Brevet FR3084406A1 — publié le 20200131

PANNEAU D'ECHANGE THERMIQUE ET DE REDUCTION DE BRUIT DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un panneau d'échange thermique et de réduction de bruit pour une turbomachine, en particulier d'aéronef. ETAT DE L'ART Une turbomachine, telle qu'un turboréacteur à double flux, comprend classiquement une entrée d'air comportant une soufflante dont le flux d'air en sortie se divise en un flux d'air qui pénètre dans le moteur et forme un flux chaud ou flux primaire, et en un flux d'air qui s'écoule autour du moteur et qui forme un flux froid ou flux secondaire. Le moteur comprend typiquement d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d'éjection dans laquelle les gaz de combustion sortant de la turbine forment le flux primaire. La soufflante de la turbomachine est entourée par un carter de soufflante qui est intégré à la nacelle de la turbomachine. Il est connu de tapisser la surface interne de ce carter avec des panneaux acoustiques pour limiter la propagation du bruit généré par la soufflante. Le carter peut également être équipé d'échangeurs thermiques surfaciques à huile du type SACOC (acronyme de l'anglais Surface Air Cooled Oit Cooler). Un échangeur de ce type comprend une surface externe destinée à être balayée par le flux d'air secondaire et sur laquelle sont situées des ailettes, et des conduites de circulation d'huile s'étendant sous la surface externe. La surface externe est destinée à évacuer de l'énergie calorifique apportée par l'huile. Selon l'architecture du moteur, l'énergie calorifique de l'huile à dissiper peut être très importante, l'huile pouvant atteindre 160°C environ. Certaines turbomachines comportent des nacelles relativement courtes en dimension longitudinale. Il y a donc moins de place pour installer 2 les équipements et en particulier les échangeurs thermiques ainsi que les panneaux acoustiques servant à atténuer le bruit de la soufflante. Ainsi, l'encombrement et l'intégration des équipements deviennent des problématiques majeures, en particulier l'installation d'échangeurs 5 thermiques et de panneaux acoustiques dans la veine du flux secondaire. On a déjà proposé, dans le document US-B1-8,544,531, d'intégrer les fonctions échangeur air/huile et traitement acoustique dans un même équipement pour ne plus avoir de compétition entre les deux besoins sur une zone d'installation. 10 La présente invention propose un perfectionnement à cette technologie, qui permet notamment d'optimiser la conception et l'agencement des fonctions d'échange thermique air/huile et de traitement acoustique sur une zone d'installation. EXPOSE DE L'INVENTION 15 L'invention propose un panneau d'échange thermique et de réduction de bruit pour une turbomachine, en particulier d'aéronef, le panneau comprenant : - une paroi comportant une première surface destinée à être balayée par un flux d'air, 20 - des cloisons disposées sur une seconde surface opposée de ladite paroi et définissant des cavités formant des résonateurs de Helmholtz, ladite paroi comportant des perforations débouchant dans ces cavités et formant des cols ou portions de cols desdits résonateurs de Helmholtz, et - des conduites de circulation d'huile destinées à évacuer de l'énergie 25 calorifique apportée par l'huile, caractérisé en ce que ladite première surface est libre et dépourvue d'ailettes et en ce que lesdites conduites s'étendent au moins en partie dans lesdites cavités. Dans la présente demande, on entend par résonateur de Helmholtz 30 un système acoustique comprenant un col raccordé à une cavité de plus grand taille et pouvant entrer en résonance. Le col assure la 3 communication entre les ondes sonores à atténuer et la cavité. Une fois le système optimisé, le col assure la dissipation visco-thermique (mouvements rapides et alternés des ondes sonores au travers des cols qui dissipent l'énergie sonore par frottement). L'accord en fréquence, c'est- 5 à-dire l'optimisation qui permet de générer ces vitesses maximales aux fréquences à atténuer, se fait majoritairement via le volume des cavités résonantes, c'est-à-dire leurs dimensions et en particulier leur hauteur. On précisera que, vu l'environnement thermique, les températures locales devront être prises en compte pour optimiser correctement le système. 10 L'invention propose ainsi de combiner les fonctions précitées d'échangeur thermique air/huile et de traitement acoustique dans un même équipement sous la forme d'un panneau. Par ailleurs, l'invention permet, pour une fréquence d'accord donnée, de diminuer l'encombrement des panneaux. Au lieu d'avoir plusieurs couches, formant respectivement des 15 ailettes de refroidissement, des conduites de circulation d'huile et des cavités résonantes, le panneau peut être considéré comme une mono-couche car il ne comprend pas d'ailettes et les conduites sont intégrées dans les cavités. On réduit ainsi l'épaisseur du panneau, ce qui facilite son intégration dans la turbomachine. 20 Le panneau selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres - les cavités ont chacune une forme générale aplanie et s'étendent chacune dans un plan sensiblement parallèle à la paroi, 25 - chacune desdites cavités est délimitée par une portion de ladite paroi dont une partie seulement est perforée, - ladite portion de paroi a une forme générale rectangulaire et comprend une bande perforée qui s'étend parallèlement et le long d'un grand côté ou d'un petit côté de cette portion, 30 - chacune desdites canalisations s'étend le long d'un grand côté ou d'un petit côté de ladite portion de paroi, 4 - un pavillon est logé dans chacune desdites cavités et s'étend depuis ladite portion de paroi jusqu'à une hauteur prédéterminée dans la cavité, ce pavillon séparant la partie perforée du reste de cette portion, - chacune desdites cavités est délimitée par une portion de ladite paroi qui 5 est entièrement perforée, chacune des perforations débouchant respectivement dans un tube s'étendant dans la cavité et formant avec les perforations les cols des résonateurs, - le panneau a une forme générale cylindrique, éventuellement sectorisé, lesdites conduites étant annulaires ou hélicoïdales et s'étendant autour 10 d'un axe de révolution du panneau, et des rangées annulaires de cavités s'étendant autour de cet axe de révolution, chaque rangée de cavités étant disposée entre deux conduites adjacentes, - des premières cloisons axiales sont parallèles audit axe de révolution et sont disposées sur ladite seconde surface en chevauchant lesdites 15 conduites, et des secondes cloisons annulaires s'étendent autour dudit axe de révolution et sont disposées sur lesdites conduites de façon à ce qu'une moitié de chaque conduite soit disposée dans une rangée de cavités et que l'autre moitié de chaque conduite soit disposée dans une rangée adjacente de cavités. 20 La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un panneau tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 25 et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques partielles en perspective d'un panneau d'échange thermique et de réduction de bruit selon 30 l'invention, 5 - la figure 3 représente de manière très schématique deux types de résonateurs accordés à une même fréquence, - la figure 4 est une vue schématique en perspective éclatée d'une variante de réalisation d'un panneau selon l'invention, 5 - la figure 5 est une vue de détail à plus grand échelle du panneau de la figure 4, - la figure 6 est une vue schématique en perspective éclatée d'une autre variante de réalisation d'un panneau selon l'invention, - la figure 7 représente de manière très schématique le volume interne 10 d'une cavité du panneau de la figure 6, et - la figure 8 est une vue schématique en perspective éclatée d'une variante de réalisation d'un panneau selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent un mode de 15 réalisation d'un panneau 10 selon l'invention d'échange thermique et de réduction de bruit pour une turbomachine d'aéronef. Bien que la description qui suit fasse référence à un panneau de forme cylindrique, éventuellement sectorisé, l'invention s'applique à toute forme de panneau et par exemple plat. Le panneau représenté dans les 20 dessins s'étend autour d'un axe de révolution désignée par A. Dans la description qui suit, les termes « intérieur », « extérieur », « interne » et « externe » font référence à la disposition d'un élément par rapport à cet axe A. Une direction ou dimension axiale est orientée ou mesurée le long de l'axe A et une direction ou dimension radiale (telle qu'une épaisseur) est 25 orientée ou mesurée radialement par rapport à l'axe A. Le panneau 10 peut être sectorisé et comprendre plusieurs secteurs de panneau agencés circonférentiellement les uns à côté des autres autour de l'axe A. Le panneau 10 comprend : 6 - une paroi 12 dont une surface 12a, ici radialement interne, est destinée à être exposée à un flux d'air de refroidissement, tel qu'un flux d'air secondaire de la turbomachine, - des cloisons 14, 16 disposées sur une surface 12b opposée de cette paroi 5 12 et définissant des cavités 18 formant des résonateurs de Helmholtz, la paroi 12 comportant des perforations 20 débouchant dans ces cavités et formant des cols de ces résonateurs de Helmholtz, et - des conduites 22 de circulation d'huile destinées à évacuer de l'énergie calorifique apportée par l'huile. 10 La paroi 12 définit avec les conduites 22 un échangeur thermique surfacique du type SACOC mais dépourvues d'ailettes, en particulier sur sa surface 12a, et la paroi 12 définit avec les cavités résonantes un panneau acoustique à résonateurs de Helmholtz. La paroi 12 a une forme générale cylindrique ou tronconique dans 15 l'exemple représenté. Les perforations 20 sont réparties en bandes annulaires, la paroi 12 comprenant ainsi plusieurs bandes annulaires perforées s'étendant autour de l'axe A. Les bandes sont au nombre de cinq dans l'exemple représenté. Elles ont chacune une dimension axiale notée L1. 20 Le panneau 10 comprend plusieurs rangées annulaires de cavités 18. Le panneau 10 comprend cinq rangées de cavités 18 dans l'exemple représenté. Les cavités 18 sont identiques en particulier en ce qui concerne leurs dimensions. Des cloisons annulaires 14 sont agencées sur l'extérieur du panneau 25 pour séparer (axialement) les rangées de cavités 18 les unes des autres. Les cloisons 14 sont ici au nombre de six, une cloison 14 étant prévue à chaque extrémité axiale du panneau 10, et quatre cloisons étant prévues entre les deux cloisons prévues à ces extrémités axiales du panneau. Des cloisons axiales 16 sont en outre agencées sur l'extérieur de la 30 paroi 12, et notamment sur sa surface 12b, pour séparer (circonférentiellement) les cavités 18 les unes des autres. Les cloisons 16 7 s'étendent axialement entre les cloisons 14 prévues aux extrémités axiales du panneau, et sont reliées aux autres cloisons 14. Les cloisons 14, 16 définissent latéralement les cavités 18, qui sont fermées à l'intérieur par la paroi 12 et à l'extérieur par des couvercles 24 5 rapportés voire un autre panneau cylindrique, éventuellement sectorisé, et rapporté. Chaque cavité 18 est définie intérieurement par une portion de la paroi 12, qui a une forme générale rectangulaire et est notée 12x. Chaque cavité 18 a une forme aplanie et s'étend dans un plan sensiblement parallèle à la paroi 12 et en particulier à sa portion 12x 10 correspondante. Chaque cavité 18 a une forme générale parallélépipédique et comprend une épaisseur E mesurée en direction radiale, et une longueur L2 et une largeur L3 mesurées dans le plan précité. La largeur L2 d'une cavité représente sa plus petite dimension (parmi sa longueur et sa largeur), qui est ici mesurée axialement, et sa longueur L3 est ici mesurée 15 circonférentiellement. On constate que la largeur L1 est inférieure à la largeur L2. On comprend ainsi qu'une partie seulement de la portion 12x de la paroi 12 comprend les perforations 20 et est donc perforée. Dans l'exemple représenté, la surface perforée de la portion 12x représente 20 à 40% de la 20 surface totale de cette portion 12x. Les perforations 20 forment des cols qui, associés aux cavités 18, forment des résonateurs de Helmholtz. Le panneau 10 comprend plusieurs conduites 22, au nombre de six dans l'exemple représenté. Chaque conduite 22 a en section une forme 25 générale en U et est délimitée par une tôle annulaire pliée en U et rapportée sur la surface 12b de la paroi 12 de façon à ce que cette paroi ferme la conduite. En variante, les conduites 22 et les parois 12 pourraient être formées d'une seule pièce par moulage par exemple. Dans l'exemple représenté, les conduites 22 s'étendent le long des 30 grands côtés des cavités 18 et des portions 12x. Elles traversent les cloisons 16 et reçoivent à leurs sommets les cloisons 14. Les conduites 22 8 sont ainsi positionnées aux mêmes endroits que les cloisons 14, à savoir deux conduites sont disposées aux extrémités axiales de la paroi 12 et les quatre autres conduites sont disposées entre ces conduites d'extrémités. Les bords externes des cloisons 14, 16 sont alignés (c'est-à-dire 5 qu'ils sont positionnés à une même dimension radiale de l'axe A). Comme les cloisons 14 sont disposées sur les conduites 22, elles ont une dimension radiale ou hauteur H1 inférieure à celle H2 des conduites 16. Les cloisons 14, 16 sont relativement fines et par exemple réalisées en tôle. Chacune des cloisons 14 s'étend sur le sommet et au milieu de la 10 tôle en U d'une conduite 22 et s'étend ainsi dans un plan coupant la conduite en deux moitiés sensiblement identiques. Une première de ces moitiés est située dans une rangée de cavités 18, et une seconde de ces moitiés est située dans une rangée adjacente de cavités. Seules les conduites situées aux extrémités axiales du panneau ont une seule moitié 15 située dans une rangée de cavités 18. Les figures 4 et 5 illustrent une variante de réalisation du panneau 10, qui diffère de celle décrite dans ce qui précède par les perforations 20'. La paroi 12 ne comprend plus de bandes perforées mais des rangées annulaires de zones perforées de sorte que la portion 12x de chaque cavité 20 18 comprenne une zone perforée. La zone perforée a ici une forme générale rectangulaire et allongée et s'étend le long d'un petit côté de la portion 12x, entre les deux conduites 22 bordant la cavité. La longueur L4 de la zone correspond donc à la dimension axiale de la portion 12x s'étendant entre les deux conduites (qui 25 est inférieure à la largeur L3 précitée). La largeur de la zone est notée L5 et représente ici 10 à 30% de la longueur L2. Les figures 6 et 7 illustrent une autre variante de réalisation du panneau 10, qui diffère de celui des figures 4 et 5 en ce que chacune de ces cavités 18 comprend un pavillon 26 de guidage d'ondes acoustiques. 30 Ce pavillon 26 se présente sous la forme d'un mur et s'étend dans la cavité 18, depuis la paroi 12 jusqu'à une hauteur prédéterminée. Son bord 9 intérieur 26a est reliée à la portion 12x et sépare les perforations 20' du reste de cette portion 12x, et son bord extérieur 26b est situé à une distance prédéterminée du couvercle 24 de façon à ce que les ondes acoustiques puissent passer entre le bord 26b et le couvercle 24. 5 Le pavillon 26 est ici incliné de façon à ce que son bord intérieur 26a soit situé à la distance L5 de la cloison 16 le long de laquelle s'étend la zone perforée, et que son bord extérieur 26b soit situé à une distance L6 de cette même cloison 16, L6 étant inférieure à L5. Le pavillon 26 permet d'atténuer les fréquences très basses avec 10 des résonateurs de Helmholtz relativement minces. Il permet de doubler la surface perforée en conservant une fréquence d'accord donnée au prix d'une réduction conséquente de la largeur de bande fréquentielle d'atténuation. Enfin, la figure 8 représente une autre variante de réalisation du 15 panneau 10 et plus exactement d'une cavité de ce panneau. Contrairement aux précédentes variantes, la totalité de la portion 12x de chaque cavité 22 est perforée. Par ailleurs, un tube 28 est logé dans la cavité 22 et s'étend au droit de chaque perforation 20". L'extrémité radialement interne de chaque tube est fixée à la surface 12b de la paroi 12, et son extrémité 20 radialement externe est libre et située à une distance prédéterminée du couvercle 24 de la cavité. Les tubes 28 prolongent les perforations 20" et forment avec eux les cols des résonateurs. Les tubes 28 sont droits dans l'exemple représenté mais pourraient être coudés ou à forme complexe par exemple en serpentin. 25 Le nombre et la disposition des tubes 28, ainsi que leurs dimensions, sont déterminés en fonction des fréquences d'atténuation souhaitées. On comprend que les panneaux 10 peuvent intégrer l'une ou l'autre des technologies de résonateur représentées à la figure 3. Les modes de réalisation des figures 1, 2, et 4 à 6 représentent une première technologie 30 de résonateur illustrée à gauche à la figure 3 et dans laquelle le chemin d'onde dans la cavité résonante s'étend principalement dans une direction 10 parallèle à la paroi 12 et donc perpendiculaire aux perforations 20, 20'. La cavité 18 a alors une dimension mesurée perpendiculairement à la paroi 12 qui est inférieure à au moins une des dimensions de la cavité 18 mesurées parallèlement à cette paroi. Le mode de réalisation de la figure 8 5 représente une seconde technologie de résonateur illustrée à droite à la figure 3 et dans laquelle le chemin d'onde dans le col et la cavité résonante s'étend principalement dans une direction perpendiculaire à la paroi 12 et donc parallèle aux perforations 20". La fréquence d'accord d'un résonateur de Helmholtz peut être 10 approximée par la formule suivante Fréq. d'accord = avec C célérité du son (mis) S section du col (11,2) 15 V volume du résonateur (m3) l' longueur de col corrigée (m) ou I' = I + 8 avec I longueur géométrique de col(m) 20 5 correction de col f: a = 1.7r (1- 0.71a) pour des résonateurs juxtaposés r rayon d'un orifice (m) taux do perforation Dans cette formule, la section de col S revient à la section précitée de l'ensemble des perforations 20 ou de l'ensemble des tubes 28, le volume du résonateur V revient au volume d'une cavité 18, et la longueur 25 de col I ou l' revient à l'épaisseur de la paroi 12 dans le cas des premiers modes de réalisation, et à l'addition de l'épaisseur de la paroi 12 et de la longueur des tubes 28 dans le cas du dernier mode de réalisation. Le taux de perforation G est le rapport entre la surface ouverte et la surface fermée de la zone rectangulaire contenant les perforations 20. 30 Dans les exemples de réalisation décrits dans ce qui précède, la hauteur H1 des cavités 18 est de préférence comprise entre 10 et 50mm, et 11 par exemple entre 20 et 30mm. Le panneau 10 peut avoir un diamètre supérieur ou égal à 2m. La longueur L2 est comprise entre 60 et 100mm et de préférence entre 70 et 90mm. La largeur L3 est comprise entre 30 et 60mm et de préférence entre 40 et 50mm. Les perforations ont un diamètre 5 inférieur ou égale à 3mm, et par exemple compris entre 1 et 2mm. Le taux d'ouverture pour les modes de réalisation des figures 1-2, et 4 à 7 est par exemple compris entre 4 et 15%, et de préférence entre 6 et 12%. La largeur L1 est comprise entre 10 et 20mm par exemple. Dans le dernier mode de réalisation, les tubes 28 ont une hauteur inférieure ou égale à 10 20mm. Les cavités 18 sont avantageusement configurées pour atténuer des ondes acoustiques à une fréquence comprise entre 600 et 800 Hz, et par exemple 700 Hz. Dans les modes de réalisation décrits dans ce qui précède, les 15 conduites 22 ont une forme générale annulaire. En variante, la ou les conduite(s) pourrai(en)t avoir une forme hélicoïdale s'étendant autour de l'axe A. Dans ce cas, les partitions axiales des cavités 18 suivront toujours la conduite 22, comme précédemment, et les cloisons radiales 16 seront perpendiculaires à ces dernières, les zone perforées de la paroi 12 20 évolueront alors aussi suivant une hélicoïde. L'invention apporte une solution au réel besoin de trouver un moyen d'intégrer les fonctions échangeur air/huile et traitement acoustique dans un même équipement pour ne plus avoir de compétition entre les deux besoins sur une zone d'installation. Elle permet notamment : 25 Bien que dans la description qui précède l'invention s'applique en particulier à une turbomachine d'aéronef, celle s'applique REVENDICATIONS1. Panneau (10) d'échange thermique et de réduction de bruit pour une turbomachine, en particulier d'aéronef, le panneau comprenant : - une paroi (12) comportant une première surface (12a) destinée à être balayée par un flux d'air, - des cloisons (14, 16) disposées sur une seconde surface (12b) opposée de ladite paroi et définissant des cavités (18) formant des résonateurs de Helmholtz, ladite paroi comportant des perforations (20, 20', 20") débouchant dans ces cavités et formant des cols ou portions de cols desdits résonateurs de Helmholtz, et - des conduites (22) de circulation d'huile destinées à évacuer de l'énergie calorifique apportée par l'huile, caractérisé en ce que ladite première surface (12a) est libre et dépourvue d'ailettes et en ce que lesdites conduites (22) s'étendent au moins en partie dans lesdites cavités (18). 2. Panneau (10) selon la revendication 1, dans lequel les cavités (18) ont chacune une forme générale aplanie et s'étendent chacune dans un plan sensiblement parallèle à la paroi (12). 3. Panneau (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chacune desdites cavités (18) est délimitée par une portion (12x) de ladite paroi (12) dont une partie seulement est perforée. 4. Panneau (10) selon la revendication 3, dans lequel ladite portion de paroi (12x) a une forme générale rectangulaire et comprend une bande perforée qui s'étend parallèlement et le long d'un grand côté ou d'un petit côté de cette portion. 5. Panneau (10) selon la revendication 4, dans lequel chacune desdites canalisations (22) s'étend le long d'un grand côté ou d'un petit côté de ladite portion de paroi (12x). 6. Panneau (10) selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel un pavillon (26) est logé dans chacune desdites cavités (18) et s'étend 13 depuis ladite portion de paroi (12x) jusqu'à une hauteur prédéterminée dans la cavité (18), ce pavillon séparant la partie perforée du reste de cette portion. 7. Panneau (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chacune 5 desdites cavités (18) est délimitée par une portion (12x) de ladite paroi (12) qui est entièrement perforée, chacune des perforations (20") débouchant respectivement dans un tube (28) s'étendant dans la cavité et formant avec les perforations les cols des résonateurs. 8. Panneau (10) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel il a 10 une forme générale cylindrique, éventuellement sectorisé, lesdites conduites (22) étant annulaires ou hélicoïdales et s'étendant autour d'un axe (A) de révolution du panneau (12), et des rangées annulaires de cavités (18) s'étendant autour de cet axe de révolution, chaque rangée de cavités étant disposée entre deux conduites adjacentes. 15 9. Panneau (10) selon la revendication 8, dans lequel des premières cloisons axiales (16) sont parallèles audit axe de révolution (A) et sont disposées sur ladite seconde surface (12b) en chevauchant lesdites conduites (22), et des secondes cloisons annulaires (14) s'étendent autour dudit axe de révolution et sont disposées sur lesdites conduites de 20 façon à ce qu'une moitié de chaque conduite soit disposée dans une rangée de cavités (18) et que l'autre moitié de chaque conduite soit disposée dans une rangée adjacente de cavités 10. Turbomachine, en particulier d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un panneau (10) selon l'une des revendications 25 précédentes.