Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
1
Inverseur de poussée pour turboréacteur d'aéronef, à nombre
d'actionneurs réduit
La présente invention se rapporte à un inverseur de poussée pour
turboréacteur d'aéronef, à nombre d'actionneurs réduit.
Un avion est mû par plusieurs turboréacteurs logés chacun dans
une nacelle servant à canaliser les flux d'air engendrés par le turboréacteur
qui
abrite également un ensemble de dispositifs d'actionnement assurant diverses
fonctions lorsque le turboréacteur est en fonctionnement ou à l'arrêt.
Ces dispositifs d'actionnement peuvent comprendre, notamment,
un système mécanique d'inversion de poussée.
Une nacelle présente généralement une structure tubulaire
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.
Les nacelles modernes sont destinées à abriter un turboréacteur
double flux apte à engendrer par l'intermédiaire des pales de la soufflante,
un
flux d'air dont une partie, appelée flux chaud ou primaire, circule dans la
chambre de combustion du turboréacteur, et dont l'autre partie, appelée flux
froid ou secondaire, circule à l'extérieur du turboréacteur à travers un
passage
annulaire, également appelé veine, formé entre un carénage du turboréacteur
et une paroi interne de la nacelle. Les deux flux d'air sont éjectés du
turboréacteur par l'arrière de la nacelle.
Le rôle d'un inverseur de poussée est, lors de l'atterrissage d'un
avion, d'améliorer la capacité de freinage de celui-ci en redirigeant vers
l'avant
au moins une partie de la poussée engendrée par le turboréacteur. Dans cette
phase, l'inverseur obstrue la veine du flux froid et dirige ce dernier vers
l'avant
de la nacelle, engendrant de ce fait une contre-poussée qui vient s'ajouter au
freinage des roues de l'avion.
Les moyens mis en oeuvre pour réaliser cette réorientation du flux
froid varient suivant le type d'inverseur. Cependant, dans tous les cas, la
structure d'un inverseur comprend des capots (ou portes) mobiles déplaçables
entre une position fermée ou jet direct dans laquelle ils ferment ce
passage
et une position ouverte ou jet inverse dans laquelle ils ouvrent dans la
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
2
nacelle un passage destiné au flux dévié. Ces capots peuvent remplir une
fonction de déviation ou simplement d'activation d'autres moyens de déviation.
Dans le cas d'un inverseur de poussée à grilles, également connu
sous le nom d'inverseur à cascade, la réorientation du flux d'air est
effectuée
par des grilles de déviation, le capot n'ayant qu'une simple fonction de
coulissage visant à découvrir ou recouvrir ces grilles.
La translation du capot mobile s'effectue selon un axe longitudinal
sensiblement parallèle à l'axe de la nacelle. Des volets d'inversion de
poussée,
actionnés par le coulissement du capot, permettent une obstruction de la veine
du flux froid en aval des grilles de déviation, de manière à optimiser la
réorientation du flux froid vers l'extérieur de la nacelle.
On connaît de la technique antérieure, et notamment du document
FR 2 916 426, un inverseur de poussée à grilles dont le capot mobile est
monobloc et monté coulissant sur des glissières disposées de part et d'autre
du pylône de suspension de l'ensemble formé par le turboréacteur et sa
nacelle.
Par capot monobloc , on entend un capot de forme quasi-
annulaire, s'étendant d'un côté à l'autre du pylône sans interruption.
Un tel capot est souvent désigné par les termes anglo-saxons 0-
duct , par allusion à la forme de virole d'un tel capot, par opposition au
D-
duct , qui comprend en fait deux demi-capots s'étendant chacun sur une
demi-circonférence de la nacelle.
Le coulissement d'un capot de type 0-duct entre ses positions
jet direct et jet inverse est classiquement assuré par une pluralité
d'actionneurs, de type mécano-électrique (par exemple : vis sans fin actionnée
par un moteur électrique et déplaçant un écrou) ou hydraulique (vérins
actionnés par de l'huile sous pression).
Typiquement, on trouve quatre ou six actionneurs, à savoir
respectivement deux ou trois actionneurs répartis sur chaque moitié de
l'inverseur de poussée, de part et d'autre du pylône de suspension.
La présente invention a pour but de simplifier ces moyens
d'actionnement, tant pour réduire les coûts que pour réduire la masse de la
nacelle.
On atteint ce but de l'invention avec un inverseur de poussée à
grilles et à capot mobile monobloc comportant des rails aptes à coulisser dans
des glissières disposées de part et d'autre d'un pylône de suspension,
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
3
comprenant uniquement deux actionneurs disposés à proximité desdits rails et
aptes à faire coulisser ce capot sur lesdites glissières entre ses positions
jet
direct et jet inverse, et comprenant également des moyens aptes à compenser
les efforts tendant à désaligner lesdits rails par rapport auxdites
glissières, et à
éviter ainsi leur coincement mutuel, remarquable en ce que lesdits moyens
sont sélectionnés dans le groupe comprenant :
- des moyens pour compenser le couple de basculement du capot
mobile provoqué par la pressurisation de la veine du flux froid de
l'inverseur, et
- des volets d'inversion de poussée de l'inverseur, agencés de
manière à exercer un effort de poussée sur le bord amont de la paroi interne
dudit capot mobile.
La présence de deux actionneurs seulement est une simplification
considérable par rapport aux inverseurs de poussée de la technique antérieure,
cette simplification permettant d'atteindre des réductions de coût et de masse
substantielles.
Toutefois, cette simplification entraîne des risques de coincement
du coulissement du capot mobile, lequel coincement peut être évité grâce aux
moyens de compensation susmentionnés.
En effet, du fait de la forme sensiblement conique de la paroi
interne du capot mobile, la résultante des efforts de pression de cet air
froid a
en effet tendance à former un couple de basculement du capot mobile avec la
résultante des efforts exercés par les actionneurs ; en compensant ce couple,
on réduit donc les risques de coincement.
S'agissant des volets d'inversion de poussée, l'effort de poussée,
présent tant à l'ouverture qu'a la fermeture du capot mobile, permet
d'appliquer
un effort réparti de manière sensiblement homogène sur toute la périphérie du
capot mobile, ce qui permet de réduire l'intensité des couples de basculement
susmentionnés.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de l'inverseur de
poussée selon l'invention :
- lesdits moyens de compensation comprennent des moyens de
pressurisation de la paroi externe dudit capot mobile : en pressurisant la
paroi
externe du capot mobile, dont la forme est également conique, mais inversée
par rapport à celle de la paroi interne du capot, on réduit sensiblement
l'effet du
couple de basculement susmentionné ;
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
4
- lesdits moyens de pressurisation comprennent un joint
d'étanchéité disposé en amont de la paroi externe dudit capot mobile, et une
absence de joint en amont de la paroi interne de ce capot mobile : en
supprimant le joint de la paroi interne et en le reportant sur la paroi
externe, on
permet à l'air froid qui se trouve sous pression dans la veine du flux froid,
d'aller remplir l'espace situé entre les parois interne et externe du capot
mobile,
et ainsi de pressuriser au moins une partie de la paroi externe ;
- lesdits moyens de pressurisation comprennent un joint
d'étanchéité sur la paroi interne dudit capot mobile, associé à une fuite
limitée
sur la paroi externe et à au moins un détendeur situé au travers de la paroi
interne : le rôle de ces détendeurs est d'assurer une pression dans l'espace
situé entre les parois interne et externe du capot mobile qui annule la
résultante des efforts axiaux du capot mobile ; optionnellement, ce détendeur
peut être piloté.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des
figures ci-annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique globale d'une
nacelle de turboréacteur présentant un inverseur de poussée selon l'invention,
c'est-à-dire comportant un capot mobile monobloc (inverseur de type 0-
duct ), dont l'intérieur est vu en transparence ;
- la figure 2 est une représentation schématique en demi-coupe
longitudinale de la nacelle de la figure 1 ;
- les figures 3 à 5 sont des vues en demi-coupe longitudinale de
l'inverseur de poussée de la nacelle des figures 1 et 2, dans trois positions
successives ;
- la figure 6 montre de manière schématique, en coupe
transversale, le positionnement des deux actionneurs du capot mobile de
l'inverseur de poussée des figures 3 à 5;
- la figure 7 montre de manière schématique, en coupe
longitudinale, le couple de basculement auquel est soumis le capot mobile ;
- la figure 8 montre de manière schématique, en coupe
longitudinale, un positionnement approprié d'un joint d'étanchéité sur le
capot
mobile de l'inverseur de poussée selon l'invention ; et
- la figure 9 montre de manière schématique, et en détail, le
mécanisme qui se trouve dans la zone XII de la figure 5.
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou
analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou
analogues.
En référence aux figures 1 et 2, une nacelle 1 est destinée à
constituer un logement tubulaire pour un turboréacteur double flux 3 et sert à
canaliser les flux d'air chaud 5 et froid 7 engendrés pas ce turboréacteur 3,
comme indiqué dans le préambule de la présente description.
Cette nacelle 1 est destinée à être suspendue à un pylône 8, lui-
même fixé sous l'aile d'un aéronef.
Comme indiqué précédemment, la nacelle 1 possède, de façon
générale, une structure comprenant une section amont 9 formant une entrée
d'air, une section médiane 11 entourant la soufflante 13 du turboréacteur 3 et
une section aval 15 entourant le turboréacteur 3.
La section aval 15 comprend une structure externe 17 comportant
un dispositif d'inversion de poussée et une structure interne 19 de carénage
du
moteur 3 du turboréacteur définissant avec la structure externe 17 la veine du
flux froid 7, dans le cas de la nacelle de turboréacteur double flux telle que
présentée ici.
Le dispositif d'inversion de poussée comprend un capot 23 monté
mobile en translation selon une direction sensiblement parallèle à l'axe
longitudinal A de la nacelle 1.
Ce capot 23 est apte à passer alternativement d'une position de
fermeture (position représentée aux figures 1 et 2) dans laquelle il assure la
continuité aérodynamique des lignes de la section aval 15 de la nacelle 1 et
couvre des grilles 25 de déviation de flux d'air, à une position d'ouverture
dans
laquelle il ouvre un passage dans la nacelle 1 en découvrant ces grilles de
déviation 25.
Plus précisément, dans le cadre de la présente invention, le capot
mobile 23 est monobloc, c'est-à-dire qu'il comprend un seul capot mobile
monobloc, de forme quasi-annulaire, s'étendant d'un côté à l'autre du pylône 8
sans interruption (capot mobile dit 0-duct ).
Les grilles de déviation 25 présentent chacune une pluralité
d'aubes déflectrices.
Tel qu'illustré sur la figure 2, la section aval 15 peut comprendre,
en outre, un cadre avant 27 qui prolonge en amont le capot 23 et assure le
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
6
rattachement de la section aval 15 avec la section médiane 11 entourant la
soufflante 13 du turboréacteur.
La translation du capot mobile 23 vers l'aval de la nacelle dégage
dans celle-ci une ouverture à travers laquelle le flux froid du turboréacteur
peut
s'échapper au moins partiellement, cette portion de flux étant réorientée vers
l'avant de la nacelle par les grilles de déviation 25, engendrant de ce fait
une
contre-poussée apte à contribuer au freinage de l'avion.
L'orientation du flux froid vers les grilles de déviation 25 est
effectuée par une pluralité de volets d'inversion 29 (voir figures 3 à 5 et
9),
répartis sur la circonférence interne du capot mobile 23, montés chacun
pivotant entre une position rétractée (voir figures 3 et 4) dans laquelle ces
volets 29 assurent la continuité aérodynamique intérieure de la veine de flux
froid 7 et une position déployée dans laquelle, en situation d'inversion de
poussée, ils obturent au moins partiellement cette veine et dévient le flux
froid
à travers les grilles de déviation 25.
On se reporte à présent plus particulièrement aux figures 3 à 5, sur
lesquelles on peut voir un inverseur de poussée selon l'invention dans trois
positions successives.
Sur la figure 3, on peut voir l'inverseur de poussée en position jet
direct , c'est-à-dire dans la position où le flux froid 7 circule directement
de
l'amont vers l'aval de la nacelle : cette position correspond à la situation
de vol
de croisière de l'aéronef.
Sur la figure 4, on peut voir le capot mobile 23 en train de
progresser vers la position de jet inverse de la figure 5.
Dans cette dernière position, le flux froid est dévié par les volets
d'inversion de poussée 29 à travers les grilles de déviation 25, comme indiqué
par la flèche F, permettant de réaliser le freinage de l'aéronef.
Plus précisément, dans le mode de réalisation représenté aux
figures 3 à 5, les grilles d'inversion de poussée 25 sont du type rétractable,
c'est-à-dire qu'elles sont aptes à coulisser d'une position amont (figures 3
et 4)
à une position aval (figure 5), sous l'effet de l'ouverture du capot mobile
23.
Comme cela est visible sur la figure 9, le mouvement de
coulissement aval des grilles d'inversion de poussée 25 est effectué par des
butées 31 disposées de manière appropriée sur le bord amont de la paroi
externe 33 du capot mobile 23.
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
7
Plus précisément, les volets d'inversion de poussée 29 sont
montés chacun pivotant et coulissant à l'intérieur de gorges 34 solidaires des
grilles d'inversion de poussée 25.
Une première bielle 35 relie l'extrémité pivotante et coulissante de
chaque volet 29 au cadre avant fixe 27, ou à tout autre structure fixe, et une
deuxième bielle 37 est articulée d'une part sensiblement à mi-longueur du
volet
d'inversion de poussée 29, et d'autre part, dans la zone amont des grilles
d'inversion de poussée 25.
Lorsque le capot mobile 23 passe de la position de la figure 3 à
celle de la figure 4, les deux bielles 35, 37 et le volet d'inversion de
poussée 29
associé demeurent immobiles, permettant à ce volet d'inversion de poussée de
sortir de la cavité définie par les parois externe 33 et interne 41 du capot
mobile 23.
Lorsque le capot mobile 23 continue son coulissement pour
atteindre la position représentée à la figure 5, les butées 31 disposées sur
le
bord amont de la paroi externe 33 de ce capot mobile ont pour effet de faire
coulisser les grilles d'inversion de poussée 25 vers une position aval visible
à la
figure 5.
Sous l'effet de ce coulissement, la première bielle 35 a pour effet
de faire coulisser le point d'articulation de l'extrémité du volet d'inversion
de
poussée 29 à l'intérieur de la gorge 34, permettant l'extraction de ce volet
d'inversion de poussée de la cavité définie par les parois 33 et 41.
La deuxième bielle 37 a, quant à elle, pour effet de faire pivoter le
volet d'inversion de poussée 29 jusqu'à sa position d'obturation de la veine
de
flux froid 7, visible à la figure 5, permettant d'orienter ce flux froid à
travers les
grilles d'inversion de poussée 25, vers l'amont de la nacelle 1.
Les moyens d'actionnement du capot mobile 23, permettant de
réaliser son coulissement de l'une à l'autre des positions visibles sur les
figures
3 à 5, sont représentés de manière schématique à la figure 6 : ces moyens
comprennent deux uniques actionneurs 43a et 43b disposés dans la partie
supérieure du capot mobile (c'est-à-dire vers le haut de la planche de dessins
3/4 ci-annexée), de part et d'autre du pylône de suspension 8.
Ces actionneurs peuvent être des vérins hydrauliques, ou bien des
actionneurs de type mécano-électrique, tels que les systèmes à vis sans fin et
à écrou.
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
8
Du fait de la forme sensiblement tronconique de la paroi interne 41
du capot mobile 23, laquelle forme s'évase vers l'aval de la nacelle, la
résultante RP des efforts de pression de l'air froid sur cette paroi interne
est
dirigée vers l'amont de la nacelle, comme cela est visible à la figure 7,
lorsque
le capot mobile se trouve en position jet direct .
Cette résultante RP a donc pour effet d'engendrer un couple de
basculement avec la résultante RA des efforts exercés par les actionneurs 43a
et 43b, lors de l'ouverture du capot mobile 23.
Ce couple de basculement risque d'avoir pour conséquence le
blocage des rails (non représentées) disposés en partie supérieure du capot
mobile 23, et permettant le coulissement de ce capot mobile dans deux
glissières (non représentées) disposées de part et d'autre du pylône de
suspension 8.
Pour éviter cela, on propose de déporter le joint d'étanchéité qui se
trouve habituellement sur le bord amont B1 de la paroi interne 41 du capot
mobile 23 vers le bord B2 de la paroi externe 33 de ce capot mobile.
Ce faisant, l'air froid 7 sous pression dans la veine d'air froid de la
nacelle remplit la cavité délimitée par les parois externe 33 et interne 41 du
capot mobile 23.
De la sorte, et du fait de la forme tronconique de la paroi externe
33, se rétrécissant vers l'aval de la nacelle, la résultante des efforts de
pression
exercés par l'air froid est orientée dans le même sens que la résultante RA
exercée par les actionneurs 43a et 43b à l'ouverture du capot mobile 23 : on
supprime de la sorte le couple de basculement engendré par la pression de
l'air à l'intérieur de la veine du flux froid, et on supprime ainsi les
risques de
coincement engendrés par cette pression.
Dans une autre variante, on peut envisager un joint d'étanchéité
disposé en amont de la paroi interne 41, associé à une fuite limitée sur la
paroi
externe et à au moins un détendeur traversant la paroi interne 41 : le rôle de
ce
détendeur est d'assurer une pression dans l'espace situé entre les parois
interne 41 et externe 43 du capot mobile, qui annule la résultante des efforts
axiaux du capot mobile ; optionnellement, ce détendeur peut être piloté.
Une autre origine des risques de coincement des rails du capot
mobile 23 dans leur glissières associées, est le positionnement décalé vers le
haut des actionneurs 43a et 43b, c'est-à-dire de leur positionnement fortement
dissymétrique par rapport à un plan horizontal coupant la nacelle : un tel
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
9
positionnement dissymétrique est en effet intrinsèquement générateur d'efforts
d'arc-boutement entre les rails du capot mobile 23 et leurs glissières
associées,
lequel arc-boutement peut engendrer des frottements pouvant déboucher sur
des situations de blocage.
Une solution pour réduire ce risque de blocage provoqué par un tel
arc-boutement consiste à placer chaque actionneur 43 dans le prolongement
du rail associé 45 du capot mobile 23.
Avec cet agencement particulier, les efforts de poussée et de
traction exercés par les actionneurs 43a et 43b s'exercent directement dans
l'axe de glissement de chaque rail avec sa glissière associée, supprimant
ainsi
tous les moments basculants et les risques d'arc-boutement et de coincement
associés.
Une autre solution pour réduire ces risques d'arc-boutement et de
coincement peut consister à fixer un câble 55 à l'extrémité de chaque rail 45
du
capot mobile 23, comme cela est visible aux figures 10 et 11.
Une autre manière, complémentaire des précédentes pour réduire
le couple de basculement du capot mobile 23 inhérent au positionnement
asymétrique des actionneurs 43a, 43b par rapport au plan horizontal de la
nacelle, consiste à utiliser les volets d'inversion de poussée 29 eux-mêmes.
Plus précisément, comme cela est visible notamment sur la figure
5, on peut choisir la géométrie du mouvement des volets d'inversion de
poussée 29 de sorte qu'ils viennent en butée contre le bord amont B1 de la
paroi interne 41 du capot mobile 23.
De la sorte, ces volets d'inversion de poussée 29, sous l'effet de la
poussée exercée par le flux froid 7, viennent s'appuyer sur toute la
circonférence du bord B1 de la paroi interne 41, exerçant ainsi sur cette
paroi
interne, et donc sur l'ensemble du capot mobile 23, un effort de poussée
réparti
de manière circonférentielle.
Cette répartition circonférentielle de l'effort permet de contrer le
couple de basculement engendré par le positionnement asymétrique des
actionneurs 43a et 43b, et contribue ainsi activement à réduire les risques
d'arc-boutement et de coincement consécutifs.
Comme on peut le voir à la lumière de ce qui précède, la présente
invention fournit un inverseur de poussée de conception particulièrement
simplifiée et allégée, grâce à l'utilisation de deux actionneurs uniquement,
disposés de part et d'autre du pylône de suspension de la nacelle.
CA 02814384 2013-04-10
WO 2012/059677 PCT/FR2011/052544
Cette limitation du nombre des actionneurs, ainsi que leur
positionnement particulier, pose des difficultés résultant des couples de
basculement engendrés d'une part par la pressurisation de l'air froid dans la
nacelle, et d'autre part par les efforts asymétriques engendrés par ces
actionneurs, lors de l'ouverture et de la fermeture du capot mobile.
Pour résoudre ces difficultés, et permettre une telle utilisation de
deux actionneurs seulement, on a recours aux moyens susmentionnés, utilisés
seuls ou en combinaison, permettant de compenser les efforts de basculement
du capot mobile de l'inverseur de poussée.
On notera que l'utilisation d'un inverseur de poussée à grilles
rétractables (voir figures 3 à 5) est tout à fait optionnelle dans le cadre de
la
présente invention.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux
modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre purement
illustratif.
