FR3069527B1 - Structure primaire a conception amelioree pour mat d'accrochage de moteur d'aeronef - Google Patents

Abstract

Afin de diminuer la masse d'une structure primaire de mât d'accrochage de moteur d'aéronef, l'invention prévoit un caisson de mât (8a) de section transversale en forme générale de quadrilatère, réalisé à l'aide d'une pièce supérieure (50) et d'une pièce inférieure (52). Une première partie latérale supérieure (54a) et une première partie latérale inférieure (56a) sont reliées entre elles par un premier dispositif de fixation (60a), de même qu'une seconde partie latérale supérieure (54b) et une seconde partie latérale inférieure (56b) sont reliées entre elles par un second dispositif de fixation (60b). De plus, chacun des dispositifs (60a, 60b) est agencé au sein d'une zone centrale (Zc) du caisson de hauteur correspondant à la moitié de la hauteur totale du caisson, et centrée sur ce même caisson (8a) selon une direction de la hauteur (Z) de ce dernier.

Description

STRUCTURE PRIMAIRE A CONCEPTION AMELIOREE

POUR MAT D'ACCROCHAGE DE MOTEUR D'AERONEF

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des ensembles moteurs pour aéronef comprenant un moteur, ainsi qu'un mât d'accrochage du moteur sur une structure de l'aéronef.

Elle s'applique préférentiellement aux avions commerciaux, mais elle est également applicable à d'autres domaines comme celui des avions militaires.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Sur les aéronefs existants, les moteurs tels que les turboréacteurs à double flux et à double corps sont habituellement accrochés en dessous de la voilure par des dispositifs d'accrochage complexes, également appelés « EMS » (de l'anglais « Engine Mounting Structure »), ou encore mât d'accrochage. De tels mâts d'accrochage sont par exemple connus du document FR 3 014 840.

Les mâts d'accrochage habituellement employés présentent une structure primaire, également dénommée structure rigide. Cette structure primaire présente généralement au moins une partie en forme générale de caisson, c'est-à-dire qu'elle est constituée par l'assemblage de longerons inférieur et supérieur raccordés entre eux par une pluralité de nervures transversales de rigidification, situées à l'intérieur du caisson. Les longerons sont agencés en faces inférieure et supérieure, tandis que des panneaux latéraux ferment le caisson en faces latérales. Des cornières peuvent assurer la liaison mécanique entre ces éléments constitutifs du caisson, dont la section transversale adopte une forme générale de quadrilatère, habituellement carrée ou rectangulaire.

De façon connue, la structure primaire d'un mât d'accrochage est conçue pour permettre la transmission à la voilure des efforts statiques et dynamiques engendrés par les moteurs, tels que le poids, la poussée, ou encore les différents efforts dynamiques. De par la reprise d'efforts qu'elle opère, cette structure primaire est sollicitée en flexion et subit en fonctionnement des contraintes qui sont particulièrement importantes au niveau de ses extrémités haute et basse, et donc au niveau de ses quatre angles.

Cela nécessite localement un renforcement des panneaux et des longerons, ainsi que des moyens de fixation agencés au niveau de ces angles et mis en œuvre afin de solidariser l'ensemble des éléments de caisson les uns aux autres.

Ces renforcements sont bien évidemment coûteux en masse. Il subsiste par conséquent un besoin d'optimisation de la conception de la structure primaire du mât.

EXPOSE DE L'INVENTION

Pour répondre à ce besoin, l'invention a tout d'abord pour objet un mât d'accrochage de moteur d'aéronef comprenant une structure primaire formée à l'aide d'au moins un caisson de mât de section transversale en forme générale de quadrilatère, réalisé à l'aide de plusieurs pièces assemblées les unes aux autres par des dispositifs de fixation.

Selon l'invention, lesdites plusieurs pièces assemblées formant le caisson sont une pièce supérieure ainsi qu'une pièce inférieure, la pièce supérieure comprenant une première partie latérale supérieure ainsi qu'une seconde partie latérale supérieure opposée à la première, la pièce inférieure comprenant une première partie latérale inférieure ainsi qu'une seconde partie latérale inférieure opposée à la première.

En outre, la première partie latérale supérieure ainsi que la première partie latérale inférieure sont reliées entre elles par un premier dispositif de fixation de façon à former conjointement un premier panneau latéral de caisson, et la seconde partie latérale supérieure ainsi que la seconde partie latérale inférieure sont reliées entre elles par un second dispositif de fixation de façon à former conjointement un second panneau latéral de caisson.

Enfin, chacun desdits premier et second dispositifs de fixation est agencé au sein d'une zone centrale du caisson de hauteur correspondant à la moitié de la hauteur totale du caisson, et centrée sur ce même caisson selon une direction de la hauteur de ce dernier. L'invention est ainsi remarquable en ce qu'elle rompt avec la conception habituelle visant à assembler les éléments de caisson au niveau des angles. En effet, la fixation s'effectue à présent dans une zone centrale du caisson considérée selon la direction de la hauteur, c'est-à-dire au plus près d'une fibre neutre de ce caisson qui se comporte à la manière d'une poutre lorsqu'il sollicité en flexion durant le fonctionnement.

Les éléments de caisson ainsi que leurs dispositifs de fixation n'ont par conséquent plus besoin d'être renforcés, ce qui confère avantageusement un gain de masse. L'invention prévoit par ailleurs préférentiellement au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.

Chacun desdits premier et second dispositifs de fixation est agencé au sein d'une zone centrale du caisson de hauteur correspondant au tiers de la hauteur totale du caisson, et centrée sur ce même caisson selon la direction de la hauteur de ce dernier.

Les premier et second dispositifs de fixation sont choisis parmi les dispositifs suivants : - des boulons traversant des parties chevauchantes des pièces supérieure et inférieure ; - au moins une éclisse associée à des boulons.

Les pièces supérieure et inférieure sont métalliques, et/ou en matériau composite.

Au moins l'une des pièces supérieure et inférieure est en matériau composite comprenant des fibres, et lesdites fibres sont mises en forme au niveau d'au moins un angle de la pièce.

La pièce supérieure est réalisée en matériau composite et la pièce inférieure est métallique.

Chacune des pièces supérieure et inférieure est réalisée d'un seul tenant, ou à partir de plusieurs éléments fixés les uns aux autres, de préférence par soudage.

Chacune des pièces supérieure et inférieure présente en section transversale une forme générale de U. L'invention a également pour objet un ensemble moteur pour aéronef comprenant : - un moteur ; - un mât d'accrochage tel que décrit précédemment ; et - des moyens d'accrochage du moteur sur la structure primaire du mât d'accrochage.

Enfin, l'invention a pour objet un aéronef comprenant au moins un tel ensemble moteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - la figure 1 représente une vue de côté d'un aéronef comprenant des ensembles moteurs selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un ensemble moteur selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe prise le long de la ligne lll-lll de la figure 2, avec la structure primaire du mât d'accrochage se présentant sous la forme d'un premier mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3, avec la structure primaire du mât d'accrochage se présentant sous la forme d'un second mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 4a est une vue en coupe prise le long de la ligne IVa-IVa de la figure 4 ; et - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 3, avec la structure primaire du mât d'accrochage se présentant sous la forme d'un troisième mode de réalisation préféré de l'invention.

EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PREFERES

En référence à la figure 1, il est représenté un aéronef 200 comprenant un fuselage 3 sur lequel deux ailes 2 sont fixées (une seule visible sur la figure 1), chaque aile portant un ou plusieurs ensembles moteurs 5 selon l'invention. L'ensemble moteur 5, également dit ensemble propulsif, comporte un moteur 10 à double flux et à double corps, tel qu'un turboréacteur, un mât 4 d'accrochage du moteur 10, ainsi qu'une nacelle 11 entourant le moteur. De façon classique, l'ensemble moteur 5 est suspendu sous son aile 2. Néanmoins, l'invention couvre d'autres solutions dans lesquelles l'ensemble moteur est situé au-dessus de la voilure, ou porté par un autre élément structurel de l'aéronef comme une partie de son fuselage, un empennage vertical ou horizontal, une dérive, etc.

Dans toute la description qui va suivre, par convention, la direction X correspond à la direction longitudinale du mât 4 qui est également assimilable à la direction longitudinale du turboréacteur 10 et à celle de l'ensemble moteur 5, cette direction X étant parallèle à un axe longitudinal 9 de ce turboréacteur 10. D'autre part, la direction Y correspond à la direction orientée transversalement par rapport au dispositif 4 et également assimilable à la direction transversale du turboréacteur et à celle de l'ensemble moteur 5, et la direction Z correspond à la direction verticale ou de la hauteur, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre elles. D'autre part, 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 les turboréacteurs 10, cette direction étant représentée schématiquement par la flèche 13 sur la figure 2. En référence à cette figure, le turboréacteur 10 comporte une enveloppe externe structurale formée par différents carters. Il s'agit, de l'avant vers l'arrière, d'un carter de soufflante 20, d'un carter intermédiaire 22, d'un carter central 24 et d'un carter d'éjection de gaz 26. Le carter intermédiaire 22 comprend une virole extérieure 28 qui se situe dans le prolongement arrière du carter de soufflante, avec sensiblement le même diamètre. Cette virole 28 porte intérieurement des bras radiaux structuraux (non représentés, également dits OGV structuraux) qui sont raccordés, à leur extrémité interne, à un moyeu 32 du carter intermédiaire 22. L'ensemble moteur 5 comporte également le mât d'accrochage dont il est représenté la structure primaire 8, mais pas les structures secondaires destinées à être rapportées sur cette structure primaire 8. Ces structures secondaires sont conventionnelles et ne seront pas détaillées ci-après. Elles assurent la ségrégation et le maintien des systèmes tout en supportant des éléments de carénage aérodynamique.

La structure primaire 8 est spécifique à la présente invention et elle sera détaillée ci-après. Elle comprend au moins une partie en forme de caisson, correspondant ici à l'intégralité de la structure 8 à l'exception de sa partie arrière 8b en forme de pyramide.

Le caisson 8a est globalement formé par des longerons supérieur 36 et inférieur 38, et deux panneaux latéraux 40a, 40b. Ces éléments de caisson 36, 38, 40a, 40b sont regroupés au sein de plusieurs pièces, comme cela sera détaillé en référence aux figures suivantes. Ils sont raccordés entre eux tout d'abord par l'intermédiaire de nervures intérieures transversales de rigidification 42, qui sont habituellement orientées selon des plans parallèles YZ. Ces nervures sont réparties dans le caisson, le long de la direction X. Ces éléments de caisson 36, 38, 40a, 40b sont également solidarisés les uns aux autres à l'aide de dispositifs de fixation qui seront décrits ultérieurement.

Le caisson 8a est fixé à l'aile 2 par des moyens conventionnels 18 situés sous la partie arrière 8b de la structure primaire 8. Ces moyens 18 ne seront pas davantage décrits.

De plus, le moteur 10 est accroché sous l'aile au caisson 8a par des moyens d'accrochage 7 préférentiellement constitués d'une attache moteur avant 7c, d'une attache moteur arrière 7a et d'un dispositif de reprise des efforts de poussée formé par deux bielles latérales 7b de reprise des efforts de poussée. L'attache moteur arrière 7a relie le carter d'éjection 26 au longeron inférieur 38 du caisson. L'attache moteur avant 7c relie quant à elle l'extrémité avant du caisson au carter de soufflante 20, ou au carter intermédiaire 22 situé dans son prolongement arrière. Dans cette dernière solution, l'attache moteur avant 7c est raccordée plus préférentiellement à la virole extérieure 28 de ce carter intermédiaire 22. De préférence, les moyens d'accrochage 7 forment un système isostatique de reprise d'efforts.

Un premier mode de réalisation préféré de la structure primaire 8 va à présent être décrit en référence à la figure 3, correspondant à une vue en coupe transversale du caisson 8a. A cet égard, il est précisé que cette vue est applicable quel que soit le plan de coupe transversal dans le caisson 8a. En effet, la section présente une forme générale toujours semblable à celle de la figure 3, c'est-à-dire celle d'un quadrilatère, et plus précisément celle d'un carré ou d'un rectangle.

Le caisson 8a est réalisé à l'aide de deux pièces, à savoir une pièce supérieure 50 et une pièce inférieure 52. Ces deux pièces présentent chacune une section transversale en forme générale de U, avec les deux U ouverts l'un vers l'autre afin d'aboutir à la structure creuse de forme générale carrée ou rectangulaire. Ces deux pièces 50, 52 s'étendent préférentiellement chacune selon la direction X sur toute la longueur du caisson 8a. Alternativement, chacune de ces pièces 50, 52 pet être réalisée à l'aide de plusieurs tronçons longitudinaux rapportés les uns sur le autres, et se succédant selon la direction X.

La pièce supérieure 50 définit le longeron supérieur 36 à l'aide de la base du U, ce longeron étant situé du côté de la structure de l'aéronef portant l'ensemble moteur. Les deux branches du U forment respectivement une première partie latérale supérieure 54a, ainsi qu'une seconde partie latérale supérieure 54b opposée à la première. La base et les deux branches du U sont réalisées soit d'un seul tenant, soit par plusieurs éléments rapportés fixement les uns aux autres. De préférence, la pièce supérieure 50 étant la moins exposée à la chaleur du moteur, elle peut être réalisée d'un seul tenant en matériau composite, de préférence à matrice organique. Par exemple, il peut s'agir d'un matériau composite du type comprenant des fibres de verre et/ou de carbone et une matrice thermodurcissable ou thermoplastique. Dans ce cas de figure, les fibres utilisées sont mises en forme au niveau des deux angles supérieurs 55 avant la cuisson de la pièce 50, afin de ne pas fragiliser la tenue mécanique au niveau de ces angles. Cette mise en forme s'apparente ici à un pliage approprié des fibres au niveau de l'angle de la pièce. Il est par ailleurs noté que la mise en forme n'est pas nécessairement réalisée avant la cuisson. En effet, pour un composite thermodurcissable, la mise en forme peut être réalisée avant ou lors de la cuisson. Pour un composite thermoplastique, la mise en forme est réalisée par formage à chaud.

Alternativement, la pièce 50 pourrait être réalisée dans un matériau métallique comme du titane. Dans cette hypothèse, les trois éléments peuvent également être réalisés d'un seul tenant, par exemple par forgeage, ou bien réalisés à l'aide d'éléments fixés de manière non-démontable les uns aux autres, au niveau des angles 55. Ces éléments sont alors préférentiellement solidarisés entre eux par soudage.

La pièce inférieure 52 définit quant à elle le longeron inférieur 38 à l'aide de la base du U, ce longeron étant situé du côté moteur. Les deux branches du U forment respectivement une première partie latérale inférieure 56a, ainsi qu'une seconde partie latérale inférieure 56b opposée à la première. La base et les deux branches du U sont réalisées soit d'un seul tenant, soit par plusieurs éléments rapportés fixement les uns aux autres. De préférence, la pièce inférieure 52 étant la plus exposée à la chaleur du moteur, elle peut être réalisée d'un seul tenant en matériau métallique, par exemple du titane. Alternativement, il peut s'agir d'un matériau composite. Comme pour la pièce supérieure 50, la réalisation de la pièce inférieure 52 d'effectue d'un seul tenant, ou bien à l'aide de plusieurs éléments rapportés les uns sur les autres, de préférence au niveau des angles inférieurs 57.

Dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention, la première partie latérale supérieure 54a ainsi que la première partie latérale inférieure 56a se chevauchent selon la direction Y, au niveau de leurs extrémités libres. Ces parties chevauchantes sont reliées entre elles par un premier dispositif de fixation 60a, de préférence du type démontable, qui est ici formé par des boulons 62 ou éléments similaires orientés selon la direction Y. Ces deux parties assemblées 54a, 56a forment conjointement le premier panneau latéral 40a du caisson. De façon analogue, la seconde partie latérale supérieure 54b ainsi que la seconde partie latérale inférieure 56b se chevauchent selon la direction Y, au niveau de leurs extrémités libres. Ces parties chevauchantes sont reliées entre elles par un second dispositif de fixation 60b, de préférence du type démontable, également formé par des boulons 62 ou éléments similaires orientés selon la direction Y. Ces deux parties assemblées 54b, 56b forment conjointement le second panneau latéral 40b du caisson. L'une des particularités de l'invention réside dans le fait que les deux dispositifs de fixation démontables 60a, 60b sont agencés au sein d'une zone centrale Zc du caisson, cette zone Zc présentant une hauteur H/2 correspondant à la moitié de la hauteur totale H de ce caisson 8a. De plus, cette zone centrale Zc se trouve centrée sur le caisson 8a, dans la direction Z correspondant également à la direction de la hauteur du caisson. Plus préférentiellement, les dispositifs de fixation démontables 60a, 60b sont agencés de manière encore plus centrée en étant situés au sein d'une zone centrale Zc' de hauteur H/3 correspondant au tiers de la hauteur totale H de ce caisson 8a, et également centrée sur ce dernier selon la direction Z. Les dispositifs 60a, 60b se trouvent ainsi proches d'un plan médian de caisson PI selon la direction de la hauteur Z, c'est-à-dire au plus près d'une fibre neutre de ce caisson 8a qui se comporte comme une poutre lorsqu'il sollicité en flexion selon la direction Y. Les dispositifs 60a, 60b se trouvent ainsi au niveau d'une partie du caisson 8a subissant un faible niveau de contraintes, de sorte que les boulons 62 peuvent conserver un dimensionnement raisonnable, de faible masse.

Il est noté que les dispositifs de fixation démontables 60a, 60b sont préférentiellement traversés par le plan médian PI, par exemple en prévoyant une rangée de boulons 62 de part et d'autre de ce dernier, comme cela a été représenté schématiquement sur la figure 3. Cependant, en fonction des contraintes thermiques rencontrées, ainsi que des besoins en termes d'accès à l'intérieur du caisson pour le contrôle et la manutention, ces dispositifs 60a, 60b peuvent être légèrement excentrés, en s'inscrivant néanmoins toujours dans la zone Zc ou dans la zone Zc'. D'ailleurs, il est noté que si ces deux dispositifs de fixation démontables 60a, 60b sont préférentiellement au même niveau selon la direction Z, un décalage selon cette même direction pouvant néanmoins être adopté entre les deux dispositifs, sans sortir du cadre de l'invention.

Selon un second mode de réalisation montré sur les figures 4 et 4a, le second dispositif de fixation démontable 60b est toujours réalisé à l'aide de boulons 62. Cependant, au lieu de traverser deux parties chevauchantes, l'extrémité libre de l'une des deux secondes parties 54b, 56b présente deux flancs verticaux 64 entre lesquels est insérée l'extrémité libre de l'autre des deux secondes parties 54b, 56b. Il s'agit alors d'un montage assimilable à celui d'une fixation tenon/mortaise.

Enfin, le troisième mode de réalisation préféré représenté sur la figure 5 montre des dispositifs de fixation démontables 60a, 60b mettant en œuvre une ou deux éclisses 66, qui sont traversées par des boulons 62. Ces éclisses 66 sont plaquées contre les extrémités libres des parties 54a, 54b, 56a, 56b, qui n'ont plus besoin de se chevaucher selon la direction Y, mais qui se trouvent en regard deux à deux selon la direction Z.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. En particulier, les différents modes de réalisation présentés ci-dessus sont combinables.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Mât d'accrochage (4) de moteur (10) d'aéronef comprenant une structure primaire (8) formée à l'aide d'au moins un caisson de mât (8a) de section transversale en forme générale de quadrilatère, réalisé à l'aide de plusieurs pièces assemblées les unes aux autres par des dispositifs de fixation, caractérisé en ce que lesdites plusieurs pièces assemblées formant le caisson (8a) sont une pièce supérieure (50) ainsi qu'une pièce inférieure (52), la pièce supérieure comprenant une première partie latérale supérieure (54a) ainsi qu'une seconde partie latérale supérieure (54b) opposée à la première, la pièce inférieure (52) comprenant une première partie latérale inférieure (56a) ainsi qu'une seconde partie latérale inférieure (56b) opposée à la première, en ce que la première partie latérale supérieure (54a) ainsi que la première partie latérale inférieure (56a) sont reliées entre elles par un premier dispositif de fixation (60a) de façon à former conjointement un premier panneau latéral de caisson (40a), et la seconde partie latérale supérieure (54b) ainsi que la seconde partie latérale inférieure (56b) sont reliées entre elles par un second dispositif de fixation (60b) de façon à former conjointement un second panneau latéral de caisson (40b), et en ce que chacun desdits premier et second dispositifs de fixation (60a, 60b) est agencé au sein d'une zone centrale (Zc) du caisson de hauteur correspondant à la moitié de la hauteur totale du caisson, et centrée sur ce même caisson (8a) selon une direction de la hauteur (Z) de ce dernier.
2. 2. Mât d'accrochage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits premier et second dispositifs de fixation (60a, 60b) est agencé au sein d'une zone centrale (Zc') du caisson de hauteur correspondant au tiers de la hauteur totale du caisson, et centrée sur ce même caisson (8a) selon la direction de la hauteur de ce dernier.
3. 3. Mât d'accrochage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second dispositifs de fixation (60a, 60b) sont choisis parmi les dispositifs suivants : - des boulons (62) traversant des parties chevauchantes des pièces supérieure et inférieure (50, 52) ; - au moins une éclisse (66) associée à des boulons (62).
4. 4. Mât d'accrochage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pièces supérieure et inférieure (50, 52) sont métalliques, et/ou en matériau composite.
5. 5. Mât d'accrochage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins l'une des pièces supérieure et inférieure (50, 52) est en matériau composite comprenant des fibres, et en ce que lesdites fibres sont mises en forme au niveau d'au moins un angle (55, 57) de la pièce.
6. 6. Mât d'accrochage selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce supérieure (50) est réalisée en matériau composite et en ce que la pièce inférieure (52) est métallique.
7. 7. Mât d'accrochage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des pièces supérieure et inférieure (50, 52) est réalisée d'un seul tenant, ou à partir de plusieurs éléments fixés les uns aux autres, de préférence par soudage.
8. 8. Mât d'accrochage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des pièces supérieure et inférieure (50, 52) présente en section transversale une forme générale de U.
9. 9. Ensemble moteur (5) pour aéronef comprenant : - un moteur (10) ; - un mât d'accrochage (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes ; et - des moyens d'accrochage (7) du moteur sur la structure primaire (8) du mât d'accrochage.
10. 10. Aéronef (200) comprenant au moins un ensemble moteur (5) selon la revendication précédente.