Brevet FR2965859A1 — publié le 20120413

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général du traitement acoustique passif dédié à la réduction du bruit émis par un turboréacteur d'aéronef. Dans le domaine aéronautique, les réglementations internationales et locales sont de plus en plus sévères face aux nuisances sonores produites par les avions, et notamment celles attribuables aux turboréacteurs. Des efforts sont donc demandés aux motoristes pour réduire le bruit de leurs turboréacteurs, et en particulier le bruit de soufflante qui devient le composant majeur dans le bruit global émis par un turboréacteur. Le bruit de soufflante d'un turboréacteur peut être réduit en modifiant la forme et les empilages de section des aubes de la soufflante. Toutefois, le recours à des panneaux de traitement acoustique passif reste le principal élément susceptible d'atténuer un tel bruit. De tels panneaux sont le plus souvent disposés au niveau de la nacelle du moteur, par exemple en aval de la soufflante autour de la surface extérieure du capot primaire et de la surface intérieure du capot secondaire. Ces panneaux se composent généralement d'une ou plusieurs couches formées chacune d'une âme à structure alvéolaire prise en sandwich entre une peau pleine et une peau perforée. Par ailleurs, la tendance actuelle est de faire évoluer les architectures de turboréacteurs vers des moteurs à taux de dilution de plus en plus élevés, de sorte à augmenter le rendement propulsif de ces turboréacteurs. Or, une telle tendance conduit à la réduction de la taille de la nacelle, et donc de la surface disponible pouvant être traitée acoustiquement à l'aide de panneaux de traitement acoustique passif. Le recours à des panneaux à double couche permet en partie de compenser cette réduction de la surface traitée. Toutefois, une telle solution n'est pas pleinement satisfaisante en termes de réduction des émissions sonores. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif de traitement acoustique passif permettant d'obtenir une atténuation efficace du bruit émis par un turboréacteur, notamment par sa soufflante. Ce but est atteint grâce à un dispositif de traitement acoustique du bruit émis par un turboréacteur, comprenant un capot primaire destiné à entourer le corps central du turboréacteur et comprenant au niveau d'une surface extérieure un panneau annulaire interne de traitement acoustique, et un capot secondaire entourant le capot primaire pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire d'écoulement d'un flux froid issu du turboréacteur, le capot secondaire comprenant au niveau d'une surface intérieure un panneau annulaire externe de traitement acoustique disposé en regard du panneau interne et s'étendant axialement sur une même longueur que celui-ci, et dans lequel, conformément à l'invention, les panneaux interne et externe comprennent chacun une portion centrale de panneau s'étendant axialement sur une même longueur prédéterminée en regard l'une de l'autre, la longueur des portions centrales de panneau étant comprise entre un-cinquième et quatre-cinquième de la longueur totale des panneaux et le rapport entre les résistances acoustiques des portions centrales de panneau étant au moins égal à 2. L'invention prévoit ainsi d'adapter localement la résistance acoustique des portions centrales des panneaux de traitement acoustique aux caractéristiques de la source sonore à l'origine du bruit. Plus précisément, l'invention prévoit de réaliser un découpage des panneaux interne et externe et de créer une dissymétrie en termes de résistance acoustique entre les portions centrales des panneaux interne et externe afin d'optimiser individuellement les caractéristiques acoustiques de ces portions de panneaux. De la sorte, le bruit en sortie de la zone de traitement acoustique peut être plus fortement atténué qu'avec des panneaux dont les caractéristiques acoustiques restent homogènes sur toutes leurs longueurs. A iso-surface traitée, le dispositif de traitement acoustique selon l'invention permet ainsi d'obtenir une augmentation de 20 à 40% de l'atténuation acoustique pour des fréquences ciblées. A iso-atténuation acoustique, le dispositif de traitement acoustique selon l'invention permet de réduire l'encombrement des panneaux interne et externe. De préférence, le rapport entre la résistance acoustique de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la portion centrale du panneau interne est compris entre 2 et 9. De préférence également, la résistance acoustique de la portion centrale du panneau interne est comprise entre 0,3 et 0,6 pc et la résistance acoustique de la portion centrale du panneau externe est comprise entre 1 et 2,5 pc. Les panneaux interne et externe comprennent avantageusement chacun une portion d'extrémité amont et une portion d'extrémité aval disposées de part et d'autre de la portion centrale respective, les portions centrales des panneaux comprenant chacune une partie amont et une partie aval. Dans ce cas, le rapport entre la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau interne peut être compris entre 1,5 et 3, et le rapport entre la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau interne peut également être compris entre 1,5 et 3. Toujours dans ce cas, le rapport: entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau externe peut être compris entre 1,2 et 2, le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la partie aval de la portion centrale du panneau externe peut être compris entre 0,4 et 2,5 et le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau externe peut être compris entre 1,2 et 2. De même, le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau interne et la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau interne peut être compris entre 0,5 et 1, le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau interne et la résistance acoustique de la partie aval de la portion centrale du panneau interne peut être compris entre 0,5 et 1,5, et le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau interne et la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau interne peut être compris entre 0,5 et 1. La résistance acoustique des portions d'extrémité du panneau externe peut être comprise entre 1 et 1,8 pc et la résistance acoustique des portions d'extrémité du panneau interne peut être comprise entre 0,5 et 1 pc. De préférence, les panneaux interne et externe de traitement acoustique comprennent chacun au moins une âme à structure alvéolaire prise en sandwich entre une peau pleine et une peau perforée, la portion centrale du panneau interne pouvant être à simple couche, les portions d'extrémité du panneau interne à simple ou double couche, et les portions d'extrémité et centrale du panneau externe à double couche. L'invention a également pour objet un turboréacteur à double flux, comprenant un dispositif de traitement acoustique. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique et en coupe longitudinale d'un turboréacteur à double flux équipé d'un dispositif de traitement acoustique selon l'invention ; - la figure 2 est une loupe de la figure 1 montrant plus en détails le dispositif de traitement acoustique selon l'invention ; - les figures 3A à 3C sont des vues schématiques de panneaux de traitement acoustique pouvant être utilisés pour réaliser le dispositif selon l'invention ; et - la figure 4 illustre par des courbes les gains d'atténuation acoustique obtenus par le dispositif de traitement acoustique selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente un turboréacteur 10 d'avion du type à double corps et double flux auquel s'applique notamment l'invention. Bien entendu, l'invention s'applique également à d'autres types de turboréacteurs d'aéronef. De façon connue, le turboréacteur 10 comprend, d'amont en aval, une soufflante 12, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. Le turboréacteur 10 comprend encore un corps central annulaire 24 centré sur l'axe longitudinal X-X du turboréacteur, un capot primaire 26 entourant le corps central en lui étant concentrique, et un capot secondaire 28 entourant le capot primaire en lui étant concentrique. Le corps central 24 et le capot primaire 26 délimitent entre eux un canal annulaire 30 d'écoulement d'un flux chaud issu du turboréacteur. De même, les capots primaire et secondaire délimitent entre eux un canal annulaire 32 d'écoulement d'un flux froid issu du turboréacteur qui est concentrique au canal 30 d'écoulement du flux chaud. Le capot primaire 26 est muni, au niveau d'une surface extérieure, d'un panneau annulaire de traitement acoustique 100 (appelé ci-après panneau interne). Ce panneau interne 100 s'étend axialement sur une longueur prédéterminée L du canal d'écoulement du flux froid. De même, le capot secondaire 28 comprend, au niveau d'une surface intérieure, un panneau annulaire de traitement acoustique 200 (appelé ci-après panneau externe) disposé en regard du panneau interne 100 et s'étendant axialement sur une même longueur L que celui-ci. Par exemple, comme représenté sur la figure 1, la longueur L sur laquelle s'étendent les panneaux interne et externe peut débuter (selon l'axe X-X) au niveau de la sortie de la soufflante 12 et se terminer à l'extrémité aval du capot primaire 26. Comme représenté sur la figure 2, les panneaux interne 100 et externe 200 comprennent chacun une portion centrale de panneau (respectivement 110 et 210). Ces portions centrales de panneau s'étendent axialement sur une même longueur prédéterminée et en regard l'une de l'autre. La longueur des portions centrales de panneau 110, 210 est comprise entre 1/5 (un-cinquième) et 4/5 (quatre-cinquième) de la longueur totale L des panneaux. Ces portions sont dites centrales dans le sens où les panneaux interne et externe comprennent également chacun une portion d'extrémité amont (respectivement 120 et 220) et une portion d'extrémité aval (respectivement 130 et 230) qui sont disposées axialement de part et d'autre des portions centrales respectives. A titre d'exemple, lorsque les portions centrales 110, 210 s'étendent sur la moitié de la longueur totale L des panneaux, les portions d'extrémité 120, 220, 130 et 230 peuvent s'étendre chacune sur Y4 (un-quart) de cette même longueur L. Bien entendu, d'autres dispositions sont envisageables. Selon l'invention, les portions centrales 110, 210 des panneaux présentent des caractéristiques acoustiques différentes de celles des portions d'extrémité. Plus précisément, l'invention prévoit de créer une forte dissymétrie (en termes de résistance acoustique) entre la portion centrale 110 du panneau interne 100 et la portion centrale 210 du panneau externe 200. De façon bien connue en soi, la résistance acoustique d'un panneau de traitement acoustique correspond à la partie réelle de l'impédance acoustique du panneau. Elle représente l'amortissement du panneau et sa capacité à dissiper le bruit. Cette fonction est assurée par la ou les peaux perforées pour un panneau du type résonateur de Helmholtz. On notera que la réactance, qui est la partie imaginaire de l'impédance acoustique d'un panneau de traitement acoustique, joue le rôle de calage en fréquence de l'amortissement via l'épaisseur du panneau. La résistance acoustique a pour unité intrinsèque les rayls, avec 1 rayl = 1 kg.s 1.m-z. Elle est exprimée ici en multiples de la résistance acoustique de l'air à température ambiante, notée pc (avec p pour la densité et c pour la célérité du son du milieu ambiant), et qui équivaut à environ 420 rayls dans le système unitaire métrique. La résistance acoustique d'un panneau de traitement acoustique peut être mesurée par différents dispositifs expérimentaux et techniques de mesures, ainsi que par des procédés bien connus en soi. On pourra citer par exemple les procédés de mesure fonctionnant sur le principe du tube de Kundt ou encore le dispositif de mesure par perte de charge d'écoulement (universellement connu sous le nom de « Direct Current Flow Resistance Measurement »). Selon l'invention, le rapport entre les résistances acoustiques des portions centrales de panneau est au moins égal à 2. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, c'est plus précisément le rapport entre la résistance acoustique REXT-CENTRALE de la portion centrale 210 du panneau externe et la résistance acoustique RINT-CENTRALE de la portion centrale 110 du panneau interne qui est supérieur ou égal à 2, et de préférence inférieur ou égal à 9, soit : 2 De même, le rapport entre la résistance acoustique REXr-AMONT de la portion d'extrémité amont 220 du panneau externe et la résistance acoustique RINT-AMONT de la portion d'extrémité amont 120 du panneau interne est avantageusement compris entre 1,5 et 3, soit : 115 Ç REXT-AMONT / RINT-AMONT Ç 3 (2) Le rapport entre la résistance acoustique REXT-AVAL de la portion d'extrémité aval 230 du panneau externe et la résistance acoustique RINTAVAL de la portion d'extrémité aval 130 du panneau interne est également avantageusement compris entre 1,5 et 3, soit : 115 En termes d'équations, ces caractéristiques se traduisent de la façon suivante : 0,6 Enfin, le panneau de traitement acoustique 500 illustré sur la figure 3C est du type à traitement linéaire pour un résonateur à simple couche. Il comprend une peau pleine 502, une peau perforée 504, une âme à structure alvéolaire 506 constituée d'un réseau de cavités 508 en forme de nid d'abeille et prise en sandwich entre ces deux peaux, et une structure à maille 510 (toile, treillis ou feutre) disposée sur la peau perforée et du côté du canal d'écoulement du flux froid du turboréacteur. Par rapport au panneau de la figure 3A, on notera que les orifices 512 de la peau perforée 504 sont de diamètre plus important que ceux de la peau perforée de ce panneau. Avantageusement, la portion centrale 110 (à savoir ses parties amont 110a et aval 11012) du panneau interne 100 est du type à simple couche (c'est-à-dire telle qu'illustrée sur la figure 3A), tandis que les portions d'extrémité 120, 130 du panneau interne sont du type à simple ou double couche, et les portions d'extrémité 220, 230 et centrale 210 (à savoir ses parties amont 210a et aval 21012) du panneau externe 200 sont du type à double couche (c'est-à-dire telles qu'illustrées sur la figure 3B). Par ailleurs, comme évoqué précédemment, la peau perforée d'un panneau de traitement acoustique contribue pour l'essentiel dans la résistance acoustique. En effet, la résistance acoustique se définit par trois paramètres dont le plus influant est son taux de perforation, c'est-à-dire le pourcentage de sa surface perforée par rapport à sa surface totale. Les autres paramètres, d'influence moindre, sont l'épaisseur de la peau et le diamètre de ses perforations. Aussi, à l'aide de modèles d'impédance acoustique, il est possible, à partir des valeurs de résistance acoustique définies ci-dessus, d'obtenir des préconisations de taux de perforation pour les peaux perforées des différentes portions des panneaux du dispositif de traitement acoustique selon l'invention. Les modèles d'impédance acoustique de peaux perforées sont par ailleurs fortement dépendants des caractéristiques de l'écoulement et du niveau sonore en paroi de veine. Une valeur de résistance acoustique de la peau perforée est donc associée en premier lieu à son taux de perforation et au nombre de Mach de l'écoulement dans la veine d'essai. 2965859 li On notera toutefois que ces modèles ne concernent pas les panneaux du type à traitement linéaire comme celui illustré sur la figure 3C. A l'aide de ces modèles d'impédance acoustique, il a été calculé 5 que dans le cas de panneaux interne 100 et externe 200 à simple couche (tel que celui illustré sur la figure 3A), les caractéristiques des panneaux présentées ci-dessous permettent notamment d'obtenir un rapport entre résistances acoustiques qui est conforme à l'invention : 10 Panneau interne 100: 15% S POA INT-CENTRALE Panneau externe 200: 20 4% De même, dans le cas de panneaux interne 100 et externe 200 à double couche (tel que celui illustré sur la figure 3B), il a été calculé à 30 l'aide de modèles d'impédance acoustique que les caractéristiques des panneaux présentées ci-dessous permettent notamment d'obtenir un rapport entre résistances acoustiques qui est conforme à l'invention : Panneau interne 100: - pour la peau perforée 404b : 15% POA INT-CENTRALE Panneau externe 200: - pour la peau perforée 404b : 10% 5 POA EXT-CENTRALE REVENDICATIONS1. Dispositif de traitement acoustique du bruit émis par un turboréacteur à double flux, comprenant : un capot primaire (26) destiné à entourer le corps central du turboréacteur et comprenant au niveau d'une surface extérieure un panneau annulaire interne (100) de traitement acoustique ; et un capot secondaire (28) entourant le capot primaire pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire d'écoulement d'un flux froid (32) issu du turboréacteur, le capot secondaire comprenant au niveau d'une surface intérieure un panneau annulaire externe (200) de traitement acoustique disposé en regard du panneau interne et s'étendant axialement sur une même longueur que celui-ci ; caractérisé en ce que les panneaux interne et externe comprennent chacun une portion centrale (110, 210) de panneau s'étendant axialement sur une même longueur prédéterminée en regard l'une de l'autre, la longueur des portions centrales de panneau étant comprise entre un-cinquième et quatre-cinquième de la longueur totale (L) des panneaux et le rapport entre les résistances acoustiques des portions centrales de panneau étant au moins égal à 2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le rapport entre la résistance acoustique de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la portion centrale du panneau interne est compris entre 2 et 9. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la résistance acoustique de la portion centrale du panneau interne est comprise entre 0,3 et 0,6 pc. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lequel la résistance acoustique de la portion centrale du panneau externe est comprise entre 1 et 2,5 pc. 35 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les panneaux interne et externe comprennent chacun une30portion d'extrémité amont (120, 220) et une portion d'extrémité aval (130, 230) disposées de part et d'autre de la portion centrale respective, les portions centrales (110, 210) des panneaux comprenant chacune une partie amont (110a, 210a) et une partie aval (11012, 21012). 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le rapport entre la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau interne est compris entre 1,5 et 3. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le rapport entre la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau interne est compris entre 1,5 et 3. 15 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel : le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau externe est compris entre 0,6 et 20 2,5 ; le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la partie aval de la portion centrale du panneau externe est compris entre 0,4 et 2,5 ; et 25 le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau externe et la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau externe est compris entre 0,6 et 2,5. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel : 30 le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau interne et la résistance acoustique de la portion d'extrémité amont du panneau interne est compris entre 0,4 et 1 ; le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau interne et la résistance acoustique de la 35 partie aval de la portion centrale du panneau interne est compris entre 0,5 et 2 ; et 10le rapport entre la résistance acoustique de la partie amont de la portion centrale du panneau interne et la résistance acoustique de la portion d'extrémité aval du panneau interne est compris entre 0,4 et 1. 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel la résistance acoustique des portions d'extrémité du panneau externe est comprise entre 1 et 1,8 pc. 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, dans lequel la résistance acoustique des portions d'extrémité du panneau interne est comprise entre 0,5 et 1 pc. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, dans lequel les panneaux interne et externe de traitement acoustique comprennent chacun au moins une âme à structure alvéolaire prise en sandwich entre une peau pleine et une peau perforée, la portion centrale (110) du panneau interne (100) étant à simple couche, les portions d'extrémité (120, 130) du panneau interne étant à simple ou double couche, et les portions d'extrémité (220, 230) et centrale (210) du panneau externe (200) étant à double couche. 13. Turboréacteur à double flux, comprenant un dispositif de traitement acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.