航空超轻量环保阻燃阻尼隔音复合航材

航空超轻量环保阻燃阻尼隔音复合航材
【摘要】由于现代飞机和航天事业的快速发展,使得飞机系统的输出功率和转速都很大的增加,并因此产生了巨大的宽频随机振动和噪音。

而这种巨大宽频的振波也会激发起了飞机结构以及电子器件之间的多峰谐振.使得它们所面临的振动问题也显得更为复杂,这是因为谐振响应大而产生的飞机结构疲劳损伤,以及因为受到了过大的震动加速度而使电子器件损坏的现象也更为强烈。

上述问题如果得不到妥善解决,轻则影响电子产品的工作特性,从而减少疲劳寿命;重则还会导致重大故障,以至造成飞机失事。

国内外在航空航天工程中开始采用以粘弹性材料为蕊层覆贴耐高温阻超轻量级燃隔音棉的复合组阻尼结构进行减振和降噪,并广泛运用于各型飞机的噪声控制设计以及环境污染治理工程中,同时处理减振降噪中使用阻尼隔音材料的阻燃性能和环保性能以及轻量级适航的特征越来越被有关设计、运营部门重视,并获得迅速发展和广泛应用。

【关键词】空天飞行器、客机、军机;轻量化;复合材料;隔热隔音;阻燃、阻尼、环保;
前言
针对民机产业而言,不论是欧盟的航空霸主Airbus、中美洲的飞机巨人Boeing,或是最年轻的中国COMAC,在关于通航产业这块大蛋糕上的竞争已经趋于白热化。

而机舱噪音作为评估飞乘机舒适性的一项指标,在商业竞争中也有着难以忽视的重要战略地位。

谈到机舱噪音,就必须谈到隔震降噪、隔热保温等系统的设计。

随着民航飞机的机舱内部声学环境问题越来越引起了航空公司和飞机生产商的高度关注,如何减少机舱噪音,从而改善飞机乘坐舒适度也已成为飞机研发的热点话题之一。

航空舱内噪音一般来自于构造声和空气声二个重要领域方面,在航空舱内的噪音管理上,由于采用铺设隔热防噪棉等隔热吸音材质,以及提高机体气密性等方式能够更有效地隔绝中高频的空气环境噪音,但由于发动机振动而
导致机身内部结构震动形成的中低频噪音,在构造中随距离而减弱的程度较小,且不易控制。

因此特别针对客机设计而言,重量和空气声都得到了严格的限制,中低频噪音始终是航空舱口噪音管理的难点。

发展机身复材化已是必然趋势,而各种领域对复材的研究也犹如雨后春笋般,遍地开花。

轻量化的复合阻燃低阻尼隔振隔音材料,给民机设计带来的优点也有许多,其优越的阻燃抗燃烧隔音性能为舱内降噪工作带来质的改变。

一、机舱复合阻燃阻尼隔热隔音棉的轻量化设计
图1隔热隔音棉
如图一,隔热隔音棉在航空机舱里的效果
就如同一圈"柔性隔绝层",它在使旅客们获得舒
适宁静的机舱环境同时,还能够在航班遇到突发
爆炸、坠落等情况当中防止明火对机舱内的人
员自身的燃蚀,对明火处形成阻隔性阻燃隔阻,
当机舱内外明火作业人员燃烧阻燃阻尼的抗噪
复合材料时,自身就不会产生强大烟雾,也不会
产生流滴焦油,还可以在明火砍除处形成防火性阻燃水汽减少明火处的爆炸温度,在离火后3~5秒钟内即刻自熄,从而为机舱旅客的撤离工作赢得了宝贵的时间,从而保障了旅客的人身安全。

图2复合材料结构蒙皮进行深度火焰烧蚀测试
如图二，利用约束阻尼贴片材料再加超质轻隔音棉层的隔温隔音隔振,形成
多层次结构的复合材料对薄壁铆接加工的框架型蒙皮结构进行阻尼隔振吸声处理,是实现减振去噪十分有效的措施,在极易共谐振动的金属薄板上铺设了复合约束
阻尼器的隔音棉层,通过控制其弯曲振动的幅度,进而减小了辐射噪音。

装饰壁板
超轻耐火隔热隔音棉
阻燃阻尼胶片
铆接金属蒙皮
图3隔音隔振降噪复合材料耐高温阻燃连续燃烧测试
如图三，隔音隔振降噪复合材料
耐高温阻燃燃烧测试氧指数≥32,垂直
燃烧性能达到VO级,烟密度等级
SDR≤75,属性能非常优秀的阻燃隔振保
温材料。

喷火器
复合约束材料
图4 复合阻燃阻尼隔声材料的防燃烧与穿透
如图四，复合阻尼隔音棉材料有效隔阻噪音和燃烧穿透,温宽范围为-
55℃~180℃,合适飞行条件下的高低温温差变化需求。

采用了复合约束阻尼隔声棉材料在飞机上的研制和广泛使用,利用制约阻尼层材料的剪切模量和损耗因子等力学特征来评价材料的阻尼特性,约束的阻尼层又有高面密度阻尼约束层和中面密度约束阻尼层、低密度约束阻尼层之分,它们在200~5000Hz噪声区域内的隔音降噪性表现各有不同,经过对复合阻尼器材料的力学特征作了大量试验对比研究。

对600Hz以内的中低频小分量噪音,高面密度(4.2kg/m²)束缚阻尼层的降噪效果最佳,600Hz之上的中高频段,(1.5kg/m²)低面密度束缚阻尼层的降噪效果最佳,"隔音能力"(即性量比)较高。

针对在六百三十Hz以内的低频噪音,中面密度(2.5~3kg/m²)约束阻尼层的"隔音能力"为最大。

二、复合约束阻尼隔音棉结构组成
离型剥离贴敷层
铝箔约束层
阻燃隔音棉
多层约束阻尼蒙皮
多层铝箔约束层
离型剥离贴敷层
图5复合约束阻尼隔音棉结构组成
复合约束阻尼隔音棉结构组成为多层复合材料结构,表层为金属蒙皮结构,中间贴敷一层或者多层约束阻尼片层，约束阻尼层之间贴敷对应层铝箔进行隔离约束。

最外层约束阻尼贴敷超轻量阻燃隔音棉约束层，阻燃隔音棉最外层贴敷最后一道铝箔层.
2 .1复合约束阻尼
离型层
阻尼层
约束层
图6复合约束阻尼结构
图六的约束阻尼片结构为底层离型纸剥离层,中间为阻燃阻尼层,内部根据面密度不同划分为高、中、低三个不同面密度阻尼器材料,最外侧一层为约束阻尼层,根据对阻尼性能要求不同一般采用1~4.2mm不同厚度阻尼层进行约束贴敷，中间可以采用1层阻尼层或者多层阻尼层，阻尼层中间覆1mm左右约束铝箔材料来约束，制作约束阻尼的约束铝箔层根据需要可以是单层约束，也可以是多层约束,复合约束阻尼材料对薄壁类构件进行阻尼器贴片粘接处理,是对进行减震、降噪、提高构件刚度的十分有效的措施,在振动发声的金属薄片上敷贴约束阻尼层,可以通过控制其弯曲震动的幅度,从而增强降噪能力,减少了辐射噪音,以满足轻量化航材的需求。

汉龙航空采用先进的技术配方研发生产的环保丁基橡胶为基材的环保绿色阻尼补强片,该阻尼片具备稳定性能优越,-55°~180°工况范围保持性能稳定,无挥发异味、无降解,具备高阻燃功能,航空蒙皮一般选择厚度为
1.5mm~
2.0mm厚为标准约束阻尼层厚度,氧指数为32以上,阻燃级VO级的阻尼层产品可根据客户使用环境需要定成各种密度和颜色的材料。

表1航空用约束阻尼板平均隔振率、隔声、耐霉菌等指标
表2航空用阻尼板粘接指标
硫酸阳极化铝合
金
1060）
2.2 约束阻尼层外层贴敷保暖隔音棉
图7约束阻尼层外层贴敷保暖隔音棉
图7阻尼层外层贴敷厚度可以自由选择10~50mm厚的超轻阻燃隔音棉，复合航材航空级超轻量隔音棉系主要由白色 PES 纤维复合而成,具有优良的阻燃、隔热、降噪、环保等性能。

可以满足不同飞机机型、航天器阻燃测试的相关标准要求;产品顶部可覆合铝箔,隔离油污、水等液体,有效抑制细菌滋生,营造良好的空气环境,同时可有效的进行热反射,起到良好的隔热效果。

产品底部背胶,在多种表面快捷安装。

复合阻尼隔音产品不含有毒成分,更科技更环保。

表3轻量级耐高温隔音接指标
表4耐高温隔音棉粘接指标
3结语
超轻量复合航空环保阻尼隔音棉系列产品优势及特性：超轻量化、隔热保温、易于切割及组装、具备自粘贴性能、吸音降噪隔振表现高效、优异的防火性能高
性能、产品使用寿命长形状稳定、环境友好及可回收对人体无害、可根据客户要
求定制不同复合膜层、无甲醛释放,完全满足最严格的空气质量要求。