FR3105553A1 - Système de traitement acoustique à au moins deux degrés de liberté comportant un revêtement quart d’onde permettant le passage d’ondes acoustiques dans un résonateur à mode de cavité - Google Patents

Système de traitement acoustique à au moins deux degrés de liberté comportant un revêtement quart d’onde permettant le passage d’ondes acoustiques dans un résonateur à mode de cavité Download PDF

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Abstract

L’invention porte sur un système de traitement acoustique (10) à au moins deux degrés de liberté comportant un revêtement quart d’onde (11), comportant des alvéoles (7) formant des résonateurs quart d’onde ménagées dans une épaisseur du revêtement quart d’onde (11) entre une face d’entrée et une peau arrière (13). La peau arrière (13) permet le passage d’ondes acoustiques dans une cavité (14) d’un dispositif du type résonateur de Helmholtz, de sorte que tout ou partie des ondes acoustiques entrant dans ladite cavité (14) y pénètrent en traversant l’épaisseur du revêtement quart d’onde (11). Cela permet un traitement acoustique de plusieurs plages de fréquences ou d’une large plage de fréquences par traitement de plusieurs plages qui se recouvrent, grâce à la mise en œuvre de plusieurs modes d’amortissement des ondes, avec un système de dimensions, et notamment de surface, réduites. Une application préférentielle est constituée par les groupes propulsifs d’aéronef, notamment leurs cônes de sortie ou leurs nacelles. Figure pour l’abrégé : Fig. 4

Description

Système de traitement acoustique à au moins deux degrés de liberté comportant un revêtement quart d’onde permettant le passage d’ondes acoustiques dans un résonateur à mode de cavité
La présente invention concerne le domaine des systèmes de traitement acoustique. Un système de traitement acoustique correspond à un ensemble configuré pour absorber les ondes acoustiques et ainsi abaisser le niveau sonore perçu d’une ou plusieurs sources de bruit dont les émissions viennent rencontrer ledit système de traitement acoustique.
La présente invention s’applique en particulier aux ensembles propulsifs d’aéronefs. Elle est ainsi expliquée ci-après en référence à cet exemple d’application préférentiel.
Les aéronefs commerciaux actuellement exploités sont propulsés à l’aide d’ensembles propulsifs, généralement implantés sous les ailes de l’aéronef ou en partie arrière de leur fuselage. Par aéronefs commerciaux, on entend notamment les aéronefs de transport de passagers ou de fret.
Les ensembles propulsifs employés dans les aéronefs commerciaux sont communément des turboréacteurs, et plus particulièrement des turboréacteurs à double flux.
Un tel ensemble propulsif comporte un moteur comportant une turbomachine et qui est installé dans une nacelle. La turbomachine entraîne généralement une soufflante située à l’admission (entrée d’air) de l’ensemble propulsif, le flux d’air admis pouvant être séparé en deux flux, à savoir un flux primaire qui est mélangé avec un carburant pour être enflammé et un flux secondaire qui contourne la turbomachine et est accéléré dans l’ensemble propulsif.
La combustion du mélange du flux primaire crée une pression en sortie de la turbine, la détente des gaz et leur accélération par effet venturi dans une tuyère située en sortie de l’ensemble propulsif générant l’énergie cinétique permettant la propulsion de l’aéronef. La tuyère comporte généralement une surface externe et un cône de sortie, formant une surface aérodynamique centrale participant à l’accélération des gaz en sortie de l’ensemble propulsif.
L’un des inconvénients des turboréacteurs est leur niveau d’émissions sonores. Pour réduire ces émissions sonores, il est connu de doter certaines surfaces internes de la nacelle, et certaines surfaces du carter de la turbomachine de revêtements ou panneaux permettant une absorption acoustique.
A titre d’exemple, un panneau ou revêtement acoustique classique comprend généralement un noyau en nid d'abeilles interposé entre une feuille perforée formant une première face et une feuille pleine obturant les cellules et formant une deuxième face du revêtement. Les cellules des panneaux acoustiques agissent comme de petits résonateurs dits «quart d’onde» permettant l’absorption des ondes acoustiques sur une plage de fréquences donnée. Rappelons qu’un résonateur quart d’onde correspond à une cavité dont une des trois dimensions est largement supérieure aux deux autres, et qu’il permet un amortissement de l’onde acoustique lors de sa propagation (unidirectionnelle) dans la cavité.
Pour qu’un résonateur soit efficace, sa plage de fréquences d’absorption doit comprendre la fréquence à laquelle le panneau est soumis. Or, les cavités de taille relativement réduite des panneaux acoustiques correspondent à des fréquences élevées.
Il est ainsi difficile d’obtenir un panneau alvéolaire efficace pour certaines applications soumises à des basses fréquences.
Or, les fréquences acoustiques générées par le moteur d’un aéronef s’étendent sur une plage assez large, incluant des basses fréquences qui ne sont pas atténuées par des revêtements acoustiques classiques (qui sont généralement efficaces sur des plages comprises entre 1000Hz et 5000hz, selon la hauteur des cellules). Les basses fréquences devant être atténuées sont par exemple les fréquences comprises entre 300 et 1000Hz selon le moteur considéré.
Pour le traitement acoustique des basses fréquences, il est connu d’utiliser des dispositifs présentant des cavités de grandes dimensions, du type désigné par l’expression anglophone «deep cavity» pour «cavité profonde», et qui s’apparentent ou correspondent à un résonateur de Helmholtz. On désigne dans l’ensemble de ce document, par dispositif du type résonateur de Helmholtz, les dispositifs acoustiques du type «deep cavity» ou résonateur à mode de cavité, qui comportent une cavité et généralement une restriction de passage à l’entrée de la cavité, et qui permettent un amortissement des ondes acoustiques selon un mode de propagation tridimensionnel des ondes dans la cavité (amortissement selon un mode dit de cavité).
Les revêtements acoustiques mettant en œuvre cette technologie sont cependant complexes à fabriquer et à mettre en œuvre au niveau de surfaces de dimensions restreintes ou de géométrie complexe.
Une insonorisation efficace des ensembles propulsifs d’aéronef constitue ainsi, de manière générale, une problématique importante.
Cette problématique est en outre renforcée par les derniers développements techniques et législatifs.
En effet, la tendance actuelle est à la baisse des émissions sonores admises par les normes d’émissions applicables aux aéronefs.
En outre, le diamètre des ensembles propulsifs tend à augmenter, pour augmenter leur taux de dilution (ratio massique entre le flux secondaire et le flux primaire), ce qui permet une meilleure efficacité énergétique du moteur Il est envisagé par exemple des ensembles propulsifs à très fort taux de dilution, par exemple supérieur ou égal à quinze. De tels moteurs présentent une nacelle de plus grand diamètre que les diamètres des ensembles propulsifs employés à ce jour sur les aéronefs commerciaux, mais peut être plus court (selon sa dimension longitudinale correspondant à la direction générale du flux d’air qui le traverse) que les ensembles propulsifs employés à ce jour sur les aéronefs commerciaux. Cela réduit les surfaces disponibles pour traiter les émissions acoustiques, et l’adoption de groupes propulseurs de grand diamètre tend à faire baisser plus encore les fréquences des ondes acoustiques qu’ils génèrent, tandis que ces fréquences basses sont les plus complexes à traiter car la nécessité d’avoir des cellules de grand volume pour absorber des fréquences basses mène à des panneaux de grande épaisseur, peu compatibles d’une application aéronautique.
Ainsi, les ensembles propulsifs d’aéronef, comme d’autres sources d’émissions sonores, nécessitent l’emploi de systèmes de traitement acoustiques, capables de traiter des plages de fréquences larges ou multiples sur des surfaces réduites.
La présente invention vise à proposer un système de traitement acoustique permettant de résoudre tout ou partie des problèmes précités.
Ainsi, l’invention porte sur un système de traitement acoustique à au moins deux degrés de liberté comportant un revêtement quart d’onde comportant des alvéoles formant des résonateurs quart d’onde qui sont ménagées dans une épaisseur du revêtement quart d’onde formée entre une face d’entrée et une peau arrière du revêtement quart d’onde, et un dispositif du type résonateur de Helmholtz comportant une cavité. La peau arrière du revêtement quart d’onde est configurée pour permettre le passage d’ondes acoustiques et ladite peau arrière est constitutive d’une paroi de la cavité, de sorte que tout ou partie des ondes acoustiques qui entrent dans ladite cavité y pénètrent en traversant ladite épaisseur dudit revêtement quart d’onde.
La formation d’un système acoustique à deux degrés de liberté permet de traiter des fréquences acoustiques sur différentes plages de fréquences ou sur une large plage de fréquences par recouvrement ou continuité des plages de fréquences traitées par le système acoustique. Le passage des ondes acoustiques au travers d’un revêtement quart d’onde pour pénétrer dans un résonateur «deep cavity» (du type résonateur de Helmholtz) permet la création d’un système acoustique permettant un traitement efficace des émissions sonores et occupant une surface particulièrement restreinte. Un tel système acoustique se révèle ainsi particulièrement avantageux pour le traitement du bruit généré par un ensemble propulsif d’aéronef, car les surfaces disponibles pour le traitement acoustique sont faibles, tendent à se réduire avec les nouveaux groupes propulsifs, tandis que des éléments volumiques (tel que le cône de sortie) sont peu exploités pour la réduction des émissions acoustiques.
La face d’entrée du revêtement quart d’onde peut comporter une surface résistive adaptée à être traversée par des ondes acoustiques situées dans des plages de fréquences traitées par ledit système de traitement acoustique.
La peau arrière peut comporter une surface pleine dans laquelle sont ménagées des zones permettant le passage d’ondes acoustiques, lesdites zones permettant le passage d’ondes acoustiques se présentant sous la forme de zones ouvertes ou de zones perforées.
Les alvéoles du revêtement quart d’onde peuvent être régulièrement réparties dans ladite épaisseur du revêtement quart d’onde de sorte que lesdites zones permettant le passage d’onde acoustique sont situées en regard d’alvéoles dudit revêtement quart d’onde.
Le revêtement quart d’onde peut comporter dans son épaisseur des zones libres, dénuées d’alvéoles, réparties de sorte que lesdites zones permettant le passage d’ondes acoustiques de la peau arrière sont situées en regard desdites zones libres.
La peau arrière peut être est formée d’une feuille perforée régulièrement sur l’ensemble de sa surface.
Le système de traitement acoustique peut comporter une seconde surface résistive configurée pour permettre l’entrée d’onde acoustiques dans la cavité directement, sans qu’elles traversent l’épaisseur du revêtement quart d’onde.
L’invention porte également sur un élément d’aéronef comportant un système de traitement acoustique tel que précédemment décrit, la cavité dudit dispositif du type résonateur de Helmholtz étant formée dans ledit élément d’aéronef. Cet élément d’aéronef peut être par exemple une nacelle d’un groupe propulsif d’aéronef ou un cône de sortie d’un groupe propulsif d’aéronef.
Lorsque l’élément d’aéronef est un cône de sortie d’un groupe propulsif d’aéronef, le système de traitement acoustique peut être formé dans une partie avant dudit cône. Le système de traitement acoustique peut comporter par exemple entre six et vingt cavités de dispositif du type résonateur de Helmholtz réparties autour dudit cône.
L’invention porte enfin sur un ensemble propulsif d’aéronef comportant un turboréacteur comportant une tuyère comportant un cône de sortie tel que précédemment décrit.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
la figure 1 représente, selon une vue schématique en trois dimensions, un ensemble propulsif d’aéronef;
la figure 2 représente, selon une vue schématique en trois dimensions, une tuyère de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef correspondant à l’état de la technique;
la figure 3 représente, selon une vue partielle schématique en coupe, un cône de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef;
la figure 4 représente, selon une vue partielle schématique en coupe, un premier mode de réalisation de l’invention;
la figure 5 représente, selon une vue partielle schématique en coupe, un deuxième mode de réalisation de l’invention;
la figure 6 représente, selon une vue de détail en coupe, un revêtement quart d’onde et son environnement immédiat, tel que mis en œuvre dans l’invention;
la figure 7 représente, selon deux vues schématiques de principe, un premier exemple de revêtement quart d’onde pouvant être utilisé dans l’invention;
la figure 8 représente, selon deux vues schématiques de principe, un deuxième exemple de revêtement quart d’onde pouvant être utilisé dans l’invention;
la figure 9 représente, selon deux vues schématiques de principe, un troisième exemple de revêtement quart d’onde pouvant être utilisé dans l’invention;
la figure 10 représente, selon deux vues schématiques de principe, un quatrième exemple de revêtement quart d’onde pouvant être utilisé dans l’invention ;
la figure 11 représente, selon deux vues schématiques de principe, un cinquième exemple de revêtement quart d’onde pouvant être utilisé dans l’invention;
la figure 12 représente, selon une vue de principe en coupe transversale, un cône de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef comportant un système de traitement acoustique à deux degrés de liberté conforme à un mode de réalisation de l’invention;
la figure 13 représente, selon une vue tridimensionnelle schématique en coupe transversale, un cône de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef comportant un système de traitement acoustique à deux degrés de liberté conforme à un mode de réalisation de l’invention;
la figure 14 représente, selon une vue tridimensionnelle schématique en coupe longitudinale, une vue de détail de la partie avant du cône de sortie de la figure 13;
la figure 15 représente, selon une vue tridimensionnelle schématique, le cône de sortie des figures 13 et 14.
La figure 1 représente un ensemble propulsif d’aéronef d’un type connu et couramment utilisé pour la propulsion d’un aéronef commercial, qui constitue une application préférentielle de l’invention et sert ainsi à l’illustrer. L’ensemble propulsif représenté à titre d’exemple est destiné à une installation sous la voilure de l’aéronef, et comporte une nacelle 1 destinée à être liée à un aéronef par un mât de support 2. Dans la nacelle 1, un moteur est installé. Le moteur est une turbomachine, à savoir un turboréacteur 3, généralement du type à double flux. Dans ce cas, la tuyère comporte une tuyère secondaire 4, pour l’éjection du flux secondaire, et une tuyère primaire pour l’éjection du flux primaire du turboréacteur. La présente invention porte sur la tuyère primaire, qui est également désignée simplement «tuyère» dans le présent document. La tuyère comporte une surface externe 5 ou «nez» (nozzle en anglais), et un cône 6 (plug en anglais).
La tuyère (primaire) de sortie du turboréacteur est représentée plus en détail à la figure 2. Les gaz issus de la combustion se produisant dans le turboréacteur sont expulsés entre la surface externe 5 et le cône 6. Ces éléments sont configurés pour accélérer les gaz en sortie du moteur. Ceci est permis, notamment, par la section variable définie entre ladite surface extérieure 5 et la surface du cône 6 (convergent / divergent).
Comme cela est illustré à la figure 2, la surface extérieure 5, ou nez de la tuyère, peut être configurée pour constituer une surface de traitement acoustique, et comporter des alvéoles 7 permettant un amortissement des ondes acoustiques sur une plage de fréquences donnée.
Le cône 6 constitue quant à lui, selon l’état de la technique, une surface inexploitée ou exploitée de façon très basique pour la réduction des émissions acoustiques.
La figure 3 représente un cône 6 de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef, selon une demi-vue en coupe. La présente demi-vue comporte un axe A de symétrie qui est aussi l’axe de rotation, ou axe principal, autour duquel est développée la surface dudit cône.
Il est, de manière générale, possible de définir quatre portions longitudinales du cône 6.
Une première portion P1, située à l’avant du cône 6, correspond à la bride de fixation dudit cône 6 au moteur, c’est-à-dire au turboréacteur 3, qu’il équipe. Une deuxième portion P2 présente les surfaces courbées du cône qui forment un agrandissement suivi d’un début de restriction de la section transversale. La première portion P1 et la deuxième portion P2 forment une partie avant 8 du cône 6. Le reste du cône 6, de forme sensiblement conique ou tronconique, constitue une partie arrière 9 du cône 6. La partie arrière 9 peut être considérée comme l’aboutement d’une troisième portion P3 tronconique et d’une quatrième portion P4 dite cône arrière.
Chacune de ces portions peut être formée, optionnellement, par un composant physique distinct, ces composants étant liés entre eux par des liaisons circonférentielles adaptées.
Les liaisons entre les portions du cône 6, et entre les dispositifs de traitement acoustique décrits ci-après et le reste du cône peuvent être de divers types: épissures, liaisons rivetées, collées, soudées, par brasage, etc.
Les liaisons entre les éléments constitutifs des dispositifs acoustiques et les parois du cône 6 peuvent être réalisées par un joint d’étanchéité de type métallique ou céramique.
Le cône 6 ici représenté comporte un système de traitement acoustique 10 à deux degrés de liberté, c’est-à-dire ayant autant de modes et de fréquences propres que de degrés de liberté. Un tel système permet donc l’atténuation des ondes acoustiques sur plusieurs plages de fréquences, situées autour du des fréquences propres sur système. Cela permet de traiter plusieurs plages de fréquences disjointes, ou une large plage de fréquences par le traitement de plusieurs plages qui se recoupent. Pour cela un revêtement quart d’onde 11 est formé sur une surface de la partie avant du cône 6. Le revêtement quart d’onde 11 présente, de manière classique, une surface résistive 12 recouvrant des alvéoles 7. La surface résistive 12 constitue une face d’entrée des ondes acoustiques dans le revêtement quart d’onde 11.
La surface résistive 12, dans ce mode de réalisation et dans tout autre mode de réalisation, être formée d’une peau perforée, comportant à titre d’exemple non limitatif des trous ayant un diamètre compris entre 0,3mm et 3mm. Elle peut présenter, également à titre d’exemple, un taux de surface ouverte compris entre 4% et 30%; c’est à dire une surface ouverte comprise entre 4% et 30% de la surface totale perforée. La zone perforée s’étendre sur toute la surface aérodynamique ou être localisée de sorte qu’elle ne s’étend que partiellement sur la surface aérodynamique
La surface résistive 12 est avantageusement ménagée dans la deuxième portion P2 longitudinale du cône 6.
Le revêtement quart d’onde 11 présente la particularité, développée ci-après en référence à divers modes de réalisation détaillés aux figures 6 à 11, de comporter une peau arrière 13 qui permet le passage d’ondes acoustiques, de sorte que certaines ondes acoustiques traversent l’épaisseur du revêtement quart d’onde. En d’autres termes, certaines ondes acoustiques entrent dans le revêtement quart d’onde 11 par la surface résistive 12 et en ressortent, partiellement amorties ou non, par la peau arrière 13. A cette fin, la peau arrière 13 est perforée, c’est-à-dire qu’elle ne présente pas une surface continument pleine.
La surface résistive formée par la peau arrière 13, dans ce mode de réalisation et dans tout autre mode de réalisation, être formée d’une peau perforée, comportant à titre d’exemple non limitatif des trous ayant un diamètre compris entre 0,3mm et 3mm. Elle peut présenter, également à titre d’exemple, un taux de surface ouverte compris entre 4% et 30%; c’est à dire une surface ouverte comprise entre 4% et 30% de la surface totale perforée.
Le revêtement quart d’onde 11 est constitutif, en combinaison avec un dispositif de type résonateur de Helmholtz, d’un système de traitement acoustique à deux degrés de liberté conforme à un mode de réalisation de l’invention. Pour cela, la peau arrière 13, permettant le passage d’ondes acoustiques, est positionnée dans une cavité 14. Un dispositif de type résonateur de Helmholtz est ainsi formé. En particulier, le col du résonateur est formé par les perforations de la peau arrière 13.
La cavité 14 est formée par la paroi externe du cône 6, par la peau arrière 13 du revêtement quart d’onde, et par une paroi interne 15 qui est rapportée et fixée dans ledit cône 6. La cavité 14 s’étend ainsi sous le revêtement quart d’onde 11.
Par «sous» le revêtement quart d’onde, on entend plus particulièrement «sous la peau arrière 13». En l’occurrence, dans le cône 6 qui est une pièce de révolution, cela signifie «plus à l’intérieur du cône», c’est-à-dire à plus grande proximité de l’axe A. Pour cela, la paroi interne 15 s’étend sous ledit revêtement quart d’onde 11, par exemple sensiblement parallèlement à l’axe A, et est fixée vers l’avant à la partie avant 8, en arrière du dispositif quart d’onde 11.
Une pluralité de cavités 14 de grandes dimensions (du type «deep cavity») peut être formée tout autour du cône 6, c’est-à-dire autour de l’axe A. La formation de telles cavités bénéficie du fait qu’elles sont formées, en tout ou partie, dans la deuxième portion P2 où la section du cône 6 s’élargit.
Ainsi, le système de traitement acoustique permet le traitement d’au moins deux plages de fréquences distinctes, disjointes ou qui se recouvrent partiellement, à l’aide de deux dispositifs acoustiques mettant en œuvre des principes différents d’amortissement des ondes acoustiques, à savoir selon un amortissement longitudinal dans les alvéoles du revêtement quart d’onde et selon un mode de cavité dans le dispositif du type résonateur de Helmholtz. Le revêtement acoustique comportant les alvéoles 7 permet une absorption des ondes acoustiques sur une plage de fréquences différentes, généralement sur des fréquences plus élevées, que celles de la plage traitée par le dispositif de type résonateur de Helmholtz 10 présent dans la partie avant 8.
L’entrée des ondes acoustiques dans la cavité 14 se faisant au travers du revêtement quart d’onde 10, la surface nécessaire à l’implantation du système acoustique est réduite.
La figure 5 représente un cône 6 conforme à un deuxième mode de réalisation, selon une vue analogue à celle de la figure 4.
Le mode de réalisation de la figure 5 diffère de celui de la figure 4 en ce qu’une deuxième surface résistive 16 est prévue, permettant une entrée directe des ondes acoustiques dans la cavité 14, c’est-à-dire sans avoir à traverser l’épaisseur du revêtement quart d’onde 11. Ainsi, la surface résistive permettant l’entrée d’ondes acoustiques dans la cavité 14 est formée de deux éléments, à savoir la deuxième surface résistive 16 et le revêtement quart d’onde 11 dans son ensemble.
La deuxième surface résistive 16, dans ce mode de réalisation et dans tout autre mode de réalisation, être formée d’une peau perforée, comportant à titre d’exemple non limitatif des trous ayant un diamètre compris entre 0,3mm et 3mm. Elle peut présenter, également à titre d’exemple, un taux de surface ouverte compris entre 4% et 30%; c’est à dire une surface ouverte comprise entre 4% et 30% de la surface totale perforée La zone perforée s’étendre sur toute la surface aérodynamique ou être localisée de sorte qu’elle ne s’étend que partiellement sur la surface aérodynamique Les taux de surface ouverte (TSO) (ou SOA pour Surface Open Area en anglais) entre les surfaces résistive 12, 13 ,16 peuvent être égaux ou différents en fonction du besoin d’atténuation acoustique.
Le revêtement quart d’onde 11 constitue ainsi un élément important pour la réalisation de l’invention. Son principe est détaillé en référence à la figure 6. Le revêtement quart d’onde 11 représenté à la figure 6, qui peut être utilisé pour constituer un système de traitement acoustique selon l’invention, comporte une face d’entrée pour les ondes acoustiques sous la forme d’une surface résistive 12. Il comporte également une peau arrière 13. Des alvéoles 7 adaptées à amortir des ondes acoustiques selon un mode «quart d’onde» (amortissement unidirectionnel) sont interposées dans l’épaisseur du revêtement quart d’onde formée entre la surface résistive 12 et la peau arrière 13.
La surface résistive 12 formant la face d’entrée dans la revêtement quart d’onde peut, dans tout mode de réalisation, être par exemple formée d’une peau perforée, comportant à titre d’exemple non limitatif des trous ayant un diamètre compris entre 0,3 mm et 3 mm, par exemple entre 0,5mm et 2,5mm. Elle peut présenter, également à titre d’exemple, un taux de surface ouverte compris entre 4% et 30%; c’est-à-dire une surface ouverte comprise entre 4% et 30% de la surface totale perforée.
La peau arrière 13 perforée peut être constituée de diverses façons. Notamment, à titre d’exemples non exhaustifs, elle peut avoir la forme d’un treillis métallique, présenter des perforations régulièrement réparties de sorte à former une grille; elle peut être formée d’une peau pleine percée de larges orifices. Dans l’exemple représenté à la figure 6, les alvéoles 7 sont réparties régulièrement dans l’épaisseur du revêtement (elles peuvent être formées par une structure type «nid d’abeille», par exemple, à cellules hexagonales, carrée, etc.). Dans l’exemple représenté, la peau arrière comporte des portions de sa surface qui sont pleines (surface(s) pleine(s) 17) et qui obturent le fond des alvéoles 7 sous lesquelles elles sont disposées. La peau arrière 13 comporte en outre des zones permettant le passage d’ondes acoustiques 18, sous la forme dans l’exemple représenté de zones perforées discrètes ménagées dans ladite peau arrière 13. Les ondes acoustiques, représentées ici sous la forme de flèches brisées dont la taille des segments illustre la longueur d’onde, peuvent ainsi pour certaines traverser le revêtement quart d’onde pour atteindre la cavité 14 où elles sont amorties selon un mode de cavité, tandis que d’autres sont amorties dans les alvéoles 7 selon un mode quart d’onde.
De nombreuses autres configurations de revêtement quart d’onde peuvent être envisagées dans l’invention, selon le principe décrit ci-avant.
Les figures 7 à 11 représentent divers modes de réalisation d’un revêtement quart d’onde pouvant ainsi être utilisé dans l’invention.
Chacune des figures 7 à 11 comporte deux vues schématiques d’un même revêtement acoustique. A gauche, le revêtement est représenté avec sa peau arrière 13 au premier plan. A droite, le revêtement est représenté selon une vue de détail en coupe, selon le plan de coupe C-C représenté sur la vue de gauche correspondante.
Le mode de réalisation de la figure 7 correspond au revêtement quart d’onde représenté à la figure 6. Comme visible à la vue de gauche, la peau arrière 13 est constituée d’une surface pleine 17, dans laquelle des perçages ou perforations multiples (par exemple de même dimension ou de dimensions du même ordre que celles des perforations de la surface résistive 12) sont réalisés pour former des zones perforées de grandes dimensions (comparativement à la section d’une alvéole 7 du revêtement), lesdites zones perforées formant des zones (résistives) permettant le passage d’ondes acoustiques 18. La vue de droite illustre la configuration continue des alvéoles 7 dans le revêtement quart d’onde, c’est-à-dire que chaque alvéole est directement contigüe à une ou plusieurs autres alvéoles, selon un motif de répartition régulier sur tout le revêtement quart d’onde.
Selon le mode de réalisation de la figure 8, la configuration du revêtement quart d’onde est similaire à celle du revêtement quart d’onde de la figure 7, à la différence près que des perçages de grandes dimensions (comparativement à la section d’une alvéole 7 du revêtement) sont réalisés en lieu et place des zones perforées. Les zones permettant le passage d’ondes acoustiques 18 dans la peau arrière 13 correspondent donc à de tels perçages qui laissent complètement libre le passage d’ondes acoustiques.
Selon le mode de réalisation de la figure 9, la configuration du revêtement quart d’onde est similaire à celle du revêtement quart d’onde de la figure 7 et à celle du revêtement quart d’onde de la figure 8, à la différence près que la peau arrière 13 est uniformément percée, c’est-à-dire qu’elle est perforée régulièrement sur l’ensemble de sa surface. La peau arrière 13 peut ainsi être considérée comme une surface résistive, permettant le passage d’ondes acoustiques, de manière répartie sur l’ensemble de sa surface, tout en fermant partiellement les cellules du revêtement quart d’onde pour permettre un amortissement d’ondes acoustiques selon un mode quart d’onde.
Selon le mode de réalisation de la figure 10, la peau arrière 13 employée dans ce mode de réalisation est similaire à celle utilisée dans le mode de réalisation de la figure 7, c’est-à-dire que la peau arrière 13 est constituée d’une surface pleine 17, dans laquelle des perçages ou perforations multiples sont réalisés pour former des zones perforées de grandes dimensions (comparativement à la section d’une alvéole 7 du revêtement), lesdites zones perforées formant des zones (résistives) permettant le passage d’ondes acoustiques 18. Ce mode de réalisation présente la particularité que des zones libres 19 sont ménagées entre la surface résistive 12 et la peau arrière 13, en regard des zones (résistives) permettant le passage d’ondes acoustiques 18. Les zones libres 19, de dimensions supérieures à celles des alvéoles 7 du revêtement, sont dénuées d’alvéoles et sont «vides», en ce qu’elles ne contiennent que de l’air. Elles permettent la propagation des ondes acoustiques au travers du revêtement quart d’onde, afin d’atteindre une cavité 14 située au-delà de la peau arrière 13.
Selon le mode de réalisation de la figure 11, la peau arrière 13 est similaire à celle utilisée dans le mode de réalisation de la figure 8, c’est-à-dire que des perçages de grandes dimensions (comparativement à la section d’une alvéole 7 du revêtement) y sont réalisés. Dans l’épaisseur du revêtement quart d’onde, tout comme dans le mode de réalisation de la figure 10, des zones libres 19 sont ménagées entre la surface résistive 12 et la peau arrière 13, en regard des zones permettant le passage d’ondes acoustiques 18, c’est-à-dire en regard des perçages ménagés dans la peau arrière 13.
La figure 12 représente en coupe transversale, un cône de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef selon un mode de réalisation de l’invention. En particulier, le cône 6 est représenté selon un plan de coupe transversal situé dans la deuxième portion P2 du cône 6, et traversant le revêtement quart d’onde 11 et la cavité 14 située sous le revêtement quart d’onde 11. Dans l’exemple ici représenté, le revêtement quart d’onde 11 est du type représenté à la figure 9, comportant une surface résistive 12 pour l’entrée des ondes acoustiques et une peau arrière 13 formant elle-même une surface résistive permettant le passage d’ondes acoustiques dans la cavité 14.
La surface résistive 12 formant la face d’entrée dans la revêtement quart d’onde 11 peut présenter, à titre d’exemple, un taux de surface ouverte compris entre 4% et 30%; c’est-à-dire une surface ouverte comprise entre 4% et 30% de la surface totale perforée. La peau arrière 13 peut être identique ou différente de la surface résistive 12, et peut ainsi présenter, à titre d’exemple, un taux de surface ouverte compris entre 4% et 30%. La surface résistive 12 et la peau arrière 13 peuvent comporter des trous ayant un diamètre compris entre 0,3 mm et 3 mm, ledit diamètre étant identique ou différent pour la surface résistive 12 et pour la peau arrière 13. Rappelons que les perforations de la peau arrière 13 peuvent constituer le col du dispositif du type résonateur de Helmholtz dont la cavité est située sous ladite peau arrière 13. Le dimensionnement desdites perforations peut ainsi dépendre de cette fonction.
La figure 12 permet de comprendre l’emploi des volumes disponibles pouvant être fait dans une pièce de révolution tel qu’un cône de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef, qui constitue une application préférentielle de l’invention. Ainsi, la paroi interne 15 qui s’étend sous le revêtement quart d’onde 11 présente une portion cylindrique coaxiale avec l’axe principal du cône 6. Plusieurs revêtement quart d’onde 11 sont répartis à la périphérie du cône 6 et plusieurs cavités 14 (en nombre correspondant au nombre des revêtements quart d’onde 11) sont ménagées dans le cône 6.
La figure 12 montre les cloisons longitudinales 20, s’étendant également radialement dans le cône 6, qui délimitent les différentes cavités 14 formant des dispositifs du type résonateur de Helmholtz.
La figure 13 représente un cône 6 de sortie d’un groupe propulsif d’aéronef, selon une vue tridimensionnelle et coupé selon le même plan de coupe que le cône de la figure 12. La figure 13 offre une représentation plus détaillée du nombre de cavités 14 et de revêtements quart d’onde pouvant être employés, en l’occurrence douze ensembles dans l’exemple ici représenté (à simple titre d’exemple), ainsi que de la configuration générale du cône 6. Par exemple, entre six et vingt cavités 14 peuvent être ainsi formées. Notamment, les revêtements quart d’onde 11 présentent une section sensiblement trapézoïdale courbée, leur peau interne 13 formant un arc de cercle plus petit que leur surface résistive 12. Outre la conformation des revêtements quart d’onde à la forme de révolution du cône 6, cela dégage également l’espace nécessaire à la réalisation, dans une même zone, des liaisons entre la peau arrière 13 et la surface résistive, ainsi que des liaisons entre les parois longitudinales 20 et la paroi externe du cône 6 (pouvant être formée par la surface résistive 12).
La figure 14 représente, selon une vue tridimensionnelle schématique en coupe longitudinale, une vue de détail de la partie avant du cône de sortie de la figure 13.
La figure 14 permet notamment de visualiser la configuration du système de traitement acoustique pouvant être obtenu selon l’invention, et en particulier la formation de la cavité 14 sous le revêtement quart d’onde 11, ledit revêtement quart d’onde présentant une double courbure, à savoir une courbure longitudinale et selon la périphérie du cône 6. L’ensemble de la longueur de la deuxième portion P2 du cône est employée pour constituer la cavité 14. Dans la partie avant 8 du cône, seule la première portion P1 correspondant à la bride de jonction au moteur ne forme pas un dispositif de réduction acoustique. La figure 14 illustre ainsi l’enchainement longitudinal des éléments formant la surface extérieure de la partie avant du cône 6. En particulier, l’extrémité avant du cône 6 comporte première portion P1 correspondant à la bride de jonction au moteur, suivi d’une portion pleine 21 de la deuxième portion P2, elle-même suivie de la surface résistive 12 du revêtement quart d’onde 11. La cavité 14 est formée sur toute la longueur de la deuxième portion P2, à savoir sous la portion pleine 21 (qui forme donc une paroi constitutive de la cavité 14), et sous le revêtement quart d’onde 11. L’étanchéité de la cavité 14 peut être garantie, en partie avant, à l’aide d’un joint 22, par exemple un joint céramique ou métallique, adapté à résister aux hautes températures.
La figure 15 illustre le cône 6 des figures 13 et 14 selon une vue tridimensionnelle. La figure 15 permet de visualiser la configuration générale du cône 6, et notamment l’emploi de son volume intérieur pour constituer des cavités 14 de dispositifs du type résonateur de Helmholtz, lesdites cavités étant dimensionnées selon les plages de fréquences qu’elles sont destinées à traiter.
L’invention ainsi développée permet l’obtention d’un système de traitement acoustique à au moins deux degrés de liberté, permettant de traiter des plages de fréquences différentes, ce qui permet de traiter les émissions sonores de sources distinctes, ou encore d’obtenir un traitement acoustique sur une large plage de fréquences en configurant les différents dispositifs de traitement acoustique afin qu’ils traitent des plages de fréquences adjacentes ou se recoupant.
L’invention est décrite en référence à l’application préférentielle que constitue un cône de sortie d’un ensemble propulsif d’aéronef, mais n’est bien évidemment pas limitée à cette application. Une autre application, dans laquelle l’invention peut avoir un intérêt particulier est la nacelle d’un groupe propulsif d’aéronef, et en particulier la lèvre d’entrée de l’air dans la nacelle. D’autres applications à un aéronef sont envisageables. Le système objet de l’invention peut également être employé avantageusement dans toute application (transports, machines, équipement industriel, bâtiments, etc), pour laquelle le traitement de plusieurs plages de fréquences et/ou d’une large plage de fréquences est souhaité, tandis que les surfaces disponibles pour accueillir ou former les systèmes de traitement acoustique sont limitées.

Claims (12)

  1. Système de traitement acoustique (10) à au moins deux degrés de liberté comportant un revêtement quart d’onde (11) comportant des alvéoles (7) formant des résonateurs quart d’onde qui sont ménagées dans une épaisseur du revêtement quart d’onde formée entre une face d’entrée et une peau arrière (13) du revêtement quart d’onde, et un dispositif du type résonateur de Helmholtz comportant une cavité (14),
    caractérisé en ce que la peau arrière (13) du revêtement quart d’onde est configurée pour permettre le passage d’ondes acoustiques et en ce que ladite peau arrière (13) est constitutive d’une paroi de la cavité (14), de sorte que tout ou partie des ondes acoustiques qui entrent dans ladite cavité (14) y pénètrent en traversant ladite épaisseur dudit revêtement quart d’onde (11).
  2. Système de traitement acoustique selon la revendication 1, dans lequel la face d’entrée du revêtement quart d’onde comporte une surface résistive (12) adaptée à être traversée par des ondes acoustiques situées dans des plages de fréquences traitées par ledit système de traitement acoustique.
  3. Système de traitement acoustique selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la peau arrière (13) comporte une surface pleine dans laquelle sont ménagées des zones permettant le passage d’ondes acoustiques (18), lesdites zones permettant le passage d’ondes acoustiques (18) se présentant sous la forme de zones ouvertes ou de zones perforées.
  4. Système de traitement acoustique selon la revendication 3, dans lequel les alvéoles (7) du revêtement quart d’onde (11) sont régulièrement réparties dans ladite épaisseur du revêtement quart d’onde (11) de sorte que lesdites zones permettant le passage d’onde acoustique (18) sont situées en regard d’alvéoles (7) dudit revêtement quart d’onde (11).
  5. Système de traitement acoustique selon la revendication 3, dans lequel le revêtement quart d’onde (11) comporte dans son épaisseur des zones libres (19), dénuées d’alvéoles (7), réparties de sorte que lesdites zones permettant le passage d’ondes acoustiques (18) de la peau arrière (13) sont situées en regard desdites zones libres (19).
  6. Système de traitement acoustique selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la peau arrière (13) est formée d’une feuille perforée régulièrement sur l’ensemble de sa surface.
  7. Système de traitement acoustique selon l’une des revendications précédentes, comportant une seconde surface résistive (16) configurée pour permettre l’entrée d’onde acoustiques dans la cavité (14) directement, sans qu’elles traversent l’épaisseur du revêtement quart d’onde (11).
  8. Elément d’aéronef comportant un système de traitement acoustique (10) selon l’une des revendications précédentes, la cavité (14) dudit dispositif du type résonateur de Helmholtz étant formée dans ledit élément d’aéronef.
  9. Elément d’aéronef selon la revendication 8, ledit élément d’aéronef étant une nacelle (1) d’un groupe propulsif d’aéronef ou un cône (6) de sortie d’un groupe propulsif d’aéronef.
  10. Cône (6) de sortie d’un groupe propulsif d’aéronef conforme à la revendication 9, dans lequel le système de traitement acoustique est formé dans une partie avant (8) dudit cône (6).
  11. Cône (6) de sortie d’un groupe propulsif d’aéronef selon la revendication 10 dont le système de traitement acoustique comporte entre six et vingt cavités (14) de dispositif du type résonateur de Helmholtz réparties autour dudit cône (6).
  12. Ensemble propulsif d’aéronef comportant un turboréacteur (3) comportant une tuyère comportant un cône de sortie (6) selon la revendication 10 ou la revendication 11.
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