FR2460779A1 - Procede de fabrication d'une structure alveolaire d'insonorisation et structure ainsi fabriquee - Google Patents

Procede de fabrication d'une structure alveolaire d'insonorisation et structure ainsi fabriquee Download PDF

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Abstract

PANNEAU SANDWICH D'INSONORISATION A LARGE BANDE ET PROCEDE DE FABRICATION UTILISANT UN COEUR 12 A NIDS D'ABEILLES PLACE ENTRE DEUX FEUILLES DE REVETEMENT 14, 16, ET LIE AVEC ELLES PAR UN SYSTEME DE LIAISON ADHESIF. UNE FEUILLE DE REVETEMENT 14 EST PERFOREE ET L'AUTRE 16 NON PERFOREE. UNE FEUILLE MINCE 20 DE FEUTRE OU DE TISSU POREUX EST LIEE A LA SURFACE EXTERIEURE DE LA FEUILLE PERFOREE. LA COUCHE D'ADHESIF, AU MOINS ENTRE LA FEUILLE PERFOREE ET LE MATERIAU POREUX FIBREUX, EST ASSEZ EPAISSE POUR ISOLER PHYSIQUEMENT LES DEUX PARTIES ET FORMER UNE OUVERTURE EN FORME D'ENTONNOIR RETRECIE A L'ENTREE VERS CHAQUE PERFORATION.

Description

Procédé de fabrication d'une structure alvéolaire d'insono-
risation et structure ainsi fabriquée.
L'invention concerne un procédé de fabrication de
panneaux d'insonorisation améliorés, et plus particuliè-
rement de panneaux utilisés dans un environnement bruyant.
Des exemples d'application se trouvent dans les turbomo-
teurs d'aéronefs ou comme surfaces pelliculaires externes contiguës aux moteurs et exposées à des courants d'air ou
de gaz.
Pour la conception et la fabrication de panneaux d'in-
sonorisation qui assurent en même temps une intégrité structurelle dans des environnements bruyants,il est de
pratique courante de prévoir un panneau dans lequel un ma-
tériau de coeur alvéolaire en nids d'abeilles forme une couche intermédiaire entre une feuille perforée et une feuille non perforée de matériau. On a trouvé que les panneaux construits de la sorte, bien que satisfaisants
pour atténuer certaines fréquences acoustiques spécifi-
ques, ne conviennent pas pour les larges gammes de fré-
quences qu'on rencontre généralement à l'intérieur et aux alentours des carters des turbomoteurs modernes; on a
également constaté que, lorsque les perforations sont con-
tiguës aux zones d'écoulement de gaz et d'air à grande vitesse à l'intérieur ou à proximité d'un moteur, il se forme une turbulence dans ce courant à grande vitesse qui
réduit le rendement global du moteur, on a également cons-
taté que les panneaux de l'art antérieur doivent utiliser
des métaux semblables ou en partie des matériaux non mé-
talliques pour empêcher une action galvanique qui se pro-
duit entre des matériaux différents en contact direct,
ce qui amène une séparation entre les différents compo-
sants mis en sandwich, en métaux différents.
Avant la présente invention, on n'a pas trouvé de matériau d'insonorisation entièrement satisfaisant
avec une intégrité structurelle, permettant de résis-
ter à des conditions rigoureuses d'environnement, telles que celles qu'on rencontre dans les aéronefs à proximité des turbomoteurs et des surfaces d'écoulement
des gaz à grande vitesse.
Un premier but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un matériau d'insonorisation, et le matériau perfectionné qui en résulte pour la ré- duction des bruits de turbomoteurs dans un large spectre
de fréquences acoustiques,qui ait la résistance néces-
saire dans les environnements rigoureux des aéronefs et qui constitue partie intégrante de la structure
plutôt qu'un complément pour soutenir ladite structure.
Ce matériau d'insonorisation est placé dans un endroit o l'on souhaite assurer une insonorisation, tel que le voisinage du capot d'un moteur d'avion, à l'intérieur de la tuyauterie d'admission, ou contigu à la région
de haute turbulence du ventilateur d'un réacteur.
Un autre but de l'invention est de fournir un matériau acoustique respectant les principes d'isolation
phonique de la caisse de résonance de Helmholtz.
Un autre but de l'invention est de fournir une isolation convenable entre les composants pour empêcher toute action analogue à une pile électrique provoquée
par le contact direct de métaux différents.
Un autre but de l'invention est de fournir une méthode de fabrication qui fournisse une résistance prédéterminée à l'écoulement depuis la surface extérieure du matériau d'insonorisation contigue à la source de bruit à atténuer jusqu'aux cavités de résonance du
coeur du matériau d'insonorisation.
Un autre but de l'invention est de fournir un
procédé pour fabriquer un matériau d'insonorisation com-
prenant un coeur central en nid d'abeilles ayant une pluralité de cellules fermées sur l'une de leurs surfaces par une feuille non perforée de matériau, et par une feuille de matériau perforée sur l'autre face,la
surface exposée à la source extérieure de bruit du maté-
riau perforé présentant une couche de matériau fibreux ou tissé qui lui est liée avec des caractéristiques
d'insonorisation améliorées.
L'invention se propose encore de fournir une liai-
son adhésive entre la feuille perforée et la couche de
matériau fibreux ou tissé qui a pour conséquence de pro-
duire une surface ouverte supérieure à la surface ouver-
te obtenue par le matériau fibreux poreux et les perfo- rations. Un autre but de l'invention est de fournir un matériau acoustique sandwich pouvant être découpé à la dimension requise, calibré ou perforé sans provoquer
de contact physique entre des métaux adjacents diffé-
rents. L'invention se propose encore de fournir un procédé pour lier ensemble les composants du matériau acoustique en sandwich comprenant le coeur en nid d'abeilles placé entre une feuille non perforée et une combinaison d'une feuille perforée et d'un matériau fibreux, dans lequel
l'adhésif utilisé pour la liaison est pratiquement em-
pêché de couler par une action capillaire ou de mèche dans les perforations ou entre les fibres du matériau
fibreux.
On comprendra mieux ces buts de l'invention et d'autres, ainsi que ses avantages en se référant à la
description détaillée ci-après, considérée avec les
dessins, dans lesquels, - la fig. 1 est une vue en perspective d'un panneau acoustique achevé conforme à l'invention, - la fig. 2 est une section verticale partielle du panneau acoustique de la fig. 1, - et la fig. 3 est une représentation d'un outil en deux parties, utilisé pour la fabrication du panneau acoustique.
En se référant aux fig. 1 et 2 en détail, le pro-
cédé de fabrication conduit à un panneau sandwich 8 en
nid d'abeilles dont les éléments constitutifs compren-
nent un coeur en nid d'abeilles 10, ayant une pluralité de cellules de chant 12 et des feuilles extérieures
14 et 16.
Les matériaux préférés pour le coeur et les feuilles de revêtement est l'aluminium,lorsque l'utilisation doit se situer dans l'environnement des aéronefs, dans lequel le poids est une exigence critique, en raison du rapport résistance (et prix) / poids de ce métal. On peut utiliser d'autres métaux ou matériaux
lorsque ces exigences ne sont pas prises en considération.
La feuille de revêtement 14 est perforée par une plura-
lité de petites perforations dont la dimension peut se
situer, par exemple, entre 0,8 et 1,6 cm. Les perfora-
tions 18 fournissent une gamme de surface ouverte de % à 36% à la feuille de revêtement 14. Les perforations
18 peuvent être poinçonnées, forées ou fraisées chimique-
ment à travers la feuille 14. On utilise de préférence le fraisage chimique car on peut ainsi prédéterminer l'aire de la section transversale finie et les deux
surfaces de la feuille 14 restent bien lisses, ne deman-
dant pas d'ébarbage, de meulage, de limage, etc...
avant leur utilisation. On peut espacer les perforations, par exemple àdes intervalles de 0,2 cm selon un motif triangulaire. Pour mettre avec succès l'invention en pratique, on peut adopter plusieurs autres intervalles et motifs. La feuille 16 n'est pas perforée et forme une
surface fermée d'une cavité de résonateur de Helmholtz.
Un matériau poreux, fibreux, mince 20 est lié par adhésif à une surface de la feuille perforée
14. L'adhésif,généralement utilisé pour lier les diffé-
rentes parties du panneau, est un adhésif nitrile-phénoli-
que ou un adhésif de structure analogue. Des exemples d'adhésifs utilisables sont soit l' AF - 31 fabriqué par la 3-M Company, le liant du métal 4021 fabriqué par Narmco, le FM-300 fabriqué par Bloomingdale Aerospace Product, ou un adhésif ayant des caractéristiques analogues ou semblables énoncées ci-dessus. Ces adhésifs se composent généralement d'une solution à faible teneur de matières solides dans un solvant. Lorsqu'on sépare les solvants de ces adhésifs par évaporation,
l'indice de viscosité est augmenté.
Le matériau fibreux poreux préféré 20 est un maté-, riau tissé du type sergé hollandais en acier inoxydable ou analogue. On peut utiliser d'autres types de matériaux
et textures de tissage pour mettre en pratique l'inven-
tion avec succès. Dans certaines applications du panneau d'insonorisation un matériau tissé, tel que le sergé hollandais, peut nécessiter que les croisés des torons soient joints par des procédés bien connus de l'art tel que le frittage, la liaison par diffusion ou autres
méthodes analogues lorsqu'on utilise l'acier inoxydable.
Le revêtement adhésif pour lier la feuille perfo-
rée 14 au métariau fibreux poreux 20 est appliqué
de préférence en pulvérisant une couche mince 22 de l'a-
dhésif mentionné ci-dessus sur une surface de la feuille perforée. On sépare alors le solvant de l'adhésif par évaporation. Les forces d'attraction de la surface font prendre à la couche adhésive une forme arrondie en
forme d'entonnoir ou cheminée autour de chaque perfo-
ration 18 de la feuille perforée 14 qui, ultérieurement, au cours du cycle de prise, ne se ramollit pas ni ne coule, mais devient simplement assez poisseuse pour adhérer au lieu de couler dans le matériau poreux tout
en conservant la forme en entonnoir-.
Ce comportement inhérent au matériau adhésif choisi agrandit efficacement l'ouverture dans les perforations 18 du côté de l'entrée des cellules du coeur du produit final en fournissant ainsi une surface acoustique ouverte accrue. Un exemple est
l'utilisation d'une feuille perforée 14 ayant appro-
ximativement une surface géométrique ouverte de 34%, alors que le produit final a approximativement une
surface ouverte de 42%, soit une augmentation effec-
tive de plus de 10%. On peut seulement attribuer cette augmentation de la surface ouverte effective aux
ouvertures en forme d'entonnoir formées dans les per-
forations par la couche d'adhésif 22 traitée de la manière prescrite. L'épaisseur de cette couche d'adhésif
se situe dans l'intervalle de 0,025 à 0,1 mm.
On a constaté qu'on peut encore accroître cet ef-
fet de l'augmentation de la surface ouverte en appli-
quant une couche d'adhésif plus épaisse de l'ordre de 0,07 à 0,1 mm, en enlevant le solvant comme on l'a exposé ci-dessus et en durcissant la couche d'adhé-
sif par une exposition prolongée à la température am-
biante ou en élevant la température de la feuille per-
forée 14 avec une couche plus épaisse d'adhésif jus-
qu'à la température normale de traitement ou prise recommandée par le fabricant, généralement de l'ordre de 1490C. On peut augmenter l'épaisseur de la couche adhésive par des couches minces successives d'adhésif avec élimination du solvant et prise entre chaque couche. On a obtenu des surfaces ouvertes effectives
approchant 50% en utilisant une feuille de matériau per-
foré ayant une surface ouverte de l'ordre de 34%. Dans la dernière phase: formation de couche d'adhésif / traitement, on applique une couche finale complémentaire d'adhésif et on élimine le solvant. La couche perforée est maintenant prête comme dans le premier exemple à adhérer au matériau fibreux poreux avant l'assemblage final. Lorsque la mise à dimensions du panneau final est nécessaire pour obtenir une forme spécifique par découpe, dressage, etc... ou perçage de trous,
l'épaisseur complémentaire de l'apport d'adhésif main-
tient une isolation continue entre les métaux diffé-
rents après la mise à dimensions ou le perçage requis. Un autre procédé pour produire une isolation continue entre des métaux différents quand il est nécessaire de procéder à un découpage et/ou à un
perçage à travers la combinaison de la feuille per-
poreux forée 14 et du matériau fibreux 20, est l'addition de minces couches de toile non métallique, par exemple en matériaux constitués de fibres de verre, KEVLAR et analogues, placées entre la feuille perforée et le matériau fibreux poreux aux endroits destinés à être découpés ou percés. Une toile non métallique d'épaisseur d'environ 0,12 mm s'est révélée satisfaisante, même quand elle est utilisée avec des couches minces uniques d'adhésif. D'autres épaisseurs peuvent bien entendu être envisagées. Après que la feuille perforée et le matériau poreux fibreux sont liés ensemble et durcis de la manière exposée ci-dessus, les composants du panneau acoustique
final sont assemblés. Une couche d'adhésif à 100% de rési-
ne époxy, telle que la FM 150 fabriquée par Bloomingdale
Aerospace Products, ou autre adhésif analogue, est ap-
pliquée sur l'une dès surfaces de la feuille non perforée et sur la surface exposée aux perforations de
la combinaison qu'on vient d'obtenir de la feuille per-
forée et du matériau fibreux poreux, ou sur les surfaces d'assise des cellules du coeur en nid d'abeilles; le solvant est alors éliminé du premier adhésif mentionné
(AF-31 ou adhésif analogue) et les composants sont empi-
ê lés comme représenté sur les différentes figures, à savoir, le coeur alvéolaire est intercalé entre la
feuille non perforée et la surface exposée aux per-
forations de la feuille perforée; une pression de l'ordre de 3,5 kg/cm2 est alors appliquée depuis la surface extérieure de la feuille non perforée et du
matériau fibreux poreux vers le coeur alvéolaire cen-
tral. Cette pression peut être appliquée par n'importe quel moyen connu de l'art tel que, par exemple, une presse mécanique ou un autoclave, on laisse alors
prendre l'adhésif sur les parties constituantes combi-
nées sous pression, soit à la température ambiante, soit à une température élevée. Après la prise, le panneau d'insonorisation peut être mis à dimension à une forme particulière et/ou perforé dans ies zones
choisies si on le désire.
On a trouvé que, même en choisissant convenable-
ment l'indice de viscosité des adhésifs utilisés pour la liaison des divers composants des panneaux acoustiques, une quantité indésirable de l'adhésif peut filer dans les perforations de la feuille en regard 18
par attraction capillaire.
Comme l'adhésif utilisé pour la liaison est généra-
lement traité à une température élevée dans l'intervalle
compris entre 148,90C et 204,50C, l'air ou le gaz empri-
sonné dans les cellules 12 se dilate en forçant l'adhé-
sif depuis le pourtour des perforations 18 jusqu'à l'in-
térieur de ces dernières lorsqu'on atteint des pressions
élevées à l'intérieur des diverses cellules.
En se référant maintenant à la fig. 3, pour empêcher toute formation de pression à l'intérieur des cellules 12, on utilise un outil en deux parties dans le processus
de fabrication du matériau composite acoustique.
L'outil 22 se compose d'une plaque perforée 24 et d'un outil de liaison 26 qui présente une pluralité de cannelures 28 s'étendant sur toute la longueur de l'outil de liaison qui est au moins aussi long et aussi large que le produit à assembler. Une combinaison des perforations 30 de la plaque 24 et des cannelures 28
de l'outil de liaison 26 fournit un tirage d'air suffi-
sant pour que la pression soit maintenue à l'intérieur
des cellules à une valeur proche de la pression atmos-
phérique à cause de la ventilation continue des cellules
à travers les perforations 30 et les cannelures 28.
Les parties constituantes recouvertes d'adhésif sont alors empilées, comme on l'a mentionné ci-dessus, avec la plaque perforée 24 positionnée entre l'outil de liaison à cannelures 26 et la couche de matériau fibreux poreux 20. On applique alors la pression à la feuille perforée et à l'outil de liaison dans le sens des flèches 30, 32 suffisamment pour maintenir les parties constituantes l'une contre l'autre pour la prise
de l'adhésif. Après l'application d'une pression conve-
nable ou pendant cette application, on élève la tempé-
rature des parties constituantes à une valeur souhaitée pour durcir l'adhésif comme il convient. On ramène alors la température à l'ambiante et on relâche la pression
selon les flèches 30 et 32, soit simultanément en re-
venant à la température ambiante, soit au moins après
une réduction partielle de la température élevée.
Dans certains cas,l'une ou l'autre des feuilles perforées 24 ou l'outil de liaison à cannelures 26 peuvent ne pas être nécessaires dans le processus
de liaison pour obtenir des résultats satisfaisants.
Bien qu'on ait décrit l'invention avec certains détails au moyen d'illustrations et d'exemples, dans un but de clarté, il va sans dire qu'on peut introduire certains changements et modifications
dans le cadre de l'esprit de cette invention sans sor-
tir de celle-ci.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1.- Panneau sandwhich d'insonorisation alvéolaire destiné à être utilisé contigu à une zone d'écoulement gazeux à grande vitesse, comprenant: un coeur en nid d'abeilles comportant une multiplicité de cellules avec des parois d'un matériau en feuille mince disposées transversalement par rapport au panneau; une feuille perforée de revêtement d'un matériau en feuille terminal liée à une face du coeur; une feuille non perforée de revêtement d'un matériau en feuille mince liée à l'autre face du coeur et une feuille mince de matériau fibreux poreux liée à l'autre surface de la feuille perforée de revêtement, caractérisé en ce que la substance de liaison isole la feuille mince de matériau fibreux poreux de la feuille de revêtement perforée, les pores du matériau fibreux poreux fournissant une communication entravée prédéterminée entre les cellules du coeur et l'atmosphère à travers les'perforations ouvertes de
la feuille perforée.
2.- Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une toile non métallique est placée entre la feuille perforée et le matériau fibreux poreux à
des endroits choisis.
3.- Panneau selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que la substance de liaison placée entre la feuille perforée et le matériau fibreux poreux forme des ouvertures en entonnoir conduisant
dans les perforations de la feuille perforée.
4.- Procédé de fabrication d'un matériau d'inso-
norisation alvéolaire présentant une intégrité structurelle placée contre des surfaces d'écoulement d'air et de gaz à grande vitesse d'aéronefs à vitesse élevée, comprenant un coeur central en nids d'abeilles intercalé entre une feuille non perforée et une feuille perforée de multiples perforations, avec une couche de matériau fibreux poreux liée il contre elle, caractérisé en ce que l'ensemble de la
feuille perforée et de la couche de matériau fi-
breux poreux combinées présente une surface ouverte prédéterminée et une résistance prédéterminée à l'écoulement à travers cette surface ouverte, ledit procédé comprenant les phases suivantes: (a) nettoyage et dégraissage des parties à lier ensemble; (b) enduction de l'une des surfaces de la feuille perforée avec un premier adhésif choisi en solution à faible teneur en matières solides; (c) élimination du solvant de la première
couche d'adhésif de la phase (b) pour élever l'in-
dice de viscosité de l'adhésif;
(d) liaison sous pression de la feuille perfo-
rée avec la première surface revêtue d'adhésif-
contiguë au matériau fibreux poreux; (e) prise du premier adhésif pratiquement exempt de solvant de la phase (c); (f) application d'une couche d'un second adhésif solide choisi à 100% d'époxy pour lier le coeur
et la surface exposée aux perforations de la com-
binaison feuille perforée - matériau fibreux poreux, ainsi que la feuille non perforée et le matériau fibreux poreux;
(g) liaison mutuelle de la feuille non per-
forée du coeur central et de la combinaison feuille perforée - matériau fibreux poreux, et (h) application d'une pression pendant la prise de la seconde couche d'adhésif sur les parties
constituantes fixées ensemble de la phase (g).
5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une phase de prise de l'adhésif est incluse après la phase (c), et en ce que les phases (b) et (c) sont répétées suivies par la
phase (d).
6.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qurune phase de prise de l'adhésif est incluse après la phase (c) et en ce que les phases (b), (c) et la phase de prise de l'adhésif sont à nouveau répétées au moins une fois, après quoi sont répétées les phases (b) et (c) suivies par les
phases de (d) à (h).
7.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'avant la phase (b), on place une toile non
métallique sur la feuille perforée en des endroits sélec-
tionnés, toile qui est saturée sur ses surfaces supérieure et inférieure pendant la phase (b) avec le premier adhésif.
8.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé -
en ce qu'il est prévu, pendant la prise de l'adhésif, une phase complémentaire de ventilation des cellules du coeur alvéolaire central à travers la couche de matériau
poreux fibreux et la feuille perforée.
9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la phase de ventilation comprend la mise en place avant la phase (h) d'un outil cannelé ou rainuré adjacent au côté du matériau fibreux poreux de la feuille combinée.
10.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la phase de ventilation comprend la mise en place avant la phase (h) d'une seconde feuille perforée de matériau adjacente à la surface fibreuse poreuse
de la feuille combinée de matériau perforé et poreux.
11.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu, avant la phase (h), des phases
de mise en place d'une seconde feuille perforée de maté-
riau adjacente à la surface fibreuse poreuse de la feuille combinée de matériau perforé et poreux fibreux, et de mise en place d'un outil cannelé ou rainuré
adjacent à la seconde feuille perforée de matériau.
12.- Outillage pour maintenir ensemble dans une position convenable l'un par rapport à l'autre un coeur cellulaire central intercalé entre une feuille non perforée et une première feuille perforée, cette première
feuille perforée présentant une couche extérieure dé-
couverte de matériau poreux fibreux liée à elle, tout en étant liées ensemble par une couche d'adhésif entre le coeur cellulaire central et les feuilles non perforée et perforée, caractérisé en ce qu'il comprend un outil de liaison au moins aussi grand que les composants mis
en sandwich, cet outil de liaison ayant une surface can-
nelée, ou rainurée, les cannelures ou rainures s'éten-
dant sur toute la longueur d'une dimension de cet outil
de liaison pour permettre aux cellules du coeur cellu-
laire central d'être mises à l'atmosphère à travers la
combinaison de la première feuille perforée et le maté-
riau fibreux poreux pendant la prise des revêtements d'adhésif.
13.- Outillage selon la revendication 12, caractéri-
sé en ce qu'il comprend, en outre, une seconde feuille perforée positionnée entre le matériau poreux fibreux
et l'outil de liaison.
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