EP0421887A1 - Ecran d'isolation acoustique pour protéger le compartiment pour charge utile d'un lanceur. - Google Patents

Ecran d'isolation acoustique pour protéger le compartiment pour charge utile d'un lanceur. Download PDF

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EP0421887A1
EP0421887A1 EP90402764A EP90402764A EP0421887A1 EP 0421887 A1 EP0421887 A1 EP 0421887A1 EP 90402764 A EP90402764 A EP 90402764A EP 90402764 A EP90402764 A EP 90402764A EP 0421887 A1 EP0421887 A1 EP 0421887A1
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    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general

Definitions

  • the present invention relates to a screen for reducing a noise level.
  • the present invention provides another solution for reducing the noise level through a wall according to which a screen is used which consists of a flexible envelope inflated with a gas under pressure and allowing a free circulation of the gas inside the envelope, this envelope being chosen so as not to transmit vibratory energy from one point to another of the envelope, and the gas being chosen from gases in which the speed of sound is greater than the speed of sound in the air.
  • gas means a gas or a mixture of gases.
  • such an envelope is by nature "flexible”, that is to say non-rigid in contrast to a rigid shell, for example, a metallized envelope of mylar or polyvinyl chloride is used.
  • the most suitable gas is helium, as in the solutions mentioned above. It is used pure or mixed. Alternatively, freon is used. These examples are not limiting: any gas having a density lower than that of air, with a sufficiently high density and propagation speed ratio may be suitable. Hydrogen might be fine, but it's too dangerous.
  • the thickness of the mattress is not critical. For example, for a mattress 4 cm thick mounted on a cylinder 1 m in diameter, we reach 10 dB of attenuation between 1 and 2 kHz and beyond. Increasing the thickness to 20 cm improves efficiency at low frequencies. In practice, it is preferable that the thickness of the mattress is at least equal to 5% of the largest dimension of the mattress.
  • the inflation pressure is not critical provided that it is sufficient for the envelope to take its mattress shape without being too tight. If the envelope was too tight, it could indeed produce a propagation of acoustic energy in the membrane which constitutes the envelope.
  • a pressure of the order of 1 bar is generally suitable.
  • the total mass of the screen is very low, around 30 kg for an area of around 100 m2. This allows, in the case of application to the wall of the compartment for payload of a launcher, where it is preferred to place the mattress outside the wall, to be able to drop the mattress after ten seconds , which corresponds to a few tens of meters above sea level, acoustic protection is in fact especially useful in this very first critical phase of takeoff.
  • the acoustic efficiency has a maximum of the order of 10 to 12 dB in a diffuse acoustic noise.
  • the efficiency of 12 dB for an incidence perpendicular to the envelope increases to an incidence of 20 ° with respect to this perpendicular and, beyond by 20 °, the attenuation in principle is total, the incident wave being theoretically entirely reflected but, in practice, this attenuation is limited by the evanescent pressure born from the forced movement of the membrane.
  • the invention by keeping the internal air around the payload, allows the same qualification philosophy to be maintained.
  • the elastoacoustic couplings between the air and the satellites are the same and therefore any reduction in noise measured in the cavity results in an analogous reduction in satellite vibration.
  • the launcher structure sees its vibration attenuate in the same way.
  • FIG. 1 schematically represents the part of a launcher 1 which comprises the compartment 2 for payload and on the shell 3 of which is fixed a membrane 4 in metallized mylar which constitutes an envelope and which is inflated with helium up to that the thickness of the mattress 5 thus produced is approximately 20 cm.
  • the envelope is fixed to the shell by any suitable means, for example by gluing or by a lace.
  • the envelope is inflated with helium a few hours before launch and this inflation is maintained until launch if the envelope is not sufficiently waterproof.
  • FIG. 2 represents the curve of the gross isolation (in dB) plotted on the ordinate as a function of the central frequency of the third of octaves (in Hz) plotted on the abscissa of an excitation in white noise, in the case of the air (curve C1) and in the case of a mattress according to the invention (curve C2).
  • Figure 3 shows the influence of the thickness of the mattress on noise reduction: the curve in solid lines relates to a mattress 4 cm thick and 1 m in diameter and the curve in dashed lines is relative to a mattress 20 cm thick and 1 m in diameter.
  • the frequencies (Hz) of the incident diffuse noise are plotted on the abscissa and the noise reduction (in dB) is plotted on the ordinate.
  • the screen consists of two superimposed mattresses 5.5 ′ separated by an intermediate layer of air 6, whether or not filled with foam 7 or other materials capable of improving the at high frequencies.
  • FIG. 5 shows, for example, a dome-shaped mattress 5 in accordance with the invention for the acoustic insulation of a chamber 8.

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Abstract

L'invention concerne un écran d'isolation acoustique. L'écran comporte un matelas (5) constitué d'une enveloppe souple (4) gonflée d'un gaz sous pression et permettant une libre circulation du gaz à l'intérieur de l'enveloppe, cette enveloppe étant choisie de façon à ne pas transmettre d'énergie vibratoire d'un point à l'autre de l'enveloppe et le gaz étant choisi parmi les gaz dans lesquels la vitesse du son est supérieure à la vitesse du son dans l'air. L'invention s'applique notamment à la protection du compartiment pour charge utile d'un lanceur.

Description

  • La présente invention concerne un écran pour réduire un niveau de bruit.
  • Elle s'applique notamment à la réduction du bruit dans le compartiment d'un lanceur qui contient la charge utile, en particulier dans le domaine des basses fréquences, c'est-à-dire typiquement des fréquences inférieures à 200 Hz.
  • Une solution connue pour réduire le bruit dans le compartiment de la charge utile d'un lanceur consiste à remplir ce compartiment avec un gaz tel que l'hélium, comme décrit par exemple dans l'article "Use of helium gas to reduce acoustic transmission" de James G. Blevins et al. (Americain Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1985, p 96-101).
  • Cette solution, particulièrement coûteuse, est efficace sur un large spectre de fréquences, mais des modifications des couplages charge utile-cavité entraînent des difficultés de qualification des charges utiles et des problèmes de vibrations, aux premières fréquences des modes acoustiques de cavité hélium. D'autre part, l'hélium peut diffuser dans les tubes à vide des composants électroniques.
  • Il a été également proposé de concevoir la paroi de la coque du compartiment de la charge utile comme une double paroi et de remplir d'hélium l'intervalle entre les deux parois. Cette solution est efficace en haute fréquence, mais peu efficace aux basses fréquences et pose des problèmes de transmission solidienne via les points d'accrochage des deux parois.
  • La présente invention propose une autre solution pour réduire le niveau de bruit à travers une paroi selon laquelle on utilise un écran constitué d'une enveloppe souple gonflée d'un gaz sous pression et permettant une libre circulation du gaz à l'intérieur de l'enveloppe, cette enveloppe étant choisie de façon à ne pas transmettre d'énergie vibratoire d'un point à l'autre de l'enveloppe, et le gaz étant choisi parmi les gaz dans lesquels la vitesse du son est supérieure à la vitesse du son dans l'air.
  • Le mot "gaz" signifie un gaz ou un mélange de gaz.
  • Typiquement, une telle enveloppe est par nature "souple", c'est-à-­dire non rigide par contraste avec une coque rigide par exemple, on utilise une enveloppe métallisée en mylar ou en chlorure de polyvinyle.
  • Le gaz qui convient le mieux est l'hélium comme dans les solutions rappelées plus haut. On l'utilise pur ou en mélange. En variante, on utilise le fréon. Ces exemples ne sont pas limitatifs : tout gaz ayant une densité inférieure à celle de l'air, avec un rapport de densité et de vitesse de propagation suffisamment élevé peut convenir. L'hydrogène pourrait convenir mais il est trop dangereux. L'épaisseur du matelas n'est pas critique. Par exemple, pour un matelas de 4cm d'épaisseur monté sur un cylindre de 1 m de diamètre, on atteint 10 dB d'atténuation entre 1 et 2 kHz et au-delà. L'augmentation de l'épaisseur à 20 cm permet d'améliorer l'efficacité en basse fréquence. En pratique, il est préférable que l'épaisseur du matelas soit au moins égale à 5 % de la plus grande dimension du matelas.
  • La pression de gonflage n'est pas critique pourvu qu'elle soit suffisante pour que l'enveloppe prenne sa forme de matelas sans être trop fortement tendue. Si l'enveloppe était trop tendue, il pourrait en effet se produire une propagation d'énergie acoustique dans la membrane qui constitue l'enveloppe.
  • Une pression de l'ordre de 1 bar convient généralement.
  • La masse totale de l'écran est très faible, de l'ordre de 30 kg pour une surface de 100 m² environ. Ce qui permet, dans le cas de l'application à la paroi du compartiment pour charge utile d'un lanceur, où l'on préfère placer le matelas à l'extérieur de la paroi, de pouvoir larguer le matelas après une dizaine de secondes, ce qui correspond à quelques dizaines de mètre d'altitude, la protection acoustique étant en effet surtout utile dans cette toute première phase critique du décollage.
  • L'efficacité acoustique présente un maximum de l'ordre de 10 à 12 dB dans un bruit acoustique de type diffus.
  • Avec un bruit atteignant l'enveloppe selon une certaine incidence, l'efficacité de 12 dB pour une incidence perpendiculaire à l'enveloppe, croit jusqu'à une incidence de 20° par rapport à cette perpendiculaire et, au-delà de 20°, l'atténuation en principe est totale, l'onde incidente étant théoriquement entièrement réfléchie mais, en pratique, cette atténuation est limitée par la pression évanescente née du mouvement forcé de la membrane. Pour éviter l'effet de pression évanescente et bénéficier d'une bonne isolation acoustique, il est préférable d'avoir une épaisseur de matelas au moins égale à 1 cm.
  • L'invention, en gardant l'air interne autour de la charge utile permet de conserver la même philosophie de qualification. En particulier, les couplages élastoacoustiques entre l'air et les satellites sont les mêmes et donc toute réduction de bruit mesurée dans la cavité se traduit par une réduction analogue de la vibration satellite. De plus, la structure lanceur voit sa vibration atténuer de la même manière.
  • Sur le dessin joint :
    • - la figure 1 est une vue de principe du compartiment pour charge utile d'un lanceur équipé d'un écran de protection acoustique conforme à l'invention ;
    • - la figure 2 est une courbe montrant l'efficacité de cet écran ;
    • - la figure 3 est un graphique montrant l'influence de l'épaisseur du matelas sur l'atténuation acoustique ;
    • - la figure 4 est une coupe schématique montrant une variante de réalisation, et
    • - la figure 5 est une coupe schématique d'un matelas utilisé pour l'isolation d'un local.
  • La figure 1 représente schématiquement la partie d'un lanceur 1 qui comporte le compartiment 2 pour charge utile et sur la coque 3 de laquelle est fixée une membrane 4 en mylar métallisé qui constitue une enveloppe et qui est gonflée à l'hélium jusqu'à ce que l'épaisseur du matelas 5 ainsi réalisé soit d'environ 20 cm. L'enveloppe est fixée à la coque par tout moyen approprié, par exemple par collage ou par un lacet.
  • On gonfle l'enveloppe à l'hélium quelques heures avant le lancement et on maintient ce gonflage jusqu'au lancement si l'enveloppe n'est pas suffisamment étanche.
  • La figure 2 représente la courbe de l'isolement brut (en dB) portée en ordonnées en fonction de la fréquence centrale des tiers d'octaves (en Hz) portée en abscisses d'une excitation en bruit blanc, dans le cas de l'air (courbe C1) et dans le cas d'un matelas conforme à l'invention (courbe C2).
  • On voit que l'on obtient un gain moyen d'environ 10 dB.
  • La figure 3 montre l'influence de l'épaisseur du matelas sur la réduction du bruit : la courbe en traits pleins est relative à un matelas de 4 cm d'épaisseur et d'un diamètre de 1 m et la courbe en tiretés est relative à un matelas de 20 cm d'épaisseur et d'un diamètre de 1 m.
  • Les fréquences (Hz) du bruit diffus incident sont portées en abscisses et la réduction du bruit (en dB) est portée en ordonnées.
  • L'invention n'est pas limitée à la réalisation et à l'application qui ont été décrites.
  • Par exemple, dans une variante de réalisation (figure 4), l'écran est constitué par deux matelas superposés 5,5′ séparés par une couche d'air 6 intermédiai­re, remplie ou non de mousse 7 ou autres matériaux susceptibles d'améliorer l'efficacité aux hautes fréquences.
  • Le matelas de l'invention peut aussi être utilisé dans diverses autres applications, par exemple pour isoler une chambre ou un local et peut avoir toute forme désirée à cet effet. La figure 5 montre, pour l'exemple, un matelas 5 en forme de dôme conforme à l'invention pour l'isolation acoustique d'une chambre 8.

Claims (13)

1. Ecran d'isolation acoustique, caractérisé en ce qu'il comporte un matelas (5) constitué d'une enveloppe souple (4) gonflée d'un gaz sous pression et permettant une libre circulation du gaz à l'intérieur de l'enveloppe, cette enveloppe étant choisie de façon à ne pas transmettre d'énergie vibratoire d'un point à l'autre de l'enveloppe et le gaz étant choisi parmi les gaz dans lesquels la vitesse du son est supérieure à la vitesse du son dans l'air.
2. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz est choisi dans le groupe constitué par l'hélium et le fréon.
3. Ecran selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe (4) est en mylar ou en chlorure de polyvinyle.
4. Ecran selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matelas gonflé (5) a une épaisseur d'au moins 1 cm.
5. Ecran selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matelas gonflé a une épaisseur au moins égale à 5 de la plus grande dimension de l'enveloppe.
6. Ecran selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le matelas gonflé a une épaisseur au moins égale à 4 cm.
7. Ecran selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matelas gonflé a une épaisseur de la gamme 4-20 cm.
8. Ecran selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux matelas superposés (5,5′) séparés par une couche d'air intermédiaire (6).
9. Application d'un écran selon l'une des revendications 1 à 8 à l'isolation acoustique d'une cavité, caractérisée en ce que l'écran est fixé sur une paroi qui délimite la cavité (2).
10. Application selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'écran est fixé sur la face extérieure de ladite paroi (3).
11. Application selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que la cavité (2) est le compartiment pour charge utile d'un lanceur et en ce que la paroi (3) et l'écran entourent la cavité (2).
12. Application selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'enveloppe (4) est fixée à ladite paroi (3) de manière à pouvoir être larguée en vol.
13. Application d'un écran selon l'une des revendications 1 à 8 à l'isolation d'une chambre, l'écran constituant la paroi qui sépare la chambre de l'extérieur ou étant rapporté sur cette paroi.
EP90402764A 1989-10-06 1990-10-05 Ecran d'isolation acoustique pour protéger le compartiment pour charge utile d'un lanceur. Expired - Lifetime EP0421887B1 (fr)

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