FR3001324A1 - Panneau d’attenuation acoustique a ame alveolaire - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un panneau d'atténuation acoustique (10) à âme alvéolaire comprenant au moins une peau support (12) et au moins une âme alvéolaire (11) réalisée à partir d'un matériau poreux, caractérisé en ce que le matériau poreux comprend au moins une inclusion (14).

Description

La présente invention se rapporte à un panneau d'atténuation acoustique notamment pour nacelle de moteur d'aéronef, et à des éléments de nacelle équipés d'un tel panneau. Les moteurs d'aéronefs sont générateurs d'une pollution sonore importante et il existe une forte demande visant à réduire cette pollution, et ce d'autant plus que le trafic aérien augmente. La conception de la nacelle entourant un turboréacteur contribue pour une grande partie à la réduction de cette pollution sonore. En effet, afin d'améliorer les performances acoustiques des aéronefs, les nacelles sont dotées de panneaux acoustiques visant à atténuer les bruits générés par le moteur qui se propagent dans l'entrée d'air ou les conduits d'éjection. Ces panneaux acoustiques sont des structures absorbantes constituant un traitement dit à réaction localisée.

Dans le cas particulier d'une application aéronautique, de tels panneaux seront préférentiellement disposés, par exemple : - au niveau d'une entrée d'air de la nacelle de manière à atténuer le bruit rayonné par la soufflante du turboréacteur vers l'amont, - au niveau d'un conduit aval secondaire ou d'une veine de circulation d'un flux secondaire de manière à atténuer le bruit rayonné par la soufflante du turboréacteur vers l'aval, - au niveau d'un conduit aval primaire de manière à atténuer le bruit rayonné par la chambre de combustion et la turbine du turboréacteur.

De manière connue, un tel panneau acoustique présente une structure dite sandwich comprenant un résonateur acoustique disposé entre une première peau dite interne et une deuxième peau dite externe. Ces peaux sont généralement réalisées en matériaux composite et fabriquées selon des procédés d'injection ou transfert de résine.

La peau interne est pleine et destinée à être orientée à l'arrière du panneau de manière à constituer une peau arrière réfléchissante pour les ondes acoustiques. La peau externe, également dite peau acoustique, est perforée, voire micro-perforée, et destinée à être orientée vers la source de bruit. La 35 peau acoustique peut également être réalisée à partir d'un treillis poreux (traitement dit linéaire).

Le résonateur acoustique constitue l'âme du panneau et est formé d'une ou plusieurs structures alvéolaires, éventuellement disposées en couches (étages) et séparées le cas échéant par des septums (peau poreuse microperforée par exemple).

Les structures alvéolaires pourront typiquement être réalisées à partir d'un matériau de type mousse ou préférentiellement à partir de structures dites en nid d'abeille présentant un ensemble de cellules alvéolaires, classiquement de section hexagonale et formant des résonateurs dits de Helmholtz.

Un panneau comprenant une unique structure alvéolaire sera couramment appelé panneau SDOF (Single Degree of Freedom / Simple Degré de Liberté). Un panneau comprenant deux structures alvéolaires superposées sera appelé panneau DDOF (Double Degree of Freedom / Double Degré de Liberté) et un panneau comprenant trois structures alvéolaires superposées sera appelé panneau 3DOF (Triple Degree of Freedom / Triple Degré de Liberté). Toujours dans le cas d'une application aéronautique, on utilisera plus spécifiquement des structures alvéolaires de type nid d'abeille présentant des cellules de taille relativement réduite d'environ 10 mm de section et réalisées en matériau à base d'aluminium ou de fibres de type Nomex® particulièrement résistants à des températures élevées. La réalisation de tels panneaux d'atténuation acoustique à structures alvéolaires à cellules est complexe et coûteuse.

Par ailleurs, chaque structure alvéolaire à cellules vise une plage de fréquences acoustiques relativement étroite. L'utilisation de matériaux de type mousse, et plus généralement de matériaux poreux, permet d'élargir la plage de fréquences visées. L'absorption acoustique de panneaux à âme en matériau poreux 30 devrait en théorie être meilleure que pour un panneau à structure alvéolaire. Il est toutefois difficile de fabriquer des mousses dont la taille des pores correspond à la valeur optimale de fréquence visée. De manière générale, on entend par matériau poreux un matériau ouvert, c'est-à-dire présentant de nombreuses cavités communicantes, se 35 présentant, par exemple, sous la forme de mousse, ou sous forme expansée, ou de feutre, billes, etc ...

Le document FR 2 940 360 décrit l'utilisation d'un tel matériau poreux dans un panneau acoustique. Le document FR 2 930 670 décrit une solution dans laquelle une âme principale essentiellement alvéolaire est divisée en deux par à une âme 5 intermédiaire poreuse de type feutre. Les caractéristiques des matériaux poreux (taille de pores, porosité, dimensions, etc.) sont adaptées en fonction des fréquences cibles à atténuer mais auront généralement de préférence une porosité de l'ordre de 90% et des diamètres de pores inférieurs à 400 pm. L'épaisseur de la structure 10 poreuse sera typiquement de l'ordre de 15mm à 30mm selon les applications. A titre d'exemple de matériaux utilisés pour des applications aéronautiques, on peut citer les mousses d'aluminium, les mousses de carbone ou encore les mousses en carbure de silicium. Contrairement à des cellules formant des résonateurs de 15 Helmholtz, de tels matériaux poreux permettent d'atténuer le bruit par simple frottement interne de l'air et ralentissement de celui-ci entraînant des pertes acoustiques par effets visqueux. Ces phénomènes acoustiques induisent également de petites variations de température dans l'air saturant la structure alvéolaire. Il en résulte 20 des échanges de chaleur irréversibles qui constituent des pertes acoustiques par effets thermiques. Ces pertes par effets thermiques sont toutefois notablement plus faibles que les pertes par effets visqueux. Il existe cependant un besoin permanent d'améliorer l'efficacité de ces panneaux acoustiques. 25 Pour ce faire la présente invention vise un panneau d'atténuation acoustique à âme alvéolaire comprenant au moins une peau support et au moins une âme alvéolaire réalisée à partir d'un matériau poreux, caractérisé en ce que le matériau poreux comprend au moins une inclusion. Comme mentionné précédemment, de manière générale, on 30 entend par matériau poreux un matériau ouvert, c'est-à-dire présentant de nombreuses cavités communicantes, se présentant, par exemple, sous la forme de mousse, ou sous forme expansée, ou de feutre, billes, etc. Ainsi, en prévoyant des inclusions à l'intérieur du matériau poreux, on obtient une amélioration importante des performances acoustiques grâce à 35 un effet appelé diffusion de pression. Le bénéfice acoustique a lieu par effet de diffusion de pression dans les inclusions.

Cela se traduit notamment par des gains acoustiques à iso-hauteur de traitement total ou des gains de hauteur de traitement, et par voie de conséquence, de masse, à iso performance acoustique. Cette solution peut également être associée à des structures 5 acoustiques conventionnelles. De manière préférentielle, la peau support est une peau pleine. De manière avantageuse, l'âme est comprise en la peau support et une peau acoustique poreuse, notamment perforée. Avantageusement, la peau support et/ou la peau acoustique sont 10 réalisées en matériaux composites. Alternativement, la peau support et/ou la peau acoustique peuvent également être métalliques. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'âme alvéolaire poreuse est réalisée à partir d'une mousse, notamment une mousse 15 d'aluminium, de carbone ou de carbure de silicium. Selon une variante de réalisation, un espace est ménagé entre l'âme poreuse et la peau support et/ou entre l'âme poreuse et la peau acoustique. De manière avantageuse, l'espace reçoit une structure alvéolaire 20 en nid d'abeille. Préférentiellement, l'âme poreuse possède une porosité comprise entre 80 et 95%, préférentiellement d'environ 90%. De manière préférentielle, l'âme poreuse possède des pores d'une taille inférieure à environ 800 pm, de préférence de l'ordre de 400 pm. 25 De manière avantageuse l'âme poreuse possède des pores d'une taille supérieure à 100 pm. Préférentiellement, l'inclusion possède une taille supérieure ou égale à 1 mm. De manière préférentielle, l'inclusion possède une taille inférieure 30 ou égale à 1 cm. Selon un premier mode de réalisation, inclusion est une inclusion fluide. Selon une première variante de réalisation, l'inclusion fluide est une inclusion d'air. 35 Selon une deuxième variante de réalisation, l'inclusion fluide est une inclusion liquide.

Selon un deuxième mode de réalisation, l'inclusion est une inclusion de type solide élastique. Selon une première variante, l'inclusion est une sphère creuse. Selon une deuxième variante, l'inclusion est une sphère pleine, ou bille. Bien évidemment, les différents types d'inclusions peuvent être utilisés en combinaison au sein d'un même matériau poreux et au sein d'un même panneau. De manière avantageusement complémentaire, l'inclusion 10 comprend au moins un moyen de vibration. Selon des variantes de réalisation, le moyen de vibration est un actionneur de type piézoélectrique, par exemple une pastille en céramique piézoélectrique ou un film piézoélectrique de type polyfluorure de vinylidène (PVDF). 15 La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel : - La figure 1 est une représentation schématique d'une nacelle de turboréacteur en coupe transversale montrant différentes zones d'installation de panneaux acoustiques selon l'invention, 20 - Les figures 2 à 5 sont des vues schématiques en coupe latérale de différents modes de réalisation d'un panneau acoustique selon l'invention. - Les figures 6 à 10 sont des variantes de réalisation d'un panneau acoustique selon l'invention. 25 Comme expliqué précédemment, une nacelle 1 de turboréacteur 2 est généralement équipée d'une pluralité de panneaux sandwich 10 d'atténuation acoustique disposés au niveau de différentes zones, et notamment : - au niveau d'une entrée d'air 3 de la nacelle de manière à 30 atténuer le bruit rayonné par la soufflante du turboréacteur vers l'amont, - au niveau d'un conduit aval secondaire 4 ou d'une veine de circulation d'un flux secondaire de manière à atténuer le bruit rayonné par la soufflante du turboréacteur vers l'aval, au niveau d'un conduit aval primaire 5 de manière à atténuer le bruit rayonné par la chambre de combustion et la turbine du turboréacteur. La structure générale de panneaux acoustiques selon l'art antérieur 5 a été décrite précédemment. Un panneau acoustique 10 selon la présente demande comprend, comme visible sur les figures 2 à 5, une âme alvéolaire poreuse 11 disposée entre une peau support 12, préférentiellement pleine et rigide, et une peau acoustique 13 percée. 10 La peau support 12 pleine est destinée à être orientée vers l'intérieur de la nacelle 1 tandis que la peau acoustique 13 percée est destinée à être orientée vers la source de bruit. Avantageusement, les peaux support 12 et acoustique 13 sont réalisées à partir de matériaux composites. Elles peuvent être également 15 réalisées à partir de matériaux métalliques. La peau acoustique 13 peut notamment être réalisée à partir d'un treillis métallique. L'âme poreuse 11 pourra typiquement être réalisée à partir d'une mousse, notamment une mousse d'aluminium, de carbone ou de carbure de silicium, par exemple. 20 Conformément à la présente demande, l'âme poreuse 11 comprend des inclusions 14 de diffusion de pression. En plus de l'atténuation acoustique obtenue par les pertes visqueuses dues aux frottements de l'air à travers le matériau poreux, et des pertes thermiques, l'ajout d'inclusions 14 permet de venir grandement 25 améliorer les performances d'atténuation acoustique. Le nombre, la densité, l'espacement, le positionnement et la nature des inclusions 14 pourront être déterminés par l'homme du métier en fonction des performances à atteindre et notamment des fréquences cibles à atténuer. En outre, l'âme 11 à inclusions peut être associée à d'autres 30 moyens d'atténuations. Ainsi, comme visible sur les figures 2 à 5, un espace peut-être ménagé entre la peau support 12 et l'âme 11 (figure 2, figure 4), et / ou entre la peau acoustique 13 et l'âme 12 (figure 3, figure 4). La figure 5 montre un panneau sans espace entre les peaux support 12 et acoustique 13 et l'âme 35 poreuse 11.

Cet espace peut constituer alors une lame d'air ou être occupé par une structure alvéolaire à cellules de type nid d'abeille formant des résonateurs de Helmholtz. L'âme poreuse 11 est réalisé à partir d'un matériau permettant 5 d'obtenir une structure ouverte, c'est-à-dire présentant de nombreuses cavités communicantes, se présentant, par exemple, sous la forme de mousse, ou sous forme expansée, ou de feutre, billes, etc. On choisira préférentiellement un matériau possédant une porosité comprise entre 80 et 95%, préférentiellement autour de 90%. 10 Les caractéristiques de tailles de pores seront définies en fonction des fréquences cibles à atténuer mais pourront être typiquement compris entre 100 et 800 pm, de préférence de l'ordre de 400 pm. Les inclusions 14 présenteront quant à elles une taille et des dimensions très nettement supérieures, de l'ordre du millimètre voire du 15 centimètre. Cela sera particulièrement le cas pour des inclusions fluides. Les inclusions 14 peuvent être de type fluide ou solide élastique. Dans le cas d'inclusions fluides, il pourra notamment s'agir d'inclusions d'air (poche d'air) ou d'inclusion liquide (poche de liquide). Dans le cas d'inclusions solides, il pourra par exemple s'agir de 20 sphères creuses, mais également de billes ou sphères pleines. Une inclusion peut comprendre plusieurs billes. Dans un tel cas, même si individuellement les billes sont réalisées dans un matériau non élastique, le jeu relatif entre les billes et l'espace inter-bille permet de la considérer comme une inclusion élastique. 25 Plus généralement, les inclusions ne sont pas limitées dans leur forme et toute forme tridimensionnelle avec ou sans ouverture est envisageable. A titre d'exemple, la figure 6 montre une inclusion 14a se présentant sous la forme d'une poche d'air. La figure 7 montre une inclusion 30 14b de type bille. La figure 8 montre une inclusion 14c de type sphère creuse. La figure 9 montre une inclusion 14d formant une portion de cylindre (C) et la figue 10 montre une inclusion 14e se présentant sous la forme d'une calotte sphérique. L'inclusion 14 peut également comprendre un moyen de vibration, 35 par exemple de type actionneur piézoélectrique. De telles inclusions sont alors dites « actives ».

Dans un tel cas, le matériau de l'inclusion n'est pas nécessairement élastique, le moyen de vibration apportant à l'inclusion l'équivalent d'une élasticité. Des exemples d'actionneurs piézoélectriques sont une pastille en 5 céramique piézoélectrique ou un film piézoélectrique de type polyfluorure de vinylidène (PCDF). Les moyens de vibration seront reliés à un contrôleur qui permettra d'adapter leur fréquence et leur amplitude de vibration de manière à adapter le comportement du matériau à l'excitation sonore à dissiper, et ce notamment en 10 fonction du régime moteur, par exemple. Les inclusions 14, actives ou non, pourront être disposées à l'intérieur du matériau poreux, mais également au niveau d'une interface avec les peaux pleine ou acoustique, ou encore le matériau poreux et une structure en nid d'abeille.

15 Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Panneau d'atténuation acoustique (10) à âme alvéolaire comprenant au moins une peau support (12) et au moins une âme alvéolaire (11) réalisée à partir d'un matériau poreux, caractérisé en ce que le matériau poreux comprend au moins une inclusion (14, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e).
2. 2. Panneau (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un espace est ménagé entre l'âme poreuse (11) et la peau support (12) et/ou entre l'âme et une peau acoustique (13).
3. 3. Panneau (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'espace reçoit une structure alvéolaire en nid d'abeille.
4. 4. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'âme poreuse (11) possède une porosité comprise entre 80 et 95%, préférentiellement d'environ 90%.
5. 5. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'âme poreuse (11) possède des pores d'une taille inférieure à environ 800 pm, de préférence de l'ordre de 400 pm.
6. 6. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'inclusion (14, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e) possède une taille supérieure ou égale à 1 mm.
7. 7. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'inclusion (14, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e) possède 30 une taille inférieure ou égale à 1 cm.
8. 8. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'inclusion (14a) est une inclusion fluide. 35
9. 9. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'inclusion fluide est une inclusion d'air (14a).
10. 10. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'inclusion fluide est une inclusion liquide.
11. 11. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'inclusion (14b) est une inclusion de type solide élastique.
12. 12. Panneau (10) selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'inclusion (14c) est une sphère creuse.
13. 13. Panneau (10) selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'inclusion est une sphère pleine, ou bille, ou solide fermé ou partiellement ouvert.
14. 14. Panneau (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'inclusion comprend au moins un moyen de vibration.
15. 15. Panneau (10) selon la revendication 14, carcatérisé en ce que le moyen de vibration est un actionneur de type piézoélectrique, par exemple une pastille en céramique piézoélectrique ou un film piézoélectrique de type polyfluorure de vinylidène (PVDF).