Brevet FR2691828A1 — publié le 19931203

Dispositif de réduction du bruit par court-circuit acoustique L'invention concerne un dispositif de compensation de la pression acoustique lors de la propagation d'ondes sonores dans un milieu de propagation, en particulier dans l'air, fonctionnant selon le principe du court-circuit acoustique. Réduire éviter dans une large mesure le bruit est une préoccupation très importante en ce qui concerne les turbo-réacteurs d'avions Ainsi, a-t-on déjà proposé toute une série de systèmes d'atténuation des bruits pour des turbo-réacteurs; parmi ceux- ci, le réacteur à double flux, également nommé réacteur à soufflante carénée, s'est avéré être la solution la plus efficace sur le plan de la réduction du bruit Le flux d'air extérieur, situé dans la zone périphérique du réacteur, provoque une diminution sensible des gradients élevés de vitesse dans la veine de mélange et par suite un abaissement efficace du bruit. Dans les réacteurs civils, on utilise également des éjecteurs, des tuyères à tubes multiples et des tuyères à anneaux ondulés Ces dernières ne constituent pas des dispositifs d'atténuation du bruit à proprement parler mais décalent le bruit vers les plages de fréquence plus élevées dans lesquelles l'absorption de l'air est plus forte Cette méthode est moins efficace lorsqu'il s'agit d'avions volant à basse altitude, en raison des parcours plus courts du bruit Le bruit émis lors du vol à basse altitude n'est pas seul à constituer une gêne acoustique importante; c'est également le cas du bruit produit lors du décollage et de l'atterrissage d'un avion, en raison notamment de la proximité de la population Tandis qu'au décollage le bruit produit par le mélange du jet de gaz du réacteur avec l'air environnant prédomine pratiquement seul, le bruit du compresseur rayonné vers l'avant s'ajoute à celui-ci lors de l'atterrissage. L'objet de la présente invention est donc de proposer un dispositif de compensation de la pression acoustique lors de la propagation d'ondes sonores dans un milieu de propagation, notamment dans l'air, fonctionnant selon le principe du court-circuit acoustique, qui, par simple adaptation sur les réacteurs permette de limiter dans une large mesure le niveau de bruit des sources de bruit mentionnées plus haut La construction aéronautique exige des mesures aussi légères que possible susceptibles d'être mises en oeuvre avec un supplément de poids aussi réduit que possible dans ou sur un réacteur Le dispositif selon l'invention doit en outre pouvoir être combiné avec des sources de bruit agencées de manière très diverse afin de couvrir un spectre d'utilisation aussi large que possible pour la diminution du bruit. Le problème est résolu selon l'invention au moyen d'un dispositif de compensation de la pression acoustique d'ondes sonores se propageant dans un milieu de propagation, notamment dans l'air, fonctionnant selon le principe du court-circuit acoustique, dans lequel au moins un guide d'onde qui délimite un volume, dont l'espace intérieur est rempli d'un milieu permettant une vitesse de propagation du son supérieure à celle pouvant être atteinte dans ledit milieu de propagation, communique avec le milieu de propagation par l'intermédiaire d'ouvertures. Il est connu de réduire le bruit émis par une source sonore en modifiant son réglage acoustique Une solution consiste à placer une impédance supplémentaire de très faible valeur dans la région de la source de bruit Du point de vue acoustique il s'agit ici d'un branchement en parallèle d'une résistance de rayonnement et d'une impédance supplémentaire avec réduction et dérivation du bruit transmis à l'environnement On utilise pour cela une enceinte fermée qui est relié au milieu de propagation par l'intermédiaire d'ouvertures de couplage Il est prévu à l'intérieur de l'enceinte un milieu dans lequel le bruit se propage avec une vitesse nettement supérieure à la vitesse de propagation dans le milieu de propagation, de préférence l'air, entourant l'impédance supplémentaire. Une onde sonore se compose de zones à pression élevée et de zones à pression faible que l'on appelle également zones de compression et de dépression d'une onde sonore Il s'agit par conséquent de réduire le plus possible le gradient de pression en superposant les zones de pression respectivement haute et faible pour obtenir une interférence destructive. Le son se propage dans le milieu de propagation air avec une vitesse d'environ 340 m/s, tandis que la vitesse de propagation dans le gaz hydrogène est de 1800 m/s. Lorsqu'on introduit une atmosphère de ce type dans un champ d'ondes sonores, atmosphère dans laquelle les vitesses du son sont supérieures à la vitesse de propagation dans l'air, une partie de l'onde sonore est transmise par exemple à l'atmosphère H 2 et s'y propage avec une vitesse sensiblement plus élevée Un déphasage apparaît alors entre les deux trains d'ondes distincts de sorte que les zones de pression déphasées peuvent se superposer de manière telle que les zones de pression élevée et les zones de pression faible se compensent mutuellement Une interférence destructive d'onde sonore de ce type est aussi connue en acoustique sous le nom de court-circuit acoustique. Conformément à l'invention, un volume fermé agencé sous forme de guide d'onde est rempli d'un gaz permettant une vitesse de propagation du son élevée, par exemple de gaz hydrogène, d'hélium ou de vapeur d'eau surchauffée, et communique par l'intermédiaire d'ouvertures de couplage avec le milieu de propagation air De manière avantageuse, le guide d'onde généralement tubulaire est disposé parallèlement ou est légèrement incliné par rapport à la direction de propagation des ondes sonores Du fait des vitesses de propagation élevées du son dans l'hydrogène, d'environ 1800 mi/s, il se produit une compensation permanente de la pression dans le milieu de propagation extérieur, compensation qui résulte des vitesses différentes du son dans l'air ambiant et dans le gaz du guide d'onde Cet amortissement de la pression par le phénomène de court-circuit du gaz H 2 (ou He) agit à la manière d'une modification du réglage acoustique et réduit l'émission de bruit. Les ouvertures de couplage du guide d'onde peuvent se présenter sous la forme d'une fente parallèle à l'axe dudit guide d'onde ou de trous alignés Des plaquettes ou des éléments en forme de collerette disposés au-dessus des ouvertures limitent le passage du gaz dans le milieu de propagation. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'espace intérieur du guide d'onde est divisé en deux chambres. On peut augmenter encore la vitesse du son à l'intérieur du guide d'onde et, par suite, l'action de l'effet de court-circuit en élevant la température du gaz à l'intérieur dudit guide d'onde Le guide d'onde peut être muni par exemple d'un chauffage par résistance électrique qui assure le réchauffage contrôlé du milieu du guide d'onde. On peut également brûler l'hydrogène qui s'échappe par les ouvertures pour réchauffer le milieu à l'intérieur du guide d'onde. Le dispositif selon l'invention qui peut également se présenter sous la forme d'un anneau peut être intégré dans le carter d'entrée d'air d'un turbo-moteur, placé derrière une hélice ou autre Il est également possible d'utiliser plusieurs guides d'ondes. L'invention est décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés sur les dessins. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits. Les dessins représentent: figure la, b, des guides d'ondes selon l'invention avec une ouverture en forme de fente; figure 2, un guide d'onde selon l'invention avec des ouvertures en forme de trous; figure 3, un guide d'onde selon l'invention avec des éléments de couverture; figure 4 a, b, des sections droites de modes de réalisation selon l'invention; figure 5 a, b, le dispositif selon l'invention utilisé en liaison avec un turbo-réacteur, figure 6, un autre exemple de réalisation du dispositif selon l'invention utilisé en combinaison avec un turbo-réacteur; figure 7, le dispositif selon l'invention disposé à l'intérieur du tunnel d'entrée d'un turbo-réacteur; figure 8, la combinaison du dispositif selon l'invention avec une hélice; figure 9, un mode de réalisation selon l'invention dans le conduit d'entrée d'un turbo-réacteur; figure 10, un autre mode de réalisation dans le conduit d'entrée d'un turbo-réacteur. La figure 1 représente un guide d'onde 1 selon l'invention, lequel guide d'onde comporte une entrée 2 et une ouverture en forme de fente 3 qui s'étend parallèlement à l'axe du tube La figure lb représente la section droite correspondante La cavité résonnante est remplie avec un milieu de remplissage adapté, par exemple de l'hydrogène, par l'intermédiaire de l'ouverture 2. Il faut veiller, lors du dimensionnement du guide d'onde, à ce que la longueur de celui-ci soit supérieure à l'onde de pression acoustique à compenser la plus longue. La figure 2 montre un autre agencement du guide d'onde selon l'invention, lequel guide d'onde est pourvu de trous disposés en ligne La distance mutuelle des trous doit être inférieure à la demi-longueur d'onde des ondes sonores. La figure 3 représente encore un autre mode de réalisation du guide d'onde qui comporte des éléments de couverture 5 en forme de plaquettes disposées au-dessus de chacune des ouvertures de guide d'onde Ces éléments de couverture permettent la sortie sans gêne hors du guide d'onde du milieu remplissant le guide d'onde. Les figures 4 a et 4 b représentent différentes formes en section droite de guides d'onde selon l'invention qui sont pourvus de dispositifs supplémentaires empêchant le milieu remplissant le guide d'onde de s'échapper vers l'extérieur Dans un cas, l'ouverture 2 est munie d'une collerette 6 qui fait saillie à l'intérieur du guide d'onde (voir figure 4 a) On a constaté par ailleurs que l'on pouvait réduire considérablement les pertes en gaz remplissant le guide d'onde en divisant pratiquement en deux le volume dudit guide d'onde 1 au moyen de nervures 7 (figure 4 b). La figure 5 a représente une vue de côté d'une application possible du guide d'onde 1 selon l'invention en liaison avec un turbo-réacteur 8 Le guide d'onde 1 est disposé sous le turbo-réacteur 8 de manière telle qu'au moins la zone de pression acoustique dirigée vers le bas (représentée en pointillés) entre dans la zone d'action du guide d'onde 1 On voit sur la figure 5 b que par exemple quatre guides d'ondes 1 tubulaires sont disposés radialement autour de la partie inférieure du turbo- réacteur 8 de manière telle que la distance entre les guides d'ondes soit inférieure à la moitié de la plus petite longueur d'onde de l'onde de pression acoustique à compenser Cette disposition permet un amortissement considérable du champ d'onde de pression acoustique rayonné vers le bas. La figure 6 montre une autre possibilité d'agencement de guide d'onde selon l'invention à la sortie d'un turbo-réacteur 8 Il s'agit d'un guide d'onde annulaire qui assure un amortissement radial du champ de pression acoustique produit par le turbo-réacteur 8. La figure 7 montre une section droite schématique d'un turbo-réacteur 8 dont l'entrée est pourvue d'un guide d'onde 1 disposé radialement, lequel guide compense en particulier la pression acoustique apparaissant notamment à l'atterrissage dans la région antérieure de la turbine lors de l'inversion du flux La turbine comporte un compresseur 9 représenté de manière schématique. Le dispositif 1 selon l'invention peut également être monté sous forme de guide d'onde radial dans la trainée d'une hélice 10 (voir figure 8). La figure 9 montre un autre mode de réalisation du guide d'onde 1 en liaison avec un turbo-réacteur 8 Il est prévu dans ce cas également un guide d'onde qui est monté radialement par rapport à l'entrée mais dispose d'une pluralité de trous 4. A la figure 10 enfin, un guide d'onde 1 tubulaire est disposé dans le tunnel d'entrée d'un turbo-réacteur 8 et, comme dans les modes de réalisation des figures 7 et 9, diminue fortement un champ d'ondes sonores dirigé vers l'avant. Dans le cas notamment de la combinaison du guide d'onde selon l'invention et de turbo- réacteurs, la température autour du guide d'onde peut être supérieure à la température d'inflammation du gaz hydrogène, afin que l'hydrogène sortant du guide d'onde s'enflamme et que la chaleur dégagée réchauffe le guide d'onde, permettant ainsi d'augmenter la vitesse du son à l'intérieur dudit guide d'onde. On peut envisager également d'autres applications qui ne se limitent pas au domaine des réacteurs. REVENDICATIONS 1 Dispositif de compensation de la pression acoustique lors de la propagation d'ondes sonores dans un milieu de propagation, no- tamment dans l'air, fonctionnant selon le principe du court-circuit acoustique, caractérisé par le fait qu'au moins un guide d'onde qui dé- finit un volume dont l'espace intérieur est rempli d'un milieu permettant une vitesse de propagation du son supérieure à celle pouvant être atteinte dans le milieu de propagation communique avec le milieu de propagation par l'intermédiaire d'ouvertures. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le guide d'ondes est disposé parallèlement à ou est légèrement in- cliné par rapport à la direction des ondes sonores. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le milieu est de l'hydrogène, de l'hélium ou de la vapeur d'eau surchauffée. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le guide d'onde a une forme tubulaire et a une longueur supérieure à la plus grande onde de pression acoustique à compenser. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le guide d'onde comporte une ouverture étroite en forme de fente qui est parallèle à l'axe du tube. 6 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le guide d'onde comporte des trous ronds qui sont disposés paral- lèlement à l'axe du tube. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu au-dessus des ouvertures des élé- ments de couverture en forme de plaquettes. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait qu'il est prévu sur les côtés intérieurs des ouver- tures des collerettes. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'espace intérieur du guide d'ondes présente deux chambres qui sont reliées entre elles. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'un dispositif de chauffage est monté sur ou dans le guide d'ondes. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le dispositif de chauffage est un chauffa- ge électrique par résistance. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que, lorsqu'on utilise de l'hydrogène comme milieu à l'intérieur du guide d'ondes, on peut brûler l'hydrogène qui s'échappe par les ouvertures et apporter la chaleur de combustion au milieu du guide d'onde aux fins d'élever sa température, par exemple par l'intermédiaire de la paroi du guide d'ondes. 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que le guide d'onde est un corps creux for- mant un anneau. 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le guide d'onde annulaire peut être inté- gré dans le carter d'entrée d'air d'un turbo-réacteur. 15 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que le guide d'onde annulaire peut être placé en aval d'une hélice dans la direction axiale. 16 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé par le fait que le guide d'onde annulaire peut être placé en amont d'un turbo-réacteur dans la direction axiale. 17 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que, dans le cas d'un milieu de propagation dans lequel la vitesse du son est nettement plus faible que dans l'air, on utilise de l'air comme milieu du guide d'ondes. 18 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que l'on peut placer plusieurs guides d'ondes dans un champ d'ondes de pression à compenser de manière telle que les guides d'ondes présentent une distance mutuelle qui est inférieure à la moitié de l'onde de pression acoustique à compenser la plus courte.