具有集成的电加热器的声学蜂窝面板制造技术

本发明专利技术涉及一种降噪面板，包括吸声蜂窝层，该吸声蜂窝层布置在所述面板的面向气流侧上的穿孔表面层和所述面板的第二相对侧上的复合支撑层之间。复合材料支撑层包括电气热源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成的电加热器的声学蜂窝面板
本专利技术涉及在空气进气口中使用的加热面板。具体地是，本专利技术涉及能够部署在航空发动机的空气进气口或发动机舱上的集成的加热和降噪面板。本专利技术可以方便地部署在诸如发动机舱、环境控制系统、航空电子冷却等的任何飞机进气口上。
技术介绍
噪声发射标准和规定指的是从飞机发动机发射的噪声必须控制在规定的限度内。为了实现这点，在发动机的空气进气口上布置了降噪或减噪面板。它们通常以圆柱形构型来布置。这利用包括具有穿孔表面的降噪蜂窝层的常规降噪面板来实现。由发动机产生的声波穿过穿孔并进入蜂窝室，噪声在蜂窝室中被减弱。这种方法成功地减小了发动机的噪声输出并且在航空工业是常见的。航空发动机涉及的另一个要求是围绕发动机入口定位的防冰系统。常规的防冰系统采用电加热面板或来自发动机的放气，其加热入口表面并防止冰积聚。如果冰积聚起来，则冰可以脱离表面并且进入和破坏发动机。防冰系统可以以除冰模式或以预先抗冰模式操作，在除冰模式下，预成形的冰被融化，在预先抗冰模式下，防止冰形成。在常规的航空发动机中，冰防护系统和降噪系统分开地部署在发动机的入口处，以分别地防止冰积聚和控制噪声发射。本专利技术人已经建立了允许同时地实现航空发动机设计中的这些要求并仍提供进一步优点的新的布置结构。
技术实现思路
从第一方面看，提供了一种降噪面板，其包括蜂窝层，该蜂窝层布置在面板的面向气流侧上的穿孔表面层和所述面板的相对的第二侧上的复合支撑层之间，其中复合材料支撑层包括电气热源，并且其中蜂窝层包括从所述相对的层延伸到穿孔表面层的导热部分。常规的声学面板利用了在穿孔层之间的电绝缘的非金属蜂窝层，该穿孔层面向气流并且声波可以穿过该穿孔层进入形成面板的室内。这些常规面板在航空发动机的进气口处形成为圆筒，从而减弱噪声，否则噪声将从发动机的前面发射出来。这样的常规声学面板利用将蜂窝结合到穿孔面板的树脂形成。蜂窝本身也利用树脂结合材料形成。因而，常规的面板不能够用于加热面向进入发动机的气流的穿孔表面，因为它们是差的热导体。对于大多数发动机，这是不受关注的，因为存在足够的空间(面积)来提供必要的声学减弱以及必要的加热表面。通常，发动机的弯曲的前导边缘被加热(例如，利用发动机放气)并且处于发动机内侧的尾部圆柱形表面包含声学面板。然而，在空间更有限的应用中，例如，在较小的涡轮螺旋桨发动机上，满足飞行的声学和热需求越来越困难。复合材料在航空航天工业中是众所周知的并且通常被称为玻璃或碳纤维材料。为了避免关于有技能的读者在本专利技术的背景下理解的内容方面的任何疑问，复合材料是由包含在聚合物基体内的纤维(连续的或不连续的或者两者的组合)组成的材料。复合材料的工程性能是各成分的性能的组合，并且纤维取向和堆层的方式影响复合材料的机械和物理性能。高效复合材料是复合材料的工程性能比各个单独的成分的性能更有用的一种复合材料。本专利技术利用全部或部分导热的蜂窝层替换常规的非导热的蜂窝层。声学面板包括在面板的面向气流侧上的穿孔表面，以允许声波进入蜂窝层内的室。在本专利技术的声学面板的相对侧上，提供了连接到蜂窝层的复合材料支撑层，复合材料支撑层本身包含电气热源。热源构造成使得热被传导到导热性的蜂窝并且传导到穿孔表面。因而，根据本专利技术，有利地提供了组合的降噪和防冰面板。应认识到，用导热的蜂窝和另外的热源替代非金属的且轻质的蜂窝在本专利技术的时刻上是与反直觉的，尤其是因为可能的重量影响。根据本专利技术的声学面板提供了下面进一步论述的一系列技术和性能优点。蜂窝层也是在航空航天工业中很好地理解的术语。常规的降噪系统通常采用吸声蜂窝层，比如由Hexcel公司以商标名制造的吸声蜂窝层。常规的吸声层由与树脂结合在一起以形成多个六边形室或小室的纸壁形成，其形状对应于期望的声学性能。常规的声学层是不导电的或不导热的。根据本专利技术，蜂窝层是多个降声室的形式，其中形成室的壁是金属的并且是导热的。每一个室的横截面形状由对于具体应用所期望的声学性能限定。形成每一个室的壁全部(或者，可替代地是一些)是导热的，使得在壁的一端处施加的热可以传导到壁的另一端。实际上，壁限定穿过层的热路径。壁可以有利地全部是导热的，使得可以实现穿过层的均匀的热传递。可替代地是，可以限定预定的热分布图案或“映射”并且导热壁可以相应地被定位。某些壁可以针对结构强度和承载进行优化，并且其它壁可以针对导热率进行优化。已经确立，壁厚可以是低的，同时仍实现期望的热传递。根据期望的热传递，壁厚可以在约0.05-1mm的范围内，其中0.1代表标准铝蜂窝的厚度。壁可以利用增材制造技术形成。壁厚可以有利地变化，以便实现性能(热和结构)的局部变化。适当的材料可以根据期望的分布来选择。用于层的金属材料可以从钛或铝或合金(诸如钛64(Ti64))来选择。有利地是，蜂窝层由单个金属合金(比如，例如，钛合金)形成。因而，层呈现均匀的热和机械性能。有利地是，复合支撑层借助于树脂粘合剂(比如由Cytec制造的FM300)结合到蜂窝层。这种树脂结合是足够强的，以在使用期间适应预期的力并且也能够在层被加热时维持完整性。蜂窝层可以传导的热的量主要地由周围的树脂材料的最大操作温度而不是金属本身来限制。有利地是，树脂被选择成使得其可以在高达150℃下保持其完整性。复合材料支撑层有利地包括电激活加热器。具体地是，加热器可以在制造期间和在堆叠被固化之前嵌入在复合堆叠内。将加热器嵌入在支撑层内给加热器提供强度和支撑并且也保护加热器元件免于破坏或腐蚀。加热器例如形成在待固化的层片组成的堆叠内的一个或多个层。多个加热器可以在故障和/或另外的加热器输出的情况下提供冗余。电加热器可以是任何合适的加热器布置，比如热喷涂加热器元件。此处，元件包含当电流被施加到元件时温度增加的轨道。导热性轨道可以利用任何合适的技术(比如，线、箔、网、溅射、印刷油墨或热喷涂)制造。电加热器设置有将由本领域技术人员所理解的电源和控制布置。加热器可以构造用以将高达10W/cm2的功率消散到支撑层。加热轨道可以有利地与上述的蜂窝壁的图案对齐，以优化从支撑层到蜂窝层的热传递。为了优化到蜂窝层的热消散，嵌入在复合材料支撑层内的加热器可以靠近该层的表面定位，而蜂窝层抵靠该层结合。热源可以有利地定位在复合材料支撑层的最靠近蜂窝的那一半部(当在远离蜂窝层的深度上测量时)定位。因而，加热器可以由支撑层充分地支撑并且同时从加热器消散的热可以传导到蜂窝层。加热器有利地尽可能得靠近金属蜂窝定位。此外，在加热器和蜂窝之间的任何热绝缘也被最小化。这最大化两者之间的热传递。这必须在维持两者之间的电绝缘的同时进行。面板还可以包括在蜂窝层和复合材料支撑层之间的金属皮层。术语“皮”意图指该层相对于蜂窝层和支撑层的厚度更薄。有利地是，皮的厚度在0.05mm和1mm之间。有利地是，位于包含加热器的复合支撑层和蜂窝层之间的均匀的金属皮层均匀地扩散跨蜂窝的表面在支撑层内产生的热。实际上，“热板”利用金属皮层形成，允许热侧向地扩散。这优化了到蜂窝层的所有壁的热传递。蜂窝和金属皮可以利用合适的树脂或胶结合在一起，这能够在面板的期望的操作温度下维持其完整性。面板的面向气流的表面设置有穿孔表面，以允许声波进入蜂窝面板的降噪室。穿孔表面从而有利地提供多个功能：(ⅰ)其通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降噪面板，包括蜂窝层，所述蜂窝层布置在所述面板的面向气流侧上的穿孔表面层和所述面板的相对的第二侧上的复合支撑层之间，其中所述复合材料支撑层包括电气热源，并且其中所述蜂窝层包括从所述相对的层延伸到所述穿孔表面层的导热部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.08 GB 1602240.21.一种降噪面板，包括蜂窝层，所述蜂窝层布置在所述面板的面向气流侧上的穿孔表面层和所述面板的相对的第二侧上的复合支撑层之间，其中所述复合材料支撑层包括电气热源，并且其中所述蜂窝层包括从所述相对的层延伸到所述穿孔表面层的导热部分。2.根据权利要求1所述的面板，其中，所述蜂窝层是多个降声室的形式，并且其中形成所述室的壁是金属的并且是导热的。3.根据权利要求1或2所述的面板，其中，所述复合材料支撑层通过树脂粘合剂结合到所述蜂窝层。4.根据任一前述权利要求所述的面板，其中，所述复合材料支撑层包括电激活加热器。5.根据权利要求4所述的面板，其中，所述电激活加热器嵌入在所述复合材料支撑层内。6.根据权利要求5所述的面板，其中，所述电激活加热器嵌入已结合的所述蜂窝层的1mm内。7.根据任一前述权利要求所述的面板，还包括在所述蜂窝层和所述复合材料支撑层之间的金属皮层。8.根据任一前述权利要求所述的面板，还包括在所述穿孔表面层和所述蜂窝层之间的金属皮层。9.根据权利要求8所述的面板，其中，所述金属皮层包括与所述穿孔表面层的穿孔对齐的穿孔。10.根据权利要求1至7中任一项所述的面板，其中，所述穿孔表面层是金属皮层。11.根据权利要求7至10中任一项所述的面板，其中，所述金属皮层的厚度在0.05mm和1mm之间，并且/或者形成所述蜂窝层的材料的壁厚在0.05mm和1mm之间。12.根据权利要求7至11中任一项所述的面板，其中，所述金属皮是钛合金或镍合金。13.根据任一前述权利要求所述的面板，其中，所述蜂窝由钛合金形成。14.根据任一前述权利要求所述的面板，其中，所述蜂窝层设置有在跨所述层的预定位置处的不同的导热率。15.根据权利要求14所述的面板，其中，形成所述室的所述壁是金属的，并且每一个壁的金属根据在所述位置处的预定的导热率来选择。16.根据权利要求15所述的面板，其中，多个壁是...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿什利·布鲁克斯，伊恩·斯托特，
申请(专利权)人：GKN航空服务有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB