Brevet FR2105235A1 — publié le 19720428

\ s i'.. : 1 2105235 La présente invention concerne d'une façon générale les' panneaux pour réduire le bruit dans les moteurs des turbines à gaz des aéronefs et plus particulièrement des panneaux absorbants du type résonateur pouvant réduire lè bruit des deux côtés du 5 panneau. Les niveaux élevés indésirables du bruit produit par un aéronef volant à basse'altitude au-dessus de zones peuplées, et en particulier près des aéroports, posent un problème croissant constamment. L'augmentation de plus en plus rapide du nombre 10 d'avions, mais aussi la production d'avions de plus en plus impor tants ont entraîné des niveaux de bruit et une fréquence de production des bruits ayant des conséquences sociologiques et économiques dans les zones dans lesquelles circulent ces avions. La croissance générale des dimensions des avions actuels 15 a entraîné l'apparition d'une nouvelle classe de moteurs à turbosouffiantes de grand diamètre, établissant une poussée en by-pass pouvant produire des poussées supérieures à 18.000 kg. Bien que les essais montrent que les niveaux de bruit engendrés par des nouveaux moteurs à turbosouffiantes soient plus faibles 20 Un moteur à turbosouffiante typique comporte un compresseur à ailettes à écoulement axial, habituellement appelé une souf-25 fiante. Une partie de l'air comprimé par la soufflante pénètre dans le moteur central du moteur à turbosouffiante pour la produc tion d'un courant de gaz chauds utilisé pour l'entraînement du rotor de la soufflante, et qui produit aussi une proportion relativement faible de la poussée totale de propulsion du moteur. 30 Le reste du courant de la soufflante circule en by-pass par rapport au moteur central, et ce courant échappe à des vitesses rela tivement faibles à travers une tuyère de propulsion pour produire la proportion la plus importante de la poussée de propulsion produite par le moteur à turbosouffiante. 35 Les moteurs à turbosouffiantes actuels sont caractérisés par une vitesse extrêmement élevée des extrémités des ailettes pour obtenir une proportion encore supérieure de force de propulsion du fait du courant d'air de la soufflante, contrairement au cas des turboréacteurs dont le courant de gaz chauds produit la 71 20388 2105235 force de propulsion. Cette conception des moteurs'à turbosouf-flantes a été développée au point que le bruit engendré par la soufflante a des conséquences supérieures à celles du'bruit engendré par le courant de gaz chaud du motfeiïr- ceritï-àl. " Ce bruit 5 de la soufflante se propage vers l'arrière-, mais aussi sa propagation en avant peut être -"un facteur' de •bruit très indésirable, en particulier pour les faibles' vites'ses de vol telles que celles existant pendant 1'atterrissage d'un avion comportant un tel moteur. 10 L'entrée d'air d'un moteur typique à turbosouffiante est définie par un capotage qui dirige l'air vers la soufflante du compresseur basse pression qui comporte un rotor sur lequel est montée une première série circulaire d'ailettes. La partie intérieure de l'air comprimé par la soufflante est dirigée vers l'en-15 trée du moteur central ou générateur de gaz qui entraine la soufflante. La partie extérieure de l'air comprimé par la soufflante échappe à travers une tuyère annulaire définie par le capot et le fuseau moteur intérieur. Pour essayer de minimiser la propagation du bruit engendré par la soufflante, en particulier dans la 20 direction amont, les côtés opposés de diviseurs de courant sont munis d'une surface en matière absorbant le bruit et il en est de môme de la surface intérieure du capot et de la surface extérieure du fuseau intérieur. Une combinaison de ce type est décrite dans le brevet des-Etats-Unis d'Amérique N° 3.477.231. 25 L'utilisation de ces diviseurs de courant et du matériau absorbant le bruit s'est montrée hautement efficace pour réduire la propagation du bruit engendré par la soufflante. Cependant, dans ce cas, l'espace et en particulier l'épaisseur occupés par les panneaux de traitement acoustique peuvent tous deux influer 30 sur les performances et sur le poids du moteur à turbosoufflante. Cela est particulièrement le cas quand le panneau de traitement acoustique doit être placé directement dans- le courant d'air de la façon décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.477.231 précité. ' - 35 La pratique habituelle quand les deux côtés du diviseur ; doivent être actifs acoustiquement consiste à utiliser une épaisseur double de traitement avec une -paroi dure- séparant les deux épaisseurs. Dans ce cas, 1'épaisseur nécessaire •-pour-un amortissement acoustique efficace peut être telle que des' sillages :• -71 20388 3 21C 52-3 5 aérodynamiques importants, soient établis derrière les diviseurs et augmentent lg. traînée, et. influent sur les performances globales du.moteur au point que les bénéfices obtenus du point de vue acoustique soient annulés par les inconvénients du point de 5 vue des performances. L.a présente inventio-t a pour objet un élément suppresseur ou amortisseur de bruit actif du point de vue acoustique sur les deux côtés mais occupant seulement la moitié de l'épaisseur habituelle d'un tel élément. 10 D'une façon générale, l'invention concerne un panneau acous tique amortisseur de bruit du type résonateur formé d'une seule couche de traitement comportant de nombreux alvéoles complètement séparés ou isolés les uns des autres mais ouverts alternativement sur les côtés opposés vers la source d'énergie sonore devant être 15 affaiblie. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe schématique d'une partie d'un 20 moteur à turbosouffiante comportant un dispositif selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, La figure 2 est une vue par l'extrémité, avec des parties coupées, de l'entrée d'air du moteur de la figure 1. La figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1 25 La figure 4 est une coupe d'un panneau acoustique suivant une technique antérieure, La figure 5 est un graphique montrant certaines caractéristiques des panneaux acoustiques des figures 3 et 4, La figure 6 est un graphique montrant d'autres caractéris-30 tiques de panneaux acoustiques des figures 3 et 4, La figure 7 représente schématiquement un panneau réducteur 4e bruit incorporé dans un système conditionneur d'air,et La figure 8 représente schématiquement en coûpe un panneau réducteur de bruit dans une cheminée d'échappement^supportée sur 35 le sol d'un moteur à turbine à gaz, La figure 1 représente schématiquement en coupe une partie d'un moteur à turbosouffiante 10 qui comporte un capbt extérieur 12 définissant les limites extérieures du trajet d'écoulement de l'air pénétrant par la prise d'air 14. Cet air est comprimé 71 20388 ^ "'2105235 par un compresseur basse pression ou. soufflante 16. La partie extérieure de l'air comprimé échappe ,à travers .une tuyère annulaire 18 formée entre l'extrémité aval du..capot 12 et le fuseau intérieur 20. La partie intérieure de l'air comprimé par la 5 soufflante 16 pénètre par une entrée 22 vers un moteur central 24. L'air pénétrant par l'entrée 22 est comprimé d'une façon supplémentaire connue pour assurer la combustion du carburant pour la production d'un courant de gaz chauds. Ce courant de gaz chauds fournit la force motrice pour l'entraînement de la souf-10 fiante 16. La soufflante 16 comporte des ailettes tournantes 26 qui sont montées radialement sur un rotor de soufflante 28. Le rotor 28 est entraîné par une turbine (non représentée) qui fait partie du moteur central 24. Ainsi qu'il apparaît sur les figures 1 et 2, 15 un diviseur annulaire 30 est monté concentriquement dans la partie d'entrée du capot 12 par des entretoises radiales 32 disposées entre le diviseur et le capot. Le diviseur annulaire 30 comprend un élément de forme générale cylindrique ayant une section transversale à profil aérodynamique avec un bord d'attaque 34 situé 20 légèrement en aval de l'orifice d'entrée 36 qui est délimité par la paroi intérieure 38 du capot 12. Le diviseur 30 comporte aussi un bord de fuite 40 situé devant les bords d'attaque des ailettes 26 de la soufflante. Un second diviseur annulaire 42 est représenté aussi sur la 25 figure 1 en aval de la soufflante 16, ce diviseur étant aussi concentrique à l'intérieur du capot 12 dans une partie intermédiaire d'un passage annulaire 44 formé entre la surface intérieure 38 du capot 12 et le fuseau 20. Le second diviseur 42 est supporté par des entretoises radiales 46 s'étendant entre la surface inté-30 rieure 38 et le fuseau 20. Si cela est désirable, le diviseur annulaire 30 et le diviseur annulaire 42 peuvent avoir des profils aérodynamiques pour avoir le minimum d'effet sur l'air traversant la soufflante 16 et s'écoulant à travers le passage annulaire 44. 35 Comme il a été indiqué ci-dessus, bien que les diviseurs annulaires 30 et 42 puissent assurer certaines fonctions aérodynamiques, leur fonction principale est la réduction du bruit. Autrement dit, le but principal est d'empêcher que le bruit 71 20388 5 2.105235 engendré du fait de la rotation des ailettes 26 de la soufflante se propage soit vers l'avant à travers l'ouverture d'entrée d'air 36, soit vers l'arrière à travers le passage annulaire 44. Pour cette raison, le diviseur annulaire 30 comporte de la façon repré-5 sentéô plus clairement sur là figure 3 un grand nombre de cavités du type résonateur 48. Bien qu'il soit fait référence ci-après au diviseur annulaire 30, il doit être compris que le diviseur annulaire 42 est construit de la même façon. Chaque cavité du type résfonateur 48 est formée par trois parois pleines 50 et une paroi 10 52 comportant une ou plusieurs ouvertures 54 dans la partie centrale. Comme le montre la figure 3, les ouvertures 54 sont situées sur les parois d'une cavité sur deux de l'une des parois extérieures 56 du diviseur 30, les autres cavités 48 comportant des ouvertures 54 "le long de la seconde paroi extérieure 58 sensible-15 ment parallèle à la parbi 56. Le diviseur annulaire 30 comporte ainsi une seule couche formée d'un grand nombre de cavités du type résonateur 48 qui sont complètement séparées ou isolées les unes des autres mais qui sont ouvertes alternativement sur les côtés opposés afin que l'énergie sonore de la source de bruit 20 soit atténuée. Cotame le montre en coupe la figure 3, cette construction se traduit par un grand nombre de rangées parallèles de cavités 48. Une méthode pouvant être utilisée pour choisir les dimensions des cavités 48, les dimensions des duvertures 54, la distance entre les ouvertures 54, le volume des cavités 48 et 25 l'aire totale ouverte, est décrite dans "Sound Absorbing Materials" par C:'Zwikkér et C.ff. Kosten, Elsevier Publishing Co., Inc., 1949 pages 127-142. Le panneau acoustique décrit ci-dessus peut être comparé en considérant la fi'gure 4 à un panneau du type résonateur antérieur 30 pouvant assurer l'atténuation du bruit sur les deux côtés. Comme le montre la figure 4, le panneau antérieur 59 comporte deux séries ou couches de cavités du type résonateur 60 séparées par une plaque pleine imperméable 62. Chaque cavité 60 comporte une ou plusieurs ouvertures 64 pour coupler la source d'énergie sono-35 re à la cavité. Comme le montre la figure 4, ce panneau antérieur a une épaisseur 2T. Par contre, le panneau selon l'invention a une épaisseur T, ^c'est-à-dire'la moitié de l'épaisseur du panneau correspondant du type antérieur. Par suite,'pour former les diviseurs 30 èt '42 de là figure 1, les pannekui selon l'invention 71 20388 2105235 permettent une économie approximativement de la ^moitié du,poids d'un panneau du type antérieur. D'une façon encore.plus.importante, le panneau selon l'invention permet une réduction approximativement de moitié de l'épaisseur d'un panneau antérieur 5 tout en ayant la capacité d'atténuer la même fréquence ou les mêmes fréquences résonnantes qu'un panneau,antérieur. Ainsi qu'il est connu, dans l'étude de la forme d'un panneau devant constituer un diviseur dans un conduit de la façon décrite ci-dessus, la capacité d'absorption acoustique est déterminée 10 principalement par l'impédance d'acoustique qui varie suivant une fonction de la fréquence. La figure 5 permet une comparaison graphique des composantes de 1'impédance acoustique des panneaux construits selon les figures 3 et 4. Ainsi que le montre la figure 5, en choisissant des dimensions appropriées pour le panneau mince 15 de la figure 3, ce panneau peut avoir la même fréquence de résonance (réactance nulle) que le panneau du type antérieur. Sur la figure 5, la courbe en tirets 70 correspond au panneau mince, la courbe en trait plein 72 correspond au panneau épais, la droite 74 correspond au panneau mince et la droite 76 au panneau épais. 20 La variation de la réactance en. fonction de la fréquence est cependant légèrement augmentée dans le cas du panneau mince. La résistance acoustique est aussi augmentée par,rapport à celle du panneau épais, mais cette variation ne réduit pas appréciablement la largeur de la bande d'absorption du panneau. La figure 6 montre le 25 résultat'de la variation de la pente de la réactance en fonction de la fréquence, la largeur de la bande d'absorption étant légèrement plus faible pour le panneau mince. La courbe en tirets 78 correspond au panneau mince, et la courbe en trait plein correspond au panneau épais. L'amplitude de cette variation dépend de 30 la forme géométrique du conduit et de la plage des fréquences ainsi que de la vitesse de l'air dans le conduit comme cela peut être déterminé par analyse. Comme il a été indiqué ci-dessus, l'épaisseur des diviseurs 30 et 42 peut avoir une grande importance du,fait que,, ces .diviseurs 35 sont situés dans les passages d'écoulement de l!air du mote.ur à, turbine à gaz 10. Un diviseur.mince permet effectivement la réduction de la traînée produite.par le diviseur et supprime pratiquement les sillages aérodynamiques importants pouvant être engendrés au bord de fuite du diviseur. Les performances globales du moteurK) ' 71 20388 7 • 41.05235 peuvent ainsi' être considérablement augmentées sans sacrifier la réduction du bruit. Un élément acoustique selon l'invention n'est bien entendu pas limité à son utilisation comme diviseur annulaire de la 5 façon décrite ci-dessus. Cet élément convient pour n'importe quelle construction dans laquelle la réduction du bruit est désirable sur les deux côtés et dans laquelle l'épaisseur ou le poids de l'élément est un facteur critique. Par exemple, un équipement de conditionnement d'air comporte 10 souvent un dispositif réducteur de bruit pour supprimer le désagrément possible pendant le fonctionnement. Cependant, quelle que soit 1'importance de 1'isolant et/ou des panneaux réducteurs de bruit autour de l'équipement de conditionnement d'air, il a été impossible jusqu'ici de supprimer tout le bruit transmis à travers 15 les conduits de circulation de l'air de conditionnement. Pour cette raison, ainsi que le montre la figure 7, un élément acoustique 100 construit selon l'invention peut être placé directement dans un conduit de refroidissement 102 près du groupe conditionneur d'air 104. De cette façon, l'isolant et les panneaux réduc-20 teurs de bruit, qui autrement seraient nécessaires pour entourer le groupe 104, peuvent être réduits et/ou être pratiquement supprimés. Pour d'autres applications, des éléments 100 peuvent être placés près des sorties des conduits 102. De toute façon, l'élément 100 peut être formé par une ou plusieurs plaques planes 25 ou par un ou plusieurs cylindres concentriques. Si désiré, les plaques planes ou les cylindres peuvent être des bords avant profilés pour supprimer les pertes possibles de rendement de 1'écoulement. La figure 8 représente une autre utilisation d'un panneau 30 acoustique selon 1'invention pour un moteur à turbine à gaz 110 dont l'échappement 112 est muni d'une cheminée d'échappement atténuant le bruit 114. La cheminée d'échappement 114 est utilisée pour supprimer le bruit qui autrement se propagerait à partir de 1réchappement 112 pendant la maiçte du moteur et au niveau du sol. 35 Cette cheminée d'échappement peut être nécessaire, par exemple, pendant les essais du moteur 110. La cheminée d'échappement 114 est prévue pour faire tourner le courant de gaz d'échappement du moteur 110 vers le haut ainsi que pour réduire le bruit résultant de l'échappement. Pour cette 71 20388 8 2105235 raison, la cheminée 114 est munie de plusieurs panneaux 116 construits selon l'invention. Chaque panneau 116 est courbé de la façon représentée en 118 pour faire tourner plus efficacement le courant de gaz provenant de l'échappement 112. Quand la chemi-5 née d'échappement 114 est construite de cette façon, elle atténue efficacement le bruit engendré par le moteur à turbine à gaz 110 sans augmentation appréciable de la contre-pression dans le conduit 120 qui forme l'extrémité d'entrée de la cheminée d'échappement 114. Cette disposition est désirable parce qu'une augmen-10 tation de la contre-pression dans le conduit 120 peut se traduire par une diminution du rendement du moteur à turbine à gaz. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 71 20388 9 21;05235 REVENDICATIONS 1.. Panneau acoustique pour l'atténuation du bruit sur les deux côtés caractérisé par une première paroi extérieure, une seconde.paroi extérieure espacée de la première paroi, des élé-5 ments d'entretoisement formant des cloisons entre les parois extérieures pour former un grand nombre de cavités, une première série de cavités comportant des ouvertures dans la.première paroi extérieure, les autres cavités comportant des ouvertures dans la seconde paroi extérieure et des premières cavités étant complète-10 ment séparées des secondes cavités. 2. Pçmneau. acoustique se loi; la revendication 1 caractérisé en ce que les cavités sont du type résonateur. 3. Panneau acoustique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cavités sont remplies d'une matière absorbant le 15 bruit. 4. Panneau acoustique selon la revendication 2 caractérisé en ce que les cavités sont disposées en rangées parallèles. 5. Panneau acoustique selon la revendication 4 caractérisé en ce que les ouvertures de la première paroi extérieure sont 20 formées dans les rangées alternatives de cavités. 6. Diviseur annulaire ayant une section longitudinale à profil aérodynamique pour un moteur à turbine à gaz pour la propulsion d'un aéronef et comportant un compresseur avec un rotor à ailettes et un capot définissant le trajet d'écoulement de 25 l'air vers le compresseur et à travers le compresseur, le diviseur étant d'une façon générale concentrique à l'intérieur du capot entre l'extrémité amont du capot et le compresseur, caractérisé par une première paroi extérieure, une seconde paroi extérieure, plusieurs éléments formant les nervures s'étendant transversale-30 ment entre la première paroi extérieure et la seconde paroi extérieure pour délimiter un grand nombre de cavités, un premier groupe de cavités comportant des ouvertures dans une première paroi extérieure, les autres cavités comportant des ouvertures dans la seconde paroi extérieure et les cavités formant le pre-35 mier groupe étant séparées des cavités de l'autre groupe. 7. Diviseur annulaire selon la revendication 6 caractérisé en ce que les cavités sont du type résonateur. 8. Appareil pour réduire le bruit dans un conduit dans lequel se propage de l'énergie sonore caractérisé par un élément 71 20388 10 2105235 réducteur de bruit positionné dans le conduit, cet élément comportant plusieurs parois définissant une seule épaisseur des cavités, les cavités étant isolées les unes des autres et étant alternativement ouvertes sur les côtés opposés de l'élément pour rece-5 voir le bruit. 9. Appareil selon la revendication 8 caractérisé en ce que les cavités sont du type résonateur.