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Ensemble pour système propulsif d'aéronef
La présente invention concerne un ensemble pour système
propulsif d'aéronef et un procédé de fabrication d'un tel ensemble.
Une nacelle, appartenant au système propulsif de l'aéronef,
présente généralement une structure comprenant une entrée d'air en amont du
turboréacteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante du
turboréacteur, une section aval abritant des moyens d'inversion de poussée et
destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur, et est
généralement terminée par une tuyère d'éjection dont la sortie est située en
aval du turboréacteur.
L'entrée d'air comprend, d'une part, une lèvre d'entrée 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,
et, d'autre part, une structure aval sur laquelle est rapportée la lèvre et
destinée
à canaliser convenablement l'air vers les aubes de la soufflante.
Cette structure aval comprend notamment une paroi interne 1
annulaire, illustrée sur les figures 1 et 2, et un capot externe (non
illustré)
radialement espacé de la paroi interne 1.
La paroi interne 1 de la structure d'entrée d'air est prolongée par un
carter de soufflante appartenant à la section médiane de la nacelle dans une
direction parallèle à l'axe longitudinal du turboréacteur.
Plus particulièrement, l'extrémité aval de la paroi interne 1 de
l'entrée d'air et l'extrémité amont du carter de la soufflante portent,
chacun, des
brides de raccordement 2,3 périphériques pour assembler ensemble ladite
entrée d'air et le carter de soufflante, à l'aide d'éléments de fixation tels
que
des vis 4 ou des boulons.
Dans les structures d'entrée d'air actuelles, telles qu'illustrées sur
les figures 1 et 2, la bride de raccordement 2 de la structure d'entrée d'air
est
respectivement fixée en aval du panneau acoustique de la paroi interne 1 ou
sur le panneau acoustique même par des éléments boulonnés 5.
La présence des éléments boulonnés 5 nécessite alors des renforts
locaux dans le plan de bride qui ont une incidence sur la masse de la
structure
d'entrée d'air.
De plus, de tels agencements limitent les dimensions du panneau
acoustique de la paroi interne 1 de la structure d'entrée d'air, si on ne
souhaite
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pas le détériorer par l'aménagement des éléments boulonnés 5, comme illustré
sur la figure 1.
On connaît également des structures d'entrée d'air dans lesquelles
la paroi interne et la bride de raccordement au carter de soufflante
correspondante sont intégrées dans une pièce unique en matériau composite.
Or, dans une telle pièce, on constate un cisaillement interlaminaire
au niveau de la liaison collée entre la bride et le panneau acoustique de la
paroi interne
Il existe alors un risque de délaminage dans la pièce composite qui
entraîne une baisse importante de la résistance mécanique de la paroi interne
de la structure d'entrée d'air, et même la rupture de cette dernière.
La présente invention a pour objet de remédier à ces
inconvénients.
A cet effet, la présente invention propose un ensemble pour
système propulsif d'aéronef comprenant une première virole destinée à être
fixée à une seconde virole et une première bride de raccordement destinée à
être fixée à une seconde bride de raccordement correspondante solidaire de la
seconde virole, ladite première bride de raccordement comprenant une portion
formant plan s'étendant suivant une direction radiale par rapport à la
première
virole remarquable en ce que la liaison entre la première virole et la bride
de
raccordement correspondante est déportée à une distance du plan de bride
correspondant à une longueur d'amortissement d'un moment généré par des
flux d'efforts traversant ladite première virole dans des conditions
prédéterminées d'utilisation de l'ensemble.
Grâce à la présente invention, on évite l'apparition du délaminage
entre la première virole et la bride de raccordement, dans la mesure où à
cette
distance particulière, on évite de solliciter la liaison entre cette virole et
la bride
de raccordement correspondante.
Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention,
l'ensemble selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou en combinaison
techniquement possible :
- la première virole est une virole interne d'une structure d'entrée
d'air d'une nacelle et/ou d'une structure de l'inverseur de la nacelle et/ou
d'un
carter de soufflante de turboréacteur ;
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- la longueur d'amortissement I dudit moment est définie sur la
formule (1) suivante
(1) Rxe
l=1
J3 x (j _V2)
dans laquelle R et e définissent, respectivement, le rayon et
l'épaisseur de la première virole et v, le coefficient de poisson du matériau
formant la première virole au droit du plan de bride ;
- la première virole et la première bride de raccordement
correspondante sont réalisées en une pièce unique en matériau composite ;
- la première bride de raccordement est en matériau métallique ;
- la première virole comprend, en outre, un coin de transition
destiné à être mis en place au droit du plan de la première bride entre cette
dernière et la première virole ;
- la première virole comprend, en outre, une plaque de renfort
rapportée sur la bride de raccordement.
L'invention concerne, également, un procédé de fabrication d'un
ensemble tel que précité comprenant une étape dans laquelle on déporte une
liaison entre la première virole et la bride de raccordement correspondante à
une distance du plan de bride correspondant à une longueur d'amortissement
d'un moment généré par des flux d'efforts traversant ladite première virole
dans
des conditions prédéterminées d'utilisation de l'ensemble.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention,
apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, selon des
modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence
aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 et 2 représentent des vues partielles en coupe de
deux assemblages d'une structure d'entrée d'air et d'un carter de soufflante
de
l'état de l'art ,
- la figure 3 est une vue partielle en coupe d'un mode de réalisation
d'un assemblage d'une structure d'entrée d'air et d'un carter de soufflante
selon un mode de réalisation de la présente invention ,
- La figure 4 est une vue en coupe détaillée d'un mode de
fabrication d'une bride de raccordement d'une virole de l'assemblage de la
figure 3 ,
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- La figure 5 est une vue en perspective partielle d'une virole de
l'assemblage de la figure 3 sur laquelle on a mis en évidence les différents
flux
d'efforts présents sur la virole.
Une nacelle de turboréacteur d'aéronef possède une structure
comprenant une entrée d'air, une section médiane entourant une soufflante de
turboréacteur, et une section aval entourant le turboréacteur et abritant
généralement un système d'inversion de poussée.
La structure d'entrée d'air se divise en deux zones, à savoir d'une
part, une lèvre d'entrée annulaire à profil aérodynamique 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,
et, d'autre part, une structure aval comprenant une virole interne annulaire
et
un capot externe annulaire radialement espacé de la virole interne, virole
interne sur laquelle est rapportée la lèvre et destinée à canaliser
convenablement l'air vers la soufflante.
Une telle virole est désignée par la référence générale 10 sur la
figure 3.
Cette virole interne 10 de la structure d'entrée d'air est traitée de
façon classique pour former une structure 11 acoustique d'atténuation de
l'onde sonore.
Elle peut comporter une peau interne perméable à l'air, une peau
externe perméable à l'air et une âme alvéolaire en nid d'abeille.
D'autres variantes de réalisation sont envisageables, comme le
remplacement de l'âme alvéolaire par de la mousse poreuse ou des
microsphères.
La section médiane, quant à elle, comprend d'une part, un carter
interne 20 entourant la soufflante du turboréacteur prolongeant la virole
interne
10 de la structure d'entrée d'air et, d'autre part, une structure externe de
carénage du carter prolongeant le capot externe de la structure d'entrée
d'air.
La virole interne 10 est destinée à être fixée au carter de soufflante
20 dans un plan de jonction désigné par la lettre A, grâce à des brides de
raccordement annulaires périphériques 30,40 placées, respectivement, sur
l'extrémité aval de la virole interne 10 et sur l'extrémité amont du carter de
soufflante 20.
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Chaque bride de raccordement 30, 40 comprend une première
portion de raccordement 31 formant bride et s'étendant suivant une direction
radiale et une deuxième portion de raccordement 32 tubulaire de forme
sensiblement cylindrique s'étendant selon la direction longitudinale du
5 turboréacteur, de sorte que la section longitudinale de la bride de
raccordement
est en forme de L.
Toutefois, d'autres formes de réalisation des brides de
raccordement peuvent être proposées.
Chacune des brides de raccordement 30,40 faisant saillie vers
l'extérieur à la périphérie de la virole interne 10 de l'entrée d'air et du
carter de
soufflante 20 sont pressées l'une contre l'autre par des moyens de fixation
adaptés, parallèles à l'axe longitudinal du turboréacteur et destinés à
traverser
des passages en regard dans chacune des brides de raccordement 30,40.
La bride de raccordement 30 de la virole interne 10 est ainsi reliée
par tous moyens connus (non illustrés sur la figure 3), tel que des boulons, à
la
bride de raccordement 40 du carter 20 au niveau du plan de jonction A.
Par ailleurs, quelque soit le mode de réalisation, les différentes
brides de raccordement 30,40 peuvent être associées à des moyens de
centrage permettant d'assurer le centrage de la structure d'entrée d'air par
rapport au carter de soufflante 20.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 3, la deuxième
portion de raccordement 32 de la bride 30 correspondant à la virole interne 10
de la structure d'entrée d'air est destinée à être fixée sur ladite virole 10.
Plus précisément, cette deuxième portion de raccordement 32
forme une pièce en matériau composite avec la virole interne 10 de la
structure
d'entrée d'air.
Ce mode de réalisation a pour avantage de supprimer toute fixation
telle que des boulons ou des vis, qui pourrait altérer la qualité acoustique
de la
virole interne 10.
Selon la présente invention, la liaison entre la virole interne 10 et la
bride de raccordement 30 correspondante est déportée à une distance de la
première portion 31 de la bride 30 correspondant à une grandeur
caractéristique d'un moment généré par les flux d'efforts traversant ladite
virole
interne dans des conditions prédéterminées d'utilisation de la nacelle.
Ces conditions s'entendent comme étant les conditions dans
lesquelles le turboréacteur est en fonctionnement et notamment, lorsque
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l'aéronef est en service lors des phases de décollage, de vol et
d'atterrissage
mais aussi au sol.
En effet, la liaison collée entre la bride 30 et le panneau acoustique
11 de la virole interne 10 est sollicitée par des efforts dans le plan, à
savoir
tension, compression et cisaillement dans le plan, qui conduisent à un moment
de flexion au niveau de la liaison précitée générateur de cisaillement
interlaminaire.
Plus précisément, en référence à la figure 5, la liaison collée entre
la bride 30 et le panneau acoustique de la virole interne 10 est sollicitée
par
des flux d'efforts dans la virole 10, à savoir tension et compression axiale
désignée par t, tension et compression circonférentielle désignée par f et
cisaillement plan désignée par T12 et les deux flèches associées, cisaillement
dans la paroi de la virole 10.
La tension et la compression axiale conduisent à un moment de
flexion au niveau de la liaison précitée générateur de cisaillement
interlaminaire, à l'interface entre la bride 30 et la virole 10.
La liaison entre la bride de raccordement 30 et la virole interne 10
de la structure d'entrée d'air est réalisée sensiblement à la longueur
d'amortissement I de ce moment.
Une telle longueur d'amortissement est définie par la formule (1)
suivante
_ Rxe
(1) l ~
J3 x (j _V2)
dans laquelle :
R est le rayon de la virole,
e est l'épaisseur de la virole,
v = le coefficient de poisson du matériau formant la virole au niveau de
la première portion de la bride.
Dans un exemple non limitatif de la présente invention pour une
structure quasi isotrope c'est à dire pour laquelle le nombre de plis à 45
est
égale au nombre de plis à 0 , la longueur d'amortissement peut être définie
par
la formule (2) approchée suivante
(2) 1=0.8x Rxe
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Dans un exemple non limitatif de la présente invention, pour un
matériel à l'échelle d'un futur monocouloir la longueur d'amortissement I est
de
l'ordre de 50 mm.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, la bride de
raccordement 30 est en matériau composite.
Il est à noter que la longueur d'amortissement du moment précité
est la longueur à laquelle le moment devient négligeable.
Par conséquent, à cette distance particulière, on évite de solliciter
la liaison entre la virole interne 10 et la bride de raccordement 30
correspondante en flexion, ce qui permet de diminuer les risques de
délaminage, notamment lorsque les pièces sont en matériau composite.
En effet, le panneau acoustique de la virole interne 10 à cette
distance ne voit pas les efforts de flexion générés au niveau de la bride de
raccordement 30.
Une telle liaison permet également d'intégrer la bride de
raccordement 30 au panneau acoustique 11 de la virole interne 10 en
supprimant les zones de jonction acoustique qui jouent le rôle de pont
sonique.
On améliore ainsi la qualité acoustique de la virole interne 10.
De plus, une telle liaison permet l'utilisation de panneau acoustique
11 comprenant un nid d'abeille de faible densité au droit de la bride de
raccordement 30, ce qui offre l'avantage de favoriser la diminution de masse
du panneau 11 et d'augmenter la surface acoustique de ce dernier.
Toutefois, une variante de réalisation peut proposer une bride de
raccordement 30 en matériau métallique dont la liaison avec la virole interne
10
sera réalisée à la longueur d'amortissement précitée.
Par ailleurs, en référence aux figures 3 et 4, une plaque de renfort
33 peut être rapportée sur la première portion de raccordement 31 de la bride
correspondant à la virole interne 10 et fixée à la bride 30 par des moyens
adaptés, si les exigences en terme de résistance structurale de la bride de
30 raccordement 30 l'exigent.
De plus, une variante de réalisation de la présente invention
propose d'insérer un coin de transition 34 entre la virole interne 10 et la
bride
de raccordement 30 au droit de la première portion de raccordement 31 de la
bride 30.
Ce coin est placé dans la zone de transition entre la viole interne
10 et la deuxième portion de raccordement 32 de la bride 30.
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Dans un exemple non limitatif de la présente invention, ce coin 34
est un profilé présentant une section de forme générale triangulaire.
Ce profilé est formé de plis de verre ou de carbone, ainsi que d'une
résine de remplissage.
Dans une variante de réalisation, ce profilé peut être formé par
pultrusion.
Ce coin de transition 34 offre l'avantage d'améliorer la santé
matière dans la zone de transition bride 30 / virole 10 c'est-à-dire qu'il
permet
d'éviter la déformation des tissus à l'endroit où il est placé.
En outre, sa présence évite une zone de concentration de
contraintes dans la zone de transition précitée.
Par ailleurs, tel qu'illustré sur la figure 4, lors de la fabrication de la
bride de raccordement 30 sur la virole interne 10 de la structure d'entrée
d'air,
on met en place une contre-forme 35 de forme correspondante à celle de la
bride de raccordement 30 associée que l'on souhaite former et symétrique à
cette dernière.
Plus précisément, cette contre-forme 35 est accolée sur une peau
arrière 36 de la bride de raccordement 30 qui a été cuite préalablement.
Pour cela, on utilise un outillage de positionnement de contre-
forme connu de l'homme du métier qui ne sera pas décrit plus en détails par la
suite.
Tel qu'illustré sur la figure 4, la bride de raccordement 30
comprend également des plis sacrificiels 37, placés en arrière de la peau
arrière 36.
On vient ensuite draper la bride de raccordement 30 sur l'ensemble
contre-forme 35/ peau arrière 36.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes
de réalisation de cette nacelle, décrites ci-dessus à titre d'exemples, mais
elle
embrasse au contraire toutes les variantes.
Ainsi, l'invention s'applique à toute virole d'un ensemble pour
système propulsif d'aéronef comprenant une bride de raccordement et,
notamment, à une structure de l'inverseur de la nacelle et/ou au carter
entourant la soufflante du turboréacteur comprenant une structure
d'atténuation
acoustique et à la bride de raccordement correspondante.
