Brevet FR3055662A1 — publié le 20180309

STRUCTURE INTERNE D'UN CONDUIT D'EJECTION PRIMAIRE D'UNE TURBOMACHINE COMPRENANT UNE STRUCTURE ABSORBANTE DE SONS BASSES FREQUENCES. La présente invention concerne une structure interne d'un conduit d'éjection primaire d'une turbomachine comprenant une structure absorbante de sons basses fréquences pour absorber des sons basses fréquences générés par la turbomachine au niveau de la tuyère. Une turbomachine double flux comprend un conduit d'éjection par lequel sont évacués les gaz brûlés. La peau du conduit d'éjection primaire est en contact avec le flux de gaz brûlé en provenance du moteur. Les sons de basses fréquences (entre 300 Hz et 1000 Hz : notamment ceux liés à la combustion), émis par la turbomachine forment une importante source de bruit pour l'environnement. Il est connu, pour atténuer ces bruits, d'équiper la structure interne du conduit d'éjection primaire (appelée « plug » en Anglais) avec une structure absorbante de sons basses fréquences. Une telle structure comprend un ensemble résonant fonctionnant de pair avec la peau du conduit d'éjection primaire. Un ensemble résonant est décrit dans le document « Aero-acoustic liner applications of the broadband special acoustic absorber concept, American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA 2013-2176, 19th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference May 27-29, 2013, Berlin, Germany ». Cet ensemble est constitué d'un corps comprenant une pluralité de cavités, dans chacune de laquelle est arrangé un cône creux tronqué. La peau du conduit d'éjection primaire est fixée au corps et recouvre les cavités. Chaque cône est suspendu dans la cavité car sa base est fixée à la peau tandis que son sommet est espacé du fond de la cavité. La peau est perforée au droit de chaque cavité de sorte à assurer une communication d'air entre l'extérieur et l'intérieur de l'ensemble résonant. La structure absorbante ainsi formée, basée sur le même principe qu'un 25 résonateur de Helmholtz et qu'un résonateur quart d'onde, permet d'atténuer efficacement les sons basses fréquences émis par la turbomachine. Il existe un besoin de pouvoir davantage automatiser la conception d'une telle structure interne d'un conduit d'éjection primaire afin d'en accélérer sa fabrication. En effet, lors de la préparation de l'étape de fixation de la peau du conduit au corps (dans 30 laquelle la peau, sur laquelle sont fixés les cônes, est amenée en contact du corps sur lequel sont arrangées les cavités), les différents cônes fixés à la peau du conduit 3055662 2 constituent des obstacles à l'utilisation de moyens robotisés, tel que des bras articulés portant des pistolets de dépose de colle ou d'alliage de brasage Un objet de la présente invention est de répondre au besoin susmentionné. A cet 5 effet, il est proposé une structure interne d'un conduit d'éjection primaire d'une turbomachine, ladite structure interne étant équipée d'une structure absorbante de sons basses fréquences comportant : - une peau laissant passer l'air à travers d'orifices et formant une surface interne du conduit d'éjection primaire ; et 10 - un ensemble résonant comprenant un corps présentant une pluralité de cavités ayant chacune un fond, le corps étant fixé à la peau du côté opposé au conduit d'éjection primaire et les cavités étant recouvertes par la peau, les orifices étant arrangés sur la peau au droit de chacune des cavités, l'ensemble résonant comprenant en outre, un cône creux arrangé dans chaque cavité et présentant un sommet, une base fixée à la 15 peau, et une surface latérale, le sommet étant fixé au fond de la cavité et le cône comprenant au moins un trou traversant sur sa surface latérale. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de 20 réalisation, ladite description étant faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un aéronef comprenant une structure interne d'un conduit d'éjection primaire d'une turbomachine équipée d'une structure absorbante de sons basses fréquences selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du conduit d'éjection primaire de la figure 1; - la figure 3 est une vue de côté de la structure interne du conduit d'éjection primaire de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en coupe d'une structure absorbante de sons basses fréquences équipant une structure interne d'un conduit d'éjection primaire d'une turbomachine selon l'invention ; et - la figure 5 est une vue en perspective d'une structure absorbante de sons basses fréquences équipant une structure interne d'un conduit d'éjection primaire d'une turbomachine selon l'invention. 3055662 3 En relation avec les figures 1 et 2, un aéronef 1 comporte une aile 2 sous laquelle est fixée une nacelle 3 dans laquelle est logée une turbomachine. La partie arrière de la turbomachine forme un conduit d'éjection primaire 5 par lequel s'échappent les gaz brûlés par la turbomachine et qui est délimité à l'extérieur 5 par une tuyère primaire 6 et à l'intérieur par une structure interne 7 du conduit d'éjection primaire 5. A l'arrière de la structure interne 7 est fixé un cône de tuyère 8. En référence avec la figure 3, la structure interne 7 comprend une structure absorbante de sons basses fréquences A constituée d' une peau 10 qui forme la surface extérieure de la structure interne 7 (c'est-à-dire celle qui forme la surface interne du 10 conduit d'éjection primaire) et d'un ensemble résonant 11 fixé à la peau 10 du côté opposé au conduit d'éjection primaire. En référence avec les figures 4 et 5, l'ensemble résonant 11 comprend un corps 13 sur lequel est agencée au moins une cavité 14 ouverte à une extrémité 15. De préférence, le corps 13 comprend une pluralité de cavités 14. Comme représentées sur 15 les figures 4 et 5 à titre d'exemple, les cavités 14 sont de forme cylindrique, mais d'autres formes peuvent être envisagées. Une structure creuse 16 de révolution est arrangé dans chaque cavité 14. La structure creuse est par exemple un cylindre ou un cône. De préférence, la structure creuse 16 est un cône dont l'axe de révolution est colinéaire avec un axe de révolution 20 de la cavité lorsque cette dernière est de forme cylindrique. La peau 10 est fixée au corps 13, par exemple par soudage, collage ou vissage, et recouvre chacune des cavités 14. La peau 10 est en outre fixée aux cônes 16, par exemple par soudage ou collage. La peau 10 est percée de trous 20 répartis sur sa surface et situés au droit de chaque cavité 14 et de chaque cône 16 de sorte que de l'air 25 peut circuler entre l'intérieur et l'extérieur de l'ensemble résonant 11. Selon l'invention, dans chaque cavité 14 dans laquelle est arrangée en cône 16, le sommet 16a du cône est en contact avec le fond de la cavité 14 et est fixé audit fond, par exemple par soudage ou collage. La base 16b du cône, quant à elle, affleure 30 à l'extrémité ouverte 15 de la cavité 14. En outre, la surface latérale 16c de chaque cône 16 est perforée d'au moins un trou traversant 17, dit trou d'interaction (chaque cône représenté dans l'exemple illustré à la figure 5 comprend trois trous d'interaction), par lequel l'air compris à l'intérieur du cône 16 peut communiquer avec l'air compris dans le reste de la cavité 35 14. 3055662 4 La structure absorbante A est basée sur le même principe qu'un résonateur quart d'onde et qu'un résonateur de Helmholtz. D'une part, un bouchon d'air présent dans les orifices 20 débouchant dans un cône 16 forme une masse qui résonne au support de la force élastique formée par le 5 volume d'air enfermé dans le cône 16, suivant le principe d'un résonateur quart d'onde. La fréquence atténuée par ce résonateur dépend notamment de la hauteur du cône. D'autre part, un bouchon d'air présent dans les orifices 20 débouchant dans la cavité 14 entre la surface latérale 16c d'un cône 16 et les parois de la cavité 14 forme 10 une masse qui résonne au support de la force élastique formée par le volume d'air enfermé entre la peau 10, les parois de la cavité 14 et la surface latérale 16c du cône, suivant le principe d'un résonateur de Helmholtz. En jouant sur le nombre et le diamètre du ou des trous d'interaction 17 arrangés sur la surface latérale 16c du cône, il est possible de faire varier la fréquence atténuée par ce résonateur. 15 Lorsque le cône 16 comprend plusieurs trous d'interaction 17, ces derniers sont de préférence répartis régulièrement autour de l'axe de révolution du cônes 16, mais peuvent être répartis suivant différentes hauteurs par rapport à la base 16b du cône. Les trous d'interactions 17 peuvent tous avoir le même diamètre, ou avoir des diamètres différents 20 Le procédé de fabrication de la structure interne 7 selon l'invention comprend une étape de fixation consistant à fixer (par collage ou soudage en fonction des matériaux) au fond d'au moins une cavité 14 du corps 13, le sommet 16a d'un cône présentant au moins un trou d'interaction 17, puis à recouvrir le corps 13 et la cavité 25 14 par une peau 10 qui est ensuite fixée au corps 13 ainsi qu'à la base du cône 16b. L'étape de fixation de la peau 10 au corps 13 est simple à mettre en oeuvre puisque les cônes 16 sont dans un premier temps fixés au corps 13 et non à la peau 10. Par conséquent, les cônes ne constituent pas d'obstacles à l'utilisation de moyens robotisés, tel que des bras articulés portant des pistolets de dépose de colle ou 30 d'alliage de brasage. L'étape de fixation peut ainsi être accélérée par l'utilisation de moyens robotisés. En outre, l'architecture de la structure interne 7 selon l'invention présente un avantage supplémentaire en ce que la fixation des cônes 16 au corps 13 ainsi qu'à la peau 10 permet de faire passer des efforts dans les cônes 16, lorsque ces derniers sont 3055662 5 réalisés en matériau composite ou métallique, et donc participe au renforcement structurel de la structure interne 7. De préférence, chaque cône 16 comprend, au niveau de sa base 16b, une 5 collerette 18 (illustrée à la figure 4) afin de faciliter son assemblage avec la peau 10. Que le cône 16 comprenne ou non une collerette 18, la base du cône/collerette du cône n'est pas en contact avec les parois de la cavité 14. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 4, le 10 corps 13 est une tôle réalisée, par exemple, en métal tel que l'aluminium ou le titane. La tôle est emboutie afin d'y créer au moins une cavité 14. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 4, le corps 13 est réalisé en un matériau composite moulé de sorte à présenter au moins 15 une cavité 14. Le corps 13 est dans ce cas, par exemple, créé par durcissement d'une résine imprégnant des fibres d'aramide ou de carbone. Dans un autre mode de réalisation non représenté sur les figures, le corps 13 est réalisé en un matériau alvéolaire, par exemple de type nid d'abeille, fermé sur une de 20 ses faces par une plaque de sorte à délimiter des cavités avec les alvéoles. Dans un exemple de réalisation, le corps 13 est un matériau alvéolaire de type nid d'abeille avec des alvéoles d'une hauteur de 25mm fermées par une plaque de sorte à délimiter des cavités 14. La peau 10 est en aluminium ou en composite, d'une épaisseur de 1 mm, et les orifices percés sur la peau ont un diamètre de 1 mm. Avec 25 un trou d'interaction 17 de 1mm pratiqué sur la surface latérale 16c des cônes 16 insérés dans les cavités 14, la structure absorbante A atténue des fréquences basses autour de 600Hz. Avec un trou d'interaction supplémentaire, la structure absorbante A atténue des fréquences basses autour de 800 Hz. 30 Les cavités 14 sont, par exemple, arrangées aléatoirement sur le corps 13. Alternativement, les cavités 14 sont adjacentes les unes aux autres tel que cela est représenté à la figure 5. L'invention a été décrite et illustrée avec une cavité de forme 14 cylindrique. D'autres formes sont cependant envisageables sans sortir du cadre de la présente 35 invention. Ainsi, une cavité 14 peut, par exemple, avoir une forme rectangulaire ou 3055662 6 pyramidale, ou encore cubique. Pour ces exemples de formes, le cône 16 est de préférence fixé à la cavité 14 de sorte que son axe de révolution est colinéaire avec un axe de symétrie de la cavité afin d'assurer une réparation homogène de la masse d'air vibrante autour du cône 16. 5 Bien que décrite avec une application à un structure interne 7 d'un conduit d'éjection primaire 5 d'une turbomachine, la structure absorbante A de sons basses fréquences comprenant une peau 10 et un ensemble résonant 11 fixé à ladite peau, peut trouver application à d'autres structures d'une turbomachine, comme, par 10 exemple, à la structure interne d'une entrée d'air d'une turbomachine (non représentée). REVENDICATIONS1) Structure interne (7) d'un conduit d'éjection primaire (5) d'une turbomachine, ladite structure interne (7) étant équipée d'une structure absorbante (A) de sons basses fréquences comportant : - une peau (10) laissant passer l'air à travers d'orifices (20) et formant une surface interne du conduit d'éjection primaire (5) ; et - un ensemble résonant (11) comprenant un corps (13) présentant une pluralité de cavités (14) ayant chacune un fond, le corps (13) étant fixé à la peau (10) du côté opposé au conduit d'éjection primaire (5) et les cavités (14) étant recouvertes par la peau (10), les orifices (20) étant arrangés sur la peau (10) au droit de chacune des cavités (14), l'ensemble résonant (11) comprenant en outre, un cône (16) creux arrangé dans chaque cavité (14) et présentant un sommet (16a), une base (16b) fixée à la peau (10), et une surface latérale (16c), caractérisé en ce que le sommet (16a) est fixé au fond de la cavité (16) et en ce que le cône (16) comprend au moins un trou traversant (17) sur sa surface latérale (16c). 2) Structure interne (7) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône (16) comprend une collerette (18). 3) Structure interne (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le corps (13) est une tôle emboutie. 4) Structure interne (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le corps (13) est réalisé en un matériau composite moulé. 5) Structure interne (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le corps (13) est réalisé en un matériau alvéolaire fermé sur une de ses faces par une plaque.