FR2961478A1

FR2961478A1 - Procede d'optimisation aero-acoustique de pieces mecaniques de profile complexe, piece mecanique et train d'atterrissage correspondants

Info

Publication number: FR2961478A1
Application number: FR1054911A
Authority: FR
Inventors: Goguet Christelle Seror
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-23
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: US8668164B2; FR2961478B1; US20110309193A1

Abstract

L'invention vise à réduire la traînée provoquée par une pièce à profilé complexe dans un flux d'air ( ), par exemple de train d'atterrissage d'un aéronef, permettant d'optimiser la finesse de pénétration et de réduire le bruit d'origine aérodynamique par une réduction de la source acoustique locale combinée à une optimisation globale de l'avion liée à la réduction de la traînée. Pour ce faire, l'invention prévoit de profiler la pièce complexe, en masquant sa forme par un habillage particulier. Selon un mode de réalisation, la pièce mécanique métallique de profilé complexe (20) aéro-acoustiquement optimisée est équipée d'un capot aérodynamique (50) formé de plusieurs parties longitudinales articulées par des charnières (502) pour faciliter sa pose. Ce capot (50) est fixé sur au moins deux supports (40) disposés à distance l'un de l'autre le long de l'axe (X) de la pièce (20), chaque support (40) est fixé sur le capot (50) par des vis (503) et épouse le profilé de la pièce (20). La face externe (511) du capot (50) est cylindrique et sa face interne (512) vient en appui sur les supports (40). Le capot (50) présente avantageusement une partie translucide (51) accolée aux parois (504) d'une partie opaque (52) restante. Des butées (203) sont prévues sur la pièce (20) pour limiter les déplacements en translation du capot (50).

Description

PROCEDE D'OPTIMISATION AERO-ACOUSTIQUE DE PIECES MECANIQUES DE PROFILE COMPLEXE, PIECE MECANIQUE ET TRAIN D'ATTERRISSAGE CORRESPONDANTS [0001] L'invention concerne un procédé d'optimisation aéro-acoustique de pièces mécaniques à profilé complexe, une pièce mécanique de ce type, en particulier en « H », réalisée conformément à ce procédé et un train d'atterrissage d'aéronef comportant au moins une telle pièce mécanique comme contrefiche. [0002] Les structures dites de forme ou à profilé complexe - c'est-à-dire présentant des rainures longitudinales profondes, avec par exemple une section en « H » ou en « X » - présentent des propriétés mécaniques de rigidité et de résistance aux déformations supérieures. Cependant ces structures provoquent l'apparition de perturbations dans un écoulement d'air. En effet, lorsqu'une telle pièce est disposée dans un écoulement, des fluctuations de pression dues aux fortes variations géométriques à la surface de la pièce provoquent l'apparition de tourbillons formant une traînée parasite. L'interaction entre un tel écoulement turbulent et les surfaces solides de la pièce génèrent alors un bruit aérodynamique. [0003] Les systèmes hypersustentateurs d'ailes et les trains d'atterrissage d'aéronefs sont ainsi responsables, dans la phase d'approche à l'atterrissage, de la moitié du bruit perçu au sol. En effet, pendant cette phase, le train est sorti bien avant l'atterrissage - pour des raisons de sécurité - ce qui provoque l'apparition d'un fort écoulement turbulent et d'un bruit aérodynamique. [0004] De plus, en phases d'approche et de décollage, l'aéronef a besoin d'une finesse de pénétration dans l'air optimale pour négocier au mieux les conditions de vol, la vitesse étant particulièrement faible dans ces phases. Or une finesse optimale est obtenue avec une traînée minimale. [0005] Par ailleurs, au décollage, un surplus de traînée requiert une augmentation de poussée. A contrario, une réduction de traînée permet d'optimiser la poussée du moteur dans cette phase. [0006] Pour réduire le bruit d'origine aérodynamique, il a été proposé des carénages métalliques - éventuellement articulés - de protection des zones de pièces à section de profilé complexe permettant de défléchir les flux d'air, par exemple sous le balancier du train d'atterrissage, entre les vérins de manoeuvre du train avant. [0007] Ces pièces de carénage doivent être fixées en un nombre suffisant et de manière sûre pour respecter les normes de sécurité. Ces pièces doivent également respecter les contraintes de relevage, d'encombrement en position relevée en soute, de tenue aux chocs et de charges aérodynamiques, tout en limitant la charge en masse. [0008] Il est également envisageable de profiler les pièces de forme complexe en bouchant les rainures afin de réaliser des faces planes, sans carénage. Cependant, cette solution peut contribuer à augmenter la masse du train d'atterrissage. De plus le remplacement de pièces de profilé complexe par des barreaux ne permet pas de conserver les propriétés mécaniques sans augmenter la dimension des pièces et donc leur encombrement. [0009] Une autre solution consiste à appliquer un matériau d'enrobage de densité inférieure à celle de la pièce de structure complexe afin de lui donner une forme plus aérodynamique sans modifier ses propriétés mécaniques.

Cependant, une telle approche se heurte aux conditions de la maintenance et complique l'entretien. Un tel enrobage nécessite en effet la dépose de la pièce de structure, empêche la révision de certains éléments du train par le masquage de la pièce, et requiert son changement fréquent du fait des conditions d'utilisation, entraînant une immobilisation supplémentaire de l'aéronef. [0010] La présente invention vise ainsi à réduire la traînée et le bruit d'origine aérodynamique d'une pièce de structure, par exemple de train d'atterrissage d'un aéronef, permettant d'optimiser la finesse de pénétration, par le biais d'une réduction de la source acoustique locale - qui résulte des perturbations aérodynamiques dues au profilé complexe de a pièce - combinée à une optimisation globale de l'avion liée à la réduction de la traînée. Une telle combinaison permet alors d'optimiser la poussée du moteur dans le cas d'un aéronef, sans modifier les propriétés mécaniques de la pièce ni perturber les révisions de pièces, en particulier de pièces d'un train d'atterrissage, ou encore compromettre la fonction de relevage de train. Pour ce faire, l'invention prévoit de profiler aérodynamiquement la pièce complexe en masquant sa forme par un habillage particulier. [0011] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé d'optimisation aéro-acoustique de pièce mécanique de profilé complexe présentant un axe longitudinal et pouvant être agencée dans un flux d'air, consistant à envelopper aérodynamiquement la pièce mécanique, via des moyens non solidarisés à la pièce tout en venant localement épouser cette pièce. Dans ces conditions, ces moyens indépendants sont positionnés sans dépose de la pièce. Avantageusement, la pièce est rendue partiellement visible pour faciliter son contrôle. Par ailleurs, une absorption passive du bruit peut être réalisée en l'enveloppant partiellement d'un maillage. De préférence, la pièce est enveloppée par une forme aérodynamiquement profilée à courbure variable. Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une pièce mécanique métallique de profilé complexe aéro-acoustiquement optimisée selon le procédé ci-dessus. La pièce est équipée d'une enveloppe aérodynamique fixée sur des moyens comportant au moins deux supports disposés à distance l'un de l'autre le long de l'axe de la pièce. Chaque support présente un contour externe et un contour interne au moins partiellement appliqué sur le profilé de la pièce. Plus précisément, l'enveloppe se compose d'un capot présentant une face externe cylindrique et une face interne qui vient en appui sur les contours externes des supports auxquels le capot est fixé par des moyens de solidarisation. [0012] Avantageusement, les supports permettent de maintenir le capot en empêchant sa rotation ou sa translation le long de la pièce, en particulier par la présence de butées. De plus, l'assemblage capot-support laisse un jeu entre la pièce et les supports, permettant de prévenir des risques de capture d'humidité ou d'endommagement de la pièce. Le capot, qui reste indépendant de la pièce, ne subit donc pas les éventuelles déformations de cette pièce. [0013] Selon des modes de réalisation particuliers : - chaque support est constitué d'une plaque d'épaisseur constante et de contour interne qui épouse au moins en partie le profilé de la pièce ; - les contours externes des supports ont une forme semblable à celle du capot qui présente une épaisseur constante entre ses deux faces ; - la face externe du capot a une forme aérodynamiquement profilée de section au moins partiellement cylindrique choisie parmi une section circulaire, elliptique, oblongue, ovale et en goutte ; - le capot et/ou les supports sont en matériau de densité sensiblement plus faible que celui de la pièce métallique, choisi entre un matériau composite et un matériau plastique ; - le capot présente une partie longitudinale en matériau apte à réaliser une absorption passive du bruit, choisi parmi un filet grillagé de mailles de dimensions appropriées, une surface de poils de densité appropriée, et une peau de type requin.

L'invention a également pour objet un train d'atterrissage d'aéronef comportant au moins une pièce mécanique du type défini ci-dessus. Cette pièce mécanique a un profil complexe en « H » et sert de contrefiche - principal ou secondaire - dans le train d'atterrissage. [0014] Avantageusement, les supports et le capot de chaque contrefiche sont conformés de manière suffisamment rapprochée du profilé en « H » pour que le relevage du train dans la soute ne soit pas gêné ni provoquer d'interaction avec d'autres pièces. Par ailleurs, la pose et la dépose des supports et du capot - par exemple pour une inspection ou éventuellement pour un échange (« rétrofit ») - sont aisément mis en oeuvre avec un outillage simple et ne nécessite aucun point d'attache spécifique sur le train d'atterrissage, si bien que leur présence ne perturbe pas les révisions du train. [0015] D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue schématique d'un train d'atterrissage comportant des contrefiches selon l'état de la technique ; - la figure 2, une vue schématique en perspective d'un support d'enveloppe aérodynamique à section circulaire lors de son installation sur une contrefiche de train d'atterrissage; - la figure 3, une vue schématique du support après son installation sur la contrefiche selon la figure 2; - la figure 4, une vue schématique partielle en perspective d'une contrefiche équipée d'un capot aérodynamique comportant une partie longitudinale formée d'un filet grillagé, et - les figures 5a et 5b, deux vues en coupe de capots aérodynamiques de formes alternatives. [0016] En référence à la figure 1, un train d'atterrissage au sol 10 comporte de manière schématisée un arbre principal 101, solidaire d'une structure d'aéronef 102, sur lequel sont montés un amortisseur 104 et un vérin de positionnement 106 ainsi que, en extrémité, des paires de roues 18. Une contrefiche principale 20 et une contrefiche secondaire 22 permettent d'étayer l'articulation de l'arbre principal 101 dans la structure d'aéronef 102 à travers la trappe 30 de la soute 31 ouverte au repos, comme illustré par la figure. [0017] Les pièces et en particulier les contrefiches sont en alliage métallique. Les contrefiches, comme illustré schématiquement par la contrefiche 20 de la figure 2, présentent une structure longitudinale à section en « H », creusant de larges rainures longitudinales profondes 201. Cette conformation permet de disposer de pièces ayant des propriétés mécaniques de rigidité et de résistance à la torsion particulièrement élevées. [0018] Afin de réduire sensiblement la traînée parasite et le bruit qui résultent de la présence de ces contrefiches 20 lorsque le train d'atterrissage 10 est sorti de la soute, de telles pièces sont pourvues d'une enveloppe montée sur des supports 40, comme celui illustré par la vue schématique de la figure 2. Dans cet exemple, le support 40 est présenté avant montage et se compose de deux demi-plaques identiques 401 et 402 en matériau composite, d'épaisseur constante formant deux demi-supports. Alternativement, les demi-plaques peuvent en matière plastique ou autre matériau de densité plus faible que celle des pièces mécaniques. [0019] Chaque demi plaque possède un contour externe demi-circulaire 411 et un contour interne 412 de paroi découpée selon le profil de la contrefiche 20 afin d'en épouser le contour après montage. Alternativement, le nombre de plaques de base peut être supérieure à deux et la paroi interne peut n'épouser que partiellement le profil de la contrefiche. [0020] Les demi-plaques 401, 402 sont alésées afin de pouvoir être fixées ensemble, comme schématisé sur la figure 3. Les alésages 403, vus en transparence, sont ainsi réalisés dans la masse perpendiculairement aux faces planes 404 (figure 2) des demi-plaques qui sont accolées l'une contre l'autre dans le prolongement de la barre centrale 202 du « H » de la contrefiche 20 vue en coupe. Les demi-supports sont alors assemblés par des systèmes vis-écrous 405, 406 pour former le support circulaire 40. Alternativement, chaque support peut être composé d'au moins deux parties de plaque solidarisées entre elles par tout moyen connu : colliers de serrage, crochets, goujons, etc. [0021] Le support présente un contour proche de la pièce afin de réduire son encombrement et celui de l'enveloppe qui sera montée sur des supports de ce type. [0022] Le support 40 reste en position sur la contrefiche 20, tout en laissant un jeu suffisant pour prévenir des risques de capture d'humidité et d'endommagement de la pièce. Le support 40 reste donc indépendant de la contrefiche. Pour éviter toute translation ultérieure, la contrefiche peut avantageusement être munie de butées comme exposé ci-dessous. [0023] En référence à la vue en perspective de la figure 4, trois supports 40 sont montés sur la pièce 20 afin de fixer une enveloppe sous la forme d'un capot aérodynamique 50. Le nombre de supports peut bien entendu être supérieur à deux, par exemple en fonction de la longueur de la pièce, des matériaux utilisés ou de l'épaisseur des supports. Le capot est en matériau de densité sensiblement plus faible que celui de la pièce métallique, par exemple en matériau composite ou plastique. Afin de caler l'enveloppe 50 en translation le long de l'axe X, des butées 203 sont formées sur la pièce 20, de part et d'autre d'au moins un support 40. [0024] Dans l'exemple illustré, le capot 50 présente une face extérieure cylindrique 511 d'épaisseur constante à section circulaire, et d'axe confondu avec l'axe de symétrie centrale X de la contrefiche 20. Le capot 50 comporte une partie longitudinale 51 formée d'un filet formant un grillage à mailles de dimensions particulièrement apte à absorber le bruit afin d'en optimiser la réduction. [0025] Le capot 50 présente avantageusement au moins une charnière 502, deux sur la figure, afin de faciliter sa mise en place sur les supports 40. La face interne 512 du capot 50 vient en appui sur le contour externe des supports 40. Le capot est fixé sur ces supports par des vis 503 ou autres moyens de fixation (crochets, goujons, ...). La partie maillée 51 est fixée sur les bords longitudinaux 504 de la partie pleine 52 du capot 50 par tout moyen connu. Des fixations peuvent également être prévues sur les supports 40. Le capot est disposé par rapport au train d'atterrissage de sorte que le flux d'air F vienne frapper la partie pleine 52 du capot, le long de son bord d'attaque B2. Alternativement ou cumulativement une portion translucide ou transparente, également en matériau plastique ou composite, peut également être insérée de la même manière que la partie maillée. Selon d'autres variantes, illustrées par les vues en coupe des figures 5a et 5b, les supports et le capot montés sur la contrefiche 20 peuvent avoir des formes d'optimisation aérodynamiquement profilées : une forme elliptique - support 43 et capot 53 sur la figure 5a - ou une forme « en goutte » - support 44 et capot 54 sur la figure 5b -. Les bords d'attaque B3 et B4 sont alors constitués par des lignes du capot, respectivement, parallèles à l'axe central X'X de la pièce 20 et situées au niveau de la courbure maximale du capot respectivement 53 et 54. Les supports sont réalisés sur les figures à partir de deux demi-plaques abutées selon des plans de joint 5 par des systèmes vis-écrous 405-406. Plus généralement, le capot peut présenter une face externe aérodynamiquement profilée au moins partiellement cylindrique en section, choisie parmi une section circulaire, elliptique, oblongue, ovale, en goutte, etc. [0026] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi, quelles que soient les variantes de forme, la conformation du capot et son extension ne recouvre que partiellement la pièce dans le sens de la longueur. En particulier des ouvertures localement découpées permettent d'intégrer le passage de connexions - par exemple ressorts, bielles, câbles - de la pièce vers d'autres éléments du train, afin de ne pas interférer avec ces éléments tout en protégeant les connexions des impacts ou chocs.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'optimisation aéro-acoustique de pièce mécanique (20, 22) de profilé complexe présentant un axe longitudinal (X) et pouvant être agencée dans un flux d'air (F), caractérisé en ce qu'il consiste à envelopper (52, 53, 54) aérodynamiquement la pièce mécanique (20, 22), via des moyens non solidarisés (40, 43, 44) à la pièce (20, 22) tout en venant localement épouser cette pièce (20, 22).
2. Procédé d'optimisation selon la revendication 1, dans lequel la pièce (20, 22) est rendue partiellement visible pour faciliter un contrôle de la pièce (20, 22).
3. Procédé d'optimisation selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel une absorption passive du bruit est réalisée en l'enveloppant partiellement d'un maillage (51).
4. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la pièce est enveloppée par une forme aérodynamiquement profilée à courbure variable (53, 54).
5. Pièce mécanique métallique de profilé complexe aéroacoustiquement optimisée selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une enveloppe aérodynamique (50, 53, 54) fixée sur des moyens (40) comportant au moins deux supports disposés à distance l'un de l'autre le long de l'axe (X) de la pièce (20, 22), chaque support (40) présentant un contour externe (411) et un contour interne (412) au moins partiellement appliqué sur le profilé (H) de la pièce (20, 22), et en ce que l'enveloppe se compose d'un capot (50, 53, 54) présentant une face externe cylindrique (511) et une face interne (512) qui vient en appui sur les contours externes des supports (40, 43, 44) auxquels le capot (50, 53, 54) est fixé par des moyens de solidarisation (503).
6. Pièce mécanique selon la revendication précédente, dans laquelle des butées (203) sont formées sur la pièce (20, 22) et disposées de part et d'autred'au moins un support (40, 43, 44) pour maintenir le capot (50, 53, 54) en translation.
7. Pièce mécanique selon l'une des revendications 5 ou 6, dans laquelle chaque support (40, 43, 44) est constitué d'une plaque d'épaisseur constante et de contour interne (412) qui épouse au moins en partie le profilé de la pièce.
8. Pièce mécanique selon la revendication précédente, dans laquelle chaque support (40, 43, 44) est composé d'au moins deux parties (401, 402) solidarisées entre elles.
9. Pièce mécanique selon la revendication 5, dans laquelle la face externe (511) du capot (50, 53, 54) a une forme aérodynamiquement profilée de section au moins partiellement cylindrique choisie parmi une section circulaire, elliptique, oblongue, ovale et en goutte.
10. Pièce mécanique selon la revendication 5, dans laquelle le capot (50, 53, 54) et/ou les supports (40, 43, 44) sont en matériau de densité sensiblement plus faible que celui de la pièce métallique, choisi entre un matériau composite et un matériau plastique.
11. Pièce mécanique selon la revendication 5, dans laquelle le capot (50, 53, 54) est composé d'une ou plusieurs parties, comportant une charnière longitudinale (502) entre deux parties apte à s'ouvrir le long de la pièce.
12. Pièce mécanique selon la revendication précédente, dans laquelle le capot (50, 53, 54) recouvre partiellement la pièce (20, 22) dans le sens de la longueur (X) avec des ouvertures localement découpées.
13. Pièce mécanique selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle le capot (50, 53, 54) présente une partie longitudinale en matériau translucide choisi entre un matériau plastique ou un matériau.
14. Pièce mécanique selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle le capot (50, 63, 54) présente une partie longitudinale (51) en matériau apte à réaliser une absorption passive du bruit, choisi parmi un filet maillé selon des dimensions appropriées, une surface de poils de densité appropriée, et une peau de type requin.
15. Train d'atterrissage d'aéronef comportant au moins une pièce mécanique selon l'une quelconque des revendications 5 à 14 de profil complexe en « H » et servant de contrefiche dans le train d'atterrissage.5