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CA 02816255 2013-04-26
WO 2012/066210 PCT/FR2011/052543
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Nacelle pour un turboréacteur double flux d'un aéronef
L'invention se rapporte à une nacelle pour un turboréacteur double
flux d'un aéronef comprenant en section aval une structure interne fixe
destinée à entourer une partie du turboréacteur double flux et une structure
externe entourant au moins en partie la structure interne fixe de sorte à
délimiter une veine annulaire.
Un aéronef est mu par plusieurs turboréacteurs logés chacun dans
une nacelle abritant également un ensemble de dispositifs d'actionnement
annexes liés à son fonctionnement et assurant diverses fonctions lorsque le
turboréacteur est en fonctionnement ou à l'arrêt. Ces dispositifs
d'actionnement
annexes comprennent notamment un système mécanique d'actionnement
d'inverseur de poussée.
Une nacelle présente généralement une structure tubulaire suivant
un axe longitudinal 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. La structure tubulaire 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 générer, par l'intermédiaire des pales de la soufflante en
rotation, un flux d'air chaud (également appelé flux primaire ) issu de la
chambre de combustion du turboréacteur, et un flux d'air froid ( flux
secondaire ) qui circule à l'extérieur du turboréacteur à travers un passage
annulaire, également appelé veine annulaire .
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.
Ladite veine annulaire est formée en section aval par une structure
externe, dite Outer Fixed Structure (OFS) et une structure interne
concentrique,
dite Inner Fixed Structure (IFS), entourant la structure du moteur proprement
dite à l'aval de la soufflante. Les structures interne et externe
appartiennent à
la section aval. La structure externe peut comporter un ou plusieurs capots
coulissants suivant l'axe longitudinal de la nacelle entre une position
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permettant l'échappement du flux d'air inversé et une position empêchant un
tel
échappement.
Usuellement, la tuyère variable est formée d'éléments mobiles
coulissants et configurés de sorte à permettre une diminution de la section
d'éjection du flux d'air au niveau de la sortie de la veine annulaire afin
d'optimiser la section de cette dernière en fonction de la phase de vol dans
laquelle se trouve l'aéronef.
Cependant, lesdits éléments mobiles ne permettent pas d'obtenir
une bonne qualité aérodynamique de la veine secondaire. Une mauvaise
qualité aérodynamique entraîne une augmentation de la consommation
spécifique et du bruit du groupe propulseur comprenant le turboréacteur et la
nacelle.
Un but de la présente invention est donc de fournir une nacelle
dont la section d'éjection du flux d'air froid est variable par des moyens ne
présentant pas les inconvénients précités.
A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention a pour
objet une nacelle pour un turboréacteur double flux d'un aéronef comprenant
en section aval une structure interne fixe destinée à entourer une partie du
turboréacteur double flux et une structure externe entourant au moins en
partie
la structure interne fixe de sorte à délimiter une veine annulaire, la
structure
externe comprenant au moins un volet interne disposé en regard de la veine
annulaire, un volet externe non en contact avec la veine annulaire surmontant
au moins partiellement chaque volet interne en continuité aérodynamique avec
le reste de la structure externe, ainsi qu'un volet intermédiaire disposé
entre
chaque volet interne et chaque volet externe, ledit volet intermédiaire étant
mobile en translation de sorte à agrandir ou à diminuer la section de la veine
annulaire, et chaque volet interne et chaque volet externe étant mobiles en
rotation de sorte à rester en contact permanent avec le volet intermédiaire
dans
toutes les positions de ce dernier.
Chaque volet intermédiaire est monté à l'intérieur de la structure
externe entre un volet interne et un volet externe. Le volet intermédiaire est
déployable entre une position nominale correspondant à la position de
fonctionnement normale de la nacelle, une position déployée correspondant à
la position agrandissant la section de la veine annulaire et une position
rentrée
correspondant à la position diminuant la section de la veine annulaire. Durant
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toutes les positions et le passage de ces dernières, le volet externe reste en
contact permanent avec le volet intermédiaire.
L'association des volets intermédiaire et externe mobiles tout en
restant en contact permanent permet de faire varier la section de sortie de la
tuyère d'éjection en faisant évoluer la forme du bord de fuite de la partie
aval
de la structure externe de la veine secondaire. La veine secondaire présente
alors une très bonne qualité aérodynamique.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la nacelle de
l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles
suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles :
- au moins un volet intermédiaire est mobile en translation grâce à
une glissière ou des galets coopérant avec un système de rails appartenant à
un cadre supportant ledit volet intermédiaire ce qui permet de déplacer de
manière simple et fiable chaque volet intermédiaire ;
- au moins un volet intermédiaire est mis en mouvement par un ou
plusieurs vérins électriques ou hydrauliques ce qui permet de manière simple
et efficace de mettre en mouvement chaque volet intermédiaire ;
- le cadre associé à un volet intermédiaire est mobile par rapport à
la structure externe ce qui permet d'entraîner tout le volet intermédiaire et
de
diminuer l'effort subi par le cadre ;
- le cadre est mobile en translation au moyen d'un ou de plusieurs
vérins selon un axe sensiblement colinéaire à un axe longitudinal de la
nacelle
et le mouvement de translation est transmis au volet intermédiaire par un
système de bielles;
- le cadre est mobile en rotation au moyen d'un ou de plusieurs
vérins autour d'un axe sensiblement colinéaire à un axe longitudinal de la
nacelle et le mouvement est transmis au volet intermédiaire par
l'intermédiaire
d'un système d'articulation, notamment un ou plusieurs guignols ;
- chaque volet interne et chaque volet externe est en contact
permanent avec le volet intermédiaire grâce à un système de rails ou à un
système de ressort ce qui permet un contact permanent et fiable du volet
intermédiaire avec les volets externe et interne ;
- chaque volet interne, chaque volet externe et chaque volet
intermédiaire comportent des surfaces en contact revêtues d'un revêtement
anti-frottement ce qui permet d'éviter l'usure des volets.
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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 coupe schématique partielle d'un mode de
réalisation d'une nacelle de l'invention ;
- la figure 2 est une coupe longitudinale schématique d'une section
aval d'un mode de réalisation d'une nacelle de l'invention dans laquelle les
volets interne, externe et intermédiaire sont en position nominale ;
- la figure 3 est une vue en perspective du mode de réalisation de
la figure 2;
- la figure 4 est une vue en perspective de l'arrière de la nacelle
selon le mode de réalisation de la figure 2 ;
- la figure 5 est une coupe longitudinale schématique d'une section
aval d'un mode de réalisation d'une nacelle de l'invention dans laquelle les
volets interne, externe et intermédiaire sont en position rentrée ;
- la figure 6 est une vue en perspective du mode de réalisation de
la figure 5;
- la figure 7 est une vue en perspective de l'arrière de la nacelle
selon le mode de réalisation de la figure 5;
- la figure 8 est une coupe longitudinale schématique d'une section
aval d'un mode de réalisation d'une nacelle de l'invention dans laquelle les
volets interne, externe et intermédiaire sont en position déployée ;
- la figure 9 est une vue en perspective du mode de réalisation de
la figure 8;
- la figure 10 est une vue en perspective de l'arrière de la nacelle
selon le mode de réalisation de la figure 8;
- la figure 11 est une coupe schématique d'un mode de réalisation
de l'actionnement du volet intermédiaire de la nacelle de l'invention ;
- la figure 12 est une coupe schématique d'une variante du mode
de réalisation de la figure 11.
Comme représenté sur la figure 1, une nacelle 1 selon l'invention
présente une forme sensiblement tubulaire selon un axe longitudinal A. La
nacelle de l'invention 1 comprend une section amont 2 avec une lèvre d'entrée
13 d'air formant une entrée d'air 3, une section médiane 4 entourant une
soufflante 5 d'un turboréacteur 6 et une section aval 7. La section aval 7
comprend une structure interne 8 (généralement appelée IFS ) entourant la
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partie amont du turboréacteur 6, une structure externe (OFS) 9 pouvant
supporter un capot mobile comportant des moyens d'inversion de poussée.
L'IFS 8 et l'OFS 9 délimite une veine annulaire 10 permettant le
passage d'un flux d'air 12 pénétrant la nacelle 1 de l'invention au niveau de
5 l'entrée d'air 3.
La nacelle 1 de l'invention se termine par une tuyère d'éjection 21
comprenant un module externe 22 et un module interne 24. Les modules
interne 24 et externe 22 définissent un canal d'écoulement d'un flux d'air
chaud
25 sortant du turboréacteur 6.
Comme représenté sur la figure 2, l'OFS 9 comprend au moins un
volet interne 101 disposé en regard de la veine annulaire 10, un volet externe
103 non en contact avec la veine annulaire 10 surmontant au moins
partiellement chaque volet interne 101 en continuité aérodynamique avec le
reste de l'OFS 9. Un volet intermédiaire 105 est disposé entre chaque volet
interne 101 et chaque volet externe 103. Ledit volet intermédiaire 105 est
mobile en translation de sorte à agrandir ou à diminuer la section de la veine
annulaire 10. De plus, le volet externe 103 et le volet interne 101 qui lui
est
associé sont mobiles en rotation de sorte à rester en contact permanent avec
le volet intermédiaire 105 dans toutes les positions de ce dernier.
Typiquement, la nacelle 1 de l'invention comporte autant de volets
internes 101 que de volets externes 103 et de volets intermédiaires 105. La
nacelle 1 de l'invention peut ainsi comporter une pluralité de volets internes
101 assocés chacun à un volet externe 103 et à un volet intermédiaire 105. Les
volets 101, 103, et 105 sont répartis sur la circonférence de ladite nacelle
1.
Chaque volet externe 103 pivote autour d'un axe de pivotement
109 fixe par rapport à l'OFS 9, ledit axe de pivotement 109 étant contenu dans
un plan radial sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal A de la
nacelle
1 de l'invention
Chaque volet interne 101 pivote par rapport à l'OFS 9 autour d'un
axe sensiblement colinéaire à l'axe de pivotement 109 du volet externe.
Chaque volet intermédiaire 105 est mobile suivant une trajectoire
indiquée en pointillé 107 dans les figures 2, 5 et 8. Typiquement, ladite
trajectoire 107 du volet intermédiaire est sensiblement colinéaire à la
direction
longitudinale de la veine annulaire 10. Par direction longitudinale , on
entend ici la direction sensiblement colinéaire à l'IFS 8 lorsque cette
dernière
s'élargit d'amont en aval jusqu'à la zone de l'IFS 8 la plus large.
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Chaque volet intermédiaire 105 est déployable entre une position
nominale (figures 2 à 4) correspondant à la position de fonctionnement normale
de la nacelle 1 de l'invention, une position déployée correspondant à la
position
agrandissant la section de la veine annulaire 10 (voir figures 5 à 7) et une
position rentrée correspondant à la position diminuant la section de la veine
annulaire 10 (voir les figures 8 à 10). Durant toutes les positions et le
passage
de l'une à l'autre, chaque volet externe 103 reste en contact permanent avec
le
volet intermédiaire 105 qui lui est associé.
L'association des volets intermédiaire 105, interne 101 et externe
103 mobiles tout en restant en contact permanent permet de faire varier la
section de sortie de la tuyère d'éjection en faisant évoluer la forme du bord
de
fuite de la partie aval de l'OFS 9 de la veine secondaire. La veine secondaire
10 présente alors une très bonne qualité aérodynamique ce qui permet
d'améliorer la consommation spécifique et de diminuer le bruit généré par le
groupe propulseur comprenant le turboréacteur 6 et la nacelle 1 de
l'invention.
Comme représenté sur les figures 2 à 4, le volet intermédiaire 105
est en position nominale correspondant à la configuration de la section aval
de
l'OFS 9 lorsque la nacelle 1 de l'invention est en position de croisière, à
savoir
non à l'atterrissage, au décollage ou en phase d'accélération.
Dans cette position, le volet externe 103 et le volet interne 101
reposent au niveau de leur extrémité libre 120 sur la surface du volet
intermédiaire 105, à distance de l'extrémité libre 122 dudit volet
intermédiaire
105.
Dans cette position nominale, la section de la veine annulaire 10
présente une hauteur nominale ho.
Comme représenté sur les figures 5 à 7, le volet intermédiaire 105
est en position rentrée correspondant à la configuration de diminution de la
section de la veine annulaire 10. En d'autres termes, la hauteur h,
transversale
de la veine annulaire 10 est inférieure à la hauteur nominale ho. Cette
position
correspond à la configuration où le groupe propulseur génère une faible
poussée, notamment lorsque l'aéronef est en descente.
Dans cette position, le volet externe 103 et le volet interne 101
reposent au niveau de leur extrémité libre 120 et 121 sur la surface du volet
intermédiaire 105, à proximité ou sur l'extrémité libre 122 dudit volet
intermédiaire 105.
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Pour ce faire, le volet externe 103 et le volet interne 101 pivotent
autour de leur axe 109 de manière concomittante avec le déplacement en aval
du volet intermédiaire 105 hors de l'OFS 9.
Comme représenté sur les figures 8 à 10, le volet intermédiaire 105
est en position déployée correspondant à la configuration d'augmentation de la
section de la veine annulaire 10. En d'autres termes, la hauteur h,
transversale
de la veine annulaire 10 est supérieure à la hauteur nominale ho. Cette
position
correspond à la configuration où la nacelle 1 de l'invention présente une
section de sortie de la veine annulaire 10 maximale correspondant à une forte
poussée du groupe propulseur, notamment au décollage.
Dans cette position, le volet externe 103 et le volet interne 101
reposent au niveau de leur extrémité libre 120 et 121 sur la surface du volet
intermédiaire 105, à longue distance de l'extrémité libre 122 dudit volet
intermédiaire.
Comme précédemment, le volet externe 103 et le volet interne 101
pivotent autour de leur axe 109 de manière concomittante avec le déplacement
en amont du volet intermédiaire 105 vers l'intérieure de l'OFS 9.
Le volet intermédiaire 105 peut être mobile en translation grâce à
une glissière 130 ou à des galets coopérant avec un système de rails 132
appartenant à un cadre 134 supportant ledit volet intermédiaire 105 ce qui
permet de déplacer de manière simple et fiable chaque volet intermédiaire 105
(voir figures 3, 6 et 9). Typiquement, le rail a une direction sensiblement
colinéaire à la trajectoire 107 du volet intermédiaire. Ainsi, la position de
la
glissière ou du galet dans le rail permet un avancement du volet intermédiaire
105 ou un recul de ce dernier suivant la trajectoire 107.
Le cadre 134 du volet intermédiaire peut être fixé sur l'OFS 9, en
particulier sur un volet fixe 101.
Le volet intermédiaire 105 peut être est mis en mouvement de
manière simple et efficace et de façon autonome par un ou plusieurs vérins
électriques ou hydrauliques (non représentés).
Le cadre associé 134 à un ou aux volets intermédiaires 105 peut
être également mobile par rapport à l'OFS 9 ce qui permet d'entraîner le ou
tous les volets intermédiaires 105.
Dans cette perspective, le cadre 134 peut être mobile en translation
au moyen d'un ou de plusieurs vérins 140 selon un axe sensiblement colinéaire
à un axe longitudinal A de la nacelle 1 de l'invention et le mouvement de
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translation est transmis au volet intermédiaire 105 associé par un système de
bielles 142.
Dans une variante, le cadre 134 peut être mobile en rotation au
moyen d'un ou de plusieurs vérins 150 autour d'un axe sensiblement colinéaire
à un axe longitudinal A de la nacelle 1 de l'invention et le mouvement est
transmis au volet intermédiaire 105 associé par l'intermédiaire d'un système
d'articulation, notamment un ou plusieurs guignols 152.
Chaque volet interne 101 et chaque volet externe 103 est en
contact permanent avec le volet intermédiaire 105 associé par l'intermédiaire
d'un système de rails ou un système de ressort (non représentés) ce qui
permet un contact permanent et fiable du volet intermédiaire avec les volets
interne et externe. Un moyen pour assurer le contact permanent desdits volets
interne 101 et externe 103 mobiles avec le volet intermédiaire 105 peut être
d'installer un ou plusieurs ressorts de type barre de torsion dans
l'articulation
de chaque volet interne 101 et externe 103 mobiles en rotation. Lesdits
ressorts génèrent une forte pression continue des volets interne 101 et
externe
103 sur le volet intermédiaire 105.
Le volet interne 101, le volet externe 103 et le volet intermédiaire
105 peuvent comporter des surfaces en contact revêtues d'un revêtement anti-
frottement ce qui permet d'éviter l'usure des deux volets 105 et 103. A titre
d'exemple de revêtement anti-frottement, on peut citer le PTFE (appelé
téflon ) ou similaire.
Ainsi, en position nominale, la section de la veine annulaire 10
présente une hauteur ho permis par la position de chaque volet intermédiaire
105 dont l'extrémité libre 122 dépasse celle des volets interne 101 et externe
103 qui lui sont associés. Lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la hauteur hr
par rapport à la hauteur nominale ho, le volet intermédiaire 105 est mis en
mouvement selon la trajectoire 107 en aval des volets 101 et 103 de sorte que
l'extrémité libre 122 dépasse davantage celle des volets interne 101 et
externe
103 qui lui sont associés. Chaque volet intermédiaire 105 est donc en position
déployée.
Si, au contraire, il est nécessaire de réduire la hauteur hr par
rapport à la hauteur nominale ho, le volet intermédiaire 105 est mis en
mouvement selon la trajectoire 107 en amont des volets 101 et 103 vers
l'intérieur de l'OFS 9 de sorte que l'extrémité libre 122 soit à proximité ou
sous
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celle du volet externe 103 qui lui est associé. Chaque volet intermédiaire 105
est donc en position rentrée.
Bien entendu, les caractéristiques décrites dans le cadre des
modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être prises isolément ou
combinées entre elles sans sortir de la portée de la présente invention.
