Brevet FR3032968A1 — publié le 20160826

La présente invention concerne le domaine des panneaux d'atténuation acoustique, notamment destinés à équiper les zones chaudes d'éjection des gaz d'un turboréacteur d'aéronef. L'invention concerne plus spécifiquement un procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite céramique, ainsi qu'un panneau d'atténuation acoustique réalisé avec ce procédé, et un turboréacteur d'aéronef comportant un tel panneau. Les turboréacteurs comportent des surfaces de guidage aérodynamiques de l'écoulement des gaz chauds éjectés, qui peuvent être soumises à des températures élevées pouvant dépasser 600°C, et atteindre dans certains cas 1000°C. Pour réduire les bruits émis par le turboréacteur en fonctionnement, il est connu de réaliser les surfaces de guidage aérodynamiques par des panneaux acoustiques comportant une structure du type sandwich composée d'un matériau d'âme recouvert par deux peaux. L'âme centrale comporte des parois transversales formant un grand 15 nombre de cellules fermées, qui peuvent présenter en particulier une forme en nid d'abeille. La peau avant tournée vers la source sonore, présente des passages de gaz formés par des micro-perforations, débouchant dans des cavités résonnantes formées par les cellules fermées de l'âme centrale, pour constituer des résonateurs de 20 Helmholtz réalisant une atténuation des émissions acoustiques émises par le turboréacteur. On peut réaliser les peaux et l'âme alvéolaire dans des matériaux métalliques. Cependant dans le domaine aéronautique où le gain de masse est un souci constant, ces matériaux métalliques ajoutent un poids qui est pénalisant. 25 Il est également connu de réaliser un panneau d'atténuation acoustique poreux, comprenant une âme formée par une mousse poreuse comportant un grand nombre de perforations sur le côté tournée vers l'émission acoustique. En particulier il est connu d'utiliser pour ces panneaux un matériau céramique, qui permet un gain de masse par rapport aux matériaux métalliques 30 habituellement utilisés. Toutefois les solutions connues pour réaliser ces panneaux ne sont pas idéales en ce qui concerne les performances ainsi que la simplicité de fabrication. Or il existe un besoin de disposer d'une solution permettant de fabriquer de manière simple des panneaux d'atténuation acoustique en matériau composite à 35 matrice céramique « CMC », comportant une structure poreuse adaptée à l'atténuation acoustique. 3032968 2 La présente invention visant notamment à pallier les inconvénients de l'art antérieur, se rapporte à cet effet à un procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique, comprenant les étapes successives consistant à : 5 - déposer dans un moule un matériau de remplissage temporaire fugitif destiné à faire des réseaux de cavités venant au contact d'une surface du panneau, ainsi qu'au moins une couche extérieure de renfort fibreux en matériau céramique sur une surface de ce panneau ; - filtrer au moyen d'un vecteur liquide un matériau destiné à constituer 10 la matrice céramique à travers les interstices formés autour du matériau de remplissage fugitif et dans la couche extérieure de renfort fibreux ; - procéder si nécessaire suivant le type de vecteur liquide à son élimination ; et à - procéder au frittage du matériau de la matrice céramique à une 15 température permettant l'élimination du matériau de remplissage fugitif, pour former une matrice en matériau céramique remplissant l'ensemble des volumes laissés libres. Un avantage de ce procédé de fabrication est qu'en réalisant à la fois l'étape de filtration du matériau de la matrice céramique et l'étape de frittage, pour la matrice complète du produit formant à la fois le corps poreux d'absorption acoustique 20 et une ou deux peaux de surface avec les couches extérieures de renfort, on obtient de manière rapide avec un nombre d'opérations limité le panneau fini. De plus on obtient une très bonne cohésion entre le corps poreux et les peaux de surface, ce qui donne au panneau une résistance mécanique importante. Le procédé de fabrication selon l'invention peut comporter une ou 25 plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le procédé de fabrication utilise pour le matériau de remplissage fugitif un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques thermoplastiques et thermodurcissables. Ces matériaux sont économiques et simple à mettre en oeuvre. 30 En particulier, la matrice et les renforts fibreux peuvent être en matériau céramique de type oxyde métallique. En particulier, la matrice ou les renforts fibreux peuvent comprendre au moins deux matériaux céramiques différents. On adapte ainsi les caractéristiques locales de la matrice ou des fibres suivant les contraintes. 35 Avantageusement, les granulats de matériaux de remplissage présentent un diamètre compris entre environ 100 et 500u.m. 3032968 3 Avantageusement, le panneau présente un taux de porosité volumique supérieur à 74%. En particulier, le panneau peut comporter des cavités sensiblement sphériques dont le diamètre est compris entre environ 200 et 400um, ce panneau 5 présentant un taux de porosité volumique compris entre 80 et 98%. Avantageusement, les granulats de matériau de remplissage présentent une forme sensiblement sphérique comportant des facettes planes. On peut ainsi facilement empiler les granulats avec à la fois une surface de contact importante entre eux donnant une bonne communication entre les porosités, et un taux de porosité 10 élevé. En particulier, le procédé de fabrication peut comporter localement la dépose de granulats suivant des caractéristiques variées, comprenant notamment des variations de dimension, de densité ou de répartition. En complément, le procédé de fabrication peut comporter la dépose de 15 renforts fibreux dans la matrice, comprenant un volume supérieur à 20% du volume total de cette matrice. Avantageusement, le procédé de fabrication comprend une étape supplémentaire réalisant pendant le moulage des perforations d'une couche extérieure de renfort fibreux. On réalise ainsi de manière rapide pendant l'opération 20 de moulage les perçages acoustiques. Dans ce cas, l'étape supplémentaire peut comporter la réalisation de pointes dans un matériau de remplissage fugitif, traversant la couche de renfort fibreux. C'est pointes s'éliminent automatiquement pendant l'étape de frittage, ce qui laisse les perçages. 25 L'étape supplémentaire peut comporter en variante la dépose sur l'extérieur de la couche de renfort fibreux, d'une plaque équipée de pointes traversant cette couche. Après retrait de cette plaque on obtient les perçages. En variante on peut réaliser les perforations par tout autre procédé, comme un perçage mécanique, ou un perçage par rayon laser. 30 En complément le procédé de fabrication peut comporter une étape de dépose de couches de renfort fibreux sensiblement verticales traversant le panneau, destinées à former des nervures verticales. On obtient ainsi dans la même opération de moulage des nervures verticales dans l'épaisseur du panneau, apportant un renforcement mécanique important. 3032968 4 L'invention a aussi pour objet un panneau d'atténuation acoustique constitué d'un corps poreux, qui est obtenu par un procédé comprenant l'une quelconque des caractéristiques définies ci-dessus. L'invention a de plus pour objet un ensemble propulsif d'aéronef (c'est-à5 dire l'ensemble formé par un turboréacteur équipé d'une nacelle, cet ensemble pouvant inclure le mât moteur), l'ensemble propulsif comportant un ou plusieurs panneaux d'atténuation acoustique réalisés avec un procédé tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre 10 d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un panneau acoustique préparé avec un procédé selon l'invention ; - la figure 2 présente un granulat de matériaux de remplissage fugitif pour réaliser un panneau acoustique ; - la figure 3 présente un ensemble de ces granulats assemblés avant la filtration de la matrice ; - la figure 4 présente le matériau destiné à former la matrice, filtré autour des granulats ; - la figure 5 présente la matrice autour d'un granulat ; - les figures 6 et 7 présentent l'ensemble de la matrice respectivement pour une rangée de granulats et pour un bloc. - la figure 8 présente en coupe transversale un autre type de panneau acoustique, comprenant des renforts suivant l'épaisseur ; et - les figures 9 et 10 présentent deux procédés de perforation de la peau 25 supérieure d'un panneau acoustique préparé avec un procédé selon l'invention. La figure 1 présente un panneau acoustique réalisé sur un moule 2, comportant une peau inférieure de renforcement 12 formée par un renfort fibreux en matériau céramique, notamment du type oxyde métallique, et une matrice en matériau céramique 30, notamment du type oxyde métallique, imprégnant le renfort 30 fibreux et remplissant tout l'espace autour d'un ensemble de cavités sensiblement sphériques 4 reliées les unes aux autres pour former un réseau de cavités. Le réseau de cavités 4 débouche sur la surface supérieure 10 par des petites perforations 8 formées sur les cavités supérieures, constituant une porosité de cette surface. 3032968 5 Suivant les caractéristiques mécaniques que l'on souhaite obtenir, la matrice en matériau céramique 30 peut être renforcée de fibres en matériau céramique, comportant des fibres longues ou des fibres courtes. Chaque cavité 4 est formée par un granulat réalisé dans un matériau de 5 remplissage fugitif. L'ensemble des granulats est déposé dans le moule 2 destiné à former le panneau, en choisissant localement des dimensions et une densité adaptées en fonction des qualités acoustiques et des caractéristiques mécaniques particulières que l'on souhaite obtenir à cet endroit. On choisit le matériau de remplissage fugitif pour obtenir son élimination 10 au moins partielle, et de préférence totale lors de l'opération de frittage en température de la matrice en matériau céramique qui remplira les espaces libres, cette élimination se faisant notamment par combustion, oxydation, fusion, évaporation ou sublimation. En particulier on peut utiliser pour le matériau de remplissage fugitif un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques 15 thermoplastiques (telles que le polyéthylène), les matières plastiques thermodurcissables (par exemple à base d'époxy), ou les métaux à bas point de fusion (par exemple à base d'aluminium, de plomb ou d'étain). En variante le panneau acoustique suivant l'invention peut contenir une unique peau supérieure de renforcement, ou une peau de chaque côté. 20 Pour l'exemple présenté figure 1, le procédé de fabrication du panneau acoustique comporte une première étape de dépose d'une couche de renfort fibreux sur le moule 2, destinée à former la peau 12 résistante et sensiblement étanche. Les figures 2 et 3 présentent un granulat 20 comportant une forme sensiblement sphérique comprenant un diamètre compris entre environ 100 et 25 500um, sur laquelle huit grandes facettes planes 22 ont été formées, ainsi que six petites facettes 24 intercalées entre ces grandes facettes. Avantageusement on utilise des granulats présentant un diamètre compris entre environ 200 et 400um. On peut ainsi les empiler pour obtenir des couches successives de 30 granulats 20. Au sein de cet empilement, les grandes facettes 22 et les petites facettes 24 d'un granulat sont en contact respectivement avec les grandes facettes 22 et les petites facettes 24 des granulats adjacents. Le procédé de fabrication du panneau acoustique comporte une étape suivante de dépose dans le moule 2 des granulats 20, en adaptant leurs dimensions à 35 l'intérieur des plages de dimension données ci-dessus, ainsi que la densité. 3032968 6 Les granulats 20 constituent sur l'ensemble du panneau un ou plusieurs groupes de granulats en contact entre eux, chaque groupe disposant d'un certain nombre d'ouvertures 8 sur la face supérieure du panneau 10. Les granulats 20 peuvent être déposés au préalable dans le moule 2 qui 5 est ouvert, ou être injectés par un point d'injection dans le moule fermé au préalable. On réalise lors de ces opérations les spécificités de répartition des granulats par zone si nécessaire. D'une manière générale les granulats 20 occupent un volume compris entre 74 et 99% du volume global du panneau, formant le taux de porosité volumique 10 final du panneau. Avantageusement les granulats 20 occupent un volume compris entre 85 et 95% du volume global. En complément on peut ajouter une deuxième série de granulats de petite dimension, comportant un diamètre réduit permettant de les insérer à l'intérieur des espaces laissés libres entre plusieurs granulats de la première série de 15 granulats plus gros. On peut aussi écarter les gros granulats 20, ou disposer plus de deux séries de granulats de dimensions différentes. En variante on peut déposer dans le moule 2 des blocs de granulats 20 déjà agglomérés ensemble avec une disposition optimisée, suivant un format prévu pour remplir ce moule. 20 En variante on peut dans cette étape déposer tout autre forme de matériau de remplissage fugitif, prévu pour former un réseau de cavités reliées entre elles. La figure 4 présente l'étape suivante comportant une filtration au moyen d'un vecteur liquide du matériau destiné à former la matrice céramique 26, et remplit 25 entièrement les interstices formés entre les granulats 20 de matériau de remplissage fugitif. On choisit en particulier un liquide compatible avec le matériau de remplissage fugitif des granulats 20, pour ne pas se mélanger avec ce matériau et le dissoudre. 30 En complément on peut ajouter dans le vecteur liquide des fibres en matériau céramique, en particulier du type oxyde métallique, qui vont donner après le frittage une matrice en matériau composite céramique. Dans ce cas la proportion de fibres dans la matrice en volume est avantageusement supérieure à 20% du volume total de cette matrice. 35 En variante on peut ajouter des fibres en matériau céramique dans les interstices entre les granulats 20 par tout autre procédé. On peut notamment 3032968 7 introduire des fibres dans le moule 2 en même temps que les granulats 20. On peut aussi ajouter une couche de fibres, par exemple sur les granulats 20 de la surface supérieure pour renforcer cette surface, notamment sous forme d'un voile ou d'un mat de fibres non-tissé. 5 En complément les fibres en matériau céramique ajoutées peuvent être enduites d'une suspension de poudre céramique, ou d'une résine précéramique, qui formera la matrice après l'opération de frittage. Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape si nécessaire de séchage du vecteur liquide pour laisser seulement la poudre céramique 26, ou de 10 polymérisation pour une résine précéramique, à une température inférieure à la température d'élimination du matériau de remplissage fugitif. On a ensuite une étape de frittage du matériau de la matrice céramique à une température permettant l'élimination au moins partielle, et de préférence totale du matériau de remplissage fugitif, pour former une matrice en matériau céramique 15 légère et résistante imprégnant la peau inférieure 12, et le cas échéant une peau supérieure, et remplissant l'ensemble des volumes laissés libres entre les granulats 20. On notera que l'on obtient une très bonne cohésion entre les peaux inférieure 12, et le cas échéant, la peau supérieure et le corps poreux grâce à la continuité de la matrice entre ces deux parties. De plus on réalise ce panneau avec 20 une unique opération de filtration suivie d'une unique opération de frittage, ce qui simplifie le procédé et réduit les coûts. La figure 5 présente une forme élémentaire de matrice 30 restant autour d'un granulat, comportant des grandes surfaces ouvertes 32 correspondant aux grandes facettes planes 22 du granulat, et des petites surfaces ouvertes 34 25 correspondant à ses petites facettes 24. Les figures 6 et 7 présentent l'assemblage des formes élémentaires de matrice 30 entre elles, constituant un réseau de cavités comportant un volume important, avec une résistance mécanique suffisante donnée par l'ensemble des cloisons reliées entre elles. 30 La figure 8 présente un panneau acoustique comportant une peau inférieure 12, et un corps poreux comprenant des cavités sensiblement sphériques formées par les granulats de matériau de remplissage fugitif 20, recevant une succession de raidisseurs verticaux 46 traversant ce corps poreux. Chaque raidisseur vertical 46 présente une section transversale 35 constante, comportant dans un seul pli de renfort fibreux une partie centrale verticale 3032968 8 40 comprenant en bas un pliage inférieur 42 à angle droit dans un sens, et en haut un pliage supérieur 44 à angle droit dans l'autre sens. Après avoir déposé la couche de base de renfort fibreux pour former la peau inférieure 12, on dépose une succession de raidisseurs verticaux 46 en posant 5 dessus le pliage inférieur 42. On remplit ensuite les espaces entre les parties verticales 40 du matériau de remplissage fugitif 20 jusqu'en haut. Puis on forme les pliages supérieurs 44, en superposant l'extrémité de chaque pliage sur le départ du pliage du raidisseur d'à côté. 10 Après imprégnation de l'ensemble et frittage du matériau de la matrice céramique, on obtient un panneau comportant une peau supérieure 50 formée par l'ensemble des pliages supérieurs 44, recouvrant l'ensemble de ce panneau. En variante, des renforts fibreux en matériaux céramique peuvent être ajoutés sur la surface extérieure du panneau au-dessus des pliages supérieurs 44 des 15 raidisseurs 46, de manière à optimiser la surface aérodynamique et la continuité mécanique entre les différents raidisseurs, et donc sur le panneau. Les perforations 8 de la peau supérieure 50 débouchant sur les porosités du corps poreux peuvent être faites de différentes manières, notamment lors du moulage du panneau, ou après par tout procédé mécanique, comme une découpe 20 laser par exemple. La figure 9 présente un premier procédé de réalisation des perforations sur la peau supérieure 50 lors de la fabrication du panneau. On dispose sur le dessus du matériau de remplissage fugitif 20 des pointes tournées vers le haut 54, régulièrement réparties, formées aussi dans un matériau de remplissage fugitif. Lors de la dépose de la couche de renfort fibreux pour former la peau supérieure 50, qui peut être pré-imprégnée par la matrice céramique ou recevoir ensuite cette matrice par filtration, les pointes 54 percent cette couche et la traversent complètement. Lors de l'opération de frittage les pointes 54 disparaissent en laissant 30 dans la peau supérieure 50 des perforations équivalentes. La figure 10 présente un deuxième procédé de réalisation des perforations sur la peau supérieure 50. Après avoir posé la couche de renfort fibreux pour former la peau supérieure 50, on pose sur cette couche une plaque 52 comportant une série de 35 pointes 54 tournées vers le bas, régulièrement réparties, et traversant complètement ce renfort. 3032968 9 Après l'opération de frittage de la matrice céramique on retire la plaque 52, ses pointes 54 comportant un angle de dépouille pour se retirer facilement, laissent des perforations équivalentes dans la peau supérieure 50. On peut en variante disposer sur la plaque 52 des pointes 54 réalisées 5 dans un matériau de remplissage fugitif, disparaissant lors de l'opération de frittage en laissant les perforations sur la peau supérieure 50. Pour ces procédés de réalisation des perforations, la hauteur des pointes 54 peut être ajustée sur l'épaisseur de la couche de renfort fibreux à traverser. En variante la longueur des pointes 54 peut être plus importante avec un 10 dépassement de l'autre côté de la couche de renfort fibreux, pour garantir une perforation complète de la peau supérieure. Dans ce cas pour le premier procédé de réalisation, on peut effectuer un arasement des extrémités des pointes 54 dépassant avant la fermeture du moule, ou introduire ces extrémités dans des logements prévus dans le couvercle du moule. Pour le deuxième procédé de fabrication l'extrémité des 15 pointes 54 peut s'enfoncer dans le matériau de remplissage fugitif 20. On notera que ces procédés de réalisation des perforations écartent les fibres lors de l'introduction des pointes 54 sans les couper, ce qui ne dégrade pas la tenue mécanique de la peau ainsi perforée. Par ailleurs on peut augmenter la tenue de la peau en ajoutant des 20 liaisons mécaniques traversant le panneau, comme des vis ou des rivets, avec notamment une augmentation de la densité du matériau en dessous pour apporter une tenue à la compression. Avantageusement, la matrice et les renforts fibreux sont en oxyde métallique. 25 En variante, la forme, la densité, l'agencement spatial des granulats sont variables suivant les propriétés mécaniques et acoustiques locales recherchées. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique en matériau composite à matrice céramique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives consistant à : - déposer dans un moule un matériau de remplissage temporaire fugitif (20), destiné à faire des réseaux de cavités (4) venant au contact d'une surface du panneau (10), ainsi qu'au moins une couche extérieure de renfort fibreux en matériau céramique (12) sur une surface de ce panneau ; - filtrer au moyen d'un vecteur liquide un matériau destiné à constituer la matrice céramique à travers les interstices formés autour du matériau de remplissage fugitif et dans la couche extérieure de renfort fibreux ; - procéder si nécessaire suivant le type de vecteur liquide, à son élimination ; et à - procéder au frittage du matériau de la matrice céramique à une température permettant l'élimination du matériau de remplissage fugitif, pour former une matrice en matériau céramique (30) remplissant l'ensemble des volumes laissés libres. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise pour le matériau de remplissage fugitif un ou plusieurs matériaux choisis parmi les matières plastiques thermoplastiques et thermodurcissables. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 25 que la matrice est en matériaux céramiques de type oxyde métallique. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice ou les renforts fibreux comprennent au moins deux matériaux céramiques différents. 30 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de remplissage fugitif comporte des granulats (22) présentant un diamètre compris entre environ 100 et 500um. 35 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que le panneau présente un taux de porosité volumique supérieur à 74%. 3032968 11 7. Procédé de fabrication selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le panneau comporte des cavités (4) sensiblement sphériques dont le diamètre est compris entre environ 200 et 400gm, ce panneau présentant un taux de porosité 5 volumique compris entre 80 et 98%. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les granulats de matériau de remplissage (20) présentent une forme sensiblement sphérique comportant des facettes planes (22, 24). 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte localement la dépose de granulats (20) suivant des caractéristiques variées, comprenant des variations de dimension, de densité ou de répartition. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte la dépose de renforts fibreux dans la matrice (30), comprenant un volume supérieur à 20% du volume total de cette matrice. 20 11. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire réalisant pendant l'opération de frittage des perforations (8) d'une couche extérieure de renfort fibreux (50). 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape supplémentaire comporte la réalisation de pointes (54) dans un matériau de remplissage fugitif, traversant la couche de renfort fibreux (50). 13. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape supplémentaire comporte la dépose sur l'extérieur de la couche de renfort fibreux (50), d'une plaque (52) équipée de pointes (54) traversant cette couche. 14. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 35 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de dépose de couches de renfort fibreux sensiblement verticales traversant le panneau (46), destinées à former des nervures verticales. 10 15 3032968 12 renfort fibreux sensiblement verticales traversant le panneau (46), destinées à former des nervures verticales. 15. Panneau d'atténuation acoustique constitué d'un corps poreux, 5 caractérisé en ce que ce corps poreux est obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 16. Ensemble propulsif d'aéronef comportant un ou plusieurs panneaux d'atténuation acoustique réalisés par un procédé conforme à l'une quelconque des 10 revendications 1 à 14.