FR3141551A1 - Procédé de formation d’une structure d’atténuation acoustique dotée de cellules en S - Google Patents
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Abstract
Procédé de formation d’une s tructure d’atténuation acoustique dotée de cellules en S L’invention concerne un procédé de formation d’un panneau acoustique à résonateurs pour nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef, le panneau acoustique comportant des cellules avec des obstacles internes transversaux pour allonger le chemin parcouru par les ondes sonores. Le procédé comprend : - une étape de formation (600) d’une toile métallique perforée, - une étape d’empilement (610) d’une pluralité d’âmes alvéolaires thermoplastiques et d’au moins une toile perforée, deux âmes alvéolaires successives étant séparées par une toile perforée, - une étape de compaction (615) de l’empilement, et - une étape de soudage thermoplastique (620). Figure pour l’abrégé : Fig. 6
Description
La présente invention se rapporte au domaine général des structures d’atténuation acoustiques. Elle concerne plus particulièrement les structures d’atténuation acoustiques utilisées pour réduire les bruits produits dans les moteurs d’avion comme dans les turbines à gaz ou échappement de ceux-ci.
Les enjeux de l’aviation commerciale concernant la baisse de la consommation de carburant et l’impact écologique conduisent à repenser les architectures des moteurs d’aéronefs. Deux caractéristiques sont particulièrement étudiées pour leur influence sur la performance de l’ensemble propulsif, le taux de dilution (rapport du débit d’air passant dans le flux secondaire sur le débit d’air passant dans le flux primaire du moteur) et la trainée induite par l’ensemble propulsif.
Il est prouvé et partagé par l’ensemble de la filière qu’une augmentation du taux de dilution améliore le rendement du moteur (diminue sa consommation et réduit ses émissions nuisibles). Cette augmentation du taux de dilution passe en pratique par une augmentation du diamètre de la soufflante des turbomachines. Cependant, cette augmentation de diamètre du flux secondaire induit l’augmentation dans les mêmes proportions du diamètre du carter et de la nacelle. Si l’architecture du module soufflante n’est pas repensée, il est aisé d’appréhender l’impact négatif de l’augmentation de trainée induite par l’ensemble propulsif présentant de plus grandes surfaces externes en contact avec l’air. L’une des voies étudiées conduit donc à raccourcir et amincir le carter externe et la nacelle du moteur pour réduire sa masse et sa trainée.
Sur les moteurs actuels l’atténuation acoustique est en partie réalisée à l’aide de panneaux acoustiques disposés au niveau du carter et de la nacelle. Pour gagner en compacité sur le carter externe, les traitements acoustiques devront donc devenir eux-mêmes plus compacts.
Les panneaux acoustiques sont des éléments mécaniques assimilables à des boîtes alvéolées permettant d’atténuer les bruits émis par le moteur. La forme des alvéoles et l’épaisseur de ces panneaux sont étudiées afin de réduire au maximum les nuisances sonores du moteur, plus particulièrement dans certaines phases d’exploitation telles qu’au décollage, l’atterrissage. La réduction de bruit est un enjeu d’autant plus important aux abords des aéroports et agglomérations limitrophes.
Dans les futures architectures se posent deux nouvelles difficultés : la soufflante de grand diamètre tournera moins vite et générera donc des ondes sonores de plus basse fréquence et le carter structural ne recouvrira plus entièrement le moteur et ne permettra donc plus de confiner efficacement les bruits.
Les structures d’atténuation acoustique sont typiquement constituées d'une plaque ou peau de surface acoustique perméable aux ondes acoustiques que l'on souhaite atténuer et d'une plaque ou peau pleine réfléchissante dite « plaque de fermeture », un corps cellulaire étant disposé entre ces deux parois. Le corps cellulaire est généralement constitué par un ensemble de cloisons, par exemple en forme de nid d’abeille. De façon bien connue, de telles structures forment des résonateurs de type Helmholtz qui permettent d'atténuer dans une certaine gamme de fréquences les ondes acoustiques. Des structures d’atténuation acoustique de ce type sont notamment décrites dans les documents US 5 912 442 et GB 2 314 526. Toutefois, les structures d’atténuation acoustique précédemment décrites ne permettent d’absorber qu’une gamme de fréquence très restreinte.
Avec une telle structure, la fréquence f absorbée est de l’ordre de c/4e avec e l’épaisseur du nid d’abeille et c la célérité du son. Ou inversement, l’épaisseur de traitement nécessaire à traiter une fréquence f est de l’ordre de c/4f.
Ainsi, si la fréquence du bruit à traiter diminue, l’épaisseur de traitement requise augmente. Typiquement, en l’absence d’effets d’écoulement rasant, un corps cellulaire d’une épaisseur de 30 mm est adapté pour atténuer des fréquences proches de 2000 Hz, et un corps cellulaire d’une épaisseur de 70 mm est adapté pour atténuer des fréquences proches de 880 Hz. L’épaisseur du corps cellulaire correspond à la distance entre la peau acoustique perméable et la peau acoustique imperméable. En d’autres termes la longueur acoustique des cellules est sensiblement égale à la hauteur de l’âme alvéolaire.
Cette contrainte d’atténuation va à l’encontre de la réduction de l’épaisseur du carter structural et de sa surface pour satisfaire la réduction de masse et de trainée.
Or, il est souhaitable de produire des structures d’atténuation acoustique traitant largement les basses fréquences, tout en présentant des performances satisfaisantes dans les moyennes et hautes fréquences, par exemple dans le cas d’une soufflante de moteur à soufflante lente qui produit des basses fréquences et des harmoniques. En outre, l’encombrement et la masse de la structure d’atténuation acoustique doivent de préférence être limités, par exemple lorsque celle-ci est montée sur un avion.
Pour élargir la gamme de fréquences absorbées, il est connu de superposer deux corps cellulaires, présentant de préférence chacun une structure en nid d’abeille de taille différente pour traiter des fréquences différentes. On parle de structures DDOF en anglais pour « Double Degree Of Freedom » (ou aussi 2DOF) pour les panneaux acoustiques ayant deux corps cellulaires distincts superposés, et de structure SDOF en anglais pour « Single Degree Of Freedom » pour les panneaux acoustiques avec un seul corps cellulaire.
Toutefois, cette solution à deux corps cellulaires superposés présente des limites pour le traitement des basses fréquences. En effet, pour réduire les fréquences les plus basses, il est nécessaire de recourir à des corps cellulaires de grande épaisseur. Ainsi, la structure d’atténuation acoustique comprenant deux corps cellulaires empilés pour traiter à la fois les basses et les hautes fréquences sera relativement encombrante.
Différentes solutions existent pour traiter les basses fréquences en limitant l’augmentation d’épaisseur : l’usage de cône introduit dans les cellules, l’inclinaison d’un nid d’abeille classique ou la fabrication de cellule en labyrinthe ou en S.
Le document EP 3 676 825 propose une structure de panneau acoustique avec un corps cellulaire ayant des cellules présentant une structure en S à l’intérieur pour augmenter la distance parcourue par le son à l’intérieur de la cellule. Les panneaux acoustiques décrits dans ce document comprennent des cellules présentant à l’intérieur au moins un obstacle partiel s’étendant depuis la paroi interne de la cellule et empêchant l’onde de se propager directement le long de la direction selon laquelle s’étend la cellule, autrement la direction de l’épaisseur du corps cellulaire.
La présente invention a donc pour but principal de proposer un procédé de fabrication d’un panneau acoustique à résonateurs pour nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef, le panneau acoustique comportant des cellules avec des obstacles internes transversaux pour allonger le chemin parcouru par les ondes sonores, le procédé permettant de faciliter la production des cœurs alvéolaires du panneau et ainsi de réduire le coût et le temps de fabrication du panneau acoustique.
Selon un objet de l’invention, il est proposé un procédé de fabrication d’un panneau acoustique à résonateurs pour nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef, le panneau acoustique comportant des cellules acoustiques accolées qui forment un cœur alvéolaire, chaque cellule s’étendant suivant un axe de propagation acoustique des ondes sonores et comportant à l’intérieur de la cellule, au moins un obstacle partiel qui s’étend transversalement par rapport à l’axe de propagation acoustique et qui forme un passage interne décentré par rapport au centre de la cellule pour augmenter la longueur du chemin parcouru par les ondes sonores à travers la cellule, le procédé de fabrication du panneau acoustique comprenant :
- une étape de formation d’au moins une toile métallique perforée selon un motif régulier pour former lesdits passages, le centre de chaque passage étant séparé du centre des passages adjacents par une distance correspondant à la largeur des cellules acoustiques, et chaque passage ayant une taille inférieure à la taille d’une cellule acoustique mesurée dans un plan perpendiculaire à une direction principale, la direction principale étant parallèle l’axe de propagation acoustique,
- une étape d’empilement selon la direction principale d’une pluralité d’âmes alvéolaires en résine thermoplastique et d’au moins une toile métallique perforée, deux âmes alvéolaires successives étant séparées par une toile métallique perforée, chaque âme alvéolaire comportant une pluralité d’alvéoles accolées dans un plan orthogonal à la direction principale et formant une portion de cellule acoustique dudit cœur alvéolaire dans la direction principale, et chaque alvéole d’une âme alvéolaire étant en regard d’un passage d’une toile, ledit passage et l’axe central de l’alvéole n’étant pas alignés selon la direction principale,
- une étape de compaction pendant laquelle une pression de compactage est appliquée selon la direction principale de part et d’autre de l’empilement obtenu à la suite de l’étape d’empilement,
- et une étape de soudage thermoplastique réalisée tout en maintenant la pression de compactage.
- une étape de formation d’au moins une toile métallique perforée selon un motif régulier pour former lesdits passages, le centre de chaque passage étant séparé du centre des passages adjacents par une distance correspondant à la largeur des cellules acoustiques, et chaque passage ayant une taille inférieure à la taille d’une cellule acoustique mesurée dans un plan perpendiculaire à une direction principale, la direction principale étant parallèle l’axe de propagation acoustique,
- une étape d’empilement selon la direction principale d’une pluralité d’âmes alvéolaires en résine thermoplastique et d’au moins une toile métallique perforée, deux âmes alvéolaires successives étant séparées par une toile métallique perforée, chaque âme alvéolaire comportant une pluralité d’alvéoles accolées dans un plan orthogonal à la direction principale et formant une portion de cellule acoustique dudit cœur alvéolaire dans la direction principale, et chaque alvéole d’une âme alvéolaire étant en regard d’un passage d’une toile, ledit passage et l’axe central de l’alvéole n’étant pas alignés selon la direction principale,
- une étape de compaction pendant laquelle une pression de compactage est appliquée selon la direction principale de part et d’autre de l’empilement obtenu à la suite de l’étape d’empilement,
- et une étape de soudage thermoplastique réalisée tout en maintenant la pression de compactage.
Le procédé selon l’invention permet ainsi de facilement industrialiser la fabrication d’un tel panneau acoustique, notamment grâce à la réalisation du cœur alvéolaire à partir d’un empilement des différentes parties formant les obstacles et les enceintes des alvéoles ou cellules acoustiques.
Le soudage thermoplastique permet de réaliser une fonte locale du matériau thermoplastique et ainsi une fusion des âmes alvéolaires entre elles et avec ladite au moins une toile perforée.
La pression de compactage permet de maintenir les âmes alvéolaires en appui contre la ou les toile(s) métallique(s) perforée(s) pendant le soudage thermoplastique et ainsi facilite et favorise le soudage des éléments entre eux. La pression de compactage est maintenue pendant le refroidissement du cœur alvéolaire.
Les alvéoles, ou cellules acoustiques, peuvent avoir des sections, dans un plan orthogonal à la direction de propagation acoustique des ondes sonores, de forme rondes, hexagonales ou autre.
Les âmes alvéolaires thermoplastiques peuvent être formées par la technologie de thermoformage en continu.
Pour chaque alvéole du cœur alvéolaire, les passages perforés réalisés dans les toiles métalliques sont décentrés par rapport à l’axe central de l’alvéole pour forcer l’onde sonore à suivre un chemin non linéaire et donc plus long que si l’alvéole était dépourvue d’obstacle transversal à l’intérieur de son enceinte.
Les âmes alvéolaires peuvent être réalisées en résine de type PAEK (Polyarylether ketone), PPS (Polyphenylène sulfone), PSU (Polysulfone), PC (Polycarbonate), PA (Polyamide), PP (Polypropylène), PEI (Polyether imide).
Dans un premier mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, l’étape de soudage thermoplastique comprend une traction de ladite au moins une toile métallique perforée dans au moins une direction perpendiculaire à la direction principale, la mise sous tension permettant de tendre la toile pour qu’elle soit plus plate et qu’elle ne fasse pas de plis.
Dans un deuxième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, le soudage thermoplastique peut être un soudage par induction ou un soudage résistif.
Dans le cas du soudage par induction, l’empilement formant le cœur alvéolaire est introduit dans un champ magnétique qui fait s’échauffer ladite au moins une toile métallique perforée et qui entraîne une fonte locale du matériau thermoplastique et ainsi une fusion des âmes alvéolaires entre elles et avec ladite au moins une toile perforée.
La toile métallique perforée pourrait être en acier inoxydable avec de bonnes propriétés magnétiques.
Dans le cas du soudage résistif, un courant électrique est appliqué sur ladite au moins une toile métallique perforée pour chauffer la ou les toile(s) par effet Joule et entraîner une fonte locale du matériau thermoplastique et ainsi une fusion des âmes alvéolaires entre elles et avec ladite au moins une toile perforée.
Dans un troisième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, le procédé peut comprendre en outre, préalablement à l’étape d’empilement, une étape d’imprégnation de ladite au moins une toile métallique perforée avec une résine thermoplastique ou une étape de collage d’un film thermoplastique pur à la ou chaque toile métallique perforée.
L’étape préalable d’imprégnation permet d’apporter de la résine thermoplastique sur la toile métallique perforée pour améliorer le soudage entre les étages du cœur alvéolaire. De préférence, la résine thermoplastique utilisée pour l’imprégnation est la même que celle dans laquelle les âmes alvéolaires sont réalisées.
Dans une variante plutôt que d’imprégner ladite au moins une toile métallique perforée avec une résine thermoplastique, le procédé peut comprendre en outre, préalablement à l’étape d’empilement, une étape d’imprégnation du cœur alvéolaire avec une résine thermoplastique ou une étape de collage d’un film thermoplastique pur au cœur alvéolaire.
Dans un quatrième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, le soudage thermoplastique est réalisé de préférence à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de fusion des âmes alvéolaires thermoplastiques pour les thermoplastiques amorphes, et à une température avoisinant la température de fusion des âmes alvéolaires pour les thermoplastiques semi-cristallins.
La température est pilotée par le courant électrique appliqué à ladite au moins une toile métallique perforée dans le cas d’un soudage résistif (typiquement avec une densité de puissance de 5 à 50 W/cm²), tandis que, dans le cas d’un soudage magnétique, la température est pilotée par la puissance magnétique (le rendement dépendant du choix de l’inducteur).
Pour les thermoplastiques semi-cristallins (PAEK par exemple), il faut être au-dessus de la température de transition vitreuse mais ce n’est généralement pas suffisant. Il faut aller vers des températures proches de la température de fusion voire légèrement au-dessus. Le soudage est réalisé de sorte que l’échauffement reste localisé à l’interface pour que possible le reste des cellules reste à une température plus basse que la transition vitreuse pour ne pas écrouler l’ensemble lors de l’application de pression.
Dans un cinquième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, lorsque le panneau acoustique comprend au moins deux toiles métalliques perforées, les passages de deux toiles métalliques perforées successives selon la direction principale sont de préférence non-alignés selon la direction principale.
Le fait d’avoir des passages qui ne sont jamais alignés deux à deux successivement dans la direction principale permet de maximiser le trajet parcouru par l’onde sonore entre son entrée dans l’alvéole et sa sortie.
Dans un sixième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, le procédé peut comprendre en outre, préalablement à l’étape d’empilement, une étape de formation des âmes alvéolaires avec des alvéoles ayant une largeur comprise entre 0.95 et 2,5 cm et une hauteur comprise entre 5 et 100 mm, les alvéoles d’une même âme alvéolaire ayant toutes la même largeur et toutes la même hauteur.
Dans un septième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, l’étape d’empilement des âmes alvéolaires et de ladite au moins une toile métallique perforée comprend de préférence la formation d’un empilement compris entre 15 et 200 mm de hauteur selon la direction principale et typiquement de 60 mm.
Dans un huitième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, les passages réalisés lors de l’étape de formation de ladite au moins une toile métallique perforée ont de préférence toutes la même forme avec une première dimension selon une première direction plus longue qu’une seconde dimension selon une seconde direction, la première direction étant orthogonale à la seconde direction, et la première et la seconde directions étant orthogonales à ladite direction principale.
Les passages peuvent ainsi avoir une forme rectangulaire, une forme oblongue ou une forme ovale.
Dans un neuvième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, l’étape d’empilement des âmes alvéolaires et de ladite au moins une toile métallique perforée comprend de préférence la formation d’un empilement ayant, selon la direction principale, une première face et une seconde face, le procédé comprenant en outre une fermeture de la première face dudit empilement par une peau acoustiquement réfléchissante, et une fermeture de la seconde face dudit empilement par une peau acoustiquement transparente.
Dans une variante, la peau acoustiquement poreuse pourra être formée par une toile métallique perforée tendue avec un motif de perforation éventuellement différent des autres toiles métalliques perforée du panneau acoustique.
Dans un dixième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, l’étape de formation d’au moins une toile métallique perforée comprend de préférence une utilisation d’une toile ayant une résistance acoustique à 105 cm/s d’au moins 100 rayls cgs, soit 1000 Pa.s/m.
Si la toile métallique perforée qui forme les obstacles à l’intérieur des alvéoles est trop poreuse, l’onde sonore risque de ne pas suivre le chemin non linéaire.
Dans un onzième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, la résine thermoplastique peut être accompagnée de charges ou de fibres courtes, ce qui plus de raideur et de résistance mécanique.
Dans un douzième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, la pression de compactage est comprise de préférence entre 10 et 200 bars.
Dans un treizième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention, chaque passage peut être formé par une pluralité d’orifices adjacents. Chaque passage est réalisé par une pluralité de perforations ou orifices, les passages étant répartis selon un motif régulier sur la toile métallique perforé.
Les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures.
Dans la description, on adoptera à titre non limitatif la terminologie longitudinal, vertical et transversal en référence au trièdre L, V, T indiqué dans les figures.
On utilisera également à titre non limitatif les expressions « avant » et « arrière » en référence à la partie inférieure et à la partie supérieure respectivement des figures 2 à 5.
La montre une nacelle 10 équipée d'une pluralité de panneaux acoustiques 12 à résonateurs d'atténuation acoustique représentés schématiquement en trait fort. Certains ou la totalité de ceux-ci, ou d'autres panneaux acoustiques peuvent être totalement ou partiellement équipés de cœurs alvéolaires selon l'invention.
Les panneaux acoustiques 12 sont conçus pour atténuer le bruit émis par les organes qui sont logés dans la nacelle 10, comme un moteur ou une soufflante (non représentés). Selon des exemples de réalisation de l'invention décrits ici, les panneaux acoustiques 12 sont intégrés dans une virole d'entrée d'air 14, dans la veine secondaire 16 et dans une tuyère 20 d'éjection.
En référence à la , qui illustre un premier exemple de réalisation d'un panneau acoustique 12, le panneau acoustique 12 comporte successivement, d'avant en arrière suivant l'axe longitudinal L, une peau acoustique 22 avant qui est acoustiquement poreuse aux ondes sonores, un cœur alvéolaire 24, et une peau arrière 26 pleine et donc acoustiquement réfléchissante.
La peau acoustique 22 avant et la peau arrière 26 s'étendent parallèlement entre elles et transversalement, c’est-à-dire selon la direction transversale T qui est orthogonale à la direction longitudinale L.
La peau acoustique 22 avant présente une pluralité de perforations 27, ou une perméabilité formée par un grillage, qui sont adaptées pour permettre aux ondes sonores de pénétrer dans le cœur alvéolaire 24.
Le cœur alvéolaire 24 comporte une pluralité de cellules 28 acoustiques, ou alvéoles 28, qui sont accolées entre elles les unes aux autres selon la direction transversale T et la direction verticale V pour former une structure creuse telle que par exemple en « nid d'abeille ». La direction de l’axe longitudinal L correspond à la direction de propagation acoustique d’une onde sonore entrant dans une cellule acoustique 28 via la peau acoustique 22.
Chaque cellule 28 est délimitée par une enceinte 30 périphérique s'étendant sensiblement parallèlement à la direction longitudinale L depuis la peau acoustique 22 jusqu'à la peau arrière 26. La forme de la cellule 28 peut être de section transversale hexagonale, comme on peut le voir à la , ou de forme rectangulaire, ou carré, ou circulaire, ou toute autre forme géométrique.
Aussi, chaque cellule 28 s'étend suivant un axe principal longitudinal L, correspondant globalement à un axe de propagation des ondes sonores, depuis une extrémité avant 32 de la cellule 28 en appui sur la peau acoustique 22, jusqu'à une extrémité arrière 34 en appui sur la peau arrière 26.
On notera que les cellules 28 sont indépendantes acoustiquement. Par les termes « cellules acoustiquement indépendantes », on considère des cellules dont l’enceinte 30 ne propage pas significativement les ondes acoustiques d'une cellule 28 vers une autre. Par ces termes, on considère des cellules séparées par des parois étanches ou des parois perforées d'un ou quelques orifices de petites dimensions et en nombre limité dont la fonction est principalement de faciliter l'évacuation des liquides pouvant pénétrer dans les cellules. Ces orifices sont préférentiellement en nombre de deux à quatre de section unitaire de l'ordre de 1 à 4 mm², et situés dans l’enceinte 30 des cellules, à proximité immédiate de l'extrémité arrière 34 de l'âme acoustique contre la peau arrière 26. Les obstacles sont dits opaques aux ondes acoustiques, mais peuvent cependant être pourvus d'un dispositif de drainage pour l'évacuation de liquides, préférentiellement réalisés par un ou deux orifices par obstacle et de section de l'ordre d'1 à 2 mm² chacun.
Comme on peut le voir dans l’exemple de mode de réalisation illustré sur la , chaque cellule 28 comporte au moins un premier obstacle 36 partiel et même, dans cet exemple, un second obstacle 38 partiel qui s'étendent globalement selon la direction transversale T depuis l’enceinte 30 de la cellule 28. Autrement dit, les obstacles 36 et 38 s’étendent dans un plan perpendiculaire à l'axe principal de la cellule 28 associée, l’axe principal de la cellule 28 étant confondu avec la direction de l’axe longitudinal L.
De plus, chaque obstacle 36, 38 présente un bord d'extrémité libre 40 qui délimite un passage 42 avec la paroi 30 en vis-à-vis, pour permettre le passage des ondes sonores qui pénètrent dans la cellule 28 associée.
Les obstacles 36, 38 sont décalés en profondeur suivant l'axe principal longitudinal L de la cellule 28 associée.
Les obstacles 36, 38 sont sensiblement opposés, c'est-à-dire que le premier obstacle 36 s'étend depuis un premier bord d'accroché 41a du côté gauche de la paroi 30, selon les figures 2 et 4, et le second obstacle 38 s'étend depuis un second bord d'accroché 41b du côté droit opposé de la paroi 30, pour former une chicane prévue pour augmenter la longueur du chemin parcouru par les ondes sonores à travers la cellule 28 associée.
De plus, la longueur de chaque obstacle 36, 38 est adaptée pour que les obstacles 36, 38 se superposent en partie selon une vue en projection longitudinale sur une surface perpendiculaire à la direction longitudinale.
Ainsi, les ondes sonores suivent une trajectoire sinueuse entre les obstacles 36, 38, depuis l'extrémité avant 32 jusqu'à l'extrémité arrière 34 de la cellule 28 associée. Cette trajectoire sinueuse est donc plus longue que la distance en ligne droite entre les deux faces d'extrémités 32 et 34.
Comme illustré par la flèche F sur la , les ondes sonores suivent un chemin sinueux qui présente une longueur apparente supérieure à la longueur d'un chemin rectiligne.
On constate qu'une cellule 28 de 30 millimètres d'épaisseur longitudinale qui comprend deux obstacles 36 et 38 s'étendant sur environ les deux tiers de la section de la cellule 28 associée, est équivalente à une cellule sans obstacle de 64 millimètres d'épaisseur longitudinale, en termes d'atténuation du bruit par rapport à une fréquence donnée.
Selon un autre exemple de réalisation représenté à la , qui est similaire à l'exemple représenté sur la , chaque cellule 28 comporte un troisième obstacle 44, les trois obstacles 36, 38, 44 ont des dimensions telles que deux obstacles successifs dans le sens longitudinal, présentent une surface cumulée supérieure à la section de la cellule et une surface projetée couvrant la totalité de la section. En d'autres termes les obstacles sont agencés pour imposer un chemin sinueux aux ondes sonores qui parcourent la cellule 28 associée, comme le montre la flèche F.
On constate qu'une cellule 28 de 30 millimètres d'épaisseur longitudinale qui comprend trois obstacles 36, 38 et 44 s'étendant chacun sur environ les deux tiers de la section de la cellule associée comme illustré sur la , les obstacles successifs étant attachés sur des parois opposées, est équivalente à une cellule sans obstacle de 70 millimètres d'épaisseur longitudinale, en terme d'atténuation du bruit par rapport à une autre fréquence considérée.
Les cellules 28 sont réalisées en matériau composite thermoplastique et les obstacles en matériau métallique. Aussi, les obstacles 36, 38 peuvent être soudés au matériau formant les cellules 28.
Sur la est illustré une vue éclatée d’un cœur alvéolaire 24 d’un panneau acoustique 12 de la selon un mode de mise en œuvre du procédé de fabrication de l’invention.
Le cœur alvéolaire 24 comprend des âmes alvéolaires 110, 120 et 130 thermoplastiques et des toiles métalliques perforées 102 et 103.
Plus particulièrement, le cœur alvéolaire 24 comprend une première âme alvéolaire 110, une deuxième troisième âme alvéolaire 120 et une troisième âme alvéolaire 130, ayant respectivement une hauteur de cellule H110, H120, H130, la hauteur étant mesurée dans la direction longitudinale L. Les trois hauteurs H110, H120, H130peuvent être égales ou différentes. Sur l’exemple illustré sur la , la hauteur H110de la première âme alvéolaire 110 est inférieure à celles de la deuxième et de la troisième âmes alvéolaires 120 et 130, ces deux âmes alvéolaires 120 et 130 ayant une hauteur de cellule égale.
Chaque âme alvéolaire 110, 120 et 130 comprend une extrémité longitudinale supérieure, notée respectivement 110a, 120a et 130a, une extrémité longitudinale inférieure, notée respectivement 110b, 120b et 130b, et des portions d’enceintes, notées respectivement 111, 121 et 131, délimitant des cellules partielles, notées respectivement 112, 122 et 132, s’étendant, selon la direction longitudinale L, entre l’extrémité longitudinale supérieure 110a, 120a, 130a, et l’extrémité longitudinale inférieure 110b, 120b, 130b de l’âme alvéolaire 110, 120, 130 correspondante.
Les âmes alvéolaires 110, 120 et 130 ont des cellules partielles 112, 122, 132 ayant une largeur comprise entre 0.95 et 2,5 cm et une hauteur comprise entre 5 et 30 mm, les alvéoles d’une même âme alvéolaire ayant toutes la même largeur et toutes la même hauteur.
La première toile métallique perforée 102 comprend, selon la direction longitudinale L, une première extrémité longitudinale 102a et une seconde extrémité longitudinale 102b. La première extrémité longitudinale 102a est en regard de l’extrémité longitudinale inférieure 110b de la première âme alvéolaire 110 et la seconde extrémité longitudinale 102b est en regard de l’extrémité longitudinale supérieure 120a de la deuxième âme longitudinale 120.
La première toile métallique perforée 102 comprend des perforations 102c formant des passages pour des ondes sonores. Le nombre de perforations 102c correspond au nombre de cellules 28 du cœur alvéolaire 24, et donc au nombre de cellules partielles 112, 122, 132 de chaque âme alvéolaire 110, 120, 130.
Chaque perforation 102c est distante d’une autre perforation 102c adjacente d’une longueur égale à la largeur d’une cellule 112, 122, 132 mesurée dans un plan comprenant la direction transversale T et la direction verticale V.
La deuxième toile métallique perforée 103 comprend, selon la direction longitudinale L, une première extrémité longitudinale 103a et une seconde extrémité longitudinale 103b. La première extrémité longitudinale 103a est en regard de l’extrémité longitudinale inférieure 120b de la deuxième âme alvéolaire 120 et la seconde extrémité longitudinale 103b est en regard de l’extrémité longitudinale supérieure 130a de la troisième âme longitudinale 130.
La deuxième toile métallique perforée 103 comprend des perforations 103c formant des passages pour des ondes sonores. Le nombre de perforations 103c correspond au nombre de cellules 28 du cœur alvéolaire 24, et donc au nombre de cellules partielles 112, 122, 132 de chaque âme alvéolaire 110, 120, 130.
Chaque perforation 103c est distante d’une autre perforation 103c adjacente d’une longueur égale à la largeur d’une cellule 112, 122, 132 mesurée dans un plan comprenant la direction transversale T et la direction verticale V.
Considérant la direction longitudinale L, les perforations 103c de la deuxième toile métallique perforée 103 et les perforations 102c de la première toile métallique perforée 102 sont décentrées. Ainsi, aucune perforation 103c de la deuxième toile métallique perforée 103 n’est alignée avec une perforation 102c de la première toile métallique perforée 102.
Les perforations 102c et 103c des première et deuxième toiles métalliques perforées ont des formes elliptiques sur l’exemple illustré sur la .
Sur la est présenté un ordinogramme d’un procédé de fabrication d’un panneau acoustique 12 de la selon un mode de mise en œuvre de l’invention avec un cœur alvéolaire 24 ayant une structure correspondant à celle illustrée sur la .
Dans une première étape 600, on forme la première toile métallique perforée 102 et la seconde toile métallique perforée 103, chacune à partir d’une toile métallique perforée selon un motif régulier pour former lesdits passages avec des passages elliptiques. Les toiles métalliques utilisées pour fabriquer les toiles métalliques perforées 102 et 103 ont une résistance acoustique à 105 cm/s d’au moins 100 rayls cgs, soit 1000 Pa.s/m.
Dans une deuxième étape 605, on forme une première âme alvéolaire 110, une deuxième âme alvéolaire 120 et une troisième âme alvéolaire 130 en résine thermoplastique.
Dans une deuxième étape 605, on forme une première âme alvéolaire 110, une deuxième âme alvéolaire 120 et une troisième âme alvéolaire 130 en résine thermoplastique.
Dans une troisième étape 610, on empile successivement d’avant en arrière selon la direction longitudinale L la deuxième toile métallique perforée 103 sur la troisième âme alvéolaire 130, puis la deuxième âme alvéolaire 120 sur la deuxième toile métallique perforée 103, puis la première toile métallique perforée 102 sur la deuxième âme alvéolaire 120, et enfin la première âme alvéolaire 110 sur la première toile métallique perforée 102. L’empilement est ajusté pour que les cellules partielles 111, 121, 131 soient alignées selon la direction longitudinale L, c’est-à-dire pour que chaque ensemble de trois cellules partielles 111, 121 et 131 forme une cellule 28, et pour que chaque perforation 102c et 103c soit à l’intérieur d’une cellule 28.
La troisième étape 610 peut comprendre l’adjonction d’une peau arrière pleine 26 à l’arrière de l’empilement, et l’adjonction d’une peau acoustique 22 à l’avant de l’empilement selon la direction longitudinale L. L’ajout de ces deux peaux peut également être réalisé après le soudage thermoplastique de la cinquième étape.
L’empilement ainsi obtenu à une hauteur mesurée dans la direction longitudinale L comprise entre 15 et 200 mm et typiquement de 60 mm.
Dans une quatrième étape 615, on applique une pression de compactage selon la direction longitudinale L sur l’empilement formant le cœur alvéolaire 24 obtenu à la troisième étape 610 ou sur le panneau acoustique 12. La pression de compactage est comprise de préférence entre 2 et 200 bars.
Dans une cinquième étape 620, on réalise un soudage thermoplastique tout en maintenant la pression de compactage.
Le soudage thermoplastique est un soudage par induction ou un soudage résistif. Il permet de réaliser une fonte locale du matériau thermoplastique et ainsi une fusion des âmes alvéolaires 110, 120, 130 entre elles et avec les toiles métalliques perforées 102 et 104. »
Dans le cas du soudage par induction, l’empilement formant le cœur alvéolaire 24 est introduit dans un champ magnétique qui fait s’échauffer les toiles métalliques perforées 102 et 103.
Dans le cas du soudage résistif, un courant électrique est appliqué sur les toiles métalliques perforées 102 et 103 pour chauffer les toiles par effet Joule.
Le soudage thermoplastique est réalisé à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de fusion des âmes alvéolaires thermoplastiques.
La température est pilotée par le courant électrique appliqué à ladite au moins une toile métallique perforée dans le cas d’un soudage résistif (typiquement avec une densité de puissance de 5 à 50 W/cm²), tandis que, dans le cas d’un soudage magnétique, la température est pilotée par la puissance magnétique (le rendement dépendant du choix de l’inducteur).
La cinquième étape de soudage thermoplastique peut comprendre une traction de des toiles métalliques perforées dans la direction transversale T et/ou la direction verticale V.
Le soudage thermoplastique se termine par un refroidissement de l’empilement à l’issue duquel l’ensemble formé par l’empilement est soudé ensemble.
Claims (15)
- Procédé de fabrication d’un panneau acoustique (12) à résonateurs pour nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef, le panneau acoustique (12) comportant des cellules acoustiques (28) accolées qui forment un cœur alvéolaire (24) , chaque cellule (28) s’étendant suivant un axe (L) de propagation acoustique des ondes sonores et comportant, à l’intérieur de la cellule (28), au moins un obstacle partiel (36, 38) qui s’étend transversalement par rapport à l’axe (L) de propagation acoustique et qui forme un passage (42, 102c, 103c) interne décentré par rapport au centre de la cellule (28) pour augmenter la longueur du chemin parcouru par les ondes sonores à travers la cellule (28),
le procédé de fabrication du panneau acoustique (12) comprenant :
- une étape (600) de formation d’au moins une toile métallique perforée (102, 103) selon un motif régulier pour former lesdits passages (42, 102c, 103c), le centre de chaque passage (42, 102c, 103c) étant séparé du centre des passages (42, 102c, 103c) adjacents par une distance correspondant à la largeur des cellules acoustiques (28), et chaque passage (42, 102c, 103c) ayant une taille inférieure à la taille d’une cellule acoustique (28) mesurée dans un plan perpendiculaire à une direction principale (L), la direction principale (L) étant parallèle l’axe de propagation acoustique (L),
- une étape (610) d’empilement selon la direction principale (L) d’une pluralité d’âmes alvéolaires (110, 120, 130) en résine thermoplastique et d’au moins une toile métallique perforée (102 ,103), deux âmes alvéolaires successives (110 et 120 ou 120 et 130) étant séparées par une toile métallique perforée (102, 103), chaque âme alvéolaire (110, 120, 130) comportant une pluralité d’alvéoles (112, 122, 132) accolées dans un plan orthogonal à la direction principale (L) et formant une portion de cellule acoustique dudit cœur alvéolaire (24) dans la direction principale (L), et chaque alvéole (112, 122, 132) d’une âme alvéolaire (110, 120, 130) étant en regard d’un passage (42, 102c, 103c) d’une toile métallique perforée (102, 103), ledit passage (42, 102c, 103c) et l’axe central de l’alvéole (28) n’étant pas alignés selon la direction principale (L),
- une étape (615) de compaction pendant laquelle une pression de compactage est appliquée selon la direction principale (L) de part et d’autre de l’empilement obtenu à la suite de l’étape d’empilement,
- et une étape (620) de soudage thermoplastique réalisée tout en maintenant la pression de compactage. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (620) de soudage thermoplastique comprend une traction de ladite au moins une toile métallique perforée (102, 103) dans au moins une direction perpendiculaire à la direction principale (L).
- Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre, préalablement à l’étape d’empilement (610), une étape d’imprégnation de ladite au moins une toile métallique perforée (102, 103) avec une résine thermoplastique ou une étape de collage d’un film thermoplastique pur à la ou chaque toile métallique perforée.
- Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre, préalablement à l’étape d’empilement, une étape d’imprégnation du cœur alvéolaire avec une résine thermoplastique ou une étape de collage d’un film thermoplastique pur au cœur alvéolaire.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le soudage thermoplastique est réalisé à une température comprise entre la température de transition vitreuse pour des thermoplastiques amorphes, et à une température avoisinant la température de fusion des âmes alvéolaires pour des thermoplastiques semi-cristallins.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le soudage thermoplastique est un soudage par induction ou un soudage résistif.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel lorsque le panneau acoustique (12) comprend au moins deux toiles métalliques perforées (102, 103), les passages (102c, 103c) de deux toiles métalliques perforées successives (102, 103) selon la direction principale (L) sont non-alignés selon la direction principale (L).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant en outre, préalablement à l’étape d’empilement (610), une étape (605) de formation des âmes alvéolaires (110, 120, 130) avec des alvéoles (112, 122, 132) ayant une largeur comprise entre 0.95 et 2,5 cm et une hauteur comprise entre 5 et 100 mm, les alvéoles d’une même âme alvéolaire ayant toutes la même largeur et toutes la même hauteur.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape d’empilement (610) des âmes alvéolaires et de ladite au moins une toile métallique perforée comprend la formation d’un empilement compris entre 15 et 200 mm de hauteur selon la direction principale.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les passages (102c, 103C) réalisés lors de l’étape (600) de formation d’au moins une toile métallique perforée ont tous la même forme avec une première dimension selon une première direction plus longue qu’une seconde dimension selon une seconde direction, la première direction étant orthogonale à la seconde direction, et la première et la seconde directions étant orthogonales à ladite direction principale.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel l’étape d’empilement (610) des âmes alvéolaires et de ladite au moins une toile métallique perforée comprend la formation d’un empilement ayant, selon la direction principale (L), une première face et une seconde face, le procédé comprenant en outre une fermeture de la première face dudit empilement par une peau acoustiquement réfléchissante, et une fermeture de la seconde face dudit empilement par une peau acoustiquement transparente.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans laquelle l’étape (600) de formation d’au moins une toile métallique perforée (102, 103) comprend une utilisation d’une toile ayant une résistance acoustique à 105 cm/s d’au moins 1000 Pa.s/m.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel la résine thermoplastique est accompagnée de charges ou de fibres courtes.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel la pression de compactage est comprise entre 10 et 200 bars.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel chaque passage est formé par une pluralité d’orifices adjacents.
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