谐振补片和设置有这种补片的声学处理单元

1.本发明涉及对由飞行器的涡轮发动机所发出的声波进行阻尼的领域，更具体地，涉及在涡轮发动机的推力反向器的区域中声波处理的领域。


背景技术：

2.当涡轮发动机运行时，流动与涡轮发动机的实心部分之间的相互作用负责在涡轮发动机的任一侧上产生噪声扩散。
3.衰减这种声学辐射的装置之一是在与声波接触的表面区域中集成用于声学处理的装置。
4.在常规术语中，通过设置在声波在其中传播的管道的湿表面区域中的吸音面板实施涡轮喷气发动机的声学处理，且更精确地，通过转子与其环境之间的相互作用辐射的噪声。湿表面是指与流体流接触的那些表面。这些面板通常是夹层型复合材料，包围蜂窝结构，形成吸音单元，其吸音性能部分地通过赫尔姆霍茨(helmholtz)谐振器的原理获得。
5.现有技术披露了例如具有单个自由度、或用于“单个自由度”的sdof的声学面板，其具有衬套涡轮发动机的吊舱的壁的用于声学处理的面板的常规的蜂窝结构。
6.基于诸如赫尔姆霍茨谐振器、1/4波谐振器或再次的昆克(quincke)管的谐振器的声学处理相对于固定其频率衰减范围的特征尺寸有关。对应于这种谐振器的衰减的调谐频率与波长相关，因此与特征尺寸成反比。在其他方面，需要较大尺寸的谐振器以在较低频率下衰减。
7.通过使用谐振空腔进行声学处理的面板的技术的运行原理，用于声学处理的面板的径向体积(即，径向厚度)取决于处理的目标频率，以在声学衰减方面获得最大效率。
8.然而，发动机架构倾向于在更慢的风扇转速下增加稀释率。换言之，架构示出了叶轮的越来越慢的旋转速度以及在叶轮上的更少数量的叶片，这导致与包括风扇和整流器级的模块，或者用于“出口导向叶片”的“风扇-出口导向叶片”的模块相关联的噪声的主频率的降低。相对于主脉状管，穿过次脉状管的流量比率的比(也称为“旁路比率”)的这种增加迫使风扇的直径增大，并且因此导致吊舱的尺寸增加。这些大尺寸对涡轮喷气发动机的阻力有负面影响，因此对单位消耗量有负面影响。为了保证增益，发动机吊舱的空气动力学影响必须通过减小它们的厚度和长度来最小化。
9.因此，目前不满足吸音面板的最佳厚度与吊舱中的可用体积之间的匹配。
10.事实上，风扇噪声向下范围偏移，并且在发动机部件上和在涡轮发动机的吊舱(噪声的主要减小杠杆)上可用于集成用于声学处理的面板的表面和厚度依次地减小。鉴于这些约束，包括“蜂窝”结构的常规的声学处理在低频率下保持已建立的集成标准，尤其地，用于特别地低频率谐振器的调谐所需的厚度不再足够有效。
11.因此，需要开发声学处理的更紧凑的新颖解决方案，侵入性最小，并且在低频率下更有效。


技术实现要素：

12.本发明旨在提出一种用于低频率下的衰减进行优化的声学处理的解决方案，并且其衰减范围在减小的体积内更宽，因此它可以在高稀释率下被集成在推进架构中。
13.在本发明的一个目的中，提出了一种用于对用于飞行器的涡轮发动机的声学面板的声学处理的单元进行声学处理的谐振补片，该谐振补片包括谐振板、换能器以及电连接至换能器的电路，该谐振板包括沿该板的周边延伸的外围条带。
14.根据本发明的总体特征，谐振板包括切口，所述切口一起限定可变形的薄片，所述薄片具有连接至外围条带的至少一个端部。
15.由根据本发明的谐振补片上的切口形成的薄片提供与压力波的振动声学耦合，用于优化受限体积中的低频率衰减。
16.切口形成狭缝，这些狭缝同时经由它们的精细厚度，由于粘热性能以热的形式产生相当大的能量损失，并且向穿过该板的流体增加惯性，因此将谐振补片的调谐频率偏移至仍更低的频率。
17.由于使用换能，电磁耦合的集成会在该材料的末端处产生电能。所捕获的能量然后可以被再使用以操纵该系统的一个或多个调谐频率，或者在热中耗散以便强调该系统的吸音的效果、或被回收用于另一个用途。
18.当此补片集成到用于声学处理的面板的用于声学处理的单元中时，由谐振板的薄片形成的机械谐振系统与由换能器形成的电谐振无源或半无源和/或耗散系统的组合在低频率处具有用于声学处理的更好结果，并且限制了用于声学处理的单元的体积，因此限制了用于声学处理的面板的体积。
19.而且，由于薄片和换能器，根据本发明的谐振补片适于与对流动流体具有强抓持力的流动一起使用。
20.根据谐振补片的第一方面，切口可以是一起限定多边形薄片的直线切口。
21.直线切口更容易制造和形成具有更好耐磨性的多边形薄片。
22.根据谐振补片的第二方面，谐振补片可以包括至少两个不同尺寸的薄片，其拓宽声学处理的频率范围。
23.根据谐振补片的第三方面，谐振补片可以具有在圆中输入的形式，该圆的直径在5mm和50mm之间，并且薄片可以具有在1mm和50mm之间的长度。
24.谐振补片的圆形形式允许简化集成到声学颈部或管道中。
25.在蜂窝结构中，六边形形状的谐振补片将是优选的。
26.根据谐振补片的第四方面，薄片可以包括在0.5mm和20mm之间的宽度。
27.谐振板内的薄片的数量与它们的宽度直接地相关。薄片可以具有减小的宽度以用于增加薄片的数量，并且因此改进处理的带宽。
28.根据谐振补片的第五方面，薄片可以具有在20μm和2mm之间的厚度。
29.根据谐振补片的第六方面，薄片之间的切口(即，间隔)甚或狭缝可以具有在10μm与1mm之间的宽度。
30.对应于薄片中的切口的狭缝的宽度是用于声学耗散的重要标准，这是由于当薄片振动时在所有薄片之间产生的粘热机理。
31.根据谐振补片的第七方面，切口可以彼此平行。
32.在圆形谐振补片的情况下，平行切口容易形成不同尺寸的薄片，并因此增加声学处理的频率范围。
33.在变体中，两个相邻切口可以无平行性。
34.非平行的切口产生非恒定宽度的薄片，并且具有对薄片的谐振频率以及因此可能的衰减频率范围的第二作用杠杆。
35.根据谐振补片的第八方面，薄片可以包括根据长度方向的两个端部，两个端部附接至外围条带。
36.固定在两侧上的薄片由于其较小的铰接/变形而具有更坚韧的优点。
37.根据谐振补片的第九方面，板可以包括具有高杨氏模量的材料，用于限制破裂的风险并限制体积质量，并且因此保持一定的柔性。例如，在具有100gpa的杨氏模量的硅或具有114gpa的杨氏模量的钛的材料上显示出类似的特性，该杨氏模量是具有常数的材料的纵向弹性模量或牵引模量，该常数关于各牵引或压缩约束与各向同性弹性材料的变形的开始。
38.根据谐振补片的第十方面，换能器可以是电动换能器，该电动换能器包括在薄片上的导电材料的薄层和磁体。
39.通过在概念的移动部分上沉积铜并且在后面添加磁体，电动换能器实现起来非常简单。它还具有良好的坚韧性和良好的多功能性。
40.在该实施方式中，磁体可以环形地集成，并且铜线圈可以沉积在具有最大铰接的位点处。
41.根据谐振补片的第十一方面，换能器可以是压电换能器，压电换能器包括在薄片的最大变形的区域上的薄层，诸如在附接至外围条带的薄片的端部处的薄层，以使根据阶段的效果最大化。
42.一旦超过某一温度(这取决于磁性材料)，则电动换能器的磁体永久地退磁，从而破坏该过程中的换能。至于电动换能器，存在居里(curie)温度，在该温度压电换能器失去其特性。但是与磁体相反，压电通过降低温度恢复了该特性。
43.在本发明的另一个目的中，提出了一种用于声学处理的单元，该单元包括外壳、由该外壳界定的空腔、以及谐振补片，例如上文限定的并且被布置在该空腔中。
44.根据处理单元的第一方面，空腔还可以包括安装在外壳的端部上旨在与流体流相对的保护格栅。
45.保护格栅包括穿孔、微穿孔的结构或保护网格织物，或保护金属丝网，以减少流动的直接冲击。
46.在本发明的一个目的中，提出了一种用于声学处理的面板，该面板旨在布置在与流体流接触的涡轮喷气发动机的至少一个壁上，该面板包括第一板和平行于第一板的第二板，该第二板具有旨在与流体流接触的第一面和与第一板相对的第二面。
47.根据本发明的总体特征，用于声学处理的面板还可以包括如以上所限定的用于在第一板与第二板之间延伸的用于声学处理的单元。
48.在本发明的另一目的中，提出了一种涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机包括装配有至少一个壁的吊舱，该至少一个壁包括用于例如上文所限定的至少一个用于声学处理的面板。
49.用于声学处理的面板提供了在涡轮喷气发动机的固定部分(例如，吊舱或壳体)上结合阻尼技术的可能性，这对于控制旋转部分的振动是较少受限的。
50.涡轮喷气发动机包括吊舱、同轴的中间壳体和内部壳体，并且一起限定轴向方向和径向方向。
51.用于声学处理的单元的谐振板的薄片包括由相对于涡轮发动机的轴向方向的-45
°
与45
°
之间的角度限定的定向。
附图说明
52.图1示出了根据本发明实施方式的涡轮喷气发动机在涡轮喷气发动机的纵向平面中的截面图。
53.图2示出了根据本发明的实施方式的用于声学处理的面板的局部透视图。
54.图3示出了用于图2的用于声学处理的面板10的芯部12的用于声学处理的单元18的示意性透视图。
55.图4示出了根据第一实施方式的图3的单元18的谐振补片20的谐振板21的透视图。
56.图5示出了根据相对于流体流的第一定向的图4的谐振板21的平面图。
57.图6示出了根据相对于流体流的第二定向的图4的谐振板21的平面图。
58.图7示出了根据第二实施方式的图3的单元18的谐振补片20的谐振板21的透视图。
59.图8示出了根据相对于流体流的第一定向的图7的谐振板21的平面图。
60.图9示出了根据相对于流体流的第二定向的图7的谐振板21的平面图。
61.图10示出了根据实施方式的具有电动换能器22的谐振补片20的透视图。
62.图11示出了根据第三实施方式的谐振补片20的谐振板21的平面图。
63.图12示出了根据第四实施方式的谐振补片20的谐振板21的平面图。
64.图13示出了根据第五实施方式的谐振补片20的谐振板21的平面图。
具体实施方式
65.图1示出了根据本发明实施方式的涡轮喷气发动机在涡轮喷气发动机的纵向平面中的截面图。
66.涡轮喷气发动机1包括吊舱2、中间壳体3和内部壳体4。吊舱2和两个壳体3和4同轴，并且一起限定轴向方向da和径向方向dr。吊舱2在第一端限定流体流的入口通道5，并且在与第一端相对的第二端限定流体流的排放通道6。中间壳体3和内部壳体4一起界定流体流的主脉状管7。吊舱2和中间壳体3一起界定流体流的次脉状管8。主脉状管7和次脉状管8根据涡轮喷气发动机1的轴向方向da布置在入口通道5和排放通道6之间。
67.涡轮喷气发动机1还包括风扇9，风扇9构造成递送作为流体流的气流f，气流f在从风扇离开时被分成在主脉状管7中循环的主流fp和在次脉状管8中循环的次流fs。
68.涡轮喷气发动机1还包括用于声学处理的面板10，所述面板构造为在由涡轮喷气发动机1发射的声波径向地排放至涡轮喷气发动机1的吊舱2的外部之前衰减声波。
69.用于声学处理的每个面板10被配置成用于衰减其频率属于预先确定的频率范围的声波。在图1中示出的实施方式中，用于声学处理的面板10被集成到吊舱2、中间壳体3以及内部壳体4中。在内部壳体4上，用于声学处理的面板10一方面集成在根据轴向方向da的
中间壳体3的上游部分上，并且尤其集成在承载风扇9的部分上，并且另一方面集成在中间壳体3的下游部分上。
70.图2示出了根据本发明的实施方式的用于声学处理的面板10的局部透视图。
71.参见图2，用于声学处理的面板10包括芯部12、进入层14和反射层16。
72.在图2中示出的实施方式中，芯部12呈现出蜂窝结构。更精确地，芯部12包括根据已知的蜂窝结构布置的多个蜂窝状件18。每个蜂窝状件18形成用于吸音声波的声学处理的单元，该单元具有带有六边形基部的柱形形式。用于声学处理的每个单元18包括具有六边形基部的柱形形式的谐振空腔180和外壳182，外壳182包括在进入层14和反射层16之间延伸的6个壁1820。
73.在变体中，芯部12的蜂窝状件的结构可以由具有圆形基部、或其他基部、甚或任何基部的声学柱形单元形成。
74.每个蜂窝状件18终止于芯部12的第一面121上，并且终止于芯部12的与第一面121相对地定位的第二面122上。芯部12的第一面121与进入层14接触，并且旨在根据用于声学处理的面板10的放置，朝向主空气脉状管7或次空气脉状管8定向。芯部12的第二面122与反射层16接触，并且旨在与空气脉状管相对地定向。
75.根据实施方式，芯部12可以由金属或者复合材料制成，例如由嵌入硬化树脂的基体中的碳纤维或玻璃纤维形成的复合材料。
76.进入层14可以是通过增材制造形成的整体板。进入层14具有与流体流，如流f接触的第一面141以及与第一面141相对并与芯部12和反射层16相对的第二面142。进入层14中的至少一些是多孔的。
77.反射层16适于反射具有属于预定频率范围的频率的声波。反射层16在芯部12的第二面122的区域中连接至芯部12的蜂窝状件18的外壳182的壁1820。例如，它可以通过粘附固定到芯部12上。根据实施方式，反射层16可以由金属或复合材料制成，诸如，由嵌入在硬化树脂的基体中的碳纤维或玻璃纤维形成的复合材料。
78.图3示出了用于图2的用于声学处理的面板10的芯部12的用于声学处理的单元18的示意性透视图。
79.用于声学处理的单元18包括由外壳182界定的谐振空腔180，这里是圆柱形的，具有圆形基部，还包括保护格栅188、插入在谐振空腔180内部的谐振补片20。
80.保护格栅188包括穿孔或微穿孔的结构或保护金属丝网，以减少流动的直接冲击。该保护格栅188安装在旨在与流体流相对的外壳182的端部上，即，在形成芯部12的第一面121的部分的外壳182的端部处，该第一面121与用于声学处理的面板10的入口层14接触。
81.用于声学处理的谐振补片20包括具有高杨氏模量的谐振板21、换能器22以及电连接至换能器22的电路23。
82.如在示出了根据第一实施方式的谐振板21的图4中更清楚地示出的，谐振板21包括沿着板的周边延伸的外围条带210、以及一起限定可变形薄片212的直线切口211。
83.在图4示出的第一实施方式中，这些可变形薄片212包括第一端2120和第二端2125，两者均被附接至该外围条带210上。
84.在第一实施方式中，具有大体圆形形式，谐振板21包括彼此平行，并且通过与相邻的切口具有相同的空间而分离的直线切口211，以具有全部具有相同宽度的薄片212，以容
易地允许不同长度的薄片，并且还具有比全部具有相同长度的薄片更大的用于声学处理的频率范围，如具有全部具有相同宽度的薄片的大体矩形形状的谐振板的情况那样。
85.图7示出了根据第二实施方式的谐振板21。图7中所示出的第二实施方式与图4中所示出的第一实施方式的不同之处在于，仅这些可变形薄片212的第一端2120连接至外围条带210上，第二端2125是自由的。
86.谐振板21在空气动力流的面中的行为根据流的入射角和方向而变化。
87.在图1中所示出的实施例中，包括用于声学处理的单元18的用于声学处理的面板10安装在涡轮发动机1的壁上，流体流f主要地根据涡轮发动机1的轴向方向da流动。
88.在用于声学处理的单元18内的谐振板21的定向由薄片212的方向与流体流f的方向之间(换言之，薄片212的方向与涡轮发动机1的轴向方向da之间)形成的角度限定。
89.根据图4中示出的第一实施方式的谐振板21可以通过相对于轴向方向da在-30
°
与30
°
之间的角度所限定的定向来可操作地起作用，如图5和图6所示，图5和图6分别地示出了根据第一实施方式的谐振板21，谐振板21具有相对于流体流f的方向(即，相对于涡轮发动机1的轴向方向da)在0
°
处的定向和在-30
°
处的定向。
90.根据图7中示出的第二实施方式的谐振板21可以以通过相对于轴向方向da在-45
°
与45
°
之间的角度所限定的定向可操作地起作用，如图8和图9所示，图8和图9分别地示出了根据第二实施方式的谐振板21，谐振板21具有相对于流体流f的方向(即，相对于涡轮发动机1的轴向方向da)在0
°
处的定向和在-45
°
处的定向。
91.第一实施方式可以在两个流动方向(可逆的)上起作用，这与第二实施方式相反，该第二实施方式在图8和图9中呈现的方向上更好地起作用，即，流动从第一端2120(连接至外围条带210的那一端)到达。
92.根据实施方式，换能器21可以具有不同的形式。
93.根据第一实施例，换能器21可以是电动换能器，该电动换能器包括在薄片212上的导电材料的薄层220和磁体225(例如，像环形磁体)，谐振板21被布置在该磁体上，如图10所示。导电材料层220可以经由在具有最大铰接的位点沉积铜以形成铜线圈而制成。
94.根据第二实施例，换能器21可以是压电换能器，该压电换能器包括在薄片212的最大约束的区域上的薄层220，如在附接至外围条带的薄片的端部处，用于根据阶段使效果最大化，即，对于图7至9中示出的第二实施方式，在第一端部2120处并且可选地在第二端部2125处。
95.图11至图13示意性地示出谐振补片21的第三、第四和第五实施方式。
96.图8中所示出的第三实施方式与图7中所示出的第一实施方式的不同之处在于，谐振板21的总体形式是六边形。例如，这种六边形形式容易地适配用于六边形声学处理的单元18，如图2中呈现的那些。
97.图9中所示出的第四实施方式与图7中所展示的第一实施方式的不同之处在于，谐振板21的总体形式是任何形式，并且图10中所示出的第五实施方式与图9中所展示的第四实施方式的不同之处在于，切口21不是平行的，这产生了具有非恒定宽度的薄片，该薄片对薄片的谐振频率，并且因此对衰减频率的可能范围具有第二作用杠杆。
98.在所示出的所有实施方式中，谐振板21可以具有以圆c进入的形式，该圆的直径是在5mm与50mm之间，并且薄片212可以具有在1mm与50mm之间的长度、在0.5mm与20mm之间的
宽度、以及在20μm与2mm之间的厚度。
99.薄片212之间的切口211可以由宽度在10μm与1mm之间的狭缝形成。
100.用于声学处理的面板10因此包括装配有谐振补片20的用于声学处理的多个单元18，谐振补片20可以全部调谐到相同频率以在声学上具有非常精细的性能，但是具有更窄的带宽，或者调谐到不同频率以在频率上具有更低的效率，但是在更宽的频带上。
101.相应地，根据本发明的用于声学处理的面板提供了用于在低频率下衰减的优化声学处理的解决方案，并且其衰减范围在减小的体积上更大，因此它可以被集成到具有高稀释率的推进架构中。