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Structure absorbante pour l'atténuation de bruits générés
notamment par un rotor et carénage comportant une telle
structure
La présente invention se rapporte au domaine technique
général du traitement acoustique pour réduire les nuisances
sonores émises par des rotors, moteurs ou autres. Un tel
traitement acoustique s'avère souvent indispensable dans le
domaine aéronautique et en particulier sur les hélicoptères.
La présente invention concerne plus particulièrement un
traitement acoustique d'une veine de rotor caréné anticouple
appelé également fenestron .
De façon générale, on trouve dans le spectre du bruit
généré par le rotor arrière anticouple caréné et par la
circulation d'air qui en résulte, des raies correspondant à des
sons purs dont la fréquence est liée à la vitesse de rotation du
rotor, au nombre de pales du rotor, à la configuration
géométrique du rotor et d'un redresseur, à la forme et à la
structure du carénage.
Tout rotor en rotation dans une veine, alimentée par un air
plus ou moins turbulent, va générer des ondes acoustiques qui
peuvent être organisées ou aléatoires.
Les ondes organisées constituent ce que l'on appelle
communément le bruit rotationnel, qui se caractérise dans le
spectre du bruit par des fréquences discrètes (raies)
correspondant aux fréquences de rotation des pales, de l'arbre
de transmission, de leurs sous harmoniques et harmoniques ou
à des fréquences modulées par un déphasage angulaire des
pales ou du régime de rotation.
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Les ondes aléatoires se caractérisent dans le spectre du
bruit par une forte densité spectrale sur une très large bande de
fréquences. Ces ondes aléatoires génèrent des bruits dits
larges bande .
Il est connu d'utiliser des structures absorbantes pour
réduire la propagation d'ondes acoustiques émises par des
dispositifs bruyants du genre rotors ou moteurs, comportant une
cloison rigide, une paroi poreuse et des moyens de séparation
pour disposer la paroi poreuse à une distance déterminée de la
cloison rigide, en délimitant des cavités entre ladite paroi
poreuse et ladite cloison rigide, dont la hauteur est déterminée
pour obtenir une absorption maximale d'une fréquence donnée
des ondes acoustiques émises.
On connaît ainsi des matériaux, dits quart d'onde ,
présentant des cavités d'une hauteur correspondant au quart de
la longueur d'onde de la fréquence de base qu'il convient
d'atténuer en priorité. Ces matériaux souffrent cependant d'un
certain nombre d'inconvénients.
En effet, dans un certain nombre d'applications et
notamment dans des applications se rapportant à des rotors
anticouples carénés d'hélicoptères, les ondes acoustiques
audibles émises, sont le plus souvent composées d'ondes
aléatoires et organisées, réparties dans une large bande de
fréquences, rendant les matériaux connus insuffisamment
performants pour atténuer efficacement, dans tout domaine de
vol, les ondes acoustiques ainsi composées. Il est nécessaire
par exemple de traiter des sons purs et leur harmoniques mais
également des sources de bruit fonctionnant sur une large plage
de variation de la vitesse comme c'est le cas pour les aéronefs
et fonctionnant sur une plage de températures allant de - 40 C
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à + 40 C. Les sources de bruits parasites qu'il convient de
traiter sont donc nombreuses et très diverses.
Le document US 6 114 652 décrit par exemple un procédé de
réalisation de chambres d'atténuation acoustique à l'aide d'une
structure à nids d'abeilles. Les cellules comportent au moins deux
couches absorbantes et poreuses dans lesquelles sont ménagées
des perforations par l'intermédiaire d'un laser. La matière
constitutive des couches est à base de polymères et est choisie
pour ses propriétés d'absorption de l'énergie selon une fréquence
de rayonnement donnée du laser. Les couches présentent ainsi des
perforations de diamètre différent, réparties différemment, pour
optimiser les propriétés d'absorption acoustique.
Ce document décrit une structure absorbante pour réduire la
propagation d'ondes acoustiques comportant une cloison rigide, au
moins une paroi poreuse et des moyens de séparation pour
disposer la paroi poreuse à une distance déterminée de la cloison
rigide, en délimitant des cavités d'une hauteur donnée entre ladite
paroi poreuse et ladite cloison rigide.
Les objets de la présente invention visent par conséquent
à proposer une nouvelle structure absorbante permettant
d'atténuer des sons purs ainsi que de présenter une forte
efficacité d'absorption des ondes acoustiques dans une large
bande de fréquences. La structure absorbante conforme à
l'invention permet ainsi de traiter des groupes de sons purs
et/ou des bruits dits large bande . On obtient ainsi une
réduction substantielle et audible des bruits parasites générés.
Un autre objet de la présente invention vise à proposer
une structure absorbante réalisant un revêtement acoustique
d'une part et constituant un élément structurel rigide d'autre
part. Ainsi, dans l'application se rapportant à des rotors
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anticouples carénés d'hélicoptères, la structure absorbante
constitue la veine de circulation d'air dudit rotors anticouple.
Un autre objet de la présente invention vise à proposer
une structure absorbante n'augmentant par de façon
significative le poids et/ou l'encombrement des éléments sur
lesquels ou dans lesquels elle est utilisée en remplacement
d'éléments métalliques en tôle simple ou de parois simples en
matériaux composites.
Les objets assignés à la présente invention sont atteints à
l'aide d'une structure absorbante pour réduire la propagation
d'ondes acoustiques émises par des dispositifs bruyants du genre
rotors ou moteurs, comportant une cloison rigide, au moins une
paroi poreuse et des moyens de séparation pour disposer la paroi
poreuse à une distance déterminée de la cloison rigide, en
délimitant des cavités d'une hauteur hl entre ladite paroi poreuse
et ladite cloison rigide, ladite hauteur hl étant déterminée pour
obtenir une absorption maximale d'une fréquence de base Fi
donnée, ladite structure comportant des moyens d'absorption complémentaires
pour obtenir une absorption maximale des ondes acoustiques émises à au moins
une fréquence de base supplémentaire Fi, i étant un nombre entier supérieur ou
égal à 2, caractérisée en ce que la paroi poreuse comporte au moins une
première
couche en grillage à mailles fines et au moins une seconde couche en feutre de
fibres.
Les moyens d'absorption complémentaires comportent en alternance avec
les cavités de hauteur hl, des cavités additionnelles de hauteur h3, ladite
hauteur
h3 étant inférieure à la hauteur hl. Ces cavités additionnelles de hauteur h3
sont
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4a
réalisées avec un dépôt d'un matériau absorbant sur la cloison rigide dans
certaines cavités de hauteur h1, par exemple dans une cavité sur deux.
L'association de ces deux couches permet d'obtenir d'une
part une porosité optimale et d'autre part un maintien mécanique
suffisant du feutre, grâce au grillage.
Les moyens d'absorption complémentaires, en
combinaison avec la paroi poreuse et les cavités permettent
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donc d'obtenir un coefficient d'absorption maximal, de 100 %,
pour au moins une fréquences de base Fi et Fi et un coefficient
d'absorption sensiblement de 80 % autour de ces fréquences
de base Fi et Fi, et ce sur une large de bande de fréquences
allant par exemple de 0,7.Fi à 1,3.Fi.
La structure absorbante conforme à l'invention présente
également l'avantage de présenter, outre une atténuation
maximale pour chaque fréquence de base Fi ou Fi, une
atténuation maximale pour des multiples des fréquences de
base correspondant à (2n+1).Fi, où n est un nombre entier
supérieur ou égal à 1.
A titre d'exemple, on peut obtenir une atténuation du bruit
de 100 % pour les fréquences centrales FI de 1000 Hz et
F2=2.F1 de 2000 Hz ainsi qu'une atténuation du bruit de 80 %
dans des plages de fréquences allant de préférence et
respectivement d'une valeur de deux tiers de chacune des
fréquences de base à une valeur de quatre tiers de chacune
desdites fréquences de base. L'atténuation totale d'une raie à
1000 Hz est donc accompagnée d'une atténuation d'environ 80
A des autres raies du spectre du bruit, représentatives du bruit
à des fréquences comprises entre 667 Hz et 1333 Hz et de
préférence comprises entre 700 Hz et 1300 Hz et à celles
comprises entre 1400 Hz et 2600 Hz.
Selon un exemple de réalisation conforme à l'invention,
les moyens d'absorption complémentaires comportent une paroi
poreuse complémentaire, disposée dans les cavités, à une
hauteur intermédiaire h2. Les hauteurs hl et h2 correspondent
par conséquent respectivement à l'atténuation des fréquences
respectives Fi et F2. Les cavités de hauteur hl et h2 sont ainsi
disposées en parallèle, diminuant de cette façon
l'encombrement en épaisseur de la structure absorbante par
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rapport à une disposition en série de deux cavités successives
de hauteur hl et h2.
Selon un autre exemple de réalisation conforme à
l'invention, les moyens d'absorption complémentaires sont
matérialisés par une inclinaison de la cloison rigide par rapport
à la paroi poreuse de manière à modifier en continu, selon au
moins une direction, la hauteur hl d'une cavité à une autre.
Une telle conception permet de favoriser le traitement du bruit
sur une large bande de fréquences. Il est donc intéressant
selon un autre exemple de réalisation conforme à l'invention,
d'associer ces moyens d'absorption complémentaires à des
moyens d'absorption complémentaires favorisant le traitement
du bruit à une ou plusieurs fréquences de base Fi.
Sans sortir du cadre de la présente invention, il est
envisageable dans certains cas de combiner différents modes de
réalisation décrits ci-dessus pour améliorer les performances de la
structure absorbante.
Selon un exemple de réalisation de la structure absorbante
conforme à l'invention, les cavités sont délimitées avec des
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cloisons montantes, s'étendant sensiblement orthogonalement à
partir de la cloison rigide jusqu'à une paroi poreuse.
Selon un exemple de réalisation de la structure absorbante
conforme à l'invention, le grillage et/ou le feutre sont de préférence
réalisés en matériaux métalliques ou composites.
Selon un exemple de réalisation de la structure absorbante
conforme à l'invention, la première couche et la seconde couche
sont assemblées par collage ou par soudage. Ces opérations, de
même que l'assemblage d'une paroi poreuse et de la cloison rigide
délimitant les cavités, sont facilement automatisables lors de la
fabrication de la structure absorbante.
Selon un exemple de réalisation de la structure absorbante
conforme à l'invention, la cloison rigide est de préférence en fibres
de verre. Il en est de même, de préférence, pour les cloisons
montantes. On obtient ainsi la rigidité, la solidité et la légèreté,
requises notamment dans le domaine des hélicoptères.
Les objets assignés à la présente invention sont également
atteints à l'aide d'une veine de rotor anticouple pour hélicoptères
constituée au moins en partie d'une structure absorbante telle que
présentée.
Les objets assignés à la présente invention sont également
atteints à l'aide d'un rotor anticouple caréné pour hélicoptères
comportant un carénage constitué au moins en partie d'une
structure absorbante telle que présentée.
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Les objets assignés à la présente invention sont également
atteints à l'aide d'un carénage pour des parties d'hélicoptères, ledit
carénage comportant une structure absorbante telle que présentée.
D'autres particularités et avantages de l'invention
apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit,
ainsi qu'à l'aide des dessins annexés donnés à titre purement
illustratif et non limitatif, parmi lesquels :
- la figure 1 illustre un exemple de réalisation d'une
structure absorbante connue et conforme à l'art antérieur;
- la figure 2 illustre un exemple de réalisation d'une
structure absorbante conforme à l'invention;
- la figure 3 illustre un autre exemple de réalisation d'une
structure absorbante conforme à la invention;
- la figure 4 illustre un autre exemple de réalisation d'une
structure absorbante conforme à la mention;
- la figure 5 illustre selon une vue schématique et en coupe
transversale, un rotor caréné d'hélicoptère agencé dans une
veine comportant une structure absorbante conforme à la
mention;
- la figure 6 illustre une vue de dessous de la vue
schématique de la figure 5 ;
- la figure 7 illustre une section transversale d'un rotor
caréné d'hélicoptère comportant une veine pourvue d'une
structure absorbante conforme à l'invention ainsi qu'un moyeu de
rotor comportant également une structure absorbante conforme à
la mention ;
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- La figure 8 est un diagramme représentant le coefficient
d'absorption du bruit en fonction de la fréquence, correspondant à
une structure absorbante conçue pour traiter les fréquences Fi et
F2=2.F1.
La structure absorbante conforme à l'invention, dont une
partie est illustrée à la figure 1, comporte une cloison rigide 1,
par exemple en fibres de verre, ainsi que des cloisons montantes
2 s'étendant sensiblement orthogonalement à partir de la cloison
rigide 1 pour délimiter des cavités 3. Les cloisons montantes 2,
par exemple en fibres de verre, s'étendent jusqu'à une paroi
poreuse 4 et constituent des moyens de séparation entre la
cloison rigide 1 et la paroi poreuse 4.
Les cavités 3 présentent une hauteur hl dont la valeur,
avec une bonne approximation, est proportionnelle à l'inverse de
la fréquence de base F qu'il convient d'absorber, et ce à une
température donnée T. Cette relation :
h = c.T1/2.1/F
où c est une constante, F étant la fréquence à absorber, est
connue en tant que telle.
La valeur h correspond sensiblement au quart ou à un
multiple du quart de la longueur d'onde de la fréquence F qu'il
convient d'absorber.
La paroi poreuse 4 comporte une première couche 4a en
grillage métallique à mailles fines ou très fines et une seconde
couche 4b en feutre de fibres métalliques. Le grillage et le feutre
peuvent également être réalisés en matériaux composites. Les
couches 4a et 4b sont par exemple assemblées par collage ou par
soudage.
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La figure 2 illustre un exemple de réalisation de la structure
absorbante conforme à l'invention. Cette dernière comporte une
seconde paroi poreuse 5 disposée entre la cloison rigide 1 et la
paroi poreuse 4. Chacune des cavités 3 est ainsi divisée en deux
par l'intermédiaire de la seconde paroi poreuse 5.
La paroi poreuse 5 est écartée de la cloison rigide 1 en
s'étendant à une hauteur h2 inférieure à hl. La hauteur h2 est
déterminée par la même relation que celle déterminant hl et
précisée ci-dessus.
La paroi poreuse 5 est de préférence identique ou similaire
à la paroi poreuse 4 et comporte une première couche 5a en
grillage métallique à mailles fines et une seconde 5b en feutre de
fibres métalliques.
Cette structure absorbante permet d'absorber deux
fréquences de base FI et F2, correspondant à deux raies
distinctes du spectre du bruit qu'il convient d'atténuer.
La figure 3 illustre un autre exemple de réalisation de la
structure absorbante conforme à l'invention. Dans cette
réalisation conforme à l'invention, les moyens d'absorption
complémentaires comportent des cavités additionnelles 7
présentant une hauteur h3, en alternance avec des cavités de
hauteur hl. La hauteur h3 est également déterminée par la
relation précisée ci-dessus.
Les cavités additionnelles 7 sont obtenues grâce à un dépôt
d'un matériau absorbant 7a sur la cloison rigide 1, dans certaines
cavités 3. A titre d'exemple, une cavité 3 sur deux peut ainsi être
transformée en cavité additionnelle 7 présentant une hauteur h3.
A titre de variante, on peut envisager également de transformer
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une cavité sur trois ou sur quatre en cavité additionnelle 7, par
exemple.
Les cavités 3 et les cavités additionnelles 7 permettent ainsi
d'absorber respectivement des ondes acoustiques de fréquences
distinctes F1 et F3 du spectre du bruit émis.
La figure 4 représente un autre exemple de réalisation de la
structure absorbante conforme à l'invention, dans lequel les
moyens d'absorption complémentaires sont obtenus par une
inclinaison de la cloison rigide 1 par rapport à la paroi poreuse 4.
Cela se traduit par des cloisons montantes 2 présentant une
hauteur différente hl(n) en passant d'une cloison montante 2 à la
suivante.
On obtient ainsi des cavités particulières 8 présentant une
cloison montante 2 de hauteur h1(n) et une cloison montante 2
voisine, de hauteur h1(n+1). La variation de hauteur d'une cloison
rigide à la suivante est bien entendu déterminée par l'inclinaison
de la cloison rigide 1. Une telle structure absorbante atténue par
conséquent un certain nombre de raies du spectre du bruit émis,
et plus préférentiellement une large bande de fréquences
correspondant à bruits dits de large bande .
La figure 5 schématise en coupe un exemple de réalisation
d'un rotor anticouple caréné d'hélicoptère. Le rotor anticouple
comporte un moyeu 10 entraînant des pales 11.
Des plaques de maintien 12 sont prévues pour d'une part
maintenir le moyeu 10 en position dans une veine 13 de
circulation d'air et d'autre part assurer un redressement de l'air
expulsé par ledit rotor. Ce redressement est obtenu par une
orientation particulière des plaques de maintien 12, par exemple
une orientation radiale 12a pour l'une 12a et une orientation
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quasi-radiale pour l'autre 12b des plaques de maintien 12,
représentées par exemple à la figure 6.
L'air aspiré par le rotor anticouple est matérialisé par les
flèches A. L'air aspiré pénètre dans la veine 13 de circulation
d'air par une entrée 13a de la veine 13, et est expulsé via une
sortie 13b de la veine 13.
L'entrée 13a et la sortie 13b de la veine 13 sont délimitées
par un carénage 15 du rotor. Ce carénage 15 est réalisé par
l'intermédiaire d'éléments de structure absorbante conforme à
l'invention ou par des éléments revêtus d'une structure
absorbante conforme à l'invention.
La veine 13 de circulation d'air comporte également un
étranglement 16 positionné autour de la trajectoire des extrémités
des pales 11.
Les plaques de maintien 12a, 12b sont par exemple
pourvues sur chacune de leurs faces d'une structure absorbante
conforme à l'invention. De préférence, l'ensemble des parties du
carénage 15 délimitant la veine 13 de circulation d'air comporte
un revêtement d'une structure absorbante conforme à l'invention.
A titre de variante, ces parties peuvent également être
réalisées directement avec des éléments de structure absorbante.
Ces derniers constituent ainsi des éléments rigides structuraux du
rotor anticouple.
La figure 7 illustre une vue en section transversale d'un
rotor anticouple caréné d'hélicoptère, dans lequel le moyeu 10
transmet aux pales 11 un mouvement de rotation par
l'intermédiaire d'un arbre de transmission 17. Le moyeu 10
comporte un carter 10a et un élément de couverture 10b revêtus
ou constitués d'une structure absorbante conforme à l'invention.
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La veine 13 de circulation d'air est délimitée notamment par
des lèvres d'entrée d'air 18 et par un cône de diffusion 19 revêtus
par ou constitués avec une structure absorbante conforme à
l'invention. L'ensemble de la veine 13 de circulation d'air est de
préférence traitée, à savoir revêtue ou constituée, avec la
structure absorbante conforme à l'invention.
Le rotor anticouple tel que représenté à la figure 7, peut
également fonctionner en mode inverse, dans lequel la circulation
d'air à travers la veine 13 s'effectue dans le sens inverse
matérialisé par les flèches R. La veine 13 de circulation d'air
conserve ses propriétés d'atténuation de bruit également en mode
inverse.
La figure 8 représente pour un exemple de réalisation d'une
structure absorbante conforme à l'invention, le coefficient
d'absorption CA en fonction de la fréquence F. Dans ce cas
particulier les fréquences de base F1 et F2=2.F1, de même que
les fréquences 3.F1, 5.F1 et 3.F2 sont atténuées à 100%.
D'autres harmoniques, également atténués à 100% ne sont pas
représentés pour des raisons de clarté. Une large bande de
fréquence d'environ +/- 30% des fréquences précitées est
également atténuée à au moins 80%. On obtient ainsi une
atténuation du bruit à au moins 80% pour des fréquences
comprises entre 2,1.F2 et 3,9.F2.
