FR3032964A1 - Procede de fabrication d’un panneau d’attenuation acoustique en materiau composite stratifie a matrice ceramique, comportant des canaux internes - Google Patents

Procede de fabrication d’un panneau d’attenuation acoustique en materiau composite stratifie a matrice ceramique, comportant des canaux internes Download PDF

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Abstract

L'invention se rapporte à Procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique comportant les étapes consistant à : - déposer dans un moule un ou plusieurs renforts fibreux inférieurs (10), comprenant des fibres d'un matériau céramique ; -déposer une pluralité de renforts fibreux intermédiaires (14), comprenant des fibres d'un matériau céramique ; -insérer à travers les renforts fibreux intermédiaires (14) des éléments d'un matériau de moulage, dit matériau fugitif, sous forme de broches (16, 17), lesdites broches étant insérées perpendiculairement et/ou obliquement par rapport aux couches de renforts fibreux ; -déposer un ou plusieurs renforts fibreux supérieurs (12), comprenant des fibres d'un matériau céramique ; -procéder au frittage de l'ensemble (1), à une température permettant l'élimination du matériau fugitif.

Description

1 La présente invention se rapporte au domaine des panneaux d'atténuation acoustiques utilisés pour réduire les bruits produits par les ensembles propulsifs d'avion, et plus particulièrement aux panneaux acoustiques disposés dans les conduits d'échappement de l'ensemble propulsif. L'invention se rapport plus particulièrement à un procédé de fabrication d'un panneau stratifié d'atténuation acoustique. Afin de réduire le bruit dans les conduits d'échappement des turboréacteurs, il est connu de doter les surfaces des éléments délimitant ces conduits de panneaux d'atténuation acoustiques. Ces panneaux forment conventionnellement une structure en sandwich comportant une peau externe perforée et une peau interne pleine, une âme alvéolaire, tel qu'un nid d'abeille, étant disposé entre ces deux peaux. De façon bien connue, de tels panneaux forment des résonateurs de type Helmholtz qui permettent d'atténuer dans une certaine gamme de fréquences les ondes acoustiques produites dans le conduit. On connait également des panneaux d'atténuation à structure en sandwich dont l'âme centrale est poreuse. Les éléments constitutifs de ce type de panneau (peaux et âme alvéolaire) sont en général réalisés en matériau métallique. Cependant, dans le domaine aéronautique, où le gain de masse est un souci constant, l'utilisation de panneaux d'atténuation acoustique en matériau métallique est relativement pénalisante. Il est également connu un panneau d'atténuation acoustique dont les peaux et l'âme alvéolaire sont formés à partir de matériaux composites à matrice céramique, permettant ainsi un gain de masse par rapport aux 25 matériaux métalliques habituellement utilisés. Les solutions connues ne sont toutefois pas idéales en termes de performances ou en termes de simplicité de fabrication. Or, il existe un besoin de disposer d'une solution permettant de fabriquer de manière simple des panneaux d'atténuation acoustique en 30 matériau composite à matrice céramique (CMC), comportant une structure sandwich dont l'âme centrale comporte des canaux internes adaptés à l'atténuation acoustique. A cet effet, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique 35 comportant les étapes consistant à : 3032964 2 - déposer dans un moule un ou plusieurs renforts fibreux inférieurs comprenant des fibres d'un matériau céramique ; - déposer une pluralité de renforts fibreux intermédiaires comprenant des fibres d'un matériau céramique ; 5 - insérer à travers les renforts fibreux intermédiaires des éléments d'un matériau de moulage, dit matériau fugitif, sous forme de broches lesdites broches étant insérées perpendiculairement et/ou obliquement par rapport aux couches de renforts fibreux ; - déposer un ou plusieurs renforts fibreux supérieurs comprenant des 10 fibres d'un matériau céramique ; - procéder au frittage de l'ensemble, à une température permettant l'élimination du matériau fugitif. Ainsi le procédé objet de l'invention permet d'obtenir simplement un panneau d'atténuation acoustique comportant une peau pleine, une âme 15 présentant une pluralité de canaux internes, et une peau acoustique, ces éléments étant en matériau composite à matrice céramique. L'utilisation d'un matériau fugitif sous forme de broches permet d'obtenir un réseau de canaux internes traversant l'âme du panneau d'atténuation. Le procédé conforme à l'invention permet en outre de contrôler précisément les caractéristiques du 20 réseau de canaux internes constitué au sein du corps constituant l'âme centrale du panneau acoustique, et donc les caractéristiques d'atténuation acoustique de ce panneau. Dans une réalisation, le procédé comporte l'étape d'insérer dans les renforts fibreux supérieurs, préalablement à l'étape de frittage, une pluralité 25 d'inserts traversant lesdits renforts fibreux supérieurs de part en part. Dans une réalisation, la pluralité d'inserts est en matériau fugitif, et est de préférence venue de matière avec un support, tel qu'une plaque. Dans une réalisation, la pluralité d'inserts est un matériau apte à résister à l'étape de frittage, les inserts présentant alors une forme démoulable, 30 par exemple légèrement conique. Dans une réalisation, les broches insérées dans les renforts fibreux intermédiaires ont une section transversale de surface plus grande que les inserts traversant les renforts fibreux supérieurs. Dans une réalisation, les inserts ont une densité supérieure à la 35 densité des broches, traversant les renforts fibreux intermédiaires. 3032 964 3 Dans une réalisation, les broches, insérées dans les renforts fibreux intermédiaires traversent également les renforts fibreux supérieurs. Dans une réalisation, broches secondaires, sont insérées à travers seulement une partie des renforts fibreux intermédiaires. 5 Dans une réalisation, les broches en matériau fugitif présentent des sections transversales dont l'aire est comprise entre 5 pm2 et 250 000 pm2, de préférence entre 20 pm2 et 100 pm2. Dans une réalisation, la densité de broches assure un taux de porosité final dans l'âme centrale du panneau stratifié, après frittage, supérieur 10 à 50%, de préférence supérieur à 75%. Dans une réalisation, au moins une partie des renforts fibreux est, avant d'être disposée dans le moule, imprégnée d'un liquide contenant une poudre d'un matériau céramique en suspension, ou imprégnée d'une résine précéram igue. 15 Dans une réalisation, on met en oeuvre, préalablement à l'étape de frittage, l'étape d'infiltrer à travers une partie ou l'ensemble des couches de renforts fibreux, un liquide contenant une poudre d'un matériau céramique en suspension, ou une résine précéramique. Dans une réalisation, le procédé comporte, après l'étape 20 d'infiltration et avant l'étape de frittage, une étape de séchage et/ou de polymérisation. Dans une réalisation, le matériau fugitif est un matériau plastique de type thermoplastique ou thermodurcissable, ayant un point de fusion supérieur à la température de séchage et/ou de polymérisation.
Dans une réalisation, les renforts fibreux comportent un matériau de type oxyde métallique. L'invention concerne également un panneau d'atténuation acoustique comportant une peau inférieure pleine et une peau supérieure perforée, les peaux inférieure et supérieure encadrant une âme centrale, le 30 panneau étant obtenu par un procédé tel que défini ci-dessus. L'invention concerne en outre un ensemble propulsif d'aéronef (c'est-à-dire l'ensemble formé par un turboréacteur et une nacelle, cet ensemble incluant éventuellement le mât moteur), l'ensemble propulsif comportant au moins un panneau d'atténuation acoustique tel que défini ci- 35 dessus.
3032964 4 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - les figures 1 a à 4a montrent des exemples d'un panneau stratifié 5 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, en cours de fabrication ; - les figures 1 b à 4b montrent des exemples de réalisation d'un panneau stratifié conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, en cours de fabrication, et ; 10 - la figure 5 montre un exemple de panneau d'atténuation acoustique réalisé au moyen d'un procédé conforme à l'invention. Les figures 1 a à 4a et 1 b à 4b représente schématiquement des exemples de l'assemblage 1 des éléments constitutifs d'un panneau stratifié en cours de fabrication. Ces éléments constitutifs sont représentés tels que réunis 15 au sein d'un moule, avant l'étape de frittage. Un exemple de panneau 2 d'atténuation acoustique obtenu par un procédé conforme à l'invention est représenté à la figure 5. Un tel panneau comporte une peau inférieure 3, pleine et une peau supérieure 4. Les peaux inférieure 3 et supérieure 4 encadrent une âme centrale 5. La peau supérieure 4, dite peau acoustique, comporte une 20 pluralité de perforations 6. Chacun des assemblages 1 représentés sur les figures 1 a à 4a et 1 b à 4b comporte un ou plusieurs plis de fibres d'un matériau céramique destinés à former une peau inférieure pleine 10, et un ou plusieurs plis de fibres d'un matériau céramique destinés à former une peau supérieure 12. Les 25 plis inférieurs et supérieurs encadrent une pluralité de plis intermédiaires 14 destinés à former une âme centrale présentant une pluralité de canaux internes. On notera que les plis intermédiaires 14 sont représentés espacés les uns des autres pour des raisons de clarté, mais qu'en réalité ces plis sont superposés sans espace entre deux plis successifs. L'ensemble de ces éléments permet d'obtenir, après frittage, un panneau stratifié en matériau composite à matrice céramique, notamment un matériau composite céramique de type oxyde/oxyde. Pour réaliser un panneau stratifié conforme à l'invention, tel que le panneau 2 de la figure 5, on effectue notamment les étapes consistant à : 3032964 5 - déposer dans un moule un ou plusieurs plis inférieurs 10 de fibres d'un matériau céramique destinés à former la peau pleine ; - déposer une succession de plis intermédiaires 14 de fibres d'un 5 matériau céramique, destinés à former l'âme centrale ; - déposer un ou plusieurs plis supérieurs 12 destinés à former la peau supérieure. Le procédé conforme à l'invention comporte en outre l'étape d'insérer dans l'ensemble des plis intermédiaires 14, des broches 16 constitués 10 d'un matériau fugitif. Ce matériau fugitif, comportant par exemple un matériau plastique thermoplastique (tel que du polyéthylène), ou un matériau plastique thermodurcissable (par exemple à base d'époxy), ou un métal à bas point de fusion (par exemple à base de plomb, d'étain ou d'aluminium) est choisi de telle sorte qu'il sera éliminé (par fusion, évaporation, combustion, sublimation, 15 etc.) lors de l'étape ultérieure de frittage. L'élimination du matériau fugitif sera au moins partielle, et de préférence totale. Ainsi en s'éliminant, les broches génèrent dans le matériau composite à matrice céramique obtenu des vides de formes complémentaires à celle des broches 16 disparues. On créé ainsi, avec une pluralité de broches sacrificielles, un panneau stratifié 2 dont l'âme 20 centrale 5 comporte un réseau de canaux internes. En outre, il est possible de contrôler très finement les caractéristiques du réseau de canaux internes obtenu dans l'âme centrale, en jouant notamment sur le nombre, la forme, les dimensions et l'orientation des broches 16. Dans un premier mode de réalisation, dont des exemples sont 25 montrés sur les figures 1 a à 4a, les broches insérées à travers les plis intermédiaires 14 traversent également les plis supérieurs 12, destinés à former la peau supérieure. Dans un deuxième mode de réalisation, dont des exemples sont montrés sur les figures 1 b à 4b, les broches insérées à travers les plis 30 intermédiaires 14 ne traversent pas les plis supérieurs 12, destinés à former la peau supérieure. On notera que dans les deux modes de réalisation, les broches insérées à travers les plis intermédiaires 14 ne traversent pas les plis inférieurs 10. Les figures la à 4a montrent différents exemple de réalisation d'un 35 panneau stratifié conforme à l'invention, selon le premier mode de réalisation de l'invention. Les figures 1 a à 4a sont des schémas des éléments constitutifs 3032964 6 du panneau 1 avant l'étape de frittage. On peut voir que conformément au premier mode de réalisation, les broches insérées à travers les plis intermédiaires 14 traversent également (de part en part) les plis supérieurs 12. Cette disposition permet d'obtenir, après frittage de l'ensemble et élimination 5 des broches en matériau fugitif, une pluralité de canaux traversant la peau supérieure du panneau stratifié. On obtient ainsi une peau supérieure perforée, ou peau acoustique. Dans l'exemple des figures 1 a à 4a, les broches en matériau fugitif sont insérées à travers les plis supérieurs 12 et les plis intermédiaires 14 après que les plis supéreurs 12 aient été disposés dans le 10 moule. Il est toutefois possible d'obtenir une configuration équivalente en insérant les broches en matériau fugitif à travers les plis intermédiaires avant de disposer les plis supérieurs 12 de telle sorte que ceux-ci soient traversés de part en part par les broches déjà en place. Comme mentionné plus haut, le réseau de cannaux interne obtenu 15 par élémination des broches en matériau fugitif peut être contrôlé très finement en jouant notamment sur la densité (c'est-à-dire le nombre de broches par unité de surface du panneau stratifié fini), la forme, les dimensions et l'orientation des broches. Différents exemples sont donnés sur les figures 1 a à 4a.
20 Dans l'exemple de la figure 1 a, on peut voir des broches 16 sensiblement verticales. Dans l'exemple de la la figure 2a, les broches 16 sont disposées obliquement et sont sensiblement parallèles les unes aux autres. Dans l'exemple de la figure 3a, on peut voir une combinaison de 25 broches 16 verticales et obliques. Les broches disposées obliquement sont dans l'exemple sensiblement identiques à celles disposées verticalement. On pourra bien entendu envisager qu'une partie des broches soit de longueur et/ou de section différente. Dans l'exemple de la fiture 4a, on prévoit, en addition de la 30 configuration représentée à la figure 3a, des broches secondaires 17, de longueur inférieure à celles des broches 16 principales. Ainsi, les broches secondaires 17 ne traversent pas l'ensemble des plis intermédiaires 14, mais seulement une portion de ces plis. Cette disposition permet d'obtenir un réseau de canaux internes dont la densité évolue dans l'épaisseur du panneau stratifié final, et notamment un réseau plus dense à proximité de la peau supérieure.
3032964 7 Les figures lb à 4b montrent différents exemple de réalisation d'un panneau stratifié conforme à l'invention, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Selon ce deuxième mode de réalisation, les broches en matériau fugitif insérées à travers les plis intermédiaires 14 ne traversent pas les plis 5 supérieurs 12. Cette différence d'avec le premier mode de réalisation mise à part, les caractéristiques des broches traversant les plis intermédiaires 14 des figures lb à 4b sont analogues à celles des figures 1 a à 4a. Pour réaliser la peau acoustique du panneau stratifié, on prévoit une pluralité de broches supérieures 18 en matériau fugitif, de section, de 10 longueur, de densité et d'orientation adaptées. Dans l'exemple des figures lb à 4b, on voit que la longueur des broches supérieures 18 est sensiblement équivalente à l'épaisseur des plis supérieurs 12. Ainsi, l'élimination des broches supérieures 18 lors de l'étape de frittage permettra d'obtenir une pluralité de canaux traversant de part en part la peau du panneau stratifié fini.
15 Alternativement, on pourra obtenir une peau supérieure acoustique en réalisant après l'étape de frittage un perçage mécanique ou laser. On pourra également prévoir d'utiliser un support, tel qu'une plaque, comportant une pluralité d'inserts destinés à traverser les plis supérieurs 12 de part en part. Ces inserts pourront être réalisés en matériau fugitif, ou en un matériau 20 apte à résister à l'étape de frittage, auquel cas les inserts devront présenter une forme démoulable. Dans le cadre de l'invention, une partie ou l'ensemble des plis fibreux utilisés pourra être préalablement imprégné d'une poudre d'un matériau céramique ou d'une résine précéramique. Dans le cas où au moins une partie 25 des plis fibreux n'est pas pré-imprégnée, on prévoira, avant l'étape de frittage, une étape d'infiltration de la matrice céramique, en infiltrant à travers les plis disposés dans le moule soit un liquide comportant la poudre céramique en suspension soit une résine précéramique. Cette étape d'infiltration sera suivie le cas échéant d'une étape de 30 séchage (cas de l'infiltration de poudre de matériau céramique par voie liquide) ou d'une étape de polyméraisation (cas de l'infiltration d'une résine précéramique). Il est dans ce cas nécessaire de prévoir un matériau fugitif qui puisse résister à la température de séchage et/ou de polymérisation tout en étant éliminé lors du frittage.
35 Comme mentionné plus haut, l'étape de frittage, de type thermique ou thermomécanique, sera réalisée à une température permettant l'élimination 3032964 8 du matériau fugitif, et la consolidation des différents éléments en matériau composite à matrice céramique. Conformément à l'invention, le panneau stratifé obtenu comportera une âme centrale pourvu d'un réseau de canaux internes permettant une atténuation acoustisque efficace.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique comportant les étapes consistant à : - déposer dans un moule un ou plusieurs renforts fibreux inférieurs (10), comprenant des fibres d'un matériau céramique ; - déposer une pluralité de renforts fibreux intermédiaires (14), comprenant des fibres d'un matériau céramique ; - insérer à travers les renforts fibreux intermédiaires (14) des éléments d'un matériau de moulage, dit matériau fugitif, sous forme de broches (16, 17), lesdites broches étant insérées perpendiculairement et/ou obliquement par rapport aux couches de renforts fibreux ; - déposer un ou plusieurs renforts fibreux supérieurs (12), comprenant des fibres d'un matériau céramique ; - procéder au frittage de l'ensemble (1), à une température permettant l'élimination du matériau fugitif.
  2. 2. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, comportant l'étape d'insérer dans les renforts fibreux supérieurs (12), préalablement à l'étape de frittage, une pluralité d'inserts (18) traversant lesdits renforts fibreux supérieurs (12) de part en part.
  3. 3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la pluralité d'inserts (18) est en matériau fugitif, et est de préférence venue de matière avec un support, tel qu'une plaque.
  4. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la pluralité d'inserts est un matériau apte à résister à l'étape de frittage, les inserts présentant alors une forme démoulable, par exemple légèrement conique.
  5. 5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel les broches insérées dans les renforts fibreux intermédiaires ont une section transversale de surface plus grande que les inserts (18) traversant les renforts fibreux supérieurs (12). 3032964 10
  6. 6. Procédé selon l'une de revendications 2 à 5, dans lequel les inserts (18) ont une densité supérieure à la densité des broches (16, 17) traversant les renforts fibreux intermédiaires (14). 5
  7. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel les broches (16, 17) insérées dans les renforts fibreux intermédiaires traversent également les renforts fibreux supérieurs (12).
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 10 broches secondaires (17), sont insérées à travers seulement une partie des renforts fibreux intermédiaires (14).
  9. 9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les broches en matériau fugitif présentent des sections 15 transversales dont l'aire est comprise entre 5 pm2 et 250 000 pm2, de préférence entre 20 pm2 et 100 pm2.
  10. 10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes dans lequel la densité de broches assure un taux de porosité final dans 20 l'âme centrale du panneau stratifié, après frittage, supérieur à 50%, de préférence supérieur à 75%.
  11. 11. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie des renforts fibreux (10, 12, 14) est, 25 avant d'être disposée dans le moule, imprégnée d'un liquide contenant une poudre d'un matériau céramique en suspension, ou imprégnée d'une résine précéramique.
  12. 12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, 30 dans lequel on met en oeuvre, préalablement à l'étape de frittage, l'étape d'infiltrer à travers une partie ou l'ensemble des couches de renforts fibreux (10, 12, 14), un liquide contenant une poudre d'un matériau céramique en suspension, ou une résine précéramique. 35
  13. 13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 et 12, comportant, après l'étape d'infiltration et avant l'étape de frittage, une étape de séchage et/ou de polymérisation. 3032964 11
  14. 14. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le matériau fugitif est un matériau plastique de type thermoplastique ou thermodurcissable, ayant un point de fusion supérieur à la température 5 de séchage et/ou de polymérisation.
  15. 15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les renforts fibreux (10, 12, 14) comportent un matériau de type oxyde métallique. 10
  16. 16. Panneau d'atténuation acoustique comportant une peau inférieure (3) pleine et une peau supérieure (4) perforée, les peaux inférieure (3) et supérieure (4) encadrant une âme centrale (5), le panneau (2) étant obtenu par un procédé conforme à l'une des revendications 15 précédentes.
  17. 17. Ensemble propulsif d'aéronef comportant au moins un panneau d'atténuation acoustique selon la revendication précédente.
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FR3114990A1 (fr) * 2020-10-12 2022-04-15 Safran Ceramics Texture fibreuse comprenant des plis unidirectionnels avec des mèches espacées

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