Звукопоглощающая сотовая панель

 

Звукопоглощающая сотовая панель относится к области машиностроения и может использоваться для звукопоглощения кабин, кожухов и экранов машин. Содержит размещенный между поверхностными листами сотовый заполнитель, состоящий из сблокированных пустотелых ячеек. Пустотелые ячейки сотового заполнителя расположены по исходящим из центра панели и пересекающимся между собой под углом 90^o логарифмическим спиралям и выполнены в поперечном сечении уменьшающимися от периферийной зоны к центру панели. В одном из поверхностных листов выполнены сквозные, сообщенные с воздушными полостями пустотелых ячеек отверстия, диаметр каждого из которых пропорционален площади поперечного сечения соответствующей ячейки и ее резонансной частоте и определяется зависимостью. Данная панель позволяет повысить эффективность звукопоглощения широкополосных источников звука. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к звукопоглощающим панелям кабин, кожухов и экранов машин.

Известна панель из слоистых однородных звукопоглощающих материалов /Е.Я. Юдин и др. Звукопоглощающие материалы. Стройиздат. М., 1966, с.71-75, рис. 25/, используемая в строительстве и в машиностроении для защиты человека от шума. Недостатком ее является недостаточная эффективность звукопоглощения при широком интервале частот акустического поля.

Известна наиболее близкая к заявляемому изобретению по совокупности признаков звукопоглощающая сотовая панель, содержащая размещенный между поверхностными листами сотовый заполнитель, состоящий из сблокированных пустотелых ячеек, имеющих постоянную площадь сечения (патент Японии 6004306, МПК В 32 В 3/12,1988г.).

Недостатком этого устройства является недостаточная эффективность звукоглушения, так как все его внутренние резонаторы настроены на поглощение акустических колебаний лишь определенной частоты, в то время как возбуждения звука на современных машинах обычно являются широкополосными, что вызвано существованием большого числа независимых источников звука и нерегулярностью некоторых физических процессов.

Задачей изобретения является обеспечение поглощения сотовыми ячейками панели широкого интервала частот акустического поля, что позволяет повысить эффективность звукоглушения широкополосных источников звука.

Поставленная задача достигается тем, что в звукопоглощающей сотовой панели, содержащей размещенный между поверхностными листами сотовый заполнитель, состоящий из сблокированных пустотелых ячеек, отличительными от прототипа признаками является то, что пустотелые ячейки сотового заполнителя расположены по исходящим из центра панели и пересекающимся между собой под углом 90^o логарифмическим спиралям и выполнены в поперечном сечении уменьшающимися от периферийной зоны к центру панели, при этом в одном из поверхностных листов выполнены сквозные, сообщенные с полостями пустотелых ячеек отверстия, диаметр каждого из которых пропорционален площади поперечного сечения соответствующей ячейки и ее резонансной частоте и определяется следующей зависимостью: где d - диаметр отверстия в поверхностном листе, м; f_p - резонансная частота ячейки, Гц; l₁ - толщина поверхностного листа, выполненного с отверстиями, м; l - толщина сотового заполнителя, м; S - площадь поперечного сечения ячейки сотового заполнителя, м²; с - скорость звука в воздухе при 20^oС; с=344 м/с.

Выполнение ячеек сотового заполнителя в поперечном сечении уменьшающимися от периферийной зоны панели к ее центру и сообщение их пустотелых полостей с атмосферой посредством отверстий, выполненных в одном из поверхностных листов, а также расположение их по пересекающимся между собой под углом 90^o логарифмическим спиралям позволяет получить плотную гексагональную структуру ячеек с наиболее широким спектром размеров ячеек и, следовательно, получить наиболее широкий интервал частот акустического поля, на которых ячейки, выполняющие функцию резонаторов Гельмгольца, панели выполняют функцию поглотителей акустических колебаний, что значительно повышает эффективность звукоглушения широкополосных источников шума.

На фиг.1 представлена звукопоглощающая сотовая панель в двух проекциях.

На фиг.2 - фрагмент звукопоглощающей сотовой панели в аксонометрии.

На фиг.3 - разрез А-А фиг.1.

Звукопоглощающая сотовая панель содержит поверхностные листы 1 и 2 и закрепленный между ними сотовый заполнитель 3 толщиной l. Сотовый заполнитель 3 состоит из сблокированных пустотелых ячеек 4. Ячейки 4 заполнителя 3 расположены по исходящим из центра 5 панели и логарифмическим спиралям 6 и 7. Ячейки 4 выполнены в поперечном сечении уменьшающимися от периферийной зоны панели к ее центру 5. В поверхностном листе 2, имеющем толщину l₁, выполнены сквозные отверстия 8 над каждой ячейкой 4. Отверстия 8 сообщают атмосферу с полостями ячеек 4 и выполнены с диаметром d, пропорциональным площади поперечного сечения соответствующих ячеек 4, что тем самым превращает каждую ячейку сотового заполнителя в резонатор Гельмгольца и повышает эффективность звукоглушения. Резонаторы Гельмгольца содержат камеру с объемом V_p, соединенную с воздуховодом в виде отверстия в стенке воздуховода. Резонансная частота f_р резонатора Гельмгольца определяется выражением /Борьба с шумом на производстве. Справочник /Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов, И.В. Горенштейн и др. ; под общ. ред. Е.Я. Юдина - М.: Машиностроение, 1985, с. 302/:
где l_г и F_г - длина и площадь горла резонатора.

Подставляя выражения: F_г= d²/4, Vp=l S и l_г=l₁, получаем формулу для вычисления диаметра отверстия d в поверхностном листе:

где l₁ - толщина поверхностного листа 2, имеющего отверстия 8, м;
l - толщина сотового заполнителя 3, м;
S - площадь поперечного сечения ячейки 4 сотового заполнителя 3, противолежащей отверстию 8 в поверхностном листе 4, м²;
c - скорость звука в воздухе при температуре +20^oС;
c=344 м/с;
f_р - резонансная частота ячейки, Гц.

Поперечные сечения ячеек 4 сотового заполнителя 3 увеличиваются от центра 5 панели к ее периферийной части, следовательно, увеличиваются и площади S поперечных сечений ячеек 4. Слои ячеек 4, расположенных по логарифмическим спиралям 7, сдвинуты относительно друг друга и таким образом получается плотная гексагональная упаковка. Из контуров ячеек 4 получается сеть, которая имеет минимальную длину. Поверхностные листы 1 и 2 и стенки ячеек 4 сотового заполнителя 3 могут быть изготовлены из различных материалов, например металлической фольги, плотной бумаги, синтетической пленки.

Звукопоглощающая сотовая панель работает следующим образом:
При воздействии на сотовую панель широкополосного звука звуковые волны через отверстия 8 в поверхностном листе 2 попадают в воздушные полости ячеек 4. Воздушные полости ячеек 4 резонируют на определенной частоте и поглощают акустические колебания этой частоты. Расположение ячеек 4 по пересекающимся между собой под углом 90^o спиралям 6 и 7 позволило создать плотную структуру разновеликих в поперечном сечении ячеек 4, уменьшающихся от периферийной зоны к центру 5 панели в большом диапазоне. Отверстия 8 в поверхностном листе 2 выполнены также изменяющимися в зависимости от площади поперечного сечения ячеек 4 и задаваемой резонансной частоты каждой из них. Подбором диаметров d отверстий 8 ячейки 4 настраивают на основные частоты внешнего акустического поля широкополосного звукового воздействия, что приводит к эффективному поглощению широкого интервала частот акустических колебаний широполосного звука, создаваемого при работе на современных машинах. Слои ячеек 4 расположенных по каждой логарифмической спирали 7 (фиг.3), идентичны, что упрощает процесс изготовления сотового заполнителя 3.

Формула изобретения

Звукопоглощающая сотовая панель, содержащая размещенный между поверхностными листами сотовый заполнитель, состоящий из сблокированных пустотелых ячеек, отличающаяся тем, что пустотелые ячейки сотового заполнителя расположены по исходящим из центра панели и пересекающимся между собой под углом 90^o логарифмическим спиралям и выполнены в поперечном сечении уменьшающимися от периферийной зоны к центру панели, при этом в одном из поверхностных листов выполнены сквозные сообщенные с воздушными полостями пустотелых ячеек отверстия, диаметр каждого из которых пропорционален площади поперечного сечения соответствующей ячейки и ее резонансной частоте и определяется следующей зависимостью:

где d - диаметр отверстия в поверхностном листе, м;
f_p - резонансная частота ячейки, Гц;
l₁ - толщина поверхностного листа, имеющего отверстия, м;
l - толщина сотового заполнителя, м;
S - площадь поперечного сечения ячейки сотового заполнителя, м²;
с - скорость звука в воздухе при 20^oС; c=344 м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3