WO2013156739A1 - Panneau mince d'absorption d'ondes acoustiques émises par un turboréacteur de nacelle d'aéronef, et nacelle équipée d'un tel panneau - Google Patents

Panneau mince d'absorption d'ondes acoustiques émises par un turboréacteur de nacelle d'aéronef, et nacelle équipée d'un tel panneau Download PDF

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    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials

Definitions

  • the present invention relates to the field of sound absorption for nacelles of aircraft turbojets.
  • the noise emissions generated by the jet engines of an aircraft are particularly intense at takeoff, whereas the aircraft is generally close to populated areas.
  • these panels operate according to the principle of Helmholtz resonators, and include for this purpose a set of cavities sandwiched between a solid structuring skin on the one hand, and a perforated skin on the other.
  • the perforated skin is arranged facing the noise emitting zone, so that the acoustic waves penetrate through these perforations inside the cavities and attenuate inside them.
  • the cavities are defined by cells of substantially hexagonal cross-section, so that these acoustic absorption panels are commonly referred to as "honeycombs".
  • the present invention is thus particularly intended to provide acoustic absorption means having a smaller footprint, substantially comparable efficiency.
  • this object of the invention is achieved with a thin acoustic wave absorption panel emitted by an aircraft nacelle turbojet engine, this panel comprising at least one plate able to vibrate so as to render said waves evanescent.
  • This evanescence which refers to well-known notions of the theory of vibro-acoustic coupling between a wall and a fluid in which waves propagate, allows optimal absorption of acoustic wave energy by the plate that vibrates.
  • noise reduction means are obtained which, while being very efficient, are particularly compact.
  • this thin panel comprises at least one structuring skin on which said plate is fixed, studs being interposed between this skin and this plate: the structuring skin makes it possible to maintain the desired profile for the plate, and the pads allow the vibratory movements of this plate.
  • the present invention also relates to a nacelle for aircraft turbojet, comprising at least one thin panel according to the above.
  • said thin sound absorption panel is fixed between sound absorption sandwich panels: this arrangement makes it possible to mix different acoustic absorption means within one and the same nacelle;
  • said nacelle comprises such thin acoustic absorption panels in the zones chosen from the group comprising: the air inlet, the cold air vein, the hot air vein.
  • FIG. 1 is a schematic view in longitudinal section of a nacelle of the prior art, surrounding an aircraft turbojet engine, FIGS. 2, 3, 4, 5, 6, 7 are diagrammatic views similar to those of FIG. 1, of nacelles according to the present invention,
  • FIG. 2a is a detail view of the nacelle of FIG. 2,
  • FIGS. 3a, 3b, 3c, 3d are detailed views of four possible variants of the nacelle of FIG. 3,
  • FIG. 7a is a cross-sectional view taken along line A-A of the nacelle of FIG. 7, and
  • FIGS. 7b and 7c are cross-sectional views taken along the line B-B of Fig ure 7, two variants of this nacelle.
  • Figure 1 shows a conventional nacelle dual flow, defining an air inlet vein 1, a cold flow vein 3 and a hot flow stream 4.
  • this nacelle has a symmetry of revolution about its longitudinal axis A.
  • the air intake duct 1 is surrounded by an acoustic absorption shell 9 formed by the assembly of acoustic absorption sandwich panels.
  • the cold flow duct 3 is in turn delimited by radially outer and inner walls also at least partially coated with acoustic absorption sandwich panels January 1 and 13, respectively.
  • the hot flow stream 4 is delimited by a primary nozzle and an ej ect io n of g az, coated ivem ent resp u e and partially m u n of sound absorption sandwich panels 15, 17.
  • the locations of the acoustic absorption sandwich panels 9, 1 1, 13, 15, 17 correspond to the areas of the acoustic emissions of the nacelle.
  • the presence of these acoustic absorption sandwich panels makes it possible to substantially reduce the perceived sound level in the vicinity of the aircraft, especially during take-off or landing.
  • FIG. 2a on which a nacelle according to the invention can be seen, in which the acoustic absorption sandwich panels 9, 11, 13, 15, 17 are all replaced by thin absorption panels. acoustic according to the invention.
  • these thin panels comprise plates 19 and structuring skins 21, pads being interposed between these plates 19 and these skins 21.
  • the studs 23 fixed on the structuring skin 21 are in simple contact with the plate 19, thus allowing the vibrations thereof.
  • the plates 19 and the skins 21 are fixed to one another.
  • the plate 19 may for example be formed of aluminum-based alloy, and have a thickness of the order of one millimeter.
  • the structuring skin 21 may itself be formed either of a metal alloy base or of a composite material, as may the pads 23.
  • the characteristics of the plate 19 are chosen so as to make evanescent the acoustic waves circulating in the air veins delimited by these plates.
  • the continuous bold lines designate conventional acoustic absorption sandwich panels
  • the discontinuous bold lines designate thin sound absorption panels according to the invention.
  • the sound absorption assembly 13 situated on the radially inner wall of the cold flow duct 3 is formed of a substantially annular thin panel 13a sandwiched between two acoustic absorption sandwich panels 13b and 13c.
  • this thin panel 13a may have the structure shown in Figure 2a, fixed at its ends to acoustic panels respectively having beveled ends (Figure 3a) or straight (Figure 3d).
  • this thin panel 13a may be formed of a simple metal alloy plate 19, fixed at its ends on sandwich panels 13b, 13c respectively presenting beveled or straight ends. .
  • Figures 5 and 6 show other variants of such axial alternations.
  • FIG. 7a it can be seen that it is possible, for example, to have four thin panels interposed with three sandwich panels to form the sound absorption assembly 9 of at least a portion of the inlet vein. of air 1.
  • FIGS. 7b and 7c it can be seen that in the cold flow duct 3, it is possible to provide that the magnetic panels and the acoustic absorption sandwich panels are circumferentially alternated, and respectively spoiled externally. 1 and inside 13 of the cold flow vein, are arranged vis-à-vis (Figure 7b) or opposed two by two ( Figure 7).
  • the invention provides noise reduction means which are very compact radially and extremely simple in design.
  • the thin acoustic absorption panels of the present invention are particularly suitable for nacelles with a high dilution rate, and more generally for nacelles whose aim is to reduce the thickness of the aerodynamic lines.

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Description

Panneau m ince d'absorption d'ondes acoustiq ues ém ises par u n turboréacteur de nacelle d'aéronef, et nacelle équipée d'un tel panneau
La présente invention se rapporte au domaine de l'absorption acoustique pour les nacelles de turboréacteurs d'aéronefs.
Les émissions sonores engendrées par les turboréacteurs d'un avion sont particulièrement intenses au moment du décollage, alors que l'avion se trouve en général à proximité de zones habitées.
De nombreuses recherches portent sur la manière de réduire les émissions sonores engendrées par les turboréacteurs d'aéronefs ont été menées ces dernières années.
Ces recherches ont notamment conduit à la mise en place de panneaux d'absorption acoustique dans la nacelle entourant le turboréacteur, dans les zones sonores les plus émissives.
Classiquement, ces panneaux fonctionnent selon le principe des résonateurs de Helmholtz, et comprennent à cet effet un ensemble de cavités prises en sandwich entre une peau structurante pleine d'une part, et une peau perforée d'autre part.
La peau perforée est disposée face à la zone d'émission de bruit, de sorte que les ondes acoustiques pénètrent par ces perforations à l'intérieur des cavités et s'atténuent à l'intérieur de celles-ci.
Classiquement, les cavités sont définies par des alvéoles de section sensiblement hexagonale, de sorte que l'on désigne communément ces panneaux d'absorption acoustique par « nids d'abeilles ».
Selon les besoins, on peut envisager une seule couche de tels panneaux, ou bien plusieurs couches superposées, séparées entre elles par des septums (ou membranes) poreux.
L'inconvénient de tels panneaux est notamment qu'ils présentent une forte épaisseur, ce qui rend leur intégration difficile dans des nacelles aux lignes de plus en plus minces.
Et cette difficulté se trouve accrue pour les nacelles à fort taux de dilution, dans lesquelles les fréquences acoustiques à absorber sont plus basses, nécessitant ainsi des panneaux d'absorption encore plus épais.
La présente invention a ainsi notamment pour but de fournir des moyens d'absorption acoustique présentant un moindre encombrement, à efficacité sensiblement comparable. On atteint notamment ce but de l'invention avec panneau mince d'absorption des ondes acoustiques émises par un turboréacteur de nacelle d'aéronef, ce panneau comportant au moins une plaque apte à vibrer de manière à rendre lesdites ondes évanescentes.
Cette évanescence, qui renvoie à des notions bien connues de la théorie du couplage vibro-acoustique entre une paroi et un fluide dans lequel se propagent des ondes, permet une absorption optimale de l'énergie des ondes acoustiques par la plaque qui entre en vibration.
On obtient de la sorte des moyens de réduction du bruit qui, tout en étant très efficaces, sont particulièrement peu encombrants.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles, ce panneau mince comprend au moins une peau structurante sur laquelle est fixée ladite plaque, des plots étant interposés entre cette peau et cette plaque : la peau structurante permet de maintenir le profil souhaité pour la plaque, et les plots permettent les mouvements vibratoires de cette plaque.
La présente invention se rapporte également à une nacelle pour turboréacteur d'aéronef, comprenant au moins un panneau mince conforme à ce qui précède.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de cette nacelle : - ledit panneau mince d'absorption acoustique est fixé entre des panneaux sandwich d'absorption acoustique : cet agencement permet de panacher différents moyens d'absorption acoustiques au sein d'une même nacelle ;
- des panneaux minces et des panneaux sandwich d'absorption acoustique sont intercalés selon la direction axiale de la nacelle ;
- des panneaux minces et des panneaux sandwich d'absorption acoustique sont intercalés selon la direction circonférentielle de la nacelle ;
- ladite nacelle comprend de tels panneaux minces d'absorption acoustique dans les zones choisies dans le groupe comprenant : l'entrée d'air, la veine d'air froid, la veine d'air chaud.
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 :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une nacelle de l'art antérieur, entourant un turboréacteur d'aéronef, - les figures 2, 3, 4, 5, 6, 7 sont des vues schématiques analogues à cel les de la figu re 1 , de nacelles conformes à la présente invention,
- la figure 2a est une vue de détail de la nacelle de la figure 2,
- les figu res 3a , 3b, 3c, 3d sont des vues de détail de quatre variantes possibles de la nacelle de la figure 3,
- la figure 7a est une vue en coupe transversale prise selon la ligne A-A de la nacelle de la figure 7, et
- les figures 7b et 7c sont des vues en coupe transversale prises selon la ligne B-B de la fig ure 7, de deux variantes de cette nacelle.
Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.
On se reporte à présent à la figure 1 , sur laquelle on a représenté une nacelle classique à double flux, définissant une veine d'entrée d'air 1 , une veine de flux froid 3 et une veine de flux chaud 4.
Entre la veine d'entrée d'air 1 et la veine de flux froid 3 se trouve une soufflante 5, le turboréacteur 7 étant quant à lui disposé entre la soufflante 5 et la veine de flux chaud 4.
En fonctionnement, l'air traverse la nacelle représentée à la figure 1 de la gauche vers la droite de la figure.
Très grossièrement, cette nacelle présente une symétrie de révolution autour de son axe longitudinal A.
Classiquement, la veine d'entrée d'air 1 est entourée d'une virole d'absorption acoustique 9, formée par l'assemblage de panneaux sandwich d'absorption acoustique.
La veine de flux froid 3 est quant à elle dél imitée par des parois radialement externe et internes également revêtues au moins partiellement de panneaux sandwich d'absorption acoustique 1 1 et 13 respectivement.
Enfin, la veine de flux chaud 4 est délimitée par une tuyère primaire et u n côn e d 'éj ect io n d es g az, revêtu s respect ivem ent et a u m o i n s partiellement de panneaux sandwich d'absorption acoustique 15, 17.
Les emplacements des panneaux sandwich d'absorption acoustique 9, 1 1 , 13, 15, 17 correspondent aux zones de plus fortes émissions acoustiques de la nacelle. La présence de ces panneaux sandwich d'absorption acoustique permet ainsi de diminuer sensiblement le niveau sonore perçu au voisinage de l'aéronef, notamment lors du décollage ou de l'atterrissage.
On se reporte à présent à la figure 2a, sur laquelle on peut voir une nacelle selon l'invention, dans laquelle les panneaux sandwich d'absorption acoustique 9, 11, 13, 15, 17 sont tous remplacés par des panneaux minces d'absorption acoustique selon l'invention.
Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 2a, ces panneaux minces comprennent des plaques 19 et des peaux structurantes 21 , des plots étant interposés entre ces plaques 19 et ces peaux 21.
Les plots 23 fixés sur la peau structurante 21 sont en simple contact avec la plaque 19, autorisant ainsi les vibrations de celle-ci.
A leur périphérie, les plaques 19 et les peaux 21 sont fixées l'une à l'autre.
La plaque 19 peut par exemple être formée en alliage à base d'aluminium, et présenter une épaisseur de l'ordre d'un millimètre.
La peau structurante 21 peut quant à elle être formée soit à base d'alliage métallique, soit à base de matériau composite, de même que les plots 23.
Les caractéristiques de la plaque 19 (épaisseur, module d'élasticité) sont choisies de manière à rendre évanescentes les ondes acoustiques circulant dans les veines d'air délimitées par ces plaques.
Cette notion d'évanescence est connue en soi, dans le cadre du couplage vibro-acoustique entre une paroi et un fluide dans lequel se propagent des ondes. On pourra par exemple se référer aux articles suivants :
- " A finite élément scheme for acoustic propagation in flexible- walled ducts with bulk-reacting liners and comparison with experiment " de ASTLEY, CUMMINGS et SORMAZ, Journal of Sound and Vibration (1991),
- " Absorption d'une onde acoustique par les parois d'un guide
2D " de MARTIN et VIGNASSA, Journal de Physique IV, colloque C, supplément au Journal de Physique III, volume 2, avril 1992,
- " Wave propagation in a fluid filled rubber tube : theoretical and expérimental results for Korteweg's wave " de GAUTIER, GILBERT, DALMONT et PICO VILA, du Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine, 2010.
Grâce à ce phénomène d'évanescence, une absorption optimale de l'énergie des ondes acoustiques par les plaques vibrantes 19 peut être obtenue.
Il en résulte une atténuation significative du bruit émis par le turboréacteur.
Cette atténuation est comparable à celle obtenue avec des panneaux sandwich d'absorption acoustique, pour un encombrement en épaisseur évidemment très inférieur.
Dans la figure qui suit, les traits gras continus désignent des panneaux sandwich d'absorption acoustique classiques, et les traits gras discontinus désignent des panneaux minces d'absorption acoustique conformes à l'invention.
Ainsi, sur la figure 3, on peut voir que l'ensemble d'absorption acoustique 13, situé sur la paroi radialement intérieure de la veine de flux froid 3, est formé d'un panneau mince 13a de forme sensiblement annulaire, intercalé entre deux panneaux sandwich d'absorption acoustique 13b et 13c.
Comme on peut le voir sur les figures 3a et 3d, ce panneau mince 13a peut présenter la structure indiquée à la figure 2a, fixée à ses extrémités à des panneaux acoustiques présentant respectivement des extrémités biseautées (figure 3a) ou droites (figure 3d).
En variante, et comme cela est visible sur les figures 3b et 3c, ce panneau mince 13a peut être formé d'une simple plaque en alliage métallique 19, fixée à ses extrémités sur des panneaux sandwich 13b, 13c présentant respectivement des extrémités biseautées ou droites.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4, on peut voir que le principe d'alternance axiale de panneaux minces d'absorption acoustique a été généralisé à tous les ensembles d'absorption acoustique 9, 11, 13, 15, 17 de la nacelle.
Les figures 5 et 6 représentent d'autres variantes de telles alternances axiales.
En particulier, à la figure 5, l'alternance de panneaux minces et de panneaux sandwich est inversée par rapport à celle de la figure 4. Dans la variante représentée à la figure 6, les sections de chaque panneau mince et sandwich sont axialement plus petites que dans les autres figures, de sorte que les alternances de ces panneaux sont plus nombreuses.
Dans le mod e de réa l isation représenté à l a fig ure 7, les alternances de panneaux minces et sandwich ne sont plus axiales, mais circonférentielles.
En se reportant ainsi à la figure 7a, on peut voir que l'on peut avoir par exemple quatre panneaux minces intercalées avec trois panneaux sandwich pour former l'ensemble d'absorption acoustique 9 d'au moins une partie de la veine d'entrée d'air 1 .
Sur les figures 7b et 7c, on peut voir que dans la veine de flux froid 3, on peut prévoir que les panneaux m inces et les panneaux sandwich d 'absorption acoustiq ue alternés circonférentiel l ement, et d i sposés respectivement à l'extérieur 1 1 et à l'intérieur 13 de la veine de flux froid, soient disposés en vis-à-vis (figure 7b) ou bien opposés deux à deux (figure 7).
Ce qu i vient d'être d it à propos de la veine de flux froid 3 est également applicable bien entendu à la veine de flux chaud 4.
Com me on peut donc le com prendre à la l u m ière de ce qu i précède, l'invention fournit des moyens de réduction du bruit qui sont très peu encombrants radialement, et d'une conception extrêmement simple.
On peut donc ainsi gagner en place, en poids et en coût.
Les panneaux minces d'absorption acoustique de la présente invention sont particulièrement adaptés aux nacelles à fort taux de dilution, ainsi que plus généralement aux nacelles dont on cherche à réduire l'épaisseur des lignes aérodynamiques.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Panneau m ince (1 3a) d'absorption d'ondes acoustiques émises par un turboréacteur de nacelle d'aéronef, comprenant une plaque (19) apte à vibrer de manière à rendre lesdites ondes évanescentes.
2. Panneau mince (13a) selon la revendication 1 , comprenant au moins une peau structurante (21 ) sur laquelle est fixée ladite plaque (19), des plots (21 ) étant interposés entre cette peau (21 ) et cette plaque (19).
3. Nacelle pour turboréacteur d'aéronef, comprenant au moins un panneau mince (13a) conforme à l'une des revendications 1 ou 2.
4. Nacelle selon la revendication 3, dans laquelle ledit au moins u n panneau mince (13) est fixé entre des panneaux sandwich (1 3b, 1 3c) d'absorption acoustique.
5. Nacelle selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle des panneaux minces (13a) et des panneaux sandwich (13b, 13c) d'absorption acoustique sont intercalés selon la direction axiale de la nacelle.
6. Nacelle selon l'un quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle des panneaux minces (13a) et des panneaux sandwich (13b, 13c) d'absorption acoustique sont intercalés selon la direction circonférentielle de la nacelle.
7. Nacelle selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, comprenant des panneaux minces d'absorption acoustique (13a) dans les zones choisies dans le groupe comprenant : l'entrée d'air (1 ), la veine d'air froid (3), la veine d'air chaud (4).
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