Brevet FR2922610A1 — publié le 20090424

Ventilateur à volume de traitement acoustique La présente invention concerne un ventilateur du type comportant : - un conduit de guidage du flux gazeux, - une hélice d'entraînement du flux gazeux montée rotative au travers du 5 conduit ; - des moyens d'entraînement en rotation de l'hélice ; et - au moins un volume de traitement acoustique propre à réduire le bruit produit par le ventilateur, ce volume étant au moins partiellement délimité par une paroi perméable de guidage du flux gazeux au travers du conduit. 10 Elle concerne en particulier, mais non exclusivement, les ventilateurs pour les circuits de ventilation des avions. Afin de réduire les nuisances sonores pour les passagers des avions, les constructeurs s'efforcent de concevoir des ventilateurs qui sont le plus silencieux possible et qui engendrent le moins de bruit susceptible de se propager dans la 15 cabine. Afin d'éviter la propagation des bruits inévitablement produits par les pièces tournantes du ventilateur, il est connu de prévoir dans le conduit même du ventilateur des traitements acoustiques des parois permettant d'absorber une partie du bruit produit. Ces traitements acoustiques sont constitués de volumes propres à 20 permettre une atténuation du bruit. Ces volumes sont délimités par une paroi servant à canaliser le flux gazeux entraîné par le ventilateur. Cette paroi est au moins localement perméable au flux gazeux pour permettre la réduction du bruit. Ces volumes constituent soit des résonateurs de Helmholtz permettant une atténuation des bruits, soit sont emplis de matériaux absorbants tels que de la 25 laine de roche permettant, par échauffement, de réduire l'énergie acoustique du bruit. Dans les deux cas, il convient que la paroi délimitant le volume et assurant le guidage du flux gazeux soit perméable pour permettre un passage des ondes de pression. 30 A cet effet, il est connu d'utiliser pour former ces parois des tissus perméables ou des tôles de faible épaisseur dans lesquels de nombreux orifices circulaires sont ménagés. Le coût de fabrication de telles parois est relativement élevé dans le cas où il convient de former un très grand nombre de perçages calibrés, ou sont difficiles à mettre en oeuvre dans le cas d'un tissu pour lequel la taille des mailles est difficile à maîtriser. L'invention a pour but de proposer un ventilateur dans lequel les volumes de traitement acoustique sont simples à réaliser, avec une efficacité satisfaisante des volumes de traitement acoustique. A cet effet, l'invention a pour objet un ventilateur du type précité, caractérisé en ce que ladite paroi perméable présente suivant au moins une partie de sa surface des fentes oblongues débouchantes. Suivant des modes particuliers de réalisation, le ventilateur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les fentes oblongues ont leur longueur orientée suivant l'écoulement du flux gazeux dans le conduit ; - les fentes oblongues sont, sur l'essentiel de la périphérie de la surface, réparties parallèlement les unes aux autres ; - les fentes oblongues sont réparties sur plusieurs couronnes successives suivant l'axe du ventilateur ; - la largeur des fentes oblongues est comprise entre 0,5 mm et 1 mm ; -la longueur des fentes oblongues est comprise entre 5 mm et 50 mm ; - la paroi perméable est formée dans un matériau imperméable en dehors des fentes ; - le volume de traitement acoustique comporte un ensemble de cavités de Helmholtz communiquant avec le conduit, par l'intermédiaire des fentes oblongues ; - la paroi perméable présente des orifices débouchants prolongés par des conduits formant des prises de pression ; - ladite paroi perméable est moulée ; - le taux de perforation de la paroi perméable est compris entre 10 et 30 % ; - il comporte une ogive de sortie prolongeant l'hélice et le volume de traite-ment acoustique est formé par ladite ogive de sortie ; et - il comporte un pavillon d'entrée délimitant un profil extérieur de guidage du flux gazeux, et le volume de traitement acoustique est formé par ledit pavillon d'entrée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur les-quels : - la figure 1 est une vue en élévation avec arrachement partiel d'un ventila-5 teur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective de la coiffe de l'ogive de sortie du ventilateur ; - la figure 3 est une vue en perspective du cloisonnement intérieur de l'ogive de la figure 2 ; 10 - la figure 4 est une courbe montrant le niveau sonore obtenu en sortie du ventilateur en fonction de la fréquence du bruit ; - les figures 5 et 6 sont des vues identiques à celles des figures respectivement 2 et 3 de variantes de réalisation d'une coiffe d'ogive de sortie et d'un cloisonnement d'ogive ; 15 - la figure 7 est une vue en perspective du pavillon d'entrée du ventilateur de la figure 1 ; et - la figure 8 est une courbe montrant le niveau sonore obtenu en entrée du ventilateur en fonction de la fréquence du bruit. Le ventilateur 10 représenté sur la figure 1 est destiné à être implanté dans 20 un circuit de ventilation d'un avion. Il comporte, comme connu en soi, un conduit tubulaire 12 généralement cylindrique dans lequel est disposé un bulbe axial 14 renfermant un moteur 16 non représenté et supportant une hélice 17 entraînée par le moteur 16. Le moteur est contenu dans un carter fixe 18 à la périphérie extérieure duquel sont formés des déflecteurs 19. 25 En entrée, le ventilateur présente un pavillon convergent-divergent 20 for- mé d'un volume de traitement acoustique. En sortie, le bulbe 14 présente une ogive 22 formant également un volume de traitement acoustique. Le pavillon 20 et l'ogive 22 prolongent de manière continue les formes du 30 conduit 12 et du bulbe 14 et assurent tous deux le guidage du flux gazeux respec- tivement en amont et en aval de l'hélice 17. L'ogive 22 représentée plus en détail sur les figures 2 et 3 comprend une coiffe extérieure 24 illustrée sur la figure 2 et un cloisonnement intérieur 26 repré- 4 senté sur la figure 3. Le cloisonnement 26 est normalement recouvert par la coiffe 24. Le cloisonnement 26 présente une embase 28 de fixation à l'extrémité du carter 18 du moteur. L'embase 28 supporte un noyau 30 formé d'un tube s'étendant suivant l'axe de l'embase et du ventilateur en étant centré sur l'embase et l'axe de rotation du moteur. Depuis le noyau 30 s'étendent des cloisons séparatrices 32 disposées radialement et régulièrement espacées angulairement. Dans le mode de réalisation envisagé, ces cloisons sont au nombre de huit et sont séparées chacune de 45°. Elles présentent un profil extérieur épousant exactement la surface intérieure de la coiffe 24 délimitant ainsi avec la coiffe huit chambres en forme de secteurs réparties à la périphérie du noyau 30. De préférence, le cloisonnement interne 26 est formé d'une seule pièce par injection de matière plastique dans un moule de forme complémentaire. La coiffe 24 présente une forme de cloche et est ouverte à une extrémité propre à recevoir l'ensemble du cloisonnement 26. A son sommet, elle présente une paroi plane d'obturation 36. La paroi latérale de la cloche 24 est de révolution et forme une virole fermée 38 délimitant un espace de section progressivement décroissante de l'ouverture vers la paroi 36 de la coiffe. Le diamètre de la coiffe varie de 185 mm à environ 100 mm, la longueur de la coiffe étant de l'ordre de 138 mm. Des fentes oblongues débouchantes 40 sont ménagées sur la virole 38. Ces fentes 40 s'étendent de préférence chacune suivant une génératrice de la virole 28, c'est-à-dire qu'elles s'étendent parallèlement à l'axe de la coiffe du venti- lateur. Les fentes sont réparties en quatre couronnes successives se succédant suivant la direction de l'axe de la coiffe. Chaque couronne présente un même nombre de fentes 40. Dans ce mode de réalisation, le nombre de fentes est égal à quatre-vingts par couronne et celles-ci sont angulairement régulièrement réparties. Elles sont ainsi séparées angulairement de 4,5°. Les fentes des différentes couronnes sont alignées suivant une même gé-nératrice. La longueur des fentes est de préférence comprise entre 10 mm et 50 mm. Dans l'exemple considéré, elle est égale à 30 mm, les couronnes de fentes suc- cessives étant séparées de 2,2 mm. Chaque fente a une largeur de 0,8 mm. De préférence, cette largeur est comprise entre 0, 5 mm et 1 mm. La virole 38 pré-sente à la périphérie de son ouverture quatre orifices 42 permettant la réception de vis de fixation sur le cloisonnement 26. De préférence, les dimensions et le nombre de fentes sont choisis de sorte que la résistance acoustique produite par les fentes soit égale à : ro = p Uo (1 - S )2 (1) où p = la densité du gaz Uo = la vitesse du gaz de chaque fente S = la surface de la zone dans laquelle les fentes sont ménagées n = le nombre de fentes 1 = la longueur des fentes e = la largeur de la fente. Ainsi, pour obtenir une résistance acoustique ro déterminée, les fentes sont 15 déterminées en fixant d'abord leur largeur e, ce qui permet de déduire leur lon- gueur à partir de la formule (1) en tenant compte du nombre de fentes souhaitées. De préférence, le taux d'ouverture de la paroi, c'est-à-dire le rapport de la surface ouverte sur la surface totale, est compris entre 10% et 30%. On conçoit que les cavités délimitées par le cloisonnement et la coiffe for- 20 ment des résonateurs de Helmholtz permettant d'atténuer les bruits engendrés par le ventilateur, les ondes de pression pénétrant dans les résonateurs de Helmholtz par les fentes. Il a été constaté que les fentes sont particulièrement efficaces comme illustré sur la figure 4. 25 Sur la figure 4 sont représentées trois courbes illustrant le bruit mesuré en sortie du ventilateur en fonction de la fréquence du bruit pour trois types de traite-ment acoustiques différents de l'ogive : courbe 1 = absence de traitement (surface plane et pleine) courbe 2 = surface de l'ogive recouverte de laine de roche 30 courbe 3 = ogive à fentes telle que sur les figures 2 et 3. On constate que sur la gamme des fréquences audibles de 800 Hz à 2500 Hz, la meilleure atténuation du bruit est obtenue avec l'ogive à fentes, celle-ci se 6 révélant plus efficace ou à tout le moins aussi efficace qu'un revêtement de laine de roche en étant toutefois plus facile à fabriquer. Sur les figures 5 et 6 est représentée une variante de réalisation d'une ogive à fentes pour un ventilateur tel qu'illustré sur la figure 1. Dans ce mode de réalisation, la virole 38 de la coiffe comporte dix couronnes de fentes 40 comportant chacune cent fentes régulièrement angulairement réparties et alignées d'une couronne à l'autre parallèlement à l'axe. Les fentes ont une longueur de 10 mm. Le cloisonnement 26 illustré sur la figure 6 présente un noyau 30 de plus grand diamètre que dans le mode de réalisation de la figure 3, de sorte que les cloisons 32, au nombre de huit, s'étendent radialement sur une plage réduite pour obtenir des cavités de Helmholtz de volume plus limité que dans le mode de réalisation précédent. Sur la figure 7 est représenté le pavillon d'admission du ventilateur. Celui-ci présente une paroi extérieure perméable 50 formant un tronçon de révolution généralement convergent jusqu'à sa partie médiane, puis divergent. Des cloisons 52 sont ménagées radialement depuis cette paroi 50 jusqu'au conduit délimitant le ventilateur. Ces parois sont angulairement régulièrement ré-parties et forment une succession de cavités de Helmholtz 54. Chaque cavité est en communication avec le passage de circulation du flux gazeux 12 par un en-semble de fentes 56 régulièrement réparties. Ces fentes sont réparties suivant deux couronnes successives ayant chacune 43 fentes, les fentes étant réparties en quatre sections s'étendant chacune sur environ 90°. Les différentes sections sont séparées par une plage pleine dans laquelle débouche une prise de pression 60, c'est-à-dire un orifice 62 prolongé par un conduit de petit diamètre 64. Ces prises de pression sont propres à recevoir à leur extrémité un capteur de pression utilisé pour la régulation du ventilateur. On conçoit que, à l'admission du ventilateur, un tel pavillon renfermant plu-sieurs cavités de Helmholtz en communication avec le flux d'air circulant par les fentes permettent une atténuation des bruits pouvant provoquer une gêne pour les passagers. La figure 8, de même nature que celle de la figure 4, montre l'atténuation du bruit en entrée dans les cas suivants : 7 courbe 1 = absence de traitement (surface plane et pleine) courbe 2 = surface du pavillon recouvert de laine de roche courbe 3 = pavillon à fentes de la figure 7. Dans ce cas également, l'atténuation acoustique obtenue avec un pavillon à fentes est au moins aussi bonne que dans le cas d'un revêtement de laine de roche. Dans tous les cas, la surface présentant les fentes est de préférence obtenue par injection de matière plastique dans un moule, ce qui permet de former les fentes facilement et d'obtenir un bon état de surface extérieur pour les parois gui- dant le flux gazeux. Le taux d'ouverture de la surface est de préférence compris entre 10 et 30%, ce qui permet d'obtenir de bonnes performances aérauliques. En variante, les cavités creuses formant des résonateurs de Helmholtz sont emplies d'un matériau absorbant tel que la laine de verre et de roche ou des mousses acoustiques (injectées ou non). La paroi percée des fentes forme une barrière de retenue du matériau absorbant tout en assurant une perméabilité suffisante pour le passage du son. REVENDICATIONS 1.- Ventilateur comportant : - un conduit (12) de guidage du flux gazeux, - une hélice (17) d'entraînement du flux gazeux montée rotative au travers 5 du conduit (12) ; - des moyens (16) d'entraînement en rotation de l'hélice (17) ; et - au moins un volume de traitement acoustique (20, 22) propre à réduire le bruit produit par le ventilateur, ce volume étant au moins partiellement délimité par une paroi perméable (38 ; 50) de guidage du flux gazeux au travers du conduit 10 (12), caractérisé en ce que ladite paroi perméable (38 ; 50) présente suivant au moins une partie de sa surface des fentes oblongues (40 ; 56) débouchantes. 2.- Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes oblongues (40 ; 56) ont leur longueur orientée suivant l'écoulement du flux gazeux 15 dans le conduit (12). 3.- Ventilateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les fentes oblongues (40 ; 56) sont, sur l'essentiel de la périphérie de la surface, réparties parallèlement les unes aux autres. 4.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca-20 ractérisé en ce que les fentes oblongues (40 ; 56) sont réparties sur plusieurs couronnes successives suivant l'axe du ventilateur. 5.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la largeur des fentes oblongues (40 ; 56) est comprise entre 0,5 mm et 1 mm. 25 6.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur des fentes oblongues (40 ; 56) est comprise entre 5 mm et 50 mm. 7.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi perméable (38 ; 50) est formée dans un matériau im-30 perméable en dehors des fentes. 8.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de traitement acoustique (20, 22) comporte un en- 9 semble de cavités de Helmholtz communiquant avec le conduit (12), par l'intermédiaire des fentes oblongues (40 ; 56). 9.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi perméable (50) présente des orifices débouchants prolongés par des conduits formant des prises de pression. 10.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite paroi perméable (38 ; 50) est moulée. 11.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de perforation de la paroi perméable (38 ; 50) est compris entre 10 et 30 %. 12.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une ogive de sortie (24) prolongeant l'hélice (17) et en ce que le volume de traitement acoustique est formé par ladite ogive de sortie (24). 13.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un pavillon d'entrée (20) délimitant un profil extérieur de guidage du flux gazeux, et en ce que le volume de traitement acoustique est formé par ledit pavillon d'entrée (20).