FR2968116A1 - Panneau a structure cellulaire adapte aux pressions acoustiques - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un panneau formé par un réseau de cellules creuses, le panneau comportant une peau sur chacune de ses faces. La peau d'une seule de ses faces comporte des perforations, chacune desdites perforations associée à sa cellule sous-jacente formant un résonateur dissipant une partie des pressions acoustiques exercées sur le panneau, de manière à limiter les vibrations du panneau.. Applications : panneaux solaires satellites ou réflecteurs d'antennes satellites

Description

PANNEAU A STRUCTURE CELLULAIRE ADAPTE AUX PRESSIONS ACOUSTIQUES La présente invention concerne un panneau à structure cellulaire adapté aux pressions acoustiques. Elle s'applique notamment aux panneaux solaires ou aux réflecteurs d'antenne dans le domaine spatial.

Dans la phase de décollage d'un lanceur aérospatial, les grands appendices tels les réflecteurs d'antennes et les panneaux solaires des satellites embarqués sont soumis à des niveaux de pressions acoustiques importants. Les vibrations de structure qui en découlent sont souvent dimensionnantes pour ces équipements. Le spectre d'excitation imposé aux équipements est large bande, mais il présente des valeurs particulièrement élevées dans la plage de fréquences [0-300Hz]. Or, les réflecteurs d'antennes de satellites présentent dans cette plage de fréquences des modes vibratoires résonnants, donnant lieu à une réponse vibratoire importante que les fabricants souhaitent réduire. Ceci est particulièrement vrai pour les coques réflecteurs ou des panneaux réalisés en structure sandwich avec des peaux pleines collées sur du nid d'abeille, à la différence des coques ou des panneaux dont les peaux sont ajourées, comme les "Ultra Light Reflectors" selon la terminologie anglo-saxonne. Les solutions classiques consistant à ajouter des matériaux ou des systèmes amortisseurs comme des batteurs présentent l'inconvénient majeur d'ajouter de la masse non travaillante, ce qui est rédhibitoire dans le domaine spatial.

D'autres solutions en dehors du domaine spatial consistent à remplacer les matériaux absorbants acoustiques classiques de type mousses ou matériaux fibreux par des panneaux micro perforés, notamment lorsque lesdits matériaux sont inutilisables du fait de leur propension au vieillissement ou à l'encrassement, ou encore du fait de leur caractère inflammable ou fragile. Ainsi, il existe aujourd'hui des solutions d'absorption acoustique à base de panneaux micro perforés dans le domaine du bâtiment et de l'urbanisme (revêtement muraux, cloisons absorbantes sur le plan acoustique et transparentes à la lumière), dans le domaine des silencieux de véhicule de transport ou encore des nacelles d'avions.

L'invention a notamment pour but de réduire les niveaux vibratoires d'un réflecteur d'antenne ou d'un panneau solaire réalisé en structure sandwich avec des peaux pleines, c'est-à-dire sans discontinuité supérieure à quelques dixièmes de millimètres, collées sur une structure cellulaire de type nid d'abeille. Pour cela, l'invention propose de perforer uniquement une seule peau , en l'occurrence la peau en face arrière inactive du réflecteur (c'est-à-dire la face qui ne reçoit pas d'ondes radiofréquence) ou du panneau solaire (c'est-à-dire la face qui ne porte pas de cellules photovoltaïques), les perforations de la peau associées aux cellules sous jacentes formant des résonateurs acoustiques qui produisent des effets dissipatifs de nature thermique et visqueuse. A cet effet, l'invention a pour objet un panneau formé par un réseau de cellules creuses, le panneau comportant une peau sur chacune de ses faces. La peau d'une seule de ses faces comporte des perforations, chacune desdites perforations associée à sa cellule sous-jacente formant un résonateur dissipant une partie des pressions acoustiques exercées sur le panneau. Cela permet de limiter les vibrations du panneau. Dans un mode de réalisation préférentiel, les perforations peuvent être de différents diamètres compris entre 1 et 6 dixièmes de millimètre. Dans un mode de réalisation préférentiel, les perforations peuvent être réparties en lignes et en colonnes, par exemple avec une densité supérieure à 300 perforations au mètre carré. Par exemple, les cellules creuses formant la structure du panneau peuvent être de forme hexagonale. Par exemple, les peaux peuvent être en une résine renforcée par 30 de la fibre de carbone.

Outre le fait de ne pas modifier les conditions de réflexion des radiofréquences sur la face active du réflecteur d'antenne ni impacter les 35 cellules photovoltaïques du panneau solaire, la présente invention a encore pour principal avantage d'être une solution passive qui n'induit aucun ajout de masse ni précontrainte mécanique sur le réflecteur ou le panneau. De plus, elle ne modifie pas l'effet sur le réflecteur ou le panneau des cycles thermo-élastiques imposés par l'environnement spatial.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - les figures la et lb, par deux vues en perspective, un exemple de réflecteur d'antenne selon l'invention; la figure 2, par un écorché, des exemples de cellules pouvant former la structure d'un réflecteur d'antenne selon l'invention.

La figure la illustre schématiquement une vue de la face active d'un exemple de réflecteur d'antenne R selon l'invention, c'est-à-dire la face exposée aux radiofréquences que le réflecteur R est sensé capter. Le corps du réflecteur R est constitué d'un panneau à structure cellulaire, comme illustré par la figure 2 qui suit. Dans le présent exemple de réalisation de l'invention, la face active du réflecteur R est avantageusement conçue pour recevoir et réfléchir efficacement des radiofréquences, c'est-à-dire en les perturbant le moins possible. C'est pourquoi cette face ne comporte aucune perforation. Par exemple, cette face peut comporter une peau externe en résine renforcée par de la fibre de carbone (CFRP).

La figure 1 b illustre schématiquement une vue de la face arrière du réflecteur R, c'est-à-dire la face qui n'est pas exposée aux radiofréquences que le réflecteur R est sensé capter. Cette face arrière comporte par exemple une peau externe en résine renforcée par de la fibre de carbone. Elle est conçue selon l'invention de manière à limiter les vibrations du réflecteur R. A cette fin, sa peau en CFRP comporte notamment un ensemble de perforations dont les diamètres, la répartition et la densité ont pour effet d'amortir les réponses modales du réflecteur R dans un spectre de fréquences souhaité. Dans le présent exemple de réalisation, qui est conçu pour amortir efficacement un mode vibratoire à 200 hertz, une peau externe de sensiblement 0,2 millimètres d'épaisseur peut être disposée sur des cellules hexagonales de type "nid d'abeille" qui forment en fait l'âme de la coque du réflecteur R. De telles cellules sont illustrées par la figure 2 qui suit. Chaque cellule peut avoir une hauteur de sensiblement 20 millimètres et un diamètre circonscrit de sensiblement 6,35 millimètres. Cette peau externe peut comporter des perforations réparties par exemple uniformément en lignes et en colonnes. Une densité de répartition de sensiblement 350 perforations au mètre carré peut avantageusement fournir une réduction suffisante. Les perforations peuvent avoir des diamètres variant sensiblement entre 1 et 6 dixièmes de millimètres.

La figure 2 illustre par un écorché un exemple de cellules hexagonales de type "nid d'abeille" de hauteur H et de largeur Ê, un tel réseau de cellules pouvant former l'âme du réflecteur R. Ainsi, sa peau arrière peut comporter une perforation P selon l'invention. Il faut noter que certaines cellule peuvent ne pas avoir leur peau arrière perforée. De manière générale, des calculs menés par la société demanderesse ont montré qu'une densité tout à fait raisonnable de perforations supérieure à 300 perforations par mètre carré peut avantageusement conduire à une réduction suffisante pour résoudre les difficultés de dimensionnement énoncées précédemment.

Qu'il s'agisse d'un réflecteur ou d'un panneau solaire, seule la face arrière inactive est perforée selon les principes de l'invention, plusieurs diamètres de perforation pouvant être utilisés simultanément sur cette face arrière. L'invention tire également parti des perforations de diamètres submillimétriques préexistantes entre les cellules, ces micro-perforations permettant également de constituer un réseau de résonateurs. Il faut bien comprendre que les perforations selon la présente invention sont utilisées pour modifier le couplage vibro-acoustique entre champ acoustique incident et vibrations du réflecteur ou du panneau solaire. Il ne s'agit pas de réduire le niveau sonore dans la coiffe du lanceur. C'est notamment ce qui distingue l'invention des applications existantes, qui sont toutes liées à l'absorption acoustique. En effet, des mécanismes dissipatifs sont actifs au niveau de chaque perforation selon l'invention: des frottements visqueux et des échanges thermiques entre l'air et la paroi sont présents et importants à l'interface entre fluide et solide, dans les couches limites visco-thermiques. L'épaisseur de ces couches limites est submillimétrique dans la plage de fréquences d'intérêt. Le diamètre des perforations est également submillimétrique de façon à rendre conséquent les effets dissipatifs induits. Ces mécanismes dissipatifs modifient le couplage vibro-acoustique entre la pression acoustique incidente et les vibrations du réflecteur ou du panneau.

L'invention décrite précédemment a encore pour principal avantage de permettre l'amortissement sur une plage fréquentielle ajustable.

La plage fréquentielle d'efficacité d'un réflecteur ou d'un panneau selon l'invention dépend en effet de paramètres ajustables à la conception, que sont notamment le diamètre des perforations, l'épaisseur de la peau de carbone perforée, le volume de la cellule en nid d'abeille, le nombre de cellules perforées par unité de surface, ainsi que la taille et le nombre de perforations entre les cellules.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Panneau formé par un réseau de cellules creuses, le panneau comportant une peau sur chacune de ses faces, le panneau étant caractérisé en ce que la peau d'une seule de ses faces comporte des perforations, chacune desdites perforations associée à sa cellule sous- jacente formant un résonateur dissipant une partie des pressions acoustiques exercées sur le panneau, de manière à limiter les vibrations du panneau.
2. 2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations sont de différents diamètres compris entre 1 et 6 dixièmes de millimètre.
3. 3. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations sont réparties en lignes et en colonnes.
4. 4. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perforations sont réparties avec une densité supérieure à 300 perforations au mètre carré.
5. 5. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules creuses formant la structure du panneau sont de forme hexagonale.
6. 6. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les peaux sont en une résine renforcée par de la fibre de carbone.