FR3069091B3 - Structure absorbante de sons - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une structure absorbante de sons (A) comprenant un caisson (20) constitué d'une peau supérieure (21) d'une peau inférieure (22) et de cloisons fixées aux peaux et formant des parois latérales du caisson, le caisson (20) comprenant au moins une capsule d'absorption acoustique (23) comprenant une paroi externe (24), chaque capsule (23) ayant une extrémité ouverte (25) par laquelle la capsule est fixée à la peau supérieure (21), une structure creuse de révolution (26) fixée à la peau supérieure (21) étant arrangée dans chaque capsule (23), la peau supérieure (21) comprend des premiers orifices traversants (20) débouchant au droit des capsules (23) et des structures creuses de révolution (26), la peau supérieure (21) comprenant des seconds orifices traversants (31) débouchant dans un volume délimité par les peaux inférieure et extérieure, les cloisons et les parois externes (24) des capsules (23).

Description

STRUCTURE ABSORBANTE DE SONS
La présente invention concerne une structure absorbante de sons pour absorber notamment des sons basses ou moyennes fréquences générés par une turbomachine au niveau de la tuyère.
Une turbomachine double flux comprend un conduit d’éjection par lequel sont évacués les gaz chauds. La peau du conduit d’éjection primaire est en contact avec le flux de gaz brûlé en provenance du moteur.
Les sons de basses et moyennes fréquences (entre 300 Hz et 1000 Hz : notamment ceux liés à la combustion), émis par la turbomachine forment une importante source de bruit pour l’environnement. Il est connu, pour atténuer ces bruits, d’équiper la structure interne du conduit d’éjection primaire (appelée « plug » en Anglais) avec une structure absorbante de sons. Une telle structure se compose d’une peau, formée par la surface interne du conduit d’éjection primaire et d’un ensemble résonant comprenant un corps fixé à la peau et présentant une pluralité de capsules d’absorption acoustique dans chacune desquelles est arrangé un cône dont la base est fixée à la peau. La peau est perforée au droit de chaque capsule de sorte à assurer une communication d’air entre l’extérieur de la structure d’absorbante et l’intérieur de chaque capsule. En outre, chaque cône présente un trou traversant arrangé soit à son sommet soit sur sa surface latérale pour assurer une communication d’air entre l’intérieur du cône et le reste de la capsule. Chaque capsule comprenant un cône se comporte à la fois comme un résonateur de Helmholtz (orifices débouchant sur la capsule) et un résonateur quart d’onde (orifices débouchant sur le cône), permettant, par un dimensionnement adéquat des différents éléments de la structure absorbante, d’atténuer efficacement les sons sur une large bande de fréquences émises par la turbomachine.
Le but de l'invention est d’optimiser une telle structure absorbante pour une réduction efficace du bruit généré par les moteurs à double flux dans la région d’éjection des gaz chauds. A cet effet, l’invention concerne une structure absorbante de sons comprenant un caisson constitué d’une peau supérieure, d’une peau inférieure et de cloisons fixées aux peaux et formant des parois latérales du caisson, le caisson comprenant au moins une capsule d’absorption acoustique comprenant une paroi externe, chaque capsule ayant une extrémité ouverte par laquelle la capsule est fixée à la peau supérieure, une structure creuse de révolution fixée à la peau supérieure étant arrangée dans chaque capsule, la peau supérieure comprend des premiers orifices traversants débouchant au droit des capsules et des structures creuses de révolution, et la peau supérieure comprenant des seconds orifices traversants débouchant dans un volume délimité par les peaux inférieure et extérieure, les cloisons et les parois externes des capsules. L’invention concerne en outre une structure interne d’un conduit d’éjection primaire d’une turbomachine, ladite structure interne étant équipée d’une structure absorbante de sons comportant : - une peau supérieure formant la surface interne du conduit d’éjection primaire - une peau inférieure fixée à la peau supérieure du côté opposé au conduit d’éjection primaire via des cloisons de sorte à former un caisson ; - au moins une capsule d’absorption acoustique comprenant une paroi externe, la capsule étant fixée à la peau supérieure, une structure creuse de révolution fixée à la peau supérieure étant arrangée dans chaque capsule; et la peau supérieure étant percée de premiers orifices traversants débouchant au droit des capsules et des structures creuses de révolution, la peau supérieure étant en outre percée de seconds orifices traversants débouchant dans un volume délimité par les peaux inférieure et extérieure, les cloisons et les parois externes des capsules.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d’un aéronef comprenant une structure interne d’un conduit d’éjection primaire d’une turbomachine équipée d’une structure absorbante de sons basses fréquences selon l’invention ; la figure 2 est une vue en perspective du conduit d’éjection primaire de la figure i; la figure 3 est une vue de côté de la structure interne du conduit d'éjection primaire de la figure 1 ; la figure 4 est une vue en perspective d’une structure absorbante de sons équipant une structure interne d’un conduit d’éjection primaire d’une turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention. la figure 5 est une similaire à la figure 4 illustrant une structure absorbante de sons selon une variante de réalisation de l’invention.
En relation avec les figures 1 et 2, un aéronef 1 comporte une aile 2 sous laquelle est fixée une nacelle 5 dans laquelle est logée une turbomachine 3.
La partie arrière de la turbomachine 3 forme un conduit d’éjection primaire 5 par lequel s’échappent les gaz brûlés par la turbomachine et qui est délimité à l’extérieur par une tuyère primaire 6 et à l’intérieur par une structure interne 7 du conduit d’éjection primaire Un cône de tuyère 8 est fixé à l’arrière de la structure interne.
En référence avec les figures 3 et 4, la structure interne 7 comprend une structure absorbante de sons A comprenant un caisson 20 dans lequel sont arrangés différents éléments afin de former des résonateurs acoustiques pour atténuer des sons.
Chaque caisson 20 est constituée d’une peau supérieure 21 formée par la surface extérieure de la structure interne 7 (c'est-à-dire celle qui forme la surface interne du conduit d’éjection primaire 5), d’une peau inférieure 22 fixée à la peau supérieure 21 du côté opposé au conduit d’éjection primaire 5 via des cloisons (non représentées) arrangées perpendiculairement aux peaux 21,22 pour constituer des parois latérales du caisson 20 et le fermer.
Au moins une capsule d’absorption acoustique 23 est arrangée dans le volume délimité par le caisson. La capsule 23 comprend une paroi externe 24 étanche et a une extrémité ouverte 25 via laquelle elle est fixée de manière étanche, par exemple par soudage, à la peau supérieure 21. De préférence, la paroi externe 24 n’est pas en contact avec la peau inférieure 21. Une structure creuse 26 de révolution est arrangée dans chaque capsule 23 et est fixée à la peau supérieure 21. La structure creuse 26 est, par exemple, un cône dont la base 27 est fixée à la peau supérieure 21 et dont la surface latérale 28 est perforée par au moins un trou traversant 29 (ou en alternative non représentée, le sommet du cône 32 est tronqué et n’est pas en contact avec la paroi externe de la capsule) pour assurer une communication de l’air compris dans le cône 26 avec l’air compris dans le reste de la capsule 23.
Des orifices traversants 30 sont arrangés sur la peau supérieure 21, au droit de chaque capsule 23, de sorte que de l’air peut circuler entre l’extérieur de la structure absorbante A et l’intérieur de chaque capsule 23.
Selon l’invention, d’autres orifices traversants 31 sont en outre arrangés sur la peau supérieure 21 et débouchent dans le caisson 20 (hors zones des capsules) pour assurer une communication d’air entre l’extérieur de la structure absorbante A et le volume d’air délimité par les peaux inférieure 22 et supérieure 21, les cloisons et les parois externes 24 des capsules 23.
La structure absorbante A ainsi décrite se comporte à la fois comme un résonateur acoustique de Helmholtz et un résonateur quart d’onde.
En effet, un bouchon d'air présent dans les orifices traversants 31 débouchant dans le caisson 20 (hors capsules) forme une masse qui résonne au support de la force élastique formée par le volume d’air délimité par les peaux inférieure et supérieure 21,22, les cloisons du caisson 20 et les parois externe 24 des capsules, suivant le principe d’un résonateur de Helmholtz. En jouant sur le nombre de capsules 23, leur arrangement, les dimensions du caisson 20 et des capsules, il est possible de faire varier la fréquence atténuée par ce résonateur de Helmholtz. D’autre part, au niveau de chaque capsule 23, un bouchon d'air présent dans les orifices traversants 30 débouchant dans une capsule 23 entre la surface latérale 28 du cône et la paroi externe 24 de la capsule forme une masse qui résonne au support de la force élastique formée par le volume d’air enfermé entre la peau supérieure 21, la paroi externe 24 de la capsule et la surface latérale 28 du cône, suivant le principe d’un résonateur de Helmholtz. En jouant sur des paramètres du cône 26, il est possible de faire varier la fréquence atténuée par ce résonateur de Helmholtz.
Enfin, au niveau de chaque cône 26, un bouchon d'air présent dans les orifices traversants débouchant 30 dans le cône forme une masse qui résonne au support de la force élastique formée par le volume d’air enfermé dans le cône 26, suivant le principe d’un résonateur quart d’onde. En jouant sur les dimensions du cône, il est possible de faire varier la fréquence atténuée par ce résonateur quart d’onde.
Via les orifices traversants 30,31 répartis sur l’intégralité de la surface de la peau supérieure 21, la structure absorbante A est capable d’atténuer plus de fréquences que les structures absorbantes de l’art antérieur car elle combine deux configurations de résonateurs de Helmholtz (orifices débouchant sur le caisson et la capsule) et une configuration de résonateur quart d’onde (orifices débouchant sur le cône).
En jouant sur la dimension et l’arrangement des éléments constituant la structure résonnante A, il est possible de faire varier la valeur des fréquences atténuées pour atténuer une large bande de fréquences.
Les capsules 23 sont, par exemple, arrangées aléatoirement sur la peau supérieure 21 du caisson 20. De préférence, les capsules 23 sont arrangées sur la peau supérieure 21 suivant un motif spécifique, par exemple un motif en forme de grille, avec un espacement constant entre les capsules 23 prises deux à deux.
Dans une variante de l’invention, représentée à la figure 5, le caisson 20 est compartimenté en sous-caissons 20a (qui peuvent comprendre une, plusieurs ou aucune capsule 23) au moyen de raidisseurs 35 fixés à la peau supérieure 21 et à la peau inférieure 22 et arrangés perpendiculairement à ces dernières Les sous-caissons se comportent en fonction de leurs dimensions, soit comme des résonateurs de Helmholtz soit comme un résonateur quart d’onde.
En outre, la compartimentation en sous-caissons 20a, entre lesquels l’air ne peut circuler, permet de multiplier des fréquences atténuées par la structure absorbante A en fonction de la configuration des sous-caissons 20a : en effet, les raidisseurs 35 peuvent être disposés de sorte que les sous-caissons 20a aient des dimensions différentes (forme carré, ou parallélépipédique), de sorte à atténuer plusieurs augmenter le niveau global d’atténuation.
Outre la compartimentation du caisson, les raidisseurs 35 permettent d’augmenter la tenue mécanique en compression du caisson 20. L’invention a été décrite et illustrée avec une capsule 23 de forme cylindrique comprenant un cône. D’autres formes sont cependant envisageables sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, une capsule 23 peut, par exemple, avoir une forme rectangulaire ou pyramidale, ou encore cubique. Pour ces exemples de formes, la structure creuse de révolution 26 est de préférence arrangée dans la capsule 23 de sorte que son axe de révolution est colinéaire avec un axe de symétrie de la capsule afin d’assurer une réparation homogène de la masse d’air vibrante autour de la structure creuse de révolution.
Bien que décrite avec une application à un structure interne 7 d’un conduit d’éjection primaire 5 d’une turbomachine 3, la structure absorbante A selon l’invention peut trouver application à d’autres structures d’une turbomachine, comme, par exemple, à la structure interne d’une entrée d’air d’une turbomachine (non représentée).

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS 1) Structure absorbante de sons (A) comprenant un caisson (20) constitué d’une peau supérieure (21) d’une peau inférieure (22) et de cloisons fixées aux peaux et formant des parois latérales du caisson, le caisson (20) comprenant au moins une capsule d’absorption acoustique (23) comprenant une paroi externe (24), chaque capsule (23) ayant une extrémité ouverte (25) par laquelle la capsule est fixée à la peau supérieure (21), une structure creuse de révolution (26) fixée à la peau supérieure (21) étant arrangée dans chaque capsule (23), la peau supérieure (21) comprenant des premiers orifices traversants (20) débouchant au droit des capsules (23) et des structures creuses de révolution (26), caractérisé en ce que la peau supérieure (21) comprend des seconds orifices traversants (31) débouchant dans un volume délimité par les peaux inférieure et extérieure, les cloisons et les parois externes (24) des capsules (23).
  2. 2) Structure interne (7) d’un conduit d’éjection primaire (5) d’une turbomachine (3), ladite structure interne étant équipée d’une structure absorbante de sons (A) comportant : - une peau supérieure (21) formant la surface interne du conduit d’éjection primaire - une peau inférieure (22) fixée à la peau supérieure (21) du côté opposé au conduit d’éjection primaire (5) via des cloisons de sorte à former un caisson (20); - au moins une capsule d’absorption acoustique (23) comprenant une paroi externe (24), la capsule (23) étant fixée à la peau supérieure (21), une structure creuse de révolution (26) fixée à la peau supérieure (21) étant arrangée dans chaque capsule (23) ; la peau supérieure (21) étant percée de premiers orifices traversants (30) débouchant au droit des capsules (23) et des structures creuses de révolution (26), caractérisé en ce que la peau supérieure (21) est en outre percée de seconds orifices traversants (21) débouchant dans un volume délimité par les peaux inférieure et extérieure (21,22), les cloisons et les parois externes (24) des capsules.
  3. 3) Structure absorbante (A) ou structure interne (7) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les capsules (23) sont arrangées aléatoirement sur la peau supérieure (21).
  4. 4) Structure absorbante (A) ou structure interne (7) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les capsules (23) sont arrangées sur la peau supérieure (21) suivant un motif spécifique.
  5. 5) Structure absorbante (A) ou structure interne (7) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le caisson (20) est compartimenté en sous-caissons (20a) au moyen de raidisseurs (35) fixés à la peau supérieure (21) et à la peau inférieure (21).
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