FR2961484A1 - Manche d’entree d’air pour nacelle de turboreacteur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une manche d'entrée d'air (11) pour nacelle (2) de turboréacteur, comprenant une lèvre annulaire amont (13) et une structure externe annulaire aval (14Ex), caractérisée par le fait qu'au moins un secteur de la manche (11) est réalisé en une pièce monobloc (15) en matériau composite et par le fait que l'extrémité amont de ladite manche (11) est au moins en partie recouverte d'une couche métallique (16) formée notamment par électrodéposition ou formage plastique. L'invention concerne également un turboréacteur (1) à double flux dont la manche d'entrée d'air (11) est ainsi conformée, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle manche d'entrée d'air (11).

Description

L'invention concerne le domaine de l'aéronautique et, plus particulièrement, une manche d'entrée d'air pour nacelle de turboréacteur.

Une nacelle équipant un turboréacteur se compose généralement d'un ensemble d'éléments approximativement annulaires centrés sur un axe dans la proximité de l'axe du turboréacteur. D'amont en aval, la nacelle comporte successivement une manche d'entrée d'air, un capotage de soufflante entourant la soufflante du turboréacteur, ainsi qu'une partie arrière constituant une tuyère.

La manche d'entrée d'air de la nacelle permet de fournir au turboréacteur une quantité d'air suffisante pour assurer son fonctionnement en conditions de vol. A cet effet, la manche d'entrée d'air comporte essentiellement : une lèvre annulaire amont, dont le profil aérodynamique est déterminé de façon à capter suffisamment d'air pour la soufflante et les différents étages 15 de compression ; et une structure annulaire aval, formée d'une partie interne qui canalise l'air entrant vers les aubes de la soufflante, et d'une partie externe qui favorise un écoulement apte à minimiser la traînée le long de la nacelle.

20 Par le document de brevet FR 2 934 247 de la société SNECMA, il est connu de réaliser une manche d'entrée d'air, pour nacelle de turboréacteur, qui comprenne une lèvre amont formant un bord d'attaque et une structure aval, toutes deux annulaires, centrées sur un axe longitudinal de la nacelle, la structure aval étant raccordée, au niveau de ses extrémités amont respectives, à la lèvre par des 25 moyens de fixation du type rivets.

Dans ce document, la structure aval comprend deux structures annulaires, qui forment des parois aérodynamiques annulaires respectivement externe et interne, disposées de façon coaxiale l'une à l'intérieur de l'autre autour de l'axe 30 longitudinal de la nacelle et raccordées par leurs extrémités amont respectives à la lèvre. L'extrémité aval de la structure externe forme également une enveloppe périphérique qui s'étend radialement, de manière à isoler la manche d'entrée d'air du compartiment délimité par le capotage de la soufflante et les carters du turboréacteur, et à introduire une liaison mécanique avec, d'une part, ladite structure externe aval et, d'autre part, le capotage de la soufflante.

La structure annulaire aval est généralement constituée en un matériau composite par exemple renforcée par des fibres de carbone pour des raisons de légèreté. La lèvre annulaire amont, quant à elle, est constituée en un matériau métallique, par exemple un alliage d'aluminium, sous la forme de trois tôles en aluminium réalisées par formage plastique et reliées les unes aux autres par des éclisses.

Une telle manche d'entrée d'air présente plusieurs inconvénients. D'une part, la constitution particulière de la lèvre, en trois parties (trois tôles en aluminium), nécessite plusieurs opérations. D'autre part, l'étendue de l'éclisse étant sensiblement proportionnelle à l'étendue longitudinale des tôles formées, l'écoulement de l'air au niveau de ces tôles - et plus particulièrement au niveau de l'éclisse - présente une traînée importante, puisque la présence de l'éclisse précipite la transition vers une couche limite turbulente. L'étendue longitudinale des tôles est par conséquent limitée, à moins de décaler l'éclisse vers l'aval afin de reculer cette transition.

Pour surmonter ces inconvénients, il serait possible de réaliser la lèvre annulaire amont également en un matériau composite, voire de réaliser la lèvre amont et la 25 structure aval en une seule pièce monobloc en matériau composite.

Toutefois, dans un tel cas, le matériau composite étant moins rigide que le métal, il est nécessaire de prévoir une épaisseur plus importante de matériau afin de bénéficier des mêmes niveaux de raideur et d'absorption d'énergie, ce qui rend la 30 lèvre finalement plus lourde qu'avec du métal. En effet, la lèvre étant susceptible de subir des impacts d'oiseaux ou de grêlons, celle-ci doit être composée d'un matériau capable d'absorber l'énergie d'un impact. Or, du fait de leur capacité à se déformer, les métaux absorbent, rapportés à leur masse, plus d'énergie que les matériaux composites. Par conséquent, une lèvre en matériau composite, avec la même résistance à l'impact, serait plus lourde que son équivalent en aluminium.

En outre, la lèvre sert généralement au dégivrage de l'entrée d'air, de l'air chaud, en provenance du moteur, étant envoyé dans la lèvre pour éviter l'accumulation de glace sur celle-ci. Or, une lèvre en métal est plus résistante aux températures élevées qu'une lèvre en composite.

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et propose à cet effet une manche d'entrée d'air pour nacelle de turboréacteur, comprenant une lèvre annulaire amont et une structure externe annulaire aval, caractérisée par le fait qu'au moins un secteur de la manche est réalisé en une pièce monobloc en matériau composite et par le fait que l'extrémité amont de ladite manche est au moins en partie recouverte d'une couche métallique formée notamment par électrodéposition ou par formage plastique.

Grâce à l'invention, on dispose d'une manche d'entrée d'air dont la lèvre peut être réalisée en un matériau composite.

Par ailleurs, la couche métallique ainsi déposée ou formée offre une meilleure résistance à l'érosion qu'un matériau composite, tout en présentant un meilleur aspect esthétique. La tenue à l'impact est également améliorée par la couche métallique, pour des impacts du type oiseaux ou grêle. On notera toutefois que pour des impacts de plus grande ampleur (du type perte d'aube), il importe de disposer d'une épaisseur de couche suffisante, ce qui ne permet donc pas nécessairement de réduire l'épaisseur totale de la lèvre.30 En outre, puisque la pièce formant la lèvre amont et la structure externe aval est monobloc, l'invention rend inutile la disposition d'éclisses, ce qui permet de disposer d'une section parfaitement régulière qui ne perturbe pas le flux aérodynamique du côté externe.

On notera enfin que la pièce monobloc est réalisée en un matériau composite, par exemple du carbone, ce qui permet de réaliser facilement une lèvre monobloc qui soit circonférentielle, sans nécessiter de sectorisation de la lèvre (bien qu'il soit toujours possible de sectoriser).

Dans un mode de réalisation avantageux, la couche métallique recouvre la lèvre annulaire amont et l'extrémité amont de la structure externe annulaire aval. On évite ainsi toute déficience aérodynamique, puisque la pièce monobloc ne présente pas de saut d'épaisseur.

Selon une autre forme particulière de réalisation, la pièce monobloc en matériau composite est munie d'un empochement, ce qui permet d'éviter que la transition entre le métal et le composite n'engendre un saut d'épaisseur

20 Dans un mode de réalisation avantageux, la couche métallique recouvre l'extrémité amont de la manche de manière uniforme, ce qui permet d'éviter d'autant mieux toute déficience aérodynamique au niveau de la paroi externe de la manche d'entrée d'air.

25 Selon un mode de réalisation avantageux, le secteur de la manche réalisé en une pièce monobloc comprend la lèvre annulaire amont et la structure externe annulaire aval, ce qui permet de disposer d'une pièce monobloc d'étendue la plus grande possible, ce qui évite donc tout saut d'épaisseur le long de la partie externe de la manche et améliore d'autant l'aérodynamisme. 10 15 30 Selon une autre forme particulière de réalisation, la couche métallique est légèrement noyée dans le matériau composite, ceci afin d'éviter tout saut d'épaisseur.

Dans le cas où la manche d'entrée d'air selon l'invention comprend également une structure interne annulaire aval, le secteur de ladite manche réalisé en une pièce monobloc comprend au moins une partie de la structure interne. La manche peut ainsi être réalisée en une seule pièce monobloc, ce qui économise un certain nombre d'opérations fastidieuses. On notera cependant que c'est la partie externe de la manche d'entrée d'air qui revêt le plus d'importance, puisque c'est le lieu où les performances aérodynamiques sont le plus susceptibles d'être dégradées.

Selon différentes variantes de réalisation, la pièce monobloc est formée d'une unique pièce monobloc annulaire (à 360°) ou bien encore de deux pièces 15 monoblocs semi-annulaires (à 180°).

Dans un mode de réalisation avantageux, l'extrémité aval de la structure externe annulaire aval forme l'enveloppe périphérique de la nacelle, ce qui permet de limiter le nombre d'opérations fastidieuses de rivetage de la cloison périphérique 20 sur les parois interne et externe de la structure aval, celles-ci étant réalisées en une même pièce monobloc.

De préférence, la couche métallique comprend du titane, ce matériau présentant une résistance à l'érosion et une tenue à l'impact particulièrement satisfaisantes. L'invention concerne également un turboréacteur à double flux dont la manche d'entrée d'air est conformée selon l'un des modes de réalisation présentés ci-dessus. 25 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une manche d'entrée d'air pour nacelle de turboréacteur, comprenant une lèvre annulaire amont et une structure externe annulaire aval, procédé caractérisé par le fait que : l'on réalise au moins un secteur de la manche en une pièce monobloc en matériau composite, et l'on colle une couche métallique, formée notamment par électrodéposition ou par formage plastique, sur l'extrémité amont de ladite manche.

L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un turboréacteur à double flux dont la manche d'entrée d'air est conformée selon l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie de la manche d'entrée d'air du turboréacteur de la figure 1, et - la figure 3 est une vue d'une manche d'entrée d'air conforme à l'art antérieur, à titre de comparaison.

Pour une meilleure lisibilité des figures, des références numériques identiques 20 désigneront des éléments techniques similaires.

Le turboréacteur 1 de la figure 1 est du type à double-flux et double-corps, présentant une symétrie de révolution autour d'un axe X-X'. De manière connue, ce turboréacteur 1 comprend, au sein d'une nacelle 2 servant d'enveloppe à ses 25 différents organes, une entrée d'air 3 par laquelle un flux d'air entrant F peut pénétrer pour traverser ensuite une soufflante d'entrée 4. Ce flux d'air F est alors séparé en deux flux respectivement primaire FP et secondaire FS, via un carter intermédiaire 5 dont l'extrémité forme un bec séparateur.

Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » se rapportent à des positions axiales le long de l'axe longitudinal X-X' dans le sens de l'écoulement du flux d'air dans le turboréacteur 1.

Le flux secondaire FS traverse un étage de redresseur pour ensuite être éjecté en aval du turboréacteur. Le flux primaire FP traverse successivement un étage de compression basse pression 6, un étage de compression haute pression 7, une chambre de combustion 8, un étage de turbine haute pression 9 et un étage de turbine basse pression 10, pour, enfin, être éjecté hors du turboréacteur à travers une tuyère (non référencée).

La nacelle 2 de ce turboréacteur est annulaire et disposée de manière au moins approximativement coaxiale autour de l'axe longitudinal X-X'. Elle permet de canaliser les flux gazeux générés par le turboréacteur en définissant des lignes d'écoulement aérodynamique internes et externes pour des flux gazeux.

L'entrée d'air 3, dont l'axe est dans la proximité de l'axe X-X' de révolution de la turbomachine 1, comporte une manche d'entrée d'air 11 ainsi qu'un cône d'entrée d'air 12. Ce dernier permet le guidage aérodynamique et la répartition du flux total F autour de l'axe X-X'.

La manche d'entrée d'air 11 de la nacelle définit l'ouverture amont du turboréacteur 1, sa surface aérodynamique interne formant l'enveloppe externe amont de la veine d'air au sein du turboréacteur 1.

Cette manche d'entrée d'air 11 comprend : - une lèvre annulaire amont 13 formant un bord d'attaque, le profil aérodynamique de la lèvre étant adapté pour permettre de capter de manière optimale l'air nécessaire à la soufflante d'entrée 4 et aux compresseurs 6 et 7 ; une structure annulaire aval 14 ayant la forme d'un tonneau, cette structure 14 étant destinée à canaliser l'air entrant vers les aubes de la soufflante 4.

En référence à la figure 1, la structure aval annulaire 14 comprend une première structure externe annulaire aval 14Ex et une seconde structure interne annulaire aval 14In, qui forment deux parois aérodynamiques annulaires respectivement externe 14Ex et interne 14In par rapport au turboréacteur, ces deux parois étant disposées de manière au moins approximativement coaxiale l'une à l'intérieur de l'autre autour de l'axe longitudinal X-X' de la nacelle. Ces structures 14Ex et 14In rejoignent l'extrémité aval de la lèvre annulaire 13 (notamment les extrémités amont 14A de la structure externe 14Ex, sur la figure 2).

Plus précisément, en référence à la figure 2 qui représente spécifiquement la manche d'entrée d'air 11 du turboréacteur 1 de la figure 1, ladite manche 11 est réalisée en une même pièce monobloc 15, qui inclut à la fois la lèvre 13 et la structure aval externe 14Ex.

La structure aval interne 14In (représentée en pointillés sur la figure 2) de la manche, quant à elle, ne fait pas partie de la pièce monobloc 15. Une éclisse est prévue entre le bord aval interne de la lèvre 13 et la paroi de la structure 14In pour l'assembler à la pièce 15. Selon une autre variante de réalisation, la pièce monobloc 15 peut également inclure cette structure aval interne 14In.

Selon différentes variantes, la manche 11 peut ainsi être faite d'une unique pièce annulaire 15 monobloc à 360°, ou encore de deux pièces monoblocs en forme de secteurs s'étendant sur 180°, ou bien d'un nombre quelconque de secteurs pourvu que leur assemblage puisse reconstituer l'équivalent d'une pièce annulaire sur 360°. L'homme du métier notera toutefois qu'il est préférable que la manche 11 soit réalisée en une seule pièce annulaire monobloc à 360°, ce qui évite de lier mécaniquement plusieurs pièces au moyen par exemple de rivets susceptibles de créer des discontinuités de surface au niveau de la manche et donc de dégrader les performances aérodynamiques de l'appareil.

Cette pièce 15 - ou chacune des pièces assemblées pour former l'équivalent de cette pièce - est réalisée en matériau composite renforcé, par exemple de fibres de carbone, ce qui offre une certaine légèreté à la nacelle.

Selon l'invention, la lèvre amont 13 - et éventuellement une partie amont de la structure externe aval 14Ex - est recouverte d'une couche métallique 16, formée par exemple par du titane, dans le but, d'une part, de renforcer la résistance à l'oxydation et à la corrosion ainsi que la tenue à l'impact de ladite lèvre et, d'autre part, d'améliorer éventuellement son rendu cosmétique.

Pour réaliser cette couche, on procède à une électrodéposition, procédé que l'homme du métier sera à même de mettre en oeuvre.

Plus précisément, ce procédé d'électrodéposition peut consister en la réalisation des étapes suivantes : un moule, ayant la même forme que la pièce sur laquelle une couche de métal est à appliquer, est plongé dans une solution de nickel sulfamate ; un courant électrique est appliqué au niveau du moule ; une couche de nickel est déposée sur le moule ; la couche de nickel est séparée du moule ; la couche de nickel est transférée sur la pièce en matériau composite ; la couche métallique est collée sur la pièce en composite, par adhésif

Selon d'autres variantes de mise en oeuvre de ce procédé d'électrodéposition, il est possible d'utiliser d'autres métaux, tels que le titane.30 Selon une autre variante de réalisation du procédé d'électrodéposition, il est possible de plonger l'extrémité amont de la pièce 15 dans une cuve, par exemple en forme de parallélépipède, contenant un bain d'électrodéposition métallique liquide à déposer.

Le bain en question est un bain de titane, mais il peut être recouru à d'autres types de bains en fonction des applications envisagées, par exemple un bain de platine (ions Pt'', Pt4+), auquel sont ajoutés des adjuvants, en vue de déposer, par le passage d'un courant électrique issu d'un générateur de courant et circulant entre des électrodes respectivement anodique et cathodique plongées dans le bain, un revêtement de titane sur la pièce 15.

Afin de contrôler certaines caractéristiques physiques du bain d'électrodéposition métallique (contenant notamment les éléments métalliques et les adjuvants) et plus particulièrement, quoique non exclusivement, l'épaisseur du revêtement métallique déposé et l'aspect extérieur comme la brillance de celui-ci, il est possible d'utiliser deux électrodes respectivement anodique et cathodique que l'on plonge dans le bain, et un générateur de courant reliant les électrodes. Ce type de dispositif de contrôle, généralement connu en tant que cellule de Hull, est largement décrit dans le document de brevet US 2,149,344.

Selon une autre forme de réalisation de l'invention, il peut être recouru, pour recouvrir la lèvre amont 13 d'une couche métallique, à un autre procédé de dépôt par formage plastique, également bien connu de l'homme du métier. La tôle mincie ainsi formée, par formage plastique, peut ensuite être collée directement sur la lèvre 13.

En fonction des applications envisagées, il pourra être recouru à l'un ou l'autre des procédés pour recouvrir la lèvre 13 d'une couche métallique. En particulier, il pourra être évité de plonger la pièce elle-même dans le bain, dans la mesure où cela est susceptible de dégrader les caractéristiques mécaniques des fibres, et de dégrader la conductivité électrique de la résine organique qui lie lesdites fibres.

Dans le présent mode de réalisation, il est prévu que l'extrémité 14B de la structure externe aval 14Ex soit prolongée de manière à former directement l'enveloppe périphérique 17 de la nacelle 2, ce qui améliore d'autant les performances de ladite nacelle du point de vue aérodynamique, celle-ci ne présentant à sa surface aucun moyen de fixation (par exemple des rivetages) susceptible d'introduire des discontinuités dans l'écoulement aérodynamique à proximité de celle-ci.

On notera ici qu'il est possible de ne former que la lèvre amont 13 et la structure externe aval 14Ex en une même pièce monobloc 15, puisque la structure interne aval 14In est susceptible d'incorporer un moyen de traitement acoustique.

Toutefois, il est préférable que la plus grande partie possible de la manche d'entrée d'air 11 soit réalisée en matériau composite, puisque cela simplifie les opérations de fabrication et d'intégration de la manche.

On notera également qu'il est possible de ne recouvrir qu'un secteur d'anneau de 20 l'extrémité amont de la manche par la couche métallique.

A titre de comparaison, on a représenté sur la figure 3 une manche d'entrée d'air selon l'art antérieur, pour laquelle la lèvre annulaire 13 et la structure aval annulaire 14 sont deux pièces distinctes, reliées mécaniquement par exemple par 25 une éclisse annulaire 18, cette éclisse 18 étant reliée à la lèvre 13 et la structure 14 par une pluralité de rivets (non représentés) régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal X-X'. On constate dans ce type de réalisation un risque de discontinuité de la surface externe de la manche d'entrée d'air, source de baisses de performance aérodynamique.

30 L'invention a été décrite ci-dessus pour une formation de la couche métallique 16 par électrodéposition ou par formage plastique, mais il va de soi que l'homme du métier saura adapter l'invention à d'autres moyens de réalisation de ladite couche métallique, dans la mesure où ladite couche métallique est apte à recouvrir l'extrémité amont de la manche 11.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Manche d'entrée d'air (11) pour nacelle (2) de turboréacteur, comprenant une lèvre annulaire amont (13) et une structure externe annulaire aval (14Ex), caractérisée par le fait qu'au moins un secteur de la manche (11) est réalisé en une pièce monobloc (15) en matériau composite et par le fait que l'extrémité amont de ladite manche (11) est au moins en partie recouverte d'une couche métallique (16) formée notamment par électrodéposition ou par formage plastique.
2. 2. Manche selon la revendication 1, dans laquelle la couche métallique (16) recouvre la lèvre amont (13) et l'extrémité amont (14A) de la structure externe annulaire aval (14Ex).
3. 3. Manche selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la couche métallique (16) recouvre l'extrémité amont de la manche (11) de manière uniforme.
4. 4. Manche selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le secteur de la manche (11) réalisé en une pièce monobloc (15) comprend la lèvre amont (13) et la structure externe annulaire aval (14Ex).
5. 5. Manche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, la manche (11) comprenant également une structure interne annulaire aval (14In), le secteur de ladite manche (11) réalisé en une pièce monobloc (15) comprend au moins une partie de la structure interne (141n).
6. 6. Manche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pièce monobloc (15) est formée d'une unique pièce monobloc annulaire.
7. 7. Manche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'extrémité aval (14B) de la structure externe annulaire aval (14Ex) forme l'enveloppe périphérique (17) de la nacelle (2).
8. 8. Manche selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la couche métallique (16) comprend du titane.
9. 9. Turboréacteur (1) à double flux dont la manche d'entrée d'air (11) est conformée selon l'une des revendications 1 à 8.
10. 10. Procédé de fabrication d'une manche d'entrée d'air (11) pour nacelle (2) de turboréacteur, comprenant une lèvre annulaire amont (13) et une structure externe annulaire aval (14Ex), procédé caractérisé par le fait que : l'on réalise au moins un secteur de la manche (11) en une pièce monobloc (15) en matériau composite, l'on colle une couche métallique (16), formée notamment par électrodéposition ou par formage plastique, sur l'extrémité amont de ladite manche (11).20