Brevet FR2527367A1 — publié le 19831125

L'invention se rapporte à des moyens pour at- tenuer l'énergie sonore et plus spécialement, bien que non exclusivement, aux panneaux d'atténuation des bruits, (également appelés panneaux acoustiques), ainsi qu'à des procédés de fabrication de tels moyens. Il à déjà été proposé (voir la demande de brevet britannique N O 2 056 367 A) d'utiliser pour l'atténuation de l'énergie du bruit sur un large intervalle de frequences de bruit un panneau acoustique appellé "linéaire" ayant la structure multicouche suivante: i une couche support non perforée ii une coucne ajourée, constituée par une feuille qui a éte fabriquée de manière à présenter une multitude d'ouvertures traversantes, dont la dimension et l'espace- ment sont prédéterminés et ordonnés de façon à établir une caractéristique de surface ouverte de la couche; iii une couche cellulaire fixée entre les couches non perforée et ajourée, une première extrémité de toutes les cellules; étant couverte par la couche non perforée tandis que leur deuxième extrémité, opposée, est fermée par la couche ajourée, et plusieurs des ouvertures communiquant avec chacune des cellules qui, de cette façon constituent chacune une cavité résonante de Helmholtz; et iv une couche poreuse collée à la surface de la couche ajourée qui est à l'opposé de la surface à laquelle la couche cellulaire est collée etformant la surface externe du panneau sur laquelle viennent frapper les bruits trans- portés par l'air, la dimension des pores de la couche po- reuse étant très inférieure à celle des ouvertures de la couche ajourée. Dans un tel panneau, la couche cellulaire en nid d'abeilles et la couche poreuse assurent ensemble la large gamme désirée d'atténuation des bruits et la couche ajourée forme un support pour les autres couches et constitue un elementstructurel par lequel le panneau peut être fixé à la structure adjacente de l'aéronef Les performances du panneau sont déteriorées par tout écart notable par rap- port a une proportion prédéterminée de l'aire de surface de la couche ajourée qui est ouverte comme entre la couche poreuse et les cellules de la couche cellulaire. Il n'est pas facile d'assembler les quatre couches d'un tel panneau de telle manière que, d'une part, le risque de décollement des coucnes du panneau en utilisation soit réduit à un minimum et que d'autre part, un phase d'assembla- ge ne ferme cependant sas un nombre si grand de perforations et/ou de pores que l'ouverture de surface caractéristique de la couche ajouree en est altéré et que l'efficacité d'atténuation sonore est amoindrie Un but de la présente invention est de réduire ces difficultés. Un autre but est de réaliser un panneau qui soit moins lourd que les panneau équivalents de la technique an- térieure. Un autre but est de fournir une construction de panneau et un procédé d'assemblage de cette construction qui facilitent la production de panneaux de formes complexes. Selon un premier aspect, la présente invention a pour objet une feuille de parement pour panneau acoustique, constituée par la couche ajourée et la couche poreuse, et caractérisée en ce que la couche ajourée est en un matériau composite fibres/matrice résineuse. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille de parement pour panneau acoustique selon lequel: i) on prépare une couche ajourée en un matériau composite fibres/matrice résineuse qui définit une multitude d'ouvertures traversantes ayant une dimension et un espace- ment prédéterminés et ordonnés de façon à introduire une caractéristique de surface ouverte de la couche; ii) on prépare une couche poreuse dont les pores ont une dimension très inférieure a celle des ouvertures de la couche ajourée: et iii) on colle la couche ajourée et la couche poreuse l'une à l'autre, face d face, pour former la feuille de pare- ment. Un certain nombre d'avantages découlent de cette utilisation d'un matériau composite à la place du matériau de la technique antérieure qui est l'aluminium. Premièrement, les ouvertures peuvent être formées pendant que la matrice résineuse du composite est à l'état partiellement durci Ceci est vraisemblablement une procé- dure beaucoup moins coûteuse que la formation d'un même nom- bre de perforations dans une tôle. Deuxièmement, la matrice résineuse du composite peut constituer par ellemême un agent adhésif à l'aide duquel la couche poreuse peut être collée à la couche ajourée. Troisièmement, le constituant fibreux du-matériau composite peut être disposé selon un dessin, par exemple en un entrelaçage, qui forme par luimême la multitude d'ouvertures voulue, supprimant ainsi toute nécessité d'une phase séparée de formation dlouvertures. Quatrièmement, le problème particulier de la corrosion électrolytique est éliminé Un panneau de la technique antérieure comporte une couche d'aluminium ajourée et une couche poreuse composée d'une treillis ou d'un feutre d'acier inoxydable Si ces deux couches entrent en contact électrique, il peut se produire une corrosion électrolytique en présence d'humidité Les procédés de fabrication de l'art antérieur peuvent comprendre des phases spéciales pour réduire le risque de mise en contact de certaines parties,du treillis ou feutre et de la couche ajourée sousjacente dans l'ensemble fini Une matière composite fibres de carbone /résine époxy possède à peu près le même potentiel d'électrodes que la couche poreuse en acier inoxydable susjacente, de sorte que le risque de corrosion électrolytique et la nécessité de prendre des mesures spéciales pendant l'assemblage pour éviter tout contact entre la couche poreuse et la couche ajourée sont ainsi supprimés. Il peut être avantageux d'utiliser comme procédé de fabrication d'un dispositif d'atténuation des bruits selon l'invention un procédé qui consiste à fixer la couche de matériau composite à celle des couches qui lui est adjacente, en maintenant la couche adjacente en con- tact avec la couche de matériau composite au moment o la résine est dans un état autre que l'état entièrement durci et à faire durcir la résine alors que les deux cou- ches sont maintenues en contact, de sorte que la résine fixe les deux couches l'une à l'autre La résine sera probablement ce qu'on appelle une résine à "écoulement contrôlé/' c'est-à-dire une résine possédant une viscosité qui est suffisamment élevée pour qu'elle conserve la con- sistance d'un gel pendant les premières phases de son dur- cissement, au lieu d'être entièrement fluide Il peut être avantageux de prévoir une couche d'une "peau-pelable" ("peel-ply"), comme décrit cidessous, pour absorber l'excédent de résine. Dans les panneaux proposés antérieurement, c'est la couche ajourée qui est utilisée pour fixer le panneau à la structure porteuse adjacente Dans une forme de réalisation de la présente invention, c'est la couche de support non perforée qui est utilisée pour cela La demanderesse a remarqué qu'il est souhaitable de prévoir dans la couche ajourée une proportion d'aire ouverte d'ou- vertures par rapport à l'aire de la surface projetée de la couche d'environ 30 % Ce pourcentage élevé de la surface ouverte et la nécessité de conserver le panneau aussi léger que possible est nuisible à l'aptitude de la couche ajourée au montage du panneau sur la structure poreuse. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront mieux au cours de la description que va suivre d'une mode de réalisation représenté aux dessins annexés et donné uniquement à titre d'exemple Sur les dessins: la Fig 1 est une coupe d'une région de chant - d'un panneau acoustique d'atténuation des bruits, trans- versalement au plan du panneau; la Fig 2 est une vue en plan d'une partie de la couche ajourée du panneau de la Fig 1, dessinée à une plus grande échelle et sans la couche poreuse pour la clarté du dessin mais avec le tracé de l'un des alvéoles hexagonaux de la couche alvéolaire sousjacente; et la Fia 3 est une coupe d'une feuille de parement du panneau acoustique des Fig 1 et 2, pendant la fabrica- tion de ce panneau, avec un outil de formage et d'un sac à vide associés. Comme on peut le voir en se rapportant à la Fig 1, le panneau 10 comprend une couche de support mé- tallique non perforée, en alliage d'aluminium, à laquelle est fixée, par un adhésif en résine époxy, une couche cel- lulaire en nid d'abeilles 12 dont chaque cellule comporte au moins une fente d'écoulement 18 A l'autre extrémité des cellules du nid d'abeilles est fixée, par un adhésif époxy E 2, une couche ajourée 13, qui sera décrite avec plus de détails ci-après A la surface externe de la couche 13, est fixée un treillis 14 en acier inoxydable, à fils fins La couche ajourée 13 et le treillis métallique 14, pris ensemble, sont désignés ici par l'expression feuille de parement du panneau 10. Le panneau 10 forme une partie de la surface tournée vers l'intérieur d'un conduit de capotage avant pour un moteur d'aviation à turbo-réacteur, le panneau étant l'un de plusieurs panneaux courbes disposés juste en amont de la soufflante du moteur Il est donc d'une extrême importance que ce panneau ne se détériore pas en utilisation et, en particulier, qu'aucune de ses parties ne se détache de sa structure porteuse Cette structure comprend des flasques ou lisses de support dont une seulement 15 est représentée Le panneau 10 est fixé à la lisse par des moyens d'assemblage connus de l'homme de l'art, mais il est à remarquer que c'est la feuille de support 11 du panneau et non la couche ajourée 13 qui est fixée à une aile 1 de fixation du panneau 16 de la lisse 15 L'intervalle 17 entre la surface externe du panneau 10 et la structure environnante peut être laissé ouvert mais pourrait être fermé ou rendu étanche, par exemple à l'aide d'un mastic. Comme le montre la Fig 2, la couche ajourée 13 est formée d'une matière tissée elle-même composée de trois séries de fils 20, 21 et 22, composés chacun d'une multitu- de de fibres de carbone F Les trois séries 20, 21 et 22 sont disposés de manière à for_'er entre elles des angles de 60 et à ménager une multitude d'ouvertures H de forme hexagonale Ainsi qu'il ressort de la superposition du tracé C de l'une des cellules de nid d'abeilles de la, couche cellulaire 12, il y a un grand nombre d'ouvertures 1 D H en regard de l'extrémité ouverte de chacune des cellules C. Une résine R non durcie entoure les fibres F dans les fils du matériau tissé mais ne bouche pas les ouvertures H Lors de la fabrication du panneau 10, la résine R est durcie dans un autoclave, la couche ajourée 13 étant alors supportée et disposée avec la forme néces- saire pour le panneau fini, qui peut comporter une double courbure. En prévoyant une couche de tissu de "nylon" tissé telle que celle qu'on appelle (peau-pelable), sur chaque face de la couche ajourée 13 pendant la phase de durcissement, non seulement on élimine toute bavure d'adhésif depuis l'intérieur des ouvertures mais'également on applique le dessin dutissage sur la surface de la feuille, de sorte que l'adhésif appliqué ensuite se fixe mécaniquement sur elle Toutefois, la couche extérieure 14 est de préférence maintenue comprimée en contact avec la couche ajourée 13 pendant la phase de durcissement de sorte que la résine sert a coller l'une à l'autre les deux couches de la feuille de 33 parement du panneau 10. Un mode particulier de mise en oeuvre de ce procédé sera-maintenant décrit en regard de la Fig 3 des dessins. Une matrice 30, qu'on appellera ci-après un outil,,et qui comporte une surface de moulage 31, ayant la forme d'une partie du panneau 10, est nettoyée avanta- gement au moyen de méthyléthylcétone puis recoit deux enductions 32 d'un agent de démoulage tel qu'un Frekote 33 fourni par la Frekote Inc, E U A, en ménageant une période de séchage à l'air entre les enductions Ensuite, on fait durcir cet agent à 1210 C pendant 30 minutes. On soumet à un traitement énergique de dégrais- sage à la vapeur, une surface 33 d'un treillis d'acier inoxydable (tel que celui qu'on peut se procurer auprès de la Société G Bopp & Co Lt D, de Londres N 2, Grande Bretagne, sous la désignation de "Robusta wease") 720/,150 (cette désignation indique le nombre de fils par unité de 25,4 mm de longueur du tissu, en chaîne et en trame respectivement) suffisante pour couvrir la surface de tra- vail de l'outil 30 Ensuite, on tend sur l'outil 30, en prenant grand soin d'éviter de former des fronces dans le treillis, et on la fixe en position au moyen de rubans adhésifs Lorsque l'outil 30 possède une double courbure, il est acceptable de fendre le treillis métallique pourvu que ce soit dans des endroits qui sont établis par les spécifica- tions de l'étude et de l'ingéniérie de fabrication Il. peut être souhaitable de prévoir un film d'un adhésif ap- proprié autour de la périphérie du treillis métallique et/ou autour de toute surface fendue de ce treillis pour améliorer l'adhérence entre celui-ci et le composite fibres/résine qui doit être ensuite déposé sur le treillis métallique. Les ouvertures P entre les fils de chaîne et de trame du treillis 33 constituent les pores de cette couche poreuse. Ensuite, on dépose soigneusement sur le treillis métallique 33 une surface suffisante 34 d'un tissu de fi- bres de carbone à mailles ouvertes, tel que celui représenté sur la Fig 2, qui est imprégné d'un système de résines pouvant être durcies ensemble Le tissu porte comme une couche pelable, une couche de tissu de nylon 34 P sur la surface du tissu de fibres de carbone 34 qui est à l'opposé du treillis métallique 33. Le durcissement du système de résines s'effectue sous une pression réduite dans un autoclave 29 La pression réduite est obtenue en recouvrant l'outil 30 et la structu- re en couches 33, 34 posée sur cet outil d'une membrance de sac à vide 35 en nylon de la façon représentée sur la Fig 3 qui va être décrite maintenant. Le long de la périphérie du tissu de fibres 34 est prévue une bande 36 d'un matériau respirateur permé- able aux gaz, cette bande ayant une largeur d'environ 2 à 5 cm On applique sur la surface visible du tissu de fibres non durci 34 un mince film 37 d'agent de démoulage appro- prié pour être utilisé à haute température, de manière à recouvrir la bande 36 sur environ 1 à 1,5 cm Le film de démoulage 37 et la bande 36 sont recouverts d'une feuille de respiration 38 faite de la même matière que celle qui forme la bande 36 La membrane à vide 35 enveloppe la pièce non durcie et le respirateur qui la recouvre Autour de la périphérie de la membrane 35, à l'endroit o cette membrane se réunit à l'outil 30, est prévue une bande d'étanchéité 35 S en un mastic à haute température. Ensuite, on procède à un essai de fuites dans le dispositif d'étanchéité de la membrane à vide 35 et de l'outil 30 en utilisant une pompe à vide 40 pour réduire à une valeur de 55 cm de mercure la pression dans le sac formé par la membrane 55, tel qu'indiqué, sur un manomètre 41, on ferme de manière étanche une conduite de vide 42 au moyen d'un robinet 43 et on surveille l'élévation éven- tuelle de pression à l'intérieur du sac Une élévation inférieure ou égale à 12 cm de Hg en 5 minutes est ac- ceptable. Ensuite, alors que l'air contenu dans le sac est encore sous pression réduite, on commence le durcissement en autoclave La pression ambiante à l'intérieur de l'au- toclave et à l'extérieur du sac est de 3,1 + 0,35 bars. Lorsque la pression à l'intérieur du sac s'éléve à 1,4 + 0,69 bars, le sac est ventilé à L'atmosphère et, ensuite maintenu à O + 0,35 bar pendant le reste du temps du trai- tement. En ce qui concerne les températures, elles sont réglées par un régulateur de température 44 qui reçoit les données de température d'un thermocouple 45 placé à proxi- mité de la pièce afin de limiter la vitesse d'élévation de la température dans la pièce à un intervalle de 1 à 2,50 C/mn, jusqu'à une température de durcissement de 177 + 50 C, qui est maintenue pendant une période de 120 + 60 mn Ensuite, ' on laisse la pièce se refroidir à-une vitesse de 1, 50 C/mn jusqu'au dessous de 600 C, on relâche la pression de l'auto- clave et on extrait la pièce de ce dernier. En variante au lieu de fendre le treillis métal- lique 33, on pourrait réaliser une forme complexe à double courbure en tissant le treillis métallique sur une matrice possédant la configuration voulue, ou en soudant entre eux à leur périphérie un certain nombre de morceaux de treillis séparés. D'autres procédés sont envisagés Les ouvertures peuvent être formées après le tissage mais avant le dur- cissement, en déplaçant les fils entrelacés et en les retenant dans leur nouvelle position de manière à former les ouvertures voulues La couche poreuse peut être fixée à la couche ajourée après que cette dernière a été durcie à sa forme. Sur la Fig 1, un matériau composite non perforé (mais cependant habituellement tissé) pour la couche 13 peut être durci en forme et seulement après cela muni des ouvertures, éventuellement par perforation de la couche 13, la couche extérieure 14 étant fixée ultérieurement. Toutefois, certains des avantages de l'invention seraient perdus par l'utilisation de cette procédure. Une feuille de la matière composite à plat pour- rait alors qu'elle est encore non durcie ou partiellement durcie, être perforée à plat et ensuite, durcie en forme, D en contact avec la couche poreuse de manière à être assem- blée à celle-ci. La feuille de parement durcie est ensuite collée à une face de la couche cellulaire 12 et a l'autre face, une couche support-11 en aluminium ou en comnosite fibres/résine est collée, les deux feuilles ou couches étant collées à l'aide d'un adhésif époxy comme représenté en E 2 et El res- pectivement sur la Fig 1 L'adhérence de la feuille de parement est favorisée par le dessin du tissage de la couche pelable qui reste sur la surface de la résine durcie de la j D feuille de parement La coucne cellulaire 12 peut être en "NOMEX", un matériau nylon-papier, de CIBA-GEIGY (voir ci- après) La dimension des cellules est telle que le grand cercle qui peut s'inscrire dans chaque cellule a un diamètre de 9 mm. Les adhésifs époxy utilisés sont fournis par CIBA- GEIGY Plastics and Additives Co Limited de Cambridge, Grande-Bretagne, et le matériau en fibres de carbone à tis- sage tri-axial par Barber Colman Co de Rockford, E U A Hexcel (H K) Limited de Lightwater, Surrey, Grande-Bretagne imprègne le tissu de sa résine à écoulement contrôlé F 593 et fournit le tissu imprégné en interposition entre des feuilles de polyéthylène La couche tissée poreuse est fournie par la société Britannique G Bopp comme indiqué plus haut A la place du matériau Bopp, on peut utiliser le produit à mailles de fibres d'acier inoxydable frittées/vendu sous la désignation "BRUNSMET" par Brunswick Corporation de Dehand, Floride, E U A On peut également se procurer d'au- tres matériaux en fibres de carbone tissées auprès de Brochier Industrie, de Villeurbanne, France. Des couches poreuses non métalliques, par exemple des treillis tissés en une matière polyester sont envisagés, et ces couches auraient l'avantage d'avoir un poids plus faible qu'un treillis métallique équivalent Les adhésifs et résines ne doivent pas nécessairement être époxy mais peuvent également être constitués, par exemple, par une résine phénolique ou polymide Les fibres de carbone pour- raient être remplacées par d'autres fibres, pourvu que ces dernières possèdent des propriétés mécaniquessuffisamment bonnes On estime que les fibres de verre et de KEVLAR offrent des performances inférieures à celles des fibres de carbone pour cette application. Les potentiels d'électrode de la couche poreuse ( 33) et de la couche ajourée ( 34) sont de préférence à peu près identiques. 2527367, R E V E N D I C A T I 0 N S 1, Feuille de parement ( 33, 34) pour un panneau acoustique ( 10) comprenant: i) une couche ajourée ( 34), constituée par une feuille qui définit une multitude d'ouvertures traversantes (H) de dimension et d'espace- ment prédéterminés et ordonnés de façon à établir une caractéristique de surface ouverte de la couche; et ii) une couche poreuse ( 33) fixée à une surface de la couche ajourée, les dimensions des pores (P) de cette couche étant nettement inférieures à celles des ouvertures (H) de la couche ajourée; caractérisée en ce que la couche ajourée ( 34) est formée en un matériau composite fibres/ matrice résineuse- 2 Feuille de parement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau composite est un maté- riau à tissage ouvert dans lequel les ouvertures sont constituées par les espaces (H) entre les fils ( 20, 21, 22) du tissage. 3 Feuille de parement selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau tissé comprend trois séries ( 20, 21, 22) de fils disposés à 600 les uns des autres, pour délimiter des ouvertures (H) de forme hexa- gonale. 4 Feuille de parement selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que les potentiels d'électrode de la couche poreuse ( 33) et de la couche ajourée ( 34) sont à peu près identiques. Feuille de parement selon la revendication 4, caractérisée en ce que la fibre (F) du matériau composite est en carbone et que la couche poreuse ( 33) est en acier inoxydable. 6 Procédé de fabrication d'une feuille de pare- ment pour un panneau acoustique, caractérisé en ce que i) on prépare une couche ajourée formée d'un matériau composite fibres/matrice résineuse qui définit une multitude d'ouvertures traversantes d'une dimension et d'un espacement prédéterminés et ordonnés de façon à établir une caractéxistique de surface ou erte de la couche, iii) on prépare une couche poreuse dont les pores ont des dimensions très inférieures à celles des ouver- tures de la couche ajourée; et iii) on colle la couche ajourée et la couche poreuse l'une à l'autre, face contre face, pour former la feuille de parement. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on exécute simultanément le collage de la couche ajourée et de la couche poreuse et le durcissement de la résine du matériau composite, la résine jouant le rôle d'un adhésif entre la couche poreuse et la couche ajourée. 8 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on met la couche ajourée en forme sur un outil et qu'on durcit la couche en forme sur l'outil avant de procéder à la réunion par collage de la couche ajourée et de la couche poreuse. 9 Procédé selon l'une des revendications 6 et 8, caractérisé en ce qu'on établit la surface ouverte avant d'effectuer le durcissement de la résine du matériau composite. Procédé selon l'une des revendications 7 et 9, caractérisé en ce que l'établissement de la surface ouverte est une phase de tissage. 11 Procédé selon l'une des revendications 7,9 et , caractérisé en ce qu'on durcit la résine du matériau composite alors qu'au moins une face de la couche ajourée est en contact avec une couche formant peau pelable. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la face de la couche ajourée est celle qui est éloignée de la couche poreuse de la feuille de parement durcie. 13 Dispositif d'atténuation de l'énergie sonore caractérisé en ce qu'il comprend une feuille de parement selon la revendication 1. 14 Dispositif d'atténuation de l'énergie sonore, caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon un procédé selon la revendication 6. Dispositif d'atténuation de l'énergie sonore selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il constitue un panneau acoustique linéaire ( 10) dont la couche support ( 11) est utilisée pour fixer le panneau à une structure porteuse adjacente.