[发明专利]带宽抑制增加的声学结构

说明书

技术领域

本发明总体涉及用来使源自具体源的噪声衰减的声学结构。更具体地，本发明涉及提供较薄的声学结构，这些声学结构能够衰减宽范围的噪声频率，所述宽范围的噪声频率包括较低频率的噪声，诸如由飞机的发动机产生低频噪声。

背景技术

处理由特定源产生的过量噪声的最佳方式为在源处处理噪声，这得到了广泛认可。这通常通过向噪声源的结构添加声阻尼结构(声处理结构)来完成。一个特别有问题的噪声源为用在大多数客机上的喷气发动机。该声处理结构通常合并在发动机进口、短舱和排气结构中。这些声处理结构包括声谐振腔，这些声谐振腔包含具有数百万个孔的较薄的声学材料或栅格，对由发动机产生的声能产生声阻抗。

蜂窝已经成为用于在飞机和航空车辆中使用的受欢迎的材料，因为它较坚固且重量轻。对于诸如发动机短舱的声应用场合，声学材料被添加到蜂窝结构，使得蜂窝单元格在远离发动机定位的端部处在声学上封闭并且在离发动机最近的端部处由多孔覆盖件覆盖。以这种方式用声学材料封闭蜂窝单元格，产生一种提供对噪声进行衰减、阻尼或抑制的声谐振腔。声学隔板也通常位于蜂窝单元格的内部以便为谐振腔提供附加噪声衰减性质。

声学工程师面对的基本问题是，将短舱制得尽可能薄且重量轻，同时在由喷气发动机产生的噪声的整个范围内，仍然提供对声波频率的充足的抑制或阻尼。该基本设计问题因如下事实而复杂化：更新型的大型喷气发动机的趋势是产生更低频率的附加噪声。新发动机设计趋向于使用以更慢的速率产生更多旁通空气的更少的风扇叶片。这导致产生频率更低的发动机噪声。

给定的蜂窝单元格或谐振腔阻尼的噪声的具体频率直接涉及单元格的深度。一般而言，随着噪声频率降低，单元格的深度必须增加以便提供充足的阻尼或抑制。具有量级在1英寸以下的单元格深度的较薄的短舱对于吸收由喷气发动机产生的高频率范围而言是充足的。然而，为了吸收由更新喷气发动机产生的更低的频率，需要在量级在二又二分之一(2 1/2)英寸以上的声学单元格或谐振腔深度。

解决吸收低频率喷气噪声的一个方法是简单地构建具有更深单元格的短舱。然而，这导致短舱的大小和重量的增加，这与提供尽可能薄且重量尽可能轻的短舱设计目的相反。此外，特别是对于短舱的大小和重量为主要工程设计考虑的更大的飞机发动机，吸收低频噪声所需的短舱重量和大小上的增加，可能是不能接受的。

目前，需要设计发动机短舱和其它声学结构，其中，在不增加短舱声学结构的厚度或重量的情况下，该声学结构能够抑制更宽范围的噪声频率。

发明内容

根据本发明发现，短舱或其它类型的声学结构的带宽或声学范围通过将蜂窝单元格声学耦合在一起以形成声学单元格对而增加，该声学单元格对所具有的有效声学或谐振腔长度长达单独采用的任一声学单元格的有效声学或谐振腔长度的两倍。有效谐振腔长度上的这种增加产生了能够在不增加短舱的厚度或重量的情况下吸收较低噪声频率的短舱或声学结构。

本发明总体上涉及声学结构，并且具体地涉及用于飞机发动机的短舱。根据本发明的声学结构包括蜂窝，该蜂窝具有定位成离噪声源最近的第一边缘和定位成远离噪声源的第二边缘。蜂窝包括多个第一声学单元格，其中，第一声学单元格中的每一个与第二声学单元格共享公共壁。第一声学单元格中的每一个终止于第一隔音器，该第一隔音器定位在蜂窝的第二边缘处或靠近蜂窝的第二边缘。第二声学单元格终止于第二隔音器，该第二隔音器也定位在蜂窝的第二边缘处或靠近蜂窝的第二边缘。

作为本发明的一个特征，声学路径位于第一声学单元格与第二声学单元格之间的公共壁中以将这些单元格声学耦合在一起。声学路径定位在蜂窝的第一边缘与第一和第二隔音器之间。第三隔音器设置在第二声学单元格中以在蜂窝的第一边缘处或在蜂窝的第一边缘与声学路径之间提供第二声学单元格的声学末端。声学单元格和隔音器的联结提供第一噪声衰减区，该第一噪声衰减区包括第一声学单元格以及第二声学单元格的位于第二隔音器与第三隔音器之间的部分。因此，第一噪声衰减区或谐振腔具有能够长达蜂窝深度两倍的有效声长度。

作为本发明的进一步的特征，将第三隔音器放置在蜂窝的第一边缘和声学路径之间的位置处，提供了具有等于第三隔音器与蜂窝的第一边缘之间的距离的长度的第二噪声衰减区。因此，第二噪声衰减区或谐振腔具有比蜂窝深度短的有效声长度。

对于给定的耦合声学单元格对，第一、第二噪声衰减区的宽范围有效声长度能够通过简单地改变第三隔音器与蜂窝第一边缘之间的距离来实现。本发明提供了优于传统声学蜂窝的显著优点，在传统声学蜂窝中，单元格都具有相同的有效声长度，并且加长单元格的唯一方式是增加蜂窝的厚度。