Brevet FR2480741A1 — publié le 19811023

-1-- La présente invention concerne une structure composite pour l'absorption d'énergie sonore, une couche poreuse pour une telle structure, ainsi que les procédés de fabrication de telles couche poreuse et structure. Elle s'applique tout particulièrement, quoique non exclusivement, à l'absorption d'énergie sonore dans les nacelles des turbomoteurs des aéronefs. On sait que les turbomoteurs, principalement ceux du type à double-flux, sont particulièrement bruyants du fait qu'ils sont traversés par des flux de gaz à grandes vitesses. Pour atténuer le bruit engendré par ces turbomoteurs, on a déjà proposé de disposer à certains emplacements de la nacelle, par exemple à l'entrée et à la sortie du canal de fan, des revêtements susceptibles d'absorber au moins partiellement l'énergie sonore desdits flux. On connaît déjà de nombreuses réalisation de tels revê- tements, qui toutefois présentent la caractéristique commune d'avoir une structure minimale identique formée par une couche poreuse extérieure destinée à être au contact des flux gazeux, au moins une couche alvéolaire intermédiaire, par exemple du type en nid d'abeilles, et une couche postérieure de fixation. Ainsi, l'énergie sonore traversant la couche poreuse extérieure pénètre dans les alvéoles de la couche intermédiaire dans lesquels elle reste emprisonnée. De tels revêtements, décrits par exemple dans les brevets américains Nos. 3 439 774, 3 821 999 et 3 948 346, comportent une couche extérieure poreuse constituée par une plaque, par exemple métallique, perforée d'une pluralité d'ou- vertures calibrées. Une couche extérieure poreuse de ce type présente l'avantage d'être lisse, donc d'offrir peu de résistance aux flux de gaz, mais en revanche son -2- poids est élevé. Par exemple, le poids d'une plaque extérieure d'aluminium perforée pour une structure composite usuelle comi-ortant une couche de nid d'abeilles en feuillard d'aluminium et une plaque postérieure d'alu- minium, ne peut pas être inférieure à 1600 g/m2. Dans d'autres revêtements connus, par exemple ceux décrits dans les brevets américains Nos. 3 502 171 et 4 111 081 et dans le brevet français N02 033 264 (70 02450), la couche poreuse est formée par une plu- ralité d'épaisseursd'un tissu de verre, ces épaisseurs pouvant être angulairement décaléesl'une par rapport à l'autre afin de régler la porosité de la couche résul- tante. Une telle couche poreuse est également relative- ment lourde à cause de la pluralité des épaisseurs de tissus de verre qui la constituent; de plus, sa face extérieure est moins lisse que celle des plaques per- forées métalliques. Toutefois, le plus grand inconvénient de ces modes de réalisation connus provient du fait que les orifices de passage de l'énergie sonore dans chaque épaisseur sont constitués chacun par l'espace restreint défini entre deux fils de trame et deux fils de chaîne consécutifs. De tels petits orifices sont donc aisément obturés par la résine de solidarisation impré- gnant ces tissus. Il en est d'autant plus ainsi que les orifices d'une épaisseur sont partiellement recouverts par ceux des autres épaisseurs. Il en résulte que la poro- sité est difficile à régler et à rendre uniforme sur la totalité de la surface du revêtement. Pour tenter d'éviter cet inconvénient, on est donc obligé de prendre de grandes précautions au moment de la solidarisation de la pluralité desdites épaisseurs et d'utiliser des résines peu fluides, comme les polyimides. Par ailleurs, selon d'autres modes de réalisation connus, par exemple par les brevets américains Nos. 3 481 427, 2:8 C'74 -3- 3 960 236 et 3 996 084, la totalité du revêtement est réalisée au moyen d'un tissu de fibres de verre ou de fibres connues commercialement sous le nom de KEV7LAR Ces modes de réalisation présentent les mêmes incon- vénients que les précédents en ce qui concerne la porosité, l'état de surface et éventuellement le poids de la couche poreuse extérieure. La présente invention a pour objet de remédier à ces in- convénients des revêtements absorbants connus. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la réa- lisation d'une couche poreuse pour structure composite destinée à l'absorption d'énergie sonore et comportant au moins une telle couche poreuse extérieure constituée de fibres minérales ou synthétiques et recouvrant une couche alvéolaire de telle sorte que l'énergie sonore traversant la dite couche poreuse est piégée dans les alvéoles de ladite couche alvéolaire, est remarquable en ce que l'on forme un tissu souple et lâche de mèches constituées chacune d'une pluralité de fibres minérales ou synthétiques relativement libres et sensiblement parallèles les unes aux autres, ledit tissu souple étant ensuite conformé à sa forme définitive et rendu rigide au moyen d'une résine durcissable, tout en étant soumis à une pression de façon à devenir un treillis rigide et mince à larges lignes croisées, pratiquement uni- formément lisse sur au moins sa face opposée à ladite couche alvéolaire. Ainsi, grâce au fait que selon l'invention on utilise des mèches de fibres au lieu d'utiliser des fils indé- pendants comme dans la technique antérieure, il est possible de réaliser un tissu lâche dont les ouvertures entre chaîne et trame sont peut-être moins nombreuses 1 mais en réalité plus grandes et mieux.définies. Par suite, ces ouvertures ne sont pratiquement plus sujet- tes à obstruction par la résine, ou tout au moins sont beaucoup plus aisées à protéger contre une telle obstruc- tion. Chaque mèche peut présenter au tissage une largeur de quelques millimètres et une épaisseur de quelques dizièmes de millimètres. L'orientation relative des mèches de chaîne et des mèches de trame peut être quel- conque, de sorte que les ouvertures quadrangulaires ménagées entre elles peuvent présenter toutes formes désirées, telles que losanges, rectangles, etc... Cependant, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du tissu selon l'invention, les mèches de chaîne et de trame sont orthogonales entre elles et délimitent des ouvertures carrées. Ces ouvertures carrées ménagées entre mèches de trame et mèches de chaîne du tissu souple peuvent avoir des côtés dont la longueur est de l'ordre de grandeur de la largeur desdites mèches. Dans ce cas particulier, la surface totale desdites ouvertures représente donc environ le tiers de la surface totale du tissu souple. Cependant, étant donné qu'à l'intérieur de chaque mèche les fibres qui la composent sont sensiblement parallèles et relativement libres, il va de soi qu'au moment de l'application de la pression, lesdites mèches vont être facilement aplaties, de sorte que leur largeur va croître et que, par conséquence, la surface des ouver- tures va diminuer, l'épaisseur du tissu diminuant. Cet aplatissement va être fonction de cette pression,de sorte qu'en réglant celle-ci, il est possible de régler la porosité de la couche poreuse selon l'invention. 24?074 1 l Par exemple, la pression sera ajustée pour que, dans le treillis rigide (correspondant au tissu à ouvertures carrées mentionné ci-dessus), la surface totale des- dites ouvertures soit comprise entre 5 et 15% de la surfa- ce totale. Ainsi, selon une particularité importante de l'inven- tion, les ouvertures ménagées entre les mèches de trame et les mèches de chaîne du tissu souple correspondent à une porosité supérieure à celle désirée pour le treil- lis rigide et la porosité désirée pour le treillis rigide estajustée grâce à ladite pression exercée sur le tissu souple lors de son durcissement. Cette porosité désirée du treillis rigide peut donc être facilement adaptée à l'environement sonore de tous les types de turbo- moteurs. On voit donc que, grâce à l'invention, non seulement on évite les difficultés dues aux obstructions des ou- vertures de la couche poreuse, mais encore on peut ré- gler à volonté les dimensions de celles-ci et la porosité de ladite couche. Par ailleurs, grâce également à la relative liberté des fibres d'une mèche les unes par rapport aux autres, il est possible, lors de l'application de la pression, d'obtenir au moins une face pratiquement lisse pour le treillis rigide, puisqu'alors les mèches peuvent avoir une très faible épaisseur, qui correspond pratiquement à quelques diamètres des fibres qui les composent. Dans un mode de réalisation avantageux destiné à pré- senter une grande légèreté, les mèches sont constituées l de fibres ou filaments de carbone. Par exemple, chaque mèche comporte environ de 1000 à 10000 filaments de carbone, dont chacun d'entre eux présente un diamètre de quelques microns. De telles mèches sont disponibles dans le commerce sous le nom de TORAYCA. Dans un tel exemple, les mèches de filaments de carbone peuvent présenter lors du tissage une largeur d'environ 2 millimètres et on peut ménager des ouvertures carrées d'environ 2 millimètres de côtés entre les mèches tissées. La porosité du tissu souple est donc dans ce cas de l'ordre de 33%. En revanche, après imprégnation de résine, application de la pression et durcissement, le treillis peut être tel que les mèches durcies et aplaties peuvent présenter une largeur moyenne de l'ordre de 3 millimètres, la porosité de ce treillis étant ramenée à environ 5 àlO %. Cette porosité finale peut être ajus- tée par réglage de la pression, pour être le mieux adapté possible à l'utilisation désirée pour le revête- ment. Généralement, les différentes applications dans l'absorption des ondes sonores dans les nacelles de turbomoteurs exigent des porosités qui, selon le cas, varient de 5 à 15 %. On obtient ainsi une couche poreuse particulièrement légère. Si dans l'exemple de revêtement mentionné ci- dessus, on remplace la plaque extérieure perforée par le treillis selon l'invention, le poids de la couche 2 2 poreuse passe de 1600 g/m à 600 g/m Dans le cas d'utilisation, pour la fabrication de la couche poreuse selon l'invention, de mèches dont les fibres ont un faible diamètre et/ou sont en une matière très dure (ce qui est le cas des filaments de carbone), 24%-'74 Xi 1 le tissu souple obtenu par tissage risque de présenter une faible tenue et les fibres risquent de foisonner latéralement. Il en résulte, d'une part, que le tissu est très déformable et qu'il est donc malaisé de le soumettre aux opérations consécutives devant assurer son durcissement et sa mise en forme et, d'autre part, que les ouvertures sont mal définies, car partiellement obturées par les fibres foisonnantes. Pour éviter ces inconvénients, selon une particularité importante de l'invention, on associe aux mèches de fibres, lors de leur tissage, des fils de bordure plus rigide, un de chaque côté de chaque mèche. Ainsi, on évite le foison- nement des fibres et on donne de la rigidité au tissu souple. On remarquera que lesdits fils sont accolés aux mèches en bordure de celles-ci, et non pas incor- porés auxdites mèches par enroulement hélicoïdal, de sorte que l'épaisseur de celles-ci n'est pas augmentée. De tels fils de bordure, non seulement procurent les avantages mentionnés ci-dessus au moment du tissage, mais encore servent d'armature au treillis rigide ter- miné, par exemple pour en accroître la résistance mécanique, notamment aux chocs. On sait, à ce sujet, que les entrées d'air des turbomoteurs sont sujettes aux chocs de grêlons, d'oiseaux etc... et on prévoit généralement des dispositifs de protection adéquate. Grâce à l'armature constituée par les fils de bordure mentionnés cidessus, on peut donner aux revêtements absorbant l'énergie sonore une grande résistance à l'éclatement, de sorte que ces dispositifs de protec- tion peuvent être supprimés. Dans un mode de réalisation avantageux, les fils de bordure sont constitués par des fils métalliques, par exemple de bronze, de sorte que l'armature constitue 2 -C; 741 1 un grillage conducteur, les fils de trame et de chaîne étant en contact électrique les uns avec les autres aux emplacements de leurs croisements. Ainsi, cette armature, qui renforce le faible pouvoir conducteur des fibres de carbone, peut de plus servir à l'évacuation des charges électriques statiques apparaissant aux endroits o sont disposés les revêtements selon l'invention. Ceux-ci peuvent donc participer à la protection contre la foudre. Il est avantageux d'utiliser des fils de bronze pour réaliser l'armature car ceux-ci sont relativement inertes galvaniquement en Présence du carbone. Pour réaliser le tissage du tissu selon l'invention, il est avantageux d'utiliser une navette spéciale pour la pose des fils de bordures, différente de la navette destinée aux mèches de fibres. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective, avec arrache- ment,d'un fragment de structure composite selon l'in- vention, destinée à l'absorption d'énergie sonore. La figure 2 est une vue de face d'un fragment de tissu souple selon l'invention. La figure 3 est une coupe agrandie suivant la ligne III-III de la figure 2. La figure 4 est une vue de face d'un fragment de treillis rigide, obtenu par imprégnation de résine durcissable, pressage et durcissement du fragment de tissu de la 24MQ74 1 1 ffigure 2. La figure 5 est une coupe agrandie suivant la ligne V-V de la figure 4. Le fragment de structure composite, destinée à l'ab- sorption d'énergie sonore et montrée sur la figure 1, comporte une couche de base 1, sur laquelle est fixée une couche alvéolaire intermédiaire 2, elle-même supportant une couche poreuse 3. La configuration générale d'une telle structure est connue et la présente invention concerne la réalisa- tion et la nature de la couche poreuse 3. La surface libre 3a de la couche poreuse 3 est par exemple au contact d'un écoulement gazeux pratique- ment tangentiel. L'énergie sonore de cet écoulement gazeux passe au moins en partie à travers ladite cou- che poreuse 3 et se trouve piégée dans les alvéoles 4 de la couche intermédiaire 2. Cette dernière présente par exemple une structure en nid d'abeilles, La couche de base 1, par exemple en feuillard d'aluminium, sert à la fixation de la structure 1,2,3 sur un support, par exemple la paroi interne d'une nacelle de turbo- moteur. Les couches 1,2 et 3 sont par exemple rendues solidaires les unes des autres par collage. Conformément à la présente invention, la couche poreuse 3 est réalisée par tissage, enduction et pressage d'un tissu de filaments de carbone, et les figures 2 à 5 illustrent la réalisation d'un mode de réalisation préféré, mais non pas limitatif, d'une telle couche poreuse 3. l Dans l'exemple de réalisation illustré par les figures 2 à 5, on commence par réaliser un tissage lâche de mèches de filaments de carbone, les mèches de trame 5 et les mèches de chaîne 6 étant identiques. Les mèches 5 et 6 sont constituées de plusieurs milliers de fibres de carbone (sensiblement parallèles entre elles et relativement libres) ayant quelques microns de diamè- tre et, à plat, au moment du tissage, ces mèches peu- vent présenter une largeur 1 de l'ordre de 2 millimé- tres, Elles sont tissées, dans l'exemple représenté, de façon à être orthogonales les unes aux autres et à ménager entre elles des ouvertures carrées 7, dont les côtés ont une longueur approximativement égale à 1. Par ailleurs, chaque mèche de trame 5 est bordée, de part et d'autre, de fins fils de bronze 8 et 9, tandis que chaque mèche de chaîne 6 est bordée, de part et d'autre, de fins fils de bronze 10 et 11, de sorte que lesdits fils sont tissés avec les mèches 5 et 6 et que chaque ouverture 7 est définie par quatre portions de fils 8 à il. On obtient ainsi un tissu lâche et souple 12, comme illus- tré par les figures 2 et 3. Le tissu 12 est ensuite imprégné d'une résine thermo- durcissable, puis soumis à la température de cuisson de celle-ci, tout en subissant un pressage et une mise en forme (pàr exemple pour s'adapter à la paroi courbe d'une nacelle de turbomoteur). On obtient alors la couche poreuse rigide ou treillis 3 des figures 4 et 5.Le pres- sage aplatit les mèches 5 et 6 en les élargissant, de sorte que les ouvertures 7 deviennent des ouvertures il 1 plus petites 7' présentant les dimensions souhaitées pour l'application envisagée. Par ailleurs, ce pressage permet d'obtenir une face 3a de la couche 3 pratique- ment lisse. Pour cela, il suffit de presser la couche 3 entre une surface dure Y par exemple en acier inoxy- dable, disposée du côté de la face 3a et une surface mol- le, par exemple en caoutchouc, disposéedu côté de la face opposée 3b. Bien entendu, la couche poreuse rigide 3 est ensuite rendue solidaire de la couche alvéolaire 2 par sa face 3b. Quoique dans l'exemple représenté sur les dessins, le tissage des mèches 5 et 6 soit à mailles carrées, il va de soi que l'invention n'est pas limitée à cet exemple de tissage, qui peut être réalisé de façon à former toute maille quadrangulaire de forme désirée. 2.. f "7 4 1 REVENDICATIONS 1 1 - Procédé pour la réalisation d'une couche poreuse pour structure composite destinée à l'absorption d'énergie sonore et comportant au moins une telle couche poreuse extérieure, constituée de fibres miné- rales ou synthétiques et recouvrant une couche alvéo- laire, de telle sorte que l'énergie sonore traversant ladite couche poreuse est piégée dans les alvéoles de ladite couche alvéolaire, caractérisée en ce que l'on forme un tissu souple et lâche de mèches consti- tuées chacune d'une pluralité de fibres minérales ou synthétiques relativement libres et sensiblement parallèles les unes aux autres, ledit tissu souple. étant ensuite conformé à sa forme définitive et rendu rigide au moyen d'une résine durcissable, tout en étant soumis à une pression de façon à devenir un treillis rigide et mince, à larges lignes croisées, pratiquement uniformément lisse sur au moins sa face opposée à ladite couche alvéolaire. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque mèche présente au tissage une largeur de quelques millimètres et une épaisseur de quelques dizièmes de millimètres. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les ouvertures ménagées entre les mèches de trame et les mèches de chaîne du tissu souple correspondent à une porosité supérieure à celle désirée pour le treillis rigide et en ce que la porosité désirée pour le treillis rigide est ajus- tée grâce à ladite pression exercée sur le tissu souple lors de son durcissement. 24PC74 1 1 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la porosité du tissu souple est de l'ordre de à 35%, tandis que celle du treillis rigide est de l'ordre de 5 à 15%. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les mèches de trame et les mèches de chaîne du tissu souple sont orthogonales entre elles et délimitent dans le tissu souple des ouvertures carrées dont les côtés ont une longueur de l'ordre de grandeur de la largeur desdites mèches. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 X 5, caractérisé en ce que les mèches sont constituées d'une pluralité de filaments de carbone. 7 - Procédé selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les mèches de filaments de carbone présentent au tissage une largeur de l'ordre de 2 millimètres et en ce que les ouvertures entre mèches de trame et mèches de chaîne du tissu souple sont des carrés d'environ 2 millimètres de côtés. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on incorpore au tissu souple des fils plus rigides, accolés aux mèches, de chaque côté et en bordure de celles-ci. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits fils de bordure sont conducteurs de l'électricité et forment un grillage conducteur d'armature. 1 10 - Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits fils de bordure sont en bronze. 11 - Couche poreuse pour structure composite destinée à l'absorption d'énergie sonore, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par la mise en oeuvre du procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12 - Structure composite destinée à l'absorption d'éner- gie sonore comportant au moins une couche poreuse extérieure recouvrant une couche alvéolaire, caractérisée en ce que sa couche poreuse extérieure est formée par un seul treillis rigide spécifié sous la revendication 11. 13 - Procédé pour la réalisation d'une structure compo- site selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on réalise un treillis rigide conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 10, après quoi on assemble par collage ledit treillis rigide sur ladite couche alvéolaire. 14 - Application de la structure composite selon la revendication 12 à l'atténuation du bruit engendré par les flux gazeux dans une nacelle de turbomoteur.