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CA 02837605 2013-11-28
WO 2012/164187 PCT/FR2012/051046
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Structure d'entrée d'air de nacelle de turboréacteur
La présente invention se rapporte à une structure d'entrée d'air
pour nacelle de turboréacteur apte à canaliser un flux d'air vers une
soufflante
du turboréacteur.
Un avion est propulsé par un ou plusieurs ensembles propulsifs
comprenant un turboréacteur logeant dans une nacelle tubulaire. Chaque
ensemble propulsif est rattaché à l'avion par un mât situé généralement sous
une aile ou au niveau du fuselage.
Une nacelle présente généralement une structure comprenant une
entrée d'air en amont du moteur, 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. L'ensemble
est rattaché en amont d'un carter de la soufflante appartenant à la section
médiane de la nacelle.
Plus précisément, la structure d'entrée d'air présente de manière
générale une structure aval sensiblement annulaire comprenant une surface
externe assurant la continuité aérodynamique externe de la nacelle et une
surface interne assurant la continuité aérodynamique interne de la nacelle. La
lèvre d'entrée d'air assure la jonction amont entre ces deux parois.
Une structure de lèvre d'entrée d'air peut comprendre de nombreux
composants et abriter divers équipements, notamment des équipements de
dégivrage, par exemple. Par ailleurs, les jonctions entre les différentes
parois
et éléments alourdissent la structure et impactent négativement les
performances aérodynamiques.
Afin de résoudre ces problèmes, il a été développé des nacelles
dites laminaires à structure d'entrée d'air présentant une continuité externe
améliorant les performances aérodynamiques. Une telle structure est décrite
notamment dans le document FR 2 906 568.
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Grâce au fait que, dans une telle entrée d'air, la lèvre est en fait
intégrée à la paroi extérieure, on supprime les jonctions entre ces organes
susceptibles de nuire aux performances aérodynamiques de la nacelle. On
obtient ainsi un capot dit laminaire , fréquemment désigné par LFC
(pour
Laminar Forward Cowl , signifiant Capot Avant Laminaire ).
De plus, on facilite les opérations de maintenance en rendant la
paroi externe et la lèvre mobile en translation, la paroi interne constituant
alors
une virole fixe. Cette virole fixe est généralement équipée de moyens
d'atténuation acoustique.
Un inconvénient de ce type d'entrée d'air réside dans la zone de
jonction entre le bord intérieur de la lèvre et le bord amont de la paroi fixe
interne, laquelle zone est susceptible de subir des déplacements axiaux voire
de s'ouvrir dans certaines configurations de fonctionnement du moteur.
En effet, la paroi externe intégrale et mobile reste lourde et tend à
se déplacer sous charge. Afin de prévenir ces déplacements, l'entrée d'air
doit
être équipée de moyens de renforcements, ce qui en augmente la masse, et
n'est donc pas souhaitable.
Plus précisément, le risque d'ouverture de cette zone de jonction
avec la paroi interne fixe apparaît notamment lorsque l'aéronef effectue son
point fixe juste avant le décollage, et que les moteurs tournent à plein
régime tandis que l'aéronef est toujours immobilisé : pendant cette phase, la
force d'aspiration exercée par la soufflante du turboréacteur remonte jusqu'à
l'extérieur de la structure amont de la nacelle, engendrant des efforts de
décollement de la lèvre par rapport à la virole fixe du capot.
Ce décollement a pour conséquence de dégrader les performances
aérodynamiques de la face intérieure de l'entrée d'air, et de conduire à des
défauts d'étanchéité susceptibles de nuire à la longévité et au bon
fonctionnement des organes (électriques, hydrauliques, pneumatiques...)
situés à l'intérieur de l'entrée d'air.
En outre, l'épaisseur de la lèvre d'entrée d'air reste relativement
importante dans ce type de structure, notamment afin de contribuer à une
bonne tenue mécanique de l'ensemble, ce qui limite la mise en oeuvre de
dispositifs de dégivrage électriques par résistances chauffantes. La mise en
oeuvre de tels dispositifs de dégivrage étant indispensables pour une telle
entrée d'air, qui est, en raison de sa structure, difficilement compatibles
avec
les solutions pneumatiques à air chaud habituelles.
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Il existe donc un besoin pour diminuer la déformation et la masse
de ce type de structure.
Pour résoudre partiellement ce problème, plusieurs solutions de
mise en place de renforts ont été développées. On peut notamment citer les
documents FR 2 927 609 et la demande française non encore publiée
11/50890.
La présente invention a notamment pour but de remédier à ces
inconvénients et consiste pour ce faire en une structure d'entrée d'air pour
nacelle de turboréacteur comprenant, d'une part, au moins une paroi interne
fixe destinée à être rattachée à au moins un élément d'une section médiane de
la nacelle, et d'autre part, au moins une paroi externe longitudinale
prolongée
par une lèvre d'entrée d'air reliée à la paroi interne fixe, caractérisée en
ce
qu'au moins la portion formant lèvre d'entrée d'air est équipée de moyens de
mise en dépression d'au moins une partie de la lèvre.
En effet, il a été constaté de manière surprenante qu'en
fonctionnement la lèvre d'entrée d'air subit un chargement en pression créant
une aspiration de cette dernière vers l'avant de la nacelle.
Sans vouloir être lié par aucune théorie, cela peut résulter des
écoulements d'air entourant la lèvre d'entrée d'air. En effet, l'air
s'écoulant à
vitesse importante autour de la nacelle, la pression d'air au niveau de la
lèvre
d'entrée d'air est faible, l'air présent étant rapidement aspiré vers l'aval
de la
nacelle.
Afin de compenser ces déformations vers l'avant, la présente
invention, par mise en dépression de la lèvre d'entrée d'air, permet de
générer
des forces d'aspiration internes à la lèvre qui viennent équilibrer les forces
de
déformations vers l'avant et ainsi contrebalancer les déformations subies par
la
lèvre d'entrée d'air.
Il s'ensuit que les contraintes mécaniques subies par la lèvre
d'entrée d'air sont moins importantes, ce qui permet notamment d'en réduire
l'épaisseur.
Par ailleurs, ces forces d'aspiration internes aident à maintenir la
lèvre d'entrée d'air contre la paroi interne fixe et ainsi à réduire les
déplacements axiaux parasites. La tenue mécanique générale de la structure
d'entrée d'air s'en trouve donc également grandement améliorée et il est donc
possible de prévoir une lèvre d'entrée d'air plus fine facilitant
l'intégration de
moyens de dégivrage électriques.
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Avantageusement, la lèvre d'entrée d'air est équipée d'au moins
une cloison définissant avec la lèvre d'entrée d'air au moins un compartiment
de lèvre d'entrée d'air, ledit compartiment étant associé aux moyens de mise
en dépression.
De manière avantageuse, la cloison pourra comprendre au moins
un panneau acoustique.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens de mise en
dépression comprennent au moins une pompe, notamment électrique.
Avantageusement, la pompe possède une sortie d'aspiration
débouchant en aval de la lèvre d'entrée d'air, notamment par exemple, dans la
paroi externe, dans la paroi interne, en aval de la soufflante.
De manière alternative ou complémentaire, les moyens de mise en
dépression comprennent au moins une ouverture ménagée dans la paroi
externe.
Selon un mode préférentiel de réalisation, les ouvertures sont
ménagées dans la paroi de la lèvre à proximité de la paroi interne fixe.
Avantageusement, au moins une partie des ouvertures sont
disposées le long d'une ligne sensiblement périphérique de la lèvre d'entrée
d'air.
Selon une première variante de réalisation, les ouvertures
comprennent des ouvertures sensiblement rondes.
Alternativement ou de manière complémentaire, les ouvertures
comprennent des ouvertures oblongues, le grand axe de l'ouverture oblongue
étant préférentiellement orienté selon une ligne périphérique à l'entrée
d'air.
Alternativement encore ou de manière complémentaire, les
ouvertures comprennent des ouvertures réalisées sous la forme de dentelures
ouvertes au niveau d'une ligne de contact de la paroi externe avec la paroi
interne et permettant ainsi une limitation de la surface de contact entre la
lèvre
d'entrée d'air et la paroi fixe.
Avantageusement, la paroi externe longitudinale est amovible.
Avantageusement encore, la paroi externe longitudinale est montée
translatable.
De manière avantageuse, l'élément de la section médiane de la
nacelle est un carter de soufflante.
De manière préférentielle, la lèvre d'entrée d'air est intégrée à la
paroi externe.
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Avantageusement, la paroi interne est équipée de moyens
d'atténuation acoustique.
La présente invention se rapporte également bien évidemment, à
une nacelle de turboréacteur comprenant une telle structure d'entrée d'air.
5 La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la
description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une structure
d'entrée d'air pour nacelle de turboréacteur selon l'art antérieur,
- la figure 2 est une représentation schématique en coupe des
forces s'exerçant sur la lèvre d'entrée d'air de la structure de la figure 1,
- la figure 3 est une représentation schématique en coupe d'une
structure d'entrée d'air selon l'invention possédant des moyens de mise en
dépression de la lèvre d'entrée d'air,
- les figures 4 à 6 sont des représentations schématiques de
différents modes de réalisation d'ouvertures pour la mise en dépression de
l'entrée d'air de la figure 3,
- la figure 7 représente une variante de réalisation de l'invention.
Une nacelle présente généralement une structure sensiblement
tubulaire comprenant une entrée d'air en amont du moteur (figure 1), 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.
La figure 1 montre une vue en coupe longitudinale d'une structure
d'entrée d'air 1 selon l'art antérieur.
Cette structure d'entrée d'air 1 est située en amont de la section
médiane 2 de la nacelle et comprend, d'une part, une lèvre d'entrée d'air 3
adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air
nécessaire à son alimentation, et d'autre part, une structure aval 4 sur
laquelle
est rapportée la lèvre et destinée à canaliser convenablement l'air vers les
aubes de la soufflante.
Plus précisément, la structure d'entrée d'air 1 présente de manière
générale une structure aval 4 sensiblement annulaire comprenant une paroi
externe 40 assurant la continuité aérodynamique externe de la nacelle et une
paroi interne 41 assurant la continuité aérodynamique interne de la nacelle.
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La lèvre d'entrée d'air 3 assure la jonction amont entre ces deux
parois 40, 41.
La paroi interne 41 est généralement rattachée à un carter 20 de
soufflante appartenant à la section médiane 2 et avec lequel elle constitue
une
structure fixe.
La paroi externe 40 est quant à elle généralement rattachée à une
paroi externe 21 de la section médiane avec laquelle elle assure la continuité
aérodynamique externe.
Il convient également de préciser que la lèvre d'entrée d'air 3 est
généralement séparée de la partie aval 40 de la structure d'entrée d'air 1 par
une cloison 5 contribuant à la tenue de l'ensemble et définissant avec la
lèvre 3
un compartiment 3a à l'intérieur de ladite lèvre 3.
De manière fréquente, la paroi externe 40 peut y être rattachée de
manière amovible afin de permettre un accès à l'intérieur de la structure
d'entrée d'air 1, notamment pour accéder à des équipements internes tels
qu'un système de dégivrage de l'entrée d'air 1 et de la lèvre 3.
Dans le cas de nacelles dite laminaire, la lèvre d'entrée d'air 3 fait
partie intégrante de la paroi externe 40 qu'elle prolonge afin de former un
panneau unique généralement monté translatable vers l'avant de la nacelle.
Comme représenté schématiquement sur la figure 2, en
fonctionnement, la lèvre d'entrée d'air 3 subit un chargement en pression vers
l'avant (flèche) qui tend à déformer la lèvre d'entrée d'air 3 qui doit donc
posséder une certaine tenue mécanique, généralement en prévoyant une
épaisseur de lèvre 3 suffisante.
La paroi 5 est fixée rigidement en 51 avec la paroi interne 41. Au
niveau d'une zone 50, si la paroi externe 40 est montée translatable vers
l'avant dans l'axe du moteur, cette jonction se fait préférentiellement par un
joint uniquement. Si la paroi externe 40 s'ouvre, cette jonction est alors
rigide,
par exemple au moyen de fixations.
Conformément à l'invention, ces forces de chargement en pression
sont compensées par mise en dépression de la lèvre d'entrée d'air 3 et plus
particulièrement du compartiment 3a le cas échéant.
Un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention est
représenté à la figure 4. Dans ce mode de réalisation, Un structure d'entrée
d'air 100 pour l'essentiel similaire à la structure d'entrée d'air 1, est
équipée de
moyens de mise en dépression du compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 se
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présentant sous la forme d'ouvertures 30 ménagée dans la paroi de la lèvre
d'entrée d'air.
Avantageusement, ces ouvertures 30 sont situées sur une face
interne de la structure d'entrée d'air, à proximité de la paroi interne 41 et
de sa
jonction avec ladite lèvre d'entrée d'air 3.
Avantageusement encore, les ouvertures 30 sont disposées le long
d'une ligne sensiblement périphérique de la structure d'entrée d'air.
Ainsi, en raison de l'écoulement de l'air aspiré par la soufflante à
travers la nacelle, la pression de l'air au niveau de l'amont de l'entrée
d'air est
extrêmement réduite. Grâce à la présence d'ouvertures 30 l'air présent à
l'intérieur du compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 se trouve aspiré par
l'écoulement d'air. Il en résulte une baisse importante de pression à
l'intérieur
du dit compartiment 3a.
Les figures 4 à 6 montrent différents modes de réalisation des
ouvertures 30 permettant la mise en dépression du compartiment 3a de la lèvre
d'entrée d'air 3.
Les ouvertures 30 peuvent notamment être circulaires (figure 4) ou
oblongues (figure 5).
Elles peuvent être également réalisées au niveau d'une ligne de
contact et d'appui entre la lèvre d'entrée d'air 3 et la paroi interne 41,
notamment sous la forme de dentelures pratiquées dans cette ligne de contact.
On pourra prévoir de manière complémentaire la mise en oeuvre de
casquettes sur les ouvertures 30 permettant d'optimiser l'écoulement des flux
d'air et d'atténuer les perturbations aérodynamiques dues aux ouvertures.
La figure 7 présente un deuxième mode de réalisation de
l'invention. La figure 7 montre une structure d'entrée d'air 200 qui diffère
de la
structure d'air 100 par le fait que les moyens de mise en dépression du
compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 comprennent une pompe 60,
électrique, présentant un conduit d'aspiration 61 débouchant dans le
compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 et un conduit de refoulement de
l'air
aspiré 62. Le conduit de refoulement débouche dans une partie aval de l'entrée
d'air 200. On pourra prévoir que ce conduit 62 débouche, par exemple, dans la
paroi externe 40, dans la paroi interne 41 à proximité de la soufflante, ou
encore plus en aval après la soufflante et le compresseur.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de
réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle
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comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs
combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
