FR3013678A1

FR3013678A1 - Carenage aerodynamique

Info

Publication number: FR3013678A1
Application number: FR1361555A
Authority: FR
Inventors: Thierry Gaches; Francois Peyruseigt; Mathieu Kaleta; Nicolas Voyer
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-05-29
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: US9688412B2; FR3013678B1; US20150344140A1

Abstract

L'invention concerne un carénage aérodynamique (30) dont le plancher (31) est entièrement dépourvu de contact vis-à-vis des panneaux latéraux (44) sur toute la longueur du carénage (30) selon l'axe longitudinal (X). En effet, un espace libre e est pourvu entre le plancher (31) et le bord inférieur de chaque panneau (44). En d'autres termes, cela revient à faire en sorte qu'il existe une coupure mécanique longitudinale entre le plancher (31) et chacun des panneaux latéraux (44). Ainsi, l'absence de liaison mécanique rigide entre le plancher (31) et les panneaux latéraux (44) permet d'éviter le transfert des contraintes thermomécaniques du plancher (31) vers les panneaux latéraux (44) et donc la déformation du carénage (30).

Description

CARENAGE AERODYNAMIQUE La présente invention concerne un carénage aérodynamique de la partie arrière d'un mât d'aéronef, également désignée en anglais par les termes « aft pylon fairing » ou APF. Un tel carénage aérodynamique est notamment connu du document US 4712750. Dans ce document, le carénage aérodynamique a la forme d'un caisson comprenant deux panneaux latéraux assemblés entre eux par des cadres ou nervures intérieures transversales de rigidification espacées les unes des autres le long de l'axe longitudinal du carénage, ainsi qu'un plancher de protection thermique fixé d'une part aux panneaux latéraux et d'autre part aux nervures intérieures transversales au contact desquelles le plancher se trouve. En position d'utilisation, un tel carénage est soumis à des températures très élevées provenant du groupe motopropulseur de l'aéronef. Ces températures engendrent des déformations par dilatations thermiques du carénage, perturbant ainsi ses qualités aérodynamiques. En particulier, le plancher de protection thermique est soumis à un flux primaire du turbomoteur de température élevée (de l'ordre de 600°C) alors que les panneaux latéraux sont soumis à un flux secondaire du turbomoteur de température relativement faible (de l'ordre de 150°C) par rapport à celle du flux primaire. Ces différences de températures engendrent de fortes contraintes thermomécaniques sur le caisson. L'invention a pour but de remédier au moins partiellement à la déformation de la structure du carénage aérodynamique. L'objet de l'invention est ainsi un carénage aérodynamique d'un mât de turbomoteur, ledit carénage ayant la forme d'un caisson s'étendant le long d'un axe longitudinal et comprenant d'une part un plancher et d'autre part un premier et un second panneaux latéraux sensiblement parallèles à l'axe longitudinal et répartis de part et d'autre d'un plan de symétrie dudit carénage, le carénage comprenant au moins deux cadres espacés l'un de l'autre le long de l'axe longitudinal et orientés transversalement à cet axe, chaque cadre ayant, en position d'utilisation, un bord supérieur, un bord inférieur fixé à une face intérieure du plancher, et un premier et un second bord latéral sur lesquels sont respectivement fixés le premier et le second panneau latéral, chaque panneau latéral ayant en position d'utilisation, un bord dit bord inférieur, le plancher a une largeur telle qu'elle est sensiblement inférieure à une distance d définie entre les bords inférieurs des panneaux latéraux de sorte que chaque panneau latéral a son bord inférieur espacé d'une distance e de la face intérieure du plancher, et en ce que le carénage comprend au moins un raidisseur longitudinal associé d'une part au plancher et d'autre part audit cadre.

Chaque raidisseur longitudinal comprend - une première face fixée à une face d'un cadre, ladite face du cadre s'étendant transversalement à l'axe longitudinal, et ; - une seconde face, sensiblement perpendiculaire à la première face, fixée à la face intérieure du plancher. De préférence, le carénage comprend en outre au moins un raidisseur transversal, fixée à la face intérieure du plancher, et s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal. La distance e est telle que 0<e<5 cm, avec de préférence e compris entre 0.3 mm à 1 cm.

Avantageusement, chaque panneau latéral comprend une extension aérodynamique (60) prolongeant chacun desdits panneau latéraux au-delà de son bord inférieur. Un joint peut être arrangé entre la face intérieure du plancher et chacun des panneaux latéraux, ledit joint s'étendant entre deux cadres successifs du carénage. En outre, chaque panneau latéral peut être formé de plusieurs portions de panneaux latéraux rapportées fixement les unes aux autres. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une aile d'aéronef pourvue d'un mât moteur et d'un carénage aérodynamique située en partie arrière du mât moteur venant protéger l'aile des gaz chauds éjectés par le groupe motopropulseur ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective du carénage aérodynamique arrière selon un mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue à plus grande échelle d'une portion A de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale, selon la ligne IV-IV, dans un plan transversal (plan YZ), du carénage aérodynamique illustré à la figure 1 ; et - la figure 5 est une vue similaire à la figure 4, illustrant une variante de réalisation du carénage aérodynamique de la figure 2.

En référence à la figure 1, on a représenté un groupe motopropulseur 1 fixé sous une aile 2 d'un aéronef. Le groupe motopropulseur comporte un mât 4, ainsi qu'un turbomoteur 6, par exemple un turboréacteur, accroché à l'aile 2 via le mât 4. Le mât 4 comporte de manière connue une structure rigide 8, également appelée structure primaire, permettant de supporter, via des moyens connus, le turboréacteur 6. En outre, le mât 4 comprend des structures secondaires de type carénage. On compte notamment parmi les structures secondaires du mât 4, une structure aérodynamique avant 24, une structure aérodynamique arrière 26, et un carénage aérodynamique arrière 30, également appelé APF ou encore bouclier thermique. Les termes « avant » et « arrière » sont à considérer par rapport à une direction d'avancement de l'aéronef rencontrée suite à la poussée exercée par le turboréacteur 6, cette direction étant représentée schématiquement par la flèche 7. Comme illustré aux figures 2 à 4, le carénage aérodynamique arrière 30 prend la forme d'un caisson ouvert vers le haut, c'est-à-dire en direction des autres structures du dispositif d'accrochage sur lesquelles le caisson est destiné à être monté, à savoir la structure aérodynamique arrière 26 et la structure rigide 8. Par convention, on appelle X l'axe longitudinal du carénage aérodynamique arrière 30. D'autre part, on appelle Y l'axe orienté transversalement par rapport au turboréacteur 6 et au carénage aérodynamique arrière, et Z l'axe vertical ou hauteur, ces trois axes X, Y et Z étant orthogonaux entre eux. Un plancher de protection thermique 31 forme la partie inférieure du caisson tandis que les deux côtés (selon l'axe longitudinal X) du caisson sont formés par deux panneaux latéraux 44. Le carénage aérodynamique arrière 30 comprend de plus une armature, décrite dans la suite de la description, permettant de maintenir ensemble les panneaux latéraux 44 et le plancher 31. On notera que tel qu'illustré à la figure 2, le carénage aérodynamique arrière 30 n'est pas plan dans le plan XZ, et présente sensiblement une forme de flèche (dont la pointe est orientée vers l'arrière) dans le plan XY. En effet, le carénage aérodynamique arrière 30 est conformé de sorte à prendre la forme du mât 4 sur lequel il est destiné à être fixé. Le carénage aérodynamique arrière 30 est fermé par un cadre 32 à son extrémité avant, et, à son extrémité arrière, il est fermé par le plancher 31 incliné dans le plan YZ.

D'autre part, on notera que le plancher 31 a, dans le plan YZ, une forme courbe s'ouvrant vers l'extérieur ou concave par rapport au carénage aérodynamique arrière 30 L'une des particularités de la présente invention réside dans le fait que le plancher 31 du carénage est entièrement dépourvu de contact vis-à-vis des panneaux latéraux 44 sur toute la longueur du carénage aérodynamique arrière 30 selon l'axe longitudinal X. En effet, dans le plan YZ, une distance (espace) e non nulle est pourvue entre le plancher 31 et le bord inférieur 44e de chaque panneau latéral 44 (le bord inférieur de chaque panneau 44 étant entendue comme le bord du panneau latéral le plus proche du plancher 31). En d'autres termes, cela revient à faire en sorte qu'il existe une coupure mécanique longitudinale entre le plancher 31 et chacun des panneaux latéraux 44. Comme illustré plus particulièrement à la figure 4, dans le plan YZ, la largeur L du plancher 31 est inférieure, par exemple d'une distance égale à 2xe (deux fois e), à la distance d entre les bords inférieurs 44e des panneaux latéraux. La distance e est telle que 0<e<5 cm, avec de préférence e compris entre 0.3 mm à 1 cm (ces deux valeurs étant incluses).

On note sur les figures 2 à 4 que le carénage aérodynamique arrière 30 présente un plan de symétrie P correspondant à un plan XZ. Le plancher 31 est pourvu d'une face extérieure référencée 70 sur la figure 4, cette face étant destinée à être épousée par le flux primaire 36 qu'elle délimite en partie radialement vers l'extérieur. Afin de résister aux contraintes thermiques, le plancher 31 est de préférence réalisé en Inconel®, ou un alliage de titane équivalent. Comme illustré aux figures 2 et 3, l'armature du carénage aérodynamique arrière 30 comprend des cadres 32 ainsi que des raidisseurs longitudinaux 35 fixées aux cadres 32. Il y a autant de cadres et de raidisseurs longitudinaux que nécessaire afin de former le carénage aérodynamique arrière 30 selon des dimensions souhaitées. Dans l'exemple représenté à la figure 2, quatre cadres 32 et quatre raidisseurs longitudinaux 35 sont représentés. Un cadre 32 se présente sous la forme d'un panneau structurel, de préférence réalisé en titane, s'étendant dans le plan YZ et comportant quatre bords. Dans l'exemple représenté aux figures 2 à 4, le cadre 32 a la forme d'un trapèze isocèle dans le plan YZ. Les deux bords latéraux 32b du cadre 32 sont destinés à accueillir chacun un panneau latéral 44 comme cela sera décrit en détails plus loin. Le bord supérieur 32a de certains cadres 32 (dans le cas où seuls certains cadres sont fixés à des structures du mât), ou de tous les cadres 32 (dans le cas où tous les cadres sont fixés à des structures du mât), est agencé pour se conformer à une autre structure du mât 4 sur laquelle il est fixé, à savoir par exemple la structure aérodynamique arrière 26 ou la structure rigide 8. Le bord inférieur 32c de chaque cadre est fixé à la face intérieure 71 du plancher 31, par exemple par éclissage. Le bord inférieur 32c d'un cadre 32 se conforme au plancher 31 et a donc, comme illustré à la figure 4 dans une section transversale du carénage aérodynamique arrière 30, une forme courbe s'ouvrant vers l'extérieur par rapport au carénage aérodynamique arrière 30. Afin de résister aux contraintes thermiques, un cadre 32 est de préférence réalisé en Inconel®, ou un alliage de titane équivalent. Dans l'exemple illustré dans les figures 2 et 3, un raidisseur longitudinal 35 du carénage aérodynamique arrière (selon l'axe longitudinal X) présente la forme d'une équerre 35.

Comme représenté à la figure 3, cette équerre 35 comprend une première face dans le plan YZ et une seconde face dans le plan XY. La première face de l'équerre 35 est fixée à un cadre 32, par exemple par vissage, tandis que la seconde face est fixée à face intérieure 71 du plancher 31, par exemple également par vissage ou soudage. En référence plus particulièrement aux figures 2 et 4, chaque panneau latéral 44 du carénage aérodynamique arrière 30 s'étend sensiblement dans le plan XZ et les deux panneaux latéraux 44 sont répartis de part et d'autre du plan de symétrie P du caisson. Chaque panneau latéral 44 est monté fixement aux bords latéraux 32b (situés d'un même côté du plan P) des cadres 32 successifs. A cette fin, chaque panneau latéral 44 est fixé sur un bord latéral 32b d'un cadre 32 par vissage directement sur le bord latéral 32b, ou est vissé sur une pièce intermédiaire (non représentée sur les figures), elle-même vissée sur le bord latéral 32b. Il est alors possible de dimensionner la pièce intermédiaire afin d'augmenter la distance e. En utilisation, les panneaux latéraux 44 sont prévus pour être épousés extérieurement par le flux secondaire 38.

Les panneaux latéraux 44 sont, par exemple, réalisés en titane et ont une épaisseur de l'ordre de 1 mm à 7 mm. Dans l'exemple représenté à la figure 2, les panneaux latéraux 44 s'étendent, chacun d'une seule pièce de l'avant vers l'arrière du carénage aérodynamique arrière 30. Dans cette configuration, les panneaux 44 permettent de rigidifier le carénage aérodynamique arrière 30 puisqu'ils sont fixés à chacun des cadres 32 du carénage 30.

Afin de conserver une séparation efficace entre le flux primaire 36 circulant sous le plancher 31 et l'air contenu dans le carénage 30, c'est-à-dire pour éviter que le flux primaire 36 de température proche de 600°C ne remonte et se propage au sein du carénage 30, des joints 61 sont prévus entre le plancher 31 et chaque panneau latéral 44. En référence avec la figure 4, chaque joint 61 possède une première face fixée à la face intérieure 71 du plancher 31 et une seconde face fixée au panneau latéral 44. Chaque joint 61 s'étend sur toute la longueur, selon l'axe longitudinal X, entre deux cadres 32 successifs du carénage 30. Lorsque le turboréacteur 6 fonctionne, le carénage aérodynamique arrière 30 assure la formation d'une barrière thermique servant à protéger la structure 8 et l'aile 2 de l'aéronef de la chaleur dégagée par le flux primaire 36, et la formation d'une continuité thermique entre la sortie du turboréacteur 6 et le mât 4. Selon l'invention, la partie chaude du carénage aérodynamique arrière 30, c'est-à-dire le plancher 31, est mécaniquement totalement isolée des parties froides 44, c'est-à-dire les panneaux latéraux 44.

Ainsi, l'absence de fixation entre le plancher 31 et les panneaux latéraux 44 permet d'éviter le transfert des contraintes thermomécaniques du plancher 31 vers les panneaux latéraux 44. Les panneaux latéraux 44 baignent dans le flux secondaire 38 relativement froid, de sorte qu'ils ne subissent que très peu de déformation par dilatation thermique. Ainsi, le niveau global de déformation du carénage aérodynamique 30 est donc maintenu relativement bas, ce qui induit une qualité aérodynamique très satisfaisante, participant à la diminution des effets de traînée parasite et à l'amélioration du rapport performance/ consommation de l'aéronef. L'absence de fixation entre le plancher 31 et les panneaux latéraux 44 est compensée par des équerres 35 qui permettent de renforcer la structure du carénage 30 et notamment la liaison entre le plancher et les cadres 32 afin de mieux supporter les contraintes mécaniques, notamment les vibrations soniques, subies par le plancher 31. Dans une première variante du mode de réalisation qui vient d'être décrit, et en référence avec la figure 5, chaque panneau latéral 44 est équipé d'une extension aérodynamique 60. Une extension aérodynamique 60 a une épaisseur de quelques millimètres, prolongeant chaque panneau latéral 44 au-delà de son bord inférieur 44e. Dans le plan YZ, une extension aérodynamique 60 a une forme courbée et prolonge la courbe formée par le plancher 31. Cette extension aérodynamique 60 est fixée à un panneau 44, par exemple par vissage ou soudage, et est réalisée dans un matériau, par exemple un alliage de titane, ayant une résistance différente de celle du titane utilisé pour réaliser les panneaux 44. Il est en effet avantageux d'utiliser des matériaux et des épaisseurs différentes pour réaliser les panneaux 44 et les extensions aérodynamiques 60 afin d'optimiser les fonctions thermiques et acoustiques du caisson.

L'avantage procuré par cette variante est de protéger la structure rigide 8, la structure aérodynamique arrière 26 et l'aile 2 de l'aéronef de la chaleur dégagée par le flux primaire 36 en évitant que ce dernier ne remonte au-delà du plancher 31. Dans une seconde variante (non représentée) du mode de réalisation qui vient d'être décrit, les panneaux latéraux 44 sont formés de plusieurs portions de panneaux latéraux rapportées fixement les unes aux autres. Une portion de panneau latéral étant fixée à un premier cadre et à un second cadre directement ou indirectement consécutif au premier cadre. Cette seconde variante présente l'avantage de simplifier le montage du carénage aérodynamique arrière 30.

On notera que dans l'exemple de la figure 3, chaque équerre 35 est arrangée de sorte que sa seconde face soit comprise sensiblement dans le plan de symétrie P, afin de permettre une meilleure répartition des efforts auxquels le carénage aérodynamique arrière 30 est soumis. Cependant, dans une troisième variante (non représentée) du mode de réalisation qui vient d'être décrit, plusieurs équerres 35 sont fixées à la fois à chacun des cadres 32 et au plancher 31 afin de former des raidisseurs longitudinaux supplémentaires du carénage aérodynamique arrière 30 selon l'axe longitudinal X. Dans une quatrième variante (non représentée sur les figures) du mode de réalisation qui vient d'être décrit, la ou les équerres 35 sont positionnées à des distances variables du plan de symétries P. L'avantage procuré par cette variante est de diminuer les amplitudes de vibrations potentielles, susceptibles d'entraîner des nuisances sonores. En outre, dans une cinquième variante (non représentée sur les figures) du mode de réalisation qui vient d'être décrit, au moins un assemblage cadre-plancher du carénage aérodynamique arrière 30 n'est pas renforcé par une ou plusieurs équerres. L'avantage obtenu par cette variante est un gain de poids. En référence avec la figure 3, et dans une sixième variante du mode de réalisation qui vient d'être décrit, le plancher 31 comprend au moins raidisseur transversal 37 (1 seul représenté en figure 3) se présentant sous la forme d'un profilé métallique s'étendant transversalement au plancher 31, c'est-à-dire dans le plan YZ. Un profilé métallique est fixé, par exemple par vissage, sur la face interne 71 du plancher 31. Un profilé métallique est réalisé dans une matière adaptée aux hautes températures et résistante aux dilatations, par exemple dans la même matière que le plancher. Un raidisseur transversal 37 renforce le plancher 31 qui est soumis à des contraintes vibratoires importantes lorsque le turbomoteur 6 fonctionne. Un raidisseur transversal 37 permet d'augmenter la rigidité du plancher 31 afin de mieux supporter les contraintes mécaniques. Un raidisseur transversal 37 suit la dilatation du plancher 31 sans entraîner de contraintes thermomécaniques supplémentaire sur le carénage aérodynamique arrière 30. Dans les figures accompagnant la description ci-dessus, chaque cadre 32 a été représenté comme étant un panneau plein. Il va de soit, que sans sortir du cadre de la présente invention, un cadre 32 peut également présenter une forme creuse de sorte à diminuer le poids du caisson aérodynamique arrière 30 équipé de tels cadres.

Claims

REVENDICATIONS1. Carénage aérodynamique (30) d'un mât (4) de turbomoteur (6), ledit carénage (30) ayant la forme d'un caisson s'étendant le long d'un axe longitudinal (X) et comprenant d'une part un plancher (31) et d'autre part un premier et un second panneaux latéraux sensiblement parallèles à l'axe longitudinal (X) et répartis de part et d'autre d'un plan de symétrie (P) dudit carénage, le carénage (30) comprenant au moins deux cadres (32) espacés l'un de l'autre le long de l'axe longitudinal et orientés transversalement à cet axe (X), chaque cadre (32) ayant, en position d'utilisation, un bord supérieur (32a), un bord inférieur (32c) fixé à une face intérieure (71) du plancher (31), et un premier et un second bord latéral (32b) sur lesquels sont respectivement fixés le premier et le second panneau latéral (44), caractérisé en ce que chaque panneau latéral ayant en position d'utilisation, un bord dit bord inférieur (44e), le plancher (31) a une largeur (L) telle qu'elle est sensiblement inférieure à une distance d définie entre les bords inférieurs (44e) des panneaux latéraux de sorte que chaque panneau latéral a son bord inférieur (44e) espacé d'une distance e de la face intérieure (71) du plancher (31), et en ce que le carénage (30) comprend au moins un raidisseur longitudinal (35) associé d'une part au plancher (31) et d'autre part audit cadre.
2. Carénage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque raidisseur longitudinal (35) comprend - une première face fixée à une face d'un cadre (32), ladite face du cadre s'étendant transversalement à l'axe longitudinal (X), et ; - une seconde face, sensiblement perpendiculaire à la première face, fixée à la face intérieure (71) du plancher (31).
3. Carénage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le carénage comprend en outre au moins un raidisseur transversal (37), fixée à la face intérieure (71) du plancher (31), et s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (X).
4. Carénage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance e est telle que 0<e<5cm.
5. Carénage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce chaque panneau latéral (44) comprend une extension aérodynamique (60) prolongeant chacun desdits panneau latéraux (44) au-delà de son bord inférieur (44e).
6. Carénage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un joint (61) est arrangé entre la face intérieure (71) du plancher (31) et chacun des panneaux latéraux (44), ledit joint (61) s'étendant entre deux cadres (32) successifs du carénage (30).
7. Carénage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque panneau latéral (44) est formé de plusieurs portions de panneaux latéraux rapportées fixement les unes aux autres.