Brevet FR2957894A1 — publié le 20110930

Pylône de support d'un turbomoteur recouvert d'un matériau poreux, ensemble d'un turbomoteur et d'un pylône Le domaine de la présente invention est celui de l'aéronautique civile et en particulier, celui de la génération de bruit par les avions. Le bruit généré par les avions civils, notamment au décollage, est une nuisance largement connue et de nombreuses innovations ont été imaginées pour tenter de le réduire. Une des principales sources de ce bruit réside dans le jet des moteurs, qui sont utilisés à leur pleine puissance lors de la phase de décollage. Des travaux importants ont bien évidemment été conduits pour tenter de réduire le bruit du jet des réacteurs, comme par exemple des chevrons en formes en dents de scie pour la tuyère d'éjection, que ce soit pour celle des gaz chauds, en provenance du flux primaire du réacteur, ou celle des gaz dits froids qui sont issus du flux secondaire du moteur. Pour limiter les nuisances subies par les riverains des aéroports, des normes strictes ont été imposées, qui limitent le bruit que l'on peut percevoir en divers points situés autour de l'avion, à différentes distances et dans plusieurs directions par rapport à la piste d'envol. Un des points particulièrement critiques à respecter par les concepteurs d'avions, en termes de bruit maximal admissible pour obtenir la certification d'un avion, se trouve dans une position latérale par rapport à l'avion, à une distance de 450 m de la piste de décollage. La présence du pylône, c'est-à-dire du mât qui supporte le moteur en le rattachant à l'aile, génère localement, au niveau de l'éjection des gaz, des niveaux élevés de turbulence dans l'écoulement, avec pour conséquence une augmentation très significative du bruit latéral du moteur. Ce phénomène est particulièrement aigu pour les configurations où le pylône est proéminent au-delà du plan d'éjection des gaz, ce qui devient une configuration très fréquente sur les avions civils récents. Les résultats de calculs numériques ou de mesures réalisées sur maquette en soufflerie, montrent bien que les effets d'interactions entre le flux circulant autour du pylône et le pylône lui-même génèrent une augmentation notable des niveaux de turbulence et par suite, du niveau de bruit. Une modification importante du développement angulaire du jet radialement autour du pylône peut également être notée, qui tend à orienter le jet du réacteur autour du pylône, en direction de l'aile. Par ailleurs, l'expérience acquise montre que l'introduction du pylône, outre son influence sur l'augmentation du niveau sonore sur une configuration d'éjection conventionnelle, peut également réduire considérablement l'efficacité d'autres dispositifs installés pour réduire le bruit des gaz d'échappement, tels que des chevrons ou des mélangeurs installés sur les tuyères. La présence du pylône introduit ainsi, en termes d'acoustique, un accroissement du bruit d'éjection au point latéral de certification, qui peut varier entre 2 à 3,5 EPNdB (Effective Perceived Noise, ou niveau de bruit effectivement perçu, en décibels) selon le cycle moteur, la taille du pylône et les géométries d'éjection considérées. En référence à la figure 1 représentant une courbe BM de bruit d'un turbomoteur sans pylône et une courbe BMP de bruit d'un turbomoteur avec pylône, la présence du pylône génère un surplus d'énergie cinétique turbulente en aval de celui-ci. Les turbulences forment de petites structures tourbillonnaires qui grossissent et rayonnent hors du turbomoteur à basse fréquence et engendrent du bruit. Le besoin de réduire le bruit de jet étant un souci constant des motoristes on voit bien l'intérêt qu'il y a à réduire le bruit à la source, c'est-à-dire en agissant sur les écoulements turbulents locaux autour du pylône. Le potentiel de réduction de bruit apparaît même, in fine, plus important que celui apporté par la mise en oeuvre de chevrons ou de micro jets à la périphérie de la tuyère. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de réduction du bruit généré par un moteur monté sur le pylône d'un aéronef, et notamment du bruit associé à l'interaction entre le jet du moteur et l'écoulement de l'air autour du pylône. Afin d'éliminer au moins certains de ces inconvénients, l'invention concerne un pylône de support d'un turbomoteur sur un aéronef dont la surface extérieure est recouverte au moins partiellement d'un matériau poreux agencé pour réduire l'amplitude des ondes acoustiques en sortie du turbomoteur. Le matériau poreux permet avantageusement d'améliorer l'interaction entre le flux d'éjection du turbomoteur et le pylône de manière à limiter la génération de bruit. Le matériau poreux permet avantageusement d'améliorer la couche de cisaillement du flux d'éjection qui entre en contact avec le pylône en atténuant l'amplitude des ondes acoustiques émises par le turbomoteur. Selon une variante, le matériau poreux du pylône est une mousse métallique, de préférence, formée par agglomération de particules métalliques. Une mousse métallique permet de manière avantageuse de former un filtre acoustique ayant une large plage d'atténuation en fréquences. L'amplitude des ondes acoustiques est ainsi atténuée sur une plage de fréquences importante ce qui limite le bruit généré par le pylône. Selon un aspect de l'invention, le pylône s'étendant longitudinalement d'amont en aval et comprenant une partie supérieure de fixation à l'aéronef et une partie inférieure de fixation au turbomoteur, ladite partie de fixation à l'aéronef étant en aval de la partie de fixation au turbomoteur, le pylône comprend une partie d'absorption destinée à s'étendre dans le flux d'éjection du turbomoteur, disposée en aval de la partie de fixation au turbomoteur et disposée inférieurement à la partie de fixation à l'aéronef, dont la surface extérieure est recouverte au moins partiellement par un matériau poreux agencé pour réduire l'intensité des ondes acoustiques en sortie du turbomoteur. La partie d'absorption du pylône la plus susceptible de générer du bruit 25 est recouverte d'un matériau poreux. On peut ainsi limiter localement le bruit généré en modifiant uniquement une partie du revêtement du pylône. De préférence, la surface extérieure de l'extrémité aval de la partie d'absorption est recouverte par un matériau poreux. Comme les turbulences 30 grossissent au fur et à mesure qu'elles s'éloignent en aval du turbomoteur, il est important de limiter l'impact de turbulences importantes qui entrent en contact avec l'extrémité la plus en aval du pylône, c'est à dire la plus éloignée du turbomoteur. 35 De préférence encore, toute la surface extérieure de la partie d'absorption est recouverte par un matériau poreux. On améliore ainsi la couche de cisaillement sur toute la partie d'absorption destinée à s'étendre dans le flux d'éjection. De préférence, le matériau poreux est agencé pour atténuer d'au moins 6dB les ondes acoustiques émises sur une plage de hautes fréquences comprises entre 200 Hz et 1 kHz afin de limiter la génération d'énergie cinétique en sortie du turbomoteur. Le matériau poreux en raison de sa structure permet d'atténuer les ondes acoustiques sur une large plage de fréquences. De préférence encore, le matériau poreux est agencé pour atténuer d'au moins 10dB les ondes acoustiques émises sur une plage de hautes fréquences comprises entre 400 Hz et 600 Hz. De manière avantageuse, on paramètre l'épaisseur du matériau poreux pour obtenir l'atténuation désirée. A titre d'exemple, une épaisseur de mousse de l'ordre de 5 à 15 cm permet d'obtenir une atténuation satisfaisante des ondes acoustiques du turbomoteur. L'invention concerne également un ensemble d'un turbomoteur et d'un pylône tel que présenté précédemment, le pylône s'étendant longitudinalement d'amont en aval et comprenant une partie supérieure de fixation à l'aéronef, une partie inférieure de fixation au turbomoteur et une partie d'absorption, s'étendant dans le flux d'éjection du turbomoteur, comprenant une partie d'absorption interne, s'étendant dans le turbomoteur, et une partie d'absorption externe, s'étendant en aval du turbomoteur, pylône dans lequel la surface extérieure de l'extrémité aval de la partie d'absorption externe est recouverte au moins partiellement par un matériau poreux. De préférence, toute la surface extérieure de la partie d'absorption externe est recouverte par un matériau poreux. De préférence encore, toute la surface extérieure de la partie d'absorption interne est recouverte par un matériau poreux. L'invention concerne également un ensemble d'une aile d'un aéronef et d'un pylône tel que présenté précédemment, dans lequel le pylône est monté sur une surface inférieure de l'aile de l'aéronef, ladite surface inférieure de l'aile étant recouverte au moins partiellement d'un matériau poreux agencé pour réduire l'amplitude des ondes acoustiques en sortie du turbomoteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard de figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs. - la figure 1 est une représentation du niveau de bruit en décibels en fonction de la fréquence des ondes acoustiques émanant d'un turbomoteur avec et sans pylône (déjà commentée) ; - la figure 2 est une représentation du niveau d'atténuation en décibels du matériau poreux recouvrant un pylône selon l'invention en fonction de la fréquence des ondes acoustiques ; - la figure 3A est une représentation d'une première forme de réalisation d'un pylône selon l'invention supportant un turbomoteur sur une aile d'aéronef, l'extrémité aval de la partie d'absorption externe de pylône étant recouverte par un matériau poreux ; - la figure 3B est une représentation d'une deuxième forme de réalisation d'un pylône selon l'invention supportant un turbomoteur sur une aile d'aéronef, la partie d'absorption externe de pylône étant recouverte par un matériau poreux ; et - la figure 3C est une représentation d'une troisième forme de réalisation d'un pylône selon l'invention supportant un turbomoteur sur une aile d'aéronef, toute la partie d'absorption de pylône étant recouverte par un matériau poreux. Un turbomoteur 1 à double flux dans lequel s'échappent en sortie du turbomoteur un flux d'air primaire, ou flux chaud, et un flux secondaire, ou flux froid, est représenté en référence à la figure 3A. En particulier, le turbomoteur 1 comporte un capotage extérieur de la veine du flux secondaire 11, un capotage extérieur de la veine du flux primaire 12, et un cône d'échappement 13. Ce dernier délimite avec le capotage extérieur de la veine du flux primaire 12, la tuyère de flux primaire. La veine du flux secondaire est ménagée entre le capotage er extérieur 11 et le capotage extérieur de la veine du flux primaire 12, et débouche dans la tuyère secondaire. Par la suite, en référence à la figure 3A, on définit, à l'embouchure de la veine du flux secondaire du turbomoteur 1, un plan d'éjection P du flux secondaire s'étendant perpendiculairement à l'axe X du turbomoteur 1. En référence à la figure 3A, on définit un repère orthonormé (X, Y, Z) dans lequel l'axe X correspond à l'axe du turbomoteur orienté de l'amont vers l'aval, l'axe Y correspond à l'axe latéral orienté de l'extérieur de l'aéronef vers l'intérieur et l'axe Z correspond à l'axe vertical orienté du bas vers le haut. Par la suite, les termes « supérieur » et « inférieur » sont définis par rapport à l'axe vertical Z de la figure 3A. Le turbomoteur 1 est solidarisé à une aile 3 d'un aéronef par l'intermédiaire d'un pylône 2 de support du turbomoteur 1 qui est ici monobloc. En référence à la figure 3A, le pylône s'étend longitudinalement d'amont en aval selon l'axe X du turbomoteur et comprend une partie supérieure 21 de fixation à l'aile 3 de l'aéronef et une partie inférieure 22 de fixation au turbomoteur 1, ladite partie de fixation à l'aéronef 21 étant en aval de la partie de fixation au turbomoteur 22. Comme représenté sur la figure 3A, le turbomoteur 1 est monté en amont de l'aile 3 de l'aéronef, la surface inférieure de la partie amont du pylône 2 comprend des moyens de fixation au turbomoteur, du type ferrure et bielle, qui sont connus de l'homme du métier. De même, la surface supérieure de la partie aval du pylône 2 comprend des moyens de fixation à l'aile 3, du type ferrure et bielle, qui sont connus de l'homme du métier. Le pylône 2 comprend une partie d'absorption 23 par laquelle transitent les efforts du turbomoteur 1 à l'aile lorsque celui-ci est décalé longitudinalement selon l'axe X par rapport à l'aile de l'aéronef En référence à la figure 3A, le turbomoteur 1 est ici décalé axialement vers l'amont par rapport à l'aile 3. La partie d'absorption 23 s'étend dans le flux d'éjection du turbomoteur 1 et est disposée en aval de la partie de fixation au turbomoteur 22 et inférieurement à la partie de fixation à l'aéronef 21. La partie d'absorption 23 comporte une partie interne 26, s'étendant dans le turbomoteur 1, c'est-à-dire en amont du plan d'éjection P du turbomoteur 1, et une partie externe 24, s'étendant en aval du plan d'éjection P du turbomoteur 1. La partie d'absorption interne 26 comprend dans cet exemple une zone de fixation secondaire 261 s'étendant entre le capotage extérieur de la veine du flux secondaire 11 et le capotage extérieur de la veine du flux primaire 12 dans la veine secondaire et une zone de fixation primaire 262 s'étendant entre la capotage extérieur de la veine du flux primaire 12 et le cône d'échappement 13 dans le flux primaire, les zones de fixation 261, 262 du pylône 2 permettant de supporter fermement et de manière sûre les différents éléments du turbomoteur 1 au cours de son utilisation. La partie d'absorption externe 24 est profilée dans la direction X du moteur de manière à limiter son impact sur les flux d'éjection aussi bien primaire que secondaire. 10 Comme détaillé précédemment, la présence d'un pylône 2 a un impact négatif sur la génération du bruit comme représenté sur la figure 1. Pour remédier à cet inconvénient, on recouvre la surface extérieure du pylône 2 d'un matériau poreux représenté en traits hachurés sur les figures 3A-3C. 15 Dans cet exemple, le matériau poreux se présente sous la forme d'une mousse métallique, ayant une épaisseur de l'ordre de 5 à 15 cm, comprenant environ 5% de métal et 95% d'air en volume, la mousse étant, de préférence, formée par agglomération de particules métalliques comme du titane. D'autres matériaux métalliques pourraient également convenir pour former le matériau 20 poreux. Le matériau poreux comprend des cavités de dimensions réduites agencées pour atténuer les ondes sonores issues du turbomoteur. De préférence, le matériau possède une structure alvéolaire, dite « en nid d'abeille », pour 25 atténuer la formation du bruit. Une telle structure possède une impédance variable ce qui permet de déphaser des ondes émises en phase lorsqu'elles entrent en contact avec des zones différentes du matériau poreux ce qui limite la formation de bruit. 30 En référence à la courbe de bruit BMP de la figure 1 représentant le bruit généré par un turbomoteur avec un pylône, on remarque que l'influence du pylône 2 est significative dans une plage de basses fréquences PBF, comprise entre 25 Hz et 200 Hz, et dans une plage de hautes fréquences PHF, comprise entre 200 Hz et 1 kHz. 35 Le bruit généré dans la plage de hautes fréquences PHF résulte principalement de la réflexion des ondes acoustiques de basse fréquence sur la5 surface extérieure du pylône 2. Pour limiter la réflexion des ondes acoustiques de basses fréquences et atténuer l'intensité des ondes réfléchies, on recouvre au moins partiellement la surface extérieure du pylône avec un matériau poreux dont la courbe d'atténuation Ap est représentée sur la figure 2. L'atténuation du matériau poreux permet de limiter l'amplitude des ondes acoustiques réfléchies, un matériau alvéolaire permettant en outre de limiter le phénomène de réflexion. Autrement dit, en comparaison à un atténuateur acoustique classique, un matériau acoustique poreux permet de remplir une double fonction en limitant le taux de réflexion d'ondes acoustiques et en diminuant l'intensité des ondes réfléchies. Selon une première forme de réalisation de l'invention, en référence à la figure 3A, le matériau poreux recouvre l'extrémité aval 25 de la partie d'absorption externe 24 du pylône 2. En référence à la figure 2, en raison de l'atténuation Ap du matériau poreux sur la plage de hautes fréquences PHF, la réflexion des ondes acoustiques basses fréquences issues du turbomoteur sur le pylône 2 du fait de son revêtement poreux. L'amplitude des ondes réfléchies générées à l'extrémité aval 25 de la partie d'absorption externe 24 du pylône 2 est diminuée. Cela est particulièrement avantageux étant donné que les turbulences issues du turbomoteur grossissent lors de leur circulation en aval. En protégeant l'extrémité aval 25 de la partie d'absorption du pylône 2 avec un matériau poreux, on supprime une source de bruit importante en modifiant localement l'état de surface du pylône 2. Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, en référence à la figure 3B, le matériau poreux recouvre toute la surface extérieure de la partie d'absorption externe 24 du pylône 2, c'est-à-dire toute la partie du pylône 2 s'étendant dans le flux d'éjection en aval du plan d'éjection P. La réflexion des ondes acoustiques basses fréquences et l'amplitude des ondes réfléchies sont diminuées ce qui permet d'améliorer de manière encore plus significative l'atténuation de bruit. Par ailleurs, une telle atténuation ne dégrade pas le comportement aérodynamique du pylône 2. Selon une troisième forme de réalisation de l'invention, en référence à la figure 3C, le matériau poreux recouvre toute la surface extérieure de la partie d'absorption 23, c'est-à-dire, aussi bien sa partie externe 24 que sa partie interne 26. En particulier, le matériau poreux recouvre la zone de fixation secondaire 261 et la zone de fixation primaire 262 afin de limiter la génération d'ondes acoustiques de basses fréquences. Outre les avantages cités précédemment pour la partie externe 24, le matériau poreux de la partie interne 26 agit comme un extincteur de bruit en limitant la formation d'ondes acoustiques de basses fréquences PBF comprises entre 25 Hz et 200 Hz. Ainsi, de manière synergique avec le revêtement de la partie externe 24, le revêtement de la partie interne 26 permet de limiter les sources des ondes réfléchies à hautes fréquences. Le bruit généré par un turbomoteur avec un pylône 2 est fortement réduit. Au cours de l'utilisation du turbomoteur avec un pylône selon la troisième forme de réalisation de l'invention, les flux d'air primaire et secondaire, après avoir circulé dans le turbomoteur 1, s'échappent respectivement entre le cône de turbine 13 et la tuyère primaire 12 et entre la tuyère primaire 12 et le carter d'échappement 11. Les zones de fixation secondaire 261 et primaire 262 recouvertes en surface par le matériau poreux permettent avantageusement de limiter la génération d'ondes acoustiques de basses fréquences. Lorsque les flux primaire et secondaire convergent, des turbulences sont générées qui se déplacent en aval du turbomoteur. Le matériau poreux de la partie d'absorption externe 24 absorbe une partie des ondes basses fréquences incidentes et limite ainsi la génération d'ondes réfléchies hautes fréquences. En outre, les ondes qui sont réfléchies par la partie d'absorption externe 24 contribuent faiblement au bruit étant donné que leur amplitude a été atténuée par la partie d'absorption interne 26. Grâce à l'invention, on limite la génération d'ondes acoustiques, leur réflexion et leur amplitude ce qui permet de limiter la génération du bruit généré 35 par un turbomoteur (à flux unique ou à flux dissociés) avec son pylône. De manière avantageuse, l'invention concerne également un ensemble d'une aile d'aéronef et d'un pylône selon l'invention dans lequel l'aile possède sur sa surface extérieure, destinée à être en contact avec le flux d'éjection en aval du turbomoteur, un matériau poreux similaire à celui utilisé pour le pylône pour limiter la formation de bruits. Ainsi, les ondes acoustiques émises sont aussi bien atténuées par le pylône que par l'aile de l'aéronef. On protège ainsi de manière localisée les zones susceptibles de générer du bruit par interaction avec le flux d'éjection du turbomoteur sans affecter les 10 performances aérodynamiques du moteur. Revendications1. Pylône (2) de support d'un turbomoteur (1) sur un aéronef caractérisé par le fait que sa surface extérieure est recouverte au moins partiellement d'un matériau poreux agencé pour réduire l'amplitude des ondes acoustiques en sortie du turbomoteur (1). 2. Pylône selon la revendication 1, dans lequel le matériau poreux du pylône (2) est une mousse métallique. 3. Pylône selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel, le pylône (2) s'étendant longitudinalement d'amont en aval et comprenant une partie supérieure de fixation (21) à l'aéronef et une partie de fixation inférieure (22) au turbomoteur (1), ladite partie de fixation à l'aéronef (21) étant en aval de la partie de fixation au turbomoteur (22), le pylône (2) comprend une partie d'absorption (23) destinée à s'étendre dans le flux d'éjection du turbomoteur (1), disposée en aval de la partie de fixation au turbomoteur (22) et disposée inférieurement à la partie de fixation à l'aéronef (21), dont la surface extérieure est recouverte au moins partiellement par un matériau poreux agencé pour réduire l'intensité des ondes acoustiques en sortie du turbomoteur (1). 4. Pylône selon la revendication 3, dans lequel la surface extérieure de l'extrémité aval (25) de la partie d'absorption (23) est recouverte par un matériau poreux. 5. Pylône selon l'une des revendications 4, dans lequel toute la surface extérieure de la partie d'absorption (23) est recouverte par un matériau poreux. 6. Pylône l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le matériau poreux est agencé pour atténuer d'au moins 6dB les ondes acoustiques émises sur une plage de hautes fréquences comprises entre 200 Hz et 1 kHz afin de limiter la génération d'énergie cinétique en sortie du turbomoteur (1). 35 7. Pylône selon la revendication 6, dans lequel le matériau poreux est agencé pour atténuer d'au moins 10dB les ondes acoustiques émises sur une plage de hautes fréquences comprises entre 400 Hz et 600 Hz. 8. Ensemble d'un turbomoteur (1) et d'un pylône (2) selon l'une des revendications 1 à 7, le pylône (2) s'étendant longitudinalement d'amont en aval et comprenant une partie supérieure de fixation (21) à l'aéronef, une partie de fixation inférieure (22) au turbomoteur (1) et une partie d'absorption (23), s'étendant dans le flux d'éjection du turbomoteur (1), comprenant une partie d'absorption interne (26), s'étendant dans le turbomoteur (1), et une partie d'absorption externe (24), s'étendant en aval du turbomoteur (1), pylône dans lequel la surface extérieure de l'extrémité amont (25) de la partie d'absorption externe (24) est recouverte par un matériau poreux. 9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel toute la surface extérieure de la partie d'absorption externe (25) est recouverte par un matériau poreux. 10. Ensemble selon l'une des revendications 8 à 9, dans lequel toute la surface 20 extérieure de la partie d'absorption interne (26) est recouverte par un matériau poreux.