FR3107568A1

FR3107568A1 - Cadre avant et grille de deviation d’un inverseur de poussee d’une nacelle d’aeronef

Info

Publication number: FR3107568A1
Application number: FR2001902A
Authority: FR
Inventors: Xavier Cazuc; Jean-François PEYRON Vincent; Jean-Philippe Joret; Laurent Marie PASCAL Sébastien
Original assignee: Safran Nacelles SAS
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: EP4111045A1; FR3107568B1; US20230088298A1; CN115176080A; WO2021170934A1

Abstract

L’invention concerne un ensemble (601) qui comprend un cadre avant (602) d’une structure d’inverseur de poussée d’une nacelle d’aéronef et au moins une grille de déviation (603). L’ensemble est caractérisé en ce que, lorsque la grille de déviation est fixée sur le cadre, la distance axiale (L) qui sépare le premier aubage amont (605) de la grille de déviation et une zone de recouvrement (606) entre l’extension de grille et le cadre avant est supérieure ou égale à une fois la hauteur moyenne (h) de la grille de déviation. Figure pour l'abrégé : Figure 6

Description

CADRE AVANT ET GRILLE DE DEVIATION D’UN INVERSEUR DE POUSSEE D’UNE NACELLE D’AERONEF

Domaine technique de l'invention

L’invention est relative au domaine des nacelles de turboréacteur d’aéronef. En particulier aux systèmes d’inversion de poussée qui équipent ces nacelles et plus spécifiquement à un ensemble comprenant un cadre avant et une pluralité de grilles de déviation pour un tel système d’inversion de poussée.

Arrière-plan technique

Les systèmes d’inversion de poussée ou inverseurs de poussée sont aujourd’hui largement répandus dans les nacelles d’aéronef et, en particulier, dans les nacelles qui abritent un turboréacteur à double flux. De manière connue, un tel turboréacteur génère, par l'intermédiaire des pâles d’une soufflante en rotation, un flux d'air chaud (appelé flux primaire) issu d’une chambre de combustion, et un flux d'air froid (appelé flux secondaire) qui circule à l'extérieur du turboréacteur à travers un canal annulaire, formé entre un carénage du turboréacteur et une paroi interne de la nacelle. Les deux flux d'air sont ensuite éjectés hors du turboréacteur par l'arrière de la nacelle et génèrent ainsi une poussée.

Dans une telle configuration, le rôle d'un inverseur de poussée est, lors d’une phase d'atterrissage de l’aéronef, d'améliorer sa capacité de freinage au sol en redirigeant vers l'avant au moins une partie de la poussée générée par le turboréacteur. En particulier, lorsque l’inverseur de poussée est en action, il obstrue le canal annulaire du flux d'air froid (i.e. le flux secondaire) et dirige ce flux vers l'avant de la nacelle, générant de ce fait une contre-poussée.

Les moyens mis en œuvre 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 de poussée comprend des capots mobiles déplaçables entre, d'une part, une position déployée (aussi appelée position d’inversion de poussée) dans laquelle ils ouvrent dans la nacelle un passage destiné au flux dévié, et d'autre part, une position d'escamotage (aussi appelée position de jet direct) dans laquelle ils ferment ce passage. Les capots peuvent ainsi remplir une fonction d'activation d'autres moyens de déviation tels que des volets. Dans ce cas, les volets, actionnés par le déplacement du capot mobile, viennent obstruer, au moins en partie, le canal dans lequel circule le flux secondaire.

En outre, dans le cas d'un inverseur de poussée dit à grilles de déviation, la réorientation du flux d'air est ensuite effectuée par des grilles de déviation.

La figure 1 illustre schématiquement une partie d’une nacelle d’aéronef 101 qui comprend un inverseur de poussée 111 selon l’art antérieur en position d’inversion de poussée. La circulation du flux d’air est symbolisée par la flèche 109 et les termes amont et aval sont utilisés dans la suite en référence à ce sens de circulation du flux.

L’inverseur 101 comporte au moins un capot mobile 102 par rapport à la structure fixe 103 du conduit interne, appelé IFS pour «Inner Fixed Structure». Le capot 102 présente une paroi externe 104 et une paroi interne 105 qui délimitent, dans une position de jet direct du turboréacteur (non-représentée), une paroi externe du canal annulaire 106 dans lequel s'écoule le flux secondaire. L'inverseur comporte en outre au moins un volet 107 monté de manière articulée sur le capot mobile 102. Au moins un actionneur, comme par exemple un vérin (non-représenté) fait coulisser le capot mobile 102 et entraîne l’obturation du canal annulaire 106 par le (ou les) volet 107. Ce volet 107 dévie au moins une partie du flux secondaire hors dudit canal annulaire 106 vers des grilles de déviation 110, générant ainsi la contre-poussée.

La réorientation du flux secondaire peut ainsi être réalisée par les grilles de déviation 110 selon qu’elles sont couvertes ou découvertes par translation du capot mobile selon l’axe X autour duquel s’étend la nacelle. Les grilles de déviation 110 sont en outre disposées de manière adjacente les unes par rapport aux autres, dans une zone annulaire entourant le canal annulaire 106 et comportent des séries d’aubages 115 qui s’étendent d’amont en aval.

La zone 112 correspond à la zone de jonction entre une structure fixe appelée cadre avant 113, une grille de déviation 110 et un bord de déviation 114 de l’inverseur de poussée 111. Cette zone de jonction est illustrée plus en détail à la figure 2.

Dans l’état de la technique connu, les grilles de déviation 110 sont rattachées au carter du turboréacteur par l’intermédiaire d’un cadre avant 113. Un élément appelé bord de déviation 114, lui aussi fixé au cadre avant, permet de former une ligne aérodynamique et d’orienter le flux d’air vers les grilles de déviation 110 comme l’illustre la flèche 201.

Dans l’exemple représenté, la portion la plus aval 203 du cadre avant 113 est utilisée pour permettre la fixation à la fois des grilles de déviation 110 et du bord de déviation 114. En outre, le bord de déviation 114 comporte une courbure 205 qui forme une cavité 204 dans laquelle sont logés des moyens de fixation (non représentés). Les grilles de déviation, le cadre avant et le bord de déviation sont ainsi fixés ensemble par des moyens de fixation communs situés au niveau de cette cavité et à proximité des premiers aubages amont 202 des grilles de déviation en amont desdits aubages.

Ainsi, comme l’illustre la figure 2, dans l’état de la technique connu, la fixation des différents éléments qui constituent un inverseur de poussée repose notamment sur l’existence d’une sur-longueur axiale du cadre avant par rapport à la longueur 206. L’expression «sur-longueur» est utilisée ici par comparaison avec une longueur inférieur ou égale à une valeur seuil 206 qui permettrait notamment de simplifier le processus de fabrication du cadre avant en rendant ses dimensions compatibles avec une fabrication par usinage simple d’un bloc de matériau unique. En d’autres termes, la sur-longueur impose une fabrication plus complexe et plus coûteuse du cadre avant.

La présente invention propose une solution permettant de limiter les dimensions du cadre avant sur lequel se fixe les grilles de déviation de manière à rendre possible la fabrication dudit cadre avant par une méthode de fabrication simple et économique. En outre, l’invention permet de conserver des performances aérodynamiques de l’inverseur de poussée au moins équivalente à celles d’un inverseur de l’état de la technique.

À cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un ensemble comprenant un cadre avant d’une structure d’inverseur de poussée d’une nacelle d’aéronef et au moins une grille de déviation, ledit ensemble étant annulaire et s’étendant autour d’un axe, ladite grille de déviation comprenant, en amont, une extension de grille, s’étendant radialement et/ou axialement relativement à l’axe de l’ensemble, destinée à permettre la fixation de ladite grille sur ledit cadre avant, ledit ensemble étant caractérisé en ce que, lorsque la grille de déviation est fixée sur le cadre, la distance axiale séparant un premier aubage amont de ladite grille de déviation et une zone de recouvrement entre l’extension de grille et le cadre avant est supérieure ou égale à une fois une hauteur moyenne de la grille de déviation.

L’ensemble selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres:

- l’ensemble comprend en outre un bord de déviation fixé au cadre avant et configuré pour orienter un flux de gaz vers la grille de déviation.

- le bord de déviation comporte une courbure adaptée pour qu’une extrémité dudit bord de déviation se superpose avec le cadre avant lorsque le bord de déviation est fixé audit cadre avant.

- la grille de déviation est fixée au cadre avant, par des moyens de fixation, situés dans la zone de recouvrement entre l’extension de grille et le cadre avant.

- la grille de déviation est fixée au bord de déviation par des premiers moyens de fixation et ledit bord de déviation est fixé, au niveau de son extrémité la plus proche de la grille de déviation, au cadre avant par des seconds moyens de fixation différents des premiers moyens de fixation.

- la grille de déviation, le bord de déviation et le cadre avant sont fixés les uns aux autres par des moyens de fixation communs situés dans la zone de recouvrement entre l’extension de grille et le cadre avant.

- le cadre avant comprend en outre une cornière, adaptée pour permettre la fixation du bord de déviation et de la grille de déviation au cadre avant.

- la cornière est fixée au bord de déviation par des premiers moyens de fixation et dans lequel la grille de déviation est fixée sur le cadre avant par des seconds moyens de fixation.

- la cornière est fixée au bord de déviation par des premiers moyens de fixation et dans lequel la grille de déviation est fixée sur ladite cornière par des seconds moyens de fixation.

- les moyens de fixation utilisés pour fixer la grille de déviation et/ou le bord de déviation et/ou la cornière au cadre avant sont du type têtes fraisées et cages écrous ou vis et cages écrous.

Brève description des figures

La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels:

la figure 1 est une vue schématique, en coupe longitudinale, d’un inverseur de poussée selon l’art antérieur en position d’inversion de poussée ;

la figure 2 est une vue schématique, en coupe longitudinale, de la zone de jonction entre un cadre avant, une grille de déviation et un bord de déviation d’un inverseur de poussée selon l’art antérieur ;

la figure 3 est une vue schématique, en coupe longitudinale, de la zone de jonction entre un cadre avant, une grille de déviation et un bord de déviation d’un inverseur de poussée selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

la figure 4 est une vue schématique, en coupe longitudinale, illustrant des moyens de fixation d’une grille de déviation et/ou d’un bord de déviation à un cadre avant d’un inverseur de poussée selon des modes de réalisation de l’invention ;

la figure 5 est une vue en perspective, illustrant schématiquement la fabrication par usinage, à partir d’une plaque unique d’un matériau déterminé, d’un cadre avant selon l’invention ;

la figure 6 est une vue schématique, en coupe longitudinale, de la zone de jonction entre un cadre avant, une grille de déviation et un bord de déviation d’un inverseur de poussée selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

la figure 7 est une vue schématique, en coupe longitudinale, de la zone de jonction entre un cadre avant, une grille de déviation et un bord de déviation d’un inverseur de poussée selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;

la figure 8 est une vue schématique, en coupe longitudinale, de la zone de jonction entre un cadre avant, une grille de déviation et un bord de déviation d’un inverseur de poussée selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;et,

la figure 9 est une vue schématique, en coupe longitudinale, de la zone de jonction entre un cadre avant, une grille de déviation et un bord de déviation d’un inverseur de poussée selon un cinquième mode de réalisation de l’invention.

Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différents modes de réalisation ont les mêmes références dans les figures.

Description détaillée de l'invention

En référence à la figure 3 nous allons maintenant décrire un premier mode de réalisation de l’invention. L’ensemble selon l’invention peut être intégré à tout type de nacelle d’aéronef comprenant un inverseur de poussée comme, par exemple, celle décrite plus haut en référence à la figure 1.

L’ensemble 601 comprend un cadre avant 602 d’une structure d’inverseur de poussée d’une nacelle d’aéronef et au moins une grille de déviation 603. L’ensemble 601 est annulaire et s’étend autour de l’axe X. Les termes axiaux et radiaux utilisés dans la suite s’entendent donc relativement à cet axe. L’homme du métier appréciera qu’un tel ensemble annulaire peut, dans des modes de réalisation particuliers, comprendre des grilles de déviation qui ne sont pas disposées sur un secteur angulaire continu de 360 degrés. Par exemple, des espaces peuvent être ménagés entre deux grilles de déviation adjacentes ou certains secteurs angulaires peuvent ne pas comporter de grilles.

La grille de déviation 603 comprend, en amont, dans le sens d’écoulement des gaz, une extension de grille 604. L’extension de grille 604 correspond à une portion allongée de la grille de déviation 603 qui s’étend axialement. Cette extension est destinée à permettre la fixation de la grille sur le cadre avant. En outre, l’extension permet de ne pas modifier la position du premier aubage amont 605, dans la veine dans laquelle circule le flux (en position d’inversion de poussée), par rapport à un ensemble dans lequel le cadre avant s’étendrait plus en aval axialement. Dit autrement, l’extension amont de la grille compense le raccourcissement du cadre avant par rapport à un cadre avant de l’état de la technique.

Plus précisément, comme il apparait plus clairement, à la figure 6, dans tous les modes de réalisation de l’invention, lorsque la grille de déviation 603 est fixée sur le cadre avant, la distance axiale L qui sépare le premier aubage amont 605 de la grille de déviation et une zone de recouvrement 606 entre l’extension de grille et le cadre avant est supérieure ou égale à une fois une hauteur moyenne h de la grille de déviation. En particulier, la distance axiale L est délimitée, d’une part, en amont, par la station axiale la plus aval du cadre avant et, d’autre part, en aval par la station axiale la plus amont d’un pied d’un premier canal de la grille de déviation. La hauteur moyenne h est quant à elle définie comme étant la moyenne, sur la surface entière de la grille, de la distance radiale (illustrée par la flèche à la figure 6) entre la face inférieure 603a et la face supérieure 603b de la grille. En outre, la hauteur h de la grille peut varier sur la surface de la grille et la moyenne peut être mesurée dans une direction axiale et/ou circonférentielle de la grille.

L’expression «zone de recouvrement» désigne la zone dans laquelle les éléments concernés – en l’espèce l’extension de grille et le cadre avant – se superposent soit directement soit par l’intermédiaire d’un troisième élément.

L’homme du métier appréciera que, dans les figures 3, 6, 7, 8 et 9 représentant différents modes de réalisation de l’ensemble selon l’invention, les moyens de fixation des différents éléments de l’ensemble ne sont pas représentés mais leur position est représentée symboliquement par des traits pleins traversant les éléments fixés les uns aux autres.

En outre, la figure 4 présente, des exemples non-limitatifs de moyens de fixation utilisés pour fixer une grille de déviation et/ou un bord de déviation et/ou une cornière (telle qu’elle sera décrite plus loin) au cadre avant. Dans la figure, les moyens de fixation 401 représentés sur la partie gauche de la figure sont du type têtes fraisées et cages écrous alors que les moyens de fixation 402 représentés sur la partie droite de la figure sont du type vis et cages écrous 402. Avantageusement, les derniers permettent de transmettre au cadre avant les efforts subis par le bord de déviation.

Dans l’exemple correspondant au mode de réalisation décrit en référence à la figure 3, la zone de recouvrement est la zone où l’extension de grille 604 présente une interface avec une portion 609 d’un bord de déviation 607 qui lui-même présente une interface avec une portion 610 du cadre avant.

En effet, dans des modes de réalisation particulier de l’ensemble, celui-ci comprend en outre un bord de déviation qui est fixé au cadre avant et configuré pour orienter le flux de gaz vers la grille de déviation. Dans l’exemple représenté à la figure 3, en position d’inversion de poussée, le flux suit la trajectoire symbolisée par la flèche 611.

En outre, le bord de déviation 607 comprend, dans sa portion qui s’étend axialement en aval du cadre avant, une courbure 608 (aussi appelée retour) qui est adaptée pour que l’extrémité (la portion) 609 du bord de déviation se superpose avec la portion 610 du cadre avant. Avantageusement, la portion du bord de déviation qui s’étend axialement en aval du cadre avant contribue à une amélioration de la continuité aérodynamique de l’ensemble du point de vue du flux qui y circule.

Finalement, l’extension de grille permet de fixer la grille sur un cadre avant plus court qu’un cadre avant de l’état de la technique. Par conséquent, comme l’illustre la figure 5, un secteur angulaire de cadre avant (destiné à être assemblé avec d’autres secteurs pour former un cadre complet) peut être, par exemple, fabriqué en une seule pièce usinée à partir d’un bloc (d’une plaque) unique d’un matériau déterminé. Par exemple, de l’aluminium 7040. En particulier, il n’est plus nécessaire d’assembler deux éléments distincts dans la direction axiale pour fabriquer ce secteur angulaire de cadre avant

Dans l’exemple représenté à la figure 3, la grille de déviation, le bord de déviation et le cadre avant sont fixés ensemble par des moyens de fixation communs situés dans la zone de recouvrement entre l’extension de grille et le cadre avant. Les figures 6, 7, 8 et 9 présentent des variantes dans lesquelles la fixation des différents éléments les uns aux autres se fait différemment. Les figures 6 et 7 représentent des modes de réalisation de l’ensemble comprenant un cadre avant, une grille de déviation et un bord de déviation dans lequel la grille de déviation est directement fixée au cadre avant, par des premiers moyens de fixation situés dans la zone de recouvrement entre l’extension de grille et le cadre avant et le bord de déviation est fixé au cadre avant, au niveau de son extrémité la plus proche de la grille de déviation, par des seconds moyens de fixation différents des premiers moyens de fixation.

En outre, dans le mode de réalisation de la figure 6, l’extension de grille s’étend axialement en amont de la grille tandis que dans le mode de réalisation représenté à la figure 7, l’extension de grille s’étend radialement et, par conséquent, la portion du cadre avant sur laquelle elle se fixe aussi. L’homme du métier saura ajuster ces agencements particuliers à des contraintes de fabrication, de robustesse et/ou d’encombrement déterminées.

Il est à noter que, dans les différents modes de réalisation de l’ensemble, la courbure 608 du bord de déviation 607 peut être plus ou moins grande de sorte que l’extrémité 609 dudit bord de déviation forme un retour vers l’amont ou s’étende radialement dans sa portion destinée à être fixée sur le cadre avant. En outre, dans le mode de réalisation décrit en référence à la figure 3, la courbure 608 permet que l’extrémité 609 soit d’extension axiale pour s’étendre vers l’amont et interagir avec l’extension de grilles et le cadre avant pour fixer ces trois éléments ensemble. En revanche, dans les modes de réalisations décrits en référence aux figures 6, 7, 8 et 9, la courbure 608 implique que l’extrémité 609 du bord de déviation est d’extension radiale pour permettre une fixation sur une extension radiale intérieure du cadre avant (i.e. dans les figures 6 et 7), ou d’un élément rapporté (i.e. dans les figures 8 et 9). Là encore, l’homme du métier saura ajuster la forme du bord de déviation et la forme de la portion du cadre avant en vis-à-vis en réponse à des contraintes, par exemple, de fabrication et/ou d’aérodynamisme spécifiques.

Dans les modes de réalisation présentés en référence aux figures 8 et 9, le cadre avant comprend en outre une cornière qui est adaptée pour permettre la fixation du bord de déviation et de la grille de déviation au cadre avant. Cette cornière peut elle-même être fixée au reste du cadre avant par des moyens de fixation communs avec ceux utilisés pour fixer la grille de déviation ou différentes de ceux-ci.

Dans l’exemple représenté à la figure 8, la cornière 801 est fixée au bord de déviation par des premiers moyens de fixation et la grille de déviation est fixée sur le cadre avant par des seconds moyens de fixation. Ainsi, dans ce cas particulier, la fixation de la grille de déviation sur le cadre avant est réalisée au niveau de la zone de recouvrement 606 entre l’extension de grille 604, la partie 602 et la cornière 801 du cadre avant.

Dans l’exemple représenté à la figure 9, la cornière 901 est fixée au bord de déviation par des premiers moyens de fixation et la grille de déviation 603 est fixée sur la cornière 901 par des seconds moyens de fixation. En d’autres termes, la grille de déviation 603 n’est pas directement fixée à la partie 602 du cadre avant mais est fixée sur celui-ci, par l’intermédiaire de la cornière 901. Ainsi, dans ce cas particulier, la fixation de la grille de déviation sur le cadre avant est réalisée au niveau de la zone de recouvrement 606 entre l’extension de grille 604 et la cornière 901 du cadre avant.

Avantageusement, l’utilisation d’une telle cornière peut permettre, d’une part, la réduction de la dimension axiale du cadre avant, et par conséquent, sa fabrication simplifiée par usinage d’un bloc unique de matériau et, d’autre part, l’utilisation de grilles de déviation ne nécessitant pas de modification par rapport à celles de l’état de la technique.

Claims

Ensemble (601) comprenant un cadre avant (602) d’une structure d’inverseur de poussée d’une nacelle d’aéronef et au moins une grille de déviation (603), ledit ensemble étant annulaire et s’étendant autour d’un axe (X), ladite grille de déviation comprenant, en amont, une extension de grille (604), s’étendant radialement et/ou axialement relativement à l’axe (X) de l’ensemble, destinée à permettre la fixation de ladite grille sur ledit cadre avant, ledit ensemble étant caractérisé en ce que, lorsque la grille de déviation est fixée sur le cadre, la distance axiale (L) séparant un premier aubage amont (605) de ladite grille de déviation et une zone de recouvrement (606) entre l’extension de grille et le cadre avant est supérieure ou égale à une fois une hauteur moyenne (h) de la grille de déviation.
Ensemble selon la revendication 1, comprenant en outre un bord de déviation (607) fixé au cadre avant et configuré pour orienter un flux de gaz vers la grille de déviation.
Ensemble (601) selon la revendication 2, dans lequel le bord de déviation (607) comporte une courbure (608) adaptée pour qu’une extrémité (609) dudit bord de déviation se superpose avec le cadre avant (602) lorsque le bord de déviation est fixé audit cadre avant.
Ensemble (601) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la grille de déviation (603) est fixée au cadre avant (602), par des moyens de fixation (401, 402), situés dans la zone de recouvrement (606) entre l’extension de grille et le cadre avant.
Ensemble (601) selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel la grille de déviation (603) est fixée au bord de déviation (607) par des premiers moyens de fixation et ledit bord de déviation est fixé, au niveau de son extrémité la plus proche de la grille de déviation, au cadre avant par des seconds moyens de fixation différents des premiers moyens de fixation.
Ensemble (601) selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel la grille de déviation (603), le bord de déviation (607) et le cadre avant (602) sont fixés les uns aux autres par des moyens de fixation communs situés dans la zone de recouvrement entre l’extension de grille et le cadre avant.
Ensemble (601) selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel le cadre avant comprend en outre une cornière (801, 901), adaptée pour permettre la fixation du bord de déviation (607) et de la grille de déviation (603) au cadre avant (602) et, lorsque la grille de déviation (603) est fixée sur le cadre (602), la distance axiale (L) séparant un premier aubage amont (605) de ladite grille de déviation et une zone de recouvrement (606) entre l’extension de grille et ladite cornière est supérieure ou égale à une fois une hauteur moyenne (h) de la grille de déviation.
Ensemble (601) selon la revendication 7, dans lequel la cornière (801) est fixée au bord de déviation (607) par des premiers moyens de fixation et dans lequel la grille de déviation (603) est fixée sur le cadre avant (602) par des seconds moyens de fixation.
Ensemble (601) selon la revendication 7, dans lequel la cornière (901) est fixée au bord de déviation (607) par des premiers moyens de fixation et dans lequel la grille de déviation (603) est fixée sur ladite cornière (901) par des seconds moyens de fixation.
Inverseur de poussée d’une nacelle d’aéronef comprenant un ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.