风扇颤动阻尼器在发动机壳体中的集成的制作方法

1.本发明涉及源自穿过飞行器涡轮机管道的流体中的阻尼压力波的领域，并且特别涉及阻尼涡轮机的颤动。


背景技术：

2.颤动是一种航空弹性不稳定性，可能由于叶片的振动和叶片配列周围的流动之间的耦合：叶片的振动引起流动的改变，该流动继而产生叶片配列的振动。随着风扇效率的不断提高，如今研制的风扇对颤动的现象越来越敏感。对于颤动的传统阻尼技术、例如平衡配重或摩擦阻尼器被结合到例如盘或叶片的旋转部分中。
3.处理该问题的另一种方式是在风扇壳体或空气入口唇部附加特定的阻尼器，目前使用最多的阻尼器类型是亥姆霍兹谐振器。
4.与这种颤动相关联的压力波动的频率大致在50hz到300hz的量级之间。因此，与这种颤动相关联的压力波动的频率低于通常对声学处理进行优化的频率。针对与这种颤动相关联的压力波动的频率而优化亥姆霍兹谐振器的腔体的体积因此特别高，并且比通常用于涡轮机的声学处理的亥姆霍兹谐振器高得多。因此，结果是在整合专门用于处理与颤动相关联的压力波动频率的亥姆霍兹谐振器时遇到了困难。
5.此外，已知的和用于这些频率的阻尼技术通常规定在声学空气入口唇部或风扇壳体后方附加体积较大的腔室以形成亥姆霍兹谐振器的谐振腔体，产生大的附加体积。
6.就其在涡轮机中在风扇壳体处的集成而言，最健全的技术通常是其中腔体放置成平行于发动机轴线的技术。设有在出现问题的情况下用于将风扇与涡轮轴脱离的机制的涡轮喷气机在可磨损的风扇筒与外部壳体之间具有相对厚的蜂窝状基层。蜂窝的该厚度大致可以是长度为25mm至30mm的量级并且轴向方向约为30cm至35cm。
7.已知一种声学处理面板，旨在安装在涡轮机上，包括无孔材料的外层、蜂窝状芯和多孔材料的内层，蜂窝状芯在外层与内层之间交错排列。蜂窝状芯包括限定蜂窝的单元或凹槽的多个壁，这些单元中的某些可以经由蜂窝状芯的壁中形成的孔口与蜂窝状芯的其它单元流体连通。如果在单元之间完成优化的声学耦合，则这些孔口放大粘—热损失，导致额外的声能耗散，并且改善声学面板的降噪。


技术实现要素：

8.本发明寻求提出一种声学处理面板，特别是用于阻尼涡轮喷气机的风扇的颤动，并且能够在不作重大修改的情况下植入到涡轮喷气机的风扇壳体中，并且更特别的是配备有在出现问题的情况下将风扇与涡轮轴脱离的机构的涡轮喷气机。
9.在本发明的一个目的中，提出一种声学处理面板，旨在设置在涡轮喷气机的与流体流接触的至少一个壁上，面板包括第一板件、第二板件以及声学处理单元，第二板件平行于第一板件并且具有旨在与流体流接触的第一面和面向第一板件的第二面，声学处理单元在第一板件和第二板件之间延伸并且其各自包括封壳和由封壳界定的腔体。声学处理单元
可以形成蜂窝结构。
10.根据本发明的一般特征，每个单元的封壳包括相互面对的两个开口，开口中的至少一个与相邻单元的封壳的开口重合。
11.此外，第二板件包括覆盖至少一个第一声学处理单元的无孔部分和设置成面向至少一个第二声学处理单元的至少一个多孔部分，并且包括至少一个穿孔，至少一个穿孔穿过第二板件的厚度，并且允许声波直接地进入到至少一个第二声学处理单元，以及经由开口进入到至少一个第一声学处理单元。
12.根据本发明的声学处理面板允许在没有对风扇的壳体、即风扇壳体的设计进行重大修改的情况下在涡轮喷气机中植入风扇颤动阻尼器，现有的功能没有受到影响。
13.声学处理面板允许使用现有的体积，而不是专门的体积，来产生作为风扇的可磨损性后方的亥姆霍兹谐振器的腔体的声学通道，声学通道由若干个单元的结合形成，这些单元沿单个相同方向对齐，并且由于它们各自封壳中的开口而相互连通。
14.根据本发明的安装声学处理面板所应用的改型对质量和体积的影响是最小的，并且因此由此产生的质量损失是相对可忽略的。
15.尽管根据本发明的声学处理面板专门用于阻尼风扇的颤动，但当发动机风道壁后的可用高度在需要衰减的频率方面非常不足时，该面板也可以调换成用于声学衰减的需要。
16.多个孔形成至声学处理面板的传播通道的入口孔口。当声学处理面板安装在涡轮喷气机上时，穿孔局部地定位在传播通道的设置在风扇上游的端部处，与传统的声学处理装置不同，在该装置中蜂窝状隔板上的所有金属板都是穿孔的。
17.为了确保系统的正确运行，穿孔区的长度不能大于面向的蜂窝状单元的高度。换句话说，对于单元，穿孔区的长度小于单元的高度。
18.因此，优选地，所述至少一个多孔部分局部地定位在第二板件的一端处，并且优选地为相对于流体流的流动方向的上游端部。
19.根据声学处理面板的第一方面，单元设置成相互平行的行，并且同一行的单元的开口沿行的方向对齐，为穿过该行的单元的开口的声波限定传播通道。
20.根据声学处理面板的第二方面，至少一行包括声学处理单元，声学处理单元包括至少一个与相邻行的单元连通的附加开口。
21.单元的附加开口允许相关联的声学处理单元形成更大体积的亥姆霍兹谐振腔体，并且因此有利于亥姆霍兹谐振器朝向较低频率调谐，因为亥姆霍兹谐振器的频率调谐取决于其谐振腔体的体积以及其一个或多个颈部的体积。
22.根据声学处理面板的第三方面，每个声学处理单元优选地包括带有六边形基部、由封壳界定的圆筒形腔体，封壳包括在第一板件与第二板件之间延伸的六个壁。
23.根据声学处理面板的第四方面，每个开口优选地在其形成于其上的壁的表面的10％至95％上延伸，以具有足够多孔的壁，从而不对所形成的声学传播通道的声学传播产生影响。
24.优选地，每个开口覆盖其形成于其上的壁的多于25％的表面，用以最佳运行，即在以下情况下运行：在每个传播通道中，波的传播不受影响或影响很小。
25.根据声学处理面板的第五方面，开口可以具有相同的几何形状，例如，大致矩形、
圆形、卵形、三角形、星形或十字形。
26.根据声学处理面板的第六方面，每个开口可以由多个孔口形成。因此，开口形成格栅或网格，其中所有的孔口共同表现得像由单一和独特的大孔形成的开口。
27.根据声学处理面板的第八方面，第二板件包括颈部，颈部各自固定到所述穿孔中的一个，并且在第一孔和第二孔之间从第二板件的第二面突出。
28.颈部附加到声学处理单元中的第二板件的穿孔允许亥姆霍兹谐振器朝向较低频率调谐，因为亥姆霍兹谐振器的频率调谐取决于其谐振腔体的体积和其一个或多个颈部的体积。
29.根据声学处理面板的第九方面，设置成面向第二板件的至少一个穿孔的声学处理单元各自包括在固定到第二板件的第一孔与比第一孔小的第二孔之间、在单元的封壳内部延伸的角状部。
30.类似地，在声学处理单元中附加角状部允许亥姆霍兹谐振器朝向较低频率调谐，因为亥姆霍兹谐振器的频率调谐取决于其谐振腔体的体积和其一个或多个颈部的体积。
31.根据声学处理面板的第九方面，为了确保声学处理面板的正确运行，板件的所述多孔部分沿轴向方向的长度小于设置成面对板件的所述部分的单元的高度。
32.在本发明的另一个目的中，提出了一种包括设有至少一个壁的发动机舱的涡轮喷气机，包括至少一个如上述限定的声学处理面板。
33.声学处理面板提供在涡轮喷气机的固定部分、诸如发动机舱或壳体上结合阻尼技术的可能性，该固定部分在控制振动比旋转部分受到更少限制。
34.因此，所述至少一个声学处理面板可以安装在涡轮喷气机上，以在风扇壳体的内部形成亥姆霍兹腔体谐振器，声学处理面板的蜂窝状部也可用于风扇的非经常性脱离机构的正确运行。
35.根据涡轮喷气机的一方面，至少一个声学处理面板可以包括如上限定的声波传播通道，并且涡轮喷气机可以限定对应于涡轮机的旋转轴线的轴向方向，以及径向方向，传播通道在不平行于涡轮喷气机的轴向方向的方向上对齐。
36.具有声学处理面板，其开口在相对于涡轮喷气机的轴向方向的对角线方向上对齐，允许为固定的蜂窝体提供传播通道的增加的体积，这有利于亥姆霍兹谐振器朝向较低频率调谐。
附图说明
37.[图1]图1在涡轮喷气机的纵向平面中示出了根据本发明的一个实施例的涡轮喷气机的剖面图。
[0038]
[图2]图2示出了根据本发明的一个实施例的声学处理面板的部分立体图。
[0039]
[图3]图3示出了图2的声学处理面板的蜂窝结构的第一示例的立体图。
[0040]
[图4]图4示出了图2的声学处理面板的蜂窝结构的第二示例的立体图。
[0041]
[图5]图5示出了图2的声学处理面板的蜂窝结构的第三示例的立体图。
[0042]
[图6]图6示出了图2的声学处理面板的剖面图，其中有入口层的第一示例。
[0043]
[图7]图7示出了图2的声学处理面板的剖面图，其中有入口层的第二示例。
[0044]
[图8]图8示出了图2的声学处理面板的剖面图，其中有入口层的第三示例。
具体实施方式
[0045]
图1示出了在涡轮喷气机1的纵向平面中的根据本发明的一个实施例的涡轮喷气机1的剖视图。
[0046]
涡轮喷气机1包括发动机舱2、中间壳体3和内部壳体4。发动机舱2和两个壳体3和4是同轴的，并且限定轴向方向d
a
和径向方向d
r
。发动机舱2在第一端处限定流体流的入口通道5，并且在与第一端相对的第二端处限定流体流的排放通道6。中间壳体3和内部壳体4在它们之间界定主流体流动流7。发动机舱2和中间壳体3在它们之间界定次级流体流动流8。主流7和次级流8沿涡轮喷气机1的轴向方向d
a
设置在入口通道5和排放通道6之间。
[0047]
涡轮喷气机1还包括风扇9，该风扇构造成递送空气流f作为流体流，该空气流f在风扇的出口处被分成在主流7中循环的主流动fp和在次级流8中循环的次级流动fs。
[0048]
涡轮喷气机1还包括声学处理面板10，其构造成在由涡轮喷气机1发射的声波径向地逸出到涡轮喷气机1的发动机舱2外部之前使它们衰减。
[0049]
每个声学处理面板10都构造成衰减声波，这些声波的频率属于预定的频率范围。在图1所示的实施例中，声学处理面板10被集成到发动机舱2、中间壳体3和内部壳体4。在内部壳体4中，声学处理面板一方面集成在中间壳体3沿轴向方向da的上游部分上并且特别是在风扇9的升高部分上，另一方面集成在中间壳体3的下游部分上。
[0050]
图2中示出了根据本发明的一个实施例的声学处理面板10的局部立体图。
[0051]
参照图2，声学处理面板10包括芯12、入口层14和反射层16。
[0052]
芯12具有蜂窝结构。更确切地，芯12包括以已知的蜂窝结构布置的多个单元18。每个单元18形成用于吸收声波的声学处理单元，其具有带六角形基部的圆筒形状。因此，每个声学处理单元18包括谐振腔体180和封壳182，谐振腔体180为带有六角形基部的圆筒形，封壳182包括在入口层14和反射层16之间延伸的6个壁1820。
[0053]
每个单元18都通到芯12的第一面121并且通到芯18的与第一面121相对定位的第二面122。取决于声学处理面板10的位置，芯12的第一面121与入口层14接触，并且旨在定向成朝向气流，主流7或次级流8。芯12的第二面122与反射层16接触，并且旨在定向成与气流的方向相反。
[0054]
取决于实施例，芯12可以由金属制成，或由复合材料制成，诸如由嵌入硬化树脂基体中的碳纤维或玻璃纤维形成的复合材料。
[0055]
入口层14可以是通过增材制造形成的单件式板。入口层14具有与诸如流f的流体流接触的第一面141和与第一面141相对并且面向芯12和反射层16的第二面142。入口层14的至少一部分是多孔的。如图6至8中所示，在后文中解释，多孔部分143可以包括为此目的穿过入口层14并且通到芯12的单元18的穿孔145，若干个穿孔145能够通到同一个单元18。
[0056]
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12的第二面122处固定到芯12的单元18的封壳182的壁1820。反射层16可以例如通过胶粘紧固到芯12。取决于实施例，反射层16可以由金属制成，或由复合材料制成，诸如由嵌入硬化树脂基体中的碳纤维或玻璃纤维形成的复合材料。
[0057]
图3示出了形成图2的声学处理面板10的芯12的蜂窝结构的第一示例的立体图。
[0058]
在该第一所示的示例中，单元18设置在偏离的网格线中，并且形成单元18的沿彼此平行的方向延伸的行120a、120b和120c。
[0059]
此外，单元18的每个封壳182都包括在其六个壁1820中的彼此面向的两个壁1820a和1820b，其中每个壁都包括矩形开口184。每个单元18相邻于另一个单元18，单元18的封壳182的壁1820中的至少一个与相邻单元18的封壳182的壁1820接触或重合。当考虑到第一单元18a和相邻于第一单元18a的第二单元18b包括开口184时，第一单元18a和第二单元18b相应的壁1820a和1820b相邻或重合，并且开口184穿过它们。
[0060]
在其它实施例中，开口184可以有其它形状，例如圆形、卵形、三角形、星形或十字形。
[0061]
如图3中所示，同一行120a、120b或120c的单元18的开口184沿对应行120a、120b或120c的方向对齐，并且因此为穿过行120a、120b、120c的单元18的开口184的声波限定传播通道1840。
[0062]
在图3所示的实施例中，每个开口184在其形成于其上的壁1820a或1820b的多于25％的表面上延伸，以使开口的壁1820a和1820b有足够多的孔，从而不对所形成的声学传播通道1840中的声学传播产生影响。
[0063]
为了使根据该第一示例的声学处理面板10有大约200赫兹的调谐频率，声学处理面板10具有30mm的芯厚度和在单元18的行120a、120b、120c和传播通道1840所延伸的方向上为324mm的芯12长度，并且包括沿此长度的34个单元18，其标准网格宽度为3/8英寸或9.525mm并且其传播通道1840在涡轮喷气发动机1的轴向方向d
a
延伸或延伸到涡轮喷气发动机1的轴向方向d
a
。开口1840各自覆盖其形成于其中的壁1820a和1820b的整体表面的50％。
[0064]
图4示出了形成图2的声学处理面板10的芯12'的蜂窝结构的第二示例的立体图。
[0065]
图4中所示的第二示例的芯12'与图3所示的第一示例的芯12不同在于：除了在声学处理面板10的两端处，第一行120a和第三行120c的单元18包括两个附加开口186，其各自与第二行120b的不同单元18连通。而第二行120b的单元18各自包括四个附加开口186，两个附加开口186与第一行120a的不同单元18连通，并且两个附加开口186与第三行120c的不同单元18连通。
[0066]
因此，单元18的附加开口186允许相关联的声学处理单元18形成更大体积的亥姆霍兹谐振腔体，并且因此有利于亥姆霍兹谐振器朝向较低频率调谐，因为亥姆霍兹谐振器的频率调谐取决于其谐振腔体的体积以及其一个或多个颈部的体积。
[0067]
图5示出了形成图2的声学处理面板10的芯12”的蜂窝结构的第三示例的立体图。
[0068]
图5中所示的第三示例的芯12”与图3中所示的第一示例的芯12不同在于：开口184”是用一组圆形孔口1840制成的。因此，开口184形成了格栅或网格，开口184的该组孔口1840共同表现得像由单一和独特的大孔形成的开口184。
[0069]
在其它实施例中，孔口可以有其它形状，例如大致卵形、三角形、星形或十字形。
[0070]
图6示出了安装在发动机舱2上、在风扇壳体9处的图2的声学处理面板10的剖面图，其中有入口层14的第一示例。
[0071]
如图6中所示，声学处理面板10的入口层14具有多孔入口部分143和布置在相对于涡轮喷气机1中的流f的方向在多孔入口部分143下游的无孔部分144。多孔入口部分143包括沿径向方向d
r
穿过入口层14的厚度的穿孔145，以允许声波进入到声学处理面板10的蜂窝状芯12的单元18。
[0072]
无孔部分144覆盖至少一个单元的表面。因此，由入口层的无孔部分144和反射层16形成的两个无孔壁之间径向地构成一个或多个单元18。
[0073]
穿孔145在面板10的某些单元18处形成与穿孔145直接连通的入口通路。因此，穿孔145也形成用于声波的通路，该通路直到声学处理面板10的传播通道1840的上游端部，该端部定位在风扇9的上游。
[0074]
在所示的实施例中，为了将处理频率调到200赫兹左右，至少在具有面向其腔体180的穿孔的单元18处，穿孔145覆盖入口层14的面向单元18的腔体180的表面部分的8％。穿孔具有直径为1.5mm的圆形形状，并且入口层14的多孔入口部分143的厚度在径向方向上为1.7mm。沿轴向方向d
a
测量的多孔入口区143的长度略小于面向的蜂窝状单元的高度。
[0075]
图4示出了形成图2的声学处理面板10的芯12'的蜂窝结构的第二示例的立体图。
[0076]
安装在发动机舱2上、在风扇壳体9处的图2的声学处理面板10的剖面图，其中有入口层14'的第二示例。
[0077]
图7中所示的实施例的声学处理面板10的入口层14'与图6中所示的声学处理面板10的入口层14不同在于：它对于每个穿孔145包括从入口层14的第二面142径向突出的管形颈部146。
[0078]
每个颈部146具有在第一孔口1460与第二孔口1465之间形成通路的中空管形形状，第一孔口1460在管的面向穿孔145的第一径向端，第二孔口1465在管的与第一端相对的第二径向端处。
[0079]
在单元18中的附加至入口层14的穿孔145的颈部146允许由单元18或单元18的组件形成的亥姆霍兹谐振器朝向较低频率有利地调谐。
[0080]
图8示出了安装在发动机舱2上、在风扇壳体9处的图2的声学处理面板10的剖面图，其中有入口层14”的第三示例。
[0081]
图8中所示实施例的声学处理面板10的入口层14”与图6中所示的声学处理面板10的入口层14不同在于：它对于设置成面向至少一个穿孔145的每个单元18包括在第一孔1470与第二孔1475之间延伸到腔体180中、在封壳182内部延伸的角状部147，第一孔1470在角状部147的固定到入口层14的第一径向端处，第二孔1475小于第一孔1470并且设置在角状部147的与第一端相对的第二径向端处。
[0082]
角状部147在单元18中的附加允许有利于亥姆霍兹谐振器朝向较低频率调谐。
[0083]
因此，根据本发明的声学处理面板允许阻尼涡轮喷气机的风扇的颤动，同时仍然能够在不对风扇壳体进行重大修改的情况下安装。