Feasibility study of an acoustic cloak using a multi-layered elastic coating.
Étude de faisabilité d'un revêtement élastique pour la furtivité acoustique.
Résumé
Making an object invisible to acoustic waves could prove useful for military applications or measurements in confined space. Different passive methods have been proposed in recent years to avoid acoustic scattering from rigid obstacles. These techniques are exclusively based on acoustic phenomena, and use for instance multiple resonators or scatterers. This thesis deals with a different method and studies the effects in terms of scattering reduction of an elastic multi-layered coating fixed to the object to conceal. Vibrations of the coating subject to acoustic waves are first modelled to compute the scattered pressure in the external fluid. Mechanical and dimensional properties of the layers leading to omnidirectional scattering reduction are optimised. Considering an external fluid consisting of air, realistic configurations of coatings emerge, composed of a thick internal orthotopic layer and a thin external isotropic layer. These coatings are shown to enable scattering reduction at a precise frequency or on a larger frequency band. The problem of experimental characterisation is also addressed. The study then focuses on a cylinder immersed in water. Bi-layer isotropic coatings can be used in such configuration. A parametric study is led on the characteristics of the internal layer. Finally, significant scattering reduction is achieved for a larger frequency range by increasing the number of layers. Examples of four-layer isotropic coatings are presented to highlight this result.
Dans le cadre de certaines applications militaires ou métrologiques, on peut chercher à rendre un objet "invisible" vis-à-vis des ondes acoustiques. Différentes méthodes passives ont été proposées ces dernières années pour éviter ou atténuer la diffraction d'ondes acoustiques sur des obstacles rigides. Ces techniques reposent sur des phénomènes purement acoustiques, avec par exemple la présence de multiples résonateurs ou d'objets diffractants. L'étude présentée ici s'intéresse pour sa part aux effets que l'on pourrait obtenir au moyen d'un revêtement multicouche élastique fixé à un cylindre que l'on souhaite rendre indétectable. Le comportement vibro-acoustique d'un tel revêtement est d'abord modélisé. Par optimisation, on détermine les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles des couches permettant une atténuation omnidirectionnelle de la diffraction. Des configurations réalistes de revêtements composés d'une couche orthotrope et d'une couche isotrope sont dégagées dans le cas d'un milieu extérieur constitué d'air. On montre que de tels dispositifs permettent d'atténuer la diffraction à une fréquence donnée ou sur une bande de fréquence. Le problème de la caractérisation expérimentale de ces revêtements est également abordé. Dans un second temps, le cas d'un milieu extérieur constitué d'eau est étudié. On met alors en évidence une réduction de la diffraction avec des revêtements composés de deux couches isotropes. L'influence des différents paramètres de la couche intérieure est analysée. Enfin, des exemples montrent que la bande de fréquence sur laquelle a lieu l'atténuation de la diffraction peut être élargie en augmentant le nombre de couches.
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