WO2017017368A1 - Matériau céramique poreux obtenu par tissage et panneau acoustique comportant un tel matériau - Google Patents

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Sylvain SENTIS
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Definitions

  • the present invention relates to the field of acoustic attenuation panels in particular for equipping the hot zones for ejecting gases from an aircraft turbojet engine.
  • the invention relates to a porous body of ceramic matrix composite material for sound attenuation panel.
  • the invention also relates to an acoustic attenuation panel comprising such a porous body, and to an aircraft propulsion assembly comprising such a panel.
  • the invention finally relates to a method of manufacturing a porous body of ceramic matrix composite material.
  • the aerodynamic surfaces near the ejection of hot gases from a turbojet engine and which guide the aerodynamic flows are subjected to high temperatures of up to 600 ° C to 1000 ° C.
  • these surfaces are also provided with acoustic attenuation devices in the form of porous surfaces associated with resonant cavities.
  • Such parts are generally made of metal structures including titanium alloy base or nickel, which makes them heavy.
  • Such parts can be made using ceramic matrix composite sandwiches, for example according to document WO 2014/118216.
  • these processes are very expensive, particularly because of the densification operations in the vapor phase.
  • the present invention aims at overcoming the drawbacks of the prior art, and relates for this purpose to a porous body made of ceramic matrix composite material for an acoustic attenuation panel, comprising:
  • the channels are oriented in different directions, in particular in the weft direction and / or in the warp direction of the ceramic fibers;
  • At least one ceramic fiber has a titre of between 50 grams / 1000 meters and 2500 grams / 1000 meters for densities of between 2.2 and 4;
  • At least one channel has a small axis ovoid section of between 0.05 mm and 5 mm and a major axis of between 0.05 mm and 10 mm;
  • the volume ratio of the channels of the porous body is between 2% and 95% of said body, preferably between 50% and 90%;
  • the porous body according to the invention comprises at least one aeroacoustic surface and at least one channel interconnected with at least one cavity with said at least one aeroacoustic surface.
  • the present invention also relates to an acoustic attenuation panel, comprising:
  • said panel being remarkable in that at least one of the intermediate or outer layers comprises a porous body according to the invention.
  • the acoustic attenuation panel of the invention is remarkable in that the outer and inner layers belong to the porous body according to the invention.
  • the acoustic attenuation panel of the invention comprises:
  • said blade being remarkable in that said outer layer comprises a porous body according to the invention.
  • the invention further relates to a method of manufacturing a porous body of ceramic matrix composite material comprising the following steps to:
  • At least one fugitive material fiber is wrapped around a ceramic fiber
  • the preform comprises:
  • the method comprises, after the draping step and before the sintering step, the steps of:
  • the method comprises, before the draping step, the step of impregnating the ceramic fibers of ceramics or preceramic matrix.
  • the preform is made partially or entirely by depositing ceramic fibers and fugitive material fibers by implementing an automated draping method.
  • the fugitive material of the fibers of fugitive material comprises:
  • thermoplastic plastics and thermosetting plastics one or more materials chosen from thermoplastic plastics and thermosetting plastics, or
  • the invention also relates to an aircraft propulsion unit (that is to say the assembly formed by a turbojet engine equipped with a nacelle, the assembly being able to include the engine pylon), the propulsion unit comprising at least one minus an acoustic attenuation panel as defined above and / or obtained by the method defined above.
  • FIG. 1 schematically illustrates an acoustic attenuation panel according to the invention
  • FIG. 2a is a cross sectional view of the acoustic attenuation panel of FIG. 1 according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2b is a cross-sectional view of the acoustic attenuation panel of FIG. 1 according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 2c is a cross-sectional view of the acoustic attenuation panel of FIG. 1 according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is an isometric view of a porous body according to the invention.
  • FIG. 4 is an isometric view of a woven preform intended to form a porous body according to the invention.
  • FIG. 5 illustrates an alternative arrangement of a fiber made of fugitive material and a ceramic fiber
  • FIG. 6 illustrates another alternative arrangement of a fiber made of fugitive material and a ceramic fiber
  • FIG. 7 to 10 are sectional views along the lines VII-VII, VIII-VIII, IX-IX and X-X of Figure 3.
  • the acoustic attenuation panel 1 can equip one or more components of an aircraft turbojet engine nacelle.
  • the acoustic attenuation panel may in particular be installed on any component located in a hot zone of a propulsion unit, such as the ejection cone ("plug" in English terminology) of the turbojet engine hot gases, the structure Fixed Internal Platform (IFS for "inner fixed structure "or IFD for” inner fixed duct “in English terminology) which channels the secondary flow around the hot body of the engine, the flow mixer duct (MFN for" mixed fan nozzle "in English terminology) and more generally any component of the propulsion system (including the turbojet, the nacelle, and the engine pylon) intended to attenuate a noise level and in a hot zone - that is to say exposed to temperatures greater than 300 ° C.
  • IFS Inner fixed structure
  • MFN mixed fan nozzle
  • the acoustic attenuation panel 1 comprises an outer layer 3 which comes into contact with an acoustically attenuated air flow when the panel equips a nacelle component, an intermediate layer 7 intended to absorb the acoustic energy, and an inner layer 11 acoustically substantially impervious to a waterproof surface preventing the free propagation of waves and positioned to take the intermediate layer 7 sandwiched with the outer layer 3.
  • FIG. 2a shows in section a first acoustic attenuation panel configuration according to the invention, comprising an outer layer 3 having an acoustic permeability obtained thanks to a plurality of perforations 5, communicating with the intermediate layer 7 constituted by a porous body 9 according to the invention realizing the acoustic attenuation of the panel.
  • FIG. 2b shows an acoustic attenuation panel alternative according to the invention comprising an inner layer 11 and an outer layer adjacent to said inner layer, coming into contact with an airflow to be attenuated acoustically when the panel equips a component of nacelle and having an acoustic permeability obtained through the porous body 9 according to the invention, performing the acoustic attenuation of the panel.
  • the nature and characteristics of the permeability changing according to the thickness, the outer layer 3 in direct contact with the acoustic flow has a specific porosity and permeability to capture a portion of the acoustic flow.
  • the intermediate layer 7 has a porosity for damping the acoustic wave.
  • FIG. 2c shows another acoustic attenuation panel alternative according to the invention in which the porous body 9 forms the outer layer 3 of thickness close to the surface and whose permeability is chosen so as to capture the acoustic flux.
  • FIG. 3 illustrating the porous body 9 equipping the panel 1. More particularly, FIG. 3 and FIGS. 7 to 10, describe a woven material suitable for producing the variant according to FIG. 2b of porous body according to the invention.
  • the porous body 9 is of the ceramic matrix composite material type, for example a metal oxide ceramic matrix.
  • the matrix may comprise at least two different ceramic materials. The local characteristics of the matrix are thus adapted according to the constraints.
  • the porous body 9 comprises a plurality of ceramic fibers 13 which may be non-limitingly constituted by a material based on metal oxide, alumina, aluminosilicates, whether or not charged, alkali metal oxides, alkaline earth oxides or of zirconia.
  • the porous body 9 comprises ceramic warp fibers 13a and weft ceramic fibers 13b.
  • the porous body 9 comprises a matrix 15 (visible in FIGS. 7 to 10) bonding the ceramic fibers to one another, obtained by sintering metal oxide powders, alumina or aluminosilicates with or without charge.
  • the porous body 9 comprises a plurality of channels 17 or tunnels, interwoven with the ceramic fibers 13.
  • the channels 17 are interconnected with each other.
  • the network of interconnected channels 17 defines one or more cavities or cavernous volumes conferring the desired porosity to the body 9.
  • the porosity imparted to the body 9 by the channels 17 attenuates the noise when the body is or is part of a acoustic panel.
  • the porous body 9 comprises a plurality of channels 18 arranged to communicate with the upper surface 20 of the porous body 9 at so-called "aero-acoustic" surfaces 181 .
  • These aero-acoustic surfaces 181 constitute openings of the porous material with the acoustic flux to be attenuated and realize via the channels 18 interconnections with the channels 17 of the porous body 9 and with the upper face 20 of the porous body 9.
  • the channels 17 and 18 are obtained by the manufacturing method according to the invention described below.
  • the method of manufacturing the porous body according to the invention comprises a first step for weaving a preform 90.
  • the preform 90 is shown in FIG. 4.
  • the preform 90 is obtained by a braiding weaving method known to those skilled in the art. , thanks to a loom not shown.
  • the woven preform 90 comprises ceramic warp fibers 13a and weft ceramic fibers 13b.
  • ceramic fibers here defines strands constituted by a set of filaments, the number of filaments per strand being between 200 and about 10,000 filaments.
  • ceramic fibers are preferably chosen whose weight is between 50 grams / 1000 meters and 2500 grams / 1000 meters, and have good weaving properties.
  • fibers produced by the company 3M and marketed under the trade names Nextel can be used. It will be possible to use fibers of different grades having different densities, such as Nextel 312 of density 2.7, Nextel 440 of density 3.05, Nextel 550 of density 3.03, Nextel 610 of density 3.9, Nextel 720 of density 3.4.
  • the ceramic fibers 13 of the preform are interlaced with fibers 170 of a so-called "fugitive" material.
  • the fugitive material fibers 170 are interconnected with each other.
  • fugitive material means a material capable of being at least partially, and preferably completely removed by heat treatment during the implementation of the method of manufacturing the porous body. During the heat treatment applied, the action of the temperature leads to the elimination of the fugitive material fibers, in particular by oxidation, combustion, melting, evaporation, or sublimation.
  • fugitive material fiber defines a wick made of several filaments of fugitive material.
  • the term “fugitive fiber material” may also define a wick made of monofilaments or monofilaments.
  • a fugitive material fiber 170 may, by way of non-limiting example, consist of one or more immiscible materials with metal oxide powders, alumina or aluminosilicates, whether or not charged, constituting the matrix of the porous body ( after sintering of these powders).
  • the fugitive material is chosen to be destroyed during the sintering step of the powders.
  • the fugitive material comprises one or more materials chosen from thermoplastic plastics (such as polyethylene), thermosetting plastics (for example epoxy-based), and low-melting metals (for example based on aluminum, tin or lead).
  • a fugitive material fiber 170 may also be constituted by a metal assembly having a melting point less than or equal to the temperature applied for sintering the powders. These materials can be alloys based on lead, tin or aluminum. In the case of metal fibers, they are chosen limited section, to be flexible enough to be woven or draped with ceramic fibers. The fugitive material fiber is then destroyed, when the temperature rise of the assembly for the sintering of the powders is operated, when the melting temperature of the fugitive material is reached.
  • the preform of the acoustic panel according to the invention can also be obtained by depositing fibers using a machine according to the known methods of automatic draping (in particular the methods known by the name of AFP for "Automated Fiber Placement"), or filament winding, the machine can then file according to different orientations and sequences of stacks and crossings and with the aid of suitable devices, ceramic fibers and / or fibers of fugitive material or the variants of combinations between ceramic fibers and fibers of fugitive material.
  • automatic draping in particular the methods known by the name of AFP for "Automated Fiber Placement”
  • filament winding the machine can then file according to different orientations and sequences of stacks and crossings and with the aid of suitable devices, ceramic fibers and / or fibers of fugitive material or the variants of combinations between ceramic fibers and fibers of fugitive material.
  • the present invention allows to keep the continuous fibers while providing acoustic porosity.
  • the structure according to the invention does not have fibers interrupted or cut near the free edges of the acoustic holes (which are usually areas of crack initiation). The structure according to the invention is therefore more robust than the known structures.
  • the ceramic fibers or fugitive material of the preform have a substantially ovoidal section.
  • the small axis of the ovoid may be between 0.05 mm and 5 mm and the major axis may be between 0.05 mm and 10 mm.
  • any other form of section may be envisaged, such as circular, elliptical, rectangular, etc.
  • the fugitive material fibers 170 may be disposed substantially co-linearly with the warp fibers 13a and / or the weft fibers 13b, i.e., they are woven or arranged in directions similar to the weaving directions and the ceramic fibers with which they are associated. .
  • a fugitive material fiber 170 may be wrapped around a ceramic fiber 13, that is to say that a fiber of fugitive material defines a spiral around a ceramic fiber 13.
  • a wick section of ceramic fibers between 0.2 mm 2 and 10 mm 2
  • a channel section wrapped around the ceramic fiber between 0.02 mm 2 to 0.5 mm 2
  • a winding ratio 1 turn for 1.5 times the guiped channel section 1 turn for 3 times the guiped channel width.
  • channels of small cross sections are obtained, and porosities generally less than 15%, or even less than 5%.
  • This configuration is particularly advantageous for creating acoustically permeable layers such as the outer layer 3 of the acoustic panel according to the invention. It offers a suitable acoustic opening, with small orifices, which penalizes less the aerodynamic performance of the surfaces subjected to such flow.
  • This configuration can also be used at the intermediate layer 7 of the acoustic panel according to the invention to create an inner layer very thin permeability, for example to create an attenuator dual attenuation capacity. This arrangement can be performed on all or part of the fibers of the preform.
  • a fugitive material fiber 170 may be twisted together.
  • an area ratio of one part is chosen between the wick ceramic fibers and twisted cavity between 0.5 and 2, on the other hand a ceramic fiber section between 0.2 mm 2 and 10 mm 2, and on the other hand, a torsion ratio of between 3 turns per meter and 50 turns per meter.
  • This arrangement can be performed on all or part of the fibers of the preform.
  • the section or arrangement of the fugitive material 170 of the preform 90 gives the channels 17 the same section or arrangement in the porous body 9 when the fugitive material fibers 170 are removed.
  • the method of manufacturing the porous body according to the invention comprises a second step for draping the preform 90 on a tool.
  • the ceramic fibers and the fibers in fugitive material are draped by a fiber-depositing or filament winding method, directly on the tooling or on a specific form, and then placed on the molding tooling. .
  • the third step of the process of the invention then consists in dispersing metal oxide powders between the ceramic fibers and the fibers of fugitive material.
  • the third step of the manufacturing process may include infiltrating metal oxide powders between the ceramic fibers and the fugitive material fibers by means of a liquid medium.
  • the step of dispersing the matrix in the different inserts of the fibers is performed before the draping of the preform. It is said that the fibers are "pre-impregnated", the matrix being at this stage in the form of ceramic powders, ceramic powder in solution or solutions of preceramics.
  • a fourth step of the manufacturing process of the invention consists in drying the assembly consisting of the preform and the ceramic powders or the preceramic solution.
  • the consolidation of the ceramic composite material according to the invention is finally carried out by heating the assembly to a sintering temperature of the constituents of the ceramic or preceramic matrix.
  • the sintering temperature is typically between 1000 ° Celsius and 1600 ° Celsius, more particularly between 1200 and 1300 ° Celsius. This makes it possible to consolidate the matrix and to bond the ceramic fibers together via the matrix.
  • the method of the invention comprises a step of removing the fugitive material fibers so as to form a plurality of channels intertwined with the ceramic fibers and interconnected with each other, said channels defining at least one cavity.
  • This step is performed either during the sintering of the assembly when the fugitive material fibers consist of an assembly of polymers such as those previously defined.
  • This step can also be performed before reaching the sintering temperature, when the fugitive material fibers are constituted by a previously defined metal assembly having a melting point lower than the sintering temperature.
  • Figures 7 to 10 showing an example of porous body 9 seen in section along the lines VII-VII, VIII-VIII, IX-IX and XX of Figure 3, obtained after implementation of the method of manufacture of the invention.
  • the porous body 9 comprising a plurality of ceramic warp fibers 13a and weft 13b interleaved with channels 17 in the weft direction, channels obtained by heat treatment of the fibers of fugitive material applied to the preform. during the process of manufacturing the porous body.
  • the channels 17 define a plurality of cavities 19a, 19b of the body 9, conferring porosity to said body.
  • FIG. 8 is illustrated the porous body 9 on which we note the cavities 19a, 19b in the weft direction as well as seven channels 22 in the direction of the chain, obtained by heat treatment of seven fibers of fugitive material arranged in the sense of the chain.
  • the channels 22 here define cavities 21 in the direction of the chain, in addition to the cavities 19a, 19b in the direction of the frame.
  • the acoustic permeability of the porous body 9 with the aeroacoustic flow is obtained by the channel 18 which is on the one hand connected with the cavity 19b and which on the other hand has an aero-acoustic surface 181 communicating with the upper surface of the porous body 9.
  • FIG. 9 the same cavities 19a, 19b in the weft direction of the porous body 9 are visible, and four channels 22 in the direction of the chain, obtained by heat treatment of four fibers of fugitive material arranged in the direction of the chain are illustrated.
  • These channels 22 here define cavities 23 in the direction of the chain, in addition to the cavities 21 in the direction of the chain and the cavities 19a, 19b in the direction of the frame.
  • FIG. 10 the same cavities 19a, 19b in the weft direction of the porous body 9 are visible, and seven channels 22 in the warp direction, obtained by heat treatment of seven fibers of fugitive material arranged in the direction of the chain are illustrated.
  • These channels 22 here define cavities 25 in the direction of the chain, in addition to the cavities 21 and 23 in the direction of the warp and the cavities 19a, 19b in the weft direction.
  • a cavity 18 reproduces an acoustic permeability with the upper surface 20 of the porous body, being connected on the one hand with at least one cavity 19a or 19b, and on two aero-acoustic surfaces 181 communicating with the upper surface of the porous body 9.
  • the set of cavities 19a, 19b, 21, 23 and 25 defines a porosity network of the body 9, giving the body 9 acoustic attenuation properties.
  • the volume ratio of the cavities 19a, 19b, 21, 23 and 25 varies between 5% and 95% of the body, preferably between 50% and 90 °.
  • FIGS. 3, 7 to 10 it is also possible to observe an upper zone of the preform having a limited porosity, corresponding to the outer layer 3 of the acoustic panel.
  • the channels 18 in the warp direction are interlaced so as to follow the free surface of the panel at 181, conferring the acoustic permeability of this surface.
  • the intermediate layers of the preform, corresponding to the intermediate layer 7 of the acoustic panel comprise a much larger proportion of cavities.
  • the lower zone, corresponding to the inner layer 11 of the acoustic panel has no cavities.
  • the porous body thus produced can be assembled with the inner layer 11 consisting essentially of a sealed surface preventing the free propagation of the waves, and with the outer layer 3 having an acoustic permeability obtained thanks to a plurality of perforations 5 communicating with said porous body 9.
  • the surface communication rate of the perforations 5 of the outer layer 3 with the channels 17 of the porous body 9 is between 2% and 20%.
  • the acoustic panel 1 comprises the tight inner layer 11 and the porous body 9 adjacent to said inner layer 11.
  • the acoustic panel consists of a single preform comprising three layers of thickness in a single constitution: the outer layer 3, the inner layer 11 and the intermediate layer 7.
  • the acoustic panel consists of a stack of distinct preforms to create either each of the three layers independently, or two adjacent layers of the panel (the outer layer 3 and the intermediate layer 7, or the intermediate layer 7 and the inner layer 11, in a single preform).
  • the porous body is obtained from the successive removal of ceramic fibers and fugitive material in different alternations and different orientations producing an interlacing of ceramic fibers and channels after addition of the matrix, sintering and elimination of fugitive material.
  • the ceramic fiber preform constituting at least two adjacent layers of the acoustic panel comprises ceramic fibers belonging to both of these two layers. At least one ceramic fiber is interlaced with at least one ceramic fiber of the outer layer 3 (respectively of the intermediate layer 7) with at least one ceramic fiber of the intermediate layer 7 (respectively of the inner layer 11). The two adjacent layers of the panel are then mechanically bonded by ceramic fibers. The structure is therefore more robust, and will be more resistant to damage and the risk of delamination.
  • FIG. 2c shows an acoustic panel consisting of an inner layer 11 impervious to the free propagation of the acoustic waves, an intermediate layer 7 constituted by a cellular core, and an outer layer 3 made according to a method.
  • the cellular core and the inner layer are made of materials and methods known to those skilled in the art, such as laminate for layer 11 and a metal or ceramic honeycomb type material for layer 7.
  • layer 3 according to the invention is for example glued to the layer 7 by a ceramic adhesive.
  • the cavities of the preform 9 according to the invention have an acoustic permeability of between 3 and 20%, channels 18 in the preform 90 provide the interconnection between the aero acoustic surfaces 181 of the upper surface and the cavities of the core. alveolar. It is also envisaged to use ceramic fibers with fugitive material wrapped around the variant of FIG. 5, to obtain low levels of porosity through a layer while having a more uniform distribution. In particular for the surface layers of the outer layer 3, and in particular the aero-acoustic surface layer, this configuration has very small unitary interconnection surfaces. The drag induced on the aerodynamic flow is reduced.
  • porous body 9 it is also envisaged to make all or part of the porous body 9 according to the invention by automated draping process, consisting of the removal of fibers in layers or sucessive bands and in different orientations on the surface to be molded.
  • the different types of ceramic fibers, fibers of fugitive material may be used alternately, independently or in combination with guiped or twisted.
  • the ceramic fibers may be pre-impregnated with powders of ceramics or preceramic matrix in viscous form compatible with automated draping processes, making it possible to eliminate or reduce infiltration operations of ceramic powder or preceramic matrix before consolidation.
  • a porous body of ceramic matrix composite material forming all or part of an acoustic attenuation panel having a network of cavities ensuring the acoustic attenuation of the panel.
  • the acoustic ceramic ceramic matrix material panel is adapted to equip hot areas of a propulsion unit of an aircraft.
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to obtain a porous body with communicating cavities in which the acoustic treatment is obtained during the sintering of the assembly.
  • the porous body thus obtained can then be used to form the cellular core and / or the permeable surface of a ceramic acoustic attenuation panel of a turbojet nacelle component.

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Abstract

Matériau céramique poreux obtenu par tissage et panneau acoustique comportant un tel matériau L'invention concerne un corps poreux (9) en matériau composite à matrice céramique pour panneau d'atténuation acoustique, comprenant: -une pluralité de fibres céramiques (13) entrelacées, -une matrice en oxyde métallique (15), et -une pluralité de canaux (17, 18, 22) entrelacés avec lesdites fibres céramiques et interconnectés entre eux, lesdits canaux définissant au moins une cavité (19a, 19b, 21, 23, 25). Le corps poreux de l'invention est remarquable en ce qu'au moins un canal (17) est guipé autour d'une fibre céramique (13) et/ou en ce qu'au moins une fibre céramique (13) et au moins un canal (17) sont torsadés entre eux. L'invention concerne également un panneau d'atténuation acoustique comportant un tel corps poreux et un ensemble propulsif d'aéronef comprenant un tel panneau. L'invention concerne enfin un procédé de fabrication d'un corps poreux en matériau composite à matrice céramique.

Description

Matériau céramique poreux obtenu par tissage et panneau acoustique comportant un tel matériau
La présente invention concerne le domaine des panneaux d'atténuation acoustique notamment destinés à équiper les zones chaudes d'éjection des gaz d'un turboréacteur d'aéronef.
L'invention concerne plus spécifiquement un corps poreux en matériau composite à matrice céramique pour panneau d'atténuation acoustique. L'invention se rapporte également à un panneau d'atténuation acoustique comportant un tel corps poreux, et à un ensemble propulsif d'aéronef comprenant un tel panneau. L'invention concerne enfin un procédé de fabrication d'un corps poreux en matériau composite à matrice céramique.
Comme cela est connu en soi, les surfaces aérodynamiques à proximité de l'éjection des gaz chauds d'un turboréacteur et qui guident les écoulements aérodynamiques sont soumises à températures élevées pouvant atteindre 600°C à 1000°C.
Pour contribuer à la réduction du bruit émis par le turboréacteur en fonctionnement, ces surfaces sont également pourvues de dispositifs d'atténuation acoustique sous forme de surfaces poreuses associées à des cavités résonantes.
De telles pièces sont généralement réalisées en structures métalliques notamment à base d'alliage de Titane ou de Nickel, ce qui les rend lourdes.
De telles pièces peuvent être réalisées à l'aide de sandwichs en composites à matrice céramique comme par exemple selon le document WO 2014/118216. Mais ces procédés sont très onéreux notamment à cause des opérations de densification en phase vapeur.
La présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur, et se rapporte à cet effet à un corps poreux en matériau composite à matrice céramique pour panneau d'atténuation acoustique, comprenant :
une pluralité de fibres céramiques entrelacées, - une matrice céramique, et
une pluralité de canaux entrelacés avec lesdites fibres céramiques et interconnectés entre eux, lesdits canaux définissant au moins une cavité, remarquable en ce qu'au moins un canal est guipé autour d'une fibre céramique et/ou en ce qu'au moins une fibre céramique et au moins un canal sont torsadés entre eux.
Selon des caractéristiques optionnelles du corps poreux selon l'invention : - les canaux sont orientés suivant différentes directions, notamment dans le sens trame et/ou dans le sens chaîne des fibres céramiques ;
- au moins une fibre céramique présente un titre compris entre 50 grammes/1000 mètres et 2500 grammes/1000 mètres pour des densités comprises entre 2,2 et 4 ;
- au moins un canal présente une section ovoïde de petit axe compris entre 0,05 mm et 5 mm et de grand axe compris entre 0,05 mm et 10 mm ;
- le taux volumique des canaux du corps poreux est compris entre 2% et 95% dudit corps, préférentiellement entre 50% et 90% ;
- le corps poreux selon l'invention comprend au moins une surface aéroacoustique et au moins un canal interconnecté à au moins une cavité avec ladite au moins une surface aéro-acoustique.
La présente invention concerne également un panneau d'atténuation acoustique, comprenant :
- une couche interne,
- une couche externe présentant une perméabilité acoustique et destinée à entrer en contact avec un flux d'air à atténuer acoustiquement,
- une couche intermédiaire entre les couches interne et externe, ledit panneau étant remarquable en ce qu'au moins l'une des couches intermédiaire ou externe comprend un corps poreux selon l'invention.
Dans une première variante, le panneau d'atténuation acoustique de l'invention est remarquable en ce que les couches externe et interne appartiennent au corps poreux selon l'invention.
Dans une seconde variante, le panneau d'atténuation acoustique de l'invention comprend :
- une couche interne,
- une couche intermédiaire alvéolaire, et une couche externe adjacente à la couche intermédiaire alvéolaire et présentant une perméabilité acoustique, destinée à entrer en contact avec un flux d'air à atténuer acoustiquement,
ledit pa nneau étant remarquable en ce que ladite couche externe comprend un corps poreux selon l'invention.
L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un corps poreux en matériau composite à matrice céramique comprenant les étapes suivantes visant à :
- tisser une préforme au moyen de fibres céramiques et de fibres en matériau fugitif de façon à ce que : o au moins une fibre de céramique et au moins une fibre de matériau fugitif sont torsadées entre elles, et/ou
o au moins une fibre de matériau fugitif est guipée autour d'une fibre de céramique ;
- draper la préforme sur un outillage ;
- procéder au frittage de l'ensemble, à une température permettant d'éliminer les fibres de matériau fugitif, de façon à former une pluralité de canaux entrelacés avec les fibres céramiques et interconnectés entre eux, lesdits canaux définissant au moins une cavité.
Selon une caractéristique optionnelle du procédé de fabrication de l'invention, la préforme comprend :
- une pluralité de fibres de chaîne dont au moins une desdites fibres est une fibre de céramique de chaîne et au moins une desdites fibres est une fibre de matériau fugitif, et/ou
- une pluralité de fibres de trame dont au moins une desdites fibres est une fibre de céramique de trame et au moins une desdites fibres est une fibre de matériau fugitif.
Selon des caractéristiques optionnelles, le procédé comporte, après l'étape de drapage et avant l'étape de frittage, les étapes de :
- disperser des poudres de céramique entre les fibres céramiques et les fibres en matériau fugitif, ou infiltrer des poudres de céramique ou une matrice précéramique entre les fibres céramiques et les fibres en matériau fugitif au moyen d'un média liquide ;
sécher et/ou polymériser l'ensemble constitué par la préforme et par les poudres de céramique ou la matrice précéramique.
Selon des caractéristiques optionnelles, le procédé comporte, avant l'étape de drapage, l'étape d'imprégner les fibres céramiques de céramique ou de matrice précéramique.
Selon des caractéristiques optionnelles, la préforme est réalisée partiellement ou entièrement par dépose de fibres céramiques et de fibres de matériau fugitif par mise en œuvre d'un procédé de drapage automatisé.
Le matériau fugitif des fibres de matériau fugitif comporte :
- un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques thermoplastiques et les matières plastiques thermodurcissables, ou
- un métal à bas point de fusion, en particulier inférieur à la tem pérature de frittage, tel que le plomb, l'étain l'aluminium. L'invention se rapporte également à un ensemble propulsif d'aéronef (c'est-à-dire l'ensemble formé par un turboréacteur équipé d'une nacelle, l'ensemble pouvant inclure le mât moteur), l'ensemble propulsif comprenant au moins un panneau d'atténuation acoustique tel que défini ci-dessus et/ou obtenu par le procédé défini ci-dessus.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures ci- annexées dans lesquelles :
- la figure 1 illustre de façon schématique un panneau d'atténuation acoustique selon l'invention ;
- la figure 2a est une vue en coupe transversale du panneau d'atténuation acoustique de la figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2b est une vue en coupe transversale du panneau d'atténuation acoustique de la figure 1 selon un second mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2c est une vue en coupe transversale du panneau d'atténuation acoustique de la figure 1 selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue isométrique d'un corps poreux selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue isométrique d'une préforme tissée destinée à former un corps poreux selon l'invention ;
- la figure 5 illustre une variante de disposition d'une fibre en matériau fugitif et d'une fibre céramique ;
- la figure 6 illustre une autre variante de disposition d'une fibre en matériau fugitif et d'une fibre céramique ;
- les figures 7 à 10 sont des vues en coupe selon les lignes VII-VII, VIII-VIII, IX-IX et X-X de la figure 3.
Sur l'ensemble des figures, des références identiques ou analogues représentent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.
On se réfère aux figures 1, 2a, 2b et 2c. Le panneau d'atténuation acoustique 1 peut équiper un ou plusieurs composants d'une nacelle de turboréacteur d'aéronef. Le panneau d'atténuation acoustique peut notamment être installé sur tout composant situé dans une zone chaude d'un ensemble propulsif, comme par exemple le cône d'éjection (« plug » en terminologie anglo-saxonne) des gaz chauds du turboréacteur, la structure interne fixe de la nacelle (IFS pour « inner fixed structure » ou IFD pour « inner fixed duct » en terminologie anglo-saxonne) qui canalise le flux secondaire autour du corps chaud du moteur, le conduit mélangeur de flux (MFN pour « mixed fan nozzle » en terminologie anglo-saxonne) et plus généralement tout composant de l'ensemble propulsif (incluant le turboréacteur, la nacelle, et le mât moteur) destiné à atténuer un niveau de bruit et en zone chaude - c'est-à-dire exposée à des température supérieure à 300°C.
Le panneau d'atténuation acoustique 1 comprend une couche externe 3 qui entre en contact avec un flux d'air à atténuer acoustiquement lorsque le panneau équipe un composant de nacelle, une couche intermédiaire 7 destinée à absorber l'énergie acoustique, et une couche interne 11 imperméable acoustiquement essentiellement constituée d'une surface étanche empêchant la propagation libre des ondes et positionnée de sorte à prendre la couche intermédiaire 7 en sandwich avec la couche externe 3.
La figure 2a montre en coupe une première configuration de panneau d'atténuation acoustique selon l'invention, comportant une couche externe 3 présentant une perméabilité acoustique obtenue grâce à une pluralité de perforations 5, communiquant avec la couche intermédiaire 7 constituée d'un corps poreux 9 selon l'invention réalisant l'atténuation acoustique du panneau.
La figure 2b montre une alternative de panneau d'atténuation acoustique selon l'invention comprenant une couche interne 11 et une couche externe adjacente à ladite couche interne, entrant en contact avec un flux d'air à atténuer acoustiquement lorsque le panneau équipe un composant de nacelle et présentant une perméabilité acoustique obtenue grâce au corps poreux 9 selon l'invention, réalisant l'atténuation acoustique du panneau. La nature et les caractéristiques de la perméabilité changeant selon l'épaisseur, la couche externe 3 en contact direct avec le flux acoustique présente une porosité et une perméabilité spécifiques permettant de capter une partie du flux acoustique. La couche intermédiaire 7 présente quant à elle une porosité destinée à amortir l'onde acoustique.
La figure 2c montre une autre alternative de panneau d'atténuation acoustique selon l'invention dans lequel le corps poreux 9 forme la couche externe 3 d'épaisseur proche de la surface et dont la perméabilité est choisie de sorte à capturer le flux acoustique.
On se réfère à la figure 3 illustrant le corps poreux 9 équipant le panneau 1. Plus particulièrement, la figure 3 et les figures 7 à 10, décrivent un matériau tissé propre à réaliser la variante selon la figure 2b de corps poreux selon l'invention. Le corps poreux 9 est du type en matériau composite à matrice céramique, par exemple une matrice céramique à base d'oxyde métallique. Avantageusement, la matrice peut comprendre au moins deux matériaux céramiques différents. On adapte ainsi les caractéristiques locales de la matrice suivant les contraintes.
Le corps poreux 9 comprend une pluralité de fibres céramiques 13 pouvant être non limitativement constituées par un matériau à base d'oxyde métallique, d'alumine, d'aluminosilicates chargés ou non, d'oxydes d'alcalins, d'alcalino-terreux ou de zircone.
Le corps poreux 9 comprend des fibres céramiques de chaîne 13a et des fibres céramiques de trame 13b.
Le corps poreux 9 comprend une matrice 15 (visible aux figures 7 à 10) liant les fibres céramiques entre elles, obtenue par frittage de poudres d'oxydes métalliques, d'alumines ou d'aluminosilicates chargés ou non.
Selon l'invention, le corps poreux 9 comprend une pluralité de canaux 17 ou tunnels, entrelacés avec les fibres céramiques 13. Les canaux 17 sont interconnectés entre eux. Le réseau de canaux 17 interconnectés entre eux définit une ou plusieurs cavités ou volumes caverneux conférant la porosité voulue au corps 9. La porosité conférée au corps 9 par les canaux 17 permet d'atténuer le bruit lorsque le corps constitue ou fait partie d'un panneau acoustique.
En référence à la variante de panneau acoustique selon la figure 2b ou 2c, le corps poreux 9 comprend une pluralité de canaux 18 agencés de façon à communiquer avec la surface supérieure 20 du corps poreux 9 au niveau de surfaces 181 dites « aéro-acoustiques ». Ces surfaces aéro-acoustiques 181 constituent des ouvertures du matériau poreux avec le flux acoustique à atténuer et réalisent via les canaux 18 des interconnections avec les canaux 17 du corps poreux 9 et avec la face supérieure 20 du corps poreux 9. Les canaux 17 et 18 sont obtenus par le procédé de fabrication selon l'invention décrit ci-dessous.
Le procédé de fabrication du corps poreux selon l'invention comprend une première étape visant à tisser une préforme 90. La préforme 90 est représentée à la figure 4. La préforme 90 est obtenue par un procédé de tissage tressage connu de l'homme du métier, grâce à un métier à tisser non représenté.
La préforme 90 tissée comprend des fibres céramiques de chaîne 13a et des fibres céramiques de trame 13b.
Le terme « fibres de céramiques » définit ici des mèches constituées par un ensemble de filaments, le nombre de filaments par mèche étant compris entre 200 et 10000 filaments environ. Pour des oxydes métallique dont la densité varie entre 2,2 et 4 on choisit préférentiellement des fibres céramique dont le titre est compris entre 50 grammes/1000 mètres et 2500 grammes/1000 mètres, présentant de bonnes propriétés de tissage. Par exemple, pour des fibres d'oxyde d'alumine on peut utiliser des fibres produites pas la société 3M et commercialisées sous les dénominations commerciales Nextel. On pourra utiliser des fibres de différents grades ayant différentes densités, telles que Nextel 312 de densité 2.7, Nextel 440 de densié 3.05, Nextel 550 de densité 3.03, Nextel 610 de densité 3.9, Nextel 720 de densité 3.4.
Selon l'invention, les fibres céramiques 13 de la préforme sont entrelacées avec des fibres 170 d'un matériau dit « fugitif ». Les fibres de matériau fugitif 170 sont interconnectées entre elles.
Dans la présente demande on entend par « matériau fugitif » un matériau apte à être au moins partiellement, et de préférence totalement éliminé par traitement thermique au cours de la mise en œuvre du procédé de fabrication du corps poreux. Au cours du traitement thermique appliqué, l'action de la température entraîne l'élimination des fibres de matériau fugitif, notamment par oxydation, combustion, fusion, évaporation, ou sublimation.
Le terme « fibre de matériau fugitif » définit une mèche constituée de plusieurs filaments de matériau fugitif. Le terme « fibre de matériau fugitif » peut également définir une mèche constituée de monofils ou monofilaments.
Une fibre de matériau fugitif 170 peut, à titre d'exemple non limitatif, être constituée par un ou plusieurs matériaux non miscibles avec les poudres d'oxydes métalliques, d'alumines ou d'aluminosilicates chargés ou non constituant la matrice du corps poreux (après frittage de ces poudres). Le matériau fugitif est choisi de façon à être détruit lors de l'étape de frittage des poudres. A titre d'exemple, le matériau fugitif comporte un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques thermoplastiques (telles que le polyéthylène), les matières plastiques thermodurcissables (par exemple à base d'époxy), et les métaux à bas point de fusion (par exemple à base d'aluminium, d'étain ou de plomb).
Une fibre de matériau fugitif 170 peut également être constituée par un assemblage de métaux présentant un point de fusion inférieur ou égal à la température appliquée pour le frittage des poudres. Ces matériaux peuvent être des alliages à base de plomb, d'étain ou d'aluminium. Dans le cas de fibres métalliques, celles-ci sont choisies de section limitée, pour pouvoir être suffisamment souples pour être tissées ou drapées avec les fibres céramique. La fibre de matériau fugitif est alors détruite, lorsque l'élévation de température de l'ensemble en vue du frittage des poudres est opérée, lorsque la température de fusion du matériau fugitif est atteinte.
La préforme du panneau acoustique selon l'invention peut également être obtenue par dépose de fibres à l'aide d'une machine selon les procédés connus de drapage automatique (notamment les procédés connus sous le nom de AFP pour « Automated Fibre Placement ») , ou d'enroulement filamentaires, la machine pouvant alors déposer suivant différentes orientations et séquences d'empilements et de croisements et à l'aide de dispositifs adaptés, des fibres céramiques et/ou des fibres en matériau fugitif ou les variantes de combinaisons entre fibres céramiques et fibres en matériau fugitif.
Ainsi selon l'invention, on obtient un composite céramique poreux à fibres céramiques, dont les fibres céramiques sont continues au sein de la structure poreuse ou caverneuse. Le matériau composite réalisé a alors une tenue structurale qui est directement dépendante de l'entrelacement des fibres entre elles
A la différence des procédés conventionnels dans lesquels les ouvertures acoustiques sont créées par perforation mécanique et enlèvement de matière, et donc par sectionnement des fibres autour des alésages acoustiques, la présente invention permet de conserver les fibres continues tout en offrant une porosité acoustique. Ainsi, la structure selon l'invention ne présente pas de fibres interrompues ou sectionnées à proximité des bords libres des trous acoustiques (qui sont habituellement des zones de début de fissuration). La structure selon l'invention est donc plus robuste que les structures connues.
Comme illustré à la figure 4, les fibres céramiques ou de matériau fugitif de la préforme présentent une section sensiblement ovoïde. Le petit axe de l'ovoïde peut être compris entre 0,05 mm et 5 mm et le grand axe peut être compris entre 0,05 mm et 10 mm.
Bien sûr, toute autre forme de section peut être envisagée, telle qu'une section circulaire, elliptique, rectangulaire, etc.
Les fibres de matériau fugitif 170 peuvent être disposées de façon sensiblement colinéaire aux fibres de chaîne 13a et/ou aux fibres de trame 13b, c'est- à-dire qu'elles sont tissées ou disposées selon des directions similaires aux directions de tissage et de dépose que les fibres céramiques auxquelles elles sont associées. .
Selon une autre variante représentée à la figure 5, une fibre de matériau fugitif 170 peut être guipée autour d'une fibre céramique 13, c'est-à-dire qu'une fibre de matériau fugitif définit une spirale autour d'une fibre céramique 13. Préférentiellement on choisit d'une part une section de mèche de fibres céramiques comprise entre 0,2 mm2 et 10mm2, d'autre part une section de canal guipé autour de la fibre céramique compris entre 0,02 mm2 à 0,5mm2, et d'autre part encore, un rapport d'enroulement 1 tour pour 1,5 fois la section de canal guipé, à 1 tour pour 3 fois la largeur de canal guipé. Pour une couche de tissu réalisé avec de telles fibres guipées, on obtient des canaux de faibles sections, et des porosités généralement inférieures à 15%, voir inférieures à 5%. Cette configuration est particulièrement intéressante pour créer des couches acoustiquement perméables telles que la couche externe 3 du panneau acoustique selon l'invention. Elle offre une ouverture acoustique adaptée, avec des petits orifices, ce qui pénalise moins la performance aérodynamique des surfaces soumises à tel flux. Cette configuration peut aussi être utilisée au niveau de la couche intermédiaire 7 du panneau acoustique selon l'invention pour créer une couche intermédiaire interne à très fine perméabilité, par exemple pour créer un atténuateur à double capacité d'atténuation. Cette disposition peut être réalisée sur tout ou partie des fibres de la préforme.
Selon une autre variante représentée à la figure 6, une fibre céramique
13 et une fibre de matériau fugitif 170 peuvent être torsadées entre elles. Préférentiellement on choisit d'une part un rapport de section entre la mèche de fibres céramique et la cavité torsadé compris entre 0,5 et 2, d'autre part une section de fibre céramique comprise entre 0,2mm2 et 10 mm2, et d'autre part encore, un rapport de torsade compris entre 3 tours par mètre et 50 tours par mètre. On peut également combiner dans l'ensemble torsadé une ou plusieurs fibres céramiques avec une ou plusieurs cavités torsadées. Cette disposition permet notamment de produire une porosité plus diffuse ou continue dans une même unité de volume et une répartiton de fibres et de porosités plus diffuse ou continue dans une même unité de volume. Pour une même unité de volume, le nombre de mèches indépendantes utilisées pour réaliser le tissage ou le drapage de la préforme s'en trouve également réduit, ce qui réduit les coûts d'obtention de la préforme.
Cette disposition peut être réalisée sur tout ou partie des fibres de la préforme.
La section ou la disposition du matériau fugitif 170 de la préforme 90 confère aux canaux 17 la même section ou disposition dans le corps poreux 9 lorsque les fibres de matériau fugitif 170 sont éliminées.
Lorsque l'étape de tissage de la préforme 90 est accomplie, le procédé de fabrication du corps poreux selon l'invention comprend une deuxième étape visant à draper la préforme 90 sur un outillage. En variante des deux étapes précédentes, les fibres céramiques et les fibres en matériau fugitifs sont drapées par procédé de dépose de fibre ou d'enroulement filamentaire, directement sur l'outillage ou sur un forme spécifique pour être ensuite disposées sur l'outillage de moulage.
La troisième étape du procédé de l'invention consiste ensuite à disperser des poudres d'oxydes métalliques entre les fibres céramiques et les fibres en matériau fugitif.
En variante, la troisème étape du procédé de fabriction peut consister à infiltrer des poudres d'oxydes métalliques entre les fibres céramiques et les fibres en matériau fugitif au moyen d'un média liquide.
En variante l'étape consistant à disperser la matrice dans les différents inserstices des fibres est réalisée avant le drapage de la préforme. On dit alors que les fibres sont « préimprégnées », la matrice étant à ce stade sous forme de poudres de céramique, de poudre de céramique en solution ou de solutions de précéramiques.
Une quatrième étape du procédé de fabrication de l'invention consiste à sécher l'ensemble constitué par la préforme et par les poudres de céramique ou la solution précéramique.
La consolidation du matériau composites céramique selon l'invention est enfin réalisée en chauffant l'ensemble jusqu'à une température de frittage des constituants de la matrice céramique ou précéramique. La température de frittage est typiquement comprise entre 1000° Celsius et 1600°Celcius, plus particulièrement entre 1200 et 1300° Celsius. Cela permet de consolider la matrice et de lier les fibres céramiques entre elles via la matrice.
Par ailleurs, le procédé de l'invention comprend une étape consistant à éliminer les fibres de matériau fugitif de façon à former une pluralité de canaux entrelacés avec les fibres céramiques et interconnectés entre eux, lesdits canaux définissant au moins une cavité.
Cette étape est réalisée soit lors du frittage de l'ensemble lorsque les fibres de matériau fugitif sont constituées par un assemblage de polymères tels que ceux précédemment définis.
Cette étape peut également être réalisée avant d'atteindre la température de frittage, lorsque les fibres de matériau fugitif sont constituées par un assemblage de métaux précédemment définis présentant un point de fusion inférieur à la température de frittage. On se réfère à présent aux figures 7 à 10, représentant un exemple de corps poreux 9 vu en coupe selon les lignes VII-VII, VIII-VIII, IX-IX et X-X de la figure 3, obtenu après mise en œuvre du procédé de fabrication de l'invention.
Sur la figure 7 est illustré le corps poreux 9, comprenant une pluralité de fibres céramiques de chaîne 13a et de trame 13b entrelacées avec des canaux 17 dans le sens de la trame, canaux obtenus par traitement thermique des fibres en matériau fugitif appliqué à la préforme lors du procédé de fabrication du corps poreux. Les canaux 17 définissent une pluralité de cavités 19a, 19b du corps 9, conférant la porosité audit corps.
Sur la figure 8 est illustré le corps poreux 9 sur lequel on remarque les cavités 19a, 19b dans le sens de la trame ainsi que sept canaux 22 dans le sens de la chaîne, obtenus par traitement thermique de sept fibres en matériau fugitif disposées dans le sens de la chaîne. Les canaux 22 définissent ici des cavités 21 dans le sens de la chaîne, en complément des cavités 19a, 19b dans le sens de la trame. La perméabilité acoustique du corps poreux 9 avec le flux aéro-acoustique, est obtenue par le canal 18 qui est d'une part connecté avec la cavité 19b et qui d'autre part présente une surface aéro-acoustique 181 communiquant avec la surface supérieure du corps poreux 9.
A la figure 9, les mêmes cavités 19a, 19b dans le sens de la trame du corps poreux 9 sont visibles, et quatre canaux 22 dans le sens de la chaîne, obtenus par traitement thermique de quatre fibres en matériau fugitif disposées dans le sens de la chaîne sont illustrés.
Ces canaux 22 définissent ici des cavités 23 dans le sens de la chaîne, en complément des cavités 21 dans le sens de la chaîne et des cavités 19a, 19b dans le sens de la trame.
Sur la figure 10, les mêmes cavités 19a, 19b dans le sens de la trame du corps poreux 9 sont visibles, et sept canaux 22 dans le sens de la chaîne, obtenus par traitement thermique de sept fibres en matériau fugitif disposées dans le sens de la chaîne sont illustrés.
Ces canaux 22 définissent ici des cavités 25 dans le sens de la chaîne, en complément des cavités 21 et 23 dans le sens de la chaîne et des cavités 19a, 19b dans le sens de la trame.
Sur la figure 10 d'autre part, une cavité 18 reproduit une perméabilité acoustique avec la surface supérieure 20 du corps poreux, en étant connectée d'une part avec au moins une cavité 19a ou 19b, et en deux surfaces aéro-acoustiques 181 communiquant avec la surface supérieure du corps poreux 9. L'ensemble des cavités 19a, 19b, 21, 23 et 25 définit un réseau de porosité du corps 9, conférant au corps 9 des propriétés d'atténuation acoustique.
A titre d'exemple non limitatif, le taux volumique des cavités 19a, 19b, 21, 23 et 25 varie entre 5% et 95% du corps, préférentiellement entre 50% et 90°.
Dans l'exemple décrit aux figures 3, 7 à 10, on peut également observer une zone supérieure de la préforme ayant une porosité limitée, correspondant à la couche externe 3 du panneau acoustique. Notamment, aux figures 8 et 10 les canaux 18 dans le sens chaîne sont entrelacés de façon à longer la surface libre du panneau en 181, conférant la perméabilité acoustique de cette surface. Les couches intermédiaires de la préforme, correspondant à la couche intermédiaire 7 du panneau acoustique, comportent une proportion beaucoup plus importante de cavités. Et enfin la zone inférieure, correspondant à la couche interne 11 du panneau acoustique, ne comporte pas de cavités.
L'arrangement des fibres céramiques ainsi que la répartition géométrique des cavités qui précèdent ont été donnés uniquement à titre d'exemple illustratif de l'invention, le corps poreux selon l'invention n'étant en aucun cas limité aux exemples qui précèdent.
Il est notamment envisagé de prévoir dans le corps poreux selon l'invention une zone dépourvue de canaux sur une épaisseur de la préforme, ce qui permet de définir au sein même du corps poreux une zone sensiblement étanche empêchant la propagation libre des ondes sonores.
Il est également prévu de varier les titres des fibres utilisées et les motifs d'entrelacement, soit en fonction des couches d'épaisseur de la préforme, soit distribuées par zones de la préforme. Ceci permet de faire varier la porosité acoustique au sein d'une couche d'épaisseur ou entre les différentes couches d'épaisseur, et ainsi traiter différentes gammes de fréquences acoustiques.
Comme précédemment indiqué en référence à la figure 2a, le corps poreux ainsi fabriqué peut être assemblé avec la couche interne 11 essentiellement constituée d'une surface étanche empêchant la propagation libre des ondes, et avec la couche externe 3 présentant une perméabilité acoustique obtenue grâce à une pluralité de perforations 5 communiquant avec ledit corps poreux 9. A titre d'exemple, le taux surfacique de communication des perforations 5 de la couche externe 3 avec les canaux 17 du corps poreux 9 est compris entre 2% et 20%.
En alternative, comme représenté par la figure 2b, le panneau acoustique 1 comprend la couche interne 11 étanche et le corps poreux 9 adjacent à ladite couche interne 11. Selon une première variante non représentée sur les figures, le panneau acoustique est constitué d'une seule préforme comportant trois couches d'épaisseur en une seule constitution : la couche externe 3, la couche interne 11 et la couche intermédiaire 7.
Selon une seconde variante non représentée, le panneau acoustique est constitué d'un empilement de préformes distinctes pour créer soit chacune des trois couches indépendamment, soit deux couches adjacentes du panneau (la couche externe 3 et la couche intermédiaire 7, ou la couche intermédiaire 7 et la couche interne 11, en une seule préforme).
Selon une troisième variante non représentée, le corps poreux est obtenu à partir de la dépose successive de fibres céramiques et de matériau fugitif selon différentes alternances et différentes orientations produisant un entrelacement de fibres céramiques et de canaux après ajout de la matrice, frittage et élimination de matériau fugitif.
Avantageusement, la préforme en fibres céramique constituant au moins deux couches adjacentes du panneau acoustique comprend des fibres céramiques appartenant à la fois à ces deux couches. Au moins une fibre céramique est entrelacée avec au moins une fibre céramique de la couche externe 3 (respectivement de la couche intermédiaire 7) avec au moins une fibre céramique de la couche intermédiaire 7 (respectivement de la couche interne 11). Les deux couches adjacentes du panneau sont alors liées mécaniquement par des fibres céramiques. La structure est donc plus robuste, et résistera mieux aux endommagements et aux risques de délaminages.
Dans un autre mode de réalisation, La figure 2c présente un panneau acoustique constitué d'une couche interne 11 étanche à la propagation libre des ondes acoustique, une couche intermédiaire 7 constituée d'une âme alvéolaire, et une couche externe 3 réalisée selon un mode de réalisation selon l'invention. L'âme alvéolaire et la couche interne sont réalisés dans des matériaux et de procédés connus de l'homme de métier, tels que du stratifié pour la couche 11 et un matériau de typs Nid d'abeille métallique ou céramique pour la couche 7. La couche 3 selon l'invention est par exemple collée à la couche 7 par une colle céramique. Les cavités de la préforme 9 selon l'invention, présentent une perméabilité acoustique comprise entre 3 et 20 % , des canaux 18 dans la preforme 90 réalisent l'interconnection entre les surfaces aéro acoustiques 181 de la surface supérieur et les cavités de l'âme alvéolaire. Il est également envisagé d'utiliser des fibres céramique avec matériau fugitif guipé autour selon la variante de la figure 5, pour obtenir des faibles taux de porosités à travers une couche tout en présentant une répartition plus uniforme. Notamment pour les couches de surface de la couche externe 3, et notamment la couche de surface aéro-acoustique, cette configuration présente de très petites surfaces unitaires d'interconnection. La traînée induite sur le flux aérodynamique s'en trouve réduite.
Il est également envisagé d'utiliser des fibres céramique avec matériau fugitif guipé, pour créer une couche intermédiaire de tissu au sein de l'épaisseur de la couche intermédiaire 7, afin de créer un septum microporeux intermédiaire. Grâce à un tel arrangement, on peut créer dans l'épaisseur du panneau deux sous-zones d'atténuation acoustique conjuguées.
Il est également envisagé de réaliser tout ou partie du corps poreux 9 selon l'invention par procédé de drapage automatisé, consistant en la dépose de fibres en couches ou bandes sucessives et suivant différentes orientations sur la surface à mouler . On pourra utiliser alternativement les différents types de fibres céramique, des fibres en matériau fugitif, indépendamment ou en combinaison guipées ou torsadés. Les fibres céramiques peuvent être préalablement préimprégnées de poudres de céramiques ou de matrice précéramique sous forme visqueuse, compatibles de procédés de drapage automatisé, permettant d'éliminer ou de réduire les opérations d'infiltration de poudre céramique ou de matrice précéramique avant la consolidation. Les entrecroisements de fibres en matériau fugitif selon les différentes directions et les différentes couches successives conférant à la structure obtenue, après les opérations de frittage et d'élimination de matériau fugitif, des ensembles de cavités (au moins partiellement) interconnectées entre elles et conférant la porosité au panneau acoustique permettant l'atténuation acoustique par ledit panneau.
Grâce à la présente invention, on obtient un corps poreux en matériau composite à matrice céramique, formant tout ou partie d'un panneau d'atténuation acoustique présentant un réseau de cavités assurant l'atténuation acoustique du panneau.
Le panneau acoustique en matériau céramique à matrice céramique est apte à équiper des zones chaudes d'un ensemble propulsif d'un aéronef.
En outre, le procédé de fabrication selon l'invention permet d'obtenir un corps poreux à cavités communicantes dans lequel le traitement acoustique est obtenu lors du frittage de l'ensemble. Le corps poreux ainsi obtenu peut alors être utilisé pour constituer l'âme alvéolaire et/ou la surface perméable d'un panneau d'atténuation acoustique en céramique d'un composant de nacelle de turboréacteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Corps poreux (9) en matériau composite à matrice céramique pour panneau d'atténuation acoustique, comprenant :
- une pluralité de fibres céramiques (13) entrelacées,
- une matrice en oxyde métallique (15), et
- une pluralité de canaux (17, 18, 22) entrelacés avec lesdites fibres céramiques et interconnectés entre eux, lesdits canaux définissant au moins une cavité (19a, 19b, 21, 23, 25),
caractérisé en ce qu'au moins un canal (17) est guipé autour d'une fibre céramique (13) et/ou en ce qu'au moins une fibre céra mique (13) et au moins un ca na l (17) sont torsadés entre eux.
2. Corps poreux (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux (17, 18, 22) sont orientés suivant différentes directions, notamment dans le sens trame et/ou dans le sens chaîne des fibres céramiques (13).
3. Corps poreux (9) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une fibre céramique (13) présente un titre compris entre 50 grammes/1000 mètres et 2500 grammes/1000 mètres pour des densités comprises entre 2,2 et 4.
4. Corps poreux (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un canal (17) présente une section ovoïde de petit axe compris entre 0,05 mm et 5 mm et de grand axe compris entre 0,05 mm et 10 mm.
5. Corps poreux (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le taux volumique des canaux (17) du corps poreux est compris entre 2% et 95% dudit corps, préférentiellement entre 50% et 90%.
6. Corps poreux (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ca ractérisé en ce qu'il comprend au moins une surface aéro-acoustique (181) et en ce qu'au moins un canal (18) interconnecte au moins une cavité (19a, 19b, 21, 23, 25) avec ladite au moins une surface aéro-acoustique (181).
7. Panneau d'atténuation acoustique (1), comprenant :
- une couche interne (11), - une couche externe (3) présentant une perméabilité acoustique et destinée à entrer en contact avec un flux d'air à atténuer acoustiquement,
- une couche intermédiaire (7) entre les couches interne et externe, caractérisé en ce qu'au moins l'une des couches intermédiaire (7) ou externe (3) comprend un corps poreux (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8. Panneau d'atténuation acoustique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les couches externe (3) et intermédiaire (7) comprennent un corps poreux (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
9. Panneau d'atténuation acoustique (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fibres céramiques de la couche externe (3) est entrelacée avec une partie des fibres de la couche intermédiaire (7), et/ou caractérisé en ce qu'au moins une partie des fibres céramiques de la couche interne (11) est entrelacée avec une partie des fibres de la couche intermédiaire (7).
10. Procédé de fabrication d'un corps poreux (9) en matériau composite à matrice céramique en oxyde métallique comprenant les étapes suivantes visant à :
- tisser une préforme (90) au moyen de fibres céramiques (13) et de fibres en matériau fugitif (170) de façon à ce que :
o au moins une fibre de céramique (13) et au moins une fibre de matériau fugitif (170) sont torsadées entre elles, et/ou
o au moins une fibre de matériau fugitif (170) est guipée autour d'une fibre de céramique (13) ;
- draper la préforme (90) sur un outillage ;
- procéder au frittage de l'ensemble, à une température permettant d'éliminer les fibres de matériau fugitif (170), de façon à former une pluralité de canaux (17, 18a, 18b) entrelacés avec les fibres céramiques (13) et interconnectés entre eux, lesdits canaux définissant au moins une cavité (19a, 19b, 21, 23, 25).
11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce que la préforme (90) comprend :
- une pluralité de fibres de chaîne dont au moins une desdites fibres est une fibre de céramique de chaîne (13a) et au moins une desdites fibres est une fibre de matériau fugitif (170), et/ou - une pluralité de fibres de trame dont au moins une desdites fibres est une fibre de céramique de trame (13b) et au moins une desdites fibres est une fibre de matériau fugitif (170).
12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 et 11, comportant, après l'étape de drapage, les étapes :
disperser des poudres de céramique entre les fibres céramiques et les fibres en matériau fugitif, ou infiltrer des poudres de céramique ou une matrice précéramique entre les fibres céramiques et les fibres en matériau fugitif au moyen d'un média liquide ;
sécher et/ou polymériser l'ensemble constitué par la préforme et par les poudres de céramique ou la matrice précéramique.
13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les fibres céramiques sont imprégnées de céramique ou de matrice précéramique avant l'étape de drapage de la préforme.
14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la préforme est réalisée partiellement ou entièrement par dépose de fibres céramiques et de fibres de matériau fugitif par mise en œuvre d'un procédé de drapage automatisé.
15. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le matériau fugitif comporte :
- un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques thermoplastiques et les matières plastiques thermodurcissables, ou
- un métal présentant un point de fusion inférieur à la température de frittage tel qu'un alliage à base de plomb ou d'étain ou un alliage d'aluminium.
16. Ensemble propulsif d'aéronef comprenant au moins un panneau d'atténuation acoustique (1) selon l'une des revendications 7 à 9, et/ou au moins un panneau d'atténuation acoustique comprenant un corps poreux obtenu par un procédé conforme à l'une des revendications 10 à 15.
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