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Intégration de structures absorbantes acoustiques innovantes au sein d'une turbosoufflante

Vincent Simard

Master's thesis (2019)

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Abstract

The noise emission restriction imposed by the International civil aviation organisation is pushing aeronautics companies to continuously try to increase and optimise the performance of modern acoustic treatments. The next challenge facing engines manufacturer will be to adapt to the space restriction brought on by the ultra high bypass ratio architecture. The resulting loss in acoustic liner performance now motivates the search for new treatment solution aiming at surpassing the currently available technology. One such venture concerns the use of porous materials instead of the resonator structure that is presently in use. Until today, such high-performance acoustic material has not been compatible with the aircraft engine environment. The aim of this thesis is to develop a manufacturing process for porous materials that can be encapsulated into a rigid frame resulting in a rigid structure that could be position near an aircraft engine fan. The work done in this thesis aims at producing aeronautic compliant porous materials. Furthermore, the encapsulation of the porous material is done in order to generate a mechanicly viable structure that could replace the structural panels currently in the vicinity of the fan component. The proposed manufacturing methods consist of replicating a given porous material using aeronautical grade thermosetting resins. The chosen precursor has a strong acoustic potential and is produced using known and mastered manufacturing methods such as polyurethane gaz expansion foaming and 3D printing. A sacrificial mold of the porous material is made which can then be filled in order to produce a replica having satisfying acoustical and mechanical properties. This method called Replication by MicroMolding is currently capable of producing a mold of the precursor that can be filled with a chosen polymer. A microporosity in the mold is also molded this way resulting in the replication of the precursor and the mold microporosities which is not what the method aims to do. The progress done on this process has nevertheless made it possible to apply for a declaration of invention. It has also been possible to demonstrate that although unwanted the mold microporosity can be used to produce a porous material around a mechanically viable ordered structure. The proposed method can therefore be developed in either the original direction which aims at replication or it can be developed it a new direction aimed at exploiting the mold microporosity in order to develop mechanical and acoustic hybrid. A Polyester, Bastotect and Solimid foam have been identified to be used as precursor for the replication method. Since the method could not produce exact replicas at this stage, it was decided to introduce the original foam material in a honeycomb sandwich structure having a perforated facing.

Résumé

Les restrictions d'émissions sonores imposées par l'Organisation de l'aviation civile internationale poussent les entreprises du domaine aéronautique à perpétuellement tenter d'optimiser la performance des traitements acoustiques. Le prochain défi à relever pour le motoriste sera de s'adapter à l'architecture des moteurs d'avion à taux de dilution ultra élevé, car ceux-ci imposent des limitations d'espace qui empêcheront le traitement efficace de ces moteurs. La limitation de performances résultante pousse aujourd'hui la recherche de nouveaux traitements visant l'amélioration des technologies présentement utilisées. Une des avenues d'exploration est d'utiliser des matériaux poreux plutôt que les panneaux de résonateurs utilisés actuellement. Cependant, jusqu'à aujourd'hui, les mousses utilisées pour leur absorption acoustique ne sont pas compatibles avec cette utilisation. L'objectif de ce mémoire est de développer un procédé de fabrication de matériaux poreux pouvant être encapsulés dans une structure rigide destinée à être positionnée en proximité d'une soufflante de moteur. Ce travail a pour but de produire un matériau poreux répondant aux besoins spécifiques de l'environnement moteur. De plus, l'encapsulation du poreux est effectuée afin de fournir une structure assez rigide pour remplacer les structures déjà installées en proximité de la soufflante. La méthode de fabrication développée consiste à répliquer un matériau poreux existant, en utilisant une résine thermoplastique de grade aéronautique. Le précurseur choisi devrait avoir une forte absorption et être produit par une méthode de fabrication maitrisée telle que le moussage du polyuréthane ou encore l'impression 3D. Un moule sacrificiel de ce matériau poreux est réalisé, permettant de produire une réplique dont les propriétés physiques et mécaniques satisfont à un cahier des charges. Cette méthode dite de Réplication par MicroMoulage est aujourd'hui capable de produire un moule des précurseurs qui peut être rempli d'un polymère voulu. La présence de microporosité dans le moule cause cependant la reproduction du précurseur et des microporosités. Les progrès effectués sur cette méthode ont tout de même permis de produire une déclaration d'invention. De plus, il est aussi démontré que la méthode de réplication proposée peut être modifiée afin d'utiliser les porosités secondaires de l'agent moulant pour produire un matériau poreux autour d'une structure ordonnée ayant un fort potentiel mécanique. Il est ainsi démontré que la suite du développement de la méthode de fabrication peut aller dans la direction originale pour la réplication de matériaux poreux ou, elle peut être adaptée afin de se concentrer sur la production de matériaux hybride mécanique et acoustique par l'exploitation des microporosités.
Department: Department of Mechanical Engineering
Program: Génie mécanique
Academic/Research Directors: Annie Ross
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/3833/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 22 Jun 2021 08:41
Last Modified: 16 Nov 2022 03:39
Cite in APA 7: Simard, V. (2019). Intégration de structures absorbantes acoustiques innovantes au sein d'une turbosoufflante [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/3833/

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