предусмотренный на второй воображаемой поверхности, может содержать отверстия или микроотверстия, предназначенные для установления сообщения внутреннего пространства ячеек ячеистой структуры с наружным пространством. Таким образом, некоторые отверстия или микроотверстия предназначены для акустической обработки, а другие для обработки инея.
Предпочтительно, по меньшей мере, отверстия или микроотверстия, предназначенные для обработки инея, имеют наклон и не являются перпендикулярными наружной поверхности акустически резистивного слоя, чтобы удалять горячий воздух ламинарным образом на уровне обрабатываемой наружной поверхности. Эта конфигурация позволяет также снизить опасность закупоривания отверстий (или микроотверстий), в частности, по причине загрязнения.
Разумеется, изобретение не ограничивается показанным на фигурах и описанным выше вариантом выполнения, а, наоборот, охватывает любые варианты. Так, настоящее изобретение не ограничивается применением для передней кромки и может применяться для любых покрытий для акустической обработки, которые могут использоваться для обработки инея при помощи горячего воздуха.