WO2011048323A2 - Dispositif d'absorption acoustique - Google Patents
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Abstract
Le dispositif d'absorption acoustique comporte une structure multicouche (10) traversée par une pluralité de canaux (1) formant un réseau poreux et rendant le dispositif perméable dans son épaisseur (e). Ces canaux (1) présentent des changements de section et résultent d'une superposition de conduits (2) formés dans les couches respectives. La structure multicouche comprend au moins deux couches superposées ayant un même ordre de grandeur d'épaisseur, les épaisseurs des deux couches étant définies par la distance mesurée entre deux discontinuités (3) successives dudit réseau poreux. Les décalages ou transitions de section dans l'empilement des couches élémentaires (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) procurent une géométrie de canaux qui améliore l'absorption acoustique par rapport à un empilement homogène (empilement en phase) de couches élémentaires. Ceci permet de mieux dissiper les champs acoustiques en incidence oblique.
Description
Dispositif d'absorption acoustique
La présente invention concerne un dispositif d'absorption acoustique. Le dispositif selon l'invention est utilisé par exemple pour atténuer le niveau sonore à proximité d'un ensemble motorisé.
Des panneaux insonorisants ou équipements analogues sont utilisés pour réduire les émissions sonores. Ces panneaux sont en général disposés directement en paroi d'écoulement afin d'atténuer l'énergie acoustique engendrée par la ou les sources de bruit. L'atténuation doit être importante car l'émission sonore d'un ensemble motorisé peut atteindre 170 dB, valeur bien supérieure au seuil de douleur auditive évalué à 120 dB.
Un procédé connu pour réaliser des structures de panneaux insonorisants est décrit dans le brevet US 4 421 81 1 . Ce document propose de réaliser des panneaux insonorisants par une structure alternant de fines plaques percées localement de quelques trous et d'épaisses couches d'alvéoles, pour former un agencement en résonateur de Helmholtz.
Ce genre de structure prévoit une épaisseur de couche importante pour les alvéoles. En effet, avec des alvéoles plus allongées, on obtient un déplacement du pic d'absorption vers les plus basses fréquences. Ainsi, pour une même plage de fréquences et une même différence entre la surface de la section d'un orifice d'entrée et la surface de l'alvéole, une alvéole de longueur importante va permettre une atténuation pour des basses fréquences, alors qu'une alvéole plus courte va permettre une atténuation pour des hautes fréquences. Dans ces deux cas, la courbe d'atténuation générée par l'alvéole est d'allure sensiblement sinusoïdale, sans obtention d'un effet significatif d'élargissement du spectre des fréquences atténuées. Autrement dit, certaines fréquences de la plage de fréquences seront atténuées alors que d'autres ne le seront pas ou peu.
Un inconvénient de ces systèmes est l'encombrement généré par les couches alvéolaires, ce qui limite son utilisation. Par ailleurs, le fait de réduire le nombre de couches alvéolaires ou de diminuer la longueur des alvéoles n'est généralement pas souhaitable si l'on veut conserver une efficacité optimale d'absorption acoustique.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'absorption acoustique efficace et dont la structure est plus adaptable à différentes contraintes d'utilisation.
A cet effet, il est proposé selon l'invention un dispositif d'absorption acoustique présentant une structure multicouche traversée par une pluralité de canaux formant un réseau poreux et rendant le dispositif perméable dans son épaisseur, les couches étant chacune obtenues à partir d'un matériau rigide, lesdits canaux résultant chacun d'une superposition de conduits formés dans les couches respectives, caractérisé en ce que les conduits superposés deux à deux forment des discontinuités, de sorte que les canaux présentent des changements de section et de morphologie, la section maximale de passage des canaux présentant un diamètre ou une dimension caractéristique équivalente inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence inférieure ou égale à 3 mm, la structure multicouche comprenant au moins deux couches élémentaires directement superposées ayant un même ordre de grandeur d'épaisseur, les épaisseurs des deux couches étant définies par la distance mesurée entre deux discontinuités successives dudit réseau poreux.
Grâce à ces dispositions, il est permis d'obtenir une absorption acoustique en utilisant une structure mécanique permettant le cas échéant de supporter, par exemple, des efforts dynamiques de flexion et de torsion (dispositif plus structural). Il est également permis de mieux dissiper les champs acoustiques en incidence oblique. En outre, l'épaisseur de l'ensemble peut être ajustée plus aisément sans nécessairement réduire l'efficacité d'absorption thermique, par exemple en optimisant les effets de dissipation visco-thermique. Les changements de section successifs permettent d'obtenir des sections de passage minimales réduites à, par exemple, le quart ou la moitié de la section maximale du canal. A titre d'exemple et de manière non limitative, cette section maximale peut être inférieure à 20 mm2 et le nombre de canaux par m2 peut être supérieur à 10000. L'écoulement global du fluide est ainsi subdivisé en une pluralité d'écoulements. La tortuosité de chacun des petits canaux à section variable induit pour chacun de ces écoulements une dissipation à l'intérieur de la structure (cisaillement du fluide dans les couches limites apparaissant sur les parois internes du canal et dissipation thermique par frottement et échauffement au sein du fluide).
Selon une particularité, la structure multicouche comprend au moins trois couches superposées ayant un même ordre de grandeur d'épaisseur.
Selon une particularité, les canaux de la structure multicouche comprennent chacun au moins un conduit intermédiaire disposé entre deux autres conduits avec lesquels il est en communication, le volume intérieur dudit conduit intermédiaire étant plus large que les uniques passages de transition respectivement définis avec
les deux autres conduits. Cette disposition permet une dissipation visco-thermique à l'intérieur du conduit intermédiaire.
Selon une particularité, le conduit intermédiaire est le seul en position intermédiaire entre les deux autres conduits, ces deux conduits étant les seuls à communiquer directement avec ledit conduit intermédiaire. Plus généralement les conduits sont dans ce cas juxtaposés deux à deux (le nombre de passages de transition entre conduits étant alors de N-1 lorsque le canal est constitué d'une superposition de N conduits), de sorte que les étranglements sont prévus en série et non pas en parallèle. On comprend ainsi que l'écoulement de fluide à travers un canal est soumis à un cisaillement élevé, notamment au niveau des étranglements.
Dans divers modes de réalisation du dispositif d'absorption acoustique structurel selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
deux couches directement superposées sont obtenues à partir du même matériau rigide ;
la structure multicouche comprend au moins deux couches formées d'une seule pièce ;
deux couches élémentaires de la structure multicouche sont identiques et positionnées de façon décalées l'une par rapport à l'autre pour établir une rupture de la continuité et/ou de la concordance, d'une majeure partie ou de la totalité des conduits desdites deux couches élémentaires ;
des conduits sont constitués de tronçons de tubes assemblés entre eux tangentiellement ;
la structure multicouche comporte au moins deux couches successives constituées chacune de tronçons de tubes de même diamètre ; la structure multicouche comprend au moins deux couches successives qui sont constituées de tronçons de tubes disposés sous la forme d'un pavage du plan apériodique, quasi-périodique ou périodique ; la structure multicouche comprend au moins deux couches successives qui sont assemblées avec un décalage angulaire différent de celui qui provoque des invariances par rotation ;
la structure multicouche comprend au moins deux couches superposées qui sont constituées de tronçons de tubes en matériaux différents ; la structure multicouche comprend au moins deux couches superposées
qui sont constituées de tronçons de tubes en matériaux identiques ; une discontinuité du réseau poreux résulte de l'une au moins parmi les variations suivantes :
o la variation inter-couches de l'agencement des conduits ;
o la variation dans chacun des canaux des dimensions entre deux conduits successifs ;
o la variation dans chacun des canaux de l'orientation entre deux conduits successifs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints dans lesquels :
la figure 1 représente une vue en coupe d'une structure multicouche monolithique correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue en coupe fragmentée des couches de la structure d'un dispositif d'absorption acoustique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 3 représente une vue en perspective éclatée de deux couches utilisables dans un dispositif d'absorption acoustique selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
les figures 4 et 5 sont des vues en coupe fragmentée des couches de la structure d'un dispositif d'absorption acoustique respectivement selon un quatrième et un cinquième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 6 est une vue en coupe fragmentée des couches de la structure d'un dispositif d'absorption acoustique selon un sixième mode de réalisation de l'invention ;
les figures 7A et 7B illustrent des exemples de couches obtenus par assemblage de cellules élémentaires ;
la figure 8 illustre un exemple de couche du réseau poreux obtenue à partir d'éléments non poreux.
Dans ce qui suit, on appelle canal 1 une voie de communication traversant une structure et pouvant inclure une ou plusieurs entrées du côté amont et une ou plusieurs sorties du côté aval. Par ailleurs l'expression tube est comprise dans son acceptation la plus large, sans se limiter à une forme cylindrique ou proche du cylindre.
En référence à la figure 1 , le dispositif d'absorption acoustique peut présenter une structure multicouche 10 traversée par une pluralité de canaux 1 formant un réseau poreux. Le dispositif incorporant cette structure 10 est perméable dans son épaisseur et peut comprendre des extrémités poreuses et/ou des parois latérales agencées pour maintenir la structure multicouche 10 dans une position de fonctionnement.
L'évolution de la section des canaux 1 peut être paramétrée au préalable lors d'une étape de définition de la géométrie de la structure multicouche 10. Cette étape de définition est réalisée grâce à un logiciel de CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Une structure 3D est dessinée avec des canaux 1 qui se décomposent en conduits 2 et débouchent dans un côté aval. La superposition de conduits 2 dont les formes géométriques varient confère une forme complexe aux canaux. Les canaux 1 peuvent être identiques entre eux. Ici, les canaux 1 présentent une succession de cols, d'augmentations ou de diminutions progressives de section comme cela est visible sur la figure 1 .
L'objet dessiné par CAO peut être importé dans une machine de prototypage rapide (de type Zcorp, Voxeljet, etc.). De cette manière on peut obtenir rapidement un objet monolithique (d'un seul tenant) en polymère ou en métal présentant le réseau poreux souhaité. Les variations locales de la morphologie du réseau poreux définissent les couches successives 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17 ,18 ,19 du dispositif d'absorption acoustique. L'optimisation de la géométrie de telles couches peut être réalisée grâce à une modélisation en mécanique des fluides.
Cet objet monolithique peut être utilisé en tant que tel ou inséré dans une structure faite d'un empilement de tels objets, en s'assurant de la porosité de l'empilement, dans l'idée de diversifier et complexifier la morphologie du réseau poreux afin d'élargir le spectre des fréquences absorbées. On obtient alors une structure ayant un réseau de porosités propice à l'absorption d'une large gamme de fréquences.
La répartition des entrées et des sorties des canaux 1 est ici régulière au sein de la structure multicouche 10. L'épaisseur e de la structure est prédéfinie en fonction des besoins. La section maximale des canaux 1 est maintenue inférieure à 20 mm2, pour éviter de trop réduire les effets de dispersion visco-thermique. Ces effets sont avantageusement obtenus à l'aide des changements de section entre les conduits 2 d'un même canal 1 . Dans l'exemple non limitatif d'une structure 10 formée d'une seule pièce, les couches 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 sont
chacune définies entre deux discontinuités 3 successives du réseau poreux. Ici la frontière entre deux conduits 2 superposés est définie par une arête annulaire. Naturellement, la structure multicouche 10 peut en variante résulter d'un assemblage de couches et/ou comporter au moins deux couches formées d'une seule pièce et d'autres couches rapportées. La structure peut être obtenue à partir d'un même matériau, par exemple de l'acier inoxydable de type 304 L ou un matériau plastique rigide.
Les couches de la structure multicouche 10 présentent de préférence des épaisseurs comparables, du même ordre de grandeur. Deux conduits successifs 2 ont ainsi, entre leurs longueurs respectives, un ratio qui n'excède pas de préférence 1 :10.
Toujours en référence à la figure 1 , on comprend que par un choix judicieux des couches élémentaires 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, il est permis d'augmenter le parcours de l'onde au travers de sections qui varient fortement et rapidement. La dissipation visqueuse est maximisée pour de petites sections, correspondant notamment aux conduits 2 des couches 12-13 et 18-19, tandis que la dissipation thermique est maximisée pour de grandes sections, correspondant notamment aux conduits 2 des couches 16-17. On comprend qu'en cumulant ces deux mécanismes, la dissipation d'énergie acoustique est améliorée et produit des effets sur une large bande de fréquences.
L'écoulement d'une couche à l'autre à travers un unique passage de transition 4 entre les conduits 2 d'un même canal 1 permet de faire pénétrer l'onde acoustique au cœur du matériau via les élargissements de section réalisés au niveau des couches 14 et 16. Le rétrécissement en une fois de la section au niveau de la couche 18 augmente le phénomène de dissipation visqueuse sur les parois internes de la structure multicouche 10. Dans ce mode de réalisation, les passages de transition 4 correspondent à des conduits de couches 12, 14, 16 dont l'épaisseur est de l'ordre d'un quart de l'épaisseur moyenne des autres couches 1 1 , 13, 15, 17. Alternativement, le passage de transition 4 peut être simplement défini au niveau de la zone de chevauchement entre deux conduits 2 de deux couches successives.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 , chaque conduit 2 en position intermédiaire entre deux autres conduits du même canal 1 définit pour ce canal 1 une voie unique de passage dans la couche correspondante. Ainsi, les canaux 1 de la structure multicouche 10 comprennent chacun au niveau des élargissements un conduit 2 intermédiaire dont le volume intérieur 200 associé, plus large, présente
des zones périphériques qui ne sont en regard ni du passage d'entrée ni, le cas échéant, en regard du passage de sortie du conduit 2. Le surplus de volume formé par ces zones périphériques permet une dissipation thermique à l'intérieur du conduit 2. Quant à la dissipation visqueuse, celle-ci est obtenue au niveau des rétrécissements de section en amont et en aval de ce volume intérieur 200.
Des effets similaires sont obtenus avec le mode de réalisation de la figure 2. Le nombre de couches est ici réduit en l'absence de conduits 2 coniques (quatre couches supprimées). Les cinq couches 21 , 22, 23, 24, 25 comprennent des conduits 2 étroits au niveau de l'entrée, de la sortie et de la troisième couche intermédiaire, tandis que les conduits 2 de la deuxième couche 22 et de la quatrième couche 24 sont plus larges. L'élargissement correspond par exemple à un agrandissement de 50% de la section. La forme de section des conduits 2 dans l'exemple des figures 1 et 2 peut être circulaire ou alternativement peut correspondre à toute forme de courbe fermée : forme ovoïde, triangulaire, carrée, rectangulaire, hexagonale, pétaloïde, ou combinant ces formes. Ces variantes de format sont valables pour tous les exemples qui suivent, au moins pour les exemples des figures 3-5.
En référence à la figure 2, les matériaux de départ, pour cette forme de réalisation de la structure multicouche 20, sont des tôles perforées en acier inoxydable de type 304 L qui constituent les cinq couches respectives 21 , 22, 23, 24, 25. Des mêmes tôles peuvent être utilisées pour former les première, troisième et cinquième couches 21 , 23, 25. Dans cet exemple, les perforations ont une section circulaire et chacune des couches 21 , 23, 25 présente une épaisseur sensiblement constante de 2 mm et des conduits 2 de 2 mm de diamètre. Les couches intermédiaires 22, 24 sont également formées, chacune, par une tôle de plus grande épaisseur, par exemple de 3 mm d'épaisseur, avec des conduits 2 à section circulaire dont le diamètre est de 3 mm.
La structure multicouche 20 représentée à la figure 2 est obtenue en superposant alternativement les deux types de tôles de manière à respecter la coaxialité des conduits 2 d'une couche à l'autre. Pour chacune des couches 21 , 22,
23, 24, 25, le réseau de conduits 2 est alors régulier et correspond à un pavage périodique du plan de type carré, c'est-à-dire avec un alignement des conduits 2 selon les deux directions du plan (en lignes et en colonnes).
Cependant, on induit tout de même une rupture de géométrie des conduits d'une couche à l'autre, du fait de la variation de section des canaux 1 lors des
transitions entre les couches. La superposition des conduits 2 permet ainsi de réaliser une structure ayant un réseau de canaux 1 propice à l'absorption d'une large gamme de fréquences.
Dans l'exemple de la figure 2, les différentes couches 21 , 22, 23, 24, 25 sont chacune constituées d'un matériau monolithique, contrairement au cas de l'exemple de la figure 1 où toute la structure est monolithique. Naturellement, lors de la mise en œuvre de la structure multicouche 20 dans un dispositif d'absorption, les couches 21 , 22, 23, 24, 25 sont en contact les unes avec les autres, par exemple en étant maintenues superposées et/ou assemblées par des techniques connues (soudage, brasage, collage, par exemple).
Les structures multicouches 10, 20 illustrées dans les figures 1 -2 comprennent chacune un nombre de couches supérieur à trois, ici au moins égal à cinq, pour atténuer efficacement le niveau sonore. Les couches superposées ont par exemple toutes un même ordre de grandeur d'épaisseur, dans le cas présent cette épaisseur étant constante. Dans ces exemples, le diamètre maximum des conduits les plus larges est de l'ordre de 3-5 mm (par exemple 5 mm pour la couche 17 dans l'exemple de la figure 1 ). Plus généralement, la section maximale de passage pour l'écoulement des canaux 1 peut présenter un diamètre ou une dimension caractéristique d équivalente inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence inférieure ou égale à 3 mm.
Dans l'exemple des figures 1 -2, les couches présentent des conduits 2 de forme homogène au sein d'une même couche, pour une plus grande facilité de fabrication. Néanmoins les dimensions des conduits 2 peuvent aussi varier au sein d'une même couche, comme dans l'exemple illustré à la figure 3.
Comme cela est visible sur la figure 3, une géométrie de pavage plus complexe peut être utilisée pour au moins une couche 32 de la structure 30. L'épaisseur de cette couche peut être de l'ordre de 2 mm. La tôle formant la couche 31 peut être identique ou similaire à la tôle formant les couches 21 , 23, 25 dans l'exemple de la figure 2. Les épaisseurs des couches 31 , 32 sont donc ici identiques. La tôle formant la couche 32 présente deux séries de conduits 2 cylindriques. Les conduits 2 de la première série de conduits ont un diamètre de 2 mm, tandis que les conduits 2 de la deuxième série ont un diamètre de 5 mm. La distribution des conduits 2 correspond à un pavage hexagonal du plan, avec chacun des conduits 2 d'une série entouré de quatre conduits de l'autre série selon un agencement en quinconce, et de deux conduits 2 de la même série alignés.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, La superposition de la couche 31 sur la couche 32 en respectant la coaxialité des conduits 2 d'une couche à l'autre, permet de créer une structure bicouche constituée d'un réseau complexe de porosités. Alors que certains conduits 2 de la couche 31 ne vont pas déboucher car n'ayant pas de vis à vis dans la couche 32, d'autres ne vont présenter aucune discontinuité au niveau de leur débouché, entre les deux couches 31 , 32. Enfin d'autres conduits 2 de la couche 31 vont déboucher sur un conduit bien plus large de la couche 32, avec un soudain élargissement. De préférence, une majorité des conduits 2 de la couche 31 débouche dans les conduits 2 de la couche suivante 32. Dans cet exemple, environ un tiers des conduits 2 de la couche 31 sont sans issue.
En introduisant à la fois une rupture de la géométrie et de l'agencement des canaux 1 entre les deux couches successives 31 , 32, on réalise une structure multicouche 30 ayant un réseau de porosités adapté pour l'absorption d'une large gamme de fréquences.
L'invention va à présent être décrite en liaison avec les figures 4 et 5.
En référence à la figure 4, la structure multicouche 40 présente trois couches 41 , 43, 45 similaires de 2 mm d'épaisseur et dont les conduits 2 ont une section d'environ 2 mm de diamètre. Outre ces trois couches 41 , 43, 45, deux couches identiques intermédiaires 42, 44 de 2 mm d'épaisseur sont prévues. Le réseau de canaux 1 est similaire à celui des figures 1 -2, mais diffère en ce que l'orientation générale des conduits 2 est modifiée d'une couche à l'autre. Les couches intermédiaires 42, 44 présentent des conduits 2 inclinés et ayant une section comparable à celle des conduits 2 des autres couches 41 , 43, 45.
La superposition successive des couches 41 , 42, 43, 44, 45 est réalisée de façon à permettre la connexion de façon coaxiale entre les conduits 2 aux différentes interfaces. La couche 43 représentée à la figure 4 est ainsi translatée pour faire la connexion avec les conduits 2 des couches adjacentes 42, 44. Les canaux 1 obtenus présentent une tortuosité accrue. Ici les conduits 2 des couches 42, 44 présentent entre eux un décalage angulaire d'environ 90°, résultant de la rotation à 180 ° du pavage entre les deux couches identiques 42, 44, et l'angle de déviation formé avec les conduits 2 de la couche 43 est de l'ordre de 45°. Ainsi, le fluide s'écoulant dans le réseau poreux formé par la structure multicouche 40 a plus de chemin à parcourir au contact des parois internes. Il en résulte une dissipation visco-thermique plus importante de l'énergie acoustique. En introduisant une rupture d'orientation des conduits 2 d'un même canal 1 d'une couche à l'autre, on
réalise une structure 40 dont le réseau de porosités permet l'absorption d'une large gamme de fréquences.
En référence à la figure 5, la structure multicouche 50 est obtenue en procédant comme dans l'exemple de la figure 4, à la différence que les couches 52 et 54 sont formées par des tôles ayant des conduits 2 de plus grand diamètre, par exemple de 3 mm au lieu de 2 mm. Dans ce mode de réalisation, en plus d'une rupture d'orientation des conduits 2 d'un même canal 1 d'une couche à l'autre, on introduit une rupture de leur géométrie. Ceci permet d'améliorer, grâce au surplus de volume des conduits inclinés 2, les propriétés d'absorption du dispositif acoustique.
On comprend que, dans une variante de réalisation, les couches 42, 44 ou les couches 52, 54 peuvent aussi être directement superposées. Plus généralement, la structure peut présenter au moins deux couches successives qui sont assemblées avec un décalage angulaire différent de celui qui provoque des invariances par rotation. L'axe central des conduits 2 de ces couches successives peut être incliné ou non.
L'invention va à présent être décrite en liaison avec la figure 6.
Dans ce mode de réalisation, la structure multicouche 60 comporte des couches successives, par exemple cinq couches 61 , 62, 63, 64, 65 dont les conduits 2 ont tous le même diamètre. Trois couches 61 , 63, 65 sont identiques avec une épaisseur de 2 mm d'épaisseur et des conduits 2 ayant une section de 2 mm de diamètre. Ces couches 61 , 63, 65 sont réalisées à partir de tôles métalliques. Outre ces trois couches 61 , 63, 65, deux couches identiques intermédiaires 62, 64 ayant 3,5 mm d'épaisseur sont prévues. Ces deux couches 62, 64 intercalaires peuvent être réalisées dans un matériau élastomère.
Comme cela est visible sur la figure 6, les conduits 2 allongés des couches 62, 64 sont décalés latéralement d'un demi-diamètre des ouvertures des conduits 2 plus courts appartenant aux couches adjacentes 61 , 63, 65. La structure multicouche 60 obtenue, grâce à ce décalage, présente ainsi une discontinuité de la morphologie du réseau poreux qui permet d'améliorer les propriétés d'absorption du dispositif acoustique. L'épaisseur des couches 62, 64 est ici suffisante pour absorber des vibrations.
On comprend que le fait d'utiliser des couches 62, 64 dans un matériau différent présente un intérêt dans le cas où la structure multicouche 60 aurait plusieurs fonctions à remplir en réponse à un cahier des charges. Par exemple, le
fait d'utiliser certaines couches en élastomère permet d'absorber les vibrations. De même, pour des applications à hautes températures comme l'atténuation des bruits de combustion dans les turbomachines, on peut tout à fait envisager une première couche en céramique réfractaire ou en superalliage à base de nickel pour les parties en contact avec les gaz chauds, jouant un rôle de barrière thermique et permettant d'utiliser des matériaux ayant de moins bonnes propriétés de tenue en température (résistance à l'oxydation par exemple), mais moins onéreux, pour les couches suivantes.
Bien sur, à l'exception du cas illustré à la figure 1 qui correspond à des dispositifs monolithiques (où les couches 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 sont uniquement morphologiques), tous les exemples décrits précédemment en liaison avec les figures 2-5 peuvent être généralisés au cas de dispositifs multi-matériaux. Il en va de même pour les dispositifs décrits ci-après en référence avec les figures 7A, 7B et 8.
Dans l'exemple des figures 7A et 7B, on prévoit qu'une ou plusieurs des couches de la structure multicouche du dispositif d'absorption résulte d'un assemblage ou d'une juxtaposition d'éléments tubulaires définissant chacun un unique conduit 2.
Le matériau de départ est ainsi un élément tubulaire creux T à section circulaire en alliage métallique, comme par exemple l'Inconel® 600. Les diamètres intérieur et extérieur, de l'élément tubulaire T utilisé pour réaliser la couche 72, sont ici de 1 ,8 mm et 2 mm respectivement. Pour la couche 71 , la section est carrée et les dimensions caractéristiques sont également 1 ,8 mm et 2 mm respectivement pour le côté intérieur et le côté extérieur.
La fabrication de la couche 72 peut être réalisée en deux temps. Des tronçons initialement de 40 mm de long chacun sont d'abord rangés verticalement dans un moule de façon à former un pavage hexagonal du plan. Ensuite, les éléments tubulaires sont soudés entre eux électriquement ou en variante sont brasés selon des techniques connues. Le corps obtenu est alors découpé en tranches de 10 mm d'épaisseur pour former les couches 72 comme illustré dans la figure 7B. La découpe peut se faire par électroérosion, tronçonnage ou sciage, par exemple. Une telle couche possède naturellement un réseau de porosités bi- modale. En effet, les conduits 2 sont formés par le creux des éléments tubulaires T d'une part, et par les espacements entre éléments tubulaires T voisins d'autre part.
En partant d'un tube à section carrée de côté 2 mm et d'épaisseur de paroi
0,2 mm, et en appliquant la même procédure que celle décrite ci-dessus, il est permis d'obtenir des couches 71 comme illustré à la figure 7A.
Une structure multicouche peut être formée en assemblant entre elles les différentes couches élémentaires ainsi obtenues, en réalisant une translation d'un demi-diamètre externe de tube dans le cas des couches 72 ou d'un demi-côté dans le cas des couches 71 , entre les couches successives. En variante, on peut superposer les couches 71 , 72, soit de façon décalée, soit en conservant la coaxialité des pores d'une couche à l'autre. On obtient alors une structure ayant un réseau de porosité propice à l'absorption d'une large gamme de fréquences.
Même si dans cet exemple on utilise le même genre de tubes pour former les éléments tubulaires T des différentes couches de la structure, il est également permis d'utiliser des éléments tubulaires T en matériaux différents (acier et alumine par exemple). On peut aussi prévoir d'assembler, au sein d'une même couche, des éléments tubulaires T réalisée en différents matériaux. Une couche peut ainsi être, elle-même, une structure multi-matériau.
Le pavage montré dans les figures 7A et 7B est périodique. Néanmoins, dans des variantes de réalisation, la structure multicouche 30 peut comporter au moins deux couches successives dont les conduits 2 sont constitués de tronçons de tubes ou éléments tubulaires T disposés sous la forme d'un pavage apériodique ou quasi-périodique.
On comprend que, en raison de la diversité des matériaux et de la morphologie du réseau poreux résultant de l'agencement de telles couches 71 , 72, il est permis d'adapter des dispositifs d'absorption acoustiques en fonction des besoins.
L'invention va à présent être décrite en liaison avec la figure 8.
Dans cet exemple, des conduits 2 sont constitués de pièces dépourvues de porosité et assemblées entre elles tangentiellement. La couche élémentaire 80 du dispositif d'absorption acoustique résulte de l'assemblage de ces pièces. C'est au cours de cet assemblage que les conduits 2 sont formés.
En référence à la figure 8, les pièces correspondent à des tôles de 2 mm d'épaisseur. Les pièces 81 , 83, 85 sont sensiblement plates, les autres pièces 82,
84 étant crénelées ou ondulées. Un emboutissage de façon triangulaire permet ici d'obtenir les pièces 82, 84. En juxtaposant puis en assemblant successivement des tôles 81 , 83, 85 et des tôles 82, 84, on crée la couche élémentaire 80 comme illustrée à la figure 8. Ici encore, le matériau constitutif des tôles peut être librement choisi en fonction des besoins. La superposition de plusieurs couches 80 permet
d'obtenir une structure multicouche. Les couches 80 sont alors préférentiellement assemblées de façon décalée afin d'introduire une discontinuité dans la section de chacun des canaux 1 , ce qui permet d'améliorer les propriétés acoustiques du dispositif d'absorption acoustique sur une gamme de fréquences importante.
Un des avantages de la structure multicouche présentant des décalages ou transitions dans l'empilement des couches élémentaires d'épaisseurs comparables est une meilleure absorption acoustique par rapport à un empilement homogène (empilement en phase) de couches élémentaires, tout en conservant des avantages structuraux, avec de bonnes caractéristiques mécaniques. En outre il est permis, grâce à un tel décalage et/ou grâce à la conformation particulière des canaux, d'augmenter la tortuosité. L'augmentation de la tortuosité (en maintenant constant d'autres paramètres telle que la porosité, la section de passage et l'épaisseur totale e) conduit à élargir le spectre des fréquences atténuées. En particulier d'après le modèle de Lafarge-Pride, les fréquences de l'ordre de 1000 Hz peuvent être nettement mieux atténuées avec le dispositif à quatre couches selon l'invention par rapport à un empilement dépourvu de décalages entre les couches. En outre, les fréquences de l'ordre de 5000 Hz sont également mieux atténuées.
De manière surprenante, il a été constaté lors d'expériences avec une mesure d'absorption acoustique par un tube de Kundt (type de mesure connue en soi) que le choix de réduire la section maximale de passage des canaux 1 à des dimensions de l'ordre de 1 à 3 mm (tandis que la section minimale peut être inférieure à 0,5 mm et par exemple de l'ordre de 0,2 mm) a un impact sur le comportement acoustique de la structure multicouche. On constate ainsi que le comportement acoustique obtenu diffère d'un comportement de type résonateur d'HelmhoItz (le spectre d'absorption caractéristique d'un tel résonateur est centré sur une fréquence et décroît très rapidement autour de celle-ci).
Dans les modes de réalisation avec une structure multicouche dans laquelle les sections de passage ne dépassent pas une dimension caractéristique de 5 mm, non seulement la décroissance après le premier pic est assez lente mais il s'ensuit un second pic d'absorption pour des fréquences plus élevées, ce grâce à quoi l'absorption est davantage large bande. Selon les inventeurs, le fait de prévoir seulement des passages plus étroits que 5 mm augmente de manière très significative le frottement et l'échange thermique de l'air au contact du réseau interne (effet de dissipation). Cet effet est encore plus visible lorsque les passages sont tous réduits avec une dimension caractéristique inférieure à 3 mm. De plus, le
nombre de couches peut être encore réduit et/ou l'épaisseur totale peut être minimisée, tout en obtenant des effets très significatifs d'absorption acoustique, lorsque les sections de passage ont une dimension caractéristique inférieure ou égale à 1 mm.
Une structure multicouche présente l'intérêt de pouvoir allonger considérablement la distance effective parcourue par le fluide dans la structure poreuse en jouant sur la complexité et la tortuosité du réseau de pores, et cela sans modifier l'épaisseur totale de la structure. Il en résulte une dissipation plus importante et donc une amélioration de l'absorption. De même, les variations de section des pores d'une couche à l'autre dans le cas des structures multicouches permettent d'élargir le spectre d'absorption du matériau.
Un autre des avantages est que le dispositif peut comporter une superposition d'un nombre raisonnable (par exemple pas plus de 10) de couches dont l'épaisseur est du même ordre de grandeur que la dimension caractéristique de la section des conduits 2 de cette couche. La longueur relativement faible des conduits 2, par exemple comprise entre 0,5 et 6 mm, facilite ainsi la conception du dispositif d'absorption acoustique.
Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. En particulier, il est permis de combiner n'importe quelle couche d'un des modes de réalisation décrits avec d'autres couches décrites en liaison avec d'autres modes de réalisation.
Claims
1 . Dispositif d'absorption acoustique, présentant une structure multicouche (10 ;20 ;30 ;40 ;50 ;60 ; 70 ;80) traversée par une pluralité de canaux (1 ) formant un réseau poreux et rendant le dispositif perméable dans son épaisseur (e), , les couches étant chacune obtenues à partir d'un matériau rigide, lesdits canaux résultant chacun d'une superposition de conduits (2) formés dans les couches respectives, caractérisé en ce que les conduits (2) superposés deux à deux forment des discontinuités, de sorte que les canaux (1 ) présentent des changements de section et de morphologie, la section maximale de passage des canaux (1 ) présentant un diamètre ou une dimension caractéristique équivalente inférieure ou égale à 5 mm, et de préférence inférieure ou égale à 3 mm, la structure multicouche comprenant au moins deux couches élémentaires directement superposées ayant un même ordre de grandeur d'épaisseur, les épaisseurs des deux couches étant définies par la distance mesurée entre deux discontinuités (3) successives dudit réseau poreux.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel la structure multicouche comprend au moins trois couches superposées ayant un même ordre de grandeur d'épaisseur.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les canaux
(1 ) de la structure multicouche comprennent chacun au moins un conduit intermédiaire disposé entre deux autres conduits avec lesquels il est en communication, et dans lequel le volume intérieur (200) dudit conduit intermédiaire est plus large que les uniques passages de transition respectivement définis avec les deux autres conduits.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit conduit intermédiaire est le seul à être disposé en position intermédiaire entre lesdits deux autres conduits qui sont les seuls à communiquer directement avec ledit conduit intermédiaire.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel deux couches directement superposées sont obtenues à partir du même matériau rigide.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la structure multicouche comprend au moins deux couches formées d'une seule pièce.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel deux couches élémentaires de la structure multicouche sont identiques et positionnées de façon décalées l'une par rapport à l'autre pour établir une rupture de la continuité et/ou de la concordance, d'une majeure partie ou de la totalité des conduits (2) desdites deux couches élémentaires.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel des conduits sont constitués de tronçons de tubes (T) assemblés entre eux tangentiellement.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la structure multicouche comporte au moins deux couches successives constituées chacune de tronçons de tubes (T) de même diamètre.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la structure multicouche comprend au moins deux couches successives qui sont constituées de tronçons de tubes (T) disposés sous la forme d'un pavage apériodique, quasi-périodique ou périodique.
1 1 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la structure multicouche comprend au moins deux couches successives qui sont assemblées avec un décalage angulaire différent de celui qui provoque des invariances par rotation.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , dans lequel la structure multicouche comprend au moins deux couches superposées qui sont constituées de tronçons de tubes (T) en matériaux différents.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , dans lequel la structure multicouche comprend au moins deux couches superposées qui sont constituées de tronçons de tubes (T) en matériaux identiques.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel une discontinuité (3) du réseau poreux résulte de la variation dans chacun des canaux (1 ) de l'orientation entre deux conduits successifs.
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