Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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WO 2013/124569
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Inverseur de poussée à grilles pivotantes
La présente demande de brevet se rapporte à un inverseur de
poussée à grilles pour turboréacteur d'aéronef, et à une nacelle pour
turboréacteur d'aéronef équipée d'un tel inverseur de poussée.
Comme cela est bien connu, une nacelle pour turboréacteur
d'aéronef constitue le carénage aérodynamique de ce turboréacteur, et permet
par ailleurs de remplir de nombreuses fonctions, parmi lesquelles la fonction
d'inversion de poussée lorsqu'elle est équipée d'un inverseur de poussée.
Un tel inverseur de poussée permet, lorsque l'aéronef atterrit, de
dévier vers l'amont de nacelle au moins une partie du flux d'air engendré par
le
turboréacteur (configuration dite jet inversé ), et ainsi de contribuer
activement au freinage de l'aéronef, réduisant ainsi la distance nécessaire
pour
qu'il parvienne à l'arrêt.
Dans l'art antérieur, on distingue deux catégories principales
d'inverseurs de poussée : les inverseurs à portes, et les inverseurs à
grilles.
Dans les inverseurs de la première catégorie, la déviation du flux
d'air est engendrée par des portes qui s'ouvrent vers l'extérieur de la
nacelle.
Dans les inverseurs de la seconde catégorie, la déviation du flux
d'air est engendrée par des volets d'inversion de poussée qui entravent le
flux
d'air normal à l'intérieur de la nacelle, et le renvoient vers l'amont de la
nacelle
à travers des grilles disposées à la périphérie de la nacelle, lesquelles sont
découvertes par coulissement aval d'une partie aval de la nacelle, souvent
appelée capot coulissant.
Dans les inverseurs de poussée à grilles, il faut donc prévoir une
mécanique de volets d'inversion de poussée qui en pratique sont actionnés par
des bielles lesquelles, en fonctionnement normal (configuration dite jet
direct ) s'étendent en travers du flux d'air froid du turboréacteur.
Cette mécanique est relativement pondéreuse, et de plus elle
entraîne nécessairement une perte importante de surface traitée
acoustiquement et une perte de poussée provoquée par l'interférence des
bielles des volets d'inversion de poussée avec le flux d'air froid du
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turboréacteur et par les singularités géométriques induites par les volets et
leur
logement dans le capot coulissant de l'inverseur.
Des tentatives ont été faites dans l'état de la technique pour
améliorer les inverseurs de poussée à grilles en masquant les volets en jet
direct.
On connaît par exemple du document US 3,981,451 un inverseur de
poussée à grilles, comprenant d'une part des grilles radialement extérieures
fixes, et d'autre part des grilles radialement intérieures montées pivotantes
entre une position de jet direct, dans laquelle elles n'interfèrent pas avec
le flux
froid du turboréacteur, et une position de jet inversé, dans laquelle elles
sont
inclinées vers l'intérieur de la nacelle, et permettent ainsi de dévier le
flux froid
vers les grilles radialement extérieures, et donc vers l'extérieur et vers
l'amont
de la nacelle.
Ce dispositif de la technique antérieure est intéressant en ceci qu'il
permet de s'affranchir de la présence de volets d'inversion de poussée, et de
la
présence de bielles y afférentes dans le flux en jet direct.
Il présente toutefois un certain nombre d'inconvénients, parmi
lesquels :
- le fort encombrement radial, inhérent à la superposition des grilles
radialement extérieures et intérieures, et
- le surcroît de complexité et de poids, engendré par la nécessité de
prévoir un vérin d'actionnement pour chaque grille radialement
intérieure.
La présente invention a ainsi notamment pour but de fournir un
inverseur de poussée à grilles pivotantes qui ne présente pas ces
inconvénients.
On atteint notamment ce but de l'invention, avec un inverseur de
poussée à grilles pour turboréacteur d'aéronef, comprenant un cadre avant, un
capot coulissant entre une position de jet direct et une position de jet
inversé,
une pluralité de vérins d'actionnement interposés entre ce cadre avant et ce
capot coulissant, et une pluralité de grilles montées pivotantes sur le cadre
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avant entre une position de jet direct dans laquelle ces grilles sont
sensiblement parallèles à l'axe de l'inverseur de poussée, et une position de
jet
inversé, dans laquelle ces grilles sont inclinées par rapport à l'axe de
l'inverseur de poussée, remarquable en ce qu'il comprend une unique couche
radiale de grilles.
Cet inverseur de poussée ne comprend donc en particulier plus de
couche de grilles fixes superposées aux grilles pivotantes, contrairement à ce
qui est divulgué par US 3,981,451.
On obtient de la sorte un encombrement radial relativement faible, et
un poids global réduit.
Suivant d'autres caractéristiques de l'inverseur de poussée selon la
présente invention :
- lesdits vérins comprennent chacun une première tige
d'actionnement coopérant avec ledit capot coulissant, et une
deuxième tige d'actionnement coopérant avec des moyens
d'actionnement desdites grilles pivotantes : l'utilisation de tels vérins
à double effet permet de limiter le nombre de vérins et
l'encombrement, tout en satisfaisant aux besoins de mise en
mouvement du capot coulissant d'une part, et des grilles d'autre
part ;
- lesdits moyens d'actionnement des grilles comprennent au moins
panneau annulaire coulissant, auquel sont reliées d'une part lesdites
deuxièmes tiges d'actionnement, et d'autre part des bielles reliées à
leur autre extrémité à chaque grille pivotante : de la sorte, la mise en
mouvement de translation du panneau annulaire par les deuxièmes
tiges d'actionnement des vérins, permet de faire pivoter de concert
l'ensemble des grilles ; de plus, ce panneau annulaire permet de
limiter les fuites d'air de la veine d'air froid de la nacelle vers
l'extérieur pendant les phases de transition de l'inverseur de
poussée entre les configurations de jet direct et de jet inversé ;
- ledit panneau annulaire est disposé dans le prolongement de la
peau extérieure du capot coulissant : ce mode de réalisation permet
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un gain de poids substantiel, puisque l'on peut réaliser une peau
extérieure s'étendant axialement sur une moindre longueur ;
- ledit panneau annulaire comprend un retour formant bavette, de
manière à contribuer à la réduction du flux d'air parasite contournant
le bord aval de ce panneau annulaire ;
- lesdites grilles pivotantes présentent un contour de forme
sensiblement trapézoïdale : cette forme particulière permet de
disposer les points de liaison des premières tiges d'actionnement
des vérins avec le capot coulissant, entre les grilles pivotantes ; on
peut de la sorte encore réduire l'encombrement radial de
l'ensemble ;
- l'inverseur de poussée comprend des grilles additionnelles montées
de manière coudée sur lesdites grilles pivotantes, de sorte qu'en
position de jet inversé, lesdites grilles additionnelles soient orientées
de manière sensiblement parallèle à l'axe de l'inverseur de poussée.
La présente invention se rapporte également à une nacelle pour
turboréacteur d'aéronef, remarquable en ce qu'elle est équipée d'un inverseur
de poussée conforme à ce qui précède.
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 vue en coupe axiale d'une motié d'inverseur de
poussée selon l'invention,
- la figure 2 est une vue partielle de cet inverseur de poussée, prise
selon la flèche II de la figure 1,
- la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1, l'inverseur
de poussée étant en cours de déploiement vers sa position de jet
inversé,
- la figure 4 est une vue analogue à celle des figures 1 et 3,
l'inverseur de poussée se trouvant en position de jet inversé,
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- les figures 5 et 6 représentent l'inverseur de poussée des figures
précédentes dans deux variantes de configurations de
maintenance,
- les figures 7 à 9 représentent un autre mode de réalisation d'un
5
inverseur de poussée selon l'invention, dans des configurations
analogues respectivement à celles des figures 1, 3 et 4, et
- les figures 10 à 12 représentent encore un autre mode de
réalisation d'un inverseur de poussée selon l'invention, dans des
configurations analogues respectivement à celles des figures 1, 3
et 4.
Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou
analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou
analogues.
A noter également que le flux d'air destiné à traverser la nacelle
dont fait partie l'inverseur de poussée représenté, circule en fonctionnement
de
l'amont vers l'aval de la nacelle, c'est-à-dire de la gauche vers la droite de
l'ensemble des figures ci-annexées.
On se reporte à présent aux figures 1 et 2, sur lesquelles on peut
voir que l'inverseur de poussée selon l'invention comprend un cadre avant fixe
1, solidaire de la structure fixe de la nacelle ou intégré au carter de
soufflante
du moteur, ainsi qu'un capot 3, monté coulissant par rapport à cette structure
fixe, par exemple sur des rails situés sur les poutres supérieures (couramment
appelées 12 h ), et inférieures (couramment appelées 6h ) de la nacelle.
Sur sa face interne, le capot coulissant 3 comporte un revêtement
5 possédant des propriétés d'absorption acoustique, pouvant être formé
notamment à partir de structure en nid d'abeilles recouverte d'une peau
perforée.
Le capot coulissant 3 définit, avec un carénage 7 entourant le
turboréacteur (non représenté), une veine d'air froid 9, circulant dans le
sens
de la flèche 11, et assurant la majeure partie de l'effort de poussée de
l'ensemble propulsif formé de la nacelle et de son turboréacteur.
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Le mouvement de translation du capot coulissant 3 entre sa
position représentée aux figures 1 et 2, et ses positions représentées aux
figures 3 et 4, est réalisé par une pluralité de vérins 13 répartis à la
périphérie
de l'inverseur de poussée, interposés entre le cadre avant 1 et le capot
coulissant 3.
Plus précisément, comme cela est visible notamment sur la figure
2, chaque vérin 13 comporte un corps cylindrique creux 15 solidaire du cadre
avant 1, ainsi que des première 17 et deuxième 19 tiges d'actionnement
coopérant respectivement avec le capot coulissant 3 et avec un mécanisme qui
va être décrit ci-après.
En d'autres termes, chaque vérin 13 est un vérin à double tige
télescopique, les mouvements d'extension de chacune de ces deux tiges étant
étudiés pour obtenir la cinématique recherchée.
Ces vérins peuvent être entraînés par des moteurs hydrauliques ou
électriques, et le mouvement d'extension de chaque tige peut être assuré par
exemple par des mécanismes du type à écrou et à vis à billes, classiquement
utilisés dans le domaine de l'aéronautique.
Pour revenir sur le mécanisme susmentionné, les deuxièmes tiges
19 de chaque vérin 13 coopèrent avec un panneau annulaire 21, auquel elles
sont reliées par des ferrures 22.
Des grilles d'inversion de poussée, présentant un contour de forme
sensiblement trapézoïdale comme cela est visible notamment sur la figure 2,
sont montées pivotantes chacune autour d'un axe 25, sur le cadre avant 1.
Des bielles 27 sont montées pivotantes à chacune de leurs
extrémités 29 et 31, respectivement sur le panneau annulaire 21 et sur une
grille d'inversion de poussée pivotante associée 23.
La première tige d'actionnement 17 de chaque vérin 13 est reliée
au capot coulissant 3 par une ferrure adaptée 33.
Le mode de fonctionnement de l'inverseur de poussée qui vient
d'être décrit va être clairement compris en examinant les figures 3 et 4.
On commence tout d'abord par allonger la première tige
d'actionnement 17 de chaque vérin 13, comme cela est visible à la figure 3.
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Ce faisant, le capot coulissant 3 se déplace vers une position
déployée, dans laquelle il découvre le panneau annulaire 21 et les mécanismes
de bielles 27 et de grilles pivotantes 23.
Pendant cette phase transitoire, la deuxième tige d'actionnement
19 reste rétractée, et le panneau annulaire 21 empêche l'air circulant à
l'intérieur de la veine d'air froid 9 de sortir vers l'extérieur de la
nacelle.
On procède ensuite à l'extension de la deuxième tige
d'actionnement 19, comme cela est visible à la figure 4.
Ce faisant, les grilles 23 pivotent chacune autour de leur axes
respectifs 25, sous l'effet des bielles 27 entraînées par le déplacement du
panneau annulaire 21.
Les grilles d'inversion pivotantes 23 atteignent ainsi la position
visible à la figure 4, dans laquelle elles sont inclinées par rapport à l'axe
A de la
nacelle et obstruent la veine d'air froid 11.
Grâce à leurs ailettes 35 correctement orientées, les grilles
d'inversion 23 permettent de dévier la majeure partie du flux d'air froid
circulant
à l'intérieur de la veine 9 vers l'extérieur et vers l'amont de la nacelle,
comme
cela est indiqué par la flèche 37 de la figure 4.
On notera que l'extension de la deuxième tige d'actionnement 19 a
pour effet le coulissement du panneau annulaire 21 vers une position aval
visible à la figure 4, dans laquelle il permet le passage du flux dévié 37.
Pour les opérations de maintenance des grilles 23, on peut, selon
une première variante représentée à la figure 5, commencer par amener les
premières tiges 17 dans leur position d'extension de manière à faire coulisser
le capot 3 vers sa position aval (correspondant à sa position en jet inversé),
puis déconnecter les deuxièmes tiges d'actionnement 19 et les bielles 27 du
panneau annulaire 21, puis faire coulisser ce panneau annulaire vers sa
position aval, puis faire pivoter les grilles 23 (et les bielles 27 qui leur
sont
restées accrochées) vers l'extérieur de la nacelle.
Selon une deuxième variante représentée à la figure 6, on peut
commencer par amener les premières 17 et deuxièmes 19 tiges dans leur
position d'extension (ce qui a notamment pour effet d'amener le panneau
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annulaire 21 vers sa positon aval), puis déconnecter les bielles 27 des
grilles
23, et faire pivoter les grilles 23 vers l'extérieur de la nacelle.
Comme on peut le comprendre à la lumière de la description qui
précède, l'inverseur de poussée à grilles pivotantes selon l'invention est
d'une
conception très simple, et permet de réaliser la fonction d'inversion de
poussée
avec une seule couche radiale de grilles, contrairement à l'état de la
technique.
Il en résulte un très faible encombrement radial, permettant
notamment un traitement acoustique complet de toute la surface intérieure 5 du
capot coulissant 3.
La forme trapézoïdale (se rétrécissant vers l'aval) des grilles
d'inversion de poussée 23 permet le positionnement des vérins 13 et de
ferrures 22 et 33 entre ces grilles, contribuant ainsi également à la
limitation de
l'encombrement radial de l'ensemble.
On notera par ailleurs que le dispositif selon l'invention permet de
s'affranchir de tout cadre arrière de support des grilles d'inversion de
poussée,
contrairement aux systèmes classiques à grilles fixes.
On notera par ailleurs que les efforts de contre-poussée sont repris
en quasi totalité par le cadre avant 1, et que les efforts radiaux sont repris
par
le panneau annulaire 21, en configuration de jet inversé.
La présente invention fournit donc un système de conception
particulièrement simple, faisant intervenir un nombre limité de pièces, de
poids
global relativement faible, et permettant de supprimer de manière très
élégante
les volets d'inversion de poussée et les bielles associées des systèmes
classiques d'inverseur de poussée à grilles fixes.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux
modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre de simples
exemples.
C'est ainsi par exemple que l'on pourrait envisager le mode de
réalisation des figures 7 à 9, dans lequel le panneau annulaire 21 est disposé
dans le prolongement de la peau extérieure 39 du capot coulissant 3.
Dans ce mode de réalisation, lorsque l'inverseur de poussée se
trouve en configuration de jet direct (figure 7), le panneau annulaire 21
réalise
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ainsi la jonction entre la peau extérieure 40 de la partie fixe de la nacelle,
et la
peau extérieure 39 du capot coulissant 3.
Ce mode de réalisation permet un gain de poids substantiel,
puisque l'on peut réaliser une peau extérieure 39 s'étendant axialement sur
une moindre longueur.
Par ailleurs, la plus grande longueur axiale du panneau annulaire
21 par rapport à celle du panneau annulaire du mode de réalisation précédent,
permet de limiter le flux d'air traversant les grilles 23 lorsque l'inverseur
de
poussée se trouve en situation intermédiaire (figure 8), c'est-à-dire entre
ses
positions de jet direct et de jet inversé.
On prévoira avantageusement que le panneau annulaire 21
comprenne un retour 41 formant bavette, de manière à contribuer à la
réduction du flux d'air parasite contournant le bord aval de ce panneau
annulaire.
C'est ainsi également que l'on peut envisager le mode de
réalisation des figures 10 à 12, dans lequel on prévoit des grilles
additionnelles
43 montées en aval des grilles d'inversion de poussée pivotantes 23.
Les grilles additionnelles 43 forment un coude avec les grilles 23,
de manière à ce qu'en jet inversé (figure 12) ces grilles additionnelles
soient
sensiblement alignées avec l'écoulement de fuite passant entre ces grilles
additionnelles 43 et le carénage 7, c'est-à-dire sensiblement parallèles à
l'axe
A de l'inverseur de poussée.
Ces grilles additionnelles 43 permettent de rediriger vers l'extérieur
de la nacelle une partie de cet écoulement de fuite et ainsi de contribuer à
la
contre-poussée en jet inversé sans obstruer excessivement la veine 9.
