Brevet FR2477965A1 — publié le 19810918

Procédé de fabrication d'une structure alvéolaire d'atténuation de bruit résistant aux températures élevées et structure ainsi obtenue. La présente invention concerne un procédé pour fabriquer des panneaux d'atténuation de bruit Derfec- tionnés résistant à une température élevée, et elle concerne plus Particulièrement la fabrication de pan- neaux d'atténuation dits en sandwich utilisables dans un environnement sévère o les températures peuvent aller jusqu'à 8700C. Un exemple d'utilisation est l'at- ténuation du bruit dans la région d'échappement d'un moteur d'avion à réaction moderne. Dans la conception et la fabrication de panneaux en sandwich d'atténuation de bruit. qui conservent en outre leur intégrité dans l'environnement sévère dans lequel ils sont placés, il est devenu courant d'uti- liser des panneaux d'atténuation en sandwich dans les- quels un matériau alvéolaire formant noyau est inter- calé entre une feuille perforée et une feuille non perforée de matériau mince constituant les faces. Des panneaux possédant une construction de ce type, bien que satisfaisants pour l'atténuation de certaines fréquences sonores spécifiques, ne conviennent pas sur une large gamme de fréquences rencontrées habi- tuellement dans et autour des moteurs à réaction mo- dernes. On a également trouvé que les perforations, lorsqu'elles sont placées au voisinage de régions de circulation à grande vitesse d'air et de gaz dans des moteurs d'avions, créent une certaine turbulence dans ces régions de circulation à grande vitesse, ce qui réduit le rendement du moteur. On a également trouvé que ces panneaux sont généralement construits à l'aide d'adhésif, ce qui limite leur utilisation à des ré- gions de faible température pour empêcher leur dété- rioration ou leur destruction en cours d'utilisation. Bien qu'il ait déjà été proposé une structure quoi ré-- duit et élimine sensiblement la turbulence et les pro- blèmes de gamme de fréquences étroite inhérents aux structures d'atténuation en sandwich dans et autour des moteurs à réaction d'avions modernes, un tel pan- neau d'atténuation en sandwich ne peut pas être utilisé à des températures élevées par suite de l'utilisation d'adhésif dans sa construction. Il n'existe pas jusqu'ici de matériau d'atténua- tion entièrement satisfaisant présentant une bonne in- tégrité structurelle et capable de supporter des tem- pératures élevées telles que celles qui existent dans les régions d'échappement de moteurs d'avions à réac- tion modernes. L'invention a donc pour objet de fournir un pro- cédé de fabrication et une structure constituée par un matériau d'atténuation en sandwich perfectionné qui puisse être utilisé dans un environnement à haute température. L'invention a également pour objet de fournir une structure d'atténuation en sandwich qui possède la résistance nécessaire pour être utilisée comme struc- ture de supoport d'un avion. L'invention a aussi pour objet de fournir un ma- tériau d'atténuation en sandwich utilisant le principe d'atténuation des sons de la cavité résonante d'Helmholtz. L'invention a encore pour objet de fournir un pro- cédé de fabrication qui assure une résistance à l'écou- lement prédéterminée entre la surface extérieure située à côté du son devant être atténué et les cellules de résonance du noyau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préfé- ré, mais non limitatif, représenté au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en perspective partiel- lement arrachée d'un panneau d'atténuation en sandwich suivant l'invention; et - la figure 2 est une vue en coupe verticale partielle, à échelle agrandie, du panneau d'atténua- tion en sandwich de la figure 1. On va maintenant se référer plus en détail aux figures. Le procédé suivant l'invention permet d'obte- nir un panneau d'atténuation en sandwich 8. Les élé- ments constitutifs du panneau en sandwich sont un noyau alvéolaire 10, comportant des alvéoles 12 débouchant sur les deux faces, des feuilles de revêtement exté- rieures 14 et 16 et une couche 20 de tissu métallique, par exemple un matériau tissé en acier inoxydable du type tissu croisé de Hollande. Dans un mode de réali- sation préféré du procédé, les matériaux utilisés pour le noyau et les feuilles de revêtement sont constitués par un alliage de titane, de l'acier inoxydable 321, de l'acier inoxydable durcissable PH, et des produits semblables. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut également utiliser d'autres matériaux possédant des caractéristiques stables en température dans la région de 8700C, et pouvant être fixés par diffusion avec interface liquide, ou brasés. La feuille de revê- tement 14 est munie de plusieurs petites perforations 18 dont les dimensions peuvent par exemple être com- prises entre 1,27 mm et 6,35 mm. Les perforations 18 occupent 12 à 35 % de la surface de la feuille de re- vêtement 14. Les perforations 18 peuvent être réalisées par découpage, percés au moyen d'-un foret ou fraisés par attaque à l'acide dans la feuille 14. On préfère le fraisage par attaque à l'acide étant donné qu'on peut prédéterminer la section transversale des perfo- rations, que les deux surfaces de la feuille 14 restent lisses et qu'il n'est pas nécessaire de l'ébarber, de la meuler, de la limer, etc. avant de l'utiliser. Les perforations peuvent être situées à des intervalles de 6,35 mm et par exemple être disposées en quinconce. On peut utiliser d'autres espacements et d'autres agence- ments pour la mise en oeuvre de l'invention. La feuille 16 n'est pas perforée et constitue une surface fermée de chaque cavité résonante d'Helmholtz en forme d'al- véole. La toile métallique est de préférence constituée par de l'Inconel, du nickel, du Monel, des alliages d'acier inoxydable ou d'autres matériaux ayant des caractéristiques semblables. La première phase du procédé consiste à mettre à dimension les matériaux devant être réunis, en fonc- tion des dimensions souhaitées du panneau d'atténuation souhaité et de manière à obtenir une fabrication écono- mique. On peut utiliser différentes méthodes bien con- nues dans le travail des métaux nour mettre les élé- ments constitutifs à dimension, par exemple, mais sans limitation, on peut utiliser des cisailles, des scies à friction, des ciseaux ou des outils semblables. Les éléments constitutifs de dimensions appro- priées sont ensuite nettoyés de manière à les débarras- ser d'impuretés superficielles quelconques pouvant nuire à leur réunion. On peut utiliser une méthode de nettoyage quelconque connue dans la technique avant de procéder au placage. Après nettoyage, on rince dans de l'eau désioni- sée, puis on plonge les éléments dans un acide faible, on procède à un rinçage.final dans de l'eau désionisée et on sèche. Dans le premier mode de fabrication utilisant le Drocédé de diffusion avec interface liquide, après nettoyage la feuille 10 non perforée est masquée d'un côté avec un masque approprié quelconque, par exemple un micro-écran. L'autre côté de la feuille 10 non per- forée est dépoussiéré par n'importe quel moyen appro- prié connu dans la technique pour préparer une surface avant placage. La feuille 10 non perforée est alors plaquée tout d'abord avec une couche d'argent (Ag), puis de cuivre (Cu) et enfin de nickel (Ni), dans cet ordre, ce qui se traduit par une augmentation de poids de l'ordre de 1,25 à 1,55 g/cm2 répartie uniformément sur une surface de la feuille 10 non perforée. Les différentes couches du placage ont sensiblement le même poids par cm2 (0,412 g à 0,516 g/cm2 chacune). Le placage est de préférence effectué par dépôt élec- trolytique qui est bien connu dans la technique de pla- cage métallique. La feuille 14 perforée est dépoussiérée sur les deux faces et plaquée par dépôt électrolytique de la même manière que la feuille 10 non perforée. Chaque côté de la feuille perforée est plaqué successivement en partant de la surface avec de l'Ag, du Cu, du Ni, dans cet ordre, le poids du placage étant de l'ordre de 0,412 à 0,516 g/cm, ce qui se traduit par une aug- mentation de poids de la feuille perforée 14 de l'ordre de 2,48 à 3,1 g/cm - Les éléments constitutifs sont alors prêts pour être réunis. Ils sont disposés de la manière représen- tée sur les figures. Le noyau alvéolaire 12 est placé entre la feuille 10 non perforée, le côté plaqué dis- posé contre le noyau, et la feuille perforée 14. Le matériau tissé 20 est placé à l'extérieur de la feuille perforée 14. Les éléments constitutifs placés les uns sur les autres sont maintenus en place au moyen de bandes de fixation 22 qui sont constitués par une feuille d'acier inoxydable ou un matériau semblable. Les bandes 22 sont soudées par points sur chacun des quatre côtés verticaux de l'ensemble. On peut utiliser n'importe quelle autre méthode appropriée pour mainte- nir les différents éléments constitutifs en position pour leur réunion. Les éléments constitutifs placés les uns sur les autres et maintenus assemblés sont alors placés sur une surface de référence qui peut être constituée par du graphite, de la céramique, un acier allié ou un matériau semblable. On applique ensuite unz pression sur la surface extérieure libre des éléments constitu- tifs, en direction de la surface de référence. On peut utiliser un poids pour appliquer une pression uniforme à partir de la surface extérieure du matériau tissé 20 vers la surface de référence, ou bien un outillage delta-alpha. Un outillage delta-alpha est un outillage constitué par un matériau ayant un coefficient de di- latation plus faible que celui des éléments constitu- tifs placés les uns sur les autres lorsqu'on chauffe. Ce type d'outillage est bien connu dans la technique de réunion d'éléments et n'a pas besoin par conséquent d'être décrit en détail. L'ensemble constitué par les éléments empilés et maintenus réunis, la surface de référence et les moyens d'application d'une pression est ensuite placé dans un four sous vide. On établit alors un vide d'ap- proximativement 10-5 Torr. On augmente ensuite la tem- pérature du four jusqu'à environ 9400C et on maintient le four à cette température. Lorsque la température dans le four atteint approximativement 8900C, les ma- tériaux de placage forment une masse en fusion entec- tique qui ferme les espaces entre le noyau alvéolaire et les feuilles de revêtement et peut également former une liaison entre la toile métallique et la feuille de revêtement perforée. La température dans le four est maintenue à environ 9400C pendant 10 à 90 minutes pour permettre une diffusion du composant dans l'état solide une fois que la masse n'est plus en fusion. Cette liaison par diffusion dans l'état solide fait apparaître une croissance des grains entre les éléments constitutifs, ce qui donne une structure en sous-en- sembles solide, les perforations de la feuille de re- vêtement perforée et de la toile métallique restant ouvertes. Après avoir maintenu les éléments constitu- tifs à la température élevée pendant le temps néces- saire, on laisse le four refroidir jusqu'à la tempéra- ture ambiante et la structure liée par diffusion avec interface liquide est prête à être utilisée. Dans le second mode de fabrication utilisant un brasage, après la mise à dimension et le nettoyage, un alliage de brasage à base de nickel (Ni) est appliqué- sur une surface de la feuille perforée 14. La quantité d'alliage de brasage appliquée est déterminée par les dimensions des amilles de la toile métallique 20. Plus les mailles sont petites, moins on utilise d'alliage de brasage. Le critère principal est que la quantité - d'alliage de brasage appliquée doit être inférieure à la quantité qui boucherait les mailles dans la struc- ture finie. La quantité d'alliage appliquée varie de 0,92 à 1,55 g/cm2 répartie uniformément, cette quanti- té dépendant des dimensions des mailles; par exemple des mailles ayant des dimensions de 23 suivant Rayleigh nécessitent une quantité d'alliage de brasage comprise entre 0,92 et 1,08 g/cm La méthode d'application préférée de l'alliage de brasage consiste à pulvériser sur la surface un liant acrylique, par exemple du ciment Nicrobraz 600 fabriqué par Wall Calmonoy, ou une substance semblable, puis alors que le liant est encore humide à appliquer l'alliage de brasage sous forme de poudre de façon uni- forme sur le liant. L'alliage de brasage sous forme de poudre utilisé peut avoir des mailles comprises entre - 140 et + 270 et on en utilise approximativement 1,24 g/cm. On répète le même processus pour recouvrir les parois intérieures du noyau, avec environ 18,6 g/cm L'alliage de brasage est pulvérisé sur le revê- tement de liant des parois intérieures du noyau, de façon uniforme, à l'aide d'un pulvérisateur bien connu dans la technique pour assurer l'uniformité. Un exemDle d'un tel pulvérisateur est décrit dans le brevet améri- cain no 3 656 224. Les différents éléments constitutifs sont main- tenant Drêts à être réunis les uns aux autres. Ils sont disposés ou empilés de la manière représentée sur les figures, le noyau alvéolaire 12 étant placé entre la feuille 16 non perforée et la surface propre de la feuille perforée 14. Le matériau tissé est placé sur la surface de la feuille perforée 14 sur laquelle a été déposé l'alliage de brasage. Les éléments cons- titutifs sont alors maintenus en position au moyen de bandes de fixation 22 qui peuvent être constituées Dar une feuille d'acier inoxydable ou de matériau sembla- ble. Ces bandes 22 sont soudées par points sur chacun des quatre côtés verticaux (dont deux sont représentés sur la figure 1) des éléments constitutifs empilés. Les éléments constitutifs placés les uns sur les autres et maintenus réunis sont alors placés sur une surface de référence en graphite, en céramique, en acier allié ou en matériau semblable. Une pression positive est appliquée à partir de la surface libre extérieure des éléments constitutifs empilés ou en direction de la surface de référence, cette surface de référence se trouvant dans une position déterminée. On peut utiliser à cet effet un poids mort qui appli- que une pression uniforme ou un outillage delta-alpha, comme indiqué précédemment. L'ensemble, y compris la surface de référence, est alors placé dans un four sous vide. On établit en- suite un vide d'approximativement 10-5 Torr dans le four. On augmente alors la température à l'intérieur du four jusqu'au point de fusion de l'alliage de bra- sage. Lors de la fusion, l'alliage de brasage qui est liquide maintenant coule le long des parois du noyau alvéolaire, de la feuille de revêtement et du matériau poreux fibreux, par effet de capillarité, laissant les perforations 18 et les pores du matériau fibreux poreux ouverts. L'ensemble est ensuite refroidi et l'alliage de brasage se solidifie, formant une structure en sous- ensembles qui peut maintenant être utilisée pour l'at- ténuation des sons dans un environnement o la tempéra- ture est élevée. Bien que sur les figures, on ait représenté des éléments constitutifs plats pour faciliter la descrip- tion et la représentation, l'invention permet également d'assembler des panneaux en sandwich incurvés. Les élé- ments constitutifs du panneau incurvé sont formés avant la phase de nettoyage, en leur donnant la courbure sou- haitée nécessaire pour la structure en sandwich termi- née. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'ap- plication qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer une structure alvéo- laire d'atténuation de bruit résistant aux températures élevées, ladite structure comportant un noyau alvéo- laire central intercalé entre une feuille non perforée et une feuille perforée, la surface extérieure de la feuille perforée étant recouverte d'une toile métalli- que, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à mettre à dimension les éléments constitutifs de la structure; b) à nettoyer les éléments constitutifs de la structure; c) à masquer une surface de la feuille non per- forée; d) à préparer la surface opposée à la surface masquée de la feuille non perforée et les surfaces du côté du noyau central et de la toile métallique de la feuille perforée pour un dépôt de métal: e) à plaquer la surface préparée de la feuille et les surfaces préparées de la feuille pe&forée successivement avec des couches d'agent, de cuivre et de nickel; f) à placer les éléments constitutifs les uns sur les autres dans l'ordre d'assemblage; g) à maintenir les éléments constitutifs réunis à l'aide de moyens de fixation; h) à placer les éléments constitutifs placés les uns sur les autres et maintenus réunis sur une surface de référence; i) à appliquer une pression positive aux éléments constitutifs placés les uns sur les autres; j) à placer les éléments constitutifs et la sur- face de référence dans un four à vide; k) à faire le vide dans le four; 1) à augmenter la température du four sous vide pour provoquer une fusion entectique des matériaux de placage et une liaison par diffusion dans l'état solide des éléments constitutifs voisins placés les uns sur les autres; et m) à ramener les éléments constitutifs superposés et maintenant liés à la température ambiante. 2. Procédé pour fabriquer une structure alvéolai- re d'atténuation de bruit résistant aux températures élevées, ladite structure comportant un noyau alvéo- laire central intercalé entre une feuille non perforée et une feuille perforée, la surface extérieure de la feuille perforée étant recouverte d'une toile métalli- que, procédé caractérisé en ce qu'il consiste: a) à mettre à dimension les éléments constitutifs de la structure; b) à nettoyer les éléments constitutifs de la structure; c) à mouiller une surface de la feuille perforée et les parois du noyau central à l'aide d'un liant; d) à appliquer une quantité sélectionnée d'allia- ge de brasage en poudre de façon uniforme sur les sur- faces revêtues du liant; e) à placer les éléments constitutifs les uns sur les autres dans l'ordre d'assemblage; f) à maintenir les éléments constitutifs réunis; g) à placer les éléments constitutifs superposés sur une surface de référence; h) à appliquer une pression positive entre les éléments constitutifs superposés; i) à placer les éléments constitutifs maintenus réunis et la surface de référence dans un four à vide; j) à faire le vide dans le four; k) à augmenter la température du four sous vide jusqu'à une valeur qui fait fondre et couler l'alliage de brasage; et 1) à ramener les éléments constitutifs superposés à la température ambiante. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce qu'il consiste en outre à mettre en forme le contour des éléments constitutifs de la structure avant l'opération b). 4. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que la réunion des éléments constitu- tifs placés les uns sur les autres consiste à placer des bandes de fixation entre les éléments constitutifs placés les uns sur les autres et à les enlever après l'opération m) ou respectivement l'opération 1). 5. Structure d'atténuation de bruit destinée à être utilisée dans des environnements o la tempéra- ture varie entre - 17,80C et + 8700C, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée par mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4.