FR3134340A1 - Élément de structure muni d’inserts rapportés pour une structure composite acoustique et procédé de fabrication associe - Google Patents

Élément de structure muni d’inserts rapportés pour une structure composite acoustique et procédé de fabrication associe Download PDF

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Stéphane BESSEMOULIN
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Institut de Recherche Technologique Jules Verne
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  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un élément de structure (10) pour une structure composite acoustique (100), l’élément de structure comprenant au moins une âme alvéolaire (20) comportant un réseau d’alvéoles (21) creuses délimitées par des cloisons (22) s’étendant entre deux faces (23, 24) de l’âme alvéolaire (20), et au moins une peau résistive (30) recouvrant une des faces de l’âme alvéolaire (20), l’élément de structure (10) étant caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité d’inserts (50) rapportés, chaque insert (50) présentant un corps (51) tubulaire traversant ouvert à ses extrémités (53, 54) et une collerette (52) saillante depuis le corps (51) tubulaire associé, et en ce que la peau résistive (30) est perforée par chacun des inserts (50) positionnés en face de tout ou partie des alvéoles (21) de sorte que, pour chaque insert (50), la collerette (52) est positionnée contre la peau résistive (30) d’un premier côté, et le corps (51) tubulaire débouche d’un deuxième côté, opposé au premier côté. (Fig. 1)

Description

Élément de structure muni d’inserts rapportés pour une structure composite acoustique et procédé de fabrication associe Domaine technique de l’invention
L'invention concerne, de façon générale, le domaine technique des structures ou panneaux d'atténuation acoustiques.
L’invention se rapporte à la fabrication de panneaux composites comprenant une âme centrale alvéolaire du type nid d’abeille prise en sandwich entre deux peaux, en particulier appliqués à des structures d'atténuation acoustiques utilisées pour réduire les bruits produits dans des environnements contraignants, par exemple dans le domaine aéronautique dans les moteurs d'avion comme dans les turbines à gaz ou échappement de ceux-ci, ou encore dans le domaine ferroviaire.
 État de la technique antÉrieure
Les structures d'atténuation acoustique sont classiquement constituées d'une part, d’une plaque ou peau acoustique dite peau « résistive » perméable aux ondes acoustiques que l'on souhaite atténuer et, d’autre part, d'une plaque ou peau pleine dite peau « réflective », entre lesquelles est disposée une âme formant un corps cellulaire, par exemple une structure alvéolaire de type nid d'abeille.
La peau acoustique est généralement acoustiquement poreuse et perforée d’une multitude d’orifices permettant une communication fluidique entre l’extérieur et l’intérieur de l’âme alvéolaire de la structure composite, pour former ainsi une structure d’atténuation acoustique de type panneau composite acoustique.
De façon bien connue, de telles structures d’atténuation acoustique forment des résonateurs de type Helmholtz qui permettent d'atténuer dans une certaine gamme de fréquences les ondes acoustiques, chacune des cellules de l’âme alvéolaire ouverte au niveau de la perforation associée de la peau acoustique formant un résonateur de Helmholtz. Ces structures d'atténuation acoustique présentent généralement une âme alvéolaire de type nid d’abeille et les performances acoustiques obtenues sont ainsi limitées à l’absorption d'une gamme de fréquences relativement étroite dépendante de la forme et des dimensions de chacune des alvéoles.
Une solution pour augmenter la gamme de fréquences d'atténuation acoustique d’une structure acoustique est de superposer plusieurs éléments de structure comportant chacun une âme alvéolaire, les alvéoles ayant des formes et des dimensions similaires ou différentes. Dans une telle configuration, la structure d’atténuation composite à âme alvéolaire, c’est-à-dire la structure en nid d'abeille peut être une structure à 1 degré de liberté (structure SDOF, SDOF pour « Simple Degree Of Freedom »), à 2 degrés de liberté (structure DDOF, DDOF pour « Double Degree Of Freedom ») ou, plus généralement, à M degrés de liberté (structure MDOF, MDOF pour « Multiple Degree Of Freedom »), M étant un entier supérieur à 2.
Lorsque la structure composite acoustique possède plusieurs degrés de liberté, elle comprend plusieurs couches de corps cellulaires ou d’âmes alvéolaires superposées, deux couches d’âmes alvéolaires empilées voisines étant séparées par un septum. Il est connu que ce septum soit constitué d’une paroi microporeuse percée de trous de sorte que, pour deux alvéoles données d’une paire d’alvéoles superposées, chacune appartenant à l’une et l’autre deux couches d’âmes alvéolaires empilées distinctes et voisines, lesdites alvéoles de la paire d’alvéoles donnée communiquent acoustiquement entre elles. Le septum s’apparente donc à une peau résistive intermédiaire. Bien qu’une telle structure composite acoustique présente une épaisseur totale plus importante, une telle caractéristique permet d’agrandir le volume de chaque cavité formant résonateur de Helmholtz et d’étendre en conséquence la bande de fréquence des ondes acoustiques atténuées vers des fréquences plus basses, comprises par exemple entre 500 et 1000 Hz.
Le perçage de la paroi constituant le septum est bien connu et relativement simple à mettre en œuvre pour des structures composites acoustiques planes, formant des panneaux acoustiques plans réguliers. Toutefois, un tel perçage est complexe à mettre en œuvre pour des structures composites acoustiques présentant des formes courbes, voire complexes.
On connaît aussi l’utilisation de pièces rapportées destinées à se loger dans chacune des alvéoles de la structure cellulaires pour améliorer les performances acoustiques d’un panneau acoustique. Dans le document FR 3 082 987 par exemple, des troncs de cônes sont reliés entre eux par des barrettes au niveau de leurs grandes bases qui doivent être positionnées dans des encoches réalisées à l’extrémité des alvéoles. Les troncs de cônes sont prévus pour venir se loger chacun à l’intérieur d’une alvéole associée, chaque grande base étant inscrite dans une section de l’espace intérieur de l’alvéole associée.
Cependant, cette solution est difficile à mettre œuvre en particulier en ce qui concerne le contrôle du positionnement entre les troncs de cône et les alvéoles ainsi que l’étanchéité entre ces éléments. En effet, si la géométrie des encoches ainsi que celle des barrettes ne correspondent pas parfaitement, certaines barrettes ne sont pas correctement positionnées dans les encoches, ce qui entraîne des jeux avec la peau acoustique. Les performances et l’étanchéité de la structure d'atténuation acoustique sont alors dégradées. Le procédé de fabrication est également plus difficile à mettre en œuvre dans le cas de pièces courbes du fait de la rigidité conférée à la structure acoustique par l’utilisation des troncs de cônes.
Outre la complexité du procédé de fabrication, l’utilisation d’une telle structure rapportée dans les alvéoles d’une âme alvéolaire d’un panneau acoustique augmente substantiellement la masse du panneau acoustique obtenu, ce qui est critique dans certaines applications comme en aéronautique.
Par ailleurs, dans le cas de la fabrication de structure à multiples degrés de liberté (DDOF et MDOF), les processus de fabrication du septum perforé sont souvent complexes à mettre en œuvre dans le procédé de fabrication global de la structure acoustique. En particulier, il est connu d’utiliser un procédé de drapage d’un tissu pré-imprégné sur un corps cellulaire, puis autoclavé. La multiplication des étapes de positionnement d’inserts avec ce type de procédé de fabrication en combinaison avec les autres étapes de fabrication habituelles de la structure composite acoustique implique une durée de fabrication importante et de facto un coût de fabrication plus important.
D’autres solutions existent consistant par exemple à définir les trous d’une peau acoustiquement poreuse en même temps que la peau elle-même. C’est le cas notamment en utilisant des procédés de fabrication additive. Toutefois, même si un tel procédé de fabrication de la peau acoustiquement poreuse peut être mis en œuvre en parallèle d’un procédé de fabrication d’une structure composite complète, de tels procédés sont particulièrement longs à mettre en œuvre, et présentent des contraintes supplémentaires propres à ce type de procédé de fabrication.
L’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique en proposant notamment une solution permettant d’obtenir une structure acoustique composite simple à et qui constitue un isolant acoustique qui soit performant.
Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un élément de structure pour une structure composite acoustique, l’élément de structure comprenant au moins une âme alvéolaire comportant un réseau d’alvéoles creuses délimitées par des cloisons s’étendant entre deux faces de l’âme alvéolaire, et au moins une peau résistive recouvrant une des faces de l’âme alvéolaire, l’élément de structure étant remarquable en ce qu’il comprend une pluralité d’inserts rapportés, chaque insert présentant un corps tubulaire traversant ouvert à ses extrémités et une collerette saillante depuis le corps tubulaire associé, et en ce que la peau résistive est perforée par chacun des inserts positionnés en face de tout ou partie des alvéoles de sorte que, pour chaque insert, la collerette est positionnée contre la peau résistive d’un premier côté , et le corps tubulaire débouche d’un deuxième côté, opposé au premier côté.
Grâce à une telle combinaison de caractéristiques, la conception des inserts rapportés est simplifiée et sa mise en place sur une peau résistive d’un élément de structure est simple, même si la face associée de l’âme alvéolaire présente une forme non plane. Par ailleurs, l’utilisation de tels inserts rapportés ne rigidifie pas l’ensemble de manière excessive. Enfin, de tels inserts tubulaires permettent d’améliorer les performances acoustiques, ceci pour un poids relativement minimisé comparativement à des solutions de l’art antérieur.
Selon un mode de réalisation, le premier côté de la peau résistive correspond au côté extérieur de l’élément de structure par rapport à la peau résistive, opposé à l’âme alvéolaire, le deuxième côté de la peau résistive étant le côté en regard de l’âme alvéolaire.
Selon un mode de réalisation, la peau résistive est formée d’une structure composite multicouches. De préférence, la peau résistive comporte un tissu pré-imprégné, de préférence encore une couche de tissu interposée entre deux couches de colle. On notera que les caractéristiques de l’élément de structure lors de sa fabrication (sous forme de préimprégné par exemple) sont également les mêmes une fois l’élément de structure fabriqué. La cuisson en autoclave qui permet de finaliser la fabrication ne modifie en effet pas la structure de l’élément de structure ni de la structure composite acoustique dans laquelle elle est intégrée le cas échéant.
Selon un mode de réalisation, le corps tubulaire de chacun des inserts s’étend entre une première et une deuxième extrémités suivant un axe d’ouverture, le corps tubulaire présentant, à la première extrémité, la collerette s’étendant dans plan orthogonal à l’axe d’ouverture, le corps tubulaire étant ouvert axialement à ses deux extrémités.
Selon un mode de réalisation, le corps tubulaire des inserts présente une section constante, par exemple cylindrique.
Selon un mode de réalisation, les inserts sont distincts les uns des autres. De cette manière les inserts ne sont pas solidaires les uns des autres avant la perforation de la peau résistive. On minimise ainsi la rigidité de l’élément de structure obtenu.
Selon un mode de réalisation, les inserts rapportés sont formés d’un seul tenant, de préférence en matériau(x) thermoplastique(s), de préférence encore obtenu par moulage, par exemple par injection. De tels inserts sont simples à fabriquer, résistants, et peu coûteux.
Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à une structure composite acoustique remarquable en ce qu’elle comprend au moins un élément de structure tel que décrit ci-avant.
Selon un mode de réalisation, la structure acoustique peut former un simple panneau acoustique, notamment lorsqu’une peau réflective est ajoutée de sorte à recouvrir l’autre des deux faces de l’âme alvéolaire, à savoir la face opposée de la peau résistive par rapport à l’âme alvéolaire. On obtient une structure composite acoustique simple formant un panneau, plan ou non, dont l’âme alvéolaire est interposée entre les peaux réflective et résistive.
Selon un mode de réalisation, la structure composite acoustique comprend une structure composite à N degrés de liberté comprenant une superposition de N couches d’âmes alvéolaires, N étant supérieur ou égal à 2, la structure composite comprenant au moins un septum séparant deux des couches d’âmes alvéolaires empilées voisines, la couche résistive perforée par les inserts formant le septum ou l’un des septums de la structure composite acoustique.
Dans le cas où N est égal à 2, la structure composite forme un DDOF, la couche résistive perforée par les inserts formant le septum du DDOF. On obtient une structure composite acoustique dont la peau résistive extérieure, c’est-à-dire ouverte vers l’extérieur, peut présenter une forme aérodynamique et qui répond dans le même temps aux problématiques d’absorption des sons à basses fréquences et à hautes fréquences par un résonateur de Helmholtz adapté grâce aux inserts tubulaires.
Selon un autre aspect, l’invention concerne également un procédé de fabrication d’un élément de structure tel que décrit ci-avant, le procédé de fabrication de l’élément de structure comprenant les étapes suivantes :
  • fabrication de l’âme alvéolaire ;
  • positionnement de la peau résistive de sorte à ce qu’elle recouvre une des faces de l’âme alvéolaire ;
  • positionnement des inserts dans la peau résistive en face de tout ou partie des alvéoles de sorte que, pour chaque insert positionné, la collerette est positionnée contre la peau résistive d’un premier côté, et le corps tubulaire débouche d’un deuxième côté, opposé au premier côté.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication de l’élément de structure comprend une étape d’enduction d’une préparation telle qu’une colle, par exemple à base de matériau(x) polymère(s), de sorte à enduire le premier côté de la peau résistive perforée par les inserts rapportés et des faces supérieures des collerettes des inserts, l’étape d’enduction étant de préférence suivie par une étape de réticulation, de préférence encore par apport de chaleur.
La peau résistive avec les inserts insérés est ainsi recouverte d’un film d’une préparation prédéterminée tel qu’un film de colle, par exemple une colle époxy qui sera réticulée avec apport de chaleur, notamment autour des orifices délimités par le corps tubulaire des inserts afin de libérer les orifices de la colle. Cette couche supplémentaire de colle permet l’encastrement des collerettes des inserts entre deux couches, la peau résistive associée d’une part, et la préparation à réticuler d’autre part, ceci pour garantir un maintien amélioré des inserts durant la durée de vie de fonctionnement de la structure acoustique. Dans le cas d’un DDOF, la colle a en outre l’avantage d’assurer une double fonction, d’une part d’assurer le maintien des inserts contre la peau associée, et d’autre part, d’assurer le collage des deux couches d’âmes alvéolaires de la structure DDOF lorsque la peau perforée par les inserts constitue le septum qui les sépare.
Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci concerne également un procédé de fabrication d’une structure composite acoustique tel que décrit ci-avant, le procédé de fabrication de la structure composite acoustique étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
  • fabrication d’un élément de structure selon le procédé décrit ci-avant ;
  • assemblage de l’élément de structure avec au moins une peau, de préférence une peau résistive ou réflective, recouvrant l’autre des deux faces de l’âme alvéolaire.
Cette peau distincte à laquelle l’élément de structure est assemblé est notamment une peau réflective, par exemple dans le cas d’une structure SDOF ou peut être par exemple une autre peau réflective, par exemple si la peau réflective de l’élément de structure est destinée à former le septum d’une structure DDOS.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication de la structure composite acoustique comprend une étape de superposition d’au moins une couche d’âme alvéolaire avec la structure composite acoustique
De préférence la peau réflective est drapée sous forme de préimprégné, une étape de cuisson en autoclave étant de préférence encore mise en œuvre après l’assemblage.
 brÈve description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
: une vue en coupe schématique d’une partie d’une structure composite acoustique de forme complexe selon un premier mode de réalisation ;
: une vue en coupe schématique d’une partie d’une structure composite acoustique de forme plane selon un autre mode de réalisation, représentée sans les peaux résistive et réflective aux faces d’extrémités ;
: une vue en perspective isométrique, de dessous, de la structure composite acoustique de la ;
: une vue de dessus de la structure composite acoustique de la ;
: une vue d’une première étape de positionnement d’un insert dans la peau résistive d’un procédé de fabrication d’un élément de structure selon un mode de réalisation ;
: une vue d’une deuxième étape de positionnement de l’insert dans la peau résistive du procédé de fabrication d’un élément de structure, cette deuxième étape étant ultérieure à la première étape de la ;
: une vue d’une troisième étape de positionnement de l’insert dans la peau résistive du procédé de fabrication d’un élément de structure, cette troisième étape étant ultérieure à la deuxième étape de la ;
: une vue en coupe schématique prise localement au niveau d’un insert d’une étape d’enduction d’une préparation, de sorte à enduire le côté extérieur d’une peau résistive perforée par les inserts et des faces supérieures des collerettes des inserts ;
: une vue similaire à la dans laquelle, l’étape d’enduction de la préparation a été suivie d’une étape de réticulation.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
description DÉTAILLÉE d’un mode de rÉalisation
La illustre une vue en coupe schématique d’une partie d’une structure composite acoustique100selon un mode de réalisation de l’invention.
La structure d’atténuation acoustique100comprend ici une structure à deux degrés de liberté, communément appelée « DDOF ». La structure d’atténuation acoustique100comprend une superposition de deux âmes alvéolaires20,20’, une âme alvéolaire inférieure20et une âme alvéolaire supérieure20’, comportant chacune un réseau d’alvéoles21, 21’creuses délimitées par des cloisons22, 22’. Les deux âmes alvéolaires20,20’ sont séparées l’une de l’autre par un septum30’. Chacune de ces âmes alvéolaires20,20’est ici constituée d’une structure de type nid d’abeille, par exemple de type NIDA®. On choisira par exemple que les alvéoles21, 21’des différentes couches d'alvéoles20,20’aient des épaisseurs différentes selon les couches afin d'atténuer des ondes acoustiques de bandes de fréquences différentes. La structure en nid d'abeille de chacune des âmes alvéolaires20,20’est de préférence constituée d’au moins un matériau(x) métallique(s), de préférence encore de matériau(x) métallique(s) apte(s) à résister à des températures élevées en fonction des usages souhaités. Dans le domaine de l’aéronautique par exemple, on peut choisir un ou des matériau(x) métallique(s) apte(s) à résister à des températures d'éjection chaude. Les matériaux utilisés pour constituer le réseau d’alvéoles21, 21’peuvent bien entendu être différents, par exemple en matériau(x) thermoplastique(s) ou en matériau(x) synthétique(s), par exemple en aramide. On notera également que d’autres formes d’alvéoles21, 21’ peuvent être utilisées, et pas seulement en forme hexagonales s’agissant de nid d’abeille.
La structure cellulaire formée par la superposition des deux âmes alvéolaires20,20’ est recouverte :
  • sur une première de ses deux faces, d’une peau résistive31, aussi appelée peau acoustique, perméable aux ondes acoustiques que l'on souhaite atténuer et recouverte, et
  • sur une autre de ses deux faces, opposée à la face recouverte par la peau résistive31, d’une peau réflective32, aussi appelé peau pleine, qui est orientée généralement à l’opposée d’une source de bruit, soit à l’arrière par rapport à la structure composite acoustique.
Le septum30’forme quant à lui une peau résistive intermédiaire séparant les deux âmes alvéolaires20,20’.
L’espace intérieur des cellules est particulièrement important en ce que chacune des alvéoles cette structure cellulaire centrale, à savoir de chacune des alvéoles des deux âmes alvéolaires20,20’, forme un résonateur de Helmholtz. Le résonateur est ainsi constitué par une bouteille, formée par une alvéole du nid d’abeilles et un col formé par un perçage de la peau résistive. Afin d’optimiser les performances acoustiques le septum30’est lui-même également percé et l’intégralité de l’épaisseur de la structure DDOF est ainsi utilisée pour atténuer les ondes acoustiques, les alvéoles des deux âmes alvéolaires20,20’étant superposées, une paire d’alvéoles21,21’superposées donnée communiquant entre elles par l’intermédiaire d’un orifice55du septum30’. De cette manière le septum30’forme une peau résistive intermédiaire, entre les deux âmes alvéolaires20,20’.
Ces orifices55sont délimités chacun par un insert50. Chaque insert50présente un corps51tubulaire traversant ouvert à ses extrémités53,54et une collerette52saillante depuis le corps51tubulaire associé. Le corps tubulaire51 étant traversant, il permet la communication des ondes acoustiques à travers lui entre deux alvéoles21,21’d’une paire d’alvéoles superposées donnée des âmes alvéolaires20,20’ .
La peau résistive30intermédiaire formée ici par le septum30’est perforée par chacun des inserts50, lesquels sont positionnés en face de tout ou partie des alvéoles21de l’âme alvéolaire inférieure20. L’âme alvéolaire20 inférieure et le septum30’forment ensemble un élément de structure10. On notera de manière alternative que la fabrication d’un élément de structure10 comportant le septum30’ formant peau résistive et l’âme alvéolaire20 ’supérieure est également possible mais plus complexe à fabriquer car cela implique que pour chaque insert positionné, la collerette est positionnée contre la peau résistive d’un premier côté, et le corps tubulaire débouche d’un deuxième côté, opposé au premier côté, le premier côté de la peau résistive correspondant au côté intérieur, en regard de l’âme alvéolaire, le deuxième côté de la peau résistive étant le côté extérieur de l’élément de structure par rapport à la peau résistive, opposé à l’âme alvéolaire.
On notera également que l’élément de structure10 peut être intégré dans une autre structure qu’un DDOF. Par exemple, la structure composite acoustique pourrait être un simple panneau composite formé de l’âme alvéolaire20prise en sandwich entre les peaux réflective31et résistive30 , 32. Selon un autre exemple, la structure composite acoustique pourrait comporter plus de 2 degrés de liberté, par exemple 3. Dans ce cas la peau résistive percée par les inserts50peut être l’une des peaux intermédiaires formant septum, voire même la peau résistive extérieure. De préférence, on choisira une configuration dans laquelle la peau résistive percée par les inserts50forme un septum séparant deux des couches d’âmes alvéolaires, par exemple pour garantir la planéité de la couche résistive extérieure afin de garantir des performances aérodynamiques optimales.
Dans ce mode de réalisation, l’élément de structure10ainsi formé est configuré de sorte que, pour chaque insert50:
  • la collerette52desdits inserts50est positionnée contre la peau résistive30 associée, ici le septum30 ’, d’un premier côté ici extérieur de l’élément de structure10par rapport à la peau résistive30 associée, à savoir ici du côté opposé à l’âme alvéolaire20 inférieure, et
  • le corps51tubulaire débouche d’un deuxième côté, opposé au premier côté, notamment dans l’une des alvéoles21associée de l’âme alvéolaire20 inférieure.
Les inserts50sont indépendants les uns des autres, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas liés entre eux, autrement bien entendu que par le septum30’une fois positionnés dessus. En d’autres termes, ils ne sont pas liés par des moyens de fixation dédiés, à la différence de l’art antérieur.
Le corps51tubulaire des inserts50est cylindrique et ouvert axialement à ses deux extrémités53,5 4. On permet ainsi la communication des ondes acoustiques à travers l’espace creux ouvert de manière traversante du corps tubulaire51délimitant l’orifice associé55.
Le corps51tubulaire de chacun des inserts50s’étend entre ses deux extrémités, à savoir une première et une deuxième extrémités53,54suivant un axe d’ouvertureA. Une fois un insert50positionné sur la peau résistive formant ici le septum30’, l’axe d’ouvertureAest tel qu’il est orienté au moins localement perpendiculairement à la face de l’âme alvéolaire20recouverte par le septum30’.
Le corps51tubulaire porte à la première extrémité53, la collerette52qui s’étend dans plan orthogonalPà l’axe d’ouvertureA. La collerette52présente la forme d’une couronne discale entourant coaxialement la portion tubulaire de la première extrémité53 du corps tubulaire51. Les inserts50sont enfoncés à travers la peau résistive formant ici septum30’ de sorte que la collerette52vient en contact directement contre ladite peau associée.
Pour simplifier la fabrication, les inserts50sont formés chacun d’un seul tenant, de préférence en matériaux thermoplastiques, de préférence encore obtenu par moulage, par exemple par injection. Parmi les matériaux thermoplastiques pouvant être utilisés, on peut citer par exemple le polyetheretherketone (PEEK), le polyétherimide (PEI), le sulfure de polyphénylène (PPS), ou encore le polycarbonate (PC). Bien entendu, d’autres matériaux seuls ou en combinaison peuvent être utilisés. De même d’autres procédés de fabrication peuvent être utilisés tels que l’extrusion ou la fabrication additive.
Chaque insert50peut présenter une deuxième extrémité54biseautée circonférentiellement dans le sens d’un rétrécissement de diamètre du corps tubulaire vers la deuxième extrémité54. Ce biseau peut permettre de faciliter le positionnement de l’insert50associé lors de la perforation de la peau, ceci quand bien même si la deuxième extrémité54 n’est pas prévue pour assurer elle-même la perforation de ladite peau, par exemple lors de l’utilisation d’un poinçon60(voir les figures 5A, 5B et 5C décrite ci-après). Ce biseau peut également être obtenu pour faciliter la fabrication de l’insert50en formant une dépouille.
Le diamètre intérieur du corps tubulaire51est prédéterminé et calibré en fonction de l’usage auquel est destinée la structure composite acoustique100, ses dimensions et des plages de fréquences d’ondes acoustiques à atténuer.
La collerette52et le corps tubulaire51sont raccordés par un congé orienté du côté de la deuxième extrémité54. Dans le cas où l’insert est fabriqué en étant moulé, le congé offre l’avantage de permettre une vitesse de refroidissement plus homogène, si l’insert50est en matériau(x) métallique(s) notamment, ou d’assurer un bon écoulement dans le moule et donc un bon remplissage, si l’insert50est en matériau(x) thermoplastique(s) notamment, ou plus simplement de garantir un bon démoulage de la pièce. Une fois inséré à travers la peau résistive30, formée ici par le septum30’, le congé vient au contact de la peau perforée dans laquelle l’insert50est inséré et adouci l’angle pour préserver intact le bord de la peau au niveau de la perforation.
Les figures 2, 3 et 4 illustrent des vues schématiques d’une partie d’une structure composite acoustique100représentée sans les peaux résistive32et réflective31aux faces d’extrémités, dans des vues respectivement en coupe, en perspective isométrique de dessous, et de dessus.
Ce deuxième mode de réalisation illustré sur ces figures 2, 3 et 4 diffère du premier mode de réalisation de la essentiellement en ce qu’il est plan, c’est-à-dire qu’il ne présente pas une forme complexe courbe.
La fabrication de ce type de panneau sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit.
Une première étape de procédé de fabrication consiste à fabriquer l’élément de structure10. Dans un premier temps, on fabrique l’âme alvéolaire20, destinée à former l’âme alvéolaire20 inférieure du DDOS final, l’âme alvéolaire20présentant ici la forme d’une structure en nid d’abeille.
Si l’âme alvéolaire présente une forme complexe, par exemple une forme courbe non plane, comme illustrée sur la par exemple, l’âme alvéolaire20peut alors être formée à ce stade du procédé.
Ensuite, la peau résistive30de l’élément de structure10 est positionnée de sorte à recouvrir une des faces23,24de l’âme alvéolaire2 0. La peau résistive est formée d’une structure composite multicouches. Elle est drapée sur la face associée de l’âme alvéolaire2 0sous forme d’un film préimprégné composé de plusieurs couches. Cette peau préimprégnée multicouche comprend notamment au moins un pli structural, par exemple un tissu formé de fibres de verre préimprégné par de la résine époxyde. Ce plus structural est également interposé entre deux films de colle époxyde dont une des couches de colle sera en contact avec une extrémité des cloisons22 du réseau d’alvéoles21 de l’âme alvéolaire inférieure20, du côté de la face recouverte par la peau.
Bien entendu, la nature de chaque couche constituant la peau résistive30de l’élément de structure10peut être différente. Par exemple, les couches peuvent être tissées ou non tissées. Plusieurs plis structuraux peuvent être superposés, ce qui est particulièrement avantageux en termes de résistance. La résistance est encore accrue lorsque les fibres dans les différents plis tissés présentent des orientations différentes. L’orientation des fibres est configurée de sorte à assurer la meilleure résistance suivant l’usage final souhaité. Les couches de colle(s) peuvent varier également et être tramées ou non. Le tissu du ou des pli(s) tissés peut également être dans un autre matériau que le verre, par exemple en fibres de carbone. Une des couches peut également être un film ou tissu thermoplastique.
Pour garantir une étanchéité parfaite de la peau résistive associée, ce qui est particulièrement important pour garantir une bonne absorbation acoustique, on choisira de préférence une peau multicouches comportant une barrière imperméable à l'air, une des couches au moins étant imperméable à l'air et présentant une résistance au flux d'air égale ou supérieure à environ 50 rayls MKS, soit 50 kg s−1∙ m−2en unités fondamentales SI.
Une fois que la peau résistive30préimprégnée est positionnée en recouvrant une des faces23,24de l’âme alvéolaire20, on vient positionner l’ensemble des inserts50dans la peau résistive30en face de tout ou partie des alvéoles21de l’âme alvéolaire20de sorte que, dans cet exemple et pour chaque insert50positionné, la collerette52est située directement contre la peau résistive30du côté extérieur de l’élément de structure10par rapport à la peau résistive30, opposé à l’âme alvéolaire20, et le corps tubulaire51débouche dans l’alvéole21associée.
Cette méthode de positionnement des inserts50est illustrée en détail sur les figures 5A, 5B et 5C. En particulier, sont illustrées respectivement :
  • une première étape de positionnement d’un insert50dans la peau résistive30de l’élément de structure10dans laquelle un outil (non illustré) porte un poinçon60et vient en regard d’une alvéole21, le poinçon60présentant une tête62configurée pour venir en contact contre la collerette52de l’insert50, et une tige61, la tige61traversant axialement le corps51tubulaire de l’insert50 suivant son axe d’ouvertureA. La tige61s’étend axialement sous la tête62et présente une longueur plus importante que celle de l’insert50ce qui garantit le fait que la tige61traverse de part et d’autre le corps tubulaire51de l’insert50 .Le diamètre externe de la tige61est choisi de sorte à être sensiblement égal au diamètre interne du corps51tubulaire de sorte que les frictions engendrées entre le poinçon60et l’insert50suffisent à maintenir l’insert50 emmanché sur le poinçon durant cette première étape, sans toutefois trop le contraindre de sorte à ce qu’il reste possible de retirer l’insert50;
  • une deuxième étape de positionnement de l’insert50dans la peau résistive30du procédé de fabrication de l’élément de structure10, cette deuxième étape étant ultérieure à la première étape. On vient ici déplacer le poinçon60 par une translation axiale, suivant l’axe d’ouvertureA. La tige6 1traversant axialement le corps51tubulaire de l’insert50 suivant son axe d’ouvertureA, l’extrémité distale de la tige6 1vient en contact en premier, soit avant l’insert50, contre la peau résistive30durant le déplacement de l’insert50par le poinçon60. L’extrémité distale de la tige6 1est munie d’une pointe pour faciliter la perforation de la peau résistive30. Le poinçon60est déplacé suivant l’axe d’ouvertureAde sorte à perforer la peau30, la tête62du poinçon poussant l’insert50jusqu’à ce que sa collerette52vienne en contact directement contre le préimprégné30. Lors de cette étape, la collerette52vient se coller contre la première couche de la peau réflective préimprégnée. Le choix d’une couche supérieure de la peau30préimprégnée doit ainsi permettre de garantir le collage de l’insert50et ainsi, lorsque le poinçon60se déplace en sens inverse pour se retirer, l’insert50reste en position tandis que le poinçon60se retire ;
  • une troisième étape de positionnement de l’insert50dans la peau résistive30dans laquelle le poinçon60se retire laissant l’insert50dans la peau30grâce à une pégosité de la peau résistive30 supérieure aux efforts de frictions maintenant l’insert50sur le poinçon60;
  • ensuite le poinçon60va chercher un autre insert50puis réitérer les étapes de positionnement de l’insert50, jusqu’à ce que tous les inserts60soient positionnés sur l’élément de structure10.
On notera que l’outil peut être par exemple un bras robotisé muni à son extrémité du poinçon60. Par ailleurs, le bras robotisé peut être configuré pour placer un insert50à chaque fois, et comporter un unique poinçon60, ou bien porter plusieurs poinçons60et être configuré ainsi pour positionner plusieurs inserts50de façon synchronisée. L’avantage d’un outil de positionnement porté par un bras robotisé est de faciliter la mise en place des inserts50suivant une surface complexe. Le bras robotisé est par exemple un bras robotisé 6 axes.
Selon une caractéristique, on veille à ce que la longueur de l’insert50, c’est-à-dire de son corps tubulaire51, soit strictement inférieure à la profondeur de l’alvéole21associée. De cette manière on s’assure pour chaque insert50, que celui-ci présente un jeu entre un fond de l’alvéole associée et la deuxième extrémité54 distale de l’insert50. De cette manière l’insert50n’interfère pas avec la peau qui sera positionnée sur l’autre face de l’âme alvéolaire20avant son drapage. De même, une fois l’élément de structure formé, après cuisson, une telle caractéristique garantit une bonne absorption acoustique.
Une fois tous les inserts50positionnés, une étape d’enduction d’une préparation40est mise en œuvre. La préparation peut être par exemple une colle, par exemple à base de matériaux polymères. Cette étape consiste notamment à enduire au moins d’une part le côté extérieur de la peau résistive30perforée par les inserts50, côté contre lequel les faces inférieures des collerettes52des inserts50 sont en contact, et d’autre part les faces supérieures des collerettes52des inserts50. L’étape d’enduction est suivie par une étape de réticulation, par exemple par apport de chaleur.
En d’autres termes, la peau résistive30multicouches pourvue des inserts50 alors insérés à travers ladite peau est ainsi recouverte d’un film de colle époxyde qui est ensuite réticulée avec apport de chaleur autour des orifices55des inserts50afin de les libérer de la colle (voir les figures 6A et 6B). La réticulation de la colle durcit la colle, et la colle éventuellement placée dans les orifices55des corps tubulaires51se retire localement laissant libre ces orifices55. Cette couche supplémentaire40permet l’encastrement des collerettes52des inserts50entre la couche additionnelle de préparation d’une part, et la peau résistive30 d’autre part, ceci pour garantir le maintien des inserts50durant la durée de vie de fonctionnement de la structure composite acoustique100. On choisira une collerette52pour chaque insert50avec une épaisseur minimale pour assurer la planéité de la peau une fois les inserts rapportés et insérés dans la peau30multicouches et encastrés avec la couche de préparation réticulée.
Une fois l’élément de structure10 formé, il est assemblé avec au moins une peau, telle qu’une peau résistive32(voir la par exemple la ) de sorte à ce qu’elle recouvre l’autre des deux faces de l’âme alvéolaire20. Dans le cas d’un DDOF, une autre âme alvéolaire 20’ et sa peau réflective 31 sont également assemblé en étant collés.
Une fois la structure composite assemblée, l’ensemble est placé dans un autoclave pour subir une étape de cuisson. De cette manière, les différents septums30’qui séparent les différentes couches d’âmes alvéolaires20,20’, les différentes couches d’âmes alvéolaires20,20’, la peau réflective arrière32et la peau résistive extérieure avant31sont assemblés sous la forme d'une pièce unique avant d'être introduits dans l’autoclave.
On obtient ainsi une structure composite acoustique s’étendant suivant la forme souhaitée et présentant des caractéristiques techniques optimales.
Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
Par exemple, on peut prévoir une cuisson en autoclave de l’élément de structure seul puis l’élément de structure peut être intégré à une structure composite acoustique au moyen d’un autre procédé, par exemple par brasage.
Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des revendications attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens.

Claims (12)

  1. Élément de structure (10) pour une structure composite acoustique (100), l’élément de structure comprenant au moins une âme alvéolaire (20) comportant un réseau d’alvéoles (21) creuses délimitées par des cloisons (22) s’étendant entre deux faces (23, 24) de l’âme alvéolaire (20), et au moins une peau résistive (30, 30’) recouvrant une des faces de l’âme alvéolaire (20), l’élément de structure (10) étant caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité d’inserts (50) rapportés, chaque insert (50) présentant un corps (51) tubulaire traversant ouvert à ses extrémités (53, 54) et une collerette (52) saillante depuis le corps (51) tubulaire associé, et en ce que la peau résistive (30, 30’) est perforée par chacun des inserts (50) positionnés en face de tout ou partie des alvéoles (21) de sorte que, pour chaque insert (50), la collerette (52) est positionnée contre la peau résistive (30, 30’) d’un premier côté , et le corps (51) tubulaire débouche d’un deuxième côté, opposé au premier côté.
  2. Élément de structure (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la peau résistive (30, 30’) est formée d’une structure composite multicouches.
  3. Élément de structure (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps (51) tubulaire de chacun des inserts (50) s’étend entre une première et une deuxième extrémités (53, 54) suivant un axe d’ouverture (A), le corps (51) tubulaire présentant, à la première extrémité (53), la collerette s’étendant dans plan orthogonal (P) à l’axe d’ouverture (A), le corps (51) tubulaire étant ouvert axialement à ses deux extrémités (53, 54).
  4. Élément de structure (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le corps (51) tubulaire des inserts (50) présente une section constante, par exemple cylindrique.
  5. Élément de structure (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les inserts (50) sont distincts les uns des autres.
  6. Élément de structure (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les inserts (50) rapportés sont formés d’un seul tenant, de préférence en matériau(x) thermoplastique(s), de préférence encore obtenu par moulage, par exemple par injection.
  7. Structure composite acoustique (100) caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un élément de structure (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  8. Structure composite acoustique (100) caractérisée en ce qu’elle comprend N degrés de liberté formée par une superposition de N couches d’âmes alvéolaires (20, 20’), N étant supérieur ou égal à 2, la structure composite acoustique (100) comprenant au moins un septum (30’) séparant deux des couches d’âmes alvéolaires (20, 20’) empilées voisines, la couche résistive (30) perforée par les inserts (50) formant le septum (30’) ou l’un des septums (30’) de la structure composite acoustique (100).
  9. Procédé de fabrication d’un élément de structure (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le procédé de fabrication de l’élément de structure (10) étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    • fabrication de l’âme alvéolaire (20) ;
    • positionnement de la peau résistive (30, 30’) de sorte à ce qu’elle recouvre une des faces (23, 24) de l’âme alvéolaire (20) ;
    • positionnement des inserts (50) dans la peau résistive (30, 30’) en face de tout ou partie des alvéoles (21) de l’âme alvéolaire (20) de sorte que, pour chaque insert (50) positionné, la collerette (52) est positionnée contre la peau résistive (30, 30’) d’un premier côté , et le corps tubulaire débouche d’un deuxième côté, opposé au premier côté.
  10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’enduction d’une préparation (40) telle qu’une colle, par exemple à base de matériau(x) polymère(s), de sorte à enduire le premier côté de la peau résistive (30, 30’) perforée par les inserts (50) rapportés et des faces supérieures des collerettes (52) des inserts (50), l’étape d’enduction étant de préférence suivie par une étape de réticulation, de préférence encore par apport de chaleur.
  11. Procédé de fabrication d’une structure composite acoustique selon la revendication 8, le procédé de fabrication de la structure composite acoustique (100) étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    • fabrication d’un élément de structure (10) selon l’une des revendications 9 ou 10 ;
    • assemblage de l’élément de structure (10) avec au moins une peau, de préférence une peau résistive (32) ou réflective (31), recouvrant l’autre des deux faces de l’âme alvéolaire (20).
  12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de superposition d’au moins une couche d’âme alvéolaire avec la structure composite acoustique (100).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR3082987A1 (fr) 2018-06-25 2019-12-27 Airbus Operations Structure constituant un isolant acoustique
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