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I
Description
ABSORBANT ACOUSTIQUE ET SON PROCÉDÉ DE PRODUCTION
Domaine Technique
[0001] La présente invention concerne le domaine des absorbants
acoustiques, ainsi que celui de leur production.
Technique antérieure
[0002] Les absorbants acoustiques ont un large éventail
d'applications.
Parmi celles-ci, on compte notamment l'aéronautique, où des tels éléments sont
utilisés pour absorber au moins partiellement le bruit généré par les moteurs
d'aviation et ainsi réduire sa transmission à l'environnement extérieur. Parmi
les
moteurs d'aviation les plus courants on compte les turboréacteurs à soufflante
(en
anglais : turbofan ). Un turboréacteur à double flux comprend une
soufflante et
un générateur de gaz incorporant au moins un compresseur, une chambre de
combustion, une turbine et une tuyère. Le bruit total produit par un tel
turboréacteur
à double flux peut donc comprendre le bruit de jet, de combustion, de
soufflante,
de compresseur et de turbine. Cependant, le bruit le plus dominant est
généralement celui émis par la soufflante, qui peut s'étendre sur une large
bande
de fréquences, comme illustré sur la Fig. 13, avec des composantes tonales
correspondant aux fréquences de passage des pales de la soufflante. Afin
d'augmenter le rendement énergétique des turboréacteurs à double flux, la
tendance générale est d'augmenter leur taux de dilution, c'est-à-dire, la
proportion
du débit d'air impulsé par la soufflante par rapport à celui utilisé pour la
combustion
dans le générateur de gaz, et donc le diamètre de la soufflante. En
conséquence,
les soufflantes des dernières générations de turboréacteurs à double flux ont
tendance à tourner plus lentement, et donc à émettre du bruit à de plus basses
fréquences.
[0003] Afin de réduire le bruit émis par les moteurs d'aviation, il
est donc
courant de recouvrir certaines zones, telles que les nacelles contenant ces
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moteurs, d'absorbants acoustiques tels que des panneaux sandwich à nid
d'abeille. Dans ce type d'absorbants acoustiques, chaque cellule du nid
d'abeille
peut fonctionner comme un résonateur de Helmholtz pour atténuer le bruit.
Toutefois, la plage fréquentielle d'atténuation acoustique de tels absorbants
est
limitée et, pour être efficace aux basses fréquences, ils doivent être
particulièrement volumineux, ce qui est d'autant plus pénalisant que la
surface à
recouvrir peut être très grande pour les turboréacteurs à double flux et très
haut
taux de dilution.
[0004] Comme alternative aux panneaux sandwich à nid d'abeille, il a
donc
été proposé d'utiliser des matériaux poreux, dont les pores individuels
agissent
comme des résonateurs de Helmholtz. Toutefois, la plupart des matériaux poreux
disponibles ont une trop faible résistance mécanique, tandis que les plus
résistants, comme par exemple le matériau métallique divulgué dans US
7,963,364
B2, sont excessivement lourds. De plus, ces matériaux sont constitués
majoritairement d'une structure à pores interconnectés, ce qui, dans le cas de
l'application en moteurs d'avion, peut perturber le flux d'air dans le
réacteur et ainsi
dégrader le rendement du moteur. Au-delà de ces inconvénients, la fréquence
minimale d'absorption parfaite des matériaux poreux est habituellement
atteinte
lorsque leur épaisseur est environ égale à un quart de la longueur d'onde
acoustique. En conséquence, pour obtenir une absorption élevée du bruit à 1000
ou 500Hz, par exemple, cette épaisseur doit être d'environ 86 ou 171mm,
respectivement, résultant en des éléments beaucoup trop volumineux pour un
espace de plus en plus restreint dans les nouvelles générations de moteurs à
fort
ou ultra-fort taux de dilution.
[0005] L'utilisation de la fabrication additive a été proposée par Z. Liu,
J.
Zhan, M. Fard, et J. L. Davy dans Acoustic properties of a porous
polycarbonate
material produced by additive manufacturing , Materials Letters, vol. 181,
pp.
296-299, (oct. 2016) pour produire des absorbants acoustiques comportant des
microcanaux. Ces absorbants acoustiques n'ont toutefois aussi qu'une plage de
fréquences d'absorption assez étroite.
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[0006] Il a également été proposé, par exemple par Qian, Y. J.,
Kong, D. Y.,
Liu, S. M., Sun, S. M., & Zhao, Z., dans Investigation on micro-perforated
panel
absorber with ultra-micro perforations. , Applied Acoustics, 74(7), pp ; 931-
935
(2013), d'utiliser des panneaux micro-perforés en tant qu'absorbants
acoustiques.
Afin d'en élargir la plage de fréquences d'absorption acoustique, Liu, Z.,
Zhan, J.,
Fard, M., & Davy, J., dans Acoustic properties of multilayer sound absorbers
with
a 3D printed micro-perforated panel. Applied Acoustics, 121, pp. 25-32
(2017),
et Yang, W., Bai, X., Zhu, W., Kiran, R., An, J., Chua, C. K., & Zhou, K. dans
3D
Printing of Polymeric Multi-Layer Micro-Perforated Panels for Tunable Wideband
Sound Absorption . Polymers, 12(2), p. 360 (2020) ont proposé aussi de
superposer plusieurs de ces panneaux et de les produire par fabrication
additive.
Toutefois, ces absorbants acoustiques relativement fragiles semblent
difficilement
applicables dans des environnements dans lesquels ils seraient soumis à
abrasion
ou autres contraintes mécaniques, comme notamment les nacelles de moteurs
d'aviation.
[0007] Des méta-matériaux acoustiques avec plusieurs couches
superposées dans la direction de l'épaisseur, produits par fabrication
additive, ont
été proposés dans la publication de demande de brevet français FR 1 761 722,
ainsi que par Guild, M. D., Rohde, C., Rothko, M. C., & Sieck, C. F. dans 3D
printed acoustic metamaterial sound absorbers using functionally-graded sonic
crystals , Proceedings of Euronoise (2018). On peut comprendre par méta-
matériau acoustique un milieu structuré de manière périodique dont les unités
constituantes périodiquement répétées affectent de manière collective le
passage
d'ondes acoustiques. Dans le cas des méta-matériaux susmentionnés, chaque
couche superposée peut présenter un treillis avec une périodicité différente,
de
manière à élargir sa plage de fréquences fréquentielle d'atténuation.
Toutefois, leur
absorption acoustique est plus réduite aux plus basses fréquences, qu'il
convient
pourtant particulièrement d'absorber dans le contexte des moteurs à soufflante
à
très haut taux de dilution.
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Exposé de l'invention
[0008] La
présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en
proposant un absorbant acoustique de faible encombrement mais bonnes
propriétés d'absorption acoustique, y compris aux basses fréquences. Suivant
un
premier aspect, cet absorbant acoustique peut s'étendre entre deux surfaces
opposées et comprendre un ou plusieurs premiers résonateurs acoustiques quart-
d'onde ayant chacun une première longueur, sensiblement supérieure à une
épaisseur de l'absorbant acoustique entre les deux surfaces opposées, entre
une
première extrémité, ouverte sur une première surface des deux surfaces
opposées
de l'absorbant acoustique, et une deuxième extrémité fermée, et un élément
microporeux, constitué d'une pluralité de cellules unitaires périodiquement
répétées, adjacent aux premiers résonateurs acoustiques. Grâce à la
combinaison
de structures différentes du point de vue acoustique, l'absorbant est capable
de
fournir de l'absorption acoustique élevée sur un large spectre de fréquences.
[0009] Suivant
un deuxième aspect, pour d'obtenir une longueur
sensiblement supérieure à l'épaisseur de l'absorbant acoustique, les premiers
résonateurs acoustiques quart-d'onde peuvent être inclinés par rapport à une
direction de l'épaisseur de l'absorbant acoustique. En particulier, les
premiers
résonateurs acoustiques quart-d'onde peuvent au moins partiellement
hélicoïdaux,
de manière à limiter leur encombrement en direction perpendiculaire à
l'épaisseur.
Alternativement ou en complément à leur inclinaison par rapport au sens de
l'épaisseur, les premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde peuvent être
coudés.
[0010]
Suivant un troisième aspect, l'élément microporeux peut comprendre
au moins une première et une deuxième couche superposées dans l'épaisseur de
l'absorbant acoustique, et les cellules unitaires constituant la première
couche être
différentes des cellules unitaires constituant la deuxième couche, de manière
à
ajuster les propriétés acoustiques de l'élément microporeux.
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[0011] Suivant un
quatrième aspect, chaque cellule unitaire peut
comprendre un canal et/ou des brins entrecroisés. L'élément microporeux peut
ainsi prendre la forme d'un ensemble de microcanaux ou d'un microtreillis.
[0012] Suivant un
cinquième aspect, les premiers résonateurs acoustiques
quart-d'onde peuvent être disposés autour de l'élément microporeux. Ainsi,
leurs
parois peuvent confiner l'élément microporeux, de manière à limiter la
circulation
des ondes acoustiques au-delà de celui-ci, en particulier quand l'élément
microporeux prend la forme d'un microtreillis avec des micropores
interconnectés
en direction perpendiculaire à l'épaisseur de l'absorbant acoustique.
[0013] Suivant un
sixième aspect, l'absorbant acoustique peut comprendre
un ou plusieurs deuxièmes résonateurs acoustiques quart-d'onde ayant chacun
une deuxième longueur, sensiblement différente de la première longueur, afin
d'absorber de l'énergie acoustique sur deux longueurs d'onde sensiblement
différentes. Les premiers résonateurs acoustiques et les deuxièmes résonateurs
acoustiques peuvent être disposés suivant des rangées adjacentes, qui peuvent
en particulier être concentriques.
[0014] Un septième et
un huitième aspect concernent, respectivement, un
moteur à turbine à gaz et un aéronef incorporant un absorbant acoustique
suivant
l'un quelconque des aspects précédents.
[0015] Un neuvième aspect
concerne un procédé de production d'un
absorbant acoustique suivant l'un quelconque des premier à sixième aspects,
comprenant une étape de fabrication additive de l'élément microporeux et/ou
des
résonateurs acoustiques quart-d'onde, en particulier par dépôt de matière
fondue,
qui peut notamment s'effectuer suivant une trajectoire en zig-zag afin de
limiter la
communication fluide entre cellules unitaires adjacentes de l'élément
microporeux,
entre résonateurs acoustiques quart-d'onde adjacents et/ou entre l'élément
microporeux et les résonateurs acoustiques quart-d'onde.
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[0016] Suivant un dixème aspect, le procédé peut comprendre une
étape
subséquente d'assemblage de l'élément microporeux avec les résonateurs
acoustiques quart-d'onde, en particulier par frettage. L'élément microporeux
et/ou
les résonateurs acoustiques quart d'onde peuvent ainsi être plus facilement
fabriqués séparément, avant leur assemblage.
Brève description des dessins
[0017] [Fig. 1] La figure 1 illustre schématiquement un moteur de
turbine à
gaz pour la propulsion d'un aéronef.
[0018] [Fig. 2A][Fig. 2B] Les figures 2A et 2B représentent de vues
de détail
de deux types différents d'élément microporeux.
[0019] [Fig. 3A][Fig. 3B] Les figures 3A et 3B sont, respectivement,
des vues
du haut et latérale d'un absorbant acoustique suivant un premier mode de
réalisation.
[0020] [Fig. 4] La figure 4 illustre un absorbant acoustique suivant
un
deuxième mode de réalisation.
[0021] [Fig. 5][Fig. 6][Fig. 7][Fig. 8][Fig. 9][Fig. 10] Les figures
5 à 10 sont
des graphiques illustrant comparativement les réponses acoustiques de
différents
modes de réalisation.
[0022] [Fig. 11][Fig. 12] Les figures 11 et 12 illustrent une étape
de
fabrication additive d'un procédé de fabrication d'un absorbant acoustique
suivant
un mode de réalisation.
[0023] [Fig. 13] La figure 13 est un graphique illustrant le spectre
fréquentiel
des émissions acoustiques d'un moteur tel que celui de la figure 1.
Description des modes de réalisation
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[0024] La figure 1 illustre de manière schématique un moteur à
turbine à
gaz 1. Dans le sens de l'écoulement du fluide, ce moteur à turbine à gaz 1
peut
comprendre une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur
haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6,
une turbine basse pression 7 et une tuyère 8. L'ensemble peut être entouré par
une nacelle 9. Les compresseurs 3,4, la chambre de combustion 5 et les
turbines
6, 7 forment ensemble le générateur de gaz 10, qui peut être lui-même entouré
par
un carénage 11 aboutissant dans la tuyère 8. Ainsi, une veine d'air 12 de la
soufflante 2 peut être définie entre le carénage 11 du générateur de gaz 10 et
une
paroi interne 13 de la nacelle 9. La turbine haute pression 6 peut être reliée
au
compresseur haute pression 4 par un premier arbre rotatif 14 pour
l'entraînement
de cette dernière, tandis que la turbine basse pression 7 peut être reliée à
la
soufflante 2 et au compresseur basse pression 3 par un deuxième arbre rotatif
15
coaxial au premier arbre rotatif 14, de manière analogue. Dans le contexte des
moteurs à haut et très haut taux de dilution, un réducteur 16 peut être
interposé
mécaniquement entre le deuxième arbre rotatif 15 et la soufflante 2, afin de
réduire
la vitesse de rotation de la soufflante 2 et empêcher que les bouts de pales
de la
soufflante 2 atteignent des vitesses excessives.
[0025] Chacun de ces éléments du moteur à turbine à gaz 1 peut
générer
du bruit, mais le bruit généré par la soufflante 2 est généralement dominant.
En
outre, dans les moteurs à haut et très haut taux de dilution, et en
particulier dans
ceux équipés d'un réducteur 16, une grande partie du bruit de la soufflante 2
peut
être concentré dans des basses fréquences, comme illustré sur la figure 10,
montrant le niveau de pression acoustique (SPL) en fonction de la fréquence f.
Afin
d'absorber au moins une partie du bruit de la soufflante 2, des absorbants de
bruit
17 peuvent être intégrés dans la paroi interne 13 de la nacelle 9, notamment
en
amont et en aval des pales de la soufflante 2. Comme illustré, il est
cependant
aussi envisageable d'intégrer des absorbants acoustiques 17 dans le carénage
11
du générateur de gaz 10, voire même dans le carter de ce dernier.
[0026] Typiquement, les absorbants acoustiques 17 sont formés par des
panneaux sandwich à nid d'abeille. Toutefois, dans les moteurs à haut, voire
très
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haut taux de dilution, ces panneaux peuvent représenter une pénalité
importante
en termes de masse et d'encombrement. En outre, il peut être difficile de les
disposer directement en regard des bouts de pales de la soufflante, là où
l'émission
de bruit peut pourtant être la plus intense, puisque la paroi interne 13 de la
nacelle
9 comprend typiquement un matériau abradable 18 à cet endroit, afin d'absorber
le frottement occasionnel des bouts des pales de la soufflante 2 dû à leurs
déformations transitoires.
[0027] Un absorbant acoustique 100 suivant un mode de réalisation
peut
comporter un élément microporeux 101 et un ou plusieurs résonateurs
acoustiques
102, comme illustré sur les figures 3A, 3B et 4, de manière à combiner leurs
propriétés d'absorption acoustique sur un large spectre de fréquences, qui
peut en
particulier comprendre les fréquences correspondant aux pics d'émission d'un
moteur à turbine à gaz.
[0028] L'élément microporeux 101 et/ou les résonateurs acoustiques
102
peuvent être en polymère thermoplastique, par exemple en polyétherimide (PEI)
ou polyetherethercétone (PEEK), ou en résine thermodurcissable, par exemple
une résine époxyde comme celle formant le matériau abradable vendu par 3M0
sous la dénomination Scotch-Weld0 EC-3524 B/A. Afin de renforcer ce matériau,
notamment quand l'absorbant acoustique 100 est destiné à être disposé en
regard
de pièces tournantes, et notamment des pales tournantes d'une soufflante 2, le
matériau peut être renforcé par des particules solides, noyées dans la masse,
par
exemple des fibres, et notamment des fibres de carbone, des microsphères, par
exemple microbilles de verre, ou des nanoparticules telles que la poudre de
silice.
En fonction de la matière et des renforts utilisés pour la fabrication de
l'absorbant
acoustique 100, celui-ci peut présenter une résistance mécanique et thermique
importante ainsi que des propriétés d'abradabilité.
[0029] L'élément microporeux 101 peut être constitué d'une pluralité
de
cellules unitaires 110 périodiquement répétées, de manière à former un méta-
matériau périodique. Chaque cellule unitaire 110 peut comprendre un canal 111
et/ou des brins entrecroisés 112, comme respectivement illustré sur les
figures 2A
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et 2B, pour que l'élément microporeux prenne respectivement la forme d'un
ensemble de microcanaux ou d'un microtreillis. Par ailleurs, l'élément
microporeux
101 peut comprendre plusieurs couches superposées dans l'épaisseur de
l'absorbant acoustique 100, et les différentes couches être constituées de
cellules
unitaires différentes des cellules unitaires 110 différentes. En superposant
ainsi
plusieurs couches de propriétés différentes, il est notamment possible
d'absorber
l'énergie acoustique sur un plus large spectre de fréquences.
[0030] Comme illustré sur les figures 3A, 3B et 4, les résonateurs
acoustiques 102 peuvent notamment prendre la forme de guides d'ondes
tubulaires, avec une première extrémité 102a ouverte, et une deuxième
extrémité
102b fermée. L'absorbant acoustique 100 peut être utilisé en tant que
revêtement
d'absorption acoustique sur une paroi (non illustrée) sensiblement imperméable
au son. Dans ce cas, les deuxièmes extrémités 102b des résonateurs acoustiques
102 peuvent être simplement fermées par ladite paroi. Ainsi, ces guides
d'ondes
tubulaires peuvent fonctionner en tant que résonateurs acoustiques quart-
d'onde,
pour absorber les ondes acoustiques de longueur égale à quatre fois la
longueur
du résonateur acoustique 102 entre son extrémité ouverte 102a et son extrémité
fermée 102b. Afin d'absorber l'énergie acoustique sur des basses fréquences,
cette longueur peut être sensiblement supérieure à l'épaisseur t de
l'absorbant
acoustique 100 entre ses deux surfaces opposées 100a, 100b. Pour cela, les
résonateurs acoustiques 102 peuvent être inclinés d'un angle p par rapport à
la
direction de l'épaisseur de l'absorbant acoustique 100. Plus particulièrement,
ils
peuvent être au moins partiellement hélicoïdaux, comme illustré sur les
figures 3A,
3B et 4, de manière à en limiter aussi l'extension dans chaque direction
perpendiculaire à la direction de l'épaisseur de l'absorbant acoustique 100.
Alternativement ou en complément à leur inclinaison par rapport à la direction
de
l'épaisseur, les résonateurs acoustiques 102 peuvent aussi être coudés afin
d'augmenter le rapport entre leur longueur et l'épaisseur t de l'absorbant
acoustique 100.
[0031] Par ailleurs, comme illustré sur les figures 3A, 3B et 4, les
résonateurs acoustiques 102 peuvent être disposés suivant une ou plusieurs
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rangées 110,110'. Comme illustré sur la figure 3, chaque rangée 110,110' peut
suivre une ligne fermée, par exemple circulaire, ovale ou polygonale. Ainsi,
les
résonateurs acoustiques 102 peuvent être arrangés autour de l'élément
microporeux 101, de manière à le confiner. La circulation des ondes
acoustiques
perpendiculairement à l'épaisseur de l'absorbant scoustique 100 peut être
limitée
de cette manière, ce qui peut être particulièrement préférable quand l'élément
microporeux 101 prend la forme d'un microtreillis avec des micropores
interconnectés en direction perpendiculaire à l'épaisseur de l'absorbant
acoustique
100. En outre, comme illustré sur la figure 4, quand les rangées 110,110'
suivent
des lignes fermées, elles peuvent notamment être concentriques.
[0032] La figure 5 illustre comparativement les courbes respectives
du
coefficient d'absorption acoustique a en fonction de la fréquence pour des
échantillons d'absorbants acoustiques 100 ayant une épaisseur t de 30 mm et
comportant un élément microporeux 101 monocouche avec des pores ayant un
diamètre D de 290 pm et des différents nombres et longueurs L de résonateurs
acoustiques 102 formés par des tubes, avec chacun un diamètre Dt entre 3 et 5
mm, enroulés hélicoïdalement autour de l'élément microporeux 101. La courbe
501
correspond à un absorbant acoustique 100 avec sept résonateurs acoustiques
102, formant chacun 1,25 spires autour de l'élément microporeux 101, pour
obtenir
une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 109 mm. La courbe 502
correspond à un absorbant acoustique 100 avec cinq résonateurs acoustiques
102, formant chacun 1,75 spires autour de l'élément microporeux 101, pour
obtenir
une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 150 mm. La courbe 503
correspond à un absorbant acoustique 100 avec trois résonateurs acoustiques
102, formant chacun trois spires autour de l'élément microporeux 101, pour
obtenir
une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 220 mm. A titre
comparatif, la courbe 504 correspond à la réponse acoustique de l'élément
microporeux 101 monocouche seul, sans gaine de résonateurs acoustiques.
Comme on peut y apprécier, les résonateurs acoustiques 102 offrent des pics
supplémentaires du coefficient d'absorption acoustique a. Plus spécifiquement,
l'exemple à sept résonateurs acoustiques 102 offre un pic supplémentaire du
coefficient d'absorption acoustique a avec une valeur de 0,95 à une fréquence
f
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de 1200 Hz sur la courbe 501, l'exemple à cinq résonateurs acoustiques 102
offre
un pic supplémentaire du coefficient d'absorption acoustique a avec une valeur
de
0,92 à une fréquence f de 1060 Hz sur la courbe 502 et l'exemple à trois
résonateurs acoustiques 102 offre un pic supplémentaire du coefficient
d'absorption acoustique a avec une valeur de 0,89 à une fréquence f de 668 Hz
sur la courbe 503.
[0033] La figure 6 illustre comparativement les courbes respectives
du
coefficient d'absorption acoustique a en fonction de la fréquence pour des
échantillons d'absorbants acoustiques 100 ayant une épaisseur t de 30 mm et
comportant un élément microporeux 101 à deux couches et des différents nombres
et longueurs L de résonateurs acoustiques 102 formés par des tubes d'entre 3
et
5 mm de diamètre enroulés hélicoïdalement autour de l'élément microporeux 101.
Plus spécifiquement, l'élément microporeux 101 comprend une première couche
101a, du côté de la première surface 100a de l'absorbant acoustique 100, avec
une épaisseur ti de 2 mm et un diamètre Di des pores de 100pm, et une deuxième
couche 101b, du côté de la deuxième surface 100b de l'absorbant acoustique
100,
avec une épaisseur t2 de 28 mm et un diamètre D2 des pores de 4,6 mm. La
courbe 601 correspond à un absorbant acoustique 100 avec sept résonateurs
acoustiques 102, formant chacun 1,25 spires autour de l'élément microporeux
101,
pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 109 mm. La
courbe 602 correspond à un absorbant acoustique 100 avec cinq résonateurs
acoustiques 102, formant chacun 1,75 spires autour de l'élément microporeux
101,
pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 150 mm. La
courbe 603 correspond à un absorbant acoustique 100 avec trois résonateurs
acoustiques 102, formant chacun trois spires autour de l'élément microporeux
101,
pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique 102 de 220 mm. A
titre comparatif, la courbe 604 correspond à la réponse acoustique de
l'élément
microporeux 101 à deux couches seul, sans gaine de résonateurs acoustiques.
Comme on peut y apprécier, on y retrouve aussi les pics supplémentaires du
coefficient d'absorption acoustique a aux fréquences f de 1200 Hz sur la
courbe
601, 1060 Hz sur la courbe 602, et 668 Hz sur la courbe 603.
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[0034] La figure 7 illustre comparativement les courbes respectives
du
coefficient d'absorption acoustique a en fonction de la fréquence pour des
échantillons d'absorbants acoustiques 100 ayant une épaisseur t de 30 mm et
comportant un élément microporeux 101 à quatre couches et des différents
nombres et longueurs L de résonateurs acoustiques 102 formés par des tubes
d'entre 3 et 5 mm de diamètre enroulés hélicoïdalement autour de l'élément
microporeux 101. Plus spécifiquement, l'élément microporeux 101 comprend une
première couche 101a, du côté de la première surface 100a de l'absorbant
acoustique 100, avec une épaisseur ti de 1 mm et un diamètre Di des pores de
100 pm et, successivement en direction de la deuxième surface 100b de
l'absorbant acoustique 100, une deuxième couche 101b avec une épaisseur t2 de
13 mm et un diamètre D2 des pores de 4,6 mm, une troisième couche 101c avec
une épaisseur t3 de 2 mm et un diamètre D3 des pores de 100 pm, et une
quatrième
couche 101d avec une épaisseur t4 de 13 mm et un diamètre D4 des pores de 4,6
mm. La courbe 701 correspond à un absorbant acoustique 100 avec sept
résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1,25 spires autour de l'élément
microporeux 101, pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique
102 de 109 mm. La courbe 702 correspond à un absorbant acoustique 100 avec
cinq résonateurs acoustiques 102, formant chacun 1,75 spires autour de
l'élément
microporeux 101, pour obtenir une longueur L de chaque résonateur acoustique
102 de 150 mm. A titre comparatif, la courbe 703 correspond à la réponse
acoustique de l'élément microporeux 101 à deux couches seul, sans gaine de
résonateurs acoustiques, et on y reprend aussi la courbe 603 correspondant à
un
absorbant acoustique 100 avec trois résonateurs acoustiques 102 autour de
l'élément microporeux 101 à seulement deux couches. Comme on peut y
apprécier, on y retrouve aussi les pics supplémentaires du coefficient
d'absorption
acoustique a aux fréquences f de 1200 Hz sur la courbe 701 et 1060 Hz sur la
courbe 702.
[0035] La figure 8 illustre l'influence du diamètre Dt des
résonateurs
acoustiques sur le coefficient a d'absorption acoustique. Les quatre courbes
801
à 804 correspondent à un absorbant acoustique 100 avec sept résonateurs
acoustiques 102 de 109 mm de longueur L, formant chacun 1,25 spires autour
d'un
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élément microporeux 101 à quatre couches, dont une première couche 101a, du
côté de la première surface 100a de l'absorbant acoustique 100, avec une
épaisseur ti de 1 mm et un diamètre Di des pores de 100 pm et, successivement
en direction de la deuxième surface 100b de l'absorbant acoustique 100, une
deuxième couche 101b avec une épaisseur t2 de 13 mm et un diamètre D2 des
pores de 4,6 mm, une troisième couche 101c avec une épaisseur t3 de 2 mm et un
diamètre D3 des pores de 100 pm, et une quatrième couche 101d avec une
épaisseur t4 de 13 mm et un diamètre D4 des pores de 4,6 mm. Toutefois, la
courbe
801 correspond à un diamètre Dt de chaque résonateur acoustique 102 de 4 mm,
la courbe 802 à un diamètre Dt de 3 mm, la courbe 803 à un diamètre Dt de 2
mm,
et la courbe 804 à un diamètre Dt de 1 mm. On peut ainsi, en fonction du
spectre
d'absorption souhaité, optimiser non seulement la configuration de l'élément
microporeux 101, et la longueur et le nombre des résonateurs acoustiques 102,
mais aussi leurs diamètres individuels.
[0036] Ainsi, le diamètre Dt optimal pour les résonateurs acoustiques 102
d'un absorbant acoustique 100 à sept résonateurs acoustiques 102 de 109 mm de
longueur L, formant chacun 1,25 spires autour de l'élément microporeux 101 à
quatre couches susmentionné, peut être par exemple de 3,2 mm, résultant en un
coefficient a d'absorption acoustique en fonction de la fréquence f suivant la
courbe
901 de la figure 9, tandis que le diamètre Dt optimal pour les résonateurs
acoustiques 102 d'un absorbant acoustique 100 avec le même élément
microporeux mais seulement trois résonateurs acoustiques 102 de 220 mm de
longueur, formant chacun trois spires autour de l'élément microporeux 101,
peut
être par exemple de 4,8 mm, résultant en la courbe 902.
[0037] En outre, comme illustré sur la figure 4, l'absorbant acoustique 100
peut comprendre des résonateurs acoustiques 102,102' de différentes longueurs,
afin d'absorber de l'énergie acoustique sur des longueurs d'ondes différentes.
Ainsi, comme illustré sur la figure 4, un premier ensemble de résonateurs
acoustiques 102 hélicoïdaux, ayant chacun un premier angle p d'inclinaison par
rapport à la direction de l'épaisseur, et donc une première longueur L, peut
être
disposé suivant une première rangée 110 circulaire, et un deuxième ensemble de
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résonateurs acoustiques 102' hélicoïdaux, ayant chacun un deuxième angle p.'
d'inclinaison par rapport à la direction de l'épaisseur, et donc une deuxième
longueur L', peut être disposé suivant une deuxième rangée 110' circulaire et
concentrique par rapport à la première rangée 110, de manière à confiner
ensemble l'élément microporeux 101.
[0038] La
figure 10 compare ainsi la courbe 901 de l'absorbant acoustique
100 à sept résonateurs acoustiques 102 de 109 mm de longueur L autour de
l'élément microporeux 101 à quatre couches avec une courbe 903 correspondant
à un absorbant acoustique avec le même élément microporeux 101 à quatre
couches, mais entouré de deux gaines concentriques, respectivement formées par
un premier et un deuxième ensemble de résonateurs acoustiques 102, 102', où le
premier ensemble est formé par sept résonateurs acoustiques 102 de 109 mm de
longueur L arrangés circulairement et enroulés autour de l'élément microporeux
101, tandis que le deuxième ensemble est formé par trois résonateurs
acoustiques
102' de 220 mm de longueur arrangés circulairement et enroulés aussi autour de
l'élément microporeux 101. Comme l'on peut y apprécier, cette courbe 903
combine les pics d'absorption acoustique des courbes 901 et 902.
[0039] Le
résonateurs acoustiques 102, 102' et/ou l'élément microporeux
101 peuvent être produits, ensemble ou séparément, par un procédé de
fabrication
additive basé sur l'extrusion de matière, comme par exemple le procédé de
dépôt
de fil fondu utilisé pour
des matières thermoplastiques. Ces procédés,
particulièrement adaptés à la fabrication de formes complexes avec des parois
fines, comprennent plusieurs étapes consécutives de dépôt de matériau. Dans
chacune de ces étapes, une tête extrudeuse 200 peut se déplacer suivant un
tracé
201 dans un plan transversal X-Y en déposant le matériau 202, qui se solidifie
ensuite de manière à former une strate 203. En déplaçant ce plan transversal X-
Y
suivant une direction orthogonale Z après le dépôt de chaque strate 203, il
est
possible d'empiler ces strates 203 pour former l'élément microporeux 101 et/ou
les
résonateurs acoustiques 102, comme illustré sur la figure 11. Afin de former
des
tubes et/ou des canaux, chaque strate 203 peut comprendre une pluralité de
cellules périodiquement répétées, séparées par les parois formées par le dépôt
du
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matériau 202, et les strates 203 déposés dans les étapes consécutives de dépôt
de matériau peuvent être empilées avec leurs cellules respectives alignées.
[0040] Afin d'éviter au moins partiellement l'entrecroisement du
matériau
202 extrudé lors du dépôt d'une strate 203, qui pourrait provoquer la
formation de
pores entre les cellules adjacentes, le tracé 201 peut être en zig-zag, comme
illustré sur la figure 12. Pour éviter une accumulation de matière et la
formation de
pores aux intersections entre les parois, un écart 0 peut être maintenu entre
les
angles 205 du tracé 201 à ces intersections.
[0041] Quand les résonateurs acoustiques 102, 102' et l'élément
microporeux 101 sont fabriqués séparément, ils peuvent être assemblés ensuite
pour former l'absorbant acoustique 100. Cet assemblage peut notamment
s'effectuer par frettage. Ainsi, quand les résonateurs acoustiques 102, 102'
sont
disposés de manière à former une ou plusieurs gaines annulaires, comme
illustré
sur les figures 3 ou 4, l'élément microporeux 101 peut alors être fretté à
l'intérieur
de ces gaines. On peut ainsi obtenir une forte connexion entre ces gaines de
résonateurs acoustiques 102, 102' et l'élément microporeux 101 à l'intérieur
grâce
à la pression radiale et le frottement résultant entre eux.
[0042] Quoique la présente invention ait été décrite en se référant
à des
exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes
modifications
et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la
portée
générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre,
des
caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués
peuvent
être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la
description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif
plutôt que
restrictif.
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