Brevet FR3085783A1 — publié le 20200313

Panneau de traitement acoustique pour turboréacteur Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un panneau de traitement acoustique pour l'absorption d'ondes sonores, et plus particulièrement une cellule d'absorption acoustique d'un panneau de traitement acoustique pour l'absorption d'ondes sonores à basses et moyennes fréquences. Les cellules d'absorption acoustique sont destinées à réduire les bruits indésirables. Cette réduction est faite pour diverses raisons, par exemple pour protéger l'oreille humaine contre les dommages ou pour réduire l'impact du bruit. Dans les équipements et pièces techniques, une protection acoustique peut être nécessaire pour les protéger des dommages (fatigue sonore). La fatigue sonore peut se produire, par exemple, sur les volets d'atterrissage des avions à proximité des moteurs, ou sur les composants de charge utile des systèmes de lancement spatial, en raison du bruit important généré lors du lancement. Classiquement, la réduction du bruit d'un turboréacteur, et plus précisément celui rayonné par l'interaction entre les rotors et leurs environnements, est réalisée à l'aide de panneaux absorbants disposés au niveau des surfaces mouillées des conduits dans lesquels se propagent les ondes sonores. On entend par surfaces mouillées, les surfaces en contact avec un écoulement fluide. Ces panneaux sont des matériaux composites de type sandwich emprisonnant un nid d'abeille, dont les propriétés absorbantes sont en partie obtenues grâce au principe des résonateurs de Helmholtz formés par les alvéoles du nid d'abeille formant des cellules d'absorption acoustique. Un résonateur de Helmholtz est constitué d'une cavité résonante et d'un ou plusieurs col(s) s'étendant à l'intérieur de la cavité chacun depuis un orifice formé dans une paroi et permettant à la cavité résonante de communiquer avec le milieu environnant dans lequel se propagent les ondes à atténuer. Le col assure ainsi la communication entre le milieu ambiant et la cavité d'air interne. Une fois le dispositif optimisé, le col assure un effet de dissipation visco-thermique, qui correspond à un mouvement rapide et alterné des ondes sonores au travers des cols provoquant de la dissipation par frottement. 2 Dans les technologies de traitement classique, la longueur du col est faible devant la hauteur de la cavité. Plus précisément, dans les technologies classiques, la longueur du col est égale à l'épaisseur d'une paroi en tôle composite (carbone + résine) qui constitue la surface 5 mouillée du traitement, car le col est obtenu par simple perforation de cette paroi. On optimise le fonctionnement du résonateur de Helmholtz en dimensionnant la cavité d'air de façon à obtenir le maximum de vitesse acoustique au niveau du col. Cette optimisation impose des hauteurs de cavité de l'ordre du quart de la longueur d'onde de la fréquence principale 10 à traiter. Ce qui représente pour une onde sonore à une fréquence de 100 Hz dans l'air amblent ayant donc une longueur d'onde de 3,4 m, une hauteur de cavité nécessaire de : A 3.4 =4 = "sin Elle offre par ailleurs des propriétés très intéressantes quant à l'importante largeur de bande fréquentielle couverte. 15 Cependant, les tendances actuelles pour l'optimisation des systèmes de propulsion sont orientées vers la diminution des nombres d'aubes et la réduction de la vitesse de rotation des ensembles tournants tel que le fan. Il en résulte un abaissement des fréquences du rayonnement acoustique. 20 L'optimisation des panneaux de traitement nécessite alors l'augmentation de leur épaisseur pour pouvoir augmenter la hauteur de la cavité et ainsi diminuer la fréquence d'accord des cavités résonantes des panneaux. Cela rend les panneaux incompatibles avec les contraintes de masse et d'encombrement associées aux nouvelles architectures de type 25 UHBR (Ultra High Bypass Ratio), c'est-à-dire à très fort taux de dilution. En effet, avec des tailles de nacelles dites minces et une signature acoustique démarrant à des fréquences particulièrement basses, les turboréacteurs à très fort taux de dilution nécessitent l'utilisation de revêtements acoustiques spécifiques. Plus précisément, en complément 30 des structures absorbantes classiques traitant les moyennes et hautes fréquences, il y a un besoin de traitement acoustique pouvant atténuer efficacement les fréquences basses de l'ordre de 500 à 800 Hz avec des panneaux de traitement acoustique présentant un encombrement réduit. Il est toujours possible de dimensionner le résonateur de 35 Helmholtz de sorte qu'il soit efficace sur des fréquences plus basses, pour 3 un encombrement radial réduit, par exemple, en jouant à la fois sur la hauteur du col et sur le volume de la cavité résonante. La contrepartie, pour ce type de dimensionnement sous contrainte d'un encombrement réduit donné, est que la bande de 5 fréquence sur laquelle agit le traitement de manière optimale se trouve drastiquement réduite lorsque la fréquence diminue. Cette restriction concernant la largeur de bande fréquentielle d'atténuation est très pénalisante, car la variation du régime de la soufflante selon les phases de vol et la masse de l'avion engendre des 10 évolutions importantes de sa fréquence d'émission sonore. De ce fait, le traitement dimensionné de cette façon ne sera efficace que pour une plage de régime extrêmement étroite. Une solution connue pour atténuer des fréquences très basses avec des résonateurs relativement minces est d'insérer un large pavillon 15 de forme conique ou hyperbolique dans une cavité ajustée aux dimensions de ce pavillon, l'objectif étant ici d'accroitre la distance parcourue par l'onde sonore dans la cavité résonnante. Une application aéronautique des cellules d'absorption acoustique nécessite de réaliser un tel pavillon avec une épaisseur de 20 paroi de pavillon très mince de l'ordre de 0,1 à 0,2 mm. Cependant, les niveaux d'excitation acoustique importants, de l'ordre de 140 à 150 dB, et les vibrations mécaniques potentielles engendrées par le moteur, ne permettent pas à un pavillon ayant des parois d'une telle épaisseur de rester suffisamment rigide pour conserver sa géométrie et fonctionner de 25 manière optimale. Objet et résumé de l'invention L'invention vise à fournir une cellule d'absorption acoustique pour l'absorption d'ondes sonores à basses fréquences de hauteur de 30 cavité réduite et avec un pavillon suffisamment rigide pour conserver sa géométrie malgré les vibrations mécaniques et l'excitation acoustique. Un objet de 'Invention propose une cellule d'absorption acoustique comprenant une paroi de fond s'étendant dans un plan orthogonal à une direction axiale, une enceinte comportant une première 35 extrémité axiale solidaire de la paroi de fond, et un pavillon acoustique s'étendant à l'intérieur de l'enceinte entre un premier orifice du pavillon et 4 un second orifice du pavillon plus petit que ledit premier orifice, le pavillon étant solidaire d'une seconde extrémité axiale de l'enceinte opposée à la première extrémité axiale, et les premier et second orifices du pavillon s'étendant chacun dans un plan orthogonal à la direction axiale. 5 Selon une caractéristique générale de l'invention, le pavillon comprend au moins une patte de maintien s'étendant en saillie du pavillon à l'intérieur de l'enceinte et fixée à la paroi de fond ou à l'enceinte. Dans un premier aspect de la cellule d'absorption acoustique, la 10 cellule peut comprendre en outre une surface poreuse fixée à la seconde extrémité axiale de ladite enceinte et couvrant le premier orifice du pavillon pour constituer un conduit permettant un écoulement non perturbé d'un flux d'air le long de la surface à l'extérieur de la cellule d'absorption acoustique. 15 Dans un deuxième aspect de la cellule d'absorption acoustique, le premier orifice et le second orifice du pavillon peuvent posséder une forme circulaire ou polygonale en fonction de la plage de fréquence d'absorption acoustique souhaitée. Dans un troisième aspect de la cellule d'absorption acoustique, 20 l'enceinte et le pavillon peuvent être en tissu synthétique imprégné de résine ou en feuille d'aluminium, et avoir une épaisseur de l'ordre du dixième de millimètre pour minimiser la masse de la cellule. L'utilisation de tels matériau avec une telle épaisseur permet de réduire grandement le poids de la cellule d'absorption acoustique. 25 Dans un quatrième aspect de la cellule d'absorption acoustique, le pavillon peut comprendre un col tubulaire avec une section correspondant au second orifice du pavillon, et une portion hyperbolique s'étendant entre le premier orifice et le col, le col comprenant au moins deux pattes de maintien fixées à une extrémité libre du col et à la paroi de 30 fond de la cellule acoustique, les pattes de maintien étant espacées les unes des autres pour définir des intervalles libres. Une telle configuration de pavillon particulièrement étroite et allongée grâce à la présence d'un col tubulaire permet de fournir une cellule d'absorption traitant les basses fréquences sur une plage 35 fréquentielle relativement large tout en ayant une hauteur de cellule 5 correspondant aux cellules d'absorption classiquement autorisée pour les panneaux de traitement acoustique d'aéronef. Un autre objet de l'invention propose un panneau de traitement acoustique destiné à être disposé sur au moins une paroi d'un aéronef en 5 contact avec un écoulement fluidique, le panneau comprenant une pluralité de cellules d'absorption acoustique telle que définie ci-dessus. Encore un autre objet de l'invention propose un turboréacteur comprenant au moins un panneau de traitement acoustique tel que défini ci-dessus. 10 Un autre objet de l'invention propose un aéronef comprenant au moins un turboréacteur tel que défini ci-dessus. Brève description des dessins. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à 15 titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 présente une vue en section d'un turboréacteur selon un mode de réalisation de l'invention, dans un plan longitudinal du turboréacteur ; 20 - la figure 2 illustre une vue partielle en perspective d'un panneau de traitement acoustique selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3 et 4 présentent schématiquement une vue en perspective et une vue en coupe d'une cellule d'absorption acoustique 25 selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 présente schématiquement une vue en coupe d'une cellule d'absorption acoustique selon un second mode de réalisation de l'invention. 30 Description détaillée de modes de réalisation Sur la figure 1 est représentée une vue en section d'un turboréacteur 1 selon un mode de réalisation de l'invention, dans un plan longitudinal du turboréacteur 1. Le turboréacteur 1 comprend une nacelle 2, un carter 35 intermédiaire 3 et un carter interne 4. La nacelle 2 et les deux carters 3 et 4 sont coaxiaux. La nacelle 2 définit à une première extrémité un canal 6 d'entrée 5 d'un écoulement de fluide et à une seconde extrémité, opposée à la première extrémité, un canal d'échappement 6 d'un écoulement de fluide. La nacelle 2 et le carter intermédiaire 3 délimitent entre eux une veine primaire 7 d'écoulement de fluide. Le carte intermédiaire 3 et le 5 carter interne 4 délimitent entre eux une veine secondaire 8 d'écoulement de fluide. La veine primaire 7 et la veine secondaire 8 sont disposés selon une direction axiale du turboréacteur entre le canal d'entrée 5 et le canal d'échappement 6. Le turboréacteur 1 comprend en outre une soufflante 9 10 configurée pour délivrer un flux d'air F comme écoulement fluidique, le flux d'air F étant divisé en sortie de la soufflante en un flux primaire Fp circulant dans la veine primaire 7 et en un flux secondaire Fs circulant dans la veine secondaire 8. Le turboréacteur 1 comprend en outre au moins un panneau de 15 traitement acoustique 10 configuré pour atténuer les ondes acoustiques émises par le turboréacteur avant que ces ondes ne s'échappent à l'extérieure, radialement, de la nacelle 2 du turboréacteur 1. Chaque panneau de traitement acoustique 10 est configuré pour atténuer des ondes acoustiques dont la fréquence appartient à une 20 plage de fréquences prédéterminée. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, les panneaux 10 de traitement acoustique sont intégrés à la nacelle 2, au carter intermédiaire 3 et au carter interne 4. Sur le carter interne 4, les panneaux 10 de traitement acoustique sont intégrés, d'une part, sur la portion en amont du carter intermédiaire 3 selon la direction 25 axiale et notamment sur la portion portant la soufflante 9, et, d'autre part, sur une portion en aval du carter intermédiaire 3. Sur la figure 2 est représentée une vue partielle en perspective d'un panneau de traitement acoustique 10 selon un mode de réalisation de l'invention. 30 En référence à la figure 2, le panneau de traitement acoustique 10 comporte un coeur 12, une couche réfléchissante 14 et une couche d'entrée 16. Le coeur 12 présente une structure en nid d'abeille. Plus précisément, le coeur 12 comporte une pluralité de cellules acoustiques 35 18, ou alvéoles, agencées selon une structure en nid d'abeille connue. 7 Chaque alvéole 18 débouche sur une première face 121 du coeur 12 et sur une deuxième face 122 du coeur 18 située à l'opposé de la première face 121. La première face 121 du coeur 12 est destinée à être orientée 5 vers la veine d'air, primaire 7 ou secondaire 8 selon l'emplacement du panneau de traitement acoustique 10. La deuxième face 122 du coeur 12 est destinée à être orientée à l'opposé de la veine d'air. Selon le mode de réalisation, le coeur 12 peut être réalisé en métal, ou dans un matériau composite, tel qu'un matériau composite 10 formé de fibres de carbone noyées dans une matrice de résine durcie. La couche réfléchissante 14 est adaptée pour réfléchir des ondes acoustiques présentant une fréquence appartenant à la plage de fréquences prédéterminée. La couche réfléchissante 14 s'étend en regard de la deuxième 15 face 122 du coeur 12, en étant au contact de la deuxième face 122. Plus précisément, la couche réfléchissante 14 est solidaire de la deuxième face 122 du coeur 12, par exemple collée à la deuxième face 122 du coeur 12. Selon le mode de réalisation, la couche réfléchissante 14 peut être réalisée en métal ou dans un matériau composite, tel qu'un matériau 20 composite formé de fibres de carbone noyées dans une matrice de résine durcie. Dans une variante, la couche formant le fond des alvéoles 18 peut être non réfléchissante. La couche d'entrée 16 s'étend en regard de la première face 121 du coeur 12, en étant au contact de la première face 121. Plus 25 précisément, la couche d'entrée 16 est solidaire de la première face 121 du coeur 12, par exemple collée à la première face 121 du coeur 12. La couche d'entrée 16 est une plaque monobloc perforée comprenant une pluralité d'orifices 20 traversant la couche d'entrée 16 depuis la première face 161 jusqu'à la seconde face 162 de la couche 30 d'entrée 16. Chaque orifice 20 débouche sur une alvéole 18 du coeur 12, plusieurs orifices 20 pouvant déboucher sur une même alvéole 18. Sur les figures 3 et 4 sont représentées schématiquement une vue en perspective et une vue en coupe d'une cellule d'absorption acoustique selon un mode de réalisation de l'invention. 35 Chaque alvéole 18 du coeur 12 du panneau de traitement acoustique 10 comprend un paroi de fond 180 formée à partir de la 8 couche réfléchissante 14 et six parois 182 latérales de forme rectangulaire constituées de matériau d'épaisseurs de 1 à 2 dixièmes de millimètre au maximum. Les six parois latérales 182 s'étendent en saillie depuis la paroi de fond 180 dans une direction orthogonale au plan dans lequel s'étend la 5 paroi de fond. Les six parois latérales 182 sont agencées ensemble pour former une enceinte tubulaire 185 à base hexagonale définissant une direction axiale DA confondue avec l'axe de révolution de l'enceinte 185 et une direction radiale DR dans laquelle s'étend la paroi de fond. L'enceinte 185 comprend, dans la direction axiale DA, une première extrémité 1850 10 axiale solidaire de la paroi de fond 180 et une seconde extrémité 1855 axiale solidaire de la plaque poreuse formant la couche d'entrée 16. A l'intérieur de son enceinte 185, chaque alvéole 18 comprend un pavillon 30 comportant, un premier orifice 31 d'entrée, un second orifice 32 de sortie, une portion pyramidale 33 creuse à base hexagonale 15 et un col 34. Le premier orifice 31 possède une section plus grande que la section du second orifice 32, les orifices 31 et 32 s'étendant dans un plan radial comprenant la direction radiale DR, et donc parallèle au plan dans lequel s'étend la paroi de fond. Le premier orifice 31 s'étend plus particulièrement dans un plan comprenant la seconde extrémité 1855 20 axiale de l'enceinte 185. Le col 34 possède une forme tubulaire à base hexagonale avec, tout le long du col, un orifice correspondant au second orifice 32. La portion pyramidale 33 du pavillon est comprise entre le premier orifice 31 et le col 34, et l'espace interne de la portion pyramidale 33 communique 25 de manière fluidique avec l'espace interne du col 34. La portion pyramidale 33 comprend, dans la direction axiale DA, une première extrémité 331 ayant pour section le premier orifice 31 et une seconde extrémité 332 ayant pour section une section correspondant à celle du second orifice 32. Le pavillon 34 comporte, dans la direction axiale DA, une 30 première extrémité 341 solidaire de la seconde extrémité 332 de la portion pyramidale, et une seconde extrémité 342 disposée en regard de la paroi de fond 180. Le pavillon 30 est fixée au reste de l'alvéole 18 à deux hauteurs différentes dans la direction axiale DA. La première extrémité 331 de la 35 portion pyramidale 33 est fixée à la seconde extrémité 1855 axiale de l'enceinte 185, et, dans le mode de réalisation illustrée sur les figures 3 et 9 4, la seconde extrémité 342 du col 34 est fixée à la paroi de fond 180 via des languettes de maintien 35 s'étendant dans la direction axiale DA. Sur la figure 5 est représenté schématiquement une vue en coupe d'une cellule d'absorption acoustique selon un second mode de 5 réalisation de l'invention. Dans cette variante de mode de réalisation, le pavillon 30 est fixé à l'alvéole 18 à l'aide d'une fixation de la première extrémité 331 de la portion pyramidale 33 à la seconde extrémité 1855 axiale de l'enceinte 185, et d'une fixation du col 34 à l'enceinte 185 via une pluralité de languettes 35' s'étendant dans la direction radiale DR. Sur 10 l'exemple illustré sur la figure 5, les languettes 35' radiales s'étendent dans la direction radiale DR depuis la seconde extrémité 342 du col 34. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, chaque pavillon 30 inséré dans une cavité 18 est tenu par un collage à ses deux extrémités axiales, c'est-à-dire à la première axiale 331 de la portion 15 pyramidale 33 et à la seconde extrémité 342 du col 34. Le choix du nombre de languettes 35, ou pattes, comme leur largeur dépend de la tenue mécanique de la structure souhaitée, de la géométrie du pavillon et/ou des propriétés mécaniques des matériaux employés. 20 La modification de l'environnement du second orifice 32 de sortie du pavillon 30 influe sur le fonctionnement de l'alvéole acoustique 18. Elle doit être prise en compte dans le processus d'optimisation acoustique. En effet, l'adjonction des languettes 35 diminue la section de passage des ondes dans la zone concernée. Il a été noté que pour 25 compenser cette modification, il faut : - par rapport à un pavillon dépourvu de languettes de maintien 35 à la seconde extrémité 342 du col 34, augmenter la distance entre la seconde extrémité de col 342 et la paroi de fond 180 de la cellule acoustique 18 en diminuant la longueur 30 du col 34 dans la direction axiale DA, la hauteur dans la direction axiale DA du coeur 12 étant figée sur la base de l'encombrement maximale disponible, et - adapter la géométrie du pavillon en procédant à une légère diminution de sa section à la seconde extrémité 332 de la 35 portion pyramidale 33 pour conserver la fréquence d'accord de l'alvéole 18 étant donné que le col 34 est plus court. 10 Dans des variantes de réalisation, les formes de pavillon 30 et de col 34 peuvent adaptées à la forme de la cellule acoustique 18 retenue. Diverses formes de pavillon peuvent donc être envisagées comme par exemple des formes cylindriques, rectangulaires, carrées, ovoïdes. 5 L'invention permet entre autre d'industrialiser le concept de résonateur à cône pour une application aéronautique en assurant la tenue mécanique et la performance acoustique par l'ajout REVENDICATIONS1. Cellule d'absorption acoustique (18) comprenant une paroi de fond (180) s'étendant dans un plan orthogonal à une direction axiale 5 (DA), une enceinte (185) comportant une première extrémité axiale (1850) solidaire de la paroi de fond (180), et un pavillon acoustique (30) s'étendant à l'intérieur de l'enceinte (185) entre un premier orifice (31) du pavillon (30) et un second orifice (32) du pavillon (30) plus petit que ledit premier orifice (31), le pavillon (30) étant solidaire d'une seconde 10 extrémité axiale (1855) de l'enceinte (185) opposée à la première extrémité axiale (1850), et les premier et second orifices (31, 32) du pavillon (30) s'étendant chacun dans un plan orthogonal à la direction axiale (DA), caractérisé en ce que le pavillon (30) comprend au moins 15 une patte de maintien (35, 35') s'étendant en saillie du pavillon (30) à l'intérieur de l'enceinte (185) et fixée à la paroi de fond (180) ou à l'enceinte (185). 2. Cellule d'absorption acoustique (18) selon la revendication 20 1, comprenant en outre une surface poreuse (16) fixée à la seconde extrémité axiale (1855) de ladite enceinte (185) et couvrant le premier orifice (31) du pavillon (30). 3. Cellule d'absorption acoustique (18) selon l'une des 25 revendications 1 ou 2, dans lequel le premier orifice (31) et le second orifice (32) du pavillon (30) possèdent une forme circulaire ou polygonale. 4. Cellule d'absorption acoustique (18) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'enceinte (185) et le pavillon (30) sont 30 en tissu synthétique imprégné de résine ou en feuille d'aluminium, et ont une épaisseur de l'ordre du dixième de millimètre. 5. Cellule d'absorption acoustique (18) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le pavillon comprend un col (34) 35 tubulaire avec une section correspondant au second orifice (32) du pavillon (30), et une portion hyperbolique (33) s'étendant entre le premier 12 orifice (31) et le col (34), le col (34) comprenant au moins deux pattes de maintien (35) fixées à une extrémité libre (342) du col (34) et à la paroi de fond (180) de la cellule acoustique (18), les pattes de maintien (35) étant espacées les unes des autres pour définir des intervalles libres. 6. Panneau (10) de traitement acoustique destiné à être disposé sur au moins une paroi d'un aéronef en contact avec un écoulement fluidique (F, Fp, Fs), le panneau (10) comprenant une pluralité de cellules d'absorption acoustique (18) selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Turboréacteur (1) destiné à être monté sur un aéronef, le turboréacteur (1) comprenant au moins un panneau de traitement acoustique (10) selon la revendication 6. 8. Aéronef comprenant au moins un turboréacteur (1) selon la revendication 7.