FR2978497A1

FR2978497A1 - Cadre arriere pour une structure d'inversion de poussee a grilles de deviation d'une nacelle de turboreacteur

Info

Publication number: FR2978497A1
Application number: FR1156852A
Authority: FR
Inventors: Florent Bouillon; Laurent Dubois; Alexandre Bellanger; Bertrand Desjoyeaux
Original assignee: Aircelle SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2013-02-01
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: FR2978497B1; WO2013014350A1

Abstract

Cadre arrière (1) pour une structure d'inversion de poussée à grilles de déviation d'une nacelle de turboréacteur, ledit cadre arrière (1) étant destiné à supporter un bord aval d'une ou plusieurs grilles de déviation et comprenant au moins un corps arqué (10) réalisé en matériau composite et présentant deux extrémités libres (11) solidaires de deux pièces d'articulation (13) respectives pour une fixation pivotante dudit cadre arrière (1) sur au moins une structure portante, remarquable en ce que les pièces d'articulation (13) sont réalisées d'un seul tenant avec le corps arqué (10) en matériau composite. La présente invention trouve une application dans le domaine des nacelles de turboréacteur pour aéronef.

Description

La présente invention se rapporte à un cadre arrière pour une structure d'inversion de poussée à grilles de déviation d'une nacelle de turboréacteur. L'invention concerne également une structure d'inversion de poussée à grilles de déviation et une nacelle comportant un tel cadre arrière. 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. Plus précisément, une nacelle présente généralement une structure tubulaire comprenant une entrée d'air en amont du turboréacteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante du turboréacteur, une section aval abritant les moyens d'inversion de poussée et destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur, et est généralement 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 pâles 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 canal annulaire, également appelé veine, formé entre un carénage du turboréacteur et une paroi interne de la nacelle. Les deux flux d'air sont éjectés hors 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 le canal annulaire du flux d'air 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 d'air froid 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 peuvent remplir une fonction de déviation ou simplement d'activation d'autres moyens de déviation. Dans le cas d'une structure d'inversion de poussée à grilles de déviation, également connu sous le nom d'inverseur à cascade, la réorientation du flux d'air est effectuée par des grilles de déviation (ou grilles d'inversion de poussée) associées à des volets d'inversion, le capot n'ayant qu'une simple fonction de coulissage visant à découvrir ou recouvrir les grilles de déviation. Les volets d'inversion forment des portes de blocage activées par le coulissement du capotage engendrant généralement une fermeture du canal annulaire en aval des grilles de manière à optimiser la réorientation du flux d'air froid. Classiquement, la structure d'inversion de poussée est supportée par une structure portante constituée d'une poutre de support supérieur, dite poutre supérieure ou poutre 12H, qui est elle-même supportée par un mât de support de la nacelle. La structure portante peut également comporter, en sus de la poutre supérieure, une poutre de support inférieur, dite poutre inférieure ou poutre 6H, qui est reliée à la poutre supérieure par l'intermédiaire d'une structure interne qui entoure le turboréacteur.

Deux types principaux de structure d'inversion de poussée sont envisageables : - structure d'inversion de poussée du type « O-duct » ou « C-duct » , c'est-adire réalisée à partir d'une seule pièce entourant complètement le turboréacteur ; - structure d'inversion de poussée du type « D-duct », c'est-a-dire comprenant deux demi-parties réunies entre elles autour du turboréacteur, les demi-structures comportant alors en général les poutres 6H. Généralement, et comme illustré sur la figure 1, les grilles de déviation (non illustrés) sont attachées, d'une part, en amont au carter du turboréacteur et à la section médiane de la nacelle à l'aide d'un cadre avant 7 et, d'autre part, en aval à la structure portante 8 à l'aide d'un cadre arrière 9. Ainsi, la ou chaque grille de déviation présente une partie amont (parfois appelée partie avant) fixée sur le cadre avant 7 et une partie avale opposée (parfois appelée partie arrière) fixée sur le cadre arrière 9.

Le cadre arrière 9 a ainsi pour fonction de supporter le bord aval des grilles de déviation, le bord amont de ces grilles de déviation reposant sur le cadre avant 7. Suivant le type de la structure d'inversion de poussée (type « O-5 duct » ou type « D-duct »), le cadre arrière 9 est réalisé : - soit sous la forme d'une pièce unique avec un corps arqué de forme quasi circulaire s'étendant d'un côté à l'autre de la poutre supérieure ; - soit sous la forme de deux pièces (appelées demi cadres) comportant chacune un corps arqué de forme semi circulaire s'étendant de part et d'autre 10 du plan vertical de symétrie de la structure d'inversion, de la poutre supérieure à la poutre inférieure. De manière classique, le cadre arrière 9 est relié soit à la poutre supérieure, soit à la poutre supérieure et à la poutre inférieure, par des liaisons de type rotule, c'est-à-dire autorisant trois degrés de liberté, afin notamment 15 d'encaisser les différentes déformations intervenant en fonctionnement. Ainsi, dans le cas d'un cadre arrière composé d'une pièce unique, il est classique de prévoir, sur chacune des deux extrémités libres du corps arqué, une pièce d'articulation pour une fixation pivotante du cadre arrière sur la poutre supérieure. 20 Comme illustré sur les figures 1 et 2, dans le cas d'un cadre arrière 9 composé de deux demi cadres, il est également classique de prévoir, sur chacune des deux extrémités libres (extrémité supérieure 91 et extrémité inférieure 92) du corps arqué 90 de chaque demi cadre, une pièce d'articulation 93, 94 pour une fixation pivotante du cadre arrière 9 sur la poutre supérieure 81 25 et sur la poutre inférieure 82. Ainsi, la pièce d'articulation 93 fixée sur l'extrémité supérieure 91 du corps arqué 90 est montée à pivot sur une chape 95 fixée sur la poutre supérieure 81, tandis que la pièce d'articulation 94 fixée sur l'extrémité inférieure 92 du corps arqué 90 est monté à pivot sur une chape 96 fixée sur la poutre inférieure 82. 30 Comme visible sur la figure 2, lorsque le ou chaque corps arqué 90 du cadre arrière 9 est réalisé en matériau composite, comme par exemple en fibres de carbone associée à une résine époxy, il est connu de réaliser les pièces d'articulation 93, 94 sous la forme de ferrure métallique et de rapporter ces pièces d'articulation 93, 94 sur les deux extrémités 91, 92 du corps arqué 35 90 par boulonnage, au moyen d'ensembles vis/boulon 97.

Réaliser un cadre arrière avec un corps arqué en matériau composite et des ferrures métalliques boulonnées sur le corps arqué présente de nombreux inconvénients dont les principaux sont les surcroîts de poids et d'encombrement induits par les ferrures métalliques, sans compter la complexité d'un tel cadre qui impose des étapes de boulonnage des ferrures coûteuses en temps. La présente invention a pour but de simplifier et alléger l'architecture des cadres arrière pour structure d'inversion de poussée à grilles de déviation.

A cet effet, elle propose un cadre arrière pour une structure d'inversion de poussée à grilles de déviation d'une nacelle de turboréacteur, ledit cadre arrière étant destiné à supporter un bord aval d'une ou plusieurs grilles de déviation et comprenant au moins un corps arqué réalisé en matériau composite et présentant deux extrémités libres solidaires de deux pièces d'articulation respectives pour une fixation pivotante dudit cadre arrière sur au moins une structure portante, remarquable en ce que les pièces d'articulation sont réalisées d'un seul tenant avec le corps arqué en matériau composite. Ainsi, l'invention propose de former les pièces d'articulation d'un seul tenant avec le matériau composite formant le corps arqué du cadre arrière, et donc de se passer des ferrures métalliques de l'état de la technique. Dans une réalisation particulière, le corps arqué définit un plan dit de courbure et comporte : - une paroi principale arquée s'étendant dans ledit plan de courbure et présentant deux bords arqués de rayons de courbure distincts ; et - au moins une aile latérale arquée faisant saillie d'au moins un bord arqué de ladite paroi centrale, notamment de manière perpendiculaire à ladite paroi principale. Le plan de courbure correspond sensiblement au plan dans lequel est inscrit ou inclut le corps arqué. La ou les ailes latérales, qui forment le cerclage du cadre arrière, peuvent s'étendre de manière perpendiculaire à la paroi principale ou non. Selon une caractéristique, le corps arqué comporte deux ailes latérales arquées opposées faisant saillie des bords arqués respectifs de la paroi principale.

Selon une autre caractéristique, le corps arqué comporte au moins une nervure de renfort s'étendant entre les ailes latérales et solidaire de la paroi principale. Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de 5 l'invention, quatre formes peuvent être envisagées : - les ailes latérales font saillie sur un même côté de la paroi principale, de sorte que le corps arqué présente une section radiale en forme générale de «U », - les ailes latérales font saillie sur un même côté de la paroi principale et sont 10 reliées entre elles par une paroi secondaire sensiblement parallèle à la paroi principale, de sorte que le corps arqué présente une section radiale en forme générale de « D » ; - les ailes latérales font saillie des deux côtés de la paroi principale, de sorte que le corps arqué présente une section radiale en forme générale de « H » ; 15 - les ailes latérales font saillie des deux côtés de la paroi principale et sont reliées entre elles par une paroi secondaire sensiblement parallèle à la paroi principale. Avantageusement, les pièces d'articulation comportent chacune au moins un plat dans lequel est ménagé au moins un orifice traversant. 20 Cet orifice traversant est avantageusement destiné à recevoir une bague à rotule pour assurer une liaison rotule avec la structure porteuse. Chaque pièce d'articulation peut comprendre un seul plat et ainsi former une chape d'articulation mâle simple, ou bien comprendre deux plats parallèles et ainsi une chape d'articulation mâle double. 25 Selon une possibilité de l'invention, les plats des pièces d'articulation viennent dans le prolongement de la paroi principale et sont coplanaires à ladite paroi principale. Ainsi, les plats des pièces d'articulation sont intégrés dans le plan de la paroi principale, qui correspond à la forme pour répondre aux angles de 30 rotations et aux ancrages de proximité. Cependant, les plats des pièces d'articulation pourraient être implantés selon d'autres orientations, de manière non coplanaire à la paroi principale, le cadre fonctionnant principalement en traction. Selon une autre possibilité de l'invention, le cadre arrière comporte 35 des douilles métalliques serrées à l'intérieur des orifices des pièces d'articulation.

Ainsi, les bagues à rotule peuvent être installées dans les douilles préalablement installées dans le matériau composite, afin de faciliter le remplacement éventuel des bagues à rotule. La présente invention concerne également une structure d'inversion de poussée à grilles de déviation pour une nacelle de turboréacteur, comprenant au moins une grille de déviation présentant un bord aval supporté par un cadre arrière conforme à l'invention. L'invention se rapporte aussi à une nacelle de turboréacteur comportant une structure d'inversion de poussée conforme à l'invention et au moins une structure portante sur laquelle sont articulées les pièces d'articulation du cadre arrière pour une fixation pivotante dudit cadre arrière. Ainsi, les pièces d'articulation sont soit articulées toutes les deux sur une poutre supérieure (ou poutre 12H), soit articulées respectivement sur une poutre supérieure et sur une poutre inférieure (ou poutre 6H).

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1, déjà commentée, est une vue en perspective d'une partie de nacelle de turboréacteur intégrant un cadre arrière classique ; - la figure 2, déjà commentée, est une vue schématique en perspective et zoomée des extrémités supérieure et inférieure du cadre arrière de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un demi cadre 25 arrière pour un cadre arrière conforme à l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective et zoomée de l'extrémité supérieure du demi cadre arrière de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective et zoomée de l'extrémité supérieure d'un demi cadre arrière pour une première 30 variante de cadre arrière conforme à l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective et zoomée de l'extrémité supérieure d'un demi cadre arrière pour une seconde variante de cadre arrière conforme à l'invention. La description qui suit porte un cadre arrière 1 pour une structure 35 d'inversion de poussée à grilles de déviation d'une nacelle de turboréacteur, où . - la nacelle comporte une structure portante comprenant une poutre supérieure, dite poutre 12H, et une poutre inférieure, dite poutre 6H ; et - la structure d'inversion de poussée est du type « D-duct ». Dans cette situation, le cadre arrière 1 comporte deux demi cadres présentant une extrémité supérieure 11 et extrémité inférieure 12 montées respectivement sur la poutre supérieure et sur la poutre inférieure, un tel demi cadre étant illustré sur la figure 3 avec la référence numérique 1. Chaque demi cadre 1 est réalisé d'un seul tenant en matériau composite, et ce demi cadre 1 monobloc comporte : - un corps arqué 10 de forme semi cylindrique, définissant un plan de courbure et présentant les deux extrémités libres 11, 12 précitées ; et - deux pièces d'articulation 13, 14 ménagées sur les deux extrémités libres 11, 12 respectives, pour une fixation pivotante du demi cadre 1 arrière sur les poutres supérieure et inférieure respectives.

Ainsi, la pièce d'articulation 13 solidaire de l'extrémité supérieure 11 du corps arqué 10 est monté à pivot sur la poutre supérieure, tandis que la pièce d'articulation 14 solidaire de l'extrémité inférieure 12 du corps arqué 10 est monté à pivot sur la poutre inférieure. Le matériau composite employé peut, à titre d'exemple non limitatif, être du type matériau composite en fibre de carbone préimprégné d'une résine thermodurcissable, telle qu'une résine époxy, matériau composite LRI pour « Liquid Resin Infusion », ou matériau composite RTM pour « Resin Transfer Moulding ». Dans les trois modes de réalisation visibles sur les figures 3 à 6, le 25 corps arqué 10 comporte : - une paroi principale 15 arquée s'étendant dans le plan de courbure et présentant deux bords arqués de rayons de courbure distincts ; et - deux ailes latérales 16, 17 arquées opposées faisant saillie des bords arqués respectifs de la paroi principale 15, lesdites ailes latérales 16, 17 30 s'étendant sensiblement perpendiculairement à ladite paroi principale 15. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, les ailes latérales 16, 17 font saillie sur un même côté de la paroi principale 15, de sorte que le corps arqué 10 présente une section radiale en forme générale de « U ». Dans le mode de réalisation de la figure 5, les ailes latérales 16, 17 35 font saillie des deux côtés de la paroi principale 15, de sorte que le corps arqué 10 présente une section radiale en forme générale de « H », notamment du type section en IPN. Dans le mode de réalisation de la figure 6, les ailes latérales 16, 17 font saillie des deux côtés de la paroi principale et sont reliées entre elles par une paroi secondaire 18 sensiblement parallèle à la paroi principale 15, formant ainsi une section en caisson fermé avec deux ailes. Dans une variante non illustrée, associant le mode de réalisation des figures 3 et 4 et le mode de réalisation de la figure 6, les ailes latérales font saillie sur un même côté de la paroi principale et sont reliées entre elles par une paroi secondaire sensiblement parallèle à la paroi principale, de sorte que le corps arqué présente une section radiale en forme générale de « D ». Comme visible sur les figures 3 et 4, le corps arqué 10 peut comporter au moins une nervure de renfort 19 s'étendant entre les ailes latérales 16, 17 et solidaire de la paroi principale 15. Le corps arqué peut bien entendu comporter plusieurs nervures de renfort réparties le long du corps arqué 10 entre ses deux extrémités 11, 12. Comme visible sur les figures 3 à 6, les pièces d'articulation 13, 14 sont constituées chacune d'un plat dans lequel est ménagé un orifice traversant 130, 140 pour la réception d'une bague à rotule.

Chaque plat 13, 14 vient dans le prolongement de la paroi principale 15 et est coplanaire à cette paroi principale 15 ; chaque plat 13, 14 prolongeant la paroi principale 15 au-delà des ailes latérales 16, 17 à chacune des extrémités 11, 12. De manière avantageuse, des douilles métalliques (non illustrées) 25 sont montées serrées à l'intérieur des orifices traversant 130, 140 pour pouvoir remplacer aisément les bagues à rotule si nécessaire. L'invention permet ainsi de simplifier la structure de nomenclature du cadre arrière 7, d'alléger le cadre arrière par rapport aux cadres avec ferrures métalliques, et également de simplifier le schéma industriel et donc 30 réduire les coûts de production. Bien entendu l'exemple de mise en oeuvre évoqué ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et d'autres améliorations et détails peuvent être apportés au cadre arrière selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention où d'autres formes de section radiales et/ou d'autres 35 formes de pièces d'articulation peuvent par exemple être réalisées.

Ainsi, tous aménagements de géométrie du cadre dans sa partie courante tels que réalisables avec des matériaux composites peuvent être envisagées, afin de faire varier l'inertie locale du cadre, d'aménager des passages ou ouvertures pour placer les vérins de manoeuvres du système de capot coulissant. Ainsi encore, l'épaisseur des zones d'articulation 13 et 14, peuvent être épaissies localement pour augmenter la capacité d'effort des liaisons à rotules. L'invention n'est bien entendu pas limitée aux cadres arrière composés de deux demi cadres, mais est applicable aux cadres arrière composés d'une pièce unique et comportant un seul corps arqué fixé à ses deux extrémités sur une poutre supérieure ou poutre 12H.

Claims

REVENDICATIONS1. Cadre arrière (1) pour une structure d'inversion de poussée à grilles de déviation d'une nacelle de turboréacteur, ledit cadre arrière (1) étant destiné à supporter un bord aval d'une ou plusieurs grilles de déviation et comprenant au moins un corps arqué (10) réalisé en matériau composite et présentant deux extrémités libres (11, 12) solidaires de deux pièces d'articulation (13, 14) respectives pour une fixation pivotante dudit cadre arrière (1) sur au moins une structure portante, caractérisé en ce que les pièces d'articulation (13, 14) sont réalisées d'un seul tenant avec le corps arqué (10) en matériau composite.
2. Cadre arrière (1) selon la revendication 1, dans lequel le corps arqué (10) définit un plan dit de courbure et comporte : - une paroi principale (15) arquée s'étendant dans ledit plan de courbure et présentant deux bords arqués de rayons de courbure distincts ; et - au moins une aile latérale (16; 17) arquée faisant saillie d'au moins un bord arqué de ladite paroi centrale, notamment de manière perpendiculaire à ladite paroi principale (15). 5. Cadre arrière (1) selon la revendication 2, dans lequel le corps arqué (10) comporte deux ailes latérales (16, 17) arquées opposées faisant saillie des bords arqués respectifs de la paroi principale (15). 6. Cadre arrière (1) selon la revendication 3, dans lequel les ailes latérales (16, 17) font saillie sur un même côté de la paroi principale (15), de sorte que le corps arqué (10) présente une section radiale en forme générale de « U ». 7. Cadre arrière (1) selon la revendication 3, dans lequel les ailes latérales (16, 17) font saillie sur un même côté de la paroi principale (15) et sont reliées entre elles par une paroi secondaire sensiblement parallèle à la paroi principale (15), de sorte que le corps arqué (10) présente une section radiale en forme générale de « D ». 8. Cadre arrière (1) selon la revendication 3, dans lequel les ailes latérales (16, 17) font saillie des deux côtés de la paroi principale (15), desorte que le corps arqué (10) présente une section radiale en forme générale de « H ». 7. Cadre arrière (1) selon la revendication 3, dans lequel les ailes latérales (16, 17) font saillie des deux côtés de la paroi principale (15) et sont reliées entre elles par une paroi secondaire (18) sensiblement parallèle à la paroi principale (15). 8. Cadre arrière (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel le corps arqué (10) comporte au moins une nervure de renfort (19) s'étendant entre les ailes latérales (16, 17) et solidaire de la paroi principale (15). 9. Cadre arrière (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les pièces d'articulation (13, 14) comportent chacune au moins un plat dans lequel est ménagé au moins un orifice traversant (130 ; 140). 10. Cadre arrière (1) selon les revendications 2 et 9, dans lequel les plats des pièces d'articulation (13, 14) viennent dans le prolongement de la paroi principale (15) et sont coplanaires à ladite paroi principale (15). 11. Cadre arrière (1) selon les revendications 9 ou 10, comprenant en outre des douilles métalliques serrées à l'intérieur des orifices (130, 140) des pièces d'articulation (13, 14). 12. Structure d'inversion de poussée à grilles de déviation pour une nacelle de turboréacteur, comprenant au moins une grille de déviation présentant un bord aval supporté par un cadre arrière (1) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Nacelle de turboréacteur comportant une structure d'inversion de poussée conforme à la revendication 12 et au moins une structure portante sur laquelle sont articulées les pièces d'articulation (13, 14) du cadre arrière (1) pour une fixation pivotante dudit cadre arrière (1).30