FR2956513A1 - Panneau de traitement acoustique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un panneau de traitement acoustique (100) comprenant une âme à structure alvéolaire (106) prise en sandwich entre une peau pleine (102) et une peau perforée (104), la peau perforée étant traversée de part en part par une pluralité d'orifices (110). Chacun des orifices de la peau perforée débouche du côté de la structure alvéolaire par une première ouverture (112) dont la section est supérieure ou égale à deux fois la section d'une seconde ouverture (114) de l'orifice débouchant du côté opposé. Application aux turbomachines et aux nacelles de turbomachines.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général du traitement acoustique dit « passif ». Le domaine d'application de l'invention est notamment, mais non exclusivement, celui des turbomachines aéronautiques. L'utilisation de panneaux de traitement acoustique passif est fréquente dans le domaine de l'aéronautique pour réduire les émissions sonores émises par les turbomachines. Par exemple, dans le cas d'un turboréacteur du type double corps double flux, de tels panneaux peuvent être disposés sur la face interne de la nacelle du turboréacteur, mais également sur les faces interne et externe de son capot primaire. Un panneau de traitement acoustique passif est généralement formé d'une structure alvéolaire en nid d'abeille recouverte d'une couche poreuse mince faisant office de paroi de veine et fermée à l'autre extrémité par une couche réfléchissante d'un point de vue acoustique (également appelée peau pleine). Des panneaux plus complexes avec des couches poreuses intermédiaires minces insérées entre des couches à structures en nid d'abeille peuvent être constitués pour étendre l'atténuation sur une plus vaste plage de fréquences. Dans les cellules de la structure en nid d'abeille, la réflexion sonore sur la couche réfléchissante conduit à l'établissement d'un système d'ondes stationnaires avec des noeuds et des ventres de pression et de vitesse acoustiques. Le résonateur est donc dimensionné pour qu'à la ou aux fréquences cibles, la vitesse acoustique soit maximale au niveau des couches poreuses.

L'énergie acoustique des ondes sonores émises par la turbomachine est alors dissipée par effet visco-thermique de façon optimale au niveau des orifices des couches poreuses. L'utilisation de couches poreuses à base de peaux perforées est prépondérante dans la constitution de panneaux de traitement acoustique dans le domaine aéronautique. La peau perforée d'un tel panneau présente un certain nombre d'orifices de forme généralement circulaire et se caractérise par sa porosité (ou taux de perforation), le diamètre des orifices et l'épaisseur de la peau. La porosité de la ou des couches fixe en première approximation l'amortissement du panneau. Quant à la structure alvéolaire, elle permet de réaliser majoritairement l'accord en fréquences du traitement acoustique tout en assurant une fonction structurale.

La peau perforée d'un panneau de traitement acoustique passif joue donc un rôle clé pour la dissipation acoustique par frottement des molécules d'air qui véhiculent l'énergie acoustique. L'épaisseur de cette peau, le diamètre de ses orifices et son taux de perforation influent fortement sur la dissipation acoustique du panneau. Un panneau de traitement acoustique est caractérisé par son impédance acoustique normale relevée en paroi de veine, c'est-à-dire par le rapport complexe entre la pression et la vitesse acoustiques normale à l'élément dissipatif. La Demanderesse a constaté qu'il est préférable de privilégier des peaux perforées les plus fines possibles notamment quand elles constituent des couches poreuses internes aux panneaux car le terme complexe de l'impédance de la peau augmente rapidement avec la fréquence et l'épaisseur de la peau, ce qui conduit à désaccorder le traitement acoustique lorsque les fréquences sont élevées. En d'autres termes, la diminution de l'épaisseur de la peau perforée permet d'augmenter la plage fréquentielle d'atténuation acoustique du panneau. Or, une peau perforée de faible épaisseur présente une mauvaise tenue aux contraintes mécaniques.

Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un panneau ayant une peau perforée d'épaisseur suffisamment importante pour satisfaire aux contraintes mécaniques tout en conservant les propriétés acoustiques bénéfiques d'une peau perforée bien plus fine. Ce but est atteint grâce à un panneau de traitement acoustique comprenant une âme à structure alvéolaire prise en sandwich entre une peau pleine et une peau perforée, la peau perforée étant traversée de part en part par une pluralité d'orifices, caractérisé en ce que chaque orifice de la peau perforée débouche du côté de la structure alvéolaire par une première ouverture dont la section est supérieure ou égale à deux fois la section d'une seconde ouverture de l'orifice débouchant du côté opposé. Une telle géométrie des orifices de la peau perforée permet de concilier une peau perforée très épaisse avec des propriétés acoustiques élevées. Un tel panneau présente notamment une grande efficacité des traitements acoustiques en hautes fréquences. Par ailleurs, le panneau selon l'invention présente une masse allégée par rapport à un panneau de l'art antérieur ayant les mêmes propriétés acoustiques. De préférence, la peau perforée présente une épaisseur comprise entre 0,3 mm et 3 mm.

Toujours de préférence, la peau perforée présente un taux de perforation compris entre 1 et 20°h. La première et la seconde ouverture de chaque orifice de la peau perforée peuvent être de forme sensiblement circulaire. Dans ce cas, le diamètre de la seconde ouverture est avantageusement compris entre 0,10 et 1,5 mm. Les orifices de la peau perforée peuvent chacun avoir une forme tronconique. Selon une autre variante de réalisation, les orifices de la peau perforée peuvent chacun avoir une forme d'entonnoir avec une partie conique débouchant au niveau de la première ouverture et une partie tubulaire débouchant au niveau de la seconde ouverture. Dans ce cas, la peau perforée peut être réalisée par assemblage de deux portions de peau l'une sur l'autre, l'une des portions de peau comportant les parties coniques des orifices et l'autre portion de peau comportant les parties tubulaires des orifices. Selon encore une autre variante de réalisation, les orifices de la peau perforée ont chacun une forme de double cylindre avec un premier cylindre débouchant au niveau de la première ouverture et un second cylindre de plus petit diamètre débouchant au niveau de la seconde ouverture. Dans ce cas, la peau perforée peut être réalisée par assemblage de deux portions de peau l'une sur l'autre, l'une des portions de peau comportant les premiers cylindres des orifices et l'autre portion de peau comportant les seconds cylindres des orifices. L'invention a également pour objet une turbomachine et une 30 nacelle de turbomachine comprenant au moins un panneau de traitement acoustique tel que défini précédemment.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 35 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un turboréacteur équipé de panneaux de traitement acoustique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue agrandie et en écorché d'un panneau de traitement acoustique dit simple couche selon l'invention ; et - les figures 3, 3A, 4, 4A, 5 et 5A représentent de façon schématique trois variantes de réalisation d'un panneau de traitement acoustique selon l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation L'invention concerne un panneau de traitement acoustique passif, notamment du type de ceux équipant un turboréacteur d'aéronef tel que celui représenté sur la figure 1. Le turboréacteur 10 représenté sur cette figure 1 est du type à double corps et double flux. Il est entouré d'une nacelle 12. De façon connue en soi, le turboréacteur comprend, d'amont en aval, une soufflante 14, un compresseur basse pression 16, un compresseur haute pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 22 et une turbine basse pression 24. La nacelle 12 entoure le capot primaire 26 du turboréacteur en lui étant concentrique pour définir une veine d'écoulement de flux froid 28. De même, le capot primaire 26 entoure le corps central 30 du turboréacteur en lui étant concentrique pour définir une veine d'écoulement de flux chaud 32. La face interne de la nacelle 12 comprend, en amont et en aval de la soufflante 14 du turboréacteur, des panneaux de traitement acoustique 100. Il en est de même pour le capot primaire 26, au niveau de sa face externe autour du compresseur haute pression 18 et de la chambre de combustion 20, et au niveau de sa face interne en aval de la turbine basse pression 24. Ces panneaux de traitement acoustique 100 ont pour fonction d'atténuer les nuisances sonores émises par le turboréacteur.

La figure 2 représente plus en détails un exemple de réalisation d'un panneau de traitement acoustique 100 dit simple couche, c'est-à-dire avec un seul étage de structure en nid d'abeille. Le panneau comprend notamment une peau pleine 102, une peau perforée 104 et une âme à structure alvéolaire 106 prise en sandwich entre ces peaux. Bien entendu, le panneau pourrait être multicouches, c'est-à-dire constitué de plusieurs couches formées chacune à partir d'un tel empilement. La peau pleine 102 sert de support à la structure alvéolaire 106. Cette dernière qui est fixée sur la peau pleine (par collage ou brasage par exemple) est constituée d'un réseau de cavités 108 en forme de nid d'abeille. Quant à la peau perforée 104, elle est fixée à la structure alvéolaire 106 (également par collage ou brasage). Selon l'implantation du panneau de traitement acoustique sur la nacelle 12 ou le turboréacteur 10, la peau perforée 104 est disposée du côté de la veine d'écoulement de flux froid 28 ou du côté de la veine d'écoulement du flux chaud 32. Par ailleurs, cette peau perforée est traversée de part en part par une pluralité d'orifices 110 à l'intérieur desquels l'énergie acoustique des ondes sonores émises par le turboréacteur est dissipée par effet visco-thermique. Selon l'invention, chaque orifice 110 de la peau perforée 104 débouche du côté de la structure alvéolaire 106 par une première ouverture 112 dont la section droite S1 est supérieure ou égale à deux fois la section droite S2 d'une seconde ouverture 114 de l'orifice, cette seconde ouverture débouchant du côté opposé à la structure alvéolaire (c'est-à-dire du côté de la veine d'écoulement de flux froid 28 ou du flux chaud 32).

De façon plus précise, dans le mode de réalisation des figures 3 et 3A, les orifices 110 de la peau perforée du panneau acoustique 100 ont chacun une forme de tronc de cône centré sur un axe 116 sensiblement perpendiculaire à la peau perforée. La première ouverture 112 de ce tronc de cône est située du côté de la structure alvéolaire 106 et la seconde ouverture 114 est disposée du côté opposé. Compte tenu de la forme tronconique des orifices, ces ouvertures 112, 114 sont de forme sensiblement circulaire et le rapport entre leurs diamètres di, d2 respectifs est donc supérieur ou égal à deux (afin de respecter la condition sur le rapport entre leurs sections S1, S2 respectives).

Une telle forme d'orifice peut être obtenue par un procédé de perforation au laser par exemple. Dans un autre mode de réalisation représenté par les figures 4 et 4A, les orifices 110' de la peau perforée du panneau acoustique 100' ont chacun une forme d'entonnoir avec une partie conique 110'a débouchant au niveau de la première ouverture 112 et une partie tubulaire 110'b débouchant au niveau de la seconde ouverture 114. Comme pour le précédent mode de réalisation, ces orifices sont également centrés sur un axe 116 sensiblement perpendiculaire à la peau perforée et les ouvertures 112, 114 sont de forme sensiblement circulaire avec le rapport entre leurs diamètres dl, d2 respectifs qui est supérieur ou égal à deux. Une telle forme d'orifice peut être obtenue en réalisant la peau perforée 104 par un assemblage de deux portions de peau l'une sur l'autre, l'une des portions de peau 104a comportant les parties coniques 110'a des orifices 110' (obtenues par un procédé de perforation au laser par exemple) et l'autre portion de peau 104b comportant les parties tubulaires 110'b des orifices (obtenues par un procédé de perforation mécanique à l'aide d'un foret par exemple).

Dans encore un autre mode de réalisation représenté par les figures 5 et 5A, les orifices 110" de la peau perforée du panneau acoustique 100" ont chacun une forme de double cylindre avec un premier cylindre 110"a débouchant au niveau de la première ouverture 112 et un second cylindre 110"b de plus petit diamètre débouchant au niveau de la seconde ouverture 114. Comme pour les deux précédents modes de réalisation, ces orifices 110" sont centrés sur un axe 116 sensiblement perpendiculaire à la peau perforée et les ouvertures 112, 114 sont de forme sensiblement circulaire avec le rapport entre leurs diamètres di, d2 respectifs qui est supérieur ou égal à deux. De même pour que pour le précédent mode de réalisation, une telle forme d'orifice peut être obtenue en réalisant la peau perforée 104 par un assemblage de deux portions de peau l'une sur l'autre, l'une des portions de peau 104a comportant les premiers cylindres 110"a des orifices 110" et l'autre portion de peau 104b comportant les seconds cylindres 110"b des orifices, ces cylindres étant obtenus par un procédé de perforation mécanique ou au laser par exemple. Dans cette variante de réalisation, un cylindre de la première ouverture peut aussi être mis en regard de plusieurs cylindres de plus petits diamètres constituant la seconde ouverture.

On décrira maintenant certaines caractéristiques avantageuses communes à l'ensemble de ces modes de réalisation. De préférence, la peau perforée 104 du panneau de traitement acoustique présente une épaisseur e qui est comprise entre 0,3 mm et 0,8 mm quand elle constitue une peau interne d'un panneau multicouches, et comprise entre 0,8 mm et 3 mm quand elle est employée dans un panneau simple couche. A l'échelle d'un turboréacteur de type double flux double corps, une telle épaisseur est suffisamment faible pour permettre d'obtenir une plage fréquentielle d'atténuation acoustique du panneau satisfaisante.

Toujours de préférence, la peau perforée 104 du panneau de traitement acoustique présente un taux de perforation compris entre 1 et 4% quand elle constitue une peau interne d'un panneau multicouches, et compris entre 5 et 20% quand elle est employée dans un panneau simple couche ou comme paroi de veine d'un panneau multicouches. Par taux de perforation, on entend le rapport entre la surface totale perforée de la peau et sa surface globale (un taux de perforation de 5% signifie donc que la surface totale ouverte de la peau équivaut à 5% de la surface globale). Encore de préférence, dans le cas d'ouvertures 112, 114 des orifices à forme sensiblement circulaire, le diamètre de la première ouverture 112 est compris entre 0,20 et 3,0 mm de sorte que le diamètre de la seconde ouverture 114 est compris entre 0,10 et 1,5 mm. On notera que la peau perforée 104 du panneau de traitement acoustique peut être réalisée soit en matériau métallique, soit en matériau composite à base de fibres de verre ou de carbone pour alléger encore plus la structure. Quant à la peau pleine, elle peut également être réalisée à base d'un matériau métallique ou d'un matériau composite. On notera également que les orifices 110, 110', 110" de la peau perforée 104 du panneau de traitement acoustique ne sont pas nécessairement centrés sur un axe 116 perpendiculaire à la peau mais ils peuvent être inclinés par rapport à celui-ci.

Comme indiqué précédemment, l'invention ne se limite pas aux panneaux dits simple couche mais elle est également applicable aux panneaux dits multicouches qui sont très fréquemment utilisés dans les nacelles de turboréacteurs.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Panneau de traitement acoustique (100 ; 100' ; 100") comprenant une âme à structure alvéolaire (106) prise en sandwich entre une peau pleine (102) et une peau perforée (104), la peau perforée étant traversée de part en part par une pluralité d'orifices (110 ; 110' ; 110"), caractérisé en ce que chaque orifice de la peau perforée débouche du côté de la structure alvéolaire par une première ouverture (112) dont la section (Si) est supérieure ou égale à deux fois la section (S2) d'une seconde ouverture (114) de l'orifice débouchant du côté opposé.
2. 2. Panneau selon la revendication 1, dans lequel la peau perforée présente une épaisseur comprise entre 0,3 mm et 3 mm.
3. 3. Panneau selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la peau perforée présente un taux de perforation compris entre 1 et 20%.
4. 4. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première et la seconde ouverture de chaque orifice de la peau perforée sont de forme sensiblement circulaire, le diamètre de la seconde ouverture étant compris entre 0,10 et 1,5 mm.
5. 5. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les orifices (110) de la peau perforée ont chacun une forme tronconique.
6. 6. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les orifices (110') de la peau perforée ont chacun une forme d'entonnoir avec une partie conique (110'x) débouchant au niveau de la première ouverture (112) et une partie tubulaire (110'b) débouchant au niveau de la seconde ouverture (114).
7. 7. Panneau selon la revendication 6, dans lequel la peau perforée est réalisée par assemblage de deux portions de peau l'une sur l'autre, l'une des portions de peau (104a) comportant les parties coniques(110'a) des orifices et l'autre portion de peau (10412) comportant les parties tubulaires (110'') des orifices.
8. 8. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les orifices (110") de la peau perforée ont chacun une forme de double cylindre avec un premier cylindre (110"a) débouchant au niveau de la première ouverture (112) et un second cylindre (110"b) de plus petit diamètre débouchant au niveau de la seconde ouverture (114).
9. 9. Panneau selon la revendication 8, dans lequel la peau perforée est réalisée par assemblage de deux portions de peau l'une sur l'autre, l'une des portions de peau (104a) comportant les premiers cylindres (110"a) des orifices et l'autre portion de peau (10412) comportant les seconds cylindres (110"b) des orifices.
10. 10. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la peau perforée est réalisée en matériau composite.
11. 11. Turbomachine comportant au moins un panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
12. 12. Nacelle de turbomachine comportant au moins un panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.