Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
1
Procédé de fabrication d'un panneau d'atténuation acoustique, notamment
pour l'aéronautique
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un
panneau d'atténuation acoustique, notamment pour l'aéronautique.
On connaît de la technique antérieure les panneaux acoustiques à
âme en nid d'abeille, prise en sandwich entre une peau acoustique munie de
perforations et une peau de support.
La peau acoustique, fabriquée en général en matériau composite,
doit être polymérisée puis percée avant d'être assemblée sur l'âme en nid
d'abeille : un drapage à frais de cette peau sur l'âme n'est en effet pas
envisageable en raison du risque d'apparition de facettes provoquées par les
alvéoles de l'âme lors de la mise en pression de cette âme sur la peau
acoustique (phénomène de telegraphing ) ; de plus, un perçage de cette
peau postérieurement à sa polymérisation sur l'âme conduirait inévitablement à
l'endommagement de certaines parties de l'âme.
Il faut donc prévoir un outillage spécifique de formation de la peau
acoustique, ainsi qu'un cycle de fabrication particulier pour cette étape
préalable.
De plus la peau acoustique lors de la phase de collage avec l'âme
a des trous qui se trouvent bouchés par la colle ou la résine, réduisant la
surface efficace de traitement d'atténuation sonore.
La présente invention a notamment pour but de s'affranchir d'un tel
outillage et d'un tel cycle de fabrication spécifiques.
On atteint ce but de l'invention avec un procédé de fabrication d'un
panneau d'atténuation acoustique dans lequel on prend au moins un pain de
mousse, on enrobe au moins la face acoustique de ce pain de mousse d'un
matériau composite frais, et on réalise des perforations dans l'enrobage ainsi
réalisé.
Grâce à ce procédé, il n'est donc plus nécessaire de prévoir une
phase préalable, ni un outillage spécifique, de fabrication (polymérisation +
perçage) de la peau acoustique : c'est en fait le pain de mousse qui
constitue,
de par sa relative rigidité, l'outil de moulage de la peau acoustique, sans
risque
d'apparition de facettes (car le pain de mousse est plein, contrairement aux
alvéoles du nid d'abeilles).
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
2
Du fait de l'utilisation d'un pain de mousse comme matériau
d'atténuation acoustique, la réalisation de perforations dans le matériau
composite une fois qu'il est en place sur le pain de mousse est sans
conséquence sur les performances acoustiques du panneau : en effet, à
supposer qu'une partie de la mousse soit atteinte par ces perforations, il
n'est
nullement porté atteinte à la qualité d'absorption ni à l'intégrité du pain de
mousse, contrairement à ce qui pourrait arriver si l'on endommageait les
alvéoles d'une structure en nid d'abeilles.
On notera de plus que de par l'enrobage à frais de la face
acoustique du pain de mousse au moyen d'un matériau composite, une
migration de la résine dans l'épaisseur du pain de mousse peut avoir lieu, ce
qui permet une liaison intime de la peau acoustique avec le pain de mousse.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du procédé selon
l'invention :
- on procède par drapage à frais dudit matériau composite sur ledit
pain de mousse, c'est-à-dire que l'on :
A) drape à frais ledit matériau composite sur un moule de
forme complémentaire à celle de la face acoustique dudit
pain de mousse,
B) vient appliquer la face acoustique dudit pain de mousse sur
ce moule,
C) soumet le pain de mousse à une pression contre le moule,
D) polymérise ledit matériau composite,
E) perfore la face acoustique ainsi polymérisée ;
- préalablement à l'étape B), on drape également la face opposée
du pain de mousse, en prenant soin de faire déborder et de joindre les plis de
matériau composite appliqués sur les deux faces ;
- on utilise éventuellement des contre-moules pour assurer la
cohésion des plis de matériau composite sur les bords dudit pain de mousse ;
- on procède par surmoulage dudit matériau composite sur ledit
pain de mousse, c'est-à-dire que l'on :
A) place ledit pain de matériau composite entre les deux moitiés
d'un moule, en ménageant une espace notamment entre la
face acoustique dudit pain et l'une des deux moitiés de
moule,
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
3
B) injecte une résine thermoplastique ou thermodurcissable
éventuellement chargée dans l'espace défini par lesdits
demi-moules,
C) réalise lesdites perforations dans le matériau composite du
côté de la face acoustique du pain de mousse ;
- les deux demi-moules sont rigides ;
- lequel un demi-moule est rigide et l'autre demi-moule est formé
par une vessie apte à être mise sous vide ;
- on réalise lesdites perforations par moulage dudit matériau
composite, grâce à des picots formés sur l'un des demi-moules ou sur la face
acoustique du pain de mousse ;
- on réalise les perforations par perçage dudit matériau composite
polymérisé, après ouverture dudit moule ;
- on réalise ledit panneau acoustique au moyen de plusieurs pains
de mousse ;
- on prévoit des orifices traversants dans ledit pain de mousse, de
manière à permettre le coulage de renforts en matériau composite s'étendant
entre les deux faces du pain de mousse.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des
figures ci-annexées, dans lesquelles :
- les figures 1 à 6 représentent, en vue en coupe, différentes
étapes d'une première variante du procédé selon l'invention,
- les figures 7 à 16 représentent, en vue en coupe (à l'exception
des figures 12a et 12b, qui représentent une vue de dessus de
l'élément représenté à la figure 12), les différentes étapes d'une
deuxième variante du procédé selon l'invention, et
- les figures 17 à 21 représentent différentes options du procédé
selon l'invention, applicables tant à la première qu'à la deuxième
variante susmentionnées.
En se reportant à présente à la figure 1, on peut voir un pain de
mouse 1 se présentant sensiblement sous la forme d'une plaque de mousse
galbée.
La mousse dont il est question dans la présente invention est un
matériau relativement rigide présentant une structure ouverte, c'est-à-dire
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
4
présentant de nombreuses cellules communicantes, conformant à ce matériau
des caractéristiques d'absorption acoustique.
Cette mousse peut être formée à partir de matière métallique,
polymère, céramique ou composite disponible sur le marché.
Le tableau suivant donne différents exemples de mousses pouvant
être utilisées, en fonction notamment des contraintes thermiques auxquelles le
panneau sera soumis :
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
Exemples de mousses
Caractéristiques Nature des mousses
disponibles sur le marché
RECEMAT - commercialisé
Mousses résistant à des Mousses à base d'alliage nickel- par la société
RECEMAT
températures chrome - densité de'0;6"à'0,65 INTERNATIONAL, ou
relativement élevées g/cm3 mousses métalliques de la
(jusqu'à 600 C et au- société FiberNide
delà) Mousse de carbone - peut
résister au-delà de 600 C
Mousses à base d'aluminium -
Mousse résistant à des Mousses de la société CYMAT
densité de 0,2 à 0,4 g/cm3
températures
ROHACELL 510 -
relativement faibles Mousse en polymethacrylimide
commercialisé par la société
(jusqu'à 200 C) - densité de 0,05 g/cm3
EMKAY PLASTICS
Mousses à base de nickel -
conductivité pouvant atteindre
9W / mK pour une porosité
minimum de 90%
Mousses à base d'alliage
Mousses présentant une d'aluminium et de cuivre -
conductivité thermique conductivité pouvant atteindre
relativement élevée 10W / mK pour une porosité
minimum de 65%
Mousse de carbone -
conductivité pouvant atteindre
25W / mK pour une porosité
minimum de 78%
Mousse en céramique -
conductivité allant de 0,01 à 1 W
/ mK pour une densité allant de
Mousses présentant une
0,02 à 0,4 cm3
conductivité thermique
Mousse en polymethacrylimide
relativement faible ROHACELL 31
- conductivité de 0,031W /mK
commercialisé par la société
pour une densité de 0,032
EMKAY PLASTICS
cm3
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
6
Dans le cas choisi pour illustrer la présente invention, le pain de
mousse 1 est destiné à absorber les ondes acoustiques dans une zone d'une
nacelle de moteur d'aéronef, mais il va de soi que cet exemple n'est nullement
limitatif.
La face acoustique 3 du pain de mousse 1, c'est-à-dire la face de
ce pain de mousse qui est destinée à être exposée à la source sonore dont il
convient d'absorber l'énergie acoustique, est en l'espèce située vers le haut
de
la feuille de dessins ci-annexée.
Comme on peut le voir sur la figure 1, le pain de mousse 1
présente une forme spécifique pouvant incorporer notamment une ou plusieurs
cavités 5, rendant ce pain de mousse approprié à une installation particulière
à
l'intérieur d'une nacelle de moteur d'avion.
Selon une première variante du procédé selon l'invention, pour
fabriquer un panneau d'atténuation acoustique à partir du pain de mousse de la
figure 1, on procède comme suit.
Sur un outil 7 dont le galbe correspond à celui de la face
acoustique 3 du pain de mousse 1, on vient draper à frais un matériau
organique imprégné de résine.
Le matériau organique peut typiquement comprendre des fibres de
carbone, et la résine peut typiquement comprendre une résine époxy.
On vient ensuite plaquer le pain de mousse 1 contre ce matériau
drapé 9.
Sur la face 11 du pain de mousse opposée à la face acoustique 3,
on vient ensuite draper une ou plusieurs autres couches 13 de matériau
composite à frais (figure 4), de préférence de manière que les plis de
matériau
composite débordent du pain de mousse 1 et puissent se joindre dans les
zones périphériques 15, 17 de ce pain de mousse.
On vient ensuite appliquer, sur l'ensemble ainsi constitué, une
vessie 19 à l'intérieur de laquelle on crée le vide (figure 5) : ceci a pour
effet de
plaquer fermement les plis de matériau composite 9, 13 et le pain de mousse 1
les uns contre les autres.
Si nécessaire, comme cela est visible sur la figure 5, on peut
prévoir des contre-moules 21, 23 à la périphérie du pain de mousse 1, de
manière que la vessie de mise à vide 19 exerce un effort de pression suffisant
sur la zone de jointure 15, 17 des plis de matériau composite 9, 13.
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
7
L'ensemble ainsi obtenu est ensuite mis en autoclave et
polymérisé à une température convenant à la résinelutilisée.
Bien entendu, on peut aussi envisager l'utilisation d'une résine qui
ne nécessite pas de passage en autoclave et qui permet une polymérisation à
la température ambiante.
Après polymérisation ,des- plis, 9 et 13, on peut procéder aux
opérations de perçage de la peau. acoustique-formée par le pli 9 (figure 6).
Pour ce faire, on peut utiliser un outil de forage permettant de réaliser des
perforations dans tout ou partie de la peau .cacoustique '9;-.comme;-cela est-
visible sur la figure 6a. A noter que lors. de l'application des plis 9, 13
sur le
pain de mousse 1, une migration, de;la:résine, de.;ces,plis a lieu en
direction de
la mousse formant le pain 1.
Cette migration est intéressante car elle permet une association
intime des plis de matériau composite, avec. la- mousse, et donc une
excellente
cohésion de l'ensemble.
La perforation réalisée au moyen ,de. l'outil 25 (figure 6) devra
prendre en compte l'épaisseur de .migration de la résine dans la mousse, de
manière à permettre une communication parfaite entre l'extérieur du panneau
acoustique ainsi réalisé et la mousse formant le pain 1.
Une fois réalisé les perforations dans la peau acoustique, le
panneau obtenu peut être mis en place par exemple à l'intérieur d'une nacelle
de moteur, par exemple dans la zone de la lèvre d'entrée d'air de cette
nacelle
ou encore sur le capot du moteur.
Dans la deuxième variante représentée aux figures 7 à 16, on
repart d'un pain de mousse analogue .à'celui de la-figure 1 (figure. 7).
On utilise un outil de moulage 7 comprenant deux demi-moules
rigides 7a, 7b, dont les formes sont adaptées pour épouser celles du pain de
mousse 1, tout en ménageant un interstice 29 --au . moins entre la face
acoustique du pain de mousse 1 et le demi-moule associé 7a (figure 9).
Dans l'exemple représenté à la figure 9, l'interstice 29 s'étend sur
les deux faces du pain de mousse 1, les picots 31 étant utilisés pour
maintenir
un écart entre la face inférieure (c'est-à-dire opposée à la face acoustique)
de
ce pain de mousse 1 et le demi-moule .associé 7b......... .
A partir de la situation de la figure 9, on injecte à l'intérieur du
moule 7 une résine telle que de la résine époxy éventuellement complétée
d'une ou de plusieurs charges. On réalise alors la polymérisation de cette
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
8
résine, soit sous autoclave soit à température ambiante, selon la nature de la
résine choisie.
On aboutit alors au tableau de la--figure 11.; -dans, lequel -la-résine
polymérisée à l'étape précédente î réalise ila,~ péan= acoustique 9 et la peau
13
située sur la face opposée du pain de mousse 1.
On notera que dans le cas où l'on souhaite que ces peaux soient
renforcées par des fibres, on peut envisager d'enrober le pain de mousse 1
d'une chaussette de fibres à l'étape-représentée à',la figure 9:
Une autre possibilité (non représentée) pour cette deuxième
variante est d'utiliser un demi-moule rigide et un demi-moule souple, ce
dernier
étant adapté pour réaliser une mise sous vide de l'espace situé entre les deux
demi-moules : un exemple de demi-moule souple adapté peut être une vessie
de mise sous vide.
Ce cas particulier dans lequel on utilise un demi-moule rigide est
une application particulière du procédé VARTM (Vacuum Assisted Resin
Transfer Molding : voir par exemple le site
http://engr.ku.edu/~rhale/ae5lO/Websites. f02/vartmwebsite/).
A partir de l'étape représentée à la figure 11, on peut réaliser le
perçage de la peau acoustique .9. dans les. mêmes conditions que celles
exposées dans le cadre de la variante précédente (voir figures-6 et-6a). ~ .,
Une autre alternative pour réaliser les perforations à l'intérieur de la
peau acoustique 9 est illustrée sur les figures 12 à 16.
Dans l'exemple représenté sur les figures 12 à 13, on usine le pain
de mousse 1 de manière que sa face acoustique soit muni d'un motif de plots
de mousse rectangulaire 33 (figure 12a) ou hexagonaux 35 (figure 12b), ou de
toute autre forme appropriée.
On comprend qu'avec:.cè type de motif, , lorsqu'on place le pain de
mousse 1 à l'intérieur du moule 7 (figure 13) la résine injectée à l'intérieur
du
moule va s'étendre entre les parties creuses définies par les plots 33 et 35.
Ainsi, après polymérisation, on obtient une peau acoustique 9 sur
laquelle les plots de mousse 33, 35 affleurent, réalisant ainsi la
communication
souhaitée entre la mousse formant le pain 1 et la source d'émission sonore.
La figure 14 montre en outre que l'on peut envisager que le
maintien à l'écart du pain de mousse 1 par rapport au demi moule 7b soit
effectué non pas par des picots 31 comme cela est représenté à la figure 9,
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
9
mais par des talonnettes 37 entre lesquelles s'étale la résine définissant la
peau 13 opposée à la peau acoustique 9.
La figure 15 montre encore une autre variante dans laquelle seuls
les bords de la face du pain de mousse opposés à la face acoustique
définissent un interstice avec.le moule 7b, de sorte que la peau 13 opposée à
la peau acoustique 9 ne s'étend qu'à la périphérie du pain de mousse 1.
La figure 16 illustre une _ variante de réalisation des perforations
dans la peau acoustique du panneau selon l'invention : dans cette variante,
les
plots 39 sont solidaires du demi-moule rigide:7a, de manière à définir des
perforations dans la peau acoustique 9 lors de l'injection de résine à
l'intérieur
du moule 7.
La longueur de ces plots . _e.st. -étudiée . de._ :maniè.Ee.. è ..pénétrer-.
suffisamment profondément à l'intérieur de la mousse formant le pain 1,
compte tenu de la migration de la résine à l'intérieur de ce pain de mousse.
On notera que l'orientation des plots, 39 est sensiblement parallèle
à la direction du démoulage D de l'outil de moulage 7 ; dans le cas
particulier
où la surface acoustique du pain de mousse est galbée, comme cela est
représenté sur la figure 7, la section de ces plots sera étudiée de manière
que
les perforations réalisées dans la peau acoustique 9 présentent toutes
sensiblement la même section.
Dans l'une ou l'autre des variantes du procédé selon l'invention qui
viennent d'être exposées, on peut utiliser un pain de mousse formé en fait
d'une pluralité de pains de mousse la, lb, possédant éventuellement des
caractéristiques structurelles et géométriques différentes, et pouvant être
superposés ou mis côte à côte, comme cela est illustré dans les figures 17 et
18.
Une paroi poreuse l c peut éventuellement être interposée entre
ces différents pains de mousse la, 1 b.
On notera que tant dans la première que dans la deuxième
variante, on peut envisager des orifices 27a, 27b de différentes profondeurs,
voire des orifices 27c traversant le pain de mousse .1, voire encore des
orifices
27d atteignant un autre pain de mousse 1.b -(figure .19), . voire. encore des
orifices 27e débouchant à l'intérieur de cavités .41 . formées à l'intérieur
du pain
de mousse 1 (figure 20).
On notera également .que. .l'on..peut envisager de. réaliser des
usinages traversant des pains de mousse 1, permettant, lors de l'injection de
CA 02743352 2011-05-10
WO 2010/072903 PCT/FR2009/001033
résine, de réaliser un nervurage 43 -permettant de~ relier entre elles la peau
acoustique 9 et la peau opposée 13, et ainsi de conférer au panneau
acoustique une rigidité particulière, adaptée à certaines utilisations.
Comme on l'aura compris à la lumière de la description qui
5 précède, le procédé de fabrication rd-uni panneau, d'atténuation: acoustique
selon l'invention est particulièrement simple contrairement à l'état de la
technique, il n'est pas nécessaire de fabriquer de manière préalable la peau
acoustique.
Celle-ci est en effet 'obtenùe par enrobage direct 'à frais du
10 panneau de mousse au moyen d'un matériau composite.
De par sa structure relativement compacte et rigide, le pain de
mousse peut jouer le rôle de l'outil de moulage notamment de la peau
acoustique, et il n'est donc pas=nécessaire L de prévoir d'outil de moulage
spécifique pour la réalisation de cette peau.:...... ... . :
L'enrobage à frais du pain de mousse au moyen d'un matériau
composite permet de réaliser une association, intime de ces matériaux, et donc
une excellente cohésion de l'ensemble.
De plus, comme cela a été illustré précédemment, il n'est plus
nécessaire de prendre en compte le cycle de perçage de la peau acoustique
avant le cycle de fabrication du panneau d'atténuation acoustique complet : ce
perçage peut en effet être effectué postérieurement (variante du drapage ou
variante du surmoulage), ou en même temps (variante du surmoulage) que la
polymérisation de la peau acoustique. .
On notera enfin que le pain dé' mousse offre une résistance à la
compression nettement supérieure à celle que peut offrir une structure en nid
d'abeille, ce qui permet d'appliquer à ce pain de mousse des pressions
nettement supérieures, notamment lors de l'étape de mise sous vide illustrée à
la figure 5.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux
modes de réalisations décrits et représentés, fournis à titre de simples
exemples.
