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CA 02425364 2003-04-15
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COUCHE ACOUSTICZUEMENT RESISTIVE MULTICOMPOSANT POUR
PANNEAU D'ATTENUATION ACOUSTIQUE ET PANNEAU AINSI OBTENU
La présente invention a trait à une couche acoustiquement résistive
constituée d'une pluralité de composantes superposées et liées et destinée à
constituer l'un des éléments d'un panneau d'atténuation acoustique,
notamment d'un panneau destiné à étre monté dans des parois de nacelles de
turboréacteurs d'aéronefs.
Dans la pratique, ce type de panneau intègre une âme alvéolaire, telle
qu'une structure en nid d'abeïlles flanquée, côté onde sonore incidente, d'une
couche d'amortissement acoustique et, du côté opposé, d'un réflecteur
arrière.
La couche d'amortissement acoustique est une structure poreuse à rôle
dissipatif, c'est-à-dire transformant partiellement l'énergie acoustique de
l'onde sonore la traversant en chaleur.
Cette structure poreuse peut être, par exemple, un tissu métallique ou
un tissu de fibres de carbone dont le tissage permet de remplir sa fonction
dissipatrice.
Ces panneaux acoustiques devant, par exemple dans le cas de
panneaux équipant des nacelles de turboréacteurs, également avoir des
propriétés structurales suffisantes pour notamment recevoir et transférer les
efforts aérodynamiques, inertiels et ceux liés à la maintenance de la nacelle,
vers les liaisons structurales nacelle / moteur, il est nécessaire de conférer
à la
couche d'amortissement acoustique des propriétés structurales.
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A cette fin on a déjà proposé de rëaliser une couche d'amortissement
acoustique à deux composantes superposées, l'une structurale et l'autre
poreuse et dissipatrice, la composante structurale étant, soit disposée entre
la
structure alvéolaire et la composante dissipatrice, comme illustré par le
brevet
GB 2 130 963, soit disposée au contact avec l'onde sonore incidente, comme
illustré par le document EP 0 91 1 803.
La présente invention vise à perfectionner ces types de couche
d'amortissement acoustïque en optimisant leur capacité de résistance aux
efforts sollicitant les panneaux équipés de telles couches résistives, à la
fois
axialement et radialement, efforts générés par l'écoulement aérodynamique, la
poussée du moteur et lors de l'inversion de poussée.
A cet effet, l'invention a pour objet une couche acoustiquement
résistive multicomposant, pour panneau d'atténuation acoustique du type
constitué d'une âme alvéolaire flanquée, côté onde sonore incidente, d'une
couche d'amortissement acoustique et, du côté opposé, d'un réflecteur
arrière, caractérisëe en ce qu'elle est constituée
- d'une première composante structurale en contact avec
l'écoulement aérodynamique et formée d'au moins une couche de
fibres liées par une résine appropriée et orientées selon la direction
de l'écoulement aérodynamique, ladite composante comportant un
taux de surface ouverte approprié ;
d'une composante dissipatrice disposëe contre la face de ladite
première composante opposée audit écoulement, formée d'un tissu
métallique ;
- et d'une seconde composante structurale formée d'au moins une
couche de fibres liées par une résine appropriée, orientées
orthogonalement à ladite direction d'écoulement aérodynamique,
ladite seconde composante structurale étant liée à ladite âme
alvéolaire et comportant un taux de surface ouverte approprié.
Suivant un mode de mise en oeuvre, les fibres de la première
composante structurale sont constituées de mèches ou nappes
unidirectionnelles par exemple de carbone ou de verre pré-imprégnées d'une
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résine thermoplastique, notamment une résine de la famille de
polyétheréthercétonès (PEEK) ou de la famille des polyétherimides (PEI).
Les fibres de !a seconde composante structurale peuvent être également
constituëes de mèches ou nappes unidirectionnelles, de carbone ou de verre,
pré-imprégnées d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable.
Suivant un autre mode de mise en a:uvre, les fibres de la première
composante structurale sont constituées d'un tissu par exemple de carbone ou
de verre, prë-imprégnées d'une résine de type PEI, les fils de trame ou de
chaîne dudit tissu étant orientés selon ladite direction de l'écoulement
aérodynamique.
Les fibres de la seconde composante structurale peuvent également être
constituées d'un tissu de carbone ou de verre, les fils de trame ou de chaîne
dudit tissu étant orientés orthogonalement à ladite direction de l'écoulement
aérodynamique.
Avantageusement, les première et seconde composantes structurales
présentent des ouvertures non-circulaires présentant chacune leur plus grande
dimension respectivement parallèlement à la direction de l'écoulement
aérodynamique et orthogonalement à cette dernière, lesdites ouvertures étant
de préférence rectangulaires.
Suivant encore un autre mode de réalisation, afin de renforcer la tenue à
l'effort de la première composante structurale une composante intermédiaire
est interposée entre la composante dissipatrice et la seconde composante
structurale, ladite composante intermédiaire comportant un taux de surface
ouverte approprié et étant formée d'au moins une couche de fibres par
exemple de carbone ou de verre liées par une résine de préférence
thermoplastique, lesdites fibres, étant orientées selon la direction de
l'écoulement aérodynamique.
La composante ïntermédiaire est constituée de mèches
unidirectionnelles ou d'un tissu dont les fils de trame ou de chaîne sont
orientés suivant ladite direction de l'écoulement aérodynamique.
De préférence, la composante intermédiaire est disposée de manière
identique à la première composante structurale acoustiquement parlant, c'est-
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à-dire avec un taux de surface ouverte identique et tes ouvertures de l'une
des
composantes en regard des ouvertures de l'autre.
La première composante structurale d'une telle couche acoustiquement
rësistive permet de reprendre les efforts générés par l'écoulement
aérodynamique, ainsi que ceux générés par le moteur, cependant que la
seconde composante structurale permet de reprendre les efforts orbitaux ou
radiaux.
En dissociant les éléments de reprise des efforts, on améliore la reprise
de chaque effort.
Par ailleurs, notamment dans le cas de la réalisation de la première
composante structurale avec des ouvertures reétangulaires longitudinalement
orientées selon la direction de l'écoulement aérodynamique, on obtient une
couche résistive particulièrement résistante à l'arrachement.
L'invention a également pour objet un panneau d'atténuation acoustique
incorporant une telle couche acoustiquement résistïve, notamment un panneau
d'entrée d'air de nacelle de réacteur, qu'if soit constitué de plusieurs
segments
ou secteurs, aboutés par éclissage, ou d'une seule partie comportant une
unique éclisse.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui
va suivre de modes de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, description
donnés à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur
lesquels
la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un panneau
d'atténuation acoustique muni d'une couche acoustiquement
résistive conforme à l'invention, et
- la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, illustrant une
variante de réalisation.
Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un panneau d'atténuation
acoustique par exempte un panneau d'entrée d'air de nacelle de réacteur,
constitué, à la manière connue, d'un sandwich formé d'une âme centrale 1 de
type alvéolaire, flanquée, côté écoulement aérodynamique, d'une couche
acoustiquement résistive 2 et, côté opposé, d'un réflecteur total 3.
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Conformément à l'inventïon, la couche acoustiquement résistive 2 est
constituée d'une première composante structurale 4 directement en contact
avec l'écoulement aérodynamique dont le sens est indiqué par fa flèche.
La première composante structurale 4 présente un taux de surface
5 ouverte approprié défini, dans le mode de réalisation illustré, par des
ouvertures rectangulaires 5 disposées en quinconce, alignées
longitudinalement suivant la direction de l'écoulement aérodynamique.
La composante 4 est constituée par exemple par une tôle en matériau
composite obtenue à partir de mèches ou nappes de fibres unidirectionnelles
pré-imprégnées d'une résine appropriée, lés fibres . étant orientées suivant
la
' direction de l'écoulement aérodynamique.
Les fibres sont choisies par exemple dans le groupe comprenant les
fibres de carbone, de verre, de Kevlar, les fibres aramides, les fibres de
carbone ou de verre étant utilisées préférentiellement.
9 5 La résine d'imprégnation est de préférence une résine thermoplastique
et notamment une résine de ia famille des polyétheréthercétones (PEEK) ou de
la famille des polyétherimides (PEI).
Les ouvertures 5 sont réalisées par découpe à la presse après
polymérisation de la résine d'ïmprégnation des fibres aux fins de
consolidation
du matériau composite.
La tôle composite perforée constituant la composante 4 s'étend sur
toute la surface à recouvrir du segment ou secteur de panneau à réaliser.
Plusieurs tôles identiques peuvent être superposées pour former la
composante 4.
Sous la première composante structurale 4 est disposée une
composante dissipatrice 6 constituée d'un tissu métallique ou "wiremesh",
tout particulièrement un tissu en acier inoxydable.
Entre le tissu métallique 6 et l'âme alvéolaire 1 est interposée une
seconde composante structurale 7 constituée, dans le mode de réalisation
représenté, de fibres unidirectionnelles orientées orthogonalement à la
direction de l'écoulement aérodynamique. Ces fibres peuvent étre du même
type que celles de la composante 4.
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Alors que la résine de la composante 4 est de préférence du type
thermoplastique assurant une bonne cohésion entre la composante 4 et le
tissu métallique 6, la résine de la composante 7 peut être une résine
thermodurcissable, telle qu'une résine époxyde, ce qui est suffisant pour
assurer l'adhérence entre la composante 7 et les autres constituants du
panneau, la composante 7 n'étant pas sollicitée par l'écoulement
aérodynamique. Une résine thermoplastique peut néanmoins être utilisée.
Le taux approprié de surface ouverte de la composante 7 peut être
obtenu, comme illustré, par des espacements réguliers 8 entre mèches ou
groupes de fibres 9, la réalisation de la composante étant obtenue par dépose
filamentaire.
L'adhésion entre les divers constituants 1, 2, 3 du sandwich est
obtenue par polymérisation de la ou des résines d'imprégnation, à la maniére
connue.
La composante 4 est en premier lieu mise en place sur un mandrin (non
représenté) à la forme du .panneau à réaliser, les ouvertures 5 étant
disposées
axialement audit mandrin.
Puis, le tissu métallique 6 est mis en place. Ensuite, les mèches ou
fibres 9 sont bobinées sur le mandrin.
Enfin, l'âme alvéolaire 1, ainsi que le réflecteur arrière 3, sont mis en
place, l'ensemble étant ensuite mis en étuve ou en autoclave à des fins de
polymérisation.
Sur un même mandrin, il est possible de réaliser simultanément les
divers segments ou secteurs constituant un panneau d'entrée d'air.
La première composante structurale 4 peut être en variante constituée
d'un tissu dont les fils de trame, ou de chaîne, sont orientés parallèlement à
la
direction de l'écoulement aérodynamique, fa tôle étant percée d'ouvertures,
après consolidation du matériau composite.
II est à noter que les ouvertures ménagées dans la tôle peuvent avoir
des dimensions variables et une forme quelconque, circulaire ou non-
circulaire.
La seconde composante structurale 7 peut ëtre en variante constituée
d'un tissu de fibres pré-imprégnées dont les fils de trame ou de chaîne sont
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orientées orthogonalement à la direction de l'écoulement aérodynamïque, le
tissu, après consolidation, étant percé d'ouvertures appropriées conférant à
la
composante le taux de surface ouverte approprié, les ouvertures pouvant avoir
des dimensions variables et une forme quelconque, circulaire ou non-
circulaire,
en rapport avec les ouvertures de la première composante 4.
La figure 2 illustre une variante de rëalisation du panneau de la figure 1,
selon laquelle entre le tissu mëtallique 6 et la seconde composante
structurale
7 est interposée une composante intermédiaire 10 de renfort de l'action de la
première composante structurale 4. A cet effet, la composante intermédiaire
7 0 1 Q comporte des fibres par exemple de carbone ou de verre orientées
parallèlement à la direction de l'écoulement ~ aérodynamique et comporte un
taux de surface ouverte en correspondance avec celui de la première
composante structurale 4.
De préférence, la résine d'imprégnation des fibres de la composante 10
est une résïne de type thermoplastique assurant une meilleure liaison avec le
tissu métallique 6.
La composante 10 peut être, comme illustré, identique à la composante
4, c'est-à-dire formée d'une ou plusieurs tôles composites comportant des
fibres unidirectionnelles ou tissées, percées d'ouvertures 11 analogues aux
ouvertures 5 et en regard de ces dernières.
La composante 10 peut bien entendu avoir une constitution différente
de celle représentée, en fonction notamment de celle de la composante 4.
II est à noter que l'âme alvéolaire 1 peufi être constituée de plusieurs
couches séparées par des septums.
