BR112012029277B1 - painel de tratamento acústico multicamadas, nacela de turborreator e turborreator - Google Patents

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Jacky Novi Mardjono
Georges Jean Xavier Riou
Benjamin André François Poirier
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Abstract

PAINEL DE TRATAMENTO ACÚSTICO MULTICAMADAS. A invenção se refere a um painel de tratamento acústico multicamadas (100) que compreende uma primeira alma de estrutura alveolar (102) tomada em sanduiche entre uma pele perfurada (104) e uma pele intermediária (106), e uma segunda alma de estrutura alveolar (108) tomada em sanduíche entre a pele intermediária e uma pele plena (110). A pele perfurada compreendendo pelo menos um par de zonas de grande porosidade que apresentam uma taxa de perfuração superior àquela do resto da pele perfurada e que é formada por uma zona de entrada (114a) e por uma zona de saída (114b) espaçadas longitudinalmente uma da outra, as zonas de grande porosidade de um mesmo par se comunicando através da primeira alma de estrutura alveolar e da pele intermediária com as duas extremidades de um canal de escoamento de ondas sonoras (118) disposto na segunda alma de estrutura alveolar.

Description

Plano de fundo da invenção
[0001] A presente invenção se refere ao domínio geral do tratamento acústico dito “passivo”.
[0002] O domínio de aplicação da invenção é notadamente, mas não exclusivamente, aquele das turbomáquinas aeronáuticas.
[0003] A utilização de painéis de tratamento acústico passivo é frequente no domínio da aeronáutica para reduzir as emissões sonoras emitidas pelas turbomáquinas. Por exemplo, no caso de um turborreator do tipo de corpo duplo e fluxo duplo, tais painéis podem ser dispostos na face interna da nacela que o circunda, mas também na face externa de seu capô primário.
[0004] Um painel de tratamento acústico passivo é geralmente formado por uma estrutura alveolar em colmeia recoberta por uma camada porosa fina que desempenha o papel de parede de percurso e que é fechada na outra extremidade por uma camada refletora de um ponto de vista acústico (também chamada pele plena). Painéis mais complexos com camadas porosas intermediárias inseridas entre camadas com estruturas em colmeia podem ser constituídos para estender a atenuação em uma faixa de frequências mais vasta. A presente invenção visa mais especialmente um tal painel de tratamento acústico dito “multicamadas”.
[0005] É conhecido que a atenuação sonora é muito mais eficaz quando os modos acústicos helicoidais nos quais se propaga a energia sonora são de ordem elevada. De fato, esses modos acústicos permanecem mais tempo nos condutos e apresentam uma energia mais próxima da parede que facilita a dissipação de sua energia por painéis colocados sobre as paredes da nacela ou do turborreator. Por outro lado, a atenuação sonora de um painel de tratamento acústico evolui relativamente linearmente até um certo comprimento de tratamento e acima, a atenuação sonora cresce nitidamente menos rápido. Um tal comportamento pode ser explicado pela evolução das características da fonte sonora que, à medida que ela se propaga no painel, é cada vez menos rica em modos acústicos de ordens elevadas. Como a atenuação sonora depende dos modos acústicos presentes, a presença de modos acústicos de ordem pequena em maior número para o transporte da energia acústica restante implica que a eficácia de absorção dos painéis é menor. Ora, os painéis de tratamento acústico comumente utilizados não permitem responder a essas duas exigências.
Objeto e resumo da invenção
[0006] A presente invenção tem, portanto como objetivo principal corrigir tais inconvenientes propondo para isso aumentar a eficácia dos tratamentos acústicos de iso-superfície tratada agindo para isso sobre as características da fonte sonora.
[0007] Esse objetivo é atingido graças a um painel de tratamento acústico multicamadas que compreende uma primeira alma de estrutura alveolar tomada em sanduíche entre uma pele perfurada e uma pele intermediária, e uma segunda alma de estrutura alveolar tomada em sanduíche entre a pele intermediária e uma pele plena, painel no qual, de acordo com a invenção, a pele perfurada compreendendo pelo menos um par de zonas de grande porosidade que apresentam uma taxa de perfuração superior àquela do resto da pele perfurada e que é formada por uma zona de entrada e por uma zona de saída espaçadas longitudinalmente uma da outra, as zonas de grande porosidade de um mesmo par se comunicando através da primeira alma de estrutura alveolar e da pele intermediária com as duas extremidades de um canal de escoamento de ondas sonoras disposto na segunda alma de estrutura alveolar.
[0008] A presença de zonas de grande porosidade na pele perfurada do painel permite criar uma grande ruptura de impedância em uma pequena porção, o que leva a transferir uma parte da energia dos modos acústicos de ordem pequena para modos acústicos de ordem elevada que são mais fáceis de atenuar acusticamente. Além desse efeito de conversão de modos acústicos, notadamente sobre o ruído de banda larga, o painel de acordo com a invenção permite, graças à presença de canais de escoamento de ondas sonoras, modificar o trajeto de um a parte da onda sonora captada através das zonas de entrada para reinjetar a mesma em oposição de fase pelas zonas mais a jusante. Isso permite favorecer a atenuação de frequências prejudiciais que correspondem a faixas de funcionamento do turborreator. Assim, com iso-superfície, é possível melhorar consideravelmente a eficácia do painel de tratamento acústico.
[0009] As zonas de grande porosidade de um mesmo par podem se comunicar com o canal de escoamento de ondas sonoras através de poços que atravessam ao mesmo tempo a primeira alma de estrutura alveolar e a pele intermediária.
[00010] De acordo com uma variante de realização, as zonas de grande porosidade de um mesmo par podem se comunicar com o canal de escoamento de ondas sonoras através de poços que atravessam a primeira alma de estrutura alveolar e de uma pluralidade de orifícios feitos através da pele intermediária.
[00011] De acordo com uma outra variante de realização, as zonas de grande porosidade de um mesmo par podem se comunicar com o canal de escoamento de ondas sonoras através de passagens formadas entre as cavidades da primeira alma de estrutura alveolar e de uma pluralidade de orifícios feitos através da pele intermediária.
[00012] De preferência, as zonas da pele intermediária que recobrem o canal de escoamento de ondas sonoras são plenas.
[00013] O canal de escoamento de ondas sonoras pode ser formado por um corredor delimitado lateralmente por paredes da segunda alma de estrutura alveolar. Alternativamente, o canal de escoamento de ondas sonoras pode ser formado por uma rede de cavidades adjacentes da segunda alma de estrutura alveolar que se comunicam entre si por paredes porosas.
[00014] De preferência, a pele perfurada compreende uma pluralidade de pares de zonas de grande porosidade espaçadas transversalmente umas das outras. Nesse caso, as zonas de entrada e as zonas de saída podem ser alinhadas de acordo com direções substancialmente transversais ao painel.
[00015] A invenção tem também como objeto uma nacela de turborreator que compreende ao nível de uma face interna pelo menos um painel de tratamento acústico tal como definido precedentemente. A pele perfurada do painel de tratamento acústico está nesse caso de preferência em contato com um percurso de escoamento de um fluxo frio delimitado no exterior pela face interna da nacela.
[00016] A invenção tem ainda como objeto um turborreator que compreende ao nível de uma face externa pelo menos um painel de tratamento acústico tal como definido precedentemente. A pele perfurada do painel de tratamento acústico está aqui vantajosamente em contato com um percurso de escoamento de um fluxo frio delimitado no interior pela face externa do turborreator.
Breve descrição dos desenhos
[00017] Outras características e vantagens da presente invenção se destacarão da descrição feita abaixo, em referência aos desenhos anexos que ilustram exemplos de realização da mesma desprovidos de qualquer caráter limitativo. Nas figuras: - a figura 1 é uma vista em corte longitudinal de um turborreator e de sua nacela equipados com painéis de tratamento acústico de acordo com a invenção; - a figura 2 é uma vista ampliada e em destacada de um painel de tratamento acústico multicamadas de acordo com a invenção; - as figuras 3A a 3C são vistas em corte no sentido da espessura de painéis de tratamento acústico de acordo com várias variantes de realização da invenção; - as figuras 4A e 4B são vistas no lado do percurso de painéis de tratamento acústico de acordo com variantes de realização da invenção; e - a figura 5 é uma curva que mostra o ganho de atenuação sonora obtido pelo painel de tratamento acústico de acordo com a invenção.
Descrição detalhada de modos de realização
[00018] A invenção se refere a um painel de tratamento acústico passivo, notadamente do tipo daqueles que equipam um turborreator de aeronave e sua nacela tais como aqueles representados na figura 1.
[00019] O turborreator 10 representado nessa figura 1 é do tipo de corpo duplo e fluxo duplo. Ele é circundado por uma nacela 12 anular centrada em um eixo longitudinal X-X do turborreator. De modo conhecido em si, o turborreator compreende, de a montante para a jusante, uma ventoinha 14, um compressor de baixa pressão 16, um compressor de alta pressão 18, uma câmara de combustão 20, uma turbina de alta pressão 22 e uma turbina de baixa pressão 24.
[00020] A nacela 12 circunda o capô primário 26 do turborreator sendo concêntrica a ele para definir um percurso de escoamento de fluxo frio 28. Do mesmo modo, o capô primário 26 circunda o corpo central 30 do turborreator sendo concêntrico a ele para definir um percurso de escoamento de fluxo quente 32. Assim, o percurso 28 é delimitado radialmente, no exterior pela face interna da nacela, e no exterior, pela face externa do capô primário.
[00021] Para a sequência da descrição, a montante e a jusante são entendidos em relação à direção de escoamento do fluxo gasoso que atravessa o turborreator.
[00022] A face interna da nacela 12 compreende a jusante da ventoinha 14 do turborreator painéis de tratamento acústico 100. O mesmo acontece para o capô primário 26, ao nível de sua face externa em torno do compressor de alta pressão 18 e da câmara de combustão 20. Esses painéis de tratamento acústico 100 têm como função atenuar os danos sonoros emitidos pelo turborreator.
[00023] A figura 2 representa mais em detalhes um exemplo de realização de um painel de tratamento acústico 100 de acordo com a invenção dito “multicamadas”, quer dizer composto por um empilhamento de pelo menos dois estágios de estruturas em colmeia.
[00024] Mais precisamente, o painel 100 compreende uma primeira alma de estrutura alveolar 102 tomada em sanduíche entre uma pele perfurada 104 e uma pele intermediária 106 parcialmente perfurada, e uma segunda alma de estrutura alveolar 108 tomada em sanduíche entre a pele intermediária 106 e uma pele plena 110.
[00025] A primeira estrutura alveolar 102 é fixada (por colagem ou brasagem por exemplo) sobre a pele intermediária 106 que lhe serve de suporte. Do mesmo modo, a segunda estrutura alveolar 108 é fixada sobre a pele plena 110 que lhe serve de suporte. Essas estruturas alveolares 102, 108 são cada uma delas constituída por uma rede de cavidades em forma de colmeia.
[00026] De acordo com sua implantação sobre a interna da nacela ou sobre a face externa do capô primário do turborreator, o painel de tratamento acústico de acordo com a invenção é disposto de modo que sua pele perfurada 104 esteja em contato com o percurso de escoamento do fluxo frio 28.
[00027] A pele perfurada 104 do painel de tratamento acústico é atravessada de um lado ao outro por uma pluralidade de orifícios 112 no interior dos quais a energia acústica das ondas sonoras emitidas pelo turborreator é dissipada por efeito visco-térmico. A taxa de perfuração da pele perfurada (quer dizer a relação entre sua superfície total perfurada e sua superfície global) é compreendida entre 7 e 20 % (de acordo com o conceito de estrutura absorvente escolhido e a impedância acústica ótima visada).
[00028] A pele perfurada 104 do painel de tratamento acústico de acordo com a invenção compreende por outro lado uma pluralidade de pares de zonas de grande porosidade, quer dizer zonas da pele que apresentam uma taxa de perfuração superior àquela do resto da pele. A taxa de perfuração dessas zonas de grande porosidade é de preferência compreendida entre 20 e 30 % (a comparar com a taxa de perfuração do resto da pele perfurada que é compreendida entre 7 e 20 %). Uma tal porosidade mais elevada é obtida por exemplo aumentando-se localmente a densidade e/ou o diâmetro dos orifícios 112 que atravessam a pele perfurada.
[00029] As zonas de grande porosidade apresentam taxas de perfuração que as torna transparentes de um ponto de vista acústico. Uma tal disposição permite minimizar as perdas aerodinâmicas em relação a simples aberturas de grande diâmetro.
[00030] Essas zonas de grande porosidade 114a, 114b têm uma forma que pode ser circular (caso das figuras 4A e 4B) ou quadrada por exemplo. A título de exemplo, no caso de uma forma circular, essas zonas circulares de grande porosidade têm um diâmetro dl compreendido entre 5 e 15 cm. A título de comparação, o diâmetro d2 dos orifícios 112 é compreendido entre 0,75 e 2 mm, o que leva a uma relação d1/d2 compreendida entre 25 e 200.
[00031] Cada par de zonas de grande porosidade é formado por uma zona de entrada 114a e por uma zona de saída 114b, a zona de saída sendo espaçada longitudinalmente para a jusante em relação à zona de entrada. Por outro lado, para cada um dos pares de zonas de grande porosidade, as zonas de entrada 114a e de saída 114b se comunicam através da primeira alma de estrutura alveolar 102 e da pele intermediária 106 com as duas extremidades de um canal de escoamento de ondas sonoras 118 disposto na segunda alma de estrutura alveolar 108.
[00032] Diferentes variantes podem ser consideradas. De acordo com um primeiro modo de realização ilustrado pela figura 3A, as zonas de grande porosidade 114a, 114b de um mesmo par se comunicam com o canal de escoamento de ondas sonoras 118 através de poços 116a, 116b que atravessam ao mesmo tempo a primeira alma de estrutura alveolar 102 e a pele intermediária 106.
[00033] De acordo com um segundo modo de realização ilustrado pela figura 3B, as zonas de grande porosidade 114a, 114b de um mesmo par se comunicam com o canal de escoamento de ondas sonoras 118 através de poços 116a, 116b que atravessam a primeira alma de estrutura alveolar 102 e de uma pluralidade de orifícios 120 feitos através da pele intermediária 106 em frente aos poços.
[00034] De acordo com um terceiro modo de realização ilustrado pela figura 3C, as zonas de grande porosidade 114a, 114b de um mesmo par se comunicam com o canal de escoamento de ondas sonoras 118 através de passagens 122a, 122b formados entre as cavidades da primeira alma de estrutura alveolar 102 e de uma pluralidade de orifícios 120 feitos através da pele intermediária 106 em frente às passagens 122a, 122b.
[00035] Deve ser notado que a pele intermediária 116 do painel de tratamento acústico de acordo com a invenção é perfurada por uma pluralidade de orifícios 124 com exceção das zonas que recobrem o canal de escoamento de ondas sonoras 118 disposto na segunda estrutura alveolar 108 (em outros termos, as zonas da pele intermediária que recobrem o canal de escoamento de ondas sonoras são plenas). Nessas zonas não perfuradas, o painel acústico funciona, portanto, como um ressonador simples com uma camada porosa no lado do percurso (isto é, a parede perfurada 104) e uma camada não perfurada no fundo da cavidade (isto é, a parede intermediária 106). Nas zonas perfuradas, a pele intermediária permite um funcionamento do tratamento acústico em ressonador duplo e apresenta uma taxa de perfuração compreendida entre 1 e 4 % com diâmetros para os orifícios 124 da ordem de 0,15 a 0,4 mm.
[00036] O canal de escoamento de ondas sonoras 118 pode ser realizado de vários modos diferentes. No exemplo de realização da figura 3A, ele é formado por um corredor delimitado lateralmente por paredes das cavidades da segunda estrutura alveolar 108. Para isso, ele é por exemplo obtido formando-se vários painéis (ou “Blocos”) de redes de cavidades em forma de colmeias, esses painéis sendo espaçados no sentido lateral para formar entre si tais corredores.
[00037] De acordo com uma variante de realização representada pelas figuras 3B e 3C, cada canal de escoamento de ondas sonoras 118 é formado por uma rede de cavidades adjacentes da segunda estrutura alveolar 108 que se comunicam entre si por paredes 122 de grande taxa de porosidade (a taxa de porosidade deverá ser suficientemente elevada para evitar os acoplamentos acústicos entre as cavidades concernidas).
[00038] Como indicado precedentemente, a pele intermediária 116 não sendo perfurada nas zonas que recobrem o canal de escoamento de ondas sonoras 118, esse último é, portanto, delimitado, lateralmente por paredes das cavidades da segunda estrutura alveolar 108, e no sentido de sua altura, por divisórias não perfuradas.
[00039] Por outro lado, como representado no exemplo de realização das figuras 3A e 4A, o trajeto formado pelo canal de escoamento de ondas sonoras 118 pode ser retilíneo e assim se estender substancialmente paralelamente ao eixo longitudinal X-X do turborreator. Nesse caso, as zonas de entrada 114a e de saída 114b são alinhadas de acordo com esse eixo X-X.
[00040] Do mesmo modo, ainda no exemplo de realização da figura 4A, as zonas de entrada 114a podem ser regularmente espaçadas circunferencialmente umas das outras e alinhadas entre si de acordo com uma mesma direção substancialmente transversal (quer dizer perpendicular ao eixo X-X). O mesmo acontece com as zonas de saída 114b.
[00041] Naturalmente, outras disposições podem ser consideradas. Assim, no exemplo de realização da figura 4B, a zona de saída 114b é deslocada circunferencialmente em relação à zona de entrada 114a e o canal de escoamento de ondas sonoras 118 não é unicamente retilíneo.
[00042] Será possível ainda imaginar outras formas mais complexas para os canais de escoamento de ondas sonoras. Em especial, a rede de canais formada na segunda estrutura alveolar poderá tomar a forma de um verdadeiro labirinto percorrido pelas ondas sonoras (com zonas de entrada a montante e zonas de saída a jusante). O caminho percorrido pelas ondas sonoras na segunda estrutura alveolar será predeterminado em função do atraso de fase que se deseja aplicar às ondas.
[00043] Será notado que os diferentes canais de escoamento de ondas sonoras feitos em um painel de tratamento acústico de acordo com a invenção podem eventualmente se comunicar entre si por intermédio de perfurações.
[00044] O benefício em termos de atenuação acústica obtido pelo painel de tratamento acústico de acordo com a invenção é ilustrado pela curva 200 da figura 5. Essa curva representa a atenuação sonora (em decibéis) em relação ao comprimento do painel relacionado com a altura do percurso de escoamento de fluxo frio do turborreator. Em pontilhados, é representada uma curva 202 obtida com um painel de tratamento acústico convencional. A partir de um certo comprimento relativo LA do painel, é constatado que um tratamento acústico convencional tem tendência a estagnar em termos de atenuação sonora. Ao contrário, o painel de tratamento acústico de acordo com a invenção permite obter um ganho de atenuação acústica CA grande acima desse comprimento relativo LA de painel.

Claims (13)

1. Painel de tratamento acústico multicamadas (100) que compreende: - uma primeira alma de estrutura alveolar (102) tomada em sanduíche entre uma pele perfurada (104) e uma pele intermediária (106); e - uma segunda alma de estrutura alveolar (108) tomada em sanduíche entre a pele intermediária e uma pele plena (110); caracterizado pelo fato de que a pele perfurada compreendendo pelo menos um par de zonas de grande porosidade que apresentam uma taxa de perfuração superior a taxa de perfuração do resto da pele perfurada e que é formada por uma zona de entrada (114a) e por uma zona de saída (114b) espaçadas longitudinalmente uma da outra, as zonas de grande porosidade de um mesmo par se comunicando através da primeira alma de estrutura alveolar e da pele intermediária com as duas extremidades de um canal de escoamento de ondas sonoras (118) disposto na segunda alma de estrutura alveolar, e a pele intermediária (106) não sendo perfurada nas zonas que recobrem o canal de escoamento de ondas sonoras (118).
2. Painel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as zonas de grande porosidade de um mesmo par se comunicam com o canal de escoamento de ondas sonoras através de poços que atravessam ambos a primeira alma de estrutura alveolar e a pele intermediária.
3. Painel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as zonas de grande porosidade de um mesmo par se comunicam com o canal de escoamento de ondas sonoras através de poços que atravessam a primeira alma de estrutura alveolar e de uma pluralidade de orifícios feitos através da pele intermediária.
4. Painel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as zonas de grande porosidade de um mesmo par se comunicam com o canal de escoamento de ondas sonoras através de passagens formadas entre as cavidades da primeira alma de estrutura alveolar e de uma pluralidade de orifícios feitos através da pele intermediária.
5. Painel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as zonas da pele intermediária que recobrem o canal de escoamento de ondas sonoras são plenas.
6. Painel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o canal de escoamento de ondas sonoras é formado por um corredor delimitado lateralmente por paredes da segunda alma de estrutura alveolar.
7. Painel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o canal de escoamento de ondas sonoras é formado por uma rede de cavidades adjacentes da segunda alma de estrutura alveolar que se comunicam entre si por paredes porosas.
8. Painel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a pele perfurada compreende uma pluralidade de pares de zonas de grande porosidade espaçadas transversalmente umas das outras.
9. Painel, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as zonas de entrada e as zonas de saída são alinhadas de acordo com direções substancialmente transversais ao painel.
10. Nacela (12) de turborreator, caracterizada pelo fato de que compreende ao nível de uma face interna pelo menos um painel de tratamento acústico (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
11. Nacela, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a pele perfurada (104) do painel de tratamento acústico está em contato com um percurso de escoamento de um fluxo frio (28) delimitado no exterior pela face interna da nacela.
12. Turborreator (10), caracterizado pelo fato de que compreende ao nível de uma face externa pelo menos um painel de tratamento acústico (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
13. Turborreator, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pele perfurada (104) do painel de tratamento acústico em contato com um percurso de escoamento de um fluxo frio (28) delimitado no interior pela face externa do turborreator.
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