FR3056646A1 - Nacelle optimisee pour un turboreacteur comprenant une soufflante a calage variable disposant d'un calage d'inversion de poussee - Google Patents

Nacelle optimisee pour un turboreacteur comprenant une soufflante a calage variable disposant d'un calage d'inversion de poussee Download PDF

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Abstract

Une nacelle (24) pour turboréacteur à double flux comprend un capotage extérieur (27) présentant une partie d'extrémité arrière (36), pourvue d'une ouverture annulaire (38) continue ou segmentée centrée sur un axe longitudinal (28), et de panneaux de carénage (40) déplaçables entre une position d'obturation de l'ouverture annulaire (38) et une position dans laquelle ces panneaux de carénage (40) sont écartés axialement de l'ouverture annulaire (38), un dispositif gonflable (50) agencé en regard de l'ouverture annulaire (38), et des moyens de gonflage pour gonfler le dispositif gonflable (50) de sorte que ce dernier forme un bourrelet continu ou segmenté s'étendant au travers de l'ouverture annulaire (38), autour de l'axe longitudinal (28). Dans un turboréacteur dont la soufflante à calage variable aspire l'air de l'aval vers l'amont en mode d'inversion de poussée, le bourrelet permet d'optimiser temporairement la nacelle en canalisant l'air (F4A) contournant le bord de fuite de la nacelle.

Description

(57) Une nacelle (24) pour turboréacteur à double flux comprend un capotage extérieur (27) présentant une partie d'extrémité arrière (36), pourvue d'une ouverture annulaire (38) continue ou segmentée centrée sur un axe longitudinal (28), et de panneaux de carénage (40) déplaçables entre une position d'obturation de l'ouverture annulaire (38) et une position dans laquelle ces panneaux de carénage (40) sont écartés axialement de l'ouverture annulaire (38), un dispositif gonflable (50) agencé en regard de l'ouverture annulaire (38), et des moyens de gonflage pour gonfler le dispositif gonflable (50) de sorte que ce dernier forme un bourrelet continu ou segmenté s'étendant au travers de l'ouverture annulaire (38), autour de l'axe longitudinal (28). Dans un turboréacteur dont la soufflante à calage variable aspire l'air de l'aval vers l'amont en mode d'inversion de poussée, le bourrelet permet d'optimiser temporairement la nacelle en canalisant l'air (F4A) contournant le bord de fuite de la nacelle.
NACELLE OPTIMISÉE POUR UN TURBOREACTEUR COMPRENANT UNE SOUFFLANTE À CALAGE VARIABLE DISPOSANT D'UN CALAGE D'INVERSION DE POUSSÉE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des turboréacteurs à double flux destinés à la propulsion des aéronefs, du type comprenant une soufflante pourvue d'aubes à calage variable aptes à adopter une configuration d'inversion de poussée.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans le domaine aéronautique, l'inversion de poussée est un principe consistant à orienter vers l'avant la poussée exercée par un moteur à hélice ou à réaction, dans le but de ralentir un avion et de réduire sa distance de freinage lors de l'atterrissage.
Le développement de turboréacteurs à double flux à très haut taux de dilution permet d'envisager de réaliser l'inversion de poussée au moyen d'une soufflante à calage variable, et d'éviter ainsi le recours aux inverseurs de poussée conventionnels. Dans un tel cas, c'est en effet le changement du calage des aubes de la soufflante qui permet d'inverser le sens d'aspiration du flux d'air secondaire, de sorte que la soufflante puisse aspirer l'air de l'aval vers l'amont du turboréacteur et freiner ainsi l'aéronef équipé de ce turboréacteur.
Toutefois, un obstacle au développement de cette technique d'inversion de poussée réside dans les difficultés à canaliser l'air en entrée du bord de fuite de la nacelle. La forme de ce bord de fuite est en effet optimisée pour favoriser l'écoulement de l'air de l'amont vers l'aval, dans les phases de propulsion.
Or, du fait de la vitesse d'avancement de l'aéronef, lorsque le turboréacteur passe en mode d'inversion de poussée par modification du calage des aubes de soufflante, l'air qui pénètre par l'arrière dans la veine secondaire doit contourner le bord de fuite de la nacelle, ce qui entraîne un décollement considérable du flux d'air dans la veine secondaire. Il en résulte une réduction de la section efficace de passage de l'air dans cette veine secondaire, et donc une réduction de la contre-poussée fournie par le turboréacteur en mode d'inversion de poussée.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème.
Elle propose à cet effet une nacelle pour turboréacteur à double flux d'aéronef, comprenant :
un capotage extérieur présentant une partie d'extrémité arrière pourvue d'une ouverture annulaire continue ou segmentée centrée sur un axe longitudinal de la nacelle, et de panneaux de carénage montés déplaçables entre une première position dans laquelle ces panneaux de carénage obturent l'ouverture annulaire et une seconde position dans laquelle ces panneaux de carénage sont écartés axialement de l'ouverture annulaire, un dispositif gonflable agencé en regard de l'ouverture annulaire à l'intérieur de la nacelle, et des moyens de gonflage configurés pour gonfler le dispositif gonflable de sorte que ce dernier une fois gonflé forme un bourrelet continu ou segmenté s'étendant au travers de l'ouverture annulaire, autour de l'axe longitudinal.
Lorsque la nacelle équipe un turboréacteur, le bourrelet formé par le dispositif gonflable permet de mieux canaliser l'air entrant dans la veine secondaire par l'ouverture arrière lors d'un fonctionnement du turboréacteur en mode d'inversion de poussée. Les risques de décollement du flux d'air dans la veine secondaire sont donc considérablement limités, et la contre-poussée obtenue est ainsi maximisée.
L'invention offre ainsi un moyen d'optimiser temporairement, lors de la phase de freinage, et à la demande, les caractéristiques aérodynamiques de la portion d'extrémité arrière de la nacelle pour un fonctionnement du turboréacteur équipé de cette nacelle en mode d'inversion de poussée.
De préférence, l'ouverture annulaire s'étend de manière continue autour de l'axe longitudinal de la nacelle, et le dispositif gonflable est formé d'une vessie annulaire.
En variante, l'ouverture annulaire peut être formée d'une rangée annulaire d'orifices, et le dispositif gonflable peut être formé d'une rangée annulaire de vessies respectivement agencées en regard des orifices.
De préférence, la nacelle comprend en outre des moyens de dégonflage du dispositif gonflable.
Ces moyens de dégonflage permettent de reconfigurer la nacelle pour un fonctionnement du turboréacteur en mode de propulsion.
L'invention concerne également un turboréacteur à double flux pour aéronef, comprenant une nacelle du type décrit ci-dessus, et une soufflante pourvue d'aubes à calage variable aptes à adopter une configuration d'inversion de poussée.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le turboréacteur comprend en outre un carter intermédiaire pourvu d'un bras structural dans lequel est logé tout ou partie d'un dispositif de prélèvement d'air présentant une entrée d'air agencée de manière à prélever de l'air sous pression dans une partie du turboréacteur, et une sortie d'air alimentant les moyens de gonflage en air sous pression.
L'invention concerne encore un procédé de passage d'un mode de propulsion à un mode d'inversion de poussée d'un turboréacteur à double flux du type décrit ci-dessus, comprenant les étapes consistant à :
d'une part, déplacer les panneaux de carénage depuis la première position jusqu'à la seconde position, puis gonfler le dispositif gonflable de sorte que ce dernier forme un bourrelet continu ou segmenté autour de la partie d'extrémité arrière du capotage extérieur, et d'autre part, modifier le calage des aubes de la soufflante de sorte que la soufflante passe d'une configuration de propulsion à une configuration d'inversion de poussée.
L'invention concerne enfin un procédé de passage d'un mode d'inversion de poussée à un mode de propulsion d'un turboréacteur à double flux du type décrit ci-dessus, comprenant les étapes consistant à :
dégonfler le dispositif gonflable, puis déplacer les panneaux de carénage depuis la seconde position jusqu'à la première position, et modifier le calage des aubes de la soufflante de sorte que la soufflante passe d'une configuration d'inversion de poussée à une configuration de propulsion.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur à double flux selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle de la partie II de la figure 1, illustrant le turboréacteur avant passage en mode d'inversion de poussée ;
- la figure 3A est une vue à plus grande échelle du détail IIIA de la figure 2 ;
- la figure 3B est une vue à plus grande échelle du détail 111B de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue semblable à la figure 2, illustrant le turboréacteur au cours d'un passage d'un mode de propulsion vers un mode d'inversion de poussée ;
- la figure 5 est une vue semblable à la figure 2, illustrant le turboréacteur dans le mode d'inversion de poussée.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ
La figure 1 illustre un turboréacteur à double flux 10 pour aéronef, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée, dans un mode de fonctionnement propulsif, à l'aspiration d'un flux d'air Fl se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire F2 alimentant un cœur du turboréacteur et un flux secondaire F3 contournant ce cœur et destiné à fournir en principe la majeure partie de la poussée.
Le cœur du turboréacteur comporte, de manière bien connue, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. Le turboréacteur est caréné par une nacelle 24 entourant l'espace d'écoulement 26 du flux secondaire, et comprenant notamment un capotage extérieur 27 qui est en général formé de plusieurs capots assemblés bout-à-bout. Les rotors du turboréacteur sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 du turboréacteur, qui constitue notamment un axe longitudinal de la nacelle 24.
La soufflante 12 est pourvue d'une rangée annulaire d'aubes 29 à calage variable pouvant notamment adopter une orientation provoquant une inversion du sens d'aspiration de l'air par la soufflante. Dans ce mode de fonctionnement, dit « inversion de poussée », le flux d'air F4 entre donc par l'ouverture arrière 30 de la nacelle en contournant le bord de fuite 32 de la nacelle, puis s'écoule de l'aval vers l'amont de manière à sortir au travers de l'entrée d'air 34.
Comme le montrent les figures 2-4, le capotage extérieur Y1 présente une partie d'extrémité arrière 36 qui est pourvue d'une ouverture annulaire 38, centrée sur l'axe longitudinal 28, et de panneaux de carénage 40 montés déplaçables entre une première position, dans laquelle ces panneaux de carénage 40 obturent l'ouverture annulaire 38 (figures 2 et 3A), et une seconde position, dans laquelle ces panneaux de carénage 40 sont écartés axialement de l'ouverture annulaire 38 (figure 4).
A cet effet, les panneaux de carénage 40 sont montés sur des dispositifs de déplacement 42 (figure 3A) logés à l'intérieur de la nacelle 24 et permettant de désengager chaque panneau de carénage hors de l'ouverture annulaire 38, de préférence en déplaçant chaque panneau de carénage 40 radialement vers l'intérieur, puis d'éloigner chaque panneau de carénage 40 par rapport à l'ouverture 38, de préférence en le déplaçant axialement vers l'amont.
À cet effet, chaque dispositif de déplacement 42 comporte par exemple un vérin ou actionneur 42A ayant une extrémité articulée au panneau de carénage 40 correspondant et une autre extrémité montée sur un chariot 42B porté par un rail 42C s'étendant de l'aval vers l'amont de la nacelle.
Dans l'exemple illustré, l'ouverture annulaire 38 est continue. En variante, cette dernière peut être segmentée, c'est-à-dire constituée d'une rangée annulaire d'orifices distincts formés dans le capotage extérieur 27. Chacun de ces orifices est de préférence de forme allongée selon la direction circonférentielle.
Par ailleurs, la nacelle 24 comporte un dispositif gonflable 50 agencé en regard de l'ouverture annulaire 38 à l'intérieur de la nacelle 24.
Ce dispositif gonflable 50 prend par exemple la forme d'une vessie annulaire, illustrée dans un état dégonflé sur les figures 2, 3A et 4. En variante, en particulier dans le cas où l'ouverture annulaire 38 est segmentée, le dispositif gonflable peut être formé d'une rangée annulaire de vessies séparées les unes des autres et présentant chacune une forme générale allongée selon la direction circonférentielle.
La nacelle 24 comporte en outre des moyens de gonflage 52 configurés pour gonfler le dispositif gonflable 50 de sorte que ce dernier, après avoir été gonflé, forme un bourrelet s'étendant au travers de l'ouverture annulaire 38 (figure 5), autour de l'axe longitudinal 28. En fonction de la configuration du dispositif gonflable 50, le bourrelet peut être continu ou segmenté.
Dans le mode de réalisation illustré, le turboréacteur 10 comporte un dispositif de prélèvement d'air 60 (figure 3B) logé dans un bras structural 62 appartenant à un carter intermédiaire 64 du turboréacteur. Le dispositif de prélèvement d'air 60 comporte une entrée d'air 66 formant une prise d'air apte à prélever de l'air sous pression dans une partie du turboréacteur, par exemple en sortie du compresseur basse pression 14. Le dispositif de prélèvement d'air 60 comporte en outre une sortie d'air 68 raccordée aux moyens de gonflage 52 logés dans la nacelle 24. Le dispositif de prélèvement d'air 60 peut ainsi être constitué d'une simple canalisation reliant l'entrée d'air 66 à la sortie d'air 68.
Dans l'exemple illustré, les moyens de gonflage 52 appartenant à la nacelle sont également constitués d'une simple canalisation (figure 3B). Cette dernière est logée dans la nacelle 24 et présente une sortie d'air raccordée au dispositif gonflable 50 et une entrée d'air raccordée à la sortie d'air 68 du dispositif de prélèvement d'air 60.
Bien entendu, en variante, un fluide autre que de l'air peut être utilisé pour gonfler le dispositif gonflable 50.
Dans le mode de réalisation illustré, la nacelle 24 comporte en outre des moyens de dégonflage 70 (figure 3B) qui prennent par exemple la forme d'une électrovanne intégrée à la canalisation formant les moyens de gonflage 52, pour permettre l'évacuation sur commande de l'air pressurisé contenu dans le dispositif gonflable 50.
Un procédé pour faire passer le turboréacteur 10 décrit ci-dessus d'un mode de propulsion à un mode d'inversion de poussée comprend donc une première étape consistant à déplacer les panneaux de carénage 40 depuis la première position (figure 2 et 3A) jusqu'à la seconde position (figure 4), puis à gonfler le dispositif gonflable 50 de sorte que ce dernier forme un bourrelet (figure 5) s'étendant au travers de l'ouverture annulaire 38, autour de l'axe longitudinal 28. Ainsi, une majeure partie du bourrelet formé par le dispositif gonflable 50 s'étend autour de la partie d'extrémité arrière 36 du capotage extérieur 27. Le procédé comprend une seconde étape consistant à modifier le calage des aubes 29 de la soufflante 12 de sorte que la soufflante passe d'une configuration de propulsion à une configuration d'inversion de poussée. Les premières et secondes étapes sont de préférences mises en œuvre de manière simultanée. Cependant, en variante, il est possible que l'une ou l'autre des première et seconde étapes soit mise en œuvre en avant l'autre étape.
Le bourrelet formé par le dispositif gonflable 50 permet de mieux canaliser le flux d'air F4A (figure 5) entrant dans la veine secondaire 26 par l'ouverture arrière 30 en mode d'inversion de poussée. La contre-poussée obtenue est ainsi maximisée.
Inversement, un procédé pour faire passer le turboréacteur 10 décrit cidessus du mode d'inversion de poussée au mode de propulsion comprend une première étape consistant à dégonfler le dispositif gonflable 50 puis à déplacer les panneaux de carénage 40 depuis la seconde position jusqu'à la première position, et une seconde étape consistant à modifier le calage des aubes 29 de la soufflante 12 de sorte que la soufflante passe d'une configuration d'inversion de poussée à une configuration de propulsion.
L'invention propose ainsi un moyen d'optimiser temporairement, lors 5 de la phase de freinage, et à la demande, les caractéristiques aérodynamiques de la portion d'extrémité arrière 36 de la nacelle 24 pour un fonctionnement du turboréacteur en mode d'inversion de poussée.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Nacelle (24) pour turboréacteur à double flux (10) d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend :
    - un capotage extérieur (27) présentant une partie d'extrémité arrière (36) pourvue d'une ouverture annulaire (38) continue ou segmentée centrée sur un axe longitudinal (28) de la nacelle, et de panneaux de carénage (40) montés déplaçables entre une première position dans laquelle ces panneaux de carénage (40) obturent l'ouverture annulaire (38) et une seconde position dans laquelle ces panneaux de carénage (40) sont écartés axialement de l'ouverture annulaire (38),
    - un dispositif gonflable (50) agencé en regard de l'ouverture annulaire (38) à l'intérieur de la nacelle (24), et
    - des moyens de gonflage (52) configurés pour gonfler le dispositif gonflable (50) de sorte que ce dernier une fois gonflé forme un bourrelet continu ou segmenté s'étendant au travers de l'ouverture annulaire (38), autour de l'axe longitudinal (28).
  2. 2. Nacelle selon la revendication 1, dans laquelle l'ouverture annulaire (38) s'étend de manière continue autour de l'axe longitudinal (28) de la nacelle, et le dispositif gonflable (50) est formé d'une vessie annulaire.
  3. 3. Nacelle selon la revendication 1, dans laquelle l'ouverture annulaire (38) est formée d'une rangée annulaire d'orifices, et le dispositif gonflable (50) est formé d'une rangée annulaire de vessies respectivement agencées en regard des orifices.
  4. 4. Nacelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre des moyens de dégonflage (52) pour dégonfler le dispositif gonflable (50).
  5. 5. Turboréacteur à double flux (10) pour aéronef, comprenant une nacelle (24) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et une soufflante (12) ίο pourvue d'aubes à calage variable (29) aptes à adopter une configuration d'inversion de poussée.
  6. 6. Turboréacteur à double flux selon la revendication 5, comprenant en outre un carter intermédiaire (64) pourvu d'un bras structural (62) dans lequel est logé tout ou partie d'un dispositif de prélèvement d'air (60) présentant une entrée d'air (66) agencée de manière à prélever de l'air sous pression dans une partie du turboréacteur, et une sortie d'air (68) alimentant les moyens de gonflage (52) en air sous pression.
  7. 7. Procédé de passage d'un mode de propulsion à un mode d'inversion de poussée d'un turboréacteur à double flux (10) selon la revendication 5 ou 6, comprenant les étapes consistant à :
    - d'une part, déplacer les panneaux de carénage (40) depuis la première position jusqu'à la seconde position, puis gonfler le dispositif gonflable (50) de sorte que ce dernier forme un bourrelet continu ou segmenté s'étendant au travers de l'ouverture annulaire (38), autour de l'axe longitudinal (28), et
    - d'autre part, modifier le calage des aubes (29) de la soufflante (12) de sorte que la soufflante passe d'une configuration de propulsion à une configuration d'inversion de poussée.
  8. 8. Procédé de passage d'un mode d'inversion de poussée à un mode de propulsion d'un turboréacteur à double flux (10) selon la revendication 5 ou 6, comprenant les étapes consistant à :
    - dégonfler le dispositif gonflable (50), puis
    - déplacer les panneaux de carénage (40) depuis la seconde position jusqu'à la première position, et
    - modifier le calage des aubes (29) de la soufflante (12) de sorte que la soufflante passe d'une configuration d'inversion de poussée à une configuration de propulsion.
    S.60118
    34 12-
    I27 2\:· 1 /2 16 18 IM
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1565212A (en) * 1975-12-22 1980-04-16 British Hovercraft Corp Ltd Ductecd fan propulsors
EP0779429A2 (fr) * 1995-12-14 1997-06-18 United Technologies Corporation Tuyère à section variable pour turbosoufflante

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