WO2023198999A1 - Absorbant acoustique et son procede de production - Google Patents

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WO2023198999A1
WO2023198999A1 PCT/FR2023/050534 FR2023050534W WO2023198999A1 WO 2023198999 A1 WO2023198999 A1 WO 2023198999A1 FR 2023050534 W FR2023050534 W FR 2023050534W WO 2023198999 A1 WO2023198999 A1 WO 2023198999A1
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acoustic
resonators
quarter
microporous element
absorber
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PCT/FR2023/050534
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Josué COSTA BAPTISTA
Edith-Roland FOTSING
Annie ROSS
Jacky Novi Mardjono
Daniel Therriault
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Safran Aircraft Engines
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/045—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for noise suppression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
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    • F02K1/82—Jet pipe walls, e.g. liners
    • F02K1/827—Sound absorbing structures or liners
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    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05D2260/963—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by Helmholtz resonators

Definitions

  • the present invention relates to the field of acoustic absorbers, as well as that of their production.
  • a turbofan engine includes a fan and a gas generator incorporating at least a compressor, a combustion chamber, a turbine and a nozzle.
  • the total noise produced by such a turbofan engine can therefore include jet, combustion, fan, compressor and turbine noise.
  • the most dominant noise is usually that emitted by the fan, which can extend over a wide frequency band, as shown in Fig. 13, with tonal components corresponding to the passing frequencies of the fan blades.
  • turbofan engines In order to increase the energy efficiency of turbofan engines, the general trend is to increase their dilution rate, that is to say, the proportion of the air flow driven by the fan compared to that used for combustion in the gas generator, and therefore the diameter of the blower. As a result, the fans of the latest generations of turbofan engines tend to rotate more slowly, and therefore emit noise at lower frequencies.
  • each cell of the honeycomb can function as a Helmholtz resonator to attenuate noise.
  • the frequency range of acoustic attenuation of such absorbers is limited and, to be effective at low frequencies, they must be particularly bulky, which is all the more disadvantageous as the surface to be covered can be very large for turbojets with double flow and very high dilution rate.
  • porous materials As an alternative to honeycomb sandwich panels, it has therefore been proposed to use porous materials, the individual pores of which act as Helmholtz resonators.
  • most of the porous materials available have too low mechanical strength, while the most resistant, such as for example the metallic material disclosed in US 7,963,364 B2, are excessively heavy.
  • these materials are mainly made up of a structure with interconnected pores, which, in the case of application in aircraft engines, can disrupt the air flow in the reactor and thus degrade the efficiency of the engine. Beyond these drawbacks, the minimum frequency of perfect absorption of porous materials is usually reached when their thickness is approximately equal to a quarter of the acoustic wavelength.
  • this thickness must be around 86 or 171 mm, respectively, resulting in elements far too bulky for an increasingly restricted space in new generations of engines with high or ultra-high dilution ratios.
  • this acoustic absorber can extend between two opposite surfaces and comprise one or more first quarter-wave acoustic resonators each having a first length, substantially greater than a thickness of the sound absorber between the two opposite surfaces, between a first end, open on a first surface of the two opposite surfaces of the sound absorber, and a second closed end, and a microporous element, consisting of a plurality of periodically repeated unit cells, adjacent to the first acoustic resonators. Thanks to the combination of acoustically different structures, the absorber is capable of providing high sound absorption over a wide frequency spectrum.
  • the first quarter-wave acoustic resonators in order to obtain a length substantially greater than the thickness of the acoustic absorber, can be inclined relative to a direction of the thickness of the acoustic absorber.
  • the first quarter-wave acoustic resonators can be at least partially helical, so as to limit their bulk in the direction perpendicular to the thickness.
  • the first quarter-wave acoustic resonators can be bent.
  • the microporous element may comprise at least a first and a second layer superimposed in the thickness of the acoustic absorber, and the unit cells constituting the first layer be different from the unit cells constituting the second layer. , so as to adjust the acoustic properties of the microporous element.
  • each unit cell may comprise a channel and/or intersecting strands.
  • the microporous element can thus take the form of a set of microchannels or a microlattice.
  • the first quarter-wave acoustic resonators can be arranged around the microporous element.
  • their walls can confine the microporous element, so as to limit the circulation of acoustic waves beyond it, in particular when the microporous element takes the form of a microlattice with micropores interconnected in a direction perpendicular to the thickness of the acoustic absorber.
  • the acoustic absorber may comprise one or more second quarter-wave acoustic resonators each having a second length, significantly different from the first length, in order to absorb acoustic energy over two lengths significantly different waves.
  • the first acoustic resonators and the second acoustic resonators can be arranged in adjacent rows, which can in particular be concentric.
  • a seventh and an eighth aspect concern, respectively, a gas turbine engine and an aircraft incorporating an acoustic absorber according to any of the preceding aspects.
  • a ninth aspect relates to a process for producing an acoustic absorber according to any of the first to sixth aspects, comprising a step of additive manufacturing of the microporous element and/or quarter-wave acoustic resonators, in particular by deposition of molten material, which can in particular be carried out following a zig-zag trajectory in order to limit fluid communication between adjacent unit cells of the microporous element, between adjacent quarter-wave acoustic resonators and/or between the microporous element and the quarter-wave acoustic resonators.
  • the method can comprise a subsequent step of assembling the microporous element with the quarter-wave acoustic resonators, in particular by hooping.
  • the microporous element and/or the quarter-wave acoustic resonators can thus be more easily manufactured separately, before their assembly.
  • Figure 1 schematically illustrates a gas turbine engine for propelling an aircraft.
  • FIG. 2A [Fig. 2B] Figures 2A and 2B show detailed views of two different types of microporous element.
  • FIG. 3A][Fig. 3B] Figures 3A and 3B are, respectively, top and side views of an acoustic absorber according to a first embodiment.
  • Figure 4 illustrates an acoustic absorber according to a second embodiment.
  • FIG. 5 [Fig. 6] [Fig. 7] [Fig. 8] [Fig. 9] [Fig. 10]
  • Figures 5 to 10 are graphs comparatively illustrating the acoustic responses of different embodiments.
  • FIG. 11 [Fig. 12] Figures 11 and 12 illustrate an additive manufacturing step of a process for manufacturing an acoustic absorber according to one embodiment.
  • Figure 13 is a graph illustrating the frequency spectrum of acoustic emissions from a motor such as that of Figure 1.
  • Figure 1 schematically illustrates a gas turbine engine 1.
  • this gas turbine engine 1 may comprise a fan 2, a low pressure compressor 3, a high pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high pressure turbine 6, a low turbine pressure 7 and a nozzle 8.
  • the assembly can be surrounded by a nacelle 9.
  • the compressors 3,4, the combustion chamber 5 and the turbines 6, 7 together form the gas generator 10, which can itself be surrounded by a fairing 11 leading into the nozzle 8.
  • an air stream 12 of the fan 2 can be defined between the fairing 11 of the gas generator 10 and an internal wall 13 of the nacelle 9.
  • the high pressure turbine 6 can be connected to the high pressure compressor 4 by a first rotating shaft 14 for driving the latter, while the low pressure turbine 7 can be connected to the blower 2 and the low pressure compressor 3 by a second rotating shaft 15 coaxial with the first rotating shaft 14, in a similar manner.
  • a reduction gear 16 can be mechanically interposed between the second rotating shaft 15 and the fan 2, in order to reduce the rotation speed of the fan 2 and prevent the blade tips from of blower 2 reach excessive speeds.
  • Each of these elements of the gas turbine engine 1 can generate noise, but the noise generated by the fan 2 is generally dominant.
  • noise absorbers 17 can be integrated into the internal wall 13 of the nacelle 9, in particular upstream and downstream of the blades of the fan 2. As illustrated, it is also possible to integrate acoustic absorbers 17 into the fairing 11 of the gas generator 10, or even into the casing of the latter.
  • the acoustic absorbers 17 are formed by honeycomb sandwich panels.
  • these panels can represent a significant penalty in terms of mass and size.
  • it can be difficult to arrange them directly facing the tips of the fan blades, where the noise emission can nevertheless be the most intense, since the internal wall 13 of the nacelle 9 typically comprises an abradable material 18 at this location, in order to absorb the occasional friction of the tips of the blades of fan 2 due to their transient deformations.
  • An acoustic absorber 100 may comprise a microporous element 101 and one or more acoustic resonators 102, as illustrated in Figures 3A, 3B and 4, so as to combine their sound absorption properties over a wide frequency spectrum, which may in particular include the frequencies corresponding to the peak emissions of a gas turbine engine.
  • the microporous element 101 and/or the acoustic resonators 102 may be made of thermoplastic polymer, for example polyetherimide (PEI) or polyetheretherketone (PEEK), or of thermosetting resin, for example an epoxy resin such as that forming the abradable material sold by 3M® under the name Scotch-Weld® EC-3524 B/A.
  • thermoplastic polymer for example polyetherimide (PEI) or polyetheretherketone (PEEK)
  • thermosetting resin for example an epoxy resin such as that forming the abradable material sold by 3M® under the name Scotch-Weld® EC-3524 B/A.
  • the material can be reinforced by solid particles, embedded in the mass, for example fibers, and in particular carbon fibers, microspheres, for example glass microbeads, or nanoparticles such as silica powder.
  • solid particles embedded in the mass
  • microspheres for example glass microbeads
  • nanoparticles such as silica powder
  • the microporous element 101 may consist of a plurality of unit cells 110 periodically repeated, so as to form a periodic meta-material.
  • Each unit cell 110 may comprise a channel 111 and/or intersecting strands 112, as respectively illustrated in Figures 2A and 2B, so that the microporous element respectively takes the form of a set of microchannels or a microlattice.
  • the microporous element 101 may comprise several layers superimposed in the thickness of the acoustic absorber 100, and the different layers be made up of different unit cells and different unit cells 110. By superimposing several layers with different properties, it is notably possible to absorb acoustic energy over a wider frequency spectrum.
  • the acoustic resonators 102 can in particular take the form of tubular waveguides, with a first end 102a open, and a second end 102b closed.
  • the sound absorber 100 can be used as a sound absorption coating on a wall (not shown) that is substantially impermeable to sound.
  • the second ends 102b of the acoustic resonators 102 can simply be closed by said wall.
  • these tubular waveguides can function as quarter-wave acoustic resonators, to absorb acoustic waves of length equal to four times the length of the acoustic resonator 102 between its open end 102a and its closed end 102b.
  • this length can be significantly greater than the thickness t of the acoustic absorber 100 between its two opposite surfaces 100a, 100b.
  • the acoustic resonators 102 can be inclined at an angle P relative to the direction of the thickness of the acoustic absorber 100. More particularly, they can be at least partially helical, as illustrated in the figures 3A, 3B and 4, so as to also limit their extension in each direction perpendicular to the direction of the thickness of the acoustic absorber 100. Alternatively or in addition to their inclination relative to the direction of the thickness, the acoustic resonators 102 can also be bent in order to increase the ratio between their length and the thickness t of the acoustic absorber 100.
  • the acoustic resonators 102 can be arranged in one or more rows 110,110'. As illustrated in Figure 3, each row 110,110' can follow a closed line, for example circular, oval or polygonal. Thus, the acoustic resonators 102 can be arranged around the microporous element 101, so as to confine it.
  • the circulation of acoustic waves perpendicular to the thickness of the acoustic absorber 100 can be limited in this way, which can be particularly preferable when the microporous element 101 takes the form of a microlattice with micropores interconnected in the direction perpendicular to the thickness of the acoustic absorber 100.
  • when the rows 110,110' follow closed lines they can in particular be concentric.
  • Figure 5 comparatively illustrates the respective curves of the sound absorption coefficient a as a function of frequency for samples of acoustic absorbers 100 having a thickness t of 30 mm and comprising a single-layer microporous element 101 with pores having a diameter D of 290 pm and different numbers and lengths L of acoustic resonators 102 formed by tubes, each with a diameter D t between 3 and 5 mm, wound helically around the microporous element 101.
  • Curve 501 corresponds to an acoustic absorber 100 with seven acoustic resonators 102, each forming 1.25 turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 109 mm.
  • Curve 502 corresponds to an acoustic absorber 100 with five acoustic resonators 102, each forming 1.75 turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 150 mm.
  • Curve 503 corresponds to an acoustic absorber 100 with three acoustic resonators 102, each forming three turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 220 mm.
  • curve 504 corresponds to the acoustic response of the single-layer microporous element 101 alone, without an acoustic resonator sheath.
  • the acoustic resonators 102 offer additional peaks of the sound absorption coefficient a.
  • the example with seven acoustic resonators 102 offers an additional peak of the acoustic absorption coefficient a with a value of 0.95 at a frequency f of 1200 Hz on the curve 501
  • the example with five acoustic resonators 102 offers an additional peak of the sound absorption coefficient a with a value of 0.92 at a frequency f of 1060 Hz on the curve 502
  • the example with three acoustic resonators 102 offers an additional peak of the sound absorption coefficient a with an value of 0.89 at a frequency f of 668 Hz on curve 503.
  • Figure 6 comparatively illustrates the respective curves of the sound absorption coefficient a as a function of frequency for samples of acoustic absorbers 100 having a thickness t of 30 mm and comprising a microporous element 101 with two layers and different numbers and lengths L of acoustic resonators 102 formed by tubes of between 3 and 5 mm in diameter wound helically around the microporous element 101.
  • the microporous element 101 comprises a first layer 101 a, on the side of the first surface 100a of the acoustic absorber 100, with a thickness ti of 2 mm and a pore diameter Di of 100 pm, and a second layer 101 b, on the side of the second surface 100b of the acoustic absorber 100, with a thickness t 2 of 28 mm and a pore diameter D 2 of 4.6 mm.
  • Curve 601 corresponds to an acoustic absorber 100 with seven acoustic resonators 102, each forming 1.25 turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 109 mm.
  • Curve 602 corresponds to an acoustic absorber 100 with five acoustic resonators 102, each forming 1.75 turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 150 mm.
  • Curve 603 corresponds to an acoustic absorber 100 with three acoustic resonators 102, each forming three turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 220 mm.
  • curve 604 corresponds to the acoustic response of the two-layer microporous element 101 alone, without an acoustic resonator sheath.
  • Figure 7 comparatively illustrates the respective curves of the sound absorption coefficient a as a function of frequency for samples of acoustic absorbers 100 having a thickness t of 30 mm and comprising a microporous element 101 with four layers and different numbers and lengths L of acoustic resonators 102 formed by tubes of between 3 and 5 mm in diameter wound helically around the microporous element 101.
  • the microporous element 101 comprises a first layer 101 a, on the side of the first surface 100a of the acoustic absorber 100, with a thickness ti of 1 mm and a pore diameter Di of 100 pm and, successively in the direction of the second surface 100b of the acoustic absorber 100, a second layer 101 b with a thickness t 2 of 13 mm and a pore diameter D 2 of 4.6 mm, a third layer 101 c with a thickness t 3 of 2 mm and a pore diameter D 3 of 100 pm, and a fourth layer 101 d with a thickness t 4 of 13 mm and a pore diameter D 4 of 4.6 mm.
  • Curve 701 corresponds to an acoustic absorber 100 with seven acoustic resonators 102, each forming 1.25 turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 109 mm.
  • Curve 702 corresponds to an acoustic absorber 100 with five acoustic resonators 102, each forming 1.75 turns around the microporous element 101, to obtain a length L of each acoustic resonator 102 of 150 mm.
  • curve 703 corresponds to the acoustic response of the two-layer microporous element 101 alone, without a sheath of acoustic resonators, and we also take up curve 603 corresponding to an acoustic absorber 100 with three acoustic resonators 102 around the microporous element 101 has only two layers.
  • Figure 8 illustrates the influence of the diameter D t of the acoustic resonators on the acoustic absorption coefficient a.
  • the four curves 801 to 804 correspond to an acoustic absorber 100 with seven acoustic resonators 102 of 109 mm of length L, each forming 1.25 turns around a microporous element 101 with four layers, including a first layer 101 a, on the side of the first surface 100a of the acoustic absorber 100, with a thickness ti of 1 mm and a pore diameter Di of 100 pm and, successively in the direction of the second surface 100b of the acoustic absorber 100, a second layer 101 b with a thickness t 2 of 13 mm and a pore diameter D 2 of 4.6 mm, a third layer 101 c with a thickness t 3 of 2 mm and a pore diameter D 3 of 100 pm, and a fourth layer 101 d with a thickness t 4 of 13
  • curve 801 corresponds to a diameter D t of each acoustic resonator 102 of 4 mm
  • curve 802 to a diameter D t of 3 mm
  • curve 803 to a diameter D t of 2 mm
  • curve 804 to a diameter D t of 1 mm. It is thus possible, depending on the desired absorption spectrum, to optimize not only the configuration of the microporous element 101, and the length and number of the acoustic resonators 102, but also their individual diameters.
  • the optimal diameter D t for the acoustic resonators 102 of an acoustic absorber 100 has seven acoustic resonators 102 of 109 mm of length L, each forming 1.25 turns around the aforementioned four-layer microporous element 101 , can be for example 3.2 mm, resulting in an acoustic absorption coefficient a as a function of the frequency f following the curve 901 of Figure 9, while the optimal diameter D t for the acoustic resonators 102 of a acoustic absorber 100 with the same microporous element but only three acoustic resonators 102 of 220 mm in length, each forming three turns around the microporous element 101, can be for example 4.8 mm, resulting in the curve 902.
  • the acoustic absorber 100 may comprise acoustic resonators 102,102' of different lengths, in order to absorb acoustic energy on different wavelengths.
  • a first set of helical acoustic resonators 102 each having a first angle P of inclination relative to the direction of the thickness, and therefore a first length L
  • a second set of helical acoustic resonators 102' each having a second angle P' of inclination relative to the direction of the thickness, and therefore a second length L'
  • Figure 10 thus compares the curve 901 of the acoustic absorber 100 with seven acoustic resonators 102 of 109 mm of length L around the four-layer microporous element 101 with a curve 903 corresponding to an acoustic absorber with the same microporous element 101 with four layers, but surrounded by two concentric sheaths, respectively formed by a first and a second set of acoustic resonators 102, 102', where the first set is formed by seven acoustic resonators 102 of 109 mm in length L arranged circularly and wound around the microporous element 101, while the second set is formed by three acoustic resonators 102' of 220 mm in length arranged circularly and also wound around the microporous element 101.
  • this curve 903 combines the sound absorption peaks of curves 901 and 902.
  • the acoustic resonators 102, 102' and/or the microporous element 101 can be produced, together or separately, by an additive manufacturing process based on the extrusion of material, such as for example the fused wire deposition process. used for thermoplastic materials. These processes, particularly suited to the manufacture of complex shapes with thin walls, include several consecutive steps of material deposition. In each of these stages, an extruder head 200 can move along a path 201 in a transverse plane XY by depositing the material 202, which then solidifies so as to form a layer 203.
  • an extruder head 200 can move along a path 201 in a transverse plane XY by depositing the material 202, which then solidifies so as to form a layer 203.
  • each stratum 203 may comprise a plurality of periodically repeated cells, separated by the walls formed by the deposition of the material 202, and the strata 203 deposited in the consecutive steps of material deposition can be stacked with their respective cells aligned.
  • the path 201 can be zig-zag, as illustrated. in Figure 12. To avoid an accumulation of material and the formation of pores at the intersections between the walls, a distance O can be maintained between the angles 205 of the line 201 at these intersections.
  • the acoustic resonators 102, 102' and the microporous element 101 are manufactured separately, they can then be assembled to form the acoustic absorber 100. This assembly can in particular be carried out by hooping.
  • the acoustic resonators 102, 102' are arranged so as to form one or more annular sheaths, as illustrated in Figures 3 or 4, the microporous element 101 can then be hooped inside these sheaths. It is thus possible to obtain a strong connection between these acoustic resonator sheaths 102, 102' and the microporous element 101 inside thanks to the radial pressure and the resulting friction between them.

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Abstract

L'invention concerne un absorbant acoustique (100) s'étendant entre deux surfaces opposées (100a), (100b) et combinant un ou plusieurs résonateurs acoustiques quart- d'onde (102), (102') avec un élément microporeux (101). Chaque résonateur acoustique (102), (102') a une longueur L, sensiblement supérieure à une épaisseur t de l'absorbant acoustique (100), entre une première extrémité (102a) ouverte sur une première surface (100a) des deux surfaces opposées (100a), (100b) de l'absorbant acoustique (100), et une deuxième extrémité (102b) fermée. L'élément microporeux (101) est constitué d'une pluralité de cellules unitaires périodiquement répétées et adjacent aux résonateurs acoustiques (102), (102'). L'invention concerne aussi un procédé de production de cet absorbant acoustique, comprenant au moins une étape de fabrication additive.

Description

Description
Titre de l'invention : Absorbant acoustique et son procédé de production
Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne le domaine des absorbants acoustiques, ainsi que celui de leur production.
Technique antérieure
[0002] Les absorbants acoustiques ont un large éventail d’applications. Parmi celles-ci, on compte notamment l’aéronautique, où des tels éléments sont utilisés pour absorber au moins partiellement le bruit généré par les moteurs d’aviation et ainsi réduire sa transmission à l’environnement extérieur. Parmi les moteurs d’aviation les plus courants on compte les turboréacteurs à soufflante (en anglais : « turbofan >>). Un turboréacteur à double flux comprend une soufflante et un générateur de gaz incorporant au moins un compresseur, une chambre de combustion, une turbine et une tuyère. Le bruit total produit par un tel turboréacteur à double flux peut donc comprendre le bruit de jet, de combustion, de soufflante, de compresseur et de turbine. Cependant, le bruit le plus dominant est généralement celui émis par la soufflante, qui peut s’étendre sur une large bande de fréquences, comme illustré sur la Fig. 13, avec des composantes tonales correspondant aux fréquences de passage des pales de la soufflante. Afin d’augmenter le rendement énergétique des turboréacteurs à double flux, la tendance générale est d’augmenter leur taux de dilution, c’est-à-dire, la proportion du débit d’air impulsé par la soufflante par rapport à celui utilisé pour la combustion dans le générateur de gaz, et donc le diamètre de la soufflante. En conséquence, les soufflantes des dernières générations de turboréacteurs à double flux ont tendance à tourner plus lentement, et donc à émettre du bruit à de plus basses fréquences.
[0003] Afin de réduire le bruit émis par les moteurs d’aviation, il est donc courant de recouvrir certaines zones, telles que les nacelles contenant ces moteurs, d’absorbants acoustiques tels que des panneaux sandwich à nid d’abeille. Dans ce type d’absorbants acoustiques, chaque cellule du nid d’abeille peut fonctionner comme un résonateur de Helmholtz pour atténuer le bruit. Toutefois, la plage fréquentielle d’atténuation acoustique de tels absorbants est limitée et, pour être efficace aux basses fréquences, ils doivent être particulièrement volumineux, ce qui est d’autant plus pénalisant que la surface à recouvrir peut être très grande pour les turboréacteurs à double flux et très haut taux de dilution.
[0004] Comme alternative aux panneaux sandwich à nid d’abeille, il a donc été proposé d’utiliser des matériaux poreux, dont les pores individuels agissent comme des résonateurs de Helmholtz. Toutefois, la plupart des matériaux poreux disponibles ont une trop faible résistance mécanique, tandis que les plus résistants, comme par exemple le matériau métallique divulgué dans US 7,963,364 B2, sont excessivement lourds. De plus, ces matériaux sont constitués majoritairement d’une structure à pores interconnectés, ce qui, dans le cas de l’application en moteurs d’avion, peut perturber le flux d’air dans le réacteur et ainsi dégrader le rendement du moteur. Au-delà de ces inconvénients, la fréquence minimale d’absorption parfaite des matériaux poreux est habituellement atteinte lorsque leur épaisseur est environ égale à un quart de la longueur d’onde acoustique. En conséquence, pour obtenir une absorption élevée du bruit à 1000 ou 500Hz, par exemple, cette épaisseur doit être d’environ 86 ou 171 mm, respectivement, résultant en des éléments beaucoup trop volumineux pour un espace de plus en plus restreint dans les nouvelles générations de moteurs à fort ou ultra-fort taux de dilution.
[0005] L’utilisation de la fabrication additive a été proposée par Z. Liu, J. Zhan, M. Fard, et J. L. Davy dans « Acoustic properties of a porous polycarbonate material produced by additive manufacturing », Materials Letters, vol. 181 , pp. 2960299, (oct. 2016) pour produire des absorbants acoustiques comportant des microcanaux. Ces absorbants acoustiques n’ont toutefois aussi qu’une plage de fréquences d’absorption assez étroite.
[0006] Il a également été proposé, par exemple par Qian, Y. J., Kong, D. Y., Liu, S. M., Sun, S. M., & Zhao, Z., dans « Investigation on micro-perforated panel absorber with ultra-micro perforations. », Applied Acoustics, 74(7), pp ; 931 -935 (2013), d’utiliser des panneaux micro-perforés en tant qu’absorbants acoustiques. Afin d’en élargir la plage de fréquences d’absorption acoustique, Liu, Z., Zhan, J., Fard, M., & Davy, J., dans « Acoustic properties of multilayer sound absorbers with a 3D printed micro-perforated panel. » Applied Acoustics, 121 , pp. 25-32 (2017), et Yang, W., Bai, X., Zhu, W., Kiran, R., An, J., Chua, C. K., & Zhou, K. dans « 3D Printing of Polymeric Multi-Layer Micro-Perforated Panels for Tunable Wideband Sound Absorption ». Polymers, 12(2), p. 360 (2020) ont proposé aussi de superposer plusieurs de ces panneaux et de les produire par fabrication additive. Toutefois, ces absorbants acoustiques relativement fragiles semblent difficilement applicables dans des environnements dans lesquels ils seraient soumis à abrasion ou autres contraintes mécaniques, comme notamment les nacelles de moteurs d’aviation.
[0007] Des méta-matériaux acoustiques avec plusieurs couches superposées dans la direction de l’épaisseur, produits par fabrication additive, ont été proposés dans la publication de demande de brevet français FR 1 761 722, ainsi que par Guild, M. D., Rohde, C., Rothko, M. C., & Sieck, C. F. dans « 3D printed acoustic metamaterial sound absorbers using functionally-graded sonic crystals », Proceedings of Euronoise (2018). On peut comprendre par méta-matériau acoustique un milieu structuré de manière périodique dont les unités constituantes périodiquement répétées affectent de manière collective le passage d’ondes acoustiques. Dans le cas des méta-matériaux susmentionnés, chaque couche superposée peut présenter un treillis avec une périodicité différente, de manière à élargir sa plage de fréquences fréquentielle d’atténuation. Toutefois, leur absorption acoustique est plus réduite aux plus basses fréquences, qu’il convient pourtant particulièrement d’absorber dans le contexte des moteurs à soufflante à très haut taux de dilution.
Exposé de l’invention
[0008] La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un absorbant acoustique de faible encombrement mais bonnes propriétés d’absorption acoustique, y compris aux basses fréquences. Suivant un premier aspect, cet absorbant acoustique peut s’étendre entre deux surfaces opposées et comprendre un ou plusieurs premiers résonateurs acoustiques quart-d’onde ayant chacun une première longueur, sensiblement supérieure à une épaisseur de l’absorbant acoustique entre les deux surfaces opposées, entre une première extrémité, ouverte sur une première surface des deux surfaces opposées de l’absorbant acoustique, et une deuxième extrémité fermée, et un élément microporeux, constitué d’une pluralité de cellules unitaires périodiquement répétées, adjacent aux premiers résonateurs acoustiques. Grâce à la combinaison de structures différentes du point de vue acoustique, l’absorbant est capable de fournir de l’absorption acoustique élevée sur un large spectre de fréquences.
[0009] Suivant un deuxième aspect, pour d’obtenir une longueur sensiblement supérieure à l’épaisseur de l’absorbant acoustique, les premiers résonateurs acoustiques quart-d’onde peuvent être inclinés par rapport à une direction de l’épaisseur de l’absorbant acoustique. En particulier, les premiers résonateurs acoustiques quart-d’onde peuvent au moins partiellement hélicoïdaux, de manière à limiter leur encombrement en direction perpendiculaire à l’épaisseur. Alternativement ou en complément à leur inclinaison par rapport au sens de l’épaisseur, les premiers résonateurs acoustiques quart-d’onde peuvent être coudés.
[0010] Suivant un troisième aspect, l’élément microporeux peut comprendre au moins une première et une deuxième couche superposées dans l’épaisseur de l’absorbant acoustique, et les cellules unitaires constituant la première couche être différentes des cellules unitaires constituant la deuxième couche, de manière à ajuster les propriétés acoustiques de l’élément microporeux.
[0011] Suivant un quatrième aspect, chaque cellule unitaire peut comprendre un canal et/ou des brins entrecroisés. L’élément microporeux peut ainsi prendre la forme d’un ensemble de microcanaux ou d’un microtreillis.
[0012] Suivant un cinquième aspect, les premiers résonateurs acoustiques quart- d’onde peuvent être disposés autour de l’élément microporeux. Ainsi, leurs parois peuvent confiner l’élément microporeux, de manière à limiter la circulation des ondes acoustiques au-delà de celui-ci, en particulier quand l’élément microporeux prend la forme d’un microtreillis avec des micropores interconnectés en direction perpendiculaire à l’épaisseur de l’absorbant acoustique. [0013] Suivant un sixième aspect, l’absorbant acoustique peut comprendre un ou plusieurs deuxièmes résonateurs acoustiques quart-d’onde ayant chacun une deuxième longueur, sensiblement différente de la première longueur, afin d’absorber de l’énergie acoustique sur deux longueurs d’onde sensiblement différentes. Les premiers résonateurs acoustiques et les deuxièmes résonateurs acoustiques peuvent être disposés suivant des rangées adjacentes, qui peuvent en particulier être concentriques.
[0014] Un septième et un huitième aspect concernent, respectivement, un moteur à turbine à gaz et un aéronef incorporant un absorbant acoustique suivant l’un quelconque des aspects précédents.
[0015] Un neuvième aspect concerne un procédé de production d’un absorbant acoustique suivant l’un quelconque des premier à sixième aspects, comprenant une étape de fabrication additive de l’élément microporeux et/ou des résonateurs acoustiques quart-d’onde, en particulier par dépôt de matière fondue, qui peut notamment s’effectuer suivant une trajectoire en zig-zag afin de limiter la communication fluide entre cellules unitaires adjacentes de l’élément microporeux, entre résonateurs acoustiques quart-d’onde adjacents et/ou entre l’élément microporeux et les résonateurs acoustiques quart-d’onde.
[0016] Suivant un dixème aspect, le procédé peut comprendre une étape subséquente d’assemblage de l’élément microporeux avec les résonateurs acoustiques quart-d’onde, en particulier par frettage. L’élément microporeux et/ou les résonateurs acoustiques quart d’onde peuvent ainsi être plus facilement fabriqués séparément, avant leur assemblage.
Brève description des dessins
[0017] [Fig. 1 ] La figure 1 illustre schématiquement un moteur de turbine à gaz pour la propulsion d’un aéronef.
[0018] [Fig. 2A][Fig. 2B] Les figures 2A et 2B représentent de vues de détail de deux types différents d’élément microporeux.
[0019] [Fig. 3A][Fig. 3B] Les figures 3A et 3B sont, respectivement, des vues du haut et latérale d’un absorbant acoustique suivant un premier mode de réalisation. [0020] [Fig. 4] La figure 4 illustre un absorbant acoustique suivant un deuxième mode de réalisation.
[0021 ] [Fig. 5] [ Fig . 6] [ Fig . 7] [ Fig. 8] [ Fig . 9] [ Fig . 10] Les figures 5 à 10 sont des graphiques illustrant comparativement les réponses acoustiques de différents modes de réalisation.
[0022] [Fig. 11][Fig. 12] Les figures 11 et 12 illustrent une étape de fabrication additive d’un procédé de fabrication d’un absorbant acoustique suivant un mode de réalisation.
[0023] [Fig. 13] La figure 13 est un graphique illustrant le spectre fréquentiel des émissions acoustiques d’un moteur tel que celui de la figure 1 .
Description des modes de réalisation
[0024] La figure 1 illustre de manière schématique un moteur à turbine à gaz 1 . Dans le sens de l’écoulement du fluide, ce moteur à turbine à gaz 1 peut comprendre une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, une turbine basse pression 7 et une tuyère 8. L’ensemble peut être entouré par une nacelle 9. Les compresseurs 3,4, la chambre de combustion 5 et les turbines 6, 7 forment ensemble le générateur de gaz 10, qui peut être lui-même entouré par un carénage 11 aboutissant dans la tuyère 8. Ainsi, une veine d’air 12 de la soufflante 2 peut être définie entre le carénage 11 du générateur de gaz 10 et une paroi interne 13 de la nacelle 9. La turbine haute pression 6 peut être reliée au compresseur haute pression 4 par un premier arbre rotatif 14 pour l’entraînement de cette dernière, tandis que la turbine basse pression 7 peut être reliée à la soufflante 2 et au compresseur basse pression 3 par un deuxième arbre rotatif 15 coaxial au premier arbre rotatif 14, de manière analogue. Dans le contexte des moteurs à haut et très haut taux de dilution, un réducteur 16 peut être interposé mécaniquement entre le deuxième arbre rotatif 15 et la soufflante 2, afin de réduire la vitesse de rotation de la soufflante 2 et empêcher que les bouts de pales de la soufflante 2 atteignent des vitesses excessives. [0025] Chacun de ces éléments du moteur à turbine à gaz 1 peut générer du bruit, mais le bruit généré par la soufflante 2 est généralement dominant. En outre, dans les moteurs à haut et très haut taux de dilution, et en particulier dans ceux équipés d’un réducteur 16, une grande partie du bruit de la soufflante 2 peut être concentré dans des basses fréquences, comme illustré sur la figure 10, montrant le niveau de pression acoustique (SPL) en fonction de la fréquence f. Afin d’absorber au moins une partie du bruit de la soufflante 2, des absorbants de bruit 17 peuvent être intégrés dans la paroi interne 13 de la nacelle 9, notamment en amont et en aval des pales de la soufflante 2. Comme illustré, il est cependant aussi envisageable d’intégrer des absorbants acoustiques 17 dans le carénage 11 du générateur de gaz 10, voire même dans le carter de ce dernier.
[0026] Typiquement, les absorbants acoustiques 17 sont formés par des panneaux sandwich à nid d’abeille. Toutefois, dans les moteurs à haut, voire très haut taux de dilution, ces panneaux peuvent représenter une pénalité importante en termes de masse et d’encombrement. En outre, il peut être difficile de les disposer directement en regard des bouts de pales de la soufflante, là où l’émission de bruit peut pourtant être la plus intense, puisque la paroi interne 13 de la nacelle 9 comprend typiquement un matériau abradable 18 à cet endroit, afin d’absorber le frottement occasionnel des bouts des pales de la soufflante 2 dû à leurs déformations transitoires.
[0027] Un absorbant acoustique 100 suivant un mode de réalisation peut comporter un élément microporeux 101 et un ou plusieurs résonateurs acoustiques 102, comme illustré sur les figures 3A, 3B et 4, de manière à combiner leurs propriétés d’absorption acoustique sur un large spectre de fréquences, qui peut en particulier comprendre les fréquences correspondant aux pics d’émission d’un moteur à turbine à gaz.
[0028] L’élément microporeux 101 et/ou les résonateurs acoustiques 102 peuvent être en polymère thermoplastique, par exemple en polyétherimide (PEI) ou polyetherethercétone (PEEK), ou en résine thermodurcissable, par exemple une résine époxyde comme celle formant le matériau abradable vendu par 3M® sous la dénomination Scotch-Weld® EC-3524 B/A. Afin de renforcer ce matériau, notamment quand l’absorbant acoustique 100 est destiné à être disposé en regard de pièces tournantes, et notamment des pales tournantes d’une soufflante 2, le matériau peut être renforcé par des particules solides, noyées dans la masse, par exemple des fibres, et notamment des fibres de carbone, des microsphères, par exemple microbilles de verre, ou des nanoparticules telles que la poudre de silice. En fonction de la matière et des renforts utilisés pour la fabrication de l’absorbant acoustique 100, celui-ci peut présenter une résistance mécanique et thermique importante ainsi que des propriétés d’abradabilité.
[0029] L’élément microporeux 101 peut être constitué d’une pluralité de cellules unitaires 110 périodiquement répétées, de manière à former un méta-matériau périodique. Chaque cellule unitaire 110 peut comprendre un canal 111 et/ou des brins entrecroisés 112, comme respectivement illustré sur les figures 2A et 2B, pour que l’élément microporeux prenne respectivement la forme d’un ensemble de microcanaux ou d’un microtreillis. Par ailleurs, l’élément microporeux 101 peut comprendre plusieurs couches superposées dans l’épaisseur de l’absorbant acoustique 100, et les différentes couches être constituées de cellules unitaires différentes des cellules unitaires 110 différentes. En superposant ainsi plusieurs couches de propriétés différentes, il est notamment possible d’absorber l’énergie acoustique sur un plus large spectre de fréquences.
[0030] Comme illustré sur les figures 3A, 3B et 4, les résonateurs acoustiques 102 peuvent notamment prendre la forme de guides d’ondes tubulaires, avec une première extrémité 102a ouverte, et une deuxième extrémité 102b fermée. L’absorbant acoustique 100 peut être utilisé en tant que revêtement d’absorption acoustique sur une paroi (non illustrée) sensiblement imperméable au son. Dans ce cas, les deuxièmes extrémités 102b des résonateurs acoustiques 102 peuvent être simplement fermées par ladite paroi. Ainsi, ces guides d’ondes tubulaires peuvent fonctionner en tant que résonateurs acoustiques quart-d’onde, pour absorber les ondes acoustiques de longueur égale à quatre fois la longueur du résonateur acoustique 102 entre son extrémité ouverte 102a et son extrémité fermée 102b. Afin d’absorber l’énergie acoustique sur des basses fréquences, cette longueur peut être sensiblement supérieure à l’épaisseur t de l’absorbant acoustique 100 entre ses deux surfaces opposées 100a, 100b. Pour cela, les résonateurs acoustiques 102 peuvent être inclinés d’un angle P par rapport à la direction de l’épaisseur de l’absorbant acoustique 100. Plus particulièrement, ils peuvent être au moins partiellement hélicoïdaux, comme illustré sur les figures 3A, 3B et 4, de manière à en limiter aussi l’extension dans chaque direction perpendiculaire à la direction de l’épaisseur de l’absorbant acoustique 100. Alternativement ou en complément à leur inclinaison par rapport à la direction de l’épaisseur, les résonateurs acoustiques 102 peuvent aussi être coudés afin d’augmenter le rapport entre leur longueur et l’épaisseur t de l’absorbant acoustique 100.
[0031] Par ailleurs, comme illustré sur les figures 3A, 3B et 4, les résonateurs acoustiques 102 peuvent être disposés suivant une ou plusieurs rangées 110,110’. Comme illustré sur la figure 3, chaque rangée 110,110’ peut suivre une ligne fermée, par exemple circulaire, ovale ou polygonale. Ainsi, les résonateurs acoustiques 102 peuvent être arrangés autour de l’élément microporeux 101 , de manière à le confiner. La circulation des ondes acoustiques perpendiculairement à l’épaisseur de l’absorbant scoustique 100 peut être limitée de cette manière, ce qui peut être particulièrement préférable quand l’élément microporeux 101 prend la forme d’un microtreillis avec des micropores interconnectés en direction perpendiculaire à l’épaisseur de l’absorbant acoustique 100. En outre, comme illustré sur la figure 4, quand les rangées 110,110’ suivent des lignes fermées, elles peuvent notamment être concentriques.
[0032] La figure 5 illustre comparativement les courbes respectives du coefficient d’absorption acoustique a en fonction de la fréquence pour des échantillons d’absorbants acoustiques 100 ayant une épaisseur t de 30 mm et comportant un élément microporeux 101 monocouche avec des pores ayant un diamètre D de 290 pm et des différents nombres et longueurs L de résonateurs acoustiques 102 formés par des tubes, avec chacun un diamètre Dt entre 3 et 5 mm, enroulés hélicoïdalement autour de l’élément microporeux 101 . La courbe 501 correspond à un absorbant acoustique 100 avec sept résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1 ,25 spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 109 mm. La courbe 502 correspond à un absorbant acoustique 100 avec cinq résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1 ,75 spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 150 mm. La courbe 503 correspond à un absorbant acoustique 100 avec trois résonateurs acoustiques 102, formant chacun trois spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 220 mm. A titre comparatif, la courbe 504 correspond à la réponse acoustique de l’élément microporeux 101 monocouche seul, sans gaine de résonateurs acoustiques. Comme on peut y apprécier, les résonateurs acoustiques 102 offrent des pics supplémentaires du coefficient d’absorption acoustique a. Plus spécifiquement, l’exemple à sept résonateurs acoustiques 102 offre un pic supplémentaire du coefficient d’absorption acoustique a avec une valeur de 0,95 à une fréquence f de 1200 Hz sur la courbe 501 , l’exemple à cinq résonateurs acoustiques 102 offre un pic supplémentaire du coefficient d’absorption acoustique a avec une valeur de 0,92 à une fréquence f de 1060 Hz sur la courbe 502 et l’exemple à trois résonateurs acoustiques 102 offre un pic supplémentaire du coefficient d’absorption acoustique a avec une valeur de 0,89 à une fréquence f de 668 Hz sur la courbe 503.
[0033] La figure 6 illustre comparativement les courbes respectives du coefficient d’absorption acoustique a en fonction de la fréquence pour des échantillons d’absorbants acoustiques 100 ayant une épaisseur t de 30 mm et comportant un élément microporeux 101 à deux couches et des différents nombres et longueurs L de résonateurs acoustiques 102 formés par des tubes d’entre 3 et 5 mm de diamètre enroulés hélicoïdalement autour de l’élément microporeux 101 . Plus spécifiquement, l’élément microporeux 101 comprend une première couche 101 a, du côté de la première surface 100a de l’absorbant acoustique 100, avec une épaisseur ti de 2 mm et un diamètre D-i des pores de 100pm, et une deuxième couche 101 b, du côté de la deuxième surface 100b de l’absorbant acoustique 100, avec une épaisseur t2 de 28 mm et un diamètre D2 des pores de 4,6 mm. La courbe 601 correspond à un absorbant acoustique 100 avec sept résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1 ,25 spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 109 mm. La courbe 602 correspond à un absorbant acoustique 100 avec cinq résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1 ,75 spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 150 mm. La courbe 603 correspond à un absorbant acoustique 100 avec trois résonateurs acoustiques 102, formant chacun trois spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 220 mm. A titre comparatif, la courbe 604 correspond à la réponse acoustique de l’élément microporeux 101 à deux couches seul, sans gaine de résonateurs acoustiques. Comme on peut y apprécier, on y retrouve aussi les pics supplémentaires du coefficient d’absorption acoustique a aux fréquences f de 1200 Hz sur la courbe 601 , 1060 Hz sur la courbe 602, et 668 Hz sur la courbe 603.
[0034] La figure 7 illustre comparativement les courbes respectives du coefficient d’absorption acoustique a en fonction de la fréquence pour des échantillons d’absorbants acoustiques 100 ayant une épaisseur t de 30 mm et comportant un élément microporeux 101 à quatre couches et des différents nombres et longueurs L de résonateurs acoustiques 102 formés par des tubes d’entre 3 et 5 mm de diamètre enroulés hélicoïdalement autour de l’élément microporeux 101 . Plus spécifiquement, l’élément microporeux 101 comprend une première couche 101 a, du côté de la première surface 100a de l’absorbant acoustique 100, avec une épaisseur ti de 1 mm et un diamètre Di des pores de 100 pm et, successivement en direction de la deuxième surface 100b de l’absorbant acoustique 100, une deuxième couche 101 b avec une épaisseur t2 de 13 mm et un diamètre D2 des pores de 4,6 mm, une troisième couche 101 c avec une épaisseur t3 de 2 mm et un diamètre D3 des pores de 100 pm, et une quatrième couche 101 d avec une épaisseur t4 de 13 mm et un diamètre D4 des pores de 4,6 mm. La courbe 701 correspond à un absorbant acoustique 100 avec sept résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1 ,25 spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 109 mm. La courbe 702 correspond à un absorbant acoustique 100 avec cinq résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1 ,75 spires autour de l’élément microporeux 101 , pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 150 mm. A titre comparatif, la courbe 703 correspond à la réponse acoustique de l’élément microporeux 101 à deux couches seul, sans gaine de résonateurs acoustiques, et on y reprend aussi la courbe 603 correspondant à un absorbant acoustique 100 avec trois résonateurs acoustiques 102 autour de l’élément microporeux 101 à seulement deux couches. Comme on peut y apprécier, on y retrouve aussi les pics supplémentaires du coefficient d’absorption acoustique a aux fréquences f de 1200 Hz sur la courbe 701 et 1060 Hz sur la courbe 702.
[0035] La figure 8 illustre l’influence du diamètre Dt des résonateurs acoustiques sur le coefficient a d’absorption acoustique. Les quatre courbes 801 à 804 correspondent à un absorbant acoustique 100 avec sept résonateurs acoustiques 102 de 109 mm de longueur L, formant chacun 1 ,25 spires autour d’un élément microporeux 101 à quatre couches, dont une première couche 101 a, du côté de la première surface 100a de l’absorbant acoustique 100, avec une épaisseur ti de 1 mm et un diamètre D-i des pores de 100 pm et, successivement en direction de la deuxième surface 100b de l’absorbant acoustique 100, une deuxième couche 101 b avec une épaisseur t2 de 13 mm et un diamètre D2 des pores de 4,6 mm, une troisième couche 101 c avec une épaisseur t3 de 2 mm et un diamètre D3 des pores de 100 pm, et une quatrième couche 101 d avec une épaisseur t4 de 13 mm et un diamètre D4 des pores de 4,6 mm. Toutefois, la courbe 801 correspond à un diamètre Dt de chaque résonateur acoustique 102 de 4 mm, la courbe 802 à un diamètre Dt de 3 mm, la courbe 803 à un diamètre Dt de 2 mm, et la courbe 804 à un diamètre Dt de 1 mm. On peut ainsi, en fonction du spectre d’absorption souhaité, optimiser non seulement la configuration de l’élément microporeux 101 , et la longueur et le nombre des résonateurs acoustiques 102, mais aussi leurs diamètres individuels.
[0036] Ainsi, le diamètre Dt optimal pour les résonateurs acoustiques 102 d’un absorbant acoustique 100 à sept résonateurs acoustiques 102 de 109 mm de longueur L, formant chacun 1 ,25 spires autour de l’élément microporeux 101 à quatre couches susmentionné, peut être par exemple de 3,2 mm, résultant en un coefficient a d’absorption acoustique en fonction de la fréquence f suivant la courbe 901 de la figure 9, tandis que le diamètre Dt optimal pour les résonateurs acoustiques 102 d’un absorbant acoustique 100 avec le même élément microporeux mais seulement trois résonateurs acoustiques 102 de 220 mm de longueur, formant chacun trois spires autour de l’élément microporeux 101 , peut être par exemple de 4,8 mm, résultant en la courbe 902.
[0037] En outre, comme illustré sur la figure 4, l’absorbant acoustique 100 peut comprendre des résonateurs acoustiques 102,102’ de différentes longueurs, afin d’absorber de l’énergie acoustique sur des longueurs d’ondes différentes. Ainsi, comme illustré sur la figure 4, un premier ensemble de résonateurs acoustiques 102 hélicoïdaux, ayant chacun un premier angle P d’inclinaison par rapport à la direction de l’épaisseur, et donc une première longueur L, peut être disposé suivant une première rangée 110 circulaire, et un deuxième ensemble de résonateurs acoustiques 102’ hélicoïdaux, ayant chacun un deuxième angle P’ d’inclinaison par rapport à la direction de l’épaisseur, et donc une deuxième longueur L’, peut être disposé suivant une deuxième rangée 110’ circulaire et concentrique par rapport à la première rangée 110, de manière à confiner ensemble l’élément microporeux 101.
[0038] La figure 10 compare ainsi la courbe 901 de l’absorbant acoustique 100 à sept résonateurs acoustiques 102 de 109 mm de longueur L autour de l’élément microporeux 101 à quatre couches avec une courbe 903 correspondant à un absorbant acoustique avec le même élément microporeux 101 à quatre couches, mais entouré de deux gaines concentriques, respectivement formées par un premier et un deuxième ensemble de résonateurs acoustiques 102, 102’, où le premier ensemble est formé par sept résonateurs acoustiques 102 de 109 mm de longueur L arrangés circulairement et enroulés autour de l’élément microporeux 101 , tandis que le deuxième ensemble est formé par trois résonateurs acoustiques 102’ de 220 mm de longueur arrangés circulairement et enroulés aussi autour de l’élément microporeux 101 . Comme l’on peut y apprécier, cette courbe 903 combine les pics d’absorption acoustique des courbes 901 et 902.
[0039] Le résonateurs acoustiques 102, 102’ et/ou l’élément microporeux 101 peuvent être produits, ensemble ou séparément, par un procédé de fabrication additive basé sur l'extrusion de matière, comme par exemple le procédé de dépôt de fil fondu utilisé pour des matières thermoplastiques. Ces procédés, particulièrement adaptés à la fabrication de formes complexes avec des parois fines, comprennent plusieurs étapes consécutives de dépôt de matériau. Dans chacune de ces étapes, une tête extrudeuse 200 peut se déplacer suivant un tracé 201 dans un plan transversal X-Y en déposant le matériau 202, qui se solidifie ensuite de manière à former une strate 203. En déplaçant ce plan transversal X-Y suivant une direction orthogonale Z après le dépôt de chaque strate 203, il est possible d’empiler ces strates 203 pour former l’élément microporeux 101 et/ou les résonateurs acoustiques 102, comme illustré sur la figure 11 . Afin de former des tubes et/ou des canaux, chaque strate 203 peut comprendre une pluralité de cellules périodiquement répétées, séparées par les parois formées par le dépôt du matériau 202, et les strates 203 déposés dans les étapes consécutives de dépôt de matériau peuvent être empilées avec leurs cellules respectives alignées.
[0040] Afin d’éviter au moins partiellement l’entrecroisement du matériau 202 extrudé lors du dépôt d’une strate 203, qui pourrait provoquer la formation de pores entre les cellules adjacentes, le tracé 201 peut être en zig-zag, comme illustré sur la figure 12. Pour éviter une accumulation de matière et la formation de pores aux intersections entre les parois, un écart O peut être maintenu entre les angles 205 du tracé 201 à ces intersections.
[0041 ] Quand les résonateurs acoustiques 102, 102’ et l’élément microporeux 101 sont fabriqués séparément, ils peuvent être assemblés ensuite pour former l’absorbant acoustique 100. Cet assemblage peut notamment s’effectuer par frettage. Ainsi, quand les résonateurs acoustiques 102, 102’ sont disposés de manière à former une ou plusieurs gaines annulaires, comme illustré sur les figures 3 ou 4, l’élément microporeux 101 peut alors être fretté à l’intérieur de ces gaines. On peut ainsi obtenir une forte connexion entre ces gaines de résonateurs acoustiques 102, 102’ et l’élément microporeux 101 à l’intérieur grâce à la pression radiale et le frottement résultant entre eux.
[0042] Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Absorbant acoustique s'étendant entre deux surfaces opposées et comprenant : un ou plusieurs premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde ayant chacun une première longueur, sensiblement supérieure à une épaisseur de l'absorbant acoustique entre les deux surfaces opposées, entre une première extrémité, ouverte sur une première surface des deux surfaces opposées de l'absorbant acoustique, et une deuxième extrémité fermée, et un élément microporeux, constitué d'une pluralité de cellules unitaires périodiquement répétées, adjacent aux premiers résonateurs acoustiques.
[Revendication 2] Absorbant acoustique suivant la revendication 1, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde sont inclinés par rapport à une direction de l'épaisseur de l'absorbant acoustique.
[Revendication 3] Absorbant acoustique suivant la revendication 2, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde sont au moins partiellement hélicoïdaux.
[Revendication 4] Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart- d'onde sont coudés.
[Revendication 5] Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément microporeux comprend au moins une première et une deuxième couche superposées dans l'épaisseur de l'absorbant acoustique, et les cellules unitaires constituant la première couche sont différentes des cellules unitaires constituant la deuxième couche.
[Revendication 6] Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque cellule unitaire comprend un canal et/ou des brins entrecroisés.
[Revendication 7] Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart- d'onde sont disposés autour de l'élément microporeux.
[Revendication 8] Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un ou plusieurs deuxièmes résonateurs acoustiques quart-d'onde ayant chacun une deuxième longueur, sensiblement différente de la première longueur.
[Revendication 9] Absorbant acoustique suivant la revendication 8, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques et les deuxièmes résonateurs acoustiques sont disposés suivant des rangées adjacentes.
[Revendication 10] Absorbant acoustique suivant la revendication 9, dans lequel les rangées adjacentes sont concentriques.
[Revendication 11] Moteur à turbine à gaz incorporant un absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 12] Aéronef incorporant un absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10.
[Revendication 13] Procédé de production d'un absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant une étape de fabrication additive de l'élément microporeux et/ou des résonateurs acoustiques quart-d'onde.
[Revendication 14] Procédé de production suivant la revendication 13, dans lequel l'étape de fabrication additive s'effectue par dépôt de matière fondue.
[Revendication 15] Procédé de production suivant la revendication 14, dans lequel la matière fondue est déposée suivant une trajectoire en zig-zag.
[Revendication 16] Procédé de production suivant l'une quelconque des revendications 13 à 15, comprenant une étape subséquente d'assemblage de l'élément microporeux avec les résonateurs acoustiques quart-d'onde.
[Revendication 17] Procédé de production suivant la revendication 14, dans lequel l'assemblage de l'élément microporeux avec les résonateurs acoustiques quart-d'onde s'effectue par frettage.
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