Звукопоглощающая панель

Изобретение относится к многослойным звукопоглощающим панелям с легким заполнителем из гофрированного листового материала и может быть использовано в самолетостроении, судостроении и других отраслях промышленности. Звукопоглощающая панель включает верхнюю и нижнюю обшивки и размещенный между ними зигзагообразный заполнитель. В качестве материала обшивок и заполнителя используют композиционный материал, выполненный из фенольного связующего и тканого наполнителя. Содержание связующего в материале для верхней обшивки и заполнителя составляет по массе 5-20%, для нижней обшивки - 30-50%. Зигзагообразный заполнитель выполнен в виде Z-гофров с зубцами, расположенными под углом 40-50° к направлению звукового потока. Технический результат: получение панели с высокой эффективностью звукопоглощения в широком диапазоне частот, снижение трудоемкости ее изготовления. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к многослойным звукопоглощающим панелям с легким заполнителем из гофрированного листового материала и может быть использовано в самолетостроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Известны звукопоглощающие конструкции, включающие в себя в качестве входного слоя пористые проницаемые обшивки или сетки, а в качестве объемного заполнителя - один или несколько слоев металлических или полимерных сот (патент Великобритании №2223448, патенты США №6183837, 6176964).

Использование пористых проницаемых или сетчатых материалов и сеток позволяет значительно повысить звукопоглощение, однако такие материалы легко повреждаются, поэтому их приклеивают под перфорированный лист. При этом в процессе сборки конструкции (при склеивании) происходит снижение открытой площади перфорации, что требует увеличения степени перфорации или ее восстановления.

Для расширения полосы звукопоглощения так же часто используют перфорирование стенок сотового заполнителя при помощи лазера, электронного луча или химического травления или используют соты с наклонными стенками ячеек (патенты Великобритании №2252075, патенты США №5923003, 6371242).

Недостатком указанных технических решений является высокая трудоемкость изготовления конструкций.

Известна звукопоглощающая панель, содержащая верхнюю и нижнюю обшивки и размещенный между ними гофрированный заполнитель с боковыми гранями, расположенными под углом одна к другой и имеющими площадки контакта, выполненными криволинейными в виде чечевицеобразных элементов, размещенных при впадинах боковых граней заполнителя (патент РФ №2038265).

Конструкция известной панели чрезвычайно трудоемка в изготовлении и не обеспечивает эффективное шумоглушение и необходимые прочностные свойства.

Наиболее близкой к заявляемой является звукопоглощающая панель, которая представляет собой две обшивки - перфорированную и сплошную и размещенный между ними зигзагообразный заполнитель, представляющий в сечении трапецию, во впадинах которого размещены вкладыши, профиль которых представляет профиль заполнителя в поперечном сечении. Вкладыши используются с целью повышения эффективности шумоглушения. Вкладыши и заполнитель перфорированы по основаниям и боковым граням. Заполнитель с обшивкой соединен контактной сваркой (патент РФ №2249258).

Недостатком известной конструкции является то, что акустические характеристики перфорированных конструкций сильно зависят от уровней звукового давления. Кроме того, они имеют узкую полосу эффективного звукопоглощения. Изготовление подобной звукопоглощающей панели достаточно трудоемко, необходимо производить дополнительные операции:

- перфорация материала верхней обшивки и заполнителя;

- нарезка, размещение и соединение вкладышей с зигзагообразным заполнителем.

Технической задачей изобретения является получение панели с высокой эффективностью звукопоглощения в широком диапазоне частот и снижение трудоемкости ее изготовления.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что предлагается звукопоглощающая панель, включающая верхнюю и нижнюю обшивки и размещенный между ними зигзагообразный заполнитель, отличающаяся тем, что в качестве материала обшивок и заполнителя используют композиционный материал, выполненный из фенольного связующего и тканого наполнителя, причем содержание связующего в материале для верхней обшивки и заполнителя составляет по массе 5-20%, для нижней обшивки - 30-50%, а зигзагообразный заполнитель выполнен в виде Z-гофров с зубцами, расположенными под углом 40-50° к направлению звукового потока. В качестве тканого наполнителя панель содержит ткани из арамидных или стеклянных нитей, а также комбинированные стеклоорганоткани.

На чертеже представлено предлагаемое решение. Панель выполнена в виде верхней звукопроницаемой обшивки (1), заполнителя (2) и нижней герметичной обшивки (3), изготовленных из одного и того же композиционного материала - органо-, стекло- или комбинированного текстолита на основе фенольного связующего. Материал верхней обшивки и Z-гофр - пористый, с малым массовым содержанием связующего (до 20%). Материал нижней обшивки - герметичный, массовое содержание связующего в зависимости от вида тканого наполнителя (стеклянного, органического, комбинированного) составляет от 30 до 50%. Проницаемый материал верхней обшивки и Z-гофра обладает высокими звукопоглощающими свойствами и не требует дополнительной перфорации. Материал в совокупности с выбранной структурой Z-гофр также позволяет создать как в верхней, так и в нижней частях конструкции резонансные полости Гельмгольца с высотой, переменной в двух направлениях. Структура Z-гофр зигзагообразного заполнителя такова, что зубцы Z-гофра расположены под углом 40-50° к направлению звукового потока, поэтому не требуется дополнительных поперечных перегородок или вкладышей для разбивания звуковой волны. Применение композиционного материала позволяет снизить весовые характеристики звукопоглощающей панели, упростить технологию ее получения. Высокие звукопоглощающие свойства верхней обшивки определяются сочетанием подвижной структуры тканого армирующего наполнителя с высокой пористостью материала пластика. Выбранная конструкция Z-гофра способствует разбиванию звуковой волны и дальнейшему ее поглощению.

Пример осуществления изобретения.

Верхнюю обшивку (1) и гофровый заполнитель (2) изготавливали из композиционного материала на основе фенольного связующего и тканого наполнителя (ткани из арамидной нити СВМ, стеклянной ткани марки Т-10-14, комбинированной стеклоорганоткани марки Т-42/1-76) с содержанием связующего (по массе) 5, 10, 20%.

Нижнюю обшивку (3) изготавливали из композиционного материала на основе фенольного связующего и тканого наполнителя (ткани из арамидной нити СВМ, стеклянной ткани марки Т-10-14, комбинированной стеклоорганоткани марки Т-42/1-76) с содержанием связующего (по массе) 30, 40, 50%.

Производили соединение трех слоев звукопоглощающей панели в прессе по ступенчатому режиму с максимальной температурой отверждения не выше 170°С и удельным давлением формования Р_уд=0,5 атм.

Угол расположения зубцов Z-гофра к направлению звукового потока составлял 40°, 43°, 50°.

Испытания предложенной панели и панели по прототипу представлены в таблице.

Таблица
Наименование свойств	Заявляемая панель	Прототип
Уровень звукового давления	110дБ	140дБ	110дБ	140дБ
Ширина полосы частот	1250-6000	1250-6000	1600-5000	1600-5000
эффективного
звукопоглощения материала
верхней обшивки, Гц
(высота воздушной полости
20 мм)
Коэффициент звукопоглощения	0,8-1,0	0,8-1,0	0,4-0,7	0,5-0,7

Заявляемые звукопоглощающие панели имеют повышенную эффективность звукопоглощения (коэффициент звукопоглощения α=0,8-1) в широком диапазоне частот - 1250-6000 Гц. Важным преимуществом заявляемой звукопоглощающей панели над перфорированным материалом прототипа является сохранение высоких характеристик звукопоглощения при уровнях звукового давления 140 дБ, 110 дБ. Это позволяет создать надежную систему шумоглушения авиационного двигателя в различных режимах его работы (взлет и посадка).

По сравнению с прототипом изготовление предложенных панелей в 1,5-2 раза менее трудоемко. Технология получения заявляемых панелей не предусматривает операций по перфорированию материала верхней обшивки и заполнителя, по нарезке, размещению и соединению вкладышей с гофровым заполнителем. Предложенная панель обладает стабильными акустическими свойствами.

Изобретение позволяет получить звукопоглощающую панель с высокими звукопоглощающими свойствами в широком диапазоне частот и снизить трудоемкость ее изготовления.

1. Звукопоглощающая панель, включающая верхнюю и нижнюю обшивки и размещенный между ними зигзагообразный заполнитель, отличающаяся тем, что в качестве материала обшивок и заполнителя используют композиционный материал, выполненный из фенольного связующего и тканого наполнителя, причем содержание связующего в материале для верхней обшивки и заполнителя составляет по массе 5-20%, для нижней обшивки - 30-50%, а зигзагообразный заполнитель выполнен в виде Z-гофров с зубцами, расположенными под углом 40-50° к направлению звукового потока.

2. Звукопоглощающая панель по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тканого наполнителя она содержит ткани из арамидных или стеклянных нитей, а также комбинированные стеклоорганоткани.