Brevet FR2985287A1 — publié le 20130705

La présente invention concerne une structure acoustique alvéolaire pour turboréacteur notamment. Elle concerne aussi un turboréacteur incorporant au moins une telle structure. Les turboréacteurs double flux présentent une première enveloppe 5 et une seconde enveloppe, l'une à intérieure de l'autre et qui limitent respectivement un flux froid sous pression qui s'établit entre les première et seconde enveloppes et un flux chaud qui s'établit à l'intérieur de la seconde enveloppe. Le flux froid est le plus souvent généré par une soufflante disposée à l'entrée du réacteur. Le flux d'air chaud est composé à partir d'une partie de 10 l'air froid ayant traversé la soufflante et par les gaz de combustion d'au moins une chambre de combustion disposée à l'intérieur de la seconde enveloppe et qui entraînent une turbine dont l'arbre entraîne la soufflante. En mode de propulsion, les deux flux se regroupent à la sortie de la tuyère. 15 En mode d'inversion de poussée, par un mécanisme qui n'est pas mis en oeuvre dans le cadre de la présente invention, une fraction plus ou moins élevée du flux froid est retournée vers l'entrée du turboréacteur appliquant une poussée dans le sens inverse de l'avance du réacteur. Il en résulte que le flux froid présente des turbulences qu'il est 20 important de ne pas accroître ou même de réduire d'une part et que la propagation des bruits acoustiques qui en résultent doit être filtrée autant que possible. Dans l'état de la technique, il est connu de réaliser des structures mécaniques comme des panneaux ou des traverses, sous forme de 25 composites alvéolés, chaque alvéole se comportant sensiblement comme un résonateur de Helmholtz. L'invention se rapporte à l'amélioration des caractéristiques d'absorption acoustique des structures qui se trouvent dans le flux d'air d'une nacelle d'aéronef, telles que les répartiteurs radiaux, mais d'autres encore. 30 Classiquement, de telles structures sont formées par panneaux d'alvéoles (« nids d'abeilles ») recouverts d'une peau extérieure aérodynamique percée de trous permettant de former des résonateurs de Helmholtz, ayant un effet d'atténuation acoustique. Par nature, ces structures doivent présenter une faible épaisseur, afin 35 de limiter l'impact aérodynamique sur le flux d'air. Ainsi, lorsqu'on cherche à améliorer les performances acoustiques de ces structures, il n'est pas possible d'augmenter la profondeur des alvéoles sans détériorer les performances aérodynamiques. La présente invention est un perfectionnement de ce type de structure 5 acoustique alvéolaire pour turboréacteur, la structure étant du genre comportant une paroi fermée comprenant au moins deux faces et emplie par une pluralité d'alvéoles. La structure de l'invention comporte des moyens pour combiner les différentes alvéoles sur au moins une partie de chemin acoustique, de manière à profiter de l'épaisseur complète de la structure pour 10 le filtrage acoustique. Selon d'autres caractéristiques optionnelles, prises seules ou en combinaison : - la structure acoustique alvéolaire comporte deux niveaux de matériau alvéolaire séparés par un septum poreux médian et une peau extérieure 15 alternant des zones acoustiquement transparente et des zones acoustiquement réflectives, disposées de manière à ce qu'une zone acoustiquement réflective sur une face de la peau extérieure s'oppose à une zone acoustiquement transparente sur la face opposée de la peau extérieure ; - la structure acoustique alvéolaire comporte un seul niveau de matériau 20 alvéolaire et une peau extérieure alternant des zones acoustiquement transparente et des zones acoustiquement réflectives, disposées de manière à ce qu'une zone acoustiquement réflective sur une première face s'oppose à une zone acoustiquement transparente sur une seconde face de la peau extérieure ; 25 - La structure acoustique alvéolaire comporte deux niveaux de matériau alvéolaire séparés par un septum poreux médian, une peau extérieure acoustiquement transparente et une plaque comportant une pluralité de pans inclinés acoustiquement réflecteurs, reliés par des arêtes de sorte que les chemins acoustiques réalisés à travers les deux niveaux de matériau alvéolaire 30 et le septum poreux sont de hauteurs variables le long de la section de la structure. L'invention concerne aussi un turboréacteur incorporant au moins une telle structure acoustique alvéolaire. Selon d'autres caractéristiques optionnelles, prises seules ou en 35 combinaison : - la structure alvéolaire acoustique est dotée d'un profil aérodynamique pour réaliser un séparateur radial entre une première enveloppe et une seconde enveloppe limitant un flux froid ; - la structure alvéolaire acoustique est dotée d'un profil aérodynamique pour réaliser au moins une aube de redressement de flux pour une turbine de génération de flux froid propulsé entre une première enveloppe et une seconde enveloppe. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et à l'examen des 10 figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un turboréacteur du genre de celui de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une structure de séparation de veine d'air selon l'état de la technique, 15 - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'une structure acoustique alvéolaire pour turboréacteur selon l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe schématique d'un deuxième mode de réalisation d'une structure acoustique alvéolaire pour turboréacteur selon 20 l'invention, et - la figure 5 est une vue en coupe schématique d'un troisième mode de réalisation d'une structure acoustique alvéolaire pour turboréacteur selon l'invention, et - la figure 6 est un graphique montrant l'efficacité acoustique comparée des 25 trois modes de réalisation. A la figure 1, on a représenté une vue en perspective d'un turboréacteur incorporant une structure de séparation de veine d'air. Le turboréacteur 1 comporte une première enveloppe 3 et une seconde enveloppe 5 qui limitent respectivement un flux froid 2 qui s'établit entre les première et 30 seconde enveloppes, et un flux chaud 4 à l'intérieur de la seconde enveloppe 5. Le trièdre direct (xyz) 15 du dessin de la figure 1 est dirigé vers l'aval du turboréacteur, avec l'axe des y selon l'orientation de la poussée propulsive du turboréacteur. Ainsi qu'il est connu, le flux froid est composé par l'air aspiré par 35 une soufflante (non représentée) en amont du réacteur 1. La soufflante est elle-même entraînée par l'arbre d'une turbine (non représentée) disposée en aval du turboréacteur et à l'intérieur de la seconde enveloppe 5. Pour entraîner la turbine, une fraction du flux d'air froid est prélevée pour une chambre de combustion (non représentée), disposée en relation avec la seconde enveloppe 5 et dont les gaz de combustion entraînent la turbine avant de s'éjecter par une tuyère (non représentée) en aval, où ils se mélangent au flux froid propulsif. Dans cette disposition, les première 3 et seconde 5 enveloppes portent des structures aérodynamiques qui peuvent générer de forts bruits acoustiques. Ainsi qu'il est connu, la disposition de structures acoustique alvéolaires, ici profilées aérodynamiquement, est connue dans l'état de la technique. Dans cet état de la technique, on dispose quatre structures selon deux genres différents : - deux bifurcations, dites « 6H » (pour « 6 heures ») 9 et « 12H » (pour « 12 heures ») 7, dirigées le long de l'axe z du trièdre direct 15, verticalement au dessin ; et - deux séparateurs radiaux, dits « beam splitters » 11 et 13 dirigés le long de l'axe x du trièdre direct 15, horizontalement au dessin. Les deux séparateurs radiaux 11 et 13 sont réalisés chacun en une structure acoustique alvéolaire qui, de plus, est formée selon un profil 20 aérodynamique adapté à la séparation de flux froid à ce niveau du turboréacteur. A la figure 2, on a représenté une vue en coupe schématique une structure acoustique alvéolaire dont le profil aérodynamique permet de l'utiliser comme structure de séparation de veine d'air (beam splitter). 25 La structure acoustique alvéolaire de l'état de la technique comporte une paroi fermée 20 ou peau, présentant deux faces 20A et 20B opposées dans une section. La peau est acoustiquement transparente, c'est-à-dire qu'elle est susceptible de laisser passer les vibrations sonores aériennes dans les deux sens. 30 Cette peau peut être fabriquée à partir de plusieurs plis de verre (2 ou 3 typiquement), polymérisés puis micro-perforés (avec des trous de diamètre allant de 0,2 à 0,5 mm de diamètre, typiquement). Préférentiellement, la peau est acoustiquement transparente parce qu'elle est, sur toute sa surface des faces opposées 20A et 20B, percée de 35 trous de porosité déterminée selon les contraintes de tenue mécanique et des contraintes de transmission de l'énergie acoustique incidente à l'intérieur de la structure acoustique alvéolaire. Le volume enclos entre les deux faces 20A et 20B est empli par un matériau alvéolaire au milieu duquel est montée une plaque centrale 21 massique qui tend à réfléchir les ondes sonores qui tentent de la franchir. La plaque centrale 21 sépare les alvéoles en un premier niveau d'un matériau alvéolaire comme l'alvéole 26 qui débouche sur la face 20A et les alvéoles d'un second niveau d'un matériau alvéolaire comme l'alvéole 27 qui débouche sur la face 20B. Chaque alvéole est composée, dans la coupe de la section représentée à la figure 2, par deux parois massiques latérales 23 et 24. L'ouverture de l'alvéole 22 dirigée vers le haut de la figure 2 est obturée par la plaque centrale 21 massique, tandis que l'ouverture de l'alvéole 22 dirigée vers le bas de la figure 2 est obturée par la face 20B de la peau acoustiquement transparente 20. Les ondes sonores qui sont réfléchies par la plaque centrale 21 massique sont fortement atténuées par les parois massiques latérales 23 et 24 de l'alvéole 22, et seule une fraction de l'énergie acoustique incidente est réfléchie hors de la structure acoustique alvéolaire. L'ensemble est réputé comme cellule de filtrage acoustique à un seul degré de liberté « SDOF ». Pour augmenter le gain de filtrage acoustique d'une telle structure acoustique alvéolaire, il faut augmenter son épaisseur, ou distance entre les deux faces 20A et 20B de la peau 20. Or, quand cette structure acoustique alvéolaire est profilée selon des caractéristiques aérodynamiques comme pour réaliser un séparateur radial (beam splitter) pour turboréacteur, il n'est pas possible d'accroître cette épaisseur pour améliorer ses performances acoustiques. A la figure 3, on a représenté une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'une structure acoustique alvéolaire pour turboréacteur selon l'invention. La structure acoustique alvéolaire du premier mode de réalisation de l'invention comporte une paroi fermée 30 ou peau, présentant deux faces 30A et 30B dans une section. La peau est composée d'une alternance de zones acoustiquement transparentes, c'est-à-dire qu'elle est susceptible de laisser passer les vibrations sonores aériennes dans les deux sens, et de zones massiques réfléchissant les vibrations sonores aériennes dans les deux sens. Les deux niveaux 34 et 35 d'alvéoles, repris de la structure acoustique alvéolaire de l'état de la technique, sont séparés non pas par une plaque centrale massique comme dans l'état de la technique (figure 2), mais par un septum poreux 31 susceptible de laisser passer les vibrations sonores aériennes dans les deux sens. Ainsi, par rapport au chemin acoustique d'une onde sonore incidente sensiblement normale aux faces 30A et 30B, l'alternance des zones de la peau 30 permet d'opposer une zone acoustiquement transparente comme la zone 33 à une zone massique comme la zone 32, et plus loin, la zone massique 41 à la zone acoustiquement transparente 40. Il en résulte qu'une onde sonore incidente 42 sur la face 30B, pénètre à l'intérieur du premier niveau 35 de matériau alvéolaire, traverse le septum poreux 31, traverse le second niveau 34 d'alvéoles, se réfléchit sur la zone massique 41 de la face 30A, traverse à nouveau le second niveau 34 d'alvéoles, le septum poreux 31, et le premier niveau 35 d'alvéoles pour ressortir comme onde réfléchie 43 fortement affaiblie. On remarque que les début et fin de zones alternées en regard, comme la zone acoustiquement transparente 40 et la zone massique 41, sont alignées selon les normales 38 et 39 au septum poreux plan 31. La répartition géométrique des zones alternées de la peau 30 est déterminée en fonction de la réponse acoustique désirée de la structure acoustique alvéolaire une fois en place dans le turboréacteur. Elle est alors parfaitement déterminée par construction de la structure acoustique alvéolaire. De même, la répartition des zones acoustiques de peau extérieure transparentes ou réflectives est déterminée par rapport à la répartition des alvéoles dans les deux niveaux 34 et 35 de matière alvéolaire. Cette répartition de moyens pour combiner les différentes alvéoles sur au moins une partie de chemin acoustique du premier mode de réalisation de l'invention permet d'utiliser entièrement l'épaisseur de la structure acoustique alvéolaire, bien qu'elle soit profilée selon des critères aérodynamiques qui varient l'épaisseur le long de la section et qui empêchent d'accroître cette épaisseur pour des raisons de filtrage acoustique. Du fait que le trajet sonore utilise les deux niveaux 34 et 35 d'alvéoles, l'ensemble est qualifié comme cellule de filtrage acoustique à deux degrés de liberté « DDOF ». A la figure 4, on a représenté une vue en coupe schématique d'un deuxième mode de réalisation d'une structure acoustique alvéolaire pour turboréacteur selon l'invention. La structure acoustique alvéolaire du deuxième mode de réalisation 5 de l'invention comporte une paroi fermée 50 ou peau, présentant deux faces 50A et 50B dans la section représentée à la figure 4. La peau est composée d'une alternance de zones acoustiquement transparentes, c'est-à-dire susceptibles de laisser passer les vibrations sonores aériennes dans les deux sens, et de zones massiques réfléchissant les vibrations sonores aériennes 10 dans les deux sens, comme dans le premier mode de réalisation de l'invention (voir figure 3). Mais, à la différence du premier mode de réalisation, la structure acoustique alvéolaire du deuxième mode de réalisation ne comporte qu'un seul niveau d'alvéoles (ou de matériau alvéolaire) de sorte qu'il n'est disposé 15 aucune séparation centrale. Ainsi entre les zones alternées 52 et 53, limitées dans la section de la structure par les normales au plan médian 54 et 55, il s'établit un chemin acoustique 56 de pleine épaisseur entre les parois latérales 57 et 58 de chaque alvéole. Le même genre de trajet acoustique se répète selon l'alternance des zones acoustiquement transparentes et des zones 20 réflectives de la peau externe 50 du haut (face 50A) vers le bas (face 50B) ou dans le sens inverse. L'ensemble est qualifié comme cellule de filtrage acoustique à un degré de liberté « SDOF ». A la figure 5, on a représenté une vue en coupe schématique d'un troisième mode de réalisation d'une structure acoustique alvéolaire pour 25 turboréacteur selon l'invention. La structure acoustique alvéolaire du troisième mode de réalisation de l'invention comporte une paroi fermée 60 ou peau, présentant deux faces 60A et 60B dans une section. La peau est acoustiquement transparente sur au moins les deux faces opposées 60A et 60B de la peau externe 60, c'est-à-dire 30 qu'elle est susceptible de laisser passer les vibrations sonores aériennes dans les deux sens. Les deux niveaux 64 et 65 d'alvéoles, repris de la structure acoustique alvéolaire de l'état de la technique, sont séparés, non pas par une plaque centrale massique comme dans l'état de la technique (figure 2), mais par un septum poreux 61 susceptible de laisser passer les vibrations sonores 35 aériennes dans les deux sens, comme dans le premier mode de réalisation (Figure 3). Pour combiner les différentes alvéoles sur au moins une partie de chemin acoustique de façon à utiliser entièrement l'épaisseur de la structure acoustique alvéolaire, le troisième mode de réalisation comporte une plaque 62 comportant une pluralité de pans. Les arêtes 70-1 à 70-6 de la plaque 62 formée par ces pans sont solidaires de la peau externe poreuse 60, alternativement sur les faces 60A et 60B. Le pas, ou distance, séparant deux arêtes est un paramètre de l'invention. Pour la réalisation de la structure acoustique alvéolaire du troisième mode de l'invention, on commence par intégrer les pans formant la 10 plaque 62 aux alvéoles 64 et 65, puis on vient coller l'ensemble ainsi obtenu aux faces 60A et 60B de la peau externe 60. La plaque 62 peut être formée en plis de verre ou de carbone polymérisé. A la différence des deux premiers modes de réalisation, un chemin 15 acoustique incident d'un côté de la face 60A ou de la face 60B traverse le matériau alvéolaire à deux niveaux et/ou son septum poreux 61 médian sur une hauteur variable selon le point d'entrée entre deux arêtes de la plaque 62. Ainsi un chemin acoustique 65 d'entrée par la face 60B pénètre dans une alvéole 63 du premier niveau d'alvéoles 73, traverse le septum poreux 61, puis 20 une fraction de hauteur de l'alvéole 64 du second niveau d'alvéoles 72. Le chemin acoustique rencontre alors la réflexion sur le pan incliné en regard de la plaque 62 pour revenir par le même chemin. Au même niveau de la section de la structure acoustique alvéolaire, mais du côté de la face 60A, un chemin acoustique incident 66 entre dans 25 l'alvéole 64 de second niveau d'alvéoles 72 et rencontre immédiatement la réflexion sur le pan incliné en regard de la plaque 62. Il en résulte que le chemin acoustique développé est en moyenne sur la pleine épaisseur de la structure et que l'ensemble est qualifié comme cellule de filtrage acoustique à deux degrés de liberté « DDOF ». 30 A la figure 6, on a représenté un graphique montrant l'efficacité acoustique comparée des trois modes de réalisation. L'axe vertical porte le gain d'affaiblissement en puissance (en dB) et l'axe horizontal porte les fréquences de l'onde acoustique en Herz. La caractérisation du filtrage acoustique du deuxième mode de 35 réalisation (figure 3) est représentée par la courbe intérieure référencée SDOF, celle du premier mode de réalisation (figure 4) est représentée par la courbe médiane référencée DDOF et celle du troisième mode de réalisation (figure 5) est représentée par la courbe extérieure référencée DDOF HVAR. On note que le spectre de filtrage est élargi progressivement entre le deuxième, puis le premier et enfin le troisième mode de réalisation et cet élargissement agit surtout vers les fréquences élevées. La structure acoustique alvéolaire qui a été décrite aux trois modes de réalisation précités est applicable à un séparateur radial de turboréacteur ainsi qu'il a été exposé en appliquant à la structure acoustique alvéolaire choisie un profil aérodynamique convenable. Un turboréacteur équipé d'un tel 10 séparateur radial (11, 13 - figure 1) présente une émission acoustique réduite. De plus, la structure acoustique alvéolaire qui a été décrite aux trois modes de réalisation précités est applicable à d'autres types de pièces d'un turboréacteur, parmi lesquels les aubes de redressement de flux comme des OGV (Outlet Guide Vane) à condition de recevoir un profil aérodynamique 15 convenable. REVENDICATIONS1. Structure acoustique alvéolaire pour turboréacteur notamment, la structure étant du genre comportant une paroi fermée (20) comprenant au moins deux faces et emplie par une pluralité (26A, 26B) d'alvéoles, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (31, 40, 41 ; 52, 53 ; 61, 64, 65, 67) pour combiner les différentes alvéoles sur au moins une partie de chemin acoustique (42 ; 56 ; 65, 66) de manière à profiter de l'épaisseur complète de la structure pour le filtrage acoustique. 2. Structure acoustique alvéolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte deux niveaux de matériau alvéolaire (34, 35) séparés par un septum poreux (31) médian et une peau extérieure (30) alternant des zones acoustiquement transparentes (40) et des zones acoustiquement réflectives (41), disposées de manière à ce que une zone acoustiquement réflective (41) sur une face (30A ou 30B) de la peau extérieure s'oppose à une zone acoustiquement transparente (40) sur la face opposée (30B ou 30A) de la peau extérieure (30). 3. Structure acoustique alvéolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte un seul niveau de matériau alvéolaire et une peau extérieure (50) alternant des zones acoustiquement transparentes (52) et des zones acoustiquement réflectives (53), disposées de manière à ce que une zone acoustiquement réflective (53) sur une première face (50A) s'oppose à une zone acoustiquement transparente (52) sur une seconde face (50B) de la peau extérieure (50). 4. Structure acoustique alvéolaire selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce qu'elle comporte deux niveaux de matériau alvéolaire (34, 35) séparés par un septum poreux (61) médian, une peau extérieure (60) acoustiquement transparente et une plaque (62) comportant une pluralité de pans inclinés (67, 68) acoustiquement réflecteurs, reliés par arêtes (70-1, 70-2, ...) de sorte que les chemins acoustiques réalisés à travers les deux niveaux 30 (34, 35) de matériau alvéolaire et le septum poreux (61) sont de hauteurs variables le long de la section de la structure. 5. Turboréacteur caractérisé en ce qu'il incorpore au moins une structure alvéolaire acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 35 6. Turboréacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la structure alvéolaire acoustique est dotée d'un profil aérodynamique pourréaliser un séparateur radial (11, 13) entre une première enveloppe (3) et une seconde enveloppe (5) limitant un flux froid. 7. Turboréacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la structure alvéolaire acoustique est dotée d'un profil aérodynamique pour réaliser au moins une aube de redressement de flux pour une turbine de génération de flux froid propulsé entre une première enveloppe (3) et une seconde enveloppe (5).