FR2989814A1

FR2989814A1 - Panneau mince d'absorption d'ondes acoustiques emises par un turboreacteur de nacelle d'aeronef, et nacelle equipee d'un tel panneau

Info

Publication number: FR2989814A1
Application number: FR1253633A
Authority: FR
Inventors: Laurent Moreau; Vincent Martin
Original assignee: Aircelle SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-25
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: RU2014145641A; CN104246868A; WO2013156739A1; US20150068837A1; BR112014023607A8; EP2839458A1; CA2869623A1; BR112014023607A2; FR2989814B1

Abstract

Ce panneau mince (13a) d'absorption d'ondes acoustiques émises par un turboréacteur de nacelle d'aéronef, comprend une plaque (19) apte à vibrer de manière à rendre lesdites ondes évanescentes

Description

La présente invention se rapporte au domaine de l'absorption acoustique pour les nacelles de turboréacteurs d'aéronefs. Les émissions sonores engendrées par les turboréacteurs d'un avion sont particulièrement intenses au moment du décollage, alors que l'avion 5 se trouve en général à proximité de zones habitées. De nombreuses recherches portent sur la manière de réduire les émissions sonores engendrées par les turboréacteurs d'aéronefs ont été menées ces dernières années. Ces recherches ont notamment conduit à la mise en place de 10 panneaux d'absorption acoustique dans la nacelle entourant le turboréacteur, dans les zones sonores les plus émissives. Classiquement, ces panneaux fonctionnent selon le principe des résonateurs de Helmholtz, et comprennent à cet effet un ensemble de cavités prises en sandwich entre une peau structurante pleine d'une part, et une peau 15 perforée d'autre part. La peau perforée est disposée face à la zone d'émission de bruit, de sorte que les ondes acoustiques pénètrent par ces perforations à l'intérieur des cavités et s'atténuent à l'intérieur de celles-ci. Classiquement, les cavités sont définies par des alvéoles de 20 section sensiblement hexagonale, de sorte que l'on désigne communément ces panneaux d'absorption acoustique par « nids d'abeilles ». Selon les besoins, on peut envisager une seule couche de tels panneaux, ou bien plusieurs couches superposées, séparées entre elles par des septums (ou membranes) poreux. 25 L'inconvénient de tels panneaux est notamment qu'ils présentent une forte épaisseur, ce qui rend leur intégration difficile dans des nacelles aux lignes de plus en plus minces. Et cette difficulté se trouve accrue pour les nacelles à fort taux de dilution, dans lesquelles les fréquences acoustiques à absorber sont plus 30 basses, nécessitant ainsi des panneaux d'absorption encore plus épais. La présente invention a ainsi notamment pour but de fournir des moyens d'absorption acoustique présentant un moindre encombrement, à efficacité sensiblement comparable. On atteint notamment ce but de l'invention avec panneau mince 35 d'absorption des ondes acoustiques émises par un turboréacteur de nacelle d'aéronef, ce panneau comportant au moins une plaque apte à vibrer de manière à rendre lesdites ondes évanescentes. Cette évanescence, qui renvoie à des notions bien connues de la théorie du couplage vibro-acoustique entre une paroi et un fluide dans lequel 5 se propagent des ondes, permet une absorption optimale de l'énergie des ondes acoustiques par la plaque qui entre en vibration. On obtient de la sorte des moyens de réduction du bruit qui, tout en étant très efficaces, sont particulièrement peu encombrants. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles, ce panneau mince 10 comprend au moins une peau structurante sur laquelle est fixée ladite plaque, des plots étant interposés entre cette peau et cette plaque : la peau structurante permet de maintenir le profil souhaité pour la plaque, et les plots permettent les mouvements vibratoires de cette plaque. La présente invention se rapporte également à une nacelle pour 15 turboréacteur d'aéronef, comprenant au moins un panneau mince conforme à ce qui précède. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de cette nacelle : - ledit panneau mince d'absorption acoustique est fixé entre des panneaux sandwich d'absorption acoustique : cet agencement permet de 20 panacher différents moyens d'absorption acoustiques au sein d'une même nacelle ; - des panneaux minces et des panneaux sandwich d'absorption acoustique sont intercalés selon la direction axiale de la nacelle ; - des panneaux minces et des panneaux sandwich d'absorption 25 acoustique sont intercalés selon la direction circonférentielle de la nacelle ; - ladite nacelle comprend de tels panneaux minces d'absorption acoustique dans les zones choisies dans le groupe comprenant : l'entrée d'air, la veine d'air froid, la veine d'air chaud. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 30 apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une nacelle de l'art antérieur, entourant un turboréacteur d'aéronef, - les figures 2, 3, 4, 5, 6, 7 sont des vues schématiques analogues 35 à celles de la figure 1, de nacelles conformes à la présente invention, - la figure 2a est une vue de détail de la nacelle de la figure 2, - les figures 3a, 3b, 3c, 3d sont des vues de détail de quatre variantes possibles de la nacelle de la figure 3, - la figure 7a est une vue en coupe transversale prise selon la ligne A-A de la nacelle de la figure 7, et - les figures 7b et 7c sont des vues en coupe transversale prises selon la ligne B-B de la figure 7, de deux variantes de cette nacelle. Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou 10 analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. On se reporte à présent à la figure 1, sur laquelle on a représenté une nacelle classique à double flux, définissant une veine d'entrée d'air 1, une veine de flux froid 3 et une veine de flux chaud 4. 15 Entre la veine d'entrée d'air 1 et la veine de flux froid 3 se trouve une soufflante 5, le turboréacteur 7 étant quant à lui disposé entre la soufflante 5 et la veine de flux chaud 4. En fonctionnement, l'air traverse la nacelle représentée à la figure 1 de la gauche vers la droite de la figure. 20 Très grossièrement, cette nacelle présente une symétrie de révolution autour de son axe longitudinal A. Classiquement, la veine d'entrée d'air 1 est entourée d'une virole d'absorption acoustique 9, formée par l'assemblage de panneaux sandwich d'absorption acoustique. 25 La veine de flux froid 3 est quant à elle délimitée par des parois radialement externe et internes également revêtues au moins partiellement de panneaux sandwich d'absorption acoustique 11 et 13 respectivement. Enfin, la veine de flux chaud 4 est délimitée par une tuyère primaire et un cône d'éjection des gaz, revêtus respectivement et au moins 30 partiellement de panneaux sandwich d'absorption acoustique 15, 17. Les emplacements des panneaux sandwich d'absorption acoustique 9, 11, 13, 15, 17 correspondent aux zones de plus fortes émissions acoustiques de la nacelle. La présence de ces panneaux sandwich d'absorption acoustique 35 permet ainsi de diminuer sensiblement le niveau sonore perçu au voisinage de l'aéronef, notamment lors du décollage ou de l'atterrissage.

On se reporte à présent à la figure 2a, sur laquelle on peut voir une nacelle selon l'invention, dans laquelle les panneaux sandwich d'absorption acoustique 9, 11, 13, 15, 17 sont tous remplacés par des panneaux minces d'absorption acoustique selon l'invention.

Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 2a, ces panneaux minces comprennent des plaques 19 et des peaux structurantes 21, des plots étant interposés entre ces plaques 19 et ces peaux 21. Les plots 23 fixés sur la peau structurante 21 sont en simple contact avec la plaque 19, autorisant ainsi les vibrations de celle-ci.

A leur périphérie, les plaques 19 et les peaux 21 sont fixées l'une à l'autre. La plaque 19 peut par exemple être formée en alliage à base d'aluminium, et présenter une épaisseur de l'ordre d'un millimètre. La peau structurante 21 peut quant à elle être formée soit à base 15 d'alliage métallique, soit à base de matériau composite, de même que les plots 23. Les caractéristiques de la plaque 19 (épaisseur, module d'élasticité) sont choisies de manière à rendre évanescentes les ondes acoustiques circulant dans les veines d'air délimitées par ces plaques. 20 Cette notion d'évanescence est connue en soi, dans le cadre du couplage vibro-acoustique entre une paroi et un fluide dans lequel se propagent des ondes. On pourra par exemple se référer aux articles suivants : - " A finite element scheme for acoustic propagation in flexiblewalled ducts with bulk-reacting liners and comparison with 25 experiment " de ASTLEY, CUMMINGS et SORMAZ, Journal of Sound and Vibration (1991), - " Absorption d'une onde acoustique par les parois d'un guide 2D " de MARTIN et VIGNASSA, Journal de Physique IV, colloque C, supplément au Journal de Physique III, volume 2, 30 avril 1992, - " Wave propagation in a fluid filled rubber tube : theoretical and experimental results for Korteweg's wave " de GAUTIER, GILBERT, DALMONT et PICO VILA, du Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine, 2010.

Grâce à ce phénomène d'évanescence, une absorption optimale de l'énergie des ondes acoustiques par les plaques vibrantes 19 peut être obtenue. Il en résulte une atténuation significative du bruit émis par le 5 turboréacteur. Cette atténuation est comparable à celle obtenue avec des panneaux sandwich d'absorption acoustique, pour un encombrement en épaisseur évidemment très inférieur. Dans la figure qui suit, les traits gras continus désignent des 10 panneaux sandwich d'absorption acoustique classiques, et les traits gras discontinus désignent des panneaux minces d'absorption acoustique conformes à l'invention. Ainsi, sur la figure 3, on peut voir que l'ensemble d'absorption acoustique 13, situé sur la paroi radialement intérieure de la veine de flux froid 15 3, est formé d'un panneau mince 13a de forme sensiblement annulaire, intercalé entre deux panneaux sandwich d'absorption acoustique 13b et 13c. Comme on peut le voir sur les figures 3a et 3d, ce panneau mince 13a peut présenter la structure indiquée à la figure 2a, fixée à ses extrémités à des panneaux acoustiques présentant respectivement des extrémités 20 biseautées (figure 3a) ou droites (figure 3d). En variante, et comme cela est visible sur les figures 3b et 3c, ce panneau mince 13a peut être formé d'une simple plaque en alliage métallique 19, fixée à ses extrémités sur des panneaux sandwich 13b, 13c présentant respectivement des extrémités biseautées ou droites. 25 Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4, on peut voir que le principe d'alternance axiale de panneaux minces d'absorption acoustique a été généralisé à tous les ensembles d'absorption acoustique 9, 11, 13, 15, 17 de la nacelle. Les figures 5 et 6 représentent d'autres variantes de telles 30 alternances axiales. En particulier, à la figure 5, l'alternance de panneaux minces et de panneaux sandwich est inversée par rapport à celle de la figure 4. Dans la variante représentée à la figure 6, les sections de chaque panneau mince et sandwich sont axialement plus petites que dans les autres 35 figures, de sorte que les alternances de ces panneaux sont plus nombreuses.

Dans le mode de réalisation représenté à la figure 7, les alternances de panneaux minces et sandwich ne sont plus axiales, mais circonférentielles. En se reportant ainsi à la figure 7a, on peut voir que l'on peut avoir 5 par exemple quatre panneaux minces intercalées avec trois panneaux sandwich pour former l'ensemble d'absorption acoustique 9 d'au moins une partie de la veine d'entrée d'air 1. Sur les figures 7b et 7c, on peut voir que dans la veine de flux froid 3, on peut prévoir que les panneaux minces et les panneaux sandwich 10 d'absorption acoustique alternés circonférentiellement, et disposés respectivement à l'extérieur 11 et à l'intérieur 13 de la veine de flux froid, soient disposés en vis-à-vis (figure 7b) ou bien opposés deux à deux (figure 7). Ce qui vient d'être dit à propos de la veine de flux froid 3 est également applicable bien entendu à la veine de flux chaud 4.

15 Comme on peut donc le comprendre à la lumière de ce qui précède, l'invention fournit des moyens de réduction du bruit qui sont très peu encombrants radialement, et d'une conception extrêmement simple. On peut donc ainsi gagner en place, en poids et en coût. Les panneaux minces d'absorption acoustique de la présente 20 invention sont particulièrement adaptés aux nacelles à fort taux de dilution, ainsi que plus généralement aux nacelles dont on cherche à réduire l'épaisseur des lignes aérodynamiques. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. 25

Claims

REVENDICATIONS1. Panneau mince (13a) d'absorption d'ondes acoustiques émises par un turboréacteur de nacelle d'aéronef, comprenant une plaque (19) 5 apte à vibrer de manière à rendre lesdites ondes évanescentes.
2. Panneau mince (13a) selon la revendication 1, comprenant au moins une peau structurante (21) sur laquelle est fixée ladite plaque (19), des plots (21) étant interposés entre cette peau (21) et cette plaque (19).
3. Nacelle pour turboréacteur d'aéronef, comprenant au moins un 10 panneau mince (13a) conforme à l'une des revendications 1 ou 2.
4. Nacelle selon la revendication 3, dans laquelle ledit au moins un panneau mince (13) est fixé entre des panneaux sandwich (13b, 13c) d'absorption acoustique.
5. Nacelle selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle 15 des panneaux minces (13a) et des panneaux sandwich (13b, 13c) d'absorption acoustique sont intercalés selon la direction axiale de la nacelle.
6. Nacelle selon l'un quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle des panneaux minces (13a) et des panneaux sandwich (13b, 13c) d'absorption acoustique sont intercalés selon la direction circonférentielle de la 20 nacelle.
7. Nacelle selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, comprenant des panneaux minces d'absorption acoustique (13a) dans les zones choisies dans le groupe comprenant : l'entrée d'air (1), la veine d'air froid (3), la veine d'air chaud (4). 25