ES2581281T3 - Panel compuesto con toma de aire integrada - Google Patents

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Franck Laurant
François BELLET
Jean-Philippe Joret
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Safran Nacelles SAS
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Aircelle SA
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Abstract

Panel compuesto (10, 20, 30) que comprende por lo menos una piel interna (3) y una piel externa (2) y que presenta por lo menos un orificio (5) destinado a recibir una toma de aire (7) que forma un conducto y del cual un orificio de toma desemboca a nivel de la piel externa, caracterizado por que dicha piel externa está conformada de manera que constituya, a nivel del orificio, por lo menos una parte de una superficie de flujo de la toma de aire.

Description

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DESCRIPCION
Panel compuesto con toma de aire integrada.
La presente invencion se refiere a una toma de aire de gondola de turborreactor integrada a un panel compuesto.
Una aeronave esta propulsada por varios turborreactores alojados cada uno en una gondola. Cada gondola alberga tambien un conjunto de dispositivos anexos relacionados con su funcionamiento y que aseguran diversas funciones cuando el turborreactor esta en funcionamiento o parado.
Una gondola presenta generalmente una estructura tubular que comprende una entrada de aire en la parte delantera de un turborreactor, una seccion mediana destinada a rodear una soplante del turborreactor, pudiendo una seccion trasera embarcar eventualmente unos medios de inversion de empuje, y destinada a rodear la camara de combustion del turborreactor, y una tobera de eyeccion cuya salida esta situada aguas abajo del turborreactor.
Las gondolas modernas estan destinadas frecuentemente a albergar un turborreactor de doble flujo apto para generar, por medio de las palas de la soplante en rotacion, un flujo de aire caliente (tambien denominado flujo primario) procedente de la camara de combustion del turborreactor.
Una gondola presenta clasicamente una estructura externa fija denominada "Outer Fixed Structure" (OFS), que define con una estructura interna fija concentrica, denominada "Inner Fixed Structure" (IFS), que comprende un capo que rodea la estructura del turborreactor propiamente dicha en la parte trasera de la soplante, un canal anular de flujo, tambien llamado vena, que tiene como objetivo canalizar un flujo de aire frfo, denominado secundario, que circula en el exterior del turborreactor.
Los flujos primario y segundario son eyectados del turborreactor por la parte trasera de la gondola.
Cada conjunto de propulsion del avion esta asf formado por una gondola y un turborreactor, y esta suspendido a una estructura fija del avion, por ejemplo debajo de un ala, o sobre el fuselaje, por medio de un poste o de un mastil unido al turborreactor de la gondola.
La seccion trasera de la estructura externa de la gondola esta formada habitualmente por dos capos sustancialmente semicilfndricos, a uno y otro lado de un plano vertical longitudinal de simetrfa de la gondola, y montados moviles de manera que se puedan desplegar entre una posicion de funcionamiento y una posicion de mantenimiento que da acceso al turborreactor.
Es tambien el caso para la seccion mediana que presenta tambien la capacidad de abrirse para permitir un acceso a la soplante.
Se constata por lo tanto que un conjunto de propulsion de avion integra unos sub-conjuntos funcionales que poseen unos movimientos relativos y entre los cuales conviene gestionar la estanqueidad.
Mas particularmente, conviene senalar que las secciones trasera y mediana que comprenden respectivamente unos sub-conjuntos que sirven de carter a la tobera y de carter a la soplante, desempenando unas zonas del conjunto de propulsion un papel importante en la generacion y la orientacion de los flujos.
Con el fin de alimentar los circuitos de distribucion de aire del avion (climatizacion, presurizacion de la cabina, etc.) se toma aire a nivel del compresor del turborreactor. Este aire esta, por supuesto, demasiado caliente y debe ser enfriado. Se enfrfa en particular mediante un dispositivo de pre-enfriamiento ("pre-cooler") que utiliza aire frfo tomado por una toma de aire denominada toma de aire del pre-enfriador.
Por otro lado, los sub-conjuntos de la gondola son sometidos a temperaturas que provocan su dilatacion y causan unas deformaciones, en particular radiales.
Asf, mientras que el intervalo entre el carter de soplante y los alabes de dicha soplante debe ser controlado para asegurar una eficacia optima de la soplante, una dilatacion radial del carter tiene el riesgo de provocar un aumento de este intervalo y por lo tanto una disminucion de los rendimientos de la soplante ya que mas aire no comprimido se escapara por este juego.
Con el objetivo de prevenir este inconveniente, el carter de soplante esta equipado con un circuito de distribucion de aire frfo en su superficie denominado TCC por "Turbine Clearance Control". Este aire frfo es tomado generalmente por una toma de aire situada en una zona de circulacion del flujo frfo (zona vena) denominada toma de aire TCC.
Este principio se aplica tambien a otras partes de la gondola, tal como la tobera por ejemplo.
La toma de aire esta destinada por lo tanto de manera general a asegurar el encaminamiento del aire tomado hacia
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el circuito de enfriamiento.
Para ello, la toma de aire se presenta en forma de un conducto sustancialmente tubular y que presenta una abertura de toma perfilada que permite limitar las perturbaciones aerodinamicas inducidas por la toma. El documento FR 2 879 564, que se considera el estado de la tecnica mas proxima, muestra una toma de aire de este tipo.
Esta insertada a traves de una pared expuesta al flujo de aire frfo, desembocando su abertura de toma en la zona de circulacion del flujo de aire tomado. Podra tratarse en particular de un panel externo de la IFS orientado hacia la vena de circulacion del flujo secundario.
En el caso de un panel realizado a partir de una aleacion metalica, la toma de aire esta generalmente introducida en un recorte y presenta a nivel de su abertura de toma un reborde periferico destinado a asegurar la continuidad aerodinamica con la superficie del panel y la union de la toma de aire a este panel, por remachado o soldadura.
La generalizacion de los materiales compuestos en la fabricacion de los paneles de gondolas plantea una dificultad importante en la colocacion de estas tomas de aire.
En efecto, actualmente, la estructura de la toma de aire debe ser aplicada sobre el panel de la misma manera que para un panel de aleacion metalica, a saber por la realizacion en el panel de un recorte sustancialmente a la forma de la toma de aire.
Sin embargo, generalmente no es deseable practicar unos recortes en un panel compuesto, conllevando dichos recortes unas rupturas en las fibras y la estructura interna del panel compuesto (alma), lo cual es susceptible de afectar a su integridad y a su aguante mecanico.
La presencia de medios de fijacion que atraviesan incluso parcialmente la estructura del panel compuesto tampoco es deseable por las mismas razones.
Asf, existe una necesidad de una solucion que permita resolver por lo menos parcialmente los inconvenientes mencionados anteriores y que permita la colocacion de una toma de aire a traves de un panel de material compuesto.
Para ello, la presente invencion se refiere a un panel compuesto que comprende por lo menos una piel interna y una piel externa, y que presenta por lo menos un orificio destinado a recibir una toma de aire que forma un conducto y del cual un orificio de toma desemboca a nivel de la piel externa, caracterizado por que dicha piel externa esta conformada de manera que constituya, a nivel del orificio, por lo menos una parte de una superficie de flujo de la toma de aire.
Asf, realizando una parte de la superficie de flujo de la toma de aire directamente a partir del propio panel compuesto, y mas precisamente por conformacion de su piel externa segun un perfil adaptado, se obtiene una mejor integracion de dicha toma de aire con un panel compuesto de este tipo. Es posible asf limitar los recortes y por lo tanto las agresiones a la integridad estructural del panel compuesto.
Esto permite asegurar tambien una continuidad aerodinamica optima limitando los juegos y separaciones entre la estructura de panel y la toma de aire.
Conviene senalar que a pesar de que la invencion sea introducida en referencia a las tomas de aire "pre-cooler" y TCC, no esta limitada a las mismas y es susceptible de referirse a cualquier tipo de toma de aire, y mas particularmente a las tomas de aire que deben ser insertadas a traves de un panel compuesto tal como un panel de IFS.
Ventajosamente, la piel externa que forma la superficie de flujo de la toma de aire esta conformada por hundimiento y curvatura de la piel externa en el grosor hacia el interior del panel.
La parte complementaria para ser aplicada y fijada mediante cualquier medio (pegado, remachado, etc.) se realiza a partir de cualquier material apropiado.
De manera preferida, la piel externa esta curvada sobre por lo menos el grosor del panel.
Segun una variante preferida de realizacion, la superficie de flujo formada por la piel externa se extiende sobre toda la periferia del orificio destinado a la toma de aire. Asf, la totalidad del orificio de la toma de aire se realiza a partir del propio panel, lo cual asegura una integracion y un flujo optimo.
Ventajosamente, la toma de aire esta totalmente conformada a partir de la piel externa y, llegado el caso, de la piel interna. Esto podra ser en particular el caso cuando la parte de la toma de aire realizada a partir del panel compuesto supere el grosor de dicho panel. La piel interna asegurara entonces el contorno externo de la parte de
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toma de aire, asegurando la piel externa el contorno interno del conducto formado.
Segun un modo de realizacion, el panel comprende por lo menos un alma dispuesta entre la piel interna y la piel externa.
Segun una variante, el orificio destinado a la toma de aire esta situado en una zona de dicho panel que comprende el alma, denominada zona sandwich.
Alternativamente y cuando el panel compuesto no comprende ningun alma en cualquier punto, el orificio destinado a la toma de aire puede estar situado en una zona de dicho panel que no comprende ningun alma, denominada zona monolftica.
La presente invencion se refiere asimismo a un panel compuesto que comprende una toma de aire, caracterizado por que el panel compuesto es un panel segun la invencion.
Ventajosamente, la toma de aire comprende un borde de fijacion aplicado sobre la piel interna de dicho panel.
Dichos paneles podran, en particular, ser unos paneles de estructura interna de gondola de turborreactor destinados a rodear la camara de combustion de dicho turborreactor.
La presente invencion se entendera mejor a la luz de la descripcion detallada siguiente, en relacion a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una representacion esquematica de un panel compuesto previsto para recibir una toma de aire y preparado segun la tecnica anterior,
- la figura 2 es una representacion esquematica en seccion transversal de un panel compuesto segun la invencion, previsto para recibir una toma de aire en una zona monolftica de dicho panel,
- la figura 3 es una representacion esquematica en vista por arriba de un panel compuesto segun la invencion que comprende una toma de aire instalada en la zona sandwich de dicho panel,
- la figura 4 es una representacion esquematica en vista por debajo que corresponde a la figura 3,
- la figura 5 es una representacion esquematica en vista por debajo que corresponde a la figura 4 sin la parte
de toma de aire,
- las figuras 6 y 7 son unas representaciones esquematicas, respectivamente en vista por arriba y en vista por debajo de un panel compuesto segun la invencion que comprende una toma de aire integrada al panel y realizada totalmente a partir de dicho panel,
- la figura 8 es una representacion esquematica en seccion transversal del panel de las figuras 6 y 7.
Como se representa en la figura 1, un panel compuesto 1 comprende clasicamente una piel externa 2 y una piel
interna 3 y eventualmente un alma 4.
Las partes del panel 1 que comprenden el alma 4 se denominan zona sandwich. Las partes del panel 1 que no comprenden ningun alma se denominan zona monolftica. Se trata en general de porciones terminales y de bordes del panel 1.
Este panel compuesto 1 presenta un orificio 5 destinado a recibir una toma de aire (no visible) que forma un conducto y del cual un orificio de toma desemboca a nivel de la piel externa.
De acuerdo con la tecnica anterior y a la practica actual, este orificio esta realizado por simple recorte del panel 1 que provoca los inconvenientes mencionados anteriormente: exposicion del alma 4 en las zonas sandwich, ruptura de la estructura de la piel externa 2 y de la piel interna 3 y mas generalmente ruptura de la integridad del panel compuesto, distancias y juegos en el ajuste de la toma de aire sobre el panel, fijaciones que inducen unas perturbaciones aerodinamicas.
Para paliar a estos inconvenientes y de acuerdo con la invencion, el panel compuesto se realizara conformando la piel externa de manera que constituya a nivel del orificio por lo menos una parte de una superficie de flujo de la toma de aire.
Las figuras 2 a 7 muestran diversos modos de realizacion de paneles compuestos para toma de aire segun la invencion.
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La figura 2 es una vista en seccion transversal de un panel compuesto 10 que presenta un orificio 5 para la toma de aire situado en una zona monolttica. Mas precisamente, el orificio 5 esta delimitado por un reborde periferico formado a partir de la piel interna 3 y de la piel externa 2 sin alma 4 sandwich.
De acuerdo con la invencion, este reborde periferico, y por lo tanto la piel externa correspondiente, esta conformado para constituir a nivel de una zona aguas arriba del panel 10 destinada a ser orientada hacia la parte aguas arriba del flujo de aire a tomar, una superficie de flujo hacia el orificio 5 que recibe la toma de aire. Esta superficie de flujo forma por lo tanto una parte de la superficie de flujo de la toma de aire.
La estructura 7 restante de la toma de aire podra ser aplicada en el orificio 5 sobre el panel 10 y fijada aguas abajo del orificio con la ayuda de un collarm 6 que sera mantenido por enrasado sobre el reborde del orificio 10.
Evidentemente, este collarm constituye solo un ejemplo de fijacion posible, y se puede considerar cualquier modo de fijacion conocido por el experto en la materia (remachado, bulonado, pegado, etc.).
Asf, la toma de aire esta parcialmente integrada al panel compuesto y la toma de aire esta por lo tanto mejorada.
Las figuras 3 y 4 muestran un panel compuesto 20 similar al de la figura 2, con la diferencia de que el orificio 5 de la toma de aire 7 esta situado en una zona sandwich de alma 4. La figura 3 muestra la piel externa 3 curvada para sumergirse en el grosor del panel 20, asegurando asf una continuidad aerodinamica con el conducto que forma la toma de aire 7.
La figura 5 corresponde al modo de realizacion de las figuras 3 y 4, sin la estructura de toma de aire 7 insertada en el panel. Se observara el grosor reducido entre la piel externa 2 y la piel interna 3 a nivel de una zona aguas arriba del orificio destinada a ser orientada en el sentido de flujo de aire a tomar.
Las figuras 6 y 7 muestran un panel compuesto 30, en el que la estructura de toma de aire esta totalmente realizada a partir de las dos pieles externa 2 e interna 3 del panel 30 que se unen para formar el conducto de la toma de aire.
Asf, la toma de aire esta integrada al panel y la superficie de flujo es aerodinamicamente optima.
La figura 8 muestra mas precisamente la estructura del panel 30. Se observara que el conducto formado por la toma de aire esta equipado con una junta periferica 31 soportada por una brida de fijacion 32 fijada en las pieles interna 2 y externa 3 del panel 30.
Aunque la invencion haya sido descrita con un ejemplo particular de realizacion, es evidente que no esta limitada de ninguna manera al mismo, y que comprende todos los equivalentes tecnicos de los medios descritos asf como sus combinaciones si estas entran en el marco de la invencion.

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Panel compuesto (10, 20, 30) que comprende por lo menos una piel interna (3) y una piel externa (2) y que presenta por lo menos un orificio (5) destinado a recibir una toma de aire (7) que forma un conducto y del cual un orificio de toma desemboca a nivel de la piel externa, caracterizado por que dicha piel externa esta conformada de manera que constituya, a nivel del orificio, por lo menos una parte de una superficie de flujo de la toma de aire.
  2. 2. Panel compuesto (10, 20, 30) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la piel externa (2) que forma la superficie de flujo de la toma de aire esta conformada por hundimiento y curvatura de la piel externa en el grosor hacia el interior del panel.
  3. 3. Panel (10, 20, 30) compuesto segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la piel externa (3) esta curvada sobre por lo menos el grosor del panel.
  4. 4. Panel compuesto (30) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la superficie de flujo formada por la piel externa (3) se extiende sobre toda la periferia del orificio destinado a la toma de aire.
  5. 5. Panel (30) compuesto segun la reivindicacion 4, caracterizado por que la toma de aire esta totalmente conformada a partir de la piel externa (2) y, llegado el caso, de la piel interna (3).
  6. 6. Panel (20, 30) compuesto segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que comprende por lo menos un alma (4) dispuesta entre la piel interna (3) y la piel externa (2).
  7. 7. Panel compuesto (20, 30) segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el orificio (5) destinado a la toma de aire (7) esta situado en una zona de dicho panel que comprende el alma (4), denominada zona sandwich.
  8. 8. Panel (10) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el orificio (5) destinado a la toma de aire (7) esta situado en una zona de dicho panel que no comprende ningun alma (4), denominada zona monolftica.
  9. 9. Panel compuesto (10, 20, 30) que comprende una toma de aire (7), caracterizado por que el panel compuesto es un panel segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
  10. 10. Panel compuesto (10, 20) segun la reivindicacion 9, caracterizado por que la toma de aire (7) comprende un borde de fijacion (6) aplicado sobre la piel interna (3) de dicho panel.
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