Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02870938 2014-10-20
WO 2013/167825 PCT/FR2013/050968
1
Inverseur de poussée à volet de blocage à déploiement contrôlé
La présente invention se rapporte à un inverseur de poussée dit à
grilles pour une nacelle de turboréacteur.
Un avion 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'inversion de poussée.
Une telle nacelle présente généralement une structure tubulaire
comprenant une entrée d'air en amont du turboréacteur, une section médiane
destinée à entourer une soufflante de turboréacteur, une section aval abritant
les moyens d'inversion de poussée et destinée à entourer la chambre de
combustion du turboréacteur, et peut être 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, 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 générée par le turboréacteur.
Dans cette phase, l'inverseur obstrue la veine du flux froid et dirige
ce dernier vers l'avant de la nacelle, générant 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 de poussée comprend des capots mobiles déplaçables
entre, d'une part, une position déployée dans laquelle ils ouvrent dans la
nacelle un passage destiné au flux dévié, et d'autre part, une position
CA 02870938 2014-10-20
WO 2013/167825 PCT/FR2013/050968
2
d'escamotage dans laquelle ils ferment ce passage et assurent la continuité
aérodynamique de la nacelle.
Ces capots peuvent remplir une fonction de déviation ou
simplement d'activation d'autres moyens de déviation.
Dans le cas d'un inverseur à grilles, également appelé à cascade,
la réorientation du flux d'air est effectuée par des grilles de déviation, le
capot
n'ayant d'une simple fonction de coulissage visant à découvrir (activer) ou
recouvrir (désactiver) ces grilles.
Des portes de blocage complémentaires, également appelées
volets, activées par le coulissement du capot mobile permettent généralement
une fermeture au moins partielle de la veine en aval des grilles de déviation
de
manière à forcer le passage du flux d'air vers les grilles.
Ces volets sont montés pivotants sur le capot coulissant entre une
position rétractée dans laquelle ils assurent, avec ledit capot mobile, la
continuité aérodynamique de la paroi interne de la nacelle, et une position
déployée dans laquelle, en situation d'inversion de poussée, ils viennent
obturer au moins partiellement le canal annulaire en vue de dévier un flux de
gaz vers les grilles de déviation découvertes par le coulissement du capot
mobile.
Le pivotement des volets est guidé par des biellettes rattachées,
d'une part, au volet, et d'autre part, à un point fixe de la structure interne
délimitant le canal annulaire.
De telles configurations de l'art antérieur présentent plusieurs
problèmes et notamment des problèmes de cinématiques d'ouverture
différentes entre la translation du capotage et le pivotement des volets.
Cette problématique de la cinématique du degré d'ouverture des
volets par rapport au coulissement du capot influe sur la gestion de la
section
totale de passage de l'air et est un aspect particulièrement important.
En effet, lors d'une phase de transition entre ouverture et fermeture
de l'inverseur de poussée, l'ouverture des volets, en début de phase
d'ouverture du capot mobile, est plus rapide que le recul dudit capot.
Il existe souvent un point sensible de cinématique qui place le volet
en position d'obstruction partielle du canal annulaire sans que la section
obstruée soit complètement compensée par la section amont découverte par le
recul du capot mobile.
CA 02870938 2014-10-20
WO 2013/167825 PCT/FR2013/050968
3
La section amont de passage à travers les grilles de l'inverseur
étant inférieure à la section de la veine qui est obstruée par les volets, il
s'ensuit une augmentation de la pression dans le moteur, ce qui implique une
gestion délicate du régime du turboréacteur dans cette phase transitoire.
Plusieurs solutions ont été mises en place de manière à apporter
des solutions à ce problème.
On connaît notamment des solutions permettant la mise en oeuvre
d'un certain retard à l'ouverture des volets de blocage, empêchant ainsi une
telle augmentation de pression dans la veine.
Toutefois, en cas de retard à l'ouverture trop important, la situation
inverse dans laquelle la section amont de passage d'air à travers les grilles
ajoutée à celles des flux en jet direct est très supérieure à la section
d'entrée
d'air, se produit. Cette situation entraîne une baisse de pression dans le
turboréacteur, ce qui lui est également néfaste.
A titre d'exemple on peut citer le document FR 2 952 128.
Les systèmes mécaniques proposés, bien que répondant au moins
partiellement au problème mentionné, présentent des limites en terme
d'adaptabilité, de réglage, de fiabilité et d'encombrement, notamment dans une
nacelle possédant un espace disponible réduit.
Ainsi, il existe toujours un besoin pour un système d'entraînement
plus souple permettant un réglage précis et fiable de la cinématique
d'ouverture de ces volets de blocage.
Pour ce faire, la présente invention se rapporte à un dispositif
d'inversion de poussée pour nacelle de turboréacteur comprenant au moins un
capot monté mobile en translation selon une direction sensiblement parallèle à
un axe longitudinal de la nacelle entre une position de fermeture dans
laquelle
il assure une continuité aérodynamique de la nacelle et couvre des moyens de
déviation d'au moins une partie d'un flux d'air du turboréacteur, et une
position
d'ouverture dans laquelle il ouvre un passage dans la nacelle et découvre
lesdits moyens de déviation, le capot mobile étant associé à au moins un volet
de blocage monté pivotant entre une position rétractée correspondant à la
position de fermeture du capot mobile et une position pivotée de blocage
correspondant à la position d'ouverture du capot mobile et dans laquelle il
vient
obturer au moins partiellement une veine de circulation d'air de la nacelle,
le
volet de blocage étant équipé d'au moins un mécanisme d'entraînement
CA 02870938 2014-10-20
WO 2013/167825 PCT/FR2013/050968
4
formant levier, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement comprend
au moins un amortisseur à raideur réglable.
Ainsi, en équipant le mécanisme d'entraînement du volet de
blocage d'un amortisseur à raideur réglable, il est possible de régler
précisément la longueur de levier disponible pour le déploiement ou la
rétractation dudit volet et par voie de conséquence d'adapter la cinématique
de
déploiement ou de rétractation dudit volet.
Dans le cas du déploiement du volet par exemple, une faible
raideur d'amortissement initiale permettra un déploiement aisé de la tige de
l'amortisseur. La longueur disponible du levier pourra suivre le déploiement
du
capot mobile ce qui n'entraînera pas le pivotement du volet.
Lorsque le capot mobile a été suffisamment déployé, il convient
alors d'augmenter la raideur de l'amortisseur. La tige de ce dernier ne peut
alors plus se déployer de manière aussi aisée, et vient limiter la course en
translation du volet qui amorce donc son pivotement.
Il en va de même pour la rétractation.
Selon une première variante de réalisation, l'amortisseur à raideur
réglable est un amortisseur avec piston à perméabilité variable.
Dans un tel cas, la variation de raideur s'effectue par variation de la
section de passage du fluide de l'amortisseur entre les chambres séparées par
le piston.
De manière avantageuse, la variation de perméabilité du piston de
l'amortisseur est obtenue par l'intermédiaire d'un premier disque percé apte à
tourner devant un deuxième disque percé fixe de manière à provoquer une
variation de section de passage à travers le piston.
De manière préférentielle, le disque mobile est entraîné en rotation
devant le disque fixe par l'intermédiaire d'au moins une rainure évolutive
s'étendant le long d'un corps de l'amortisseur.
Préférentiellement encore, la rainure possède un pas variable
suivant la loi de déploiement du capot mobile de l'inverseur.
Selon une deuxième variante de réalisation, l'amortisseur à raideur
réglable est un amortisseur à fluide magnéto-rhéologique.
Dans un tel cas, la variation de raideur s'effectue non pas en
modifiant la section de passage du fluide à travers le piston mais en
modifiant
sa viscosité. Bien évidemment, pour un meilleur contrôle, les deux variantes
peuvent être combinées.
CA 02870938 2014-10-20
WO 2013/167825 PCT/FR2013/050968
Avantageusement, le dispositif comprend au moins un boîtier de
régulation électronique apte à contrôler la viscosité du fluide magnéto-
rhéologique de l'amortisseur.
Avantageusement encore, le boitier de régulation électronique est
5
programmé pour adapter la viscosité du fluide magnéto-rhéologique en fonction
d'une loi d'ouverture du capot mobile, notamment en fonction d'au moins un
capteur de position dudit capot mobile.
De manière complémentaire, l'amortisseur à raideur réglable est
associé à au moins un amplificateur de mouvement mécanique. Cela permet
notamment de conserver un amortisseur relativement court et léger.
Avantageusement, l'amortisseur à raideur réglable comprend au
moins un ressort et / ou accumulateur pneumatique visant à compenser des
frottements au niveau d'une tête de l'amortisseur.
La présente invention se rapporte également à une nacelle de
turboréacteur, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un dispositif
d'inversion de poussée selon l'invention.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la
description détaillée qui suit dans laquelle :
- les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'un
premier mode de réalisation d'un dispositif d'inversion de
poussée selon l'invention,
- les figures 3 à 5 sont des représentations schématiques d'un
deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'inversion de
poussée selon l'invention,
- les figures 6 à 8 sont des représentations schématiques d'un
système d'amortisseur à raideur réglable à perméabilité
variable.
Comme expliqué précédemment, un dispositif d'inversion de
poussée comprend classiquement un capot mobile 1 apte à être entraîné en
translation par au moins un vérin 2 dont une extrémité est montée sur un cadre
avant fixe 4.
Le dispositif d'inversion de poussée comprend également des
volets de blocage 5 montés pivotants sur le capot mobile par l'intermédiaire
d'une première extrémité.
CA 02870938 2014-10-20
WO 2013/167825 PCT/FR2013/050968
6
Le pivotement du volet 5 s'effectue par l'intermédiaire d'un
mécanisme d'articulation comprenant au moins une bielle de liaison reliée à
une partie fixe de l'inverseur, en l'occurrence le cadre avant 4.
Conformément à l'invention, la bielle de liaison est un amortisseur à
raideur variable.
Les figures 1 et 2 montrent un premier exemple de réalisation dans
lequel le système d'articulation du volet 5 comprend un compas d'amplification
mécanique 6 monté à une extrémité mobile de la bielle et présentant une
première branche rattachée au capot mobile 1 et une deuxième branche
rattachée au volet 5.
La bielle de liaison est un amortisseur à fluide magnéto-rhéologique
7.
En début de course d'ouverture de l'inverseur, le liquide magnéto-
rhéologique est maintenu à une viscosité faible, permettant ainsi
l'allongement
de l'amortisseur concomitamment au déplacement du capot mobile 1.
Lorsque le capot mobile 1 a atteint un degré d'ouverture suffisant,
la viscosité du fluide magnéto-rhéologique est augmentée de manière
importante jusqu'à fortement limiter le déploiement de la tige de
l'amortisseur.
L'amortisseur ne se déploie alors plus avec le recul du capot
mobile, et présente une longueur fixe qui oblige le volet 5 à pivoter.
Les figures 3 à 5 représentent une variante de réalisation dans
laquelle le volet 5 est directement relié à l'amortisseur magnéto-rhéologique
7,
ce qui opère un contrôle direct de l'ouverture dudit volet 5.
Parmi les avantages apportés par les amortisseurs à fluide
magnéto-rhéologique, on notera qu'ils permettent la mise en oeuvre d'un
mécanisme d'articulation simple, présentant un encombrement et une masse
réduits. Il est même également envisageable de moduler les profils de
déploiement sur chaque moteur indépendamment.
Un fluide magnéto-rhéologique est également capable de voir ses
propriétés rhéologiques très rapidement modifiées lors de l'application du
champ magnétique, ce qui permet de respecter les contraintes de sécurité et
permet d'obtenir un système réactif.
On notera également que de tels amortisseurs magnéto-
rhéologique n'ont pas à dissiper d'énergie. Ils sont d'ailleurs relativement
peu
consommateurs d'énergie. Une consommation électrique maximale de 75
watts durant les phases actives de l'inverseur de poussée est estimée.
CA 02870938 2014-10-20
WO 2013/167825 PCT/FR2013/050968
7
Un boîtier de gestion électronique (non représenté) permet de
contrôler le champ magnétique appliqué au fluide de l'amortisseur, et donc sa
viscosité. Un tel boîtier de gestion pourra être couplé à un capteur de
position
de la tige de l'amortisseur ou du capot mobile.
Les figures 6 et 8 présentent schématiquement une variante
mécanique d'amortisseur à raideur réglable.
Plus précisément, il s'agit d'un amortisseur 71 avec piston 72 à
perméabilité variable.
Un tel amortisseur comprend classiquement un corps 73 à
l'intérieur duquel un piston 71 est monté mobile.
Ce piston 71 sépare le corps 73 en deux chambres 74a et 74b et
permet le passage contrôlé d'un fluide amortisseur entre les deux chambres.
Si le piston laisse aisément passer le fluide entre les deux
chambres, l'amortisseur sera plutôt mou. Réciproquement, si le piston ne
laisse
passer le fluide que difficilement, l'amortisseur sera plus raide.
Conformément à l'invention, la perméabilité du piston 71, c'est-à-
dire sa capacité à faciliter ou non le passage du fluide, est réglable.
Pour ce faire, le piston 71 présente un premier disque 711 percé
apte à tourner devant un deuxième disque 712 percé fixe de manière à
provoquer une variation dans la section de passage à travers lesdits disques
711, 712.
Le premier disque 711 est entraîné en rotation par l'intermédiaire
d'ailettes 713 latérales aptes à coopérer avec une rainure 731 ménagée à
l'intérieur du corps 73 de l'amortisseur.
Le profil de la rainure sera prévu en fonction du profil d'ouverture
souhaité pour le volet 5.
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
comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs
combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
