帶有穿孔隔膜蓋的聲學蜂窩的制作方法

帶有穿孔隔膜蓋的聲學蜂窩的制作方法
【專利摘要】一種聲學結構(10)，包括具有其中設置有隔膜蓋(22)的單元的蜂窩。隔膜蓋由可以在將材料插入蜂窩之前或之后被穿孔的柔性材料片形成。柔性材料具有足夠的柔性，以允許折疊成隔膜蓋的形狀。柔性材料還具有足夠的硬度，以便當所述蓋在聲學結構的制造過程中被插入蜂窩時提供隔膜蓋摩擦接合及鎖定至蜂窩單元。粘合劑在所述蓋已被插入蜂窩單元之后被施加至隔膜蓋，以提供永久的粘接。
【專利說明】帶有穿孔隔膜蓋的聲學蜂窩
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及用于減弱噪聲的聲學系統。更具體地，本發明涉及使用蜂窩來制造用于減少由噴氣發動機或其他噪聲源所產生的噪聲的發動機艙及其他結構。
【背景技術】
[0002]人們普遍認識到的是，處理由特定源所產生的過量噪聲的最好方法是處理在源頭處的噪聲。這通常是通過將聲學阻尼結構(聲學處理)添加至噪聲源的結構來實現的。一種特別有問題的噪聲源是用在大多數客機上的噴氣發動機。聲學處理通常并入發動機入口、發動機艙和排氣結構。這些聲學處理包括聲學諧振器，其包含具有數以萬計的孔的相對較薄的聲學材料或柵格，這些孔產生相應于由發動機所產生的聲能的聲阻抗。工程師們所面對的基本問題是如何將這些又薄又軟的聲學材料加入噴氣發動機的結構元件中并且包圍發動機艙，以提供所需的噪聲衰減。
[0003]蜂窩一直是用于飛機及航空航天器的普遍材料，因為其相對堅固并且重量輕。對于聲學應用來說，目的是設法將薄聲學材料納入蜂窩結構中，以使得蜂窩單元被封閉或遮蓋。采用聲學材料封閉這些單元會產生諧振器所基于的聲阻抗。
[0004]—種將薄聲學材料納入蜂窩的方法被稱為夾層設計。在該方法中，薄聲學片置于兩片蜂窩之間并粘接就位，以形成單一結構。該方法的優勢在于設計人員可以使用尖端的聲學材料設計，這些設計得以織造、沖壓或者蝕刻至精確的尺寸，且粘接過程相對簡單。但是，這種設計的缺點在于該結構的強度受到兩個蜂窩切片與聲學材料之間的粘接的限制。此外，兩個蜂窩切片之間的粘接表面被限制至沿著蜂窩邊緣的表面區域。另外，還有這樣的可能性，也就是聲學材料中的一些孔在粘接過程中可能由于過量的粘合劑而被關閉。重要的是，孔不被關閉，因為這可能會導致諧振器的有源聲學區域的損失。
[0005]第二種方法使用在蜂窩單元內獨立地粘接就位的相對較厚的固體插入件。一旦就位，則插入件被鉆孔或者以其他方式被處理，以形成對于插入件來說充當聲學材料所必需的孔。這種方法不需要將兩個蜂窩切片粘接在一起。結果是得到其中牢固地粘接插入件的堅固結構。然而，這種方法也具有一些缺點。例如，在固體插入件中鉆出數以萬計的孔所需要的成本和復雜性是主要的缺點。另外，相對較厚的固體插入件使蜂窩很硬且難以形成為非平面結構，比如用于噴氣發動機的機艙。

【發明內容】

[0006]根據本發明，提供了蜂窩聲學結構，其中聲學材料的單個片形成為插入蜂窩單元的隔膜蓋。隔膜蓋具有比聲學材料基本上更厚的凸緣部，并且提供用于將隔膜蓋連接至蜂窩壁的錨定表面。通過摩擦鎖定在錨定表面與單元壁之間，隔膜蓋在單元內被初始地保持就位。此摩擦鎖定足以將隔膜蓋保持在適當位置，直到它們因粘合劑而被永久地粘接就位。
[0007]本發明的聲學結構被設計成位于噪聲源比如噴氣發動機或其他動力設備附近。該結構包括具有第一邊緣和第二邊緣的蜂窩，第一邊緣位于最靠近噪聲源，第二邊緣位于遠離該源。蜂窩包括在蜂窩的第一與第二邊緣之間延伸的多個壁。蜂窩的壁限定多個單元，其中每個單元具有垂直于蜂窩壁測量的橫截面面積和由所述第一與第二邊緣之間的距離限定的深度。
[0008]作為本發明的特征，隔膜蓋位于至少一個蜂窩單元內，并且覆蓋該單元的整個橫截面面積。隔膜蓋由具有厚度和周邊的聲學材料片制成。該片的形狀優選為矩形。隔膜蓋包括諧振器部分，其具有位于相鄰蜂窩壁的外邊緣和在諧振器部分的外邊緣與聲學材料片的周邊之間延伸的凸緣部。凸緣部具有錨定表面，通過摩擦接合初始地連接至單元壁以形成前體結構。錨定表面具有寬度，其中所述錨定表面的寬度基本上大于聲學材料片的厚度，以使得其提供在隔膜蓋與蜂窩壁之間的所需程度的摩擦鎖定。最終的聲學結構通過采用前體結構并且將粘合劑施加至錨定表面和單元壁以永久地將隔膜粘接就位來制成。
[0009]與現有的蜂窩聲學結構相比，本發明提供了許多優勢。例如，在兩個蜂窩切片之間不存在使結構弱化的縫隙。隔膜蓋可以以不同高度位于蜂窩單元內，以基于眾所周知的Helmholtz諧振理論提供對噪聲衰減的微調。多個隔膜蓋可以以不同高度置于單一的蜂窩單元內，以產生多個空腔和阻抗柵格。由不同聲學材料制成的隔膜蓋可用于相同的蜂窩結構中或甚至在相同的蜂窩單元內。凸緣部提供相對較大的錨定表面面積，以確保在該結構的壽命內將隔膜蓋粘接至單元壁。另外，相對又薄又柔的隔膜蓋不會減小蜂窩的柔性，其對于發動機艙和其他非平面的聲學結構來說是重要的考慮因素。
[0010]結合附圖，參照下面的詳細說明，將更好地理解本發明的上述及許多其他特征的和附帶的優勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是根據本發明的示例性聲學結構的透視圖。
[0012]圖2是根據本發明的示例性隔膜蓋的透視圖。
[0013]圖3是圖2所示的示例性隔膜蓋的沿3-3平面的剖視圖。
[0014]圖4是根據本發明的示例性聲學結構的剖視圖，其中兩組隔膜蓋位于蜂窩單元內的兩個不同深度。
[0015]圖5是根據本發明的示例性聲學結構的剖視圖，其中兩個隔膜蓋位于每個蜂窩單元內。
[0016]圖6是用于制作聲學結構的制造過程的一部分的示意性圖示，其中隔膜蓋由聲學材料片形成并且插入蜂窩以形成前體結構。
[0017]圖7是示出用于通過將前體結構浸入粘合劑池中以使得隔膜蓋的凸緣但不是諧振器部分與粘合劑接觸而將粘合劑施加至隔膜蓋和蜂窩壁的錨定表面的示例性優選方法。
[0018]圖8是示出了結合在一起以形成圖9所示類型的聲學結構的固體殼體、聲學結構及穿孔殼體的一部分的分解透視圖。
[0019]圖9是位于噪聲源(噴氣發動機)附近的示例性聲學結構(艙)的局部剖視圖。該聲學結構包括夾在固體殼體與穿孔殼體之間的聲學蜂窩。
【具體實施方式】
[0020]根據本發明的示例性聲學結構在圖1和8中通常示出為10。聲學結構10包括具有第一邊緣14 (其位于最靠近噪聲源)和第二邊緣16的蜂窩12。蜂窩10包括在兩個邊緣14與16之間延伸以限定多個單元20的壁18。每個單元20具有的深度(也稱為芯部厚度)等于兩個邊緣14與16之間的距離。每個單元20還具有垂直于單元壁18進行測量的橫截面面積。蜂窩可由用于制作蜂窩板的任何常規材料制成，包括金屬、陶瓷和復合材料。
[0021]作為本發明的特征，隔膜蓋22位于單元20內。優選但不是必須的，隔膜蓋22位于大部分(如果不是全部的話)單元20中。在某些情況下，可能期望的是將隔膜蓋22僅插入一些單元中，以產生所期望的聲學效果。可替代地，可能期望的是將兩個或更多個隔膜蓋插入單個單元中。
[0022]圖2和3示出了示例性隔膜蓋22。通過將聲學材料片折疊成尺寸匹配蜂窩單元橫截面面積的六邊形形狀的蓋，由聲學材料片形成隔膜蓋22。優選地，如圖6所示，隔膜蓋22通過使用柱塞63迫使聲學材料片60穿過蓋折疊模具62而形成。優選地，片60的形狀為略微矩形并且從聲學材料64的卷筒切割而成。片60具有如圖3所示的厚度(t)以及周邊65。片60的尺寸和形狀可根據片所插入的蜂窩單元的形狀/尺寸、片60的厚度以及所使用的特定聲學材料而廣泛變化。
[0023]參照圖2和3，隔膜蓋22包括具有外邊緣25的諧振器部分24。隔膜蓋22還包括具有錨定表面27的凸緣部26，該錨定表面通過摩擦接合而初始地連接至單元壁18，隨后通過使用適當的粘合劑永久粘接。錨定表面27具有寬度(W)。
[0024]錨定表面的寬度(W)可根據許多因素進行改變，包括單元的橫截面面積、聲學材料的厚度、聲學材料的類型以及粘合劑。對于具有1/4至I英寸單元的典型蜂窩來說，量級為0.05英寸至0.500英寸的錨定表面寬度適于具有量級為0.001英寸至0.10英寸厚度的聲學材料。對于具有從0.004至0.006英寸厚度的標準聲學材料來說，優選的是至少0.20英寸的錨定表面寬度。一般而言，優選的是，錨定表面的寬度基本上大于聲學材料的厚度。“基本上大于”是指錨定表面的寬度比聲學材料的厚度大至少5倍，且優選的是大20倍。
[0025]可使用任何標準的聲學材料來形成隔膜蓋。這些聲學材料通常設置為相對薄的片，其是設計成提供噪聲衰減的穿孔、多孔或開口的網狀織物。可以使用各種材料(金屬、陶瓷、塑料)的穿孔和多孔的片。在一優選實施例中，聲學材料是由單絲纖維織造的開口網狀織物。這些纖維可由玻璃、碳、陶瓷或聚合物構成。由聚酰胺、聚酯、聚三氟氯乙烯(ECTFE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)、聚氟乙烯丙烯(FEP)、聚醚酮(PEEK)、聚酰胺6(尼龍，6PA6)和聚酰胺12 (尼龍12，PA 12)制成的單絲聚合物纖維只是一些示例。由PEEK制成的開口網狀織物優選地用于高溫應用。可用于形成根據本發明的隔膜蓋的開口網狀聲學織物和其他聲學材料可從各種各樣的商業來源得到。例如，開口網狀聲學織物片可從SEFAR America Inc.(Buffalo DivisionHeadquarters 11 ICalumet Street Depew, NY14043)獲得，商標名稱為 SEFAR PETEX、SEFARNITEX 和 SEFAR PEEKTEX。
[0026]另一優選的實施例涉及使用聲學材料的固體片，其中穿孔于形成隔膜蓋之前或之后形成在材料中。雖然上述確定類型的金屬、陶瓷和塑料可用于本實施例，但優選的是，聲學材料是PEEK或適于高溫應用的類似耐化學性的聚合物材料。PEEK的片或膜可購自許多來源，比如生產PEEK片的Victrex USA (Greenville, South Carolina),商品名稱為
VICTREX? peek? 聚合物。[0027]PEEK是一種可被加工形成要么是非晶體相要么是晶體相的片的晶體熱塑性塑料。膜通常具有的厚度為從0.001至0.006英寸。與晶體PEEK膜相比，非晶體PEEK膜更加透明且更容易熱成型。晶體PEEK膜是通過將非晶體PEEK膜加熱至高于非晶體PEEK的玻璃化轉變溫度(T〃)的溫度達足夠長的時間以實現數量級為30%至35%的結晶度而形成的。晶體PEEK膜具有比非晶體膜更好的耐化學性和耐磨性能。晶體PEEK膜還沒有非晶體膜柔軟，并且具有更多的反彈。反彈是折疊的膜朝向返回至其原始預折(平)形狀施加的力或偏壓。
[0028]晶體或非晶體PEEK膜都可以用作隔膜蓋，條件是在為特定的蜂窩單元設計特定的隔膜蓋時考慮兩種材料之間的柔性和反彈的差異。一般來說，需要非晶體PEEK的較厚膜，以提供具有相同程度的由較薄晶體膜所提供的摩擦鎖定的隔膜蓋。例如，如果0.002英寸厚的晶體PEEK膜被確定為具有所需的剛度和反彈以提供特定隔膜配置的足夠的摩擦鎖定，則人們可能需要使用0.003英寸厚或更厚的非晶體膜，以便實現相同程度的摩擦鎖定。
[0029]PEEK或其它塑料的固體膜可以通過使用在固體膜中提供多個開口的任何技術而被穿孔。穿孔或孔可機械地或通過使用化學品被鉆出。優選的是，穿孔由通過相對薄的PEEK膜的激光鉆孔制成。在一實施例中，PEEK膜的平片是激光鉆孔，以在將膜形成為隔膜蓋之前提供所期望數量的穿孔。該步驟的優點在于，由該膜所提供的平表面可以在鉆孔操作期間更容易地保持聚焦在膜上的激光束。另外，在無需重新聚焦激光的情況下，對隔膜蓋的諧振器部分和凸緣部進行穿孔。圖3所示的隔膜蓋22分別包括在諧振器部分24和凸緣部26中的穿孔或孔31和33。在折疊膜以形成隔膜之前對整個膜進行預鉆孔的附加優點在于，凸緣部24中的孔33提供了增加的表面積和開口，其中粘合劑可以輸入以改善凸緣至單元壁的粘接。
[0030]在另一實施例中，隔膜蓋的諧振器部分直到在隔膜蓋已被插入蜂窩之后才被激光鉆孔。如圖6所示，PEEK60的固體片形成為隔膜蓋22NP(未穿孔)并且插入蜂窩12P。然后，隔膜蓋的諧振器部分通過激光鉆孔進行穿孔以提供孔35。可以在隔膜被永久地粘接成蜂窩之前或之后對諧振器部分進行激光鉆孔。優選的是，激光鉆孔直到隔膜已被永久地粘接就位之后才被推遲。該步驟的優點在于，在某些情況下，特別是在膜中的大量穿孔所必需時，人們可以使用比在隔膜被預鉆孔時所可能的更薄的膜。膜中包含的大量孔往往降低膜的硬度及反彈水平，以使得單元內隔膜總的摩擦鎖定也得以降低。因此，通過直到隔膜已被插入、摩擦鎖定及永久地粘接在單元內后才延遲鉆孔，可以獲得采用給定膜所可能的最大反彈和摩擦鎖定。另外，在隔膜就位后激光鉆孔避免了被錯位粘合劑無意中阻止的穿孔的可能性。本實施例的缺點是，折疊隔膜的諧振器部分可能不是完全平坦的，從而激光可能在鉆孔操作過程中需要重新聚焦。
[0031]隔膜蓋22可插入蜂窩單元以提供多種各樣的聲學設計。例如，隔膜蓋可以以不同高度位于蜂窩12a內，如圖4中的22a和22b所示。這種類型的設計允許微調聲學結構的噪聲衰減性能。圖4所示的兩級設計旨在僅作為根據本發明所可能的各種可能的多級隔膜布置的示例。如本領域技術人員將所理解，不同可能的隔膜設置高度的數量是極大的，并且可被調整以滿足特定的噪聲衰減要求。
[0032]圖5示出了用于隔膜蓋22的插入結構的另一示例。在該結構中，兩組隔膜蓋22c和22d被插入蜂窩12b，以向每個單元提供兩個隔膜蓋。很明顯，許多可能的其他結構是可能的，其中三個或更多個隔膜蓋被插入給定的單元。另外，圖4所示的多級插入設計可與圖5所示的每個單元設計的多個插入相結合，以提供無限數量的可能的隔膜蓋插入結構，其可用于微調聲學結構以向給定的噪聲源提供最優的噪聲衰減。
[0033]如前面所述，圖6示出了用于將隔膜蓋插入蜂窩的優選方法，其中通過使用蓋折疊模具62和柱塞63來預形成隔膜蓋。用于標示圖6中蜂窩結構的附圖標記與圖1相同，除了它們包括“P”來表示該結構是前體結構，其中隔膜蓋尚未永久地粘接至單元壁。
[0034]應該指出的是，使用蓋折疊模具62以由單獨的聲學材料片形成隔膜蓋是優選的，但不是必需的。可以使用蜂窩作為模具，并且通過使用柱塞63來簡單地迫使片60進入單元而形成隔膜蓋。但是，許多蜂窩板的邊緣往往相對地參差不齊，因為這些板通常在制造過程期間從較大的蜂窩塊切成。因此，蜂窩邊緣在材料的平片被強制直接插入單元時往往會刮蹭、磨損和污染聲學材料。因此，如果需要的話，可以不使用蓋折疊模具，但是只有如果蜂窩的邊緣被處理以移除任何粗糙或參差不齊的邊緣。
[0035]重要的是，聲學材料片的尺寸/形狀和模具/柱塞的尺寸/形狀(或者如果沒有使用模具的話，則只有柱塞)被選擇成使得隔膜蓋可被插入單元而不破壞聲學材料，而同時提供在錨定表面與單元壁之間的足夠的摩擦接觸，以在隨后的前體結構處理期間將隔膜蓋保持就位。常規實驗可用于確定所需的聲學片的各種尺寸和形狀，以便在采用粘合劑將錨定表面永久地粘接至單元壁之前實現必要地摩擦鎖定或保持隔膜蓋就位在前體結構中。摩擦鎖定或保持的量應該足以保持隔膜蓋不脫落蜂窩，即使前體結構在處理期間無意中掉落。
[0036]對于由傳統材料比如玻璃纖維、酚醛樹脂、諾梅克斯、鋁制成的標準3/8英寸復合蜂窩來說，PEEK膜材料片(0.001至0.015英寸厚)可以是匹配圖6所示的單元形狀的矩形65或形狀67。對于矩形片來說，該矩形應該具有的尺寸范圍從0.50至0.70英寸乘0.60至0.80英寸。對于被切割以匹配單元形狀的膜材料來說，該片應超大足夠的量以提供具有所期望的凸緣部寬度的隔膜蓋。就被折疊成隔膜蓋的矩形片來說，優選地，聲學材料片沒有凹口，否則的話被努力切開以增強片的折疊。人們發現，沒有凹口的片折疊為隔膜蓋，其在錨定表面上具有折皺，這加強隔膜蓋粘接至蜂窩壁。另外，凹口往往釋放一些向外的張力或偏壓力(反彈)，否則其將會存在于隔膜蓋的凸緣部中。此向外的反彈力或偏壓是朝向未折疊的位置固有地向后偏壓的折疊片中的聚合物的結果。此向外的力或反彈是隔膜蓋與單元壁之間的摩擦鎖定的重要部分。
[0037]通過使用凸緣尺寸、膜剛度/反彈以及蜂窩拐角中隔膜材料包裝的組合來實現隔膜蓋的摩擦鎖定。由材料65的矩形片形成的六角形隔膜蓋往往具有額外的材料，其可被壓縮到單元的拐角中，以在使用帶有低反彈的相對薄膜時提供附加的摩擦鎖定。為了減少膜的重量和起皺，優選地，用于形成隔膜蓋的膜片具有更加接近類似最終隔膜蓋形狀的周邊(圖5中的67)，以便形成更均勻的凸緣。在此優選的配置中，凸緣的尺寸和膜的反彈提供基本上所有的將隔膜蓋摩擦鎖定至單元壁。對于這種類型的優選的隔膜蓋配置來說，更加柔軟且具有較少反彈的材料通常需要比更不柔軟且具有更多反彈的材料更大的凸緣。
[0038]通過將測試重量放置到隔膜上并且確定是否有任何所產生的隔膜運動，可以測量隔膜摩擦鎖定至蜂窩的程度。例如，如果隔膜通過以下的測試，則其被認為是因可接受的量的鎖緊力而摩擦地鎖定至蜂窩壁。27克測試重量從插入側被放置在干隔膜的頂部上。當干蓋將支撐27克而不含滑下蜂窩單元時，該摩擦鎖定力是可以接受的。在示例性測試中，27克測試重量是直徑為0.368英寸、長度為2.0O英寸的鋼棒。
[0039]對于PEEK膜(厚度為0.001至0.015英寸)來說，膜全都足夠柔性以形成隔膜蓋。然而，通過改變膜厚度和膜類型(晶體或非晶體)以及改變凸緣寬度，用于特定尺寸和形狀的隔膜蓋的特定膜將通過變化膜反彈而被確定，以建立將隔膜摩擦鎖定至單元壁所必需的膜反彈和凸緣寬度的組合。
[0040]鉆在隔膜蓋中的孔的數量和尺寸以及孔圖案可以根據用于聲學結構的所期望的最終聲學性能而改變。通常，孔或穿孔的尺寸變化范圍為從0.002至0.015英寸，并且最好是圓形的形狀。如果需要的話，可以使用不是圓形的孔。其它合適的孔形狀包括橢圓形、正方形或槽形。鉆在諧振器部分中的孔的數量將根據孔的尺寸和所期望的聲學性能而變化。對于直徑為從0.002至0.015英寸的孔來說，優選的是，孔的數量范圍對于大多數聲學應用來說為100到700每平方英寸。優選地，選擇孔的數量和孔的尺寸，以為個別聲學應用提供所需的瑞利值和非線性系數(NLF)。NLF將隨著更少更大的孔用來滿足瑞利要求而增加，而更低的NLF將通過增加更小的孔的數量來滿足類似的瑞利要求而被產生。
[0041]所述孔的表面積應保持低于整個諧振器部分表面積的20%，以便保持膜的完整性并且提供足夠的反彈用于摩擦鎖定至單元壁。如果需要的話，孔的數量和尺寸可以在諧振器部分與凸緣部之間變化。這允許使用在諧振器部分中的一孔配置，以最大限度地提高聲學性能，同時還允許使用凸緣中的另一孔配置，以最大限度地提高粘合劑的相互作用及所產生的至單元壁的粘接。
[0042]前體結構在圖6中示出為IOp,其中隔膜蓋22僅通過摩擦鎖定而保持就位。如前文所述，摩擦鎖定必須足以將隔膜蓋牢固地保持就位，直到它們可能通過使用適當的粘合劑而被永久地粘接。所用的粘合劑可以是在蜂窩板制造中使用的任何常規粘合劑。優選的粘合劑包括在高溫(300 - 400° F)下穩定的那些。示例性的粘合劑包括環氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛塑料、氰基丙烯酸酯、BMI’ S、聚酰胺一酰亞胺以及聚酰亞胺。
[0043]粘合劑可以通過使用各種公知的粘合劑應用步驟而被施加至錨定表面/單元壁接合面。重要的考慮因素是，粘合劑應該被選擇性地僅施加至凸緣錨定表面/單元壁接合面，而不是至隔膜蓋的諧振器部分。將粘合劑施加至諧振器部分將導致封閉或者至少減小網格或其他聲學材料中開口的尺寸。可以使用任何粘合劑施加步驟，其可提供將粘合劑選擇性地施加至錨定表面/單元壁接合面。
[0044]圖7示出了示例性粘合劑施加步驟。在該示例性步驟中，蜂窩12p僅浸入粘合劑的池70中，以使得僅隔膜蓋22p的凸緣部浸入粘合劑。人們發現，通過使用該浸入步驟，可以將粘合劑精確地施加至錨定表面/單元壁接合面，前提是只要隔膜蓋在浸入前被精確地置于相同的高度。對于位于不同高度的隔膜蓋來說，需要多個浸入步驟。可替代地，可以通過使用刷子或其他現場特定的施加技術來施加粘合劑。其中的一些技術可以在插入隔膜蓋之前用來采用粘合劑涂蓋芯部壁。可替代地，粘合劑可以是在插入芯部之前被印到隔膜材料上并且被呈現的屏障。
[0045]人們發現如圖7所示的用于施加粘合劑的浸入步驟工作得特別好，因為在聲學材料的折疊片中存在的皺折提供錨定表面與單元壁之間的小通道，其允許粘合劑通過毛細作用而被更容易地向上細吸。此向上細吸用于在諧振器部分的外邊緣與單元壁的相交處形成帶(fillet)。在諧振器部分的邊緣形成粘合劑帶不僅用于很好地粘接至單元壁，而且還提供粘合劑與諧振器部分之間的良好限定的邊界，以確保諧振器部分的聲學性能沒有受到粘合劑的不利影響。
[0046]根據本發明的聲學結構可用于需要噪聲衰減的各種各樣的情況。這些結構非常適于與其中噪聲衰減通常是個問題的動力設備系統結合使用。蜂窩是相對輕型的材料。因此，本發明的聲學結構特別適于用在飛機系統中。示例性的用途包括噴氣發動機的機艙、大型渦輪或者往復式發動機的整流罩以及相關的聲學結構。
[0047]本發明的基本聲學結構通常熱形成為發動機艙的最終形狀，然后，外材料殼或片采用粘合劑層而被粘接至所形成的聲學結構的外邊緣。此完成的夾層固化在保持工具中，這在粘接期間維持機艙的復雜形狀。例如，如圖8所示，聲學結構10熱形成為最終的機艙形狀。夾層部分通過將固體片或殼體80置入粘接工具而制成。接下來，將粘合劑層置于殼體上。這之后是加入成形的聲學結構10。加入第二層粘合劑膜且然后是頂部殼體82。這樣就完成了夾層結構。該組件在熱和壓力的作用下粘接。最終的機艙形狀由粘接工具控制。然后，面板將符合噴氣發動機的形狀，如圖9中示意性示出的90。
[0048]實施的示例如下:
[0049]示例 I
[0050]以下示例提供關于根據本發明的示例性聲學隔膜蓋蜂窩的細節。本領域技術人員要認識到的是，可以使用各種各樣的尺寸、蜂窩材料、聲學網狀材料以及粘合劑。一般而言，特定的結構及聲學應用將確定各種設計需求，其包括芯部密度、隔膜深度、聲阻抗、芯部厚度、切片長度、切片寬度以及網狀材料尺寸。
[0051]示例性隔膜芯部產品:
[0052]示例性聲學隔膜蓋芯部由具有3/8英寸單元的玻璃纖維蜂窩制成。隔膜位于距芯部(1.25英寸厚)邊緣的0.500英寸處。隔膜芯部的聲阻抗被認為是70瑞利。
[0053]材料:
[0054]蜂窩由Hexcel Corporation (Dublin, California)提供，標不為部件號-HRP-3/8-4.5磅每立方英尺(pcf)(采用酚醛樹脂的0/90度玻璃纖維結構)。蜂窩的密度為4.5磅每立方英尺。
[0055]聲學網從SEFAR America, Inc.獲得，其標示為部件號-17-2005-W022 (非金屬織造網，聲阻抗范圍為從45至64瑞利)。
[0056]粘合劑從Hexcel Corporation獲得,并且標示為部件號_899_55。粘合劑是聚酰胺一酰亞胺族，其是一種專利材料。如果需要的話，可以使用其他粘合劑，比如環氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛塑料、氰基丙烯酸酯和聚酰胺。
[0057]聲學芯部尺寸如下:
[0058]芯部單元尺寸:典型的單元尺寸是從壁到壁所測量的0.396英寸六邊形內部尺寸。切片厚度通常是1.250英寸。插入六邊形單元的網格通常是0.700英寸乘0.650英寸的矩形形狀。網格被折疊以形成蓋并且插入蜂窩單元。蓋的頂部符合單元形狀和尺寸(具有0.396英寸內部尺寸的六邊形形狀)。蓋的側部符合蜂窩單元壁以進行粘接連接。蓋的側部通常為0.1875英寸長，并且浸入粘合劑以將隔膜蓋連接至蜂窩。
[0059]粘合劑浸入和固化過程:[0060]具有插入每個單元的隔膜蓋的蜂窩芯部按如下所述被浸入:
[0061]a.芯部被放入粘合劑箱，隔膜的頂部處于向上位置。
[0062]b.切片降低至設定高度，這允許粘合劑沿著蜂窩切片的厚度向上移動并且覆蓋該蓋的底側。
[0063]c.在蓋側以上的粘合劑浸入高度通常為0.150英寸。粘合劑將向上細吸最后典型的0.0375英寸，以關閉和鎖定網格纖維并且將蓋粘接至蜂窩壁。
[0064]粘合劑固化周期按如下所述實現:
[0065]在浸入和排放之后，立即將芯部放入300° F烤箱。粘合劑經受300° F的固化周期達30分鐘、350° F的固化周期達30分鐘以及400° F的固化周期達30分鐘。
[0066]網格和隔膜芯部的聲學測試:
[0067]1.由SEFAR America, Inc.所提供的上述網格可由供應商進行調整，以提供從25至120瑞利的聲阻抗范圍。
[0068]2.用于隔膜芯部的聲阻抗范圍還可由設置在網格上的粘合劑的量進行調整。使用插入蜂窩的50瑞利網格的示例。如果粘合劑浸入高度為在蓋側以上0.100英寸。在粘合劑線上方的其他未密封的網格將減少單元中的最終芯部阻抗至典型的42瑞利。這將是可用于此設計的最低阻抗。如果粘合劑密封達0.1875英寸高度一則典型的阻抗將為70瑞利。
[0069]用于網格和芯部的測試方法:
[0070]可以使用兩種測試方法進行聲學評價。Raylometer或單個單元真空測試用于透氣性。Raylometer的單位是瑞利,單個單元真空的單位是K帕斯卡。下表說明了聲學隔膜蓋蜂窩的聲學評價結果，其中蓋僅僅是網格(無粘合劑)，并且其中蓋采用粘合劑而被粘接就位，如上所述。
[0071]
【權利要求】
1.一種聲學結構，包括: 蜂窩，其包括第一邊緣和第二邊緣，所述蜂窩還包括在所述第一與第二邊緣之間延伸的多個壁，所述壁限定了多個單元，其中所述單元中的每個具有垂直于所述壁測量的橫截面面積和由所述第一與第二邊緣之間的距離限定的深度； 隔膜蓋，其位于所述單元中的至少一個內，所述隔膜蓋包括具有厚度和周邊的柔性材料片，所述柔性材料片足夠柔性以被折疊并插入所述單元來形成包括穿孔諧振器部分的所述隔膜蓋，穿孔諧振器部分在同一平面上橫向延伸過所述單元并且具有位于所述壁的外邊緣和在所述穿孔諧振器部分的外邊緣與所述柔性材料片的周邊之間延伸的凸緣部，所述凸緣部平行于所述壁延伸并且包括連接至所述壁的錨定表面，所述錨定表面具有寬度，其中所述錨定表面的寬度基本上大于所述柔性材料片的厚度；以及 粘合劑，其將所述錨定表面粘接至所述壁。
2.根據權利要求1所述的聲學結構，其中，所述隔膜蓋的凸緣部是穿孔的。
3.根據權利要求1所述的聲學結構，其中，所述隔膜蓋的凸緣部是未穿孔的。
4.根據 權利要求1所述的聲學結構，其中，所述柔性材料片是塑料。
5.—種前體聲學結構,包括: 蜂窩，其包括第一邊緣和第二邊緣，所述蜂窩還包括在所述第一與第二邊緣之間延伸的多個壁，所述壁限定了多個單元，其中所述單元中的每個具有垂直于所述壁測量的橫截面面積和由所述第一與第二邊緣之間的距離限定的深度； 隔膜蓋，其摩擦鎖定在所述單元中的至少一個內，所述隔膜蓋包括具有厚度和周邊的柔性材料片，所述柔性材料片足夠柔性以被折疊并插入所述單元來形成包括穿孔諧振器部分的所述隔膜蓋，穿孔諧振器部分在同一平面上橫向延伸過所述單元并且具有位于所述壁的外邊緣和在所述穿孔諧振器部分的外邊緣與所述柔性材料片的周邊之間延伸的凸緣部，所述凸緣部平行于所述壁延伸并且包括連接至所述壁的錨定表面，所述錨定表面具有寬度，其中所述錨定表面的寬度和所述柔性材料的反彈足以將所述隔膜蓋摩擦鎖定在所述單元內。
6.根據權利要求5所述的前體聲學結構，其中，所述隔膜蓋的凸緣部是穿孔的。
7.根據權利要求5所述的前體聲學結構，其中，所述隔膜蓋的凸緣部是未穿孔的。
8.根據權利要求5所述的前體聲學結構，其中，所述柔性材料片是塑料。
9.一種制作前體聲學結構的方法，所述方法包括以下步驟: 提供包括第一邊緣和第二邊緣的蜂窩，所述蜂窩還包括在所述第一與第二邊緣之間延伸的多個壁，所述壁限定了多個單元，其中所述單元中的每個具有垂直于所述壁測量的橫截面面積和由所述第一與第二邊緣之間的距離限定的深度； 提供具有厚度和周邊的至少一個柔性材料片，所述柔性材料片足夠柔性以被折疊成隔膜蓋的形狀用于插入所述單元，所述隔膜蓋具有諧振器部分，其橫向延伸過所述單元并且具有位于所述壁的外邊緣和位于所述諧振器部分的所述外邊緣與所述聲學材料片的周邊之間的凸緣部，所述凸緣部平行于所述壁延伸并且包括具有寬度的錨定表面； 將所述柔性材料片形成為所述隔膜蓋； 將所述隔膜蓋插入所述單元，以使得所述錨定表面鄰近所述壁，所述錨定表面足夠寬且所述柔性材料的反彈足以提供所插入的隔膜蓋摩擦鎖定至所述單元壁。
10.根據權利要求9所述的用于制作前體聲學結構的方法，其中，在將所述柔性材料片形成入所述隔膜蓋之前對所述柔性材料片進行穿孔。
11.根據權利要求9所述的用于制作前體聲學結構的方法，其中，在所述隔膜被插入所述單元之后對所述諧振器部分進行穿孔。
12.根據權利要求9所述的用于制作前體聲學結構的方法，其中，所述柔性材料是塑料。
13.根據權利要求9所述的方法，其包括將所述錨定表面粘性地粘接至所述蜂窩的壁以形成聲學結構的附加步驟。
14.根據權利要求13所述的用于制作聲學結構的方法，其中，在將所述柔性材料片形成入所述隔膜蓋之前對所述柔性材料片進行穿孔。
15.根據權利要求13所述的用于制作聲學結構的方法，其中，在所述隔膜被插入所述單元之后對所述諧振器部分進行穿孔。
16.根據權利要求13所述的用于制作聲學結構的方法，其中，所述柔性材料是塑料。
17.根據權利要求13所述的用于制作聲學結構的方法，其中，折疊所述柔性材料以形成所述隔膜蓋和將所述隔膜蓋插入單元的步驟一起進行。
18.—種根據權利 要求13所述的方法制作的聲學結構。
19.一種動力設備系統,其包括根據權利要求1所述的聲學結構。
20.—種飛機,其包括根據權利要求1所述的聲學結構。
【文檔編號】G10K11/172GK104025187SQ201280052427
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月11日 優先權日:2011年10月24日
【發明者】E.艾爾 申請人:赫克賽爾公司