CC BY
29
УДК 66.045.3
Ю.В. Сытый, В.А. Сагомоноеа, В.Г. Максимов, В.Г. Бабашов
ЗВУКОТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ГРАДИЕНТНОЙ СТРУКТУРЫ ВТИ-22
Приведены акустические, теплофизические, механические и другие эксплуатационные свойства звуко-теплоизолирующего материала ВТИ-22 в сравнении с аналогами - АТМ-1МК и Микролайт. Материал ВТИ-22 имеет высокие акустические свойства и удовлетворяет требованиям FAR 25.856. Материал ВТИ-22 рекомендуется для применения в качестве звукотеплоизоляции бортовой конструкции пассажирских самолетов в местах повышенной акустической нагрузки в диапазоне температур от -60 до +80°С.
Ключевые слова: звукотеплоизоляция, коэффициент затухания звуковой волны, коэффициент звукопоглощения, коэффициент теплопроводности, напряжение при изгибе со стрелой прогиба 10 мм.
This report covers acoustic, thermal, mechanical and other operational properties of VTI-22 thermal and acoustic insulation material given in comparison with those of such similar materials as ATM-1MK and Microlite. VTI-22 material has high acoustic properties, satisfies FAR 25.856 requirements and is recommended for application as sound and thermal insulation for civil aircraft in high acoustic stress areas of fuselage construction in temperature range from -60 to +80°C.
Key words: sound and thermal insulation, sound wave attenuation coefficient, sound absorption coefficient, thermal conductivity coefficient, bending stress with 10 mm deflection.
Для снижения шума в кабине экипажа и пассажирском салоне самолетов применяются звуко-теплоизолирующие и вибропоглощающие материалы [1-6]. В качестве звукотеплоизоляции на пассажирских самолетах применяется материал типа АТМ-1МК (зарубежный аналог Микролайт), состоящий из соединенных между собой стекло-волокнистых полотен, облицованных армированной полимерной пленкой. Толщина и, соответственно, масса звукотеплоизоляции зависят от уровня шума в салоне пассажирского самолета.
Основными недостатками указанных стекло-волокнистых материалов однородной плотности являются: недостаточная эффективность звукоизоляции, особенно в области низких частот, а также необходимость периодической замены в процессе эксплуатации вследствие ухудшения акустических характеристик, обусловленных смятием и провисанием мягких полотен из стекловолокна под действием собственной массы и вибрации. Кроме того, к теплоизоляции предъявляются новые требования FAR 25.856 по стойкости к прогоранию при одностороннем воздействии пламени.
Основным направлением научных исследований по повышению эффективности звукотеплоизоляции является создание материалов градиентной структуры, состоящих из слоев с разной объемной плотностью. Основными достоинствами звукотеплоизолирующих материалов градиентной структуры по сравнению со сгекловолокнисты-ми материалами однородной плотности являются:
- прочность при изгибе одного из слоев, которая предотвращает смятие и провисание звукотеплоизоляции и облегчает ее установку на стрингерах и шпангоутах;
- более высокие акустические характеристики,
в том числе за счет воздушного зазора между панелью фюзеляжа и звукотеплоизоляцией.
В данной статье приведены свойства разработанного в ВИАМ звукотеплоизолирующего материала ВТИ-22, состоящего из звукоизолирующего слоя объемной плотностью 300 кг/м3 и теплоизолирующего слоя объемной плотностью 70 кг/м3. Внешний вид звукотеплоизолирующего материала показан на рис. 1.
Рис. 1. Внешний вид звукотеплоизолирующего материала ВТИ-22
В табл. 1 приведены основные свойства звукотеплоизолирующего материала ВТИ-22 в сравнении с аналогами - АТМ-1МК и Микролайт.
Материал ВТИ-22 по сравнению с аналогами АТМ-1МК и Микролайт обладает следующими преимуществами:
- в 6 раз более высоким коэффициентом затухания звуковой волны;
- в 18 раз более высокой стойкостью к прогоранию по сравнению с АТМ-1МК и в 2 раза по сравнению с Микролайт;
- обладает прочностью при изгибе, что позволя-
Таблица 1
Сравнительные свойства звукотеплоизолирующих материалов ВТИ-22, АТМ-1МК и Микролайт
Свойства Значения свойств материалов
ВТИ-22 АТМ-1МК Микролайт
Коэффициент затухания звуковой волны при частоте 500 1 ц, м"1 68 11 11,2
Коэффициент звукопоглощения при частоте 500 1 ц 0,69 0,8 0,82
Поверхностная плотность (масса 1 м2), кг/м2 1,5 1,4* 1,2*
Прочность при изгибе звукоизолирующего слоя со стрелой прогиба 10 мм, МПа 3,8 Не обладает данным свойством
Коэффициент теплопроводности при температуре 20°С, Вт/(мК) 0,042 0,047 0,042
Стойкость к прогоранию: тепловой поток с тыльной стороны образца после 15 мин воздействия пламени горелки, кВт/м2 3,8 68 7
* Зоны бортовой конструкции пассажирских самолетов с повышенной акустической нагрузкой.
Таблица 2
Свойства материала ВТИ-22 после воздействия различных эксплуатационных факторов
Свойства Значения свойств материала
в исходном состоянии после выдержки при 80°С в течение 500 ч после выдержки в течение 3 мес
в тропической камере при фот„=98% + микологическая среда
Напряжение при изгибе звукоизолирующего слоя со стрелой прогиба 10 мм, МПа 3, 8 3,6 3,6 3,3
Упругое восстановление (упругость), % 90,8 94,2 94,2 96,3
Коэффициент теплопроводности теплоизолирующего слоя при 20°С, Вт/(м К) 0,042 0,038 0,038 0,041
Коэффициент затухания звуковой волны звукоизолирующего слоя при частоте 68 71 67 66
ет размещать материал ВТИ-22 на силовых элементах фюзеляжа и сохранять его акустические свойства в процессе эксплуатации.
На рис. 2 приведены акустические свойства материала ВТИ-22 в диапазоне частот от 100 до 6300 Гц. Коэффициент затухания звуковой волны материала ВТИ-22 с повышением частоты от 100 до 6300 Гц увеличивается с 33 до 156 м-1. Коэффициент звукопоглощения материала ВТИ-22 с ростом частоты от 100 до 400 Гц увеличивается с 0,08 до 0,48, т. е. в 6 раз, при повышении частоты от 500 до 6300 Гц коэффициент звукопоглощения
увеличивается от 0,69 до 0,89.
В табл. 2 приведены результаты исследования свойств материала ВТИ-22 после теплового старения при температуре 80°С в течение 500 ч, выдержки в камере тропического климата и воздействия микологической среды в течение 3 мес.
Результаты исследования, представленные в табл. 2, показывают, что основные свойства материала ВТИ-22 после теплового старения при 80°С в течение 500 ч, выдержки в течение 3 мес в камере тропического климата, воздействия микологической среды и относительной влажности 98%
160
2 120-
80-
40-
100 250 500 1000 2000 Частота, Гц
4000
100 250 500 1000 2000 Частота, Гц
4000
0
Рис. 2. Частотные зависимости коэффициента затухания звуковой волны (а) и коэффициента звукопоглощения (б) материала ВТИ-22
существенно не изменились.
Материал ВТИ-22 является грибостойким (балл обрастания грибами 0-1). Он может применяться в контакте с титановыми сплавами, нержавеющими сталями. Алюминиевые сплавы с анод-но-оксидными покрытиями в контакте с материалом ВТИ-22 должны иметь защитные лакокрасочные покрытия и герметики в соответствии с отраслевой документацией (ОСТ 1.90.368). В контакте с конструкционными сталями (кадмирован-ными и окрашенными) и алюминиевыми сплавами материал ВТИ-22 может применяться в зонах, где отсутствует скопление конденсата: выше
уровня пола пассажирского и грузового салонов.
Приклеивание материала ВТИ-22 к силовым элементам фюзеляжа рекомендуется производить клеями холодного отверждения ВК-11с или ВКР-27 со стороны звукоизолирующего слоя.
Таким образом, материал ВТИ-22 рекомендуется для применения в качестве звукотеплоизоля-ции в местах повышенной акустической нагрузки в бортовой конструкции фюзеляжа пассажирских самолетов. Материал может эксплуатироваться в интервале температур от -60 до +80°С, в том числе при температуре +80°С в течение 500 ч.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент 2087605-Д04Н1/04. Рос. Федерация. №94044009/12; заявл. 23.12.1994; опубл. 20.08.1997.
2. Патент 6294491-С03С13/00-501/35 США. №09/311511; заявл. 13.05.1999; опубл. 25.09.2001.
3. Патент 6670291-В32В27/04-442/136. США. №09/691575; завл. 18.10.2000; опубл. 30.12.2003.
4. Патент 2004/0192148-В32В5/26-442/417. США. №10/401802; заявл. 28.03.2003. опубл. 30.09.2004.
5. Сытый Ю.В., Сагомонова В.А., Кислякова В.И., Большаков В. А. Новые вибропоглощающие материалы //Авиационные материалы и технологии. 2012. №2. С. 51-54.
6. Сытый Ю.В., Кислякова В.И., Сагомонова В.А., Ан-
тюфеева Н.В. Перспективный вибропоглощающий материал ВТП-3В //Авиационные материалы и технологии. 2012. №3. С. 47-49.
