CA3155206A1 - Absorbant acoustique et son procede de production - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un absorbant acoustique (100) s'étendant entre deux surfaces opposées (100a,100b) et combinant un ou plusieurs résonateurs acoustiques quart-d'onde (102,102') avec un élément microporeux (101). Chaque résonateur acoustique (102, 102') a une longueur L, sensiblement supérieure à
une épaisseur t de l'absorbant acoustique (100), entre une première extrémité
(102a) ouverte sur une première surface (100a) des deux surfaces opposées (100a,100b) de l'absorbant acoustique (100), et une deuxième extrémité (102b) fermée. L'élément microporeux (101) est constitué d'une pluralité de cellules unitaires périodiquement répétées et adjacent aux résonateurs acoustiques (102), (102'). L'invention concerne aussi un procédé de production de cet absorbant acoustique, comprenant au moins une étape de fabrication additive.

Description

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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13

[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-(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 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.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13

[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.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13

[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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13

[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 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 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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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 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
Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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 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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13

[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 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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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 Date Reçue/Date Received 2022-04-13 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.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Absorbant acoustique s'étendant entre deux surfaces opposées et comprenant :
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.

2. Absorbant acoustique suivant la revendication 1, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde sont inclinés par rapport à une direction de l'épaisseur de l'absorbant acoustique.

3. Absorbant acoustique suivant la revendication 2, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde sont au moins partiellement hélicoïdaux.

4. Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde sont coudés.

5. Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément microporeux comprend au moins une première et une deuxième couche superposées dans l'épaisseur de l'absorbant acoustique, et les cellules unitaires constituant la première couche sont différentes des cellules unitaires constituant la deuxième couche.

6. Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque cellule unitaire comprend un canal et/ou des brins entrecroisés.

7. Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques quart-d'onde sont disposés autour de l'élément microporeux.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13

8. Absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un ou plusieurs deuxièmes résonateurs acoustiques quart-d'onde ayant chacun une deuxième longueur, sensiblement différente de la première longueur.

9. Absorbant acoustique suivant la revendication 8, dans lequel les premiers résonateurs acoustiques et les deuxièmes résonateurs acoustiques sont disposés suivant des rangées adjacentes.

10. Absorbant acoustique suivant la revendication 9, dans lequel les rangées adjacentes sont concentriques.

11. Moteur à turbine à gaz incorporant un absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10.

12. Aéronef incorporant un absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10.

13. Procédé de production d'un absorbant acoustique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant une étape de fabrication additive de l'élément microporeux et/ou des résonateurs acoustiques quart-d'onde.

14. Procédé de production suivant la revendication 13, dans lequel l'étape de fabrication additive s'effectue par dépôt de matière fondue.

15. Procédé de production suivant la revendication 14, dans lequel la matière fondue est déposée suivant une trajectoire en zig-zag.

16. Procédé de production suivant l'une quelconque des revendications 13 à
15, comprenant une étape subséquente d'assemblage de l'élément microporeux avec les résonateurs acoustiques quart-d'onde.

17. Procédé de production suivant la revendication 14, dans lequel l'assemblage de l'élément microporeux avec les résonateurs acoustiques quart-d'onde s'effectue par frettage.
Date Reçue/Date Received 2022-04-13