FR2823590A1 - Panneau d'attenuation acoustique comportant une couche resistive a composante structurale renforcee - Google Patents
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Abstract
- L'invention concerne un panneau d'atténuation acoustique comportant une couche résistive a composante structurale renforcée.- L'objet de l'invention est un panneau d'atténuation acoustique comportant une couche résistive à composante structurale renforcée, du type comprenant au moins une couche de structure alvéolaire (1) flanquée, d'un côté, d'une couche résistive (2) composée d'au moins une couche poreuse (2b) et d'au moins une couche structurale perforée (2a), et, de l'autre côté, d'une couche formant réflecteur total (3), caractérisé en ce que ladite couche structurale (2a) est percée de trous (4) non-circulaires présentant chacun sa plus grande dimension et sa plus petite dimension suivant respectivement deux axes perpendiculaires.- Application notamment à des nacelles de turboréacteurs d'aéronefs.
Description
automobile est un dispositif de positionnement global de type GPS.
PANNEAU D'ATTENUATION ACOUSTIQUE COMPORTANT UNE COUCHE
RESISTIVE A COMPOSANTE STRUCTURALE RENFORCEE
La présente invention a trait aux panneaux d'atténuation acoustique, notamment à des panneaux destinés à être montés dans des parois de nacelles de turboréscteurs d'aéronefs, dans des carters de réacteurs, dans des conduits devant être insonorisés et, d'une manière générale, à des panneaux combinant de bonnes propriétés à ia fois acoustiques et de résistance structurale. Dans la pratique, ce type de panneau intègre une âme alvéolaire, telle qu'une structure en nid d'abeilles flanquée, côté onde sonore incidente, d'une couche d'amortissement acoustique et, du côté opposé, d'un réflecteur
1 0 arrière.
La couche d'amortissement acoustique est une structure poreuse à rôle dissipatif, c'est-à-dire transformant partiellement l'énergie acoustique de
l'onde sonore la traversant en chaleur.
Cette structure poreuse peut être, par exemple, un tissu métallique ou un tissu de fibres de carbone dont le tissage permet de remplir sa fonction dissipatrice. Ces panneaux acoustiques devant, par exemple dans le cas de pan neaux éq ui pant des nacelles d e turboréacteurs, ég alement avoir d es propriétés structurales suffisantes pour notamment recevoir et transférer les efforts aorodynamiques, inertiels et ceux liés à la maintenance de la nacelle, vers les liaisons structurales nacelle / moteur, il est nécessaire de conférer à la
couche d'amortissement acoustique des propriétés structurales.
i A cette fin on a déjà proposé de réaliser une couche d'amortissement acoustique à deux composantes superposées, I'une structurale et i'autre poreuse et dissipatrice, la composante structurale étant, soit disposoe entre la structure alvéolaire et la composante dissipatrice, comme illustré par le brevet GB 2 130 963, soit disposée au contact avec l'onde sonore incidente, comme
illustré par le document EP O 911 803.
L' invention vise plus précisément des panneaux de ce dernier type, c'està-dire comportant une couche résistive à composante structurale tournée vers l'onde sonore incidente, mais s'applique également à des panneaux dont la couche résistive comporte une composante structurale interposée entre la
composante dissipatrice et la structure alvéolaire.
La structure du panneau selon EP O 911 803 présente l'inconvénient d'une couche résistive formée de deux couches superposées métalliques, à savoir un tissu et une feuilie. Le métal utilisé pour réaliser le tissu métallique est préTérentiellement de l'acier inoxydable, tandis que la couche structurale est une feuille d'aluminium. Outre le fait que le collage métal-métal demande une technique particulière qui ne donne pas entière satisfaction, I'utilisation de deux métaux de structure différente induit une corrosion par l'apparition d'un couple galvanique. De plus, la densité, bien que faible, des métaux utilisés
augmente sensiblement la masse du panneau acoustique.
L'utilisation des matériaux composites pour réaliser de telles couches dissipatrices ou structurales est bien connue et permet de réaliser un panneau acoustique plus léger qu'un panneau acoustique utilisant du métal tout en
conservant audit panneau ses caractéristiques structurales et acoustiques.
11 existe une abondante littérature décrivant des panneaux d'atténuation acoustique du type sandwich comportant une couche acoustiquement résistive formée d'une feuille non-métallique percée, utilisée seule ou en association avec une couche poreuse. Toutefois, ces feuilles sont généralement constituées de matières plastiques à haute tenue aux températures ou de matières plastiques renforcées de fibres, notamment de graphite. Par ailleurs, ces feuilles, métalliques ou non-métalliques alliant caractéristiques structurales et acoustiques, comportent toutes des
perforations circulaires, alignées ou sensiblement en quinconce.
Pour conserver un taux de surface ouverte permettant un bon amortissement acoustique, il est nocessaire de perforer la couche structurale du nombre adéquat d'orifices. Par conséquent, ladite couche est fragilisée, d'une part, par l'enlèvement de matière auquel il est procédé et, d'autre part, par la disposition des orifices. En effet, la matière restante entre deux orifices ne permet pas à ladite couche structurale de supporter le transfert des efforts mécaniques, aérodynamiques et inertiels vers le carter moteur. Afin de pallier ce problème, il est alors nocessaire de renforcer ladite couche en augmentant son épaisseur ou de diminuer ledit taux de surface ouverte, ce qui pénalise la
qualité d'amortissement acoustique dudit panneau.
D'autre part, dans le cas d'une disposition des orifices de perforation en quinconce, I'utilisation de matériaux composites tels qu'une nappe de carbone n'est pas appropriée. En effet, les fibres dudit matériau sont cassées par l'enlèvement de matière et leur discontinuité ne permet pas le passage des efforts cités plus haut. Pour cette raison, il est nocessaire d'augmenter
l'épaisseur de ladite couche structurale, au détriment de sa masse.
De plus, la forme des orifices, leur distribution symétrique dans les couches structurales du type ci-dessus leur confèrent une tenue mécanique isotropique qui ne tient nullement compte de la répartition des efforts que doit supporter le panneau acoustique. Ces efforts étant plus importants dans le sens longitudinal que dans le sens radial, on est donc conduit à réaliser un panneau ayant une épaisseur adéquate au passage des efforts longitudinaux
mais sur-dimensionné pour le passage des efforts radiaux.
La présente invention vise précisément à pallier ces inconvénients.
A cet effet, I'invention a pour objet un panneau d'atténuation acoustique comportant une couche résistive à composante structurale renforcée, du type comprenant au moins une couche de structure alvéolaire flanquce, d'un côté, d'une couche résistive composoe d'au moins une couche poreuse et d'au moins une couche structurale perforée, et, de l'autre côté, d'une couche formant réflecteur total, caractérisé en ce que ladite couche structurale est percce de trous non-circulaires présentant chacun sa plus grande dimension et sa plus petite dimension suivant respectivement deux
axes perpendiculaires.
De préférence, la plus petite dimension des trous est supérieure ou égale à 0,5 mm et la plus grande dimension est supérieure ou égale à 1,5 fois
la plus petite.
Avantageusement, la plus grande dimension des trous est parallèle à la
direction des efforts principaux à supporter.
Dans une application de l'invention à la réalisation de panneaux devant tapisser des parois de nacelles de turboréacteurs, la plus grande dimension des trous est parallèle à l'axe longitudinal du moteur et les trous sont distribués suivant des alignements à la fois parallèles audit axe du moteur et
orthogonaux à ce dernier.
Suivant un mode de réalisation, la couche structurale perforce est constituée de fibres minérales ou organiques, naturelles ou synthétiques,
imprégnées d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique, polymérisse.
Les fibres peuvent être unidirectionnelles et parallèles notamment à
ladite direction des efforts principaux.
Les fibres peuvent être également sous forme d'un tissu ou d'un empilage de tissus dont les fils de trame ou de chane sont parallèles à ladite
direction des efforts principaux.
La forme des trous est choisie dans le groupe comprenant les formes
rectangulaires, oblongues, hexagonales.
Les panneaux réalisés conformément à l'invention présentent l'avantage essentiel que la couche structurale ainsi perforce offre, par rapport à une couche structrale perforée de l'art antérieur et à taux de surface ouverte égal, une matière entre les trous mieux distribuée, c'est-à-dire regroupée suivant l'un et/ou l'autre des deux axes privilégiés définis respectivement par
la plus grande dimension et la plus petite dimension des trous.
En d'autres termes, ladite matière entre trous est regroupée en bandes ou couloirs plus larges entre les alignements de trous, permettant ainsi un transfert plus efficace des efforts, via lesdites bandes, en direction des
structures environnant les panneaux.
Une telle amélioration du transfert des efforts peut être obtenue en conservant un taux de surface ouverte de la couche structurale adapté aux conditions d'atténuation acoustiques recherchées et, ce, tout en minimisant
l'épaisseur de ladite couche structurale.
De plus, dans le cas d'une couche structurale réalisoe en matériau composite et plus précisément à l'aide de fibres pré-imprégnces d'une résine, les forme et disposition particulière des trous perforés permettent de préserver au mieux la continuité des fibres, notamment au droit desdits bandes ou
couloirs inter-perforations, assurant ainsi un meilleur transfert des efforts.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui
va suivre de modes de réalisation de panneaux selon l'invention, description
donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur 1 5 lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un panneau d'atténuation acoustique selon l'invention; - la figure 2 illustre un premier mode de réalisation d'une couche structurale de panneau selon l'invention; - la fig u re 3 représente une couche structu rale convention nel le à perforations circulaires; - la figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation; - la figure 5 illustre un troisième mode de réalisation d'une couche structurale de panneau selon l'invention, et
- la figure 6 illustre un quatrième mode de réalisation.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une structure sandwich de panneau d'atténuation acoustique selon l'invention, comprenant une structure centrale alvéolaire 1 flanquée, d'un côté, d'une couche acoustiquement résistive 2 dite avant, formée de deux composants, et de
I'autre côté, d'une couche 3, dite arrière, formant un réflecteur total.
La structure centrale alvéolaire 1 est formée, dans le mode de réalisation représenté, d'une couche unique de type nid d'abeilles. Bien entendu, plusieurs couches de nid d'abeilies séparces par des septums peuvent être prévus, à la manière connue, pour constituer plusieurs
résonateurs superposés.
La couche résistive 2 est dite avant en ce qu'elle est au contact de I'écoulement aérodynamique ou du milieu gazeux dans lequel se déplacent les
ondes sonores à amortir.
La couche 2 comprend une composante dite structurale 2a, chargée de transférer les efforts mécaniques, aérodynamiques et inertiels vers le carter moteur, dans le cas de l'utilisation d'un tel panneau pour tapisser par exemple la paroi externe délimitant le canal de soufflante d'un turboréacteur. Cette couche structurale 2a directement en contact avec led it écoulement aérodynamique, a également un rôle acoustique car elle doit laisser passer les ondes sonores en direction du ou des résonateurs et, à cet effet, est percée d'ouvertures ou trous 4, de forme et distributions particulières conformément
1 5 à I'invention.
La deuxième composante 2b de la couche résistive est interposoe entre la couche structurale 2a et la couche alvéolaire 1 et constituce à la manière connue d'une couche de matériau perméable à l'air, par exemple un tissu ou
une superposition de tissus métalliques formés de fils d'acier inoxydables.
La couche arrière 3 est par exemple et également à la manière connue,
une feuille d'aluminium non-perforée.
La couche structurale 2a est formée, dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, de bandes rectangulaires, telles que les deux bandes représentées, juxtaposoes avec un léger recouvrement mutuel, constituces d'un matériau en feuille rigide ou semi-rigide, qui peut être un métal, tel que l'aluminium ou l'acier inoxydable, un matériau composite, tel qu'une matière plastique à haute tenue en température ou une matière plastique renforcoe de fibres, notamment de graphite, ou encore un matériau composite constitué de fibres minérales ou organiques, naturelles ou synthétiques, imprégnées d'une
résine thermodurcissable ou thermopiastique, polymérisée.
La couche 2a est unique ou bien formée par la superposition de
plusieurs couches de bandes telles que celles représentées sur la figure 1.
Chaque bande 2a est percée identiquement de trous 4 identiques, rectangulaires et alignés à la fois dans le sens de la longueur des bandes 2a et transversalement. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement en vue de dessus les deux composantes superposées 2a, 2b. Les trous 4 ont un rapport longueur sur longueur de 2 et leur axe longitudinal est parallèle à la direction 5 de passage des efforts principaux à
supporter par le panneau.
Cette direction 5 correspond, pour un turboréacteur par exemple, à I'axe du moteur, lequel exerce sa poussée, ainsi que lors de l'inversion de
poussée, suivant son axe.
Sur la figure 3, on a représenté en comparaison une couche résistive conventionnelle à deux composantes 2'a, 2'b correspondant aux composantes
2a, 2b de 1'invention.
La composante 2'a est réalisée dans le même matériau que la composante 2a, a méme surface que cette dernière et même surface ouverte totale, les ouvertures étant constituces par une distribution réqulière de trous circulaires 4' à équidistance les uns des autres et alignés à la fois suivant la direction 5' homologue de la direction 5 de la figure 2 et suivant une direction 6' perpendiculaire à la direction 5' et homologue de la direction 6 de la figure 2. Comme on peut l'observer en examinant comparativement attentivement les figures 2 et 3, dans le sens de la largeur des rectangles 4, I'intervalle 7 entre deux alignements de trous 4 est supérieur à 1'intervalle 7' entre deux alignements homologues de trous 4' et, dans la bande 2a, la somme des intervalles 7 (y compris les intervalles extérieurs) est supérieure à la somme des intervalles 7' de la bande 2'a. Autrement dit, dans la bande 2a, la largeur totale de matière, c'est-à-dire ladite somme des intervalles 7, disponible pour transférer les efforts dans la direction 5, est très sensiblement
supérieure à la largeur totale de matière correspondante dans la bande 2'a.
La bande 2a selon 1'invention a donc une meilleure tenue mécanique
dans la direction 5.
Il en est de même dans la direction 6, dite radiale, correspondant à 1'axe radial du moteur. La somme des intervalles 8 est très sensiblement supérieure
à celle des intervalles homologues 8' de la bande 2'a.
Il est important de souligner à nouveau que l'amélioration de la tenue mécanique, à savoir un meilleur transfert des efforts selon les directions 5, 6 est obtenu avec une couche structurale 2a identique à la couche conventionneile 2'a pour ce qui concerne la nature du matériau constitutif de
la couche et le taux d'ouverture, c'est-à-dire la surface totale perforce.
Il est à noter que la direction 5 étant également celle de 1'écoulement aérodynamique dans un moteur, les trous 4 sont également alignés dans le sens de cet écoulement dans le conduit d'entrée d'air, ce qui minimise la
trance aérodynamique.
Ainsi, non seulement la perforation de la couche 2a conformément à l'invention confère aux panneaux d'atténuation acoustique équipant des entrces d'air de turboréacteurs un meilleur passage des efforts principaux, mécaniques, acrodynamiques et inertiels, tout en conservant un taux de surface ouverte adapté auxdits panneaux et en minimisant l'épaisseur de
ladite couche structurale 2a.
Il est à noter que la perforation selon l'invention de la couche structurale 2a est particulièrement intéressante dans le cas o ladite couche 2a est constituce à partir de fibres, par exemple de carbone, de verre ou de
"Keviar", pré-imprégnées d'une résine approprise.
Lorsque par exemple la bande 2a est constituée à partir d'une nappe de fibres unidirectionnelles parallèles à ia direction 5 des efforts principaux, les fibres se trouvant dans les couloirs entre les alignements selon la direction 5 des trous 4 ne seront pas coupées lors de la réalisation des perforations et
assureront ainsi un transTert des efforts au maximum de leur capacité.
Ces mêmes fibres non coupées seraient en nombre bien moins important dans le cas d'une bande telle que 2'a, réalisée à partir de fibres unidirectionnelles parallèles à la direction 5' du fait de la valeur inférieure de la
somme des intervalles 7' en comparaison avec les intervalles 7.
Dans le cas de la réalisation de la bande 2a à partir d'un ou plusieurs tissus superposés de fibres pré-imprégnées, les fils de trame et de chane du ou des tissus sont avantageusement disposés parallèlement aux directions 5 et 6 en sorte d'avoir le moins de fibres coupées lors de la perforation des trous 4, à la fois parallèlement à la direction 5 et parallèlement à la direction 6. La perforation des trous 4 est réalisoe par tous moyens appropriés, par exemple par poinsonnage, tous les trous 4 d'une bande étant perforés en une
seule passe à l'aide d'une presse à poinçons multiples.
Les perforations sont réalisoes par exemple sur des bandes rectangulaires de dimensions appropriées à celles du panneau à réaliser, à plat, quelle que soit la nature du matériau constitutif. Les bandes seront ensuite juxtaposées et éventuellement superposées et mises en forme selon le type de ,.
panneau a realser.
Dans le cas de fibres pré-imprégnces de résine, les bandes seront
rigidifiées par polymérisation de la résine, avant d'être perforces.
La direction des efforts principaux (5) dépend bien entendu du type de panneau à réaliser et de sa destination. L'homme du métier saura dans chaque cas déterminer cette direction et adapter l'alignement des trous 4, c'est-à-dire I'orientation des différentes bandes 2a constitutives de la couche structurale à
réaliser dans le panneau.
L'assemblage des diverses couches constitutives (1, 2 et 3) du panneau
est réalisé à l' aide de techniques conventionnelles.
Au lieu de bandes telles que 2a, juxtaposées et éventuellement superposoes, on peut, dans le cas par exemple de réalisation par banderolage d'une couche structurale annulaire monobloc pour un panneau destiné à constituer la paroi d'un canal de soufflante, réaliser un ruban continu de fibres pré-imprégnées unidirectionnelles ou à trame de tissage. Le ruban est co nsol idé par polymérisatio n de la résine afin de perforer l es trous 4, puis déposé par banderolage sur un moule, à la manière connue, sur une seule couche ou plusieurs couches superposées, après quoi, la couche poreuse 2b puis les autres couches (1, 3) sont mises en place, notamment par
banderolage ou drapage.
Selon les appllcations, la totaUtd de la couche structurale peut tre constude d'une seule pice dans laqueMe LaNgnement des ous 4 pourra Atre rdaNs en fonction de lablte dRecilon des eTforts princlpaux ou de toute autre dlrectlon, les Aventuelles flbres, si la couche est constltude partlr de fibres
prA]mprAgndes, Atant dposes en consquence.
Le rapport entre longueur et largeur des trous 4 est Avidemment
veMable. De prAfArence, il sera supdeur ou Agal 2.
Par aUleurs, I'aNgnement des trous 4 peut n'Atre que dans une seule dlrection, la direcilon 5 par exemple comme 111ustrd par la flgure 4 sur laquelIe la dlstAbution desdks trous 4 dans la bande 2"8 est senslblement en qulnconce. Non seulement les dlmenslons ms Agalement la forme des lrous perforAs dans la couche s1ructurale selon [inven11On peuvent vaber dans la mesure oD cette forme se prAte la rdaUsaton d'une ouverture de passage prAsentant deux axes perpendiculakes principaux dont [un est senslblement plus long que Fautre en sorte de permettre la couche structurale un meineur passage des efforts suivant l'un ou [autre des deux axes susds. A cet effet, on peut jouer non seulement sur la forme et le rapport entre Icngueur et largeur de te trous aHongAs, ms Agalement sur l'aUgnement suivant une ou plusleurs directions desdlts trous alnsl que sur leur espacement mutueL
enque ou non, guNer ou non.
Les flgures 5 et 6 Ulustrent deux autres modes de rdaLsatlon de trous
allongAs.
Sur la Égure 5, la bande 2'8 comporte des trous 4" distAbuAs comme les trous reclangulakes 4 de la Égure 2 et de forme oblongue, notamment
rectangulake avec des extrAmhAs arrondles.
Sur la flgu a, bande 28 compoe des hous 40' disUlbus comme ceux de la gure 5 et de forme Agalement oblongue, savo? rectangulre
avec des extrAmhAs en polntes, ou hexagonale.
n est noter que les divers modes de rdaUsation dAcAts cEdessus de couche structurale s'sppquent galement des panneaux dans lesque lade co uche structu rale est. [ inverse d es U l ustrations do n ndes par les gu res 1 G. interpose entre Ia couche alvolake (1) et la couche poreuse dissipatrice {2b). D'une maniAre gAndraTe, la forme longe des trous conJugude un ignement de tous les ous suivant dÉecon de leur longement perm, par rapport des trous cTrculakes et taux d'ouverture identique, d'obtenir une couche structurale assuran1 un mNeur transfe des efforts dans Ta dReion de ps gnde ngueur des tus ngAs, ce, quel que so
taux d'ouverture recherchA.
1 2
Claims (11)
1. Panneau d'atténuation acoustique comportant une couche résistive à composante structurale renforcée, du type comprenant au moins une couche de structure alvéolaire (1) flanquée, d'un côté, d'une couche résistive (2) composoe d'au moins une couche poreuse (2b) et d'au moins une couche structurale perforée (2a), et, de l'autre côté, d'une couche formant réflecteur total (3), caractérisé en ce que ladite couche structurale (2a) est percce de trous (4) non-circulaires présentant chacun sa plus grande dimension et sa
plus petite dimension suivant respectivement deux axes perpendiculaires.
2. Panneau d'atténuation acoustique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plus petite dimension des trous (4) est supérieure ou égale à 0,5 mm et la plus grande dimension est supérieure ou égale à 1,5 fois
la plus petite.
3. Panneau d'atténuation acoustique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits trous sont choisis dans le groupe comprenant les trous rectangulaires (4), les trous oblongs, notamment à extrémité arrondies
(4") ou en pointes (4"') et les trous hexagonaux.
4. Panneau d'atténuation acoustique suivant l'une des revendications 1
à 3, caractérisé en ce que la plus grande dimension des trous (4, 4", 4"') est
parallèle à la direction des efforts principaux à supporter.
5. Panneau d'atténuation acoustique suivant l'une des revendications 1
à 4, caractérisé en ce que les trous (4, 4", 4"') sont alignés suivant deux
directions (5, 6) perpendiculaires.
6. Panneau d'atténuation acoustique suivant l'une des revendications 1
à 5, plus particulièrement destiné à équiper la paroi de la nacelle d'un turboréacteur, caractérisé en ce que la plus grande dimension des trous (4,
4", 4"') est parallèle à l'axe longitudinal (5) du moteur.
7. Panneau d'atténuation acoustique suivant l'une des revendications 1
à 6, caractérisé en ce que le matériau de ladite couche structurale (2a, 2"a, 2"'a, 2'Va) est choisi dans le groupe comprenant les métaux, notamment l'aluminium et l'acier inoxydable, les matériaux composites constitués d'une matière plastique à haute tenue en température ou renforcoe de fibres, et les matériaux composites constitués de fibres minérales ou organiques, naturelles ou synthétiques, imprégnées d'une résine thermodurcissabie ou
thermoplastique, polymérisée.
8. Panneau d'atténuation acoustique suivant l'une des revendications 1
à 6 et la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau de la couche structurale (2a, 2", 2"'a, 2'Va) comprend des fibres unidirectionnelles
parallèles à la plus grande dimension (5) des trous (4, 4", 4"').
9. Panneau d'atténuation acoustique suivant l'une des revendications 1
à 6 et la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau de la couche structurale (2a, 2"'a, 2'Va) comprend un ou plusieurs tissus dont les fils de trame et de chane sont disposés suivant respectivement le plus grande
dimension et la plus petite dimension desdits trous (4, 4", 4"').
10. Panneau suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la couche structurale (2a, 2"a, 2"'a, 2iVa) est constituée de bandes rectangulaires juxtaposées, sur une couche unique ou plusieurs couches superposées, I'axe
longitudinal des bandes étant disposé parallèlement audit axe (5) du moteur.
11. Panneau suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce
que ladite couche poreuse (2b) est interposée entre ladite couche alvéolaire
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