CA1162729A

CA1162729A - Couche poreuse pour structure composite destinee a l'absorption d'energie sonore et son procede de fabrication

Info

Publication number: CA1162729A
Application number: CA000375231A
Authority: CA
Inventors: Guy Briens
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1980-04-18
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1984-02-28
Also published as: FR2480741B1; FR2480741A1; EP0038746B1; DE3174760D1; JPS6312765B2; EP0038746A1; US4390584A; JPS56164841A; ES8207107A1; ES501708A0

Abstract

Procédé pour le réalisation d'une couche poreuse couvrant une couche alvéolaire et destinée à l'absorption d'énergie sonore. On forme un tissu souple et lâche de mèches constituées chacune d'une pluralité de fibres minérales ou synthétiques relativement libres et sensiblement parallèles les unes aux autres, le tissu souple étant ensuite conformé à sa forme définitive et rendu rigide au moyen d'une résine durcissable, tout en étant soumis à une pression de façon à devenir un treillis rigide et mince, à larges lignes croisées, pratiquement uniformément lisse sur au moins sa face opposée à la couche alvéolaire.

Description

~ 2~2~

.
La presente invention concerne une structure composite pour l'absorption dienergie sonore, une couche poreuse pour une telle structure, ainsi que les procedes de fabrication de telles couche poreuse et structure.
Elle s'applique tout particulierement, quoique non exclusivement, à l'absorption d'energie sonore dans les nacelles des turbomoteurs des aeronefs.

On sait que les turbomoteurs, principalement ceux du type à double-flux, sont particulièrement bruyants du fait qu'ils sont traverses par des flux de gaz à
grandes vitesses. Pour attenuer le bruit engendre par ces turbomoteurs, on a dejà propose de disposer ~ -certains emplacements de la nacelle, par exemple ~
l'entree et à la sortie du canal de fan, des revêtements susceptibles d'absorb~er au moins partiellement l'energie sonore desdits flux.

On connait dejà de nombreuses realisation de tels revê-tements , qui toutefois presentent la caracteristique commune d'avoir une structure mi.nimale identique formee par une couche poreuse exterieure destinee à être au contact des flux gazeux, au moins une couche alvéolaire intermediaire, par exemple du type en nid d'abeilles, et une couche posterieure de fixation. ~insi, l'enerqie sonore traversan$ la couche poreuse exterieure penètre dans les alveoles de la couche intermediaire dans lesquels elle reste emprisonnee.

De tels revêtements, d~crits par exemple dans les brevets americains Nos. 3 439 774, 3 821 999 et 3 948 346, comportent une couche exterieure poreuse constituee par une plaque, par exemple metallique, perforee d'une pluralite d'ou-vertures calibrees. Une couche exterieure poreuse de ce type presente l'avantage d'être-lisse, donc d'offrir peu de resistance aux ~lux de gaz , mais en revanche son .

~6~

-2-poids est ~leve. Par exemple, le poids d'une pla~ue extérieure d'alw~inium perfo~ee pour une structure composite usuelle comnortant une couche de nid d'abeilles en feuillard d'alu~iniul~ et une ~la~ue ~ost~rieure d'alu-minium, ne peut ~as être inf~rieure ~ 1600 g/m2.

Dans d'autres revetements connus, par exemple ceuxdecrits dans les brevets americains Nos. 3 50~ 171 et 4 111 081 et dans le brevet français N2 033 264 (70 02450) , la couche poreuse est formée par une plu-ralité d'épaisseu~sd'un tissu de verre, ces épaisseurspouvant être angulairement decaléesl'une par rapport à l'autre afin de regler la porosite de la couc~e resul~
tante. Une telle couche poreuse est également relative-ment lourde A cause de la pluralité des épaisseurs de tissus de verre qui la constituent ; de plus, sa ~ace extérieure est moins lisse que celle des plaques per-forées metalliques. Toutefois, :Le plus grand inconvenient de ces modes de r~ealisation connus provient du fait que les orifices de passage de l'energie sonore dans chaque épaisseur sont constitues chacun par l'espace restreint défini entre deux ~ils de tram~e et deux fils de cha~ne cons~cutifs. D~ tels pati s ~rifices so~t don~
aisément obturés par la résine de solidarisation impr~-gnant ces tissusJ Il en est d'autant plus ainsi que les orifices d'une epaisseur sont partiellement recouverts par ceux des autres epaisseurs. Il en resulte que la poro site est difficile a regler et ~ rendre uniforme sur la totalité de la surface du revêtement. Pour tenter dleviter ce~ inconvenient, on est donc oblige de prendre de grandes precautions au moment de la solidarisation de la pluralite desdites epaisseurs et d'utiliser des resines peu fluides, com~e les polyimides.
' Par ailleurs, selon d'autres modes de realisation connus, par exemple par les brevets americai~s Nos. ~ 481 427 ~1,

3 960 236 et 3 996 084, la totalité du revêtement est réalisée au moyen d'un tissu de fibres de verre ou de fibres connues com~ercia-lement sous la marque de commerce KEVLAR de Dupont Canada Inc. Ces modes de réalisation présentent les mêmes inconvénients que les pré-cédents en ce qui concerne la porosité, l'état de surface et éven tuellement le poids de la couche poreuse extérieure.
La présente invention a pour objet de remédier à ces incon-vénients des revêtements absorbants connus. ~ -A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la réali-sation d'une couche poreuse pour structure composite destinée à l'ab-sorption d'énergie sonore et comportant au moins une telle couche po-reuse extérieurf~, constituée de fibres mlnérales ou synthétiques et recouvrant une eouche alvéolaire de telle sorte que l'énergie sonore traversant ladite couche poreuse est piégée dans les alvéoles de la- , dite couche alvéolaire, est remarquable en ce que l'on forme un tissu i-souple èt lâche de mèches constituées chacune d'une pluralité de fi- i bres minérales ou synthétiquQs relativement libre~ et sensiblement parallèles les unes aux autres, ledit tissu souple étant ensuite conformé à sa ~orme définitive et rendu ri8ide au moyen d;une résine durci3sable, tout en étant soumis à une pression de iaçon à devenir un treillis rigide et mince à larges lignes croisées, pratiquement uni-formément lisse sur au moins sa face opposée à ladite couche al-véolaire.
Ainsi, grâce au fait que selon l'invention on utilise des mèches de fibres au lieu d'utiliser des fils indépendants comm&
dans la technique antérieure, il est possible de réaliser un tissu làche dont les ouvertures entre cha~ne et trame sont peut-etre moins nombreuse~

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, - ~'':

1 mais en réalité plus grandes et mieuX définies. Par suite, ces ouvertures ne sont pratiquement plus sujet-tes à obstruction par la résine, ou tout au m~ins sont beaucoup plus aisees à proteger contre une telle obstruc-tion.

Chaque mèche peut presenter au tissage une largeurde quelques millimètres et une epaisseur de quelques dizièmes de millimètres. L'orientation relative des mèches de chaîne et des mèches de trame peut être quel- ~
conque, de sorte que lès ouvertures quadrangulaires menagées entre elles peuvent presenter toutes formes desirées, telles que losanges, rectangles ~ etc...
Cependant, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du tissu selon l'invention, les mèches de chaîne et de trame sont orthogonales entre elles et delimitent des ouvertures carrées. Ces ouvertures carrées ménag~es entre mèches de trame et mèches de chaîne du tissu souple peuvent avoir des côtés dont la longueur est de l'ordre de grandeur de la largeur desdites m~ches. Dans ce cas particulier, la surface totale desdites ouvertures représente donc environ le tiers de la surface totale du tissu souple.

Cependant, etant donne qu'à l'interieur de cha~ue meche ~ les fibres qui la composent sont sensiblement parallèles et relatlvement libres, il va de soi qu'au moment de l'application de la pression, lesdites mèches-~ont être facilement aplàties, de sorte que leur largeur va croître et gue, par conséquence, la surface des ouver-tures va diminuer, l'épaisseur du tissu diminuantr Cet aplatissement va être fonction de cette pression,de sorte qu'en réglant celle-ci, il est possible de régler la porosite de la couche poreuse selon l'invention.

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l Par exemple, la pression sera ajustée pour que, dans le treillis rigide (correspondant au tissu à ouvertures carrees mentionne ci-dessus), la surface totale des-dites ouvertures soit comprise entre 5 et 15% de la surfa-ce totale, Ainsi, selon une particularit~ importante de l'inven-tion, les o~vertures menagees entre les mèches de trame et les meches de cha~ne du tissu souple correspondent .
a une porosite superieurè à celle desiree pour le treil-10 lis rigide et la porosite desiree pour le treillis rigide :~
estajustee grâce à ladite Drèssion exercee sur le tissu souple lors de son durcissement. Cette porosite desiree du treillis rigide peut donc etre facilement adaptee à l'environe~ent sonore de tous les types de turbo-moteurs.

On voit donc que, grâce à l'invention, non seulement on evite les difficultes dues aux obstructions des ou-vertures de ~a couche poreuse, mais encore on peut re-gler à volonte les dimensions de celles-ci et la 20 porosite de ladite couche. -~

Par ailleurs, grace eyalement à la relative liberte des fibres d'une mèche les unes par rapport aux autres, : : il est possible, lors de ~'application de la pression, dlobtenir au~moins une face prati~uement lisse pour le `
treillis rigide, puisqu'alors les mèches peuvent avoir une très faible epaisseur~ qui correspond pratiquement ~
à quelques dlamètres des fibres qui les.composent. ~` :

Dans un mode de ~ealisation avantageux destine à pre-senter une grande legèrete, les mèches sont constituées .

- , .;

.

de fibres ou filamen~s de carbone. Par exemble, chaque mèche comporte environ de 1000 à 10000 filaments de carbone, dont chacun d'entre eux présente un diamètre de quelques microns. De telles mèches sont dispo-nibles dans le commerce sou~ la marque de commerce TORAYCA. Dans un tel exemple, les mèches de filaments de carbone peuvent présenter lors du tissage une largeur d'environ 2 millimètres et on peut ménager des ouvertures carrées d'environ 2 millimètres de côtés entre les mèches tissées. La pbrosité du tissu souple est donc dans ce cas de l'ordre de 33%. En revanche, après imprégnation de résine, application de la pression et durcissement, le traillis peut être tel q-le les mèches durcies et aplaties peuvent présenter une largeur moyenne de l'ordre de 3 millimètre#, la porosité de ce treillis étant ramenée à environ 5 à 10%. Cette porosité finale peut être ajustée par réglage de la pression, pour être le mieux adapté possible à l'utilisation désirée pour le revêtement. Généralement, le3 différentes applications dan~
l'absorption des ondes sonores dans les nacelles de turbomoteurs exi-gent des porosités qui, selon le cas, vari~nt de 5 à 15%.
On obtient ainsi une couche poreuse particulièrement légère.
Si dans l'exemple de revêtement mentionné ci-dessus, on remplace la plaque extérieure perforée par le treillis selon l'invention, le poids de la couche poreuse passe de 1600 g/m à 600 g/m .
Dan3 le ca3 d'utilisation, pour la fabrication de la couche poreuse selon l'invention, de mèches dont les fibres ont un faible diamètre et/ou sont en une matière très dure (ce qui est le cas des filaments de carbone), .

~.,.-, ~
. .~ ~

1 le tissu souple obtenu par tissage risque de présenter une faible tenue et ~es fibres risquent de foisonner lateralement. Il en resulte, d'une part, que le tissu est très deformable et qu'il est donc malaisé de le soumettre aux operations consecutives devant assurer son durcissement et sa mise en forme et, d'autr~ part, que les ouve~tures sont mal définies, car partiellement obturées par les fibres foisonnantes. Pour éviter ces inconvénients, selon une particularite importante de l'invention, on associe aux ~êchès dè fibres, lors de leur tissage, des fils de bordu~re plus rigide, un de chaque côte de chaque mèche. ~insi, on evite le foison-nement des fibres et on donne de la rigidite au tissu souple. On remarquera que lesdits fils sont accoles aux mèches en bordure de celles-ci, et non pas incor-pores auxdites meches par enroulement helico~dal, de sorte que l'epaisseur de celles-ci n'est pas augmentee.
De tels fils de bordure, non seulement procurent les aVantages mentionnes ci-dessus au moment du tissage, mais encore servent d'armature au treilIis rigide ter-mine, par exemole pour en accroître la resistance mécanique, notamment aux chocs. On sait, ~ ce sujet, que les entrées d'air des turbomoteurs sont sujettes aux chocs de grêlons, d~oiseaux etc .. et on prévoit 25 generalement des dispositifs de protection adequate. ~ ~
Grâce à l'armature-constituee par les fils de bordure ~-men~ionnes ci-dessus, on peut donner aux revetements ~ `~
absorbant l'~nergie sonore une grande résistance a ~-~
1'eclatement,~de sorte q~e ces dispositifs de protec-tion peuvent etre supprimes.
-~ . .

Dans un mode de realisation avantageux, les fils de bordure sont constitues par des fils metalliques, par exempie de bronzF, de sorte gue 1'armature constitue ~ :, :

:

, 1 un grillage conducteur, ~es fils de trame et de chaine étant en contact electrique les ~ns avec les autres aux emplacements de leurs croisements. ~insi, cette armature, qui renforce le faible pouvoir conducteur des fibres de carbone, peut de plus ser~ir a l'evacuation des charges electriques statiques apparaissant aux endroits o~ sont disposes les revêtements selon l'invention. Ceux-ci peuvent donc participer a la protection contre la foudre.

;
Il est a~antageux d'utiliser des fils de bronze pour realiser l'armature car ceux-ci sont relativement inertes galvaniquement en presence du carbone.

Pour realiser le tissage du tissu selon l'invention, il est avantageux d'utiliser une navette speciale pour la pose des fils de bordures, d:ifferente de la navette destinee aux meches de fibres.

Les figures du dessin annexe feront bien co~prendre comment l'invention peut etre r~alisee.

La figure 1 est une vue en perspective, avec arrache~
ment,d'un fragment de structure composite selon ~'in-ventlon, destinee à llabsorption d'energie son~re.

La figure 2 est une vue de face dlun fragment de tissu souple selon ~'invention.
:~ :
La figure 3 est une coupe agrandie SuiVant la ligne III-III de la figurè 2, ~:
La figure 4 est ~ne ~ue de face d'un fragment de treillis ~ -rigide, obtenu par impr~gnation de resine durcissa~le, pressage et durcissem~At du fragment de tissu de la , 1 figure 2, La figure 5 est une coUpe agrandie suivant la ligne V-V de la figure 4.

Le fragment de structure composite, destinee à l'ab-sorption d'energie sonore et ~ontree sur la figure 1, comporte une couche de base 1, sur laquelle est fixee une couc~e alréolaire intermédi~ire 2, elle-même supportant une couche pore~se 3.

La configuration ~énerale d'une telle structure est connue et la presentè invention CQnCerne la réa]isa-tion et la nature de la couche poreuse 3.

La surface libre 3a de 1~ couche poreuse 3 est par exemple au contact d7un écoulement gazeux pratique-ment tangentiel. L'énergie sonore de cet écoulement gazeux passe au moins en partie à travers ladite cou-che poreuse 3 et se trouve piég~e dans les alveoles 4 de la couche intermediaire 2~ Cette dernière presente par exemple une structure en nid d'abeilles. La couche de base 1, par exen~ple en feuillard d'aluminium, sert 20 à la fixation de la structure 1,2,3 sur un support, ~--par exemple la paroi interne d'une nacelle de turbo-moteur. Les couches 1,2 et 3 sont par exemple rendues solidaires les unes des autres par collage~

Conformement à~la presente invention, la couche poreuse 3 est realisee par tissage, enduction et pressage d'un tissu de filaments de carbone, et les figure~ 2 a 5 illustrent la réalisation d'un mode de réalisation préfere, mais non pas limitatif,`d'une telle couche ~;~
poreuse 3.

' 1 Dans l'exemple de r~lisation illustr~ par les figures 2 à 5, on commence par realiser un tissage lâche de mêches de filaments de carbone, les mèches de trame 5 et les mèches de chaîne 6 etant identiques.

Les mèches 5 et 6 sont constituees de plusieurs milliers de fibres de carbone (sensiblement parallèles entre elles et relati~ement libres) ayant quelques microns de diamè-tre et, à plat, au moment du tissage, ces mèches peu-vent presenter une largeur 1 de l'ordre de 2 millime-tres. Elles sont tissées, dans l'exemple representé,de façon a etre orthogonales les unes aux autres et à
~enager entre elles des o~vertures carrees 7, dont les côtes ont une long~eur approximativement egale à 1.

Par aille~rs, chaque ~èc~e de trame 5 est bordee, de part et d'autre, de fins fils de bronze 8 et ~, tandis que chaque ~èche de cha~ne 6 est bordee, de part et d'autre, de fins fi~s de bronze 10 et 11, de sorte que lesdits fils sont tisses avec les mèches 5 et 6 et que chaque ouverture 7 est definie par quatre portions de fils 8 à 11.
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On obtient ainsi un tissu ~âche et souple 12, comme illus-tré par les figures 2 et 3.

Le tissu 12 est ensuite impregne d'une résine thermo- -durcissable, puis soumis a la temperature de cuisson de celle-ci, tout en subissant un pressage et une mise en forme (pàr exemple pour s'adapter à la paroi cour~e d'une nacelle de turbomoteur). On-obtient alors la couche poreuse rigide ou treill-s 3 des figures 4 et 5.Le pres-sage aplatit les mèches 5 et 6 en les élargissant, de sorte que les ouvertures 7 deviennent des ouvertures ;~
' 1 pIus petites 7' présentant les dimensions souhaitees pour l'application envis~yée. Par ailleurs, ce pressage permet d'obtenir une face 3a de la couche 3 pratique-ment lisse. Pour cela, il suffit de presser la couche 3 entre une suriace dure , par exemple en acier inoxy-dable,disposee du cote de la face 3a et une surface mol-le , par exemple en caoutchouc, disposeedu côte de la face opposee 3b.

Bien entendu, la couche po~euse rigide 3 est ensuite rendue solidaire de la couche al~eolaire 2 par sa face 3b.

Quoique dans l'exempie represente sur les dessins, le tissage des mèches 5 et 6 soit a mailles carrees, il va de soi que l'invention n'est pas limitee ~ cet exemple de tissa~e, qui peut être realise de fa~on a former toute maille quadrangulaire de forme.desiree.

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Claims

Les réalisations de l'invention au sujet des quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme suit:

1. Un procédé pour la réalisation d'un treillis rigide, conducteur d'électricité, perforé et léger, et destiné à être employé comme couche extérieure d'une structure composite alvéo-laire destinée à l'absorption d'énergie sonore, et comportant les étapes suivantes:
a) fournir un tissue souple et lâche comportant une pluralité de mèches de chaîne parallèles et espacées, et une pluralité de mèche de trame parallèles et espacées et transversales auxdites mèches de chaîne avec lesquelles elles s'entrelacent, lesdites mèches de chaîne et de trame définissant des ouvertures correspon-dant à une porosité plus grande que celle désirée dans ledit treillis rigide, chacune desdites mèches comportant une pluralité
de fibres relativement libres et sensiblement parallèles les unes aux autres, et une paire de fils conducteurs d'électricité
accolés aux mèches respectivement de chaque côté et en bordure de celles-ci, Les fils en bordure desdites mèches étant électrique-ment solidaires pour former un grillage conducteur d'électricité;
b) imprégner ladit tissu avec une résine durcissable;
c) après imprégnation, soumettre ledit tissu à ses faces opposées à une pression suffisante pour produire l'étalement latéral desdites mèches suffisant pour réduire la porosité à la porosité désirée; et d) durcir ladite résine tout en maintenant ladite pression, pour produire un treillis rigide, mince, conducteur d'électricité, et ayant ladite porosité désirée.

2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel ladite pression est appliquée par des moyens produisant une surface à

peu près uniforme et lisse sur au moins une face dudit treillis.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la porosité du tissu souple est de l'ordre de 25 à 35%, tandis que celle du treillis rigide est de l'ordre de 5 à 15%.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les mèches de trame et les mèches de chaîne du tissu souple sont orthogonales entre elles et délimitent dans le tissu souple des ouvertures carrées dont les côtés ont une longueur de l'ordre de grandeur de la largeur desdites mèches.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres sont constituées de filaments de carbone.

6. Le procédé de la revendication 5, dans lequel les dites mèches de chaîne et mèches de trame dudit tissu souple sont approximative-ment de 2mm de largeur, et déterminent des ouvertures carrées ayant des côtés dont la longueur est approximativement de 2mm.

7. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, ou 3, carac-térisé en ce que lesdits fils de bordure sont en bronze.

8. Un treillis rigide perforé, fabriqué selon le procédé des revendications 1, 2, ou 3.