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CA 02733602 2011-02-07
WO 2010/040907 PCT/FR2009/000893
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Structure d'entrée d'air pour une nacelle pour turboréacteur
L'invention concerne une nacelle pour turboréacteur.
D'une façon générale, une nacelle d'aéronef présente une structure
comprenant une structure d'entrée d'air, une structure médiane et une section
aval. On entend ici par le terme aval la direction correspondant au sens
du
flux d'air froid pénétrant dans le turboréacteur. Le terme amont désigne
la
direction opposée.
La structure d'entrée d'air est située en amont du turboréacteur servant
à propulser l'aéronef. En aval de la structure d'entrée d'air, la structure
médiane est destinée à entourer une soufflante du turboréacteur. Plus en aval
encore se situe la section aval abritant en général des moyens d'inversion de
poussée destinés à entourer la chambre de combustion du turboréacteur. La
nacelle se termine par une tuyère d'éjection dont la sortie est située en aval
du
turboréacteur.
La structure d'entrée d'air comprend au moins un panneau externe, au
moins un panneau interne et une lèvre d'entrée d'air présentant une paroi
interne destinée à être au contact du flux d'air pénétrant dans le
turboréacteur.
Généralement, le ou les panneaux externes se prolongent en la lèvre d'entrée
d'air. Autrement dit, généralement, le ou les panneaux externes ne sont pas
rapportés sur la lèvre d'entrée d'air.
En revanche, la lèvre d'entrée d'air est fixée de manière amovible sur le
ou les panneaux internes. Ainsi, la structure mobile comportant une lèvre
d'entrée d'air et le ou les panneaux externes est mobile par rapport à une
structure fixe comportant le ou les panneaux internes. Une telle structure
mobile permet d'avoir accès aux équipements logés à l'intérieur de la nacelle
pour réaliser la maintenance de ces derniers.
Par ailleurs, le ou les panneaux internes peuvent être dotés d'au moins
un panneau acoustique, notamment une structure en nid d'abeille, de sorte à
absorber les nuisances acoustiques issues du fonctionnement du
turboréacteur.
La nacelle comporte également une cloison généralement rapportée sur
la lèvre d'entrée d'air, définissant ainsi une cavité dans laquelle sont logés
des
câbles ou différents dispositifs destinés à assurer le fonctionnement de la
nacelle, notamment des moyens de dégivrage de la lèvre d'entrée d'air.
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La structure médiane est destinée à entourer la soufflante du
turboréacteur. Ladite structure est rattachée la structure d'entrée d'air de
manière fixe par le ou les panneaux internes et de manière mobile par le ou
les
panneaux externes de manière à assurer une continuité aérodynamique.
Pour réaliser les opérations de maintenance sur les équipements
logés à l'intérieur de la structure d'entrée d'air, on coulisse généralement
la
structure mobile amont de la structure médiane par des moyens de guidage.
Généralement, de tels moyens de guidage sont sous la forme d'un système de
rails.
Ainsi, en position d'ouverture, à savoir lors du retrait en position
amont de la lèvre d'entrée d'air et du ou des panneaux externes, l'opérateur a
accès à l'intérieur de la nacelle. Il peut donc réaliser les opérations de
maintenance nécessaires.
En condition de vol, la structure d'entrée d'air est en position de
fermeture, à savoir la structure mobile est fixée sur le ou les panneaux
internes
et sur la structure médiane.
Usuellement, la zone d'interface entre la structure mobile et la
structure fixe des nacelles est située à proximité de la cloison. A cet effet,
la
lèvre d'entrée d'air comporte un dispositif d'interface à proximité de la
cloison,
typiquement sous la forme d'une extrémité aval en forme de L configuré pour
venir se fixer sur un dispositif complémentaire en vis-à-vis appartenant à un
panneau interne.
Cependant, en phase d'avant vol, à savoir lorsque le turboréacteur
est en phase d'accélération avion arrêté, la lèvre d'entrée d'air subit des
températures allant jusqu'à environ 400 C. Une telle contrainte thermique
engendre une dilatation importante des matériaux composant la lèvre d'entrée
d'air. La dilation induit une déformation importante de cette dernière
introduisant une force tirant la structure mobile vers l'amont. Un jeu
important
résultant dans la zone d'interface compromet fortement la performance du
turboréacteur.
Par ailleurs, généralement, le ou les panneaux internes sont
réalisés en matériaux composites. De ce fait, ces derniers subissent des
efforts
thermiques importants ce qui a pour conséquence une dégradation structurelle.
Un but de la présente invention est de fournir une structure d'entrée
d'air pour une nacelle ne présentant pas les inconvénients précités.
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A cet effet, selon un premier aspect, l'invention a pour objet une
structure d'entrée d'air pour une nacelle pour turboréacteur destinée à
canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur, comportant au
moins un panneau externe, au moins un panneau interne et une lèvre d'entrée
d'air présentant une paroi interne destinée à être au contact du flux d'air
pénétrant dans le turboréacteur et une cloison séparant la lèvre d'entrée
d'air
du reste de la nacelle, remarquable en ce que la lèvre d'entrée d'air comporte
une extension apte à être fixée sur le panneau interne et s'étendant
sensiblement en continuité de la paroi interne vers l'aval de la structure
d'entrée d'air sur une longueur au moins égale à environ la distance maximale
entre la cloison et la lèvre d'entrée d'air.
La structure d'entrée d'air de l'invention comporte une lèvre
d'entrée d'air dont la paroi interne présente une extension au-delà de la
cloison, vers l'aval de la structure d'entrée d'air de l'invention. De ce
fait, la
zone d'interface portée par ladite extension est également déplacée plus en
l'aval que celle de l'art antérieur. Ainsi, la zone d'interface ne subit plus
ou très
peu les contraintes thermiques et donc la déformation de la lèvre d'entrée
d'air
ce qui permet d'éviter la présence de jeu dans ladite zone.
Parallèlement, l'accessibilité aux équipements disposés à l'intérieur
de la nacelle et au(x) panneau(x) interne(s), notamment à la virole
acoustique,
n'est pas impactée.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la structure d'entrée
d'air de l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques
optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons
possibles :
- l'extension comporte un élément d'interface apte à se fixer sur un
élément d'interface correspondant fixé sur le panneau interne ce qui
permet de fixer de manière amovible la lèvre d'entrée d'air au panneau
interne ;
- l'extension est rapportée sur la paroi interne de la lèvre d'entrée d'air ce
qui permet d'employer des lèvres d'entrée d'air usuelles ;
- l'extension est un panneau structurant à âme alvéolaire ce qui améliore
la résistance mécanique de l'extension ;
- le panneau structurant est acoustique ce qui permet d'augmenter la
surface acoustique et ainsi la performance acoustique de la nacelle ;
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- l'extension est un prolongement sensiblement continu de la paroi interne
de la lèvre d'entrée d'air ce qui permet de faciliter le montage de la
structure d'entrée d'air ;
- la paroi interne et l'extension sont des panneaux structurants à âmes
alvéolaires ce qui permet d'augmenter la surface acoustique de la
structure d'entrée d'air ;
-une cloison de renfort est rapportée sur l'extension au niveau de la zone
d'interface avec le panneau interne ce qui permet de renforcer la tenue
structurale de la structure mobile tout en limitant le gain de masse
associé.
Selon un autre aspect, l'invention a pour objet une nacelle pour
turboréacteur comportant une structure d'entrée d'air de l'invention.
L'invention sera davantage comprise à la lecture de la description
non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées.
- la figure 1 est une représentation en perspective d'une nacelle
comportant une structure d'entrée d'air de l'invention en position
d'ouverture,
- la figure 2 est une coupe longitudinale partielle d'une structure
d'entrée d'air selon l'invention en position de fermeture,
- la figure 3 est une coupe longitudinale partielle de la structure
d'entrée d'air du mode de réalisation de la figure 2 en position d'ouverture,
- la figure 4 est une coupe longitudinale partielle d'une variante de
la structure d'entrée d'air de la figure 2 en position de fermeture,
- la figure 5 est une coupe longitudinale partielle d'une autre
variante de la structure d'entrée d'air de la figure 2 en position
d'ouverture,
- la figure 6 une coupe longitudinale partielle d'une autre variante
de la structure d'entrée d'air de la figure 2 en position de fermeture.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, une nacelle 1
comportant une structure d'entrée d'air selon l'invention constitue un
logement
tubulaire pour un turboréacteur (non visible) dont elle sert à canaliser les
flux
d'air qu'il génère en définissant des lignes aérodynamiques internes et
externes nécessaires à l'obtention de performances optimales. Elle abrite
également différents composants nécessaires au fonctionnement du
turboréacteur ainsi que des systèmes annexes tels qu'un inverseur de
poussée.
La nacelle 1 est destinée à être rattachée à une structure fixe d'un
avion, telle qu'une aile 2, par l'intermédiaire d'un pylône 3.
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Plus précisément, la nacelle 1 possède une structure comprenant
une structure d'entrée d'air 4 de l'invention en amont, une structure médiane
5
entourant une soufflante (non visible) du turboréacteur, et une section aval 6
entourant le turboréacteur et abritant généralement un système d'inversion de
5 poussée (non représenté).
La structure médiane 5 comporte un carter 9 rattaché à une
extrémité à la structure d'entrée d'air 4 de l'invention de manière à assurer
une
continuité aérodynamique.
La structure d'entrée d'air 4 de l'invention se divise en trois zones.
La première zone la plus en amont est une lèvre d'entrée d'air 4a adaptée pour
permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à
l'alimentation de la soufflante et des compresseurs internes du turboréacteur.
La seconde zone est une section 4b reliée à une extrémité de la lèvre d'entrée
d'air 4a comprenant au moins un panneau externe 40. La troisième zone est
une section 4c reliée à l'autre extrémité de la lèvre d'entrée d'air 4a et
comportant au moins un panneau interne 41.
Le ou les panneaux internes 41 est(sont) destiné(s) à canaliser
convenablement l'air vers les aubes (non représentées) de la soufflante. Le ou
les panneaux internes 41 sont ainsi fixés à leur extrémité aval à une
extrémité
amont du carter 9 par l'intermédiaire de brides de fixation. Ainsi, le ou les
panneaux internes 41 forment avec la structure médiane 5 une structure fixe
par rapport à la nacelle 1. Par ailleurs, le ou les panneaux internes 41
peuvent
comprendre une virole acoustique destinée à atténuer les nuisances sonores
dues au fonctionnement du turboréacteur et aux vibrations de la structure. La
virole acoustique est typiquement constituée d'une structure en nid d'abeille
ou
de toute autre structure connue de l'homme du métier permettant d'absorber
les nuisances sonores.
Typiquement, le ou les panneaux internes 41 sont réalisés en
matériau composite en carbone, voire en aluminium.
Selon l'invention, la lèvre d'entrée d'air 4a est fixée au(x)
panneau(x) externe(s) 40 de manière à former une pièce unique démontable,
dénommée structure mobile. A cet effet, la lèvre d'entrée d'air 4a peut être
intégrée au(x) panneau(x) externe(s) 40.
Typiquement, le ou les panneaux externes 40 sont réalisés en
matériau composite en carbone, voire en aluminium.
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Typiquement, la lèvre d'entrée d'air 4a est réalisée en aluminium,
en titane, voire en tout matériau composite haute température connu de
l'homme du métier.
Afin de permettre à la structure mobile de reculer en amont de la
nacelle 1, cette dernière est typiquement dotée de moyens de guidage 15
aptes à permettre un déplacement sensiblement rectiligne du ou des panneaux
externes 40 vers l'amont de la nacelle 1 de manière à pouvoir ouvrir la
structure d'entrée d'air 4 pour les questions de maintenance. A titre
d'exemple
de système de rails, on peut citer les systèmes de rails décrits dans la
demande FR 2 906 568, tels que des coulisseaux sur des rails, un rail en
rigole
apte à coopérer avec un système de glissière, un système de patins à rouleaux
aptes à coopérer avec un rail correspondant ainsi qu'un axe longitudinal apte
à
coulisser à travers une ouverture correspondante.
La structure d'entrée d'air 4 de l'invention comporte également une
cloison 45 séparant la lèvre d'entrée d'air 4a du reste de ladite structure
d'entrée d'air 4. La cloison 45 permet ainsi de délimiter une cavité 47 au
sein
de laquelle des équipements, tels que des équipements de dégivrage, sont
disposés pour assurer le fonctionnement de la nacelle 1.
Dans une coupe longitudinale de la structure d'entrée d'air 4 de
l'invention, la cloison 45 et la lèvre d'entrée d'air 4a sont séparées d'une
distance maximale d. La distance maximale d correspond, ici, à la distance
séparant le point de la lèvre d'entrée d'air 4a le plus éloigné de la cloison
45
dans une coupe longitudinale. Typiquement, la distance maximale d
correspond à la longueur de la cavité 47.
Typiquement, la cloison 45- est réalisée en aluminium, en titane,
voire en tout matériau composite haute température connu de l'homme du
métier.
La lèvre d'entrée d'air 4a comporte en outre une extension 60 apte
à être fixée sur le panneau interne 41 s'étendant au-delà de la cloison 45,
sensiblement en continuité de la paroi interne 70, sur une longueur I au moins
égale à environ la distance maximale d entre la cloison 45 et la lèvre
d'entrée
d'air 4a.
Dans la mesure où l'extension 60 s'étend vers l'aval de la structure
d'entrée d'air de l'invention et plus généralement de la nacelle 1, la zone
d'interface entre le ou les panneaux internes 41 et l'extension 60 ne subit
plus
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ou très peu la déformation de la lèvre d'entrée d'air 4a. Ainsi, ladite zone
ne
présente peu ou pas de jeu entre le panneau interne 41 et l'extension 60.
L'absence de jeu assure alors une longévité de la structure d'entrée d'air 4
plus
importante que celle de l'art antérieur et garantit un risque moins élevé de
rupture de la zone de fixation lorsque l'aéronef est en condition de vol. De
plus,
les performances aérodynamiques dues à la continuité des lignes ne sont pas
impactées.
De plus, il n'existe plus de jeu induit par la déformation thermique
de la lèvre d'entrée d'air 4a au niveau de cette zone d'interface ce qui
permet
de conserver une bonne fixation lorsque l'aéronef est en configuration de vol.
L'extension 60 a typiquement une longueur I comprise entre 50 mm
et 400 mm, voire entre 150 mm et 300 mm, notamment égale à environ 200
mm. Une telle longueur I assure une extension 60 présentant une interface pas
ou peu soumise aux déformations de la lèvre d'entrée d'air 4a.
Par ailleurs, l'extension 60 est typiquement réalisée en aluminium,
voire en matériau composite en carbone.
Selon le mode de réalisation préféré représenté sur les figures 2 et
3, l'extension 60 est rapportée sur la paroi interne 70 de la lèvre d'entrée
d'air
4a ce qui permet d'employer des lèvres d'entrée d'air 4a usuelles connues de
l'homme du métier. L'extension 60 est par exemple rapportée par éclissage ou
tout autre moyen connu de l'homme du métier.
Dans ce cas, l'extension 60 peut être de manière avantageuse un
panneau structurant à âme alvéolaire ce qui améliore encore la résistance
mécanique de l'extension 60.
De manière préférentielle, le panneau structurant est acoustique ce
qui permet d'augmenter la surface acoustique et ainsi la performance
acoustique de la nacelle 1.
Le traitement acoustique du panneau interne 41 et de l'extension
60 peut être différent afin d'absorber au mieux les nuisances acoustiques Pour
obtenir des impédances différentes, il est possible de modifier certains
paramètres du panneau acoustique tels que la profondeur des cellules
acoustiques, le nombre de couches cellulaires, le diamètre des trous
acoustiques. Il est également possible de prévoir une zone de transition entre
les deux traitements acoustiques.
Selon un mode de réalisation préféré, l'extension 60 comporte un
élément d'interface 62 apte à se fixer sur un élément d'interface 64
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correspondant fixé sur le panneau interne 41 ce qui permet de fixer de manière
amovible la lèvre d'entrée d'air 4a au panneau interne 41. Typiquement le
dispositif d'interface 64 est monté sensiblement en vis-à-vis du dispositif
d'interface 62 et est de forme sensiblement complémentaire audit élément
d'interface 62.
Les éléments d'interface 62 et 64 sont tous les éléments d'interface
connus de l'homme du métier. Les éléments d'interface 62 et 64 peuvent
également remplir le rôle de centrage de la structure mobile sur la structure
fixe. A cet effet, on peut citer des moyens de centrage rigides, tels que des
pions de centrage aptes à coopérer avec des alésages correspondants, et/ou
souples pour assurer une continuité structurelle, tels qu'une languette
élastique. Dans le cas où une languette élastique est employée, elle est
située
en prolongement de l'extension 60. On peut citer comme exemples de
languette élastique celles décrites dans la demande internationale WO
2008/040877.
A titre d'exemple de moyens de centrage de l'extension 60 et du
panneau interne 41, on peut citer ceux décrits dans la demande FR 2 906 568.
Le dispositif d'interface 62 peut être rapporté sur l'extrémité aval de
la surface de l'extension 60 et orientée vers l'intérieur de la structure
d'entrée
d'air 4 de l'invention. Dans une variante, le dispositif d'interface 62 est un
prolongement de l'extrémité aval de l'extension 60.
La structure des moyens de guidage 15 peut déborder de
l'interface amont du panneau interne 41. S'il s'avère nécessaire de lier
l'extrémité de la dite structure dépassant du panneau interne 41, il est
possible
de fixer une liaison 68 sur le dispositif d'interface 64 du panneau interne ou
sur
la peau non acoustique dudit panneau 41 qui est orientée vers l'intérieur de
la
structure d'entrée d'air 4. La liaison 68 employée peut être de tout type
connu
de l'homme du métier et adaptée à cette application. A titre d'exemple, on
peut
citer une liaison bride support.
Selon le mode de réalisation préféré représenté à la figure 4, la
paroi interne 70 se prolonge de manière continue en l'extension 60 ce qui
simplifie le montage de la structure d'entrée d'air 4 de l'invention. Dans le
cas
où la paroi interne 70 est une tôle métallique recouverte d'une peau externe,
l'extension 60 est également une tôle métallique revêtue d'une peau externe.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 5, la paroi interne 70 et
l'extension 60 sont des panneaux structurant à âme alvéolaire, éventuellement
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traités de manière acoustique. Comme indiqué plus haut, il est possible de
prévoir un traitement acoustique de l'extension 60 et de la paroi interne 70
différent de celui du panneau interne 41. De même, le traitement acoustique de
la paroi interne 70 et de l'extension 60 peut être différent afin d'obtenir
des
impédances de valeurs différentes. Il est ainsi possible de modifier certains
paramètres du panneau acoustique tels que la profondeur des cellules
acoustiques, le nombre de couches cellulaires, le diamètre des trous
acoustiques.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 6, une cloison
de renfort 80 est rapportée sur l'extension 60 au niveau de la zone
d'interface
avec le panneau interne 41 ce qui permet de renforcer la tenue structurale de
la structure mobile tout en limitant le gain de masse associé. La cloison de
renfort 80 est typiquement montée en aval et en vis-à-vis de la cloison 45
usuelle. A titre d'exemple, la cloison de renfort 80 est réalisée en en
matériau
acoustique en carbone afin de préserver sensiblement la masse de la nacelle
1.
