EP2132427A2 - Nacelle pour turboreacteur equipee d'un systeme d'inversion de poussee a une seule porte - Google Patents

Nacelle pour turboreacteur equipee d'un systeme d'inversion de poussee a une seule porte

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EP2132427A2
EP2132427A2 EP08787893A EP08787893A EP2132427A2 EP 2132427 A2 EP2132427 A2 EP 2132427A2 EP 08787893 A EP08787893 A EP 08787893A EP 08787893 A EP08787893 A EP 08787893A EP 2132427 A2 EP2132427 A2 EP 2132427A2
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EP
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door
nacelle
downstream
turbojet
section
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Inventor
Alain D'inca
Thierry Martin
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Safran Nacelles SAS
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Aircelle SA
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    • F02K1/54—Nozzles having means for reversing jet thrust
    • F02K1/56—Reversing jet main flow
    • F02K1/58—Reversers mounted on the inner cone or the nozzle housing or the fuselage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the exit section thus eliminates the shape of the door and it will be possible to provide a thin exit section and constant thickness on the ejection periphery. Typically, a thin section will have a thickness of between 3 and 5 mm.
  • the closure of the vein is then ensured by the only trimming of the generally concave shaped door, which thus provides a high output section to optimize the performance of the engine in flight and in particular to reduce the fuel consumption.
  • the thrust reversal system comprises a single means for actuating the door fixed upstream of the latter substantially at a median longitudinal axis.
  • the thrust reversal system comprises means for locking the door in the closed position in the form of a shear pin capable of cooperating with a corresponding bore formed in the thickness of the door.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Nacelle (1) pour turboréacteur comprenant une structure d'entrée d'air apte à canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur, une structure médiane destinée à entourer ladite soufflante et une section aval (10) équipée d'un système d'inversion de poussée à porte pivotante comportant une unique porte (17) d'inversion de poussée montée pivotante entre une position de fermeture dans laquelle elle permet une circulation d'un flux d'air du turboréacteur en jet direct et dans laquelle elle assure la continuité aérodynamique interne et externe de la nacelle et une position d'ouverture dans laquelle elle pivote vers une position sensiblement perpendiculaire à l'axe de la nacelle, une partie aval (17a) de ladite porte pénétrant à l'intérieur de la nacelle pour obturer au moins une partie du flux d'air du turboréacteur et le diriger dans une direction orientée vers l'avant de la nacelle, caractérisée en ce que la section aval (10) présente, en aval de la porte (17), un anneau s' étendant sur toute la périphérie.

Description

Nacelle pour turboréacteur équipée d 'un système d'inversion de poussée à une seule porte
La présente invention se rapporte à une nacelle pour turboréacteur comprenant une structure d'entrée d'air apte à canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur, une structure médiane destinée à entourer ladite soufflante et une section aval équipée d'un système d'inversion de poussée à porte pivotante. Le rôle d'un inverseur de poussée lors de l' atterrissage d'un avion est d'améliorer la capacité de freinage d'un avion en redirigeant vers l'avant au moins une partie de la poussée générée par le turboréacteur. Dans cette phase, l'inverseur obstrue la tuyère d'éjection des gaz et dirige le flux d'éjection du moteur 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 œuvre pour réaliser cette réorientation du flux varient suivant le type d'inverseur. Cependant, dans tous les cas, la structure d'un inverseur 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 d'escamotage dans laquelle ils ferment ce passage. Ces capots mobiles peuvent en outre remplir une fonction de déviation ou simplement d'activation d'autres moyens de déviation.
Dans les inverseurs à grilles, par exemple, les capots mobiles coulissent le long de rails de manière à ce qu'en reculant lors de la phase d'ouverture, ils découvrent des grilles d'aubes de déviation disposées dans l'épaisseur de la nacelle. Un système de bielles relie ce capot mobile à des portes de blocage qui se déploient à l'intérieur du canal d'éjection et bloquent la sortie en flux direct. Dans les inverseurs à portes, en revanche, chaque capot mobile pivote de manière à venir bloquer le flux et le dévier et est donc actif dans cette réorientation. On connaît principalement des inverseurs à deux portes, diamétralement opposées l'une par rapport à l'autre, et à quatre portes. Pour des questions évidentes d'équilibre et de répartition des efforts exercés par le flux d'air sur les portes en position d'inversion de poussée, les inverseurs à portes possèdent un nombre pair de portes uniformément réparties sur la périphérie de la nacelle. Considérant que chaque porte possède des moyens d'actionnement ainsi que des moyens de verrouillage correspondants, il existe un besoin pour des solutions permettant de simplifier et alléger lesdits moyens d'actionnement et de verrouillage tout en assurant une efficacité suffisante du système d'inversion de poussée.
On connaît également des inverseurs à une seule porte dont le fonctionnement repose sur un détourage particulier de la section d'éjection. On citera notamment le document EP 0 131 079 qui comporte une porte présentant une forme de pelle permettant de venir obturer la quasi-totalité de la section d'éjection lors de la phase d'inversion. La partie aval de la porte présente donc un détourage sensiblement en V.
En position de jet direct, ce détourage présente plusieurs inconvénients. En effet, la forme de la section de sortie, déterminée par ce détourage en extrémité aval de la porte, n'est pas annulaire, mais présente des encoches situées sensiblement au niveau des points d'articulation de la porte.
Il s'ensuit également que l'épaisseur de la section de sortie n'est pas constante et non fine.
Ceci est très pénalisant en terme de performances avion puisqu' entraînant une surconsommation de carburant.
Le document US 3 874 620 décrit également un inverseur à porte ne comportant qu'une seule porte. Toutefois, un tel système nécessite l'aide de la voilure pour optimiser le blocage du flux. Il présente donc des limites quant à l'installation de la nacelle sur l'avion. Enfin, le document GB 2 075 447 présente un inverseur à porte comprenant une seule porte et ne présentant pas de problèmes de détourage. Ce détourage est rendu non nécessaire par le fait que les articulations de la porte se situent le plus en aval possible de cette dernière, quasiment au niveau de l'éjection. En contrepartie, il est impossible à ladite porte de venir bloquer la quasi-totalité du flux et de l'inverser efficacement. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédemment évoqués, et notamment d'optimiser l'efficacité des systèmes d'inversion de poussée à une seule porte pivotante et concerne pour ce faire une nacelle pour turboréacteur comprenant une structure d'entrée d'air apte à canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur, une structure médiane destinée à entourer ladite soufflante et une section aval équipée d'un système d'inversion de poussée à porte pivotante, comprenant une unique porte d'inversion de poussée montée pivotante entre une position de fermeture dans laquelle elle permet une circulation d'un flux d'air du turboréacteur en jet direct et dans laquelle elle assure la continuité aérodynamique interne et externe de la nacelle et une position d'ouverture dans laquelle elle pivote vers une position sensiblement perpendiculaire à l'axe de la nacelle, une partie aval de ladite porte pénétrant à l'intérieur de la nacelle pour obturer au moins une partie du flux d'air du turboréacteur et le diriger dans une direction orientée vers l'avant de la nacelle, caractérisée en ce que la section aval présente, en aval de la porte, un anneau s 'étendant sur toute la périphérie.
Ainsi, outre le fait qu'une nacelle comprenant un système d'inversion de poussée à une seule porte permette un gain de masse important, typiquement compris entre 15 et 20%, la présence d'un anneau périphérique aval permet de s'affranchir du profil de détourage de l'extrémité de ladite porte. En effet, l'anneau possède un détourage aval qui peut être optimisé selon la forme de la section d'éjection souhaitée et un détourage amont qui sera complémentaire du profil de détourage de l'extrémité de la porte.
La section de sortie s'affranchit ainsi de la forme de la porte et il sera possible de prévoir une section de sortie fine et d'épaisseur constante sur la périphérie d'éjection. Typiquement, une section fine présentera une épaisseur comprise entre 3 et 5 mm. L'obturation de la veine est alors assurée par le seul détourage de la porte de forme généralement concave, ce qui permet ainsi de disposer d'une section de sortie performante permettant d'optimiser les performances du moteur en vol et en particulier de réduire la consommation de carburant.
Avantageusement, l'anneau forme une tuyère d'éjection.
De manière préférentielle, la porte pivotante est conçue pour permettre de dégager, en amont de son axe de pivotement, une section d'évacuation en jet inversé environ égale à deux fois la section obturée par ladite porte en position d'inversion de poussée. En effet, la présence d'une porte unique d'inversion de poussée implique de prévoir une porte plus grande que sur les systèmes multiportes traditionnels afin de garantir une efficacité d'inversion de poussée proche des systèmes multiportes traditionnels. Il s'ensuit que cette plus grande porte dégage, lors de son ouverture, un orifice plus grand correspondant dans la nacelle. Un accès à l'intérieur de la nacelle pour réaliser des opérations de maintenance en est grandement facilité. En combinant cet avantage d'une porte plus large avec une possible concentration des systèmes compte tenu de leur réduction en taille et nombre, il est tout à fait envisageable de supprimer un ou plusieurs capots mobiles qui, avec des portes d'inversion plus petites, restaient nécessaires pour permettre un accès à l'intérieur de la nacelle. De plus, la suppression de ces capots mobiles réduit le nombre d'accidents aérodynamiques sur l'extérieur de la nacelle. On notera encore qu'une structure fixe importante permet une réalisation de ladite structure avec un nombre réduit de pièces liées entre elles. Il s'ensuit logiquement une diminution des accidents aérodynamiques que causent les liaisons entre pièces tant au niveau d'une surface interne de la nacelle exposée au flux d'air du turboréacteur qu'u niveau d'une surface externe exposée au flux d'air entourant la nacelle. Avantageusement, le système d'inversion de poussée comprend un unique moyen d'actionnement de la porte fixé en amont de cette dernière sensiblement au niveau d'un axe longitudinal médian. Ceci entraîne une simplification dans l'alimentation des moyens d'activation, par exemple, dans le réseau d'alimentation d'un vérin hydraulique ou pneumatique. Préférentiellement, le système d'inversion de poussée comprend des moyens de verrouillage de la porte en position de fermeture se présentant sous la forme d'un pion de cisaillement apte à coopérer avec un alésage correspondant ménagé dans l'épaisseur de la porte.
Préférentiellement encore, l'alésage présente un diamètre supérieur au diamètre du pion de cisaillement correspondant et est situé de manière excentré par rapport audit pion de sorte que en position de fermeture, le pion vienne exercer une pression contre une surface interne de l'alésage et nécessite un sur-escamotage pour être engagé et/ou dégagé sans effort.
De manière préférentielle, la section aval présente une structure fixe comprenant une surface externe et une surface interne, ladite surface interne et/ou ladite surface externe étant chacune réalisées en une seule pièce, la structure fixe étant ensuite préférentiellement obtenue par emboîtement des deux structures de formes sensiblement tronconiques.
Avantageusement, la section aval présente, en amont de la porte, un cadre avant s 'étendant sur toute la périphérie de la section aval.
La présente invention se rapporte également à un aéronef caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins une paire d'ensemble propulsif comprenant chacun un turboréacteur logé dans une nacelle selon l'invention, chaque ensemble propulsif de chaque paire étant disposé symétriquement par rapport à un axe longitudinal de l'avion. Avantageusement, les nacelles sont orientées de manière à permettre une ouverture de leur porte selon une direction normale au fuselage. Une nacelle selon la présente invention assurant une réorientation de son flux d'éjection uniquement à l'aide de la porte d'inverseur, le système s'affranchit d'une voilure ou autre élément de l'avion et peut-être intégré en tout endroit de ce dernier.
La mise en œuvre de l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel : La figure 1 est une représentation schématique en vue de face d'un avion équipé de deux ensembles propulsifs disposés de part et d'autre du fuselage et comprenant chacun une nacelle selon l'invention.
La figure 2 est une représentation schématique en perspective d'une section aval d'une nacelle selon l'invention présentant la porte d'inversion de poussée en position d'ouverture.
La figure 3 est une représentation schématique en vue de côté de la section aval de la figure 2.
La figure 4 est une représentation schématique en vue arrière de la section aval de la figure 2. La figure 5 est une représentation schématique en vue de côté de la section aval de la figure 3 présentant la porte d'inversion de poussée en position de fermeture.
La figure 6 est une représentation schématique d'un système de verrouillage particulièrement destiné à la section aval des figures 2 à 5.
Une nacelle 1 selon l'invention, telle que représentée sur la figure 1 montée sur un avion A, constitue un logement tubulaire pour un turboréacteur (non visible) dont elle sert à canaliser le ou les flux d'air qu'il génère.
La nacelle 1 est plus particulièrement destinée à être fixée sur un côté du fuselage de l'avion par l'intermédiaire d'un pylône 2.
Plus précisément, la nacelle 1 possède une structure comprenant une section avant formant une entrée d'air, une section aval entourant une soufflante du turboréacteur et une section aval 10 entourant le turboréacteur et abritant un système d'inversion de poussée. Cette section aval 10 peut être prolongée par un section formant tuyère d'éjection.
Seule la section aval sera décrite en détail ci-après et seule ladite section est représentée sur les figures 2 à 5. La section aval 10 présente une forme sensiblement tubulaire et tronconique comprenant une structure fixe 11 possédant une surface externe 12 et une surface interne 13 reliées en amont par un cadre avant 14 périphérique et se rejoignant en aval dans un plan unique par une section fine et constante.
Cette structure fixe 11 présente un évidement définissant une ouverture 15 latérale sur laquelle sont montés des axes de pivotement 16 supportant une porte 17.
Ladite porte 17 est apte à basculer autour d'un axe défini par les axes de pivotement 16 entre une première position de fermeture dans laquelle elle ferme l'ouverture latérale 15 et assure la continuité aérodynamique de la surface externe 12 et de la surface interne 13 de la structure fixe 11 et une position d'ouverture dans laquelle une partie aval 17a de la porte 17 pénètre au moins partiellement à l'intérieur de la section aval, étant ainsi apte à bloquer une partie du flux d'air en jet direct et à l'orienter à travers l'ouverture 15 où une partie amont 17b de la porte 17 achève sa réorientation dans une direction orientée vers l'avant de la nacelle 1.
La structure générale de la porte 17 ne fait pas l'objet de la présente invention et on se reportera aux connaissances de l'homme de l'art dans le domaine concerné.
Pour une efficacité maximum et afin de respecter les conditions de pression d'air pour un fonctionnement optimum du turboréacteur, on définira une ouverture 15 et un emplacement des axes de pivotement 16 calculés de manière à ce que la section d'inversion de poussée de l'ouverture 15, c'est-à-dire sensiblement la section de la partie amont 17b de la porte 17, soit sensiblement égale au double de la section de la partie aval 17a de la porte 17 obturant la section aval 10. Bien évidemment ce ratio de surface est uniquement donné à titre d'exemple et peut être adapté selon les données de fonctionnement du turboréacteur.
La porte 17 est actionnée au moyen d'un actionneur (non représenté) de type vérin hydraulique, pneumatique ou électrique présentant une première extrémité fixée dans la porte 17 et une deuxième extrémité solidaire de la partie fixe 11, de préférence monté sur le cadre avant 14. Avantageusement, la première extrémité est fixée au niveau d'un axe longitudinal médian de la porte 17.
La section aval 10 est également équipée de moyens de verrouillage de la porte 17 en position de fermeture. Le système de verrouillage est représenté plus en détail sur la figure 6.
Chaque système de verrouillage comprend un pion de cisaillement 20 monté mobile en translation selon une direction perpendiculaire au cadre avant 14. Ce pion de cisaillement 20 est apte à coopérer avec un alésage 21 correspondant ménagé dans l'épaisseur de la porte 17. Ainsi, lorsque la porte 17 est en position de fermeture telle que son épaisseur vient en regard du cadre avant 14, le pion de cisaillement 20 est actionné pour pénétrer dans l'alésage 21 correspondant. La porte 17 est alors verrouillée en rotation. De la même manière, pour permettre l'ouverture de la porte 17, il suffit de rétracter le pion de cisaillement 20. Avantageusement, la porte 17 coopère avec deux systèmes de verrouillage disposés chacun à une extrémité de ladite porte 17.
Afin de pouvoir réaliser un verrouillage sans charge s 'exerçant sur le moyen de verrouillage, il est habituel de prévoir un sur-escamotage de la partie mobile.
Un tel sur-escamotage est permis en l'espèce en pratiquant dans la porte 17 des alésages 21 possédant un diamètre supérieur au diamètre du pion de cisaillement correspondant 20 mais en s'assurant que l'axe du pion de cisaillement 20 est aligné avec le centre de l'alésage 21 uniquement lorsque la porte 17 est dans sa position surescamotée.
Il s'ensuit que dans la position de fermeture normale de la porte 17, le pion de cisaillement vient fortement en butée contre une paroi interne de l'alésage 21 correspondant permettant de ce fait un verrouillage plus fiable sans aucun jeu fonctionnel perturbateur.
Bien évidemment, un tel système de verrouillage par pion de cisaillement permettant un sur-escamotage peut-être appliqué à d'autres parties mobiles de la nacelle, notamment à des trappes d'accès. On comprend de la description que la nacelle 1 selon l'invention possédant une section aval 10 telle que décrite peut être équipée de système d'actionnement et de verrouillage plus légers, donc plus économiques.
On notera également un coût de fabrication réduit. En effet, comme mentionné précédemment, une section aval 10 présente une structure fixe 11 importante pouvant avantageusement être réalisée à partir d'un nombre réduit d'éléments afin de limiter l'assemblage desdits éléments et les accidents aérodynamiques qui en découlent.
Une méthode avantageuse pour réaliser ladite structure fixe sera de réaliser en une seule pièce chacune de la surface externe 12 et de la surface interne 13. La forme générale de chacune de ces deux surfaces 12, 13 étant tronconique, elles peuvent être facilement emboîtées l'une dans l'autre. Il suffit alors simplement de finir la structure fixe 11 en reliant les deux surfaces 12, 13 en amont par le cadre avant 14 et en aval après avoir ajusté l'une à l'autre chaque pièce emboîtée. Bien évidement, outre le cadre avant, on prévoira aussi des parois 25 de fermetures latérales reliant la surface externe 12 et la surface interne 13 au niveau de l'ouverture
15.
Des dessins on notera aussi que la porte 17 permet le dégagement d'une ouverture
15 relativement importante qui peut permettre à un opérateur d'accéder facilement à l'intérieur de la nacelle 1 pour des opérations de maintenance. Ceci permettra éventuellement de supprimer certaines trappes d'accès et notamment des capots de soufflante ou autres.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers 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.

Claims

REVENDICATIONS
1. Nacelle (1) pour turboréacteur comprenant une structure d'entrée d'air apte à canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur, une structure médiane destinée à entourer ladite soufflante et une section aval (10) équipée d'un système d'inversion de poussée à porte pivotante comportant une unique porte (17) d'inversion de poussée montée pivotante entre une position de fermeture dans laquelle elle permet une circulation d'un flux d'air du turboréacteur en jet direct et dans laquelle elle assure la continuité aérodynamique interne et externe de la nacelle et une position d'ouverture dans laquelle elle pivote vers une position sensiblement perpendiculaire à l'axe de la nacelle, une partie aval (17a) de ladite porte pénétrant à l'intérieur de la nacelle pour obturer au moins une partie du flux d'air du turboréacteur et le diriger dans une direction orientée vers l'avant de la nacelle, caractérisée en ce que la section aval (10) présente, en aval de la porte (17), un anneau s'étendant sur toute la périphérie.
2. Nacelle (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau forme une tuyère d'éjection.
3. Nacelle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la porte (17) pivotante est conçue pour permettre de dégager, en amont de son axe de pivotement, une section d'évacuation en jet inversé environ égale à deux fois la section obturée par ladite porte en position d'inversion de poussée.
4. Nacelle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le système d'inversion de poussée comprend un unique moyen d'actionnement de la porte (17) fixé en amont de cette dernière sensiblement au niveau d'un axe longitudinal médian.
5. Nacelle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le système d'inversion de poussée comprend des moyens de verrouillage de la porte en position de fermeture se présentant sous la forme d'un pion de cisaillement (20) apte à coopérer avec un alésage (21) correspondant ménagé dans l'épaisseur de la porte (17).
6. Nacelle (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'alésage (21) présente un diamètre supérieur au diamètre du pion de cisaillement (20) correspondant et est situé de manière excentré par rapport audit pion de cisaillement de sorte que en position de fermeture, le pion de cisaillement vient exercer une pression contre une surface interne de l'alésage et nécessite un sur-escamotage pour être engagé et/ou dégagé sans effort.
7. Nacelle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la section aval (10) présente une structure fixe (11) comprenant une surface externe (12) et une surface interne (13), ladite surface interne et/ou ladite surface externe étant chacune réalisées en une seule pièce, la structure fixe étant ensuite préférentiellement obtenue par emboîtement des deux structures de formes sensiblement tronconiques.
8. Nacelle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la section aval (10) présente, en amont de la porte (17), un cadre avant (14) s'étendant sur toute la périphérie de la section aval.
9. Aéronef (A) caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins une paire d'ensemble propulsif comprenant chacun un turboréacteur logé dans une nacelle (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, chaque ensemble propulsif de chaque paire étant disposé symétriquement par rapport à un axe longitudinal de l'avion.
10. Aéronef (A) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les nacelles (1) sont orientées de manière à permettre une ouverture de leur porte (17) d'inversion de poussée dans un plan sensiblement horizontal vers l'extérieur de l'avion.
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