WO2011138571A1 - Ensemble pour système propulsif d'aéronef - Google Patents
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Definitions
- the present invention avoids the appearance of delamination between the first ferrule and the connecting flange, insofar as at this particular distance, it avoids stressing the connection between the ferrule and the corresponding flange connection.
- FIG. 1 and 2 show partial sectional views of two assemblies of an air intake structure and a fan case of the state of the art
- It may include an air permeable inner skin, an outer breathable skin and a honeycomb honeycomb core.
- the middle section meanwhile, comprises on the one hand, an inner casing 20 surrounding the turbojet fan extending the inner shell 10 of the air intake structure and, on the other hand, an outer fairing structure of the casing extending the external hood of the air intake structure.
- the second connecting portion 32 of the flange 30 corresponding to the inner ferrule 10 of the air intake structure is intended to be fixed on said ferrule 10.
- this second connecting portion 32 forms a composite material part with the inner shell 10 of the air intake structure.
- connection between the inner ferrule 10 and the corresponding connection flange 30 is offset at a distance from the first portion 31 of the flange 30 corresponding to a characteristic quantity of a moment generated by the fluxes of through-forces said inner ferrule under predetermined conditions of use of the nacelle.
- connection bonded between the flange 30 and the acoustic panel of the inner shell 10 is biased by force flows in the shell 10, namely axial tension and compression denoted by t, tension and circumferential compression denoted by f and shear plane designated by Ti 2 and the two associated arrows, shear in the wall of ferrule 10.
- Such a damping length is defined by the following formula (1):
- v the fish coefficient of the material forming the ferrule at the first portion of the flange.
- the damping length of the aforementioned moment is the length at which the moment becomes negligible.
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Abstract
L'invention concerne un ensemble pour système propulsif d'aéronef comprenant une première virole (10) destinée à être fixée à une seconde virole (20) et une première bride de raccordement (30) destinée à être solidarisée à une seconde bride de raccordement (40) correspondante sol idaire de la seconde virole (20), ladite première bride de raccordement comprenant une portion formant plan (31 ) s'étendant suivant une direction radiale par rapport à la première virole (10) caractérisé en ce que la liaison entre la première virole (10) et la bride de raccordement (30) correspondante est déportée à une distance dudit plan correspondant à une longueur d'amortissement d'un moment de flexion générateur de cisaillement, généré par des flux d'efforts traversant ladite première virole.
Description
Ensemble pour système propulsif d'aéronef
La présente invention concerne un ensemble pour système propulsif d'aéronef et un procédé de fabrication d'un tel ensemble.
Une nacelle, appartenant au système propulsif de l'aéronef, présente généralement une structure comprenant une entrée d'air en amont du turboréacteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante du turboréacteur, une section aval abritant des moyens d'inversion de poussée et destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur, et est généralement terminée par une tuyère d'éjection dont la sortie est située en aval du turboréacteur.
L'entrée d'air comprend, d'une part, une lèvre d'entrée adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à l'alimentation de la soufflante et des compresseurs internes du turboréacteur, et, d'autre part, une structure aval sur laquelle est rapportée la lèvre et destinée à canaliser convenablement l'air vers les aubes de la soufflante.
Cette structure aval comprend notamment une paroi interne 1 annulaire, illustrée sur les figures 1 et 2, et un capot externe (non illustré) radialement espacé de la paroi interne 1 .
La paroi interne 1 de la structure d'entrée d'air est prolongée par un carter de soufflante appartenant à la section médiane de la nacelle dans une direction parallèle à l'axe longitudinal du turboréacteur.
Plus particul ièrement, l'extrémité aval de la paroi interne 1 de l'entrée d'air et l'extrémité amont du carter de la soufflante portent, chacun, des brides de raccordement 2,3 périphériques pour assembler ensemble ladite entrée d'air et le carter de soufflante, à l'aide d'éléments de fixation tels que des vis 4 ou des boulons.
Dans les structures d'entrée d'air actuelles, telles qu'illustrées sur les figures 1 et 2, la bride de raccordement 2 de la structure d'entrée d'air est respectivement fixée en aval du panneau acoustique de la paroi interne 1 ou sur le panneau acoustique même par des éléments boulonnés 5.
La présence des éléments boulonnés 5 nécessite alors des renforts locaux dans le plan de bride qui ont une incidence sur la masse de la structure d'entrée d'air.
De plus, de tels agencements limitent les dimensions du panneau acoustique de la paroi interne 1 de la structure d'entrée d'air, si on ne souhaite
pas le détériorer par l'aménagement des éléments boulonnés 5, comme illustré sur la figure 1 .
On connaît également des structures d'entrée d'air dans lesquelles l a pa ro i i ntern e et l a brid e d e raccordement au carter de soufflante correspondante sont intégrées dans une pièce unique en matériau composite.
Or, dans une telle pièce, on constate un cisaillement interlaminaire au niveau de la liaison collée entre la bride et le panneau acoustique de la paroi interne
Il existe alors un risque de délaminage dans la pièce composite qui entraîne une baisse importante de la résistance mécanique de la paroi interne de la structure d'entrée d'air, et même la rupture de cette dernière.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients.
A cet effet, la présente invention propose un ensemble pour système propulsif d'aéronef comprenant une première virole destinée à être fixée à une seconde virole et une première bride de raccordement destinée à être fixée à une seconde bride de raccordement correspondante solidaire de la seconde virole, ladite première bride de raccordement comprenant une portion formant plan s'étendant suivant une direction radiale par rapport à la première virole remarquable en ce que la liaison entre la première virole et la bride de raccordement correspondante est déportée à une distance du plan de bride correspondant à une longueur d'amortissement d'un moment généré par des flux d'efforts traversa nt l ad ite prem ière vi rol e dan s des cond itions prédéterminées d'utilisation de l'ensemble.
Grâce à la présente invention, on évite l'apparition du délaminage entre la première virole et la bride de raccordement, dans la mesure où à cette distance particulière, on évite de solliciter la liaison entre cette virole et la bride de raccordement correspondante.
Selon des modes particu l iers de réal isation de l'invention, l'ensemble selon l ' i nvention peut com prend re u ne ou pl u sieu rs d es ca ractéristiq u es su iva ntes , pri se(s ) i sol ém ent ou en com b i n a ison techniquement possible :
- la première virole est une virole interne d'une structure d'entrée d'air d'une nacelle et/ou d'une structure de l'inverseur de la nacelle et/ou d'un carter de soufflante de turboréacteur ;
- la longueur d'amortissement I dudit moment est définie sur la formule (1 ) suivante :
dans laquelle R et e définissent, respectivement, le rayon et l'épaisseur de la première virole et v, le coefficient de poisson du matériau formant la première virole au droit du plan de bride ;
- la première virole et l a première bride de raccordement correspondante sont réalisées en une pièce unique en matériau composite ;
- la première bride de raccordement est en matériau métallique ;
- la première virole comprend , en outre, un coin de transition destiné à être mis en place au droit du plan de la première bride entre cette dernière et la première virole ;
- la première virole comprend, en outre, une plaque de renfort rapportée sur la bride de raccordement.
L'invention concerne, également, un procédé de fabrication d'un ensemble tel que précité comprenant une étape dans laquelle on déporte une liaison entre la première virole et la bride de raccordement correspondante à une distance du plan de bride correspondant à une longueur d'amortissement d'un moment généré par des flux d'efforts traversant ladite première virole dans des conditions prédéterminées d'utilisation de l'ensemble.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, selon des modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 et 2 représentent des vues partielles en coupe de deux assemblages d'une structure d'entrée d'air et d'un carter de soufflante de l'état de l'art ;
- la figure 3 est une vue partielle en coupe d'un mode de réalisation d'un assemblage d'une structure d'entrée d'air et d'un carter de soufflante selon un mode de réalisation de la présente invention ;
- La fig u re 4 est u ne vue en cou pe détaillée d'un mode de fabrication d'une bride de raccordement d'une virole de l'assemblage de la figure 3 ;
- La figure 5 est une vue en perspective partielle d'une virole de l'assemblage de la figure 3 sur laquelle on a mis en évidence les différents flux d'efforts présents sur la virole. Une nacelle de turboréacteur d'aéronef possède une structure comprenant une entrée d'air, une section médiane entourant une soufflante de turboréacteur, et u ne section aval entourant le turboréacteur et abritant généralement un système d'inversion de poussée.
La structure d'entrée d'air se divise en deux zones, à savoir d'une part, u ne lèvre d'entrée annulaire à profil aérodynamique adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à l'alimentation de la soufflante et des compresseurs internes du turboréacteur, et, d'autre part, une structure aval comprenant une virole interne annulaire et un capot externe annulaire rad ialement espacé de la virole interne, virole i n te rn e s u r l a q u el l e est ra p po rtée l a l èvre et d est i n ée à ca n a l i se r convenablement l'air vers la soufflante.
Une telle virole est désignée par la référence générale 10 sur la figure 3.
Cette virole interne 10 de la structure d'entrée d'air est traitée de façon classique pour former u ne structure 1 1 acoustique d'atténuation de l'onde sonore.
Elle peut comporter une peau interne perméable à l'air, une peau externe perméable à l'air et une âme alvéolaire en nid d'abeille.
D'autres variantes de réalisation sont envisageables, comme le rem pl acement de l 'â m e alvéol a i re pa r de l a mou sse poreu se ou d es microsphères.
La section médiane, quant à elle, comprend d'une part, un carter interne 20 entourant la soufflante du turboréacteur prolongeant la virole interne 10 de la structure d'entrée d'air et, d'autre part, une structure externe de carénage du carter prolongeant le capot externe de la structure d'entrée d'air.
La virole interne 10 est destinée à être fixée au carter de soufflante 20 dans un plan de jonction désigné par la lettre A, grâce à des brides de raccordement annulaires périphériques 30,40 placées, respectivement, sur l'extrémité aval de la virole interne 10 et sur l'extrémité amont du carter de soufflante 20.
Chaque bride de raccordement 30, 40 comprend une première portion de raccordement 31 formant bride et s'étendant suivant une direction radiale et une deuxième portion de raccordement 32 tubulaire de forme sensiblement cylindrique s'étendant selon la direction longitudinale du turboréacteur, de sorte que la section longitudinale de la bride de raccordement est en forme de L.
Toutefois, d'autres formes de réalisation des brides de raccordement peuvent être proposées.
Chacune des brides de raccordement 30,40 faisant saillie vers l'extérieur à la périphérie de la virole interne 10 de l'entrée d'air et du carter de soufflante 20 sont pressées l'une contre l'autre par des moyens de fixation adaptés, parallèles à l'axe longitudinal du turboréacteur et destinés à traverser des passages en regard dans chacune des brides de raccordement 30,40.
La bride de raccordement 30 de la virole interne 10 est ainsi reliée par tous moyens connus (non illustrés sur la figure 3), tel que des boulons, à la bride de raccordement 40 du carter 20 au niveau du plan de jonction A.
Par ailleurs, quelque soit le mode de réalisation, les différentes brides de raccordement 30,40 peuvent être associées à des moyens de centrage permettant d'assurer le centrage de la structure d'entrée d'air par rapport au carter de soufflante 20.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 3, la deuxième portion de raccordement 32 de la bride 30 correspondant à la virole interne 10 de la structure d'entrée d'air est destinée à être fixée sur ladite virole 10.
Plus précisément, cette deuxième portion de raccordement 32 forme une pièce en matériau composite avec la virole interne 10 de la structure d'entrée d'air.
Ce mode de réalisation a pour avantage de supprimer toute fixation telle que des boulons ou des vis, qui pourrait altérer la qualité acoustique de la virole interne 10.
Selon la présente invention, la liaison entre la virole interne 10 et la bride de raccordement 30 correspondante est déportée à une distance de la première portion 31 de la bride 30 correspondant à une grandeur caractéristique d'un moment généré par les flux d'efforts traversant ladite virole interne dans des conditions prédéterminées d'utilisation de la nacelle.
Ces conditions s'entendent comme étant les conditions dans lesquelles le turboréacteur est en fonctionnement et notamment, lorsque
l'aéronef est en service lors des phases de décollage, de vol et d'atterrissage mais aussi au sol.
En effet, la liaison collée entre la bride 30 et le panneau acoustique 1 1 de la virole interne 10 est sollicitée par des efforts dans le plan, à savoir tension, compression et cisaillement dans le plan, qui conduisent à un moment de flexion au n iveau de l a l ia ison précitée générateur de cisaillement interlaminaire.
Plus précisément, en référence à la figure 5, la liaison collée entre la bride 30 et le panneau acoustique de la virole interne 10 est sollicitée par des flux d'efforts dans la virole 10, à savoir tension et compression axiale désignée par t, tension et compression circonférentielle désignée par f et cisaillement plan désignée par Ti2 et les deux flèches associées, cisaillement dans la paroi de la virole 10.
La tension et la compression axiale conduisent à un moment de flexion au n iveau de l a l ia ison précitée g én érateu r d e cisa i l l ement interlaminaire, à l'interface entre la bride 30 et la virole 10.
La liaison entre la bride de raccordement 30 et la virole interne 10 de la structure d'entrée d'air est réalisée sensiblement à la long ueu r d'amortissement I de ce moment.
Une telle longueur d'amortissement est définie par la formule (1 ) suivante :
dans laquelle :
R est le rayon de la virole,
e est l'épaisseur de la virole,
v = le coefficient de poisson du matériau formant la virole au niveau de la première portion de la bride.
Dans un exemple non limitatif de la présente invention pour une structure quasi isotrope c'est à dire pour laquelle le nombre de plis à 45° est égale au nombre de plis à 0°, la longueur d'amortissement peut être définie par la formule (2) approchée suivante :
(2) / = 0.8 x V ? x e
Dans un exemple non limitatif de la présente invention, pour un matériel à l'échelle d'un futur monocouloir la longueur d'amortissement I est de l'ordre de 50 mm.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, la bride de raccordement 30 est en matériau composite.
Il est à noter que la longueur d'amortissement du moment précité est la longueur à laquelle le moment devient négligeable.
Par conséquent, à cette distance particulière, on évite de solliciter la liaison entre la virole interne 10 et la bride de raccordement 30 correspondante en flexion, ce qui permet de diminuer les risques de délaminage, notamment lorsque les pièces sont en matériau composite.
En effet, le panneau acoustique de la virole interne 10 à cette distance ne voit pas les efforts de flexion générés au niveau de la bride de raccordement 30.
Une telle liaison permet également d'intégrer la bride de raccordement 30 au panneau acoustique 11 de la virole interne 10 en supprimant les zones de jonction acoustique qui jouent le rôle de pont sonique.
On améliore ainsi la qualité acoustique de la virole interne 10.
De plus, une telle liaison permet l'utilisation de panneau acoustique 11 comprenant un nid d'abeille de faible densité au droit de la bride de raccordement 30, ce qui offre l'avantage de favoriser la diminution de masse du panneau 11 et d'augmenter la surface acoustique de ce dernier.
Toutefois, une variante de réalisation peut proposer une bride de raccordement 30 en matériau métallique dont la liaison avec la virole interne 10 sera réalisée à la longueur d'amortissement précitée.
Par ailleurs, en référence aux figures 3 et 4, une plaque de renfort 33 peut être rapportée sur la première portion de raccordement 31 de la bride 30 correspondant à la virole interne 10 et fixée à la bride 30 par des moyens adaptés, si les exigences en terme de résistance structurale de la bride de raccordement 30 l'exigent.
De plus, une variante de réalisation de la présente invention propose d'insérer un coin de transition 34 entre la virole interne 10 et la bride de raccordement 30 au droit de la première portion de raccordement 31 de la bride 30.
Ce coin est placé dans la zone de transition entre la viole interne
10 et la deuxième portion de raccordement 32 de la bride 30.
Dans un exemple non limitatif de la présente invention, ce coin 34 est un profilé présentant une section de forme générale triangulaire.
Ce profilé est formé de plis de verre ou de carbone, ainsi que d'une résine de remplissage.
Dans une variante de réalisation, ce profilé peut être formé par pultrusion.
Ce coin de transition 34 offre l'avantage d'améliorer la santé matière dans la zone de transition bride 30 / virole 10 c'est-à-dire qu'il permet d'éviter la déformation des tissus à l'endroit où il est placé.
En outre, sa présence évite une zone de concentration de contraintes dans la zone de transition précitée.
Par ailleurs, tel qu'illustré sur la figure 4, lors de la fabrication de la bride de raccordement 30 sur la virole interne 10 de la structure d'entrée d'air, on met en place une contre-forme 35 de forme correspondante à celle de la bride de raccordement 30 associée que l'on souhaite former et symétrique à cette dernière.
Plus précisément, cette contre-forme 35 est accolée sur une peau arrière 36 de la bride de raccordement 30 qui a été cuite préalablement.
Pour cela, on utilise un outillage de positionnement de contre- forme connu de l'homme du métier qui ne sera pas décrit plus en détails par la suite.
Tel qu ' il l ustré su r la fig ure 4 , la bride de raccordement 30 comprend également des plis sacrificiels 37, placés en arrière de la peau arrière 36.
On vient ensuite draper la bride de raccordement 30 sur l'ensemble contre-forme 35/ peau arrière 36.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de cette nacelle, décrites ci-dessus à titre d'exemples, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes.
Ainsi, l'invention s'applique à toute virole d'un ensemble pour système propulsif d'aéronef comprenant une bride de raccordement et, notamment, à une structure de l'inverseur de la nacelle et/ou au carter entourant la soufflante du turboréacteur comprenant une structure d'atténuation acoustique et à la bride de raccordement correspondante.
Claims
1 . Ensemble pour système propulsif d'aéronef comprenant une première virole (10) destinée à être fixée à une seconde virole (20) et une première bride de raccordement (30) destinée à être solidarisée à une seconde bride de raccordement (40) correspondante solidaire de la seconde virole (20), ladite première bride de raccordement comprenant une portion formant plan (31 ) s'étendant suivant une direction radiale par rapport à la première virole (10) caractérisé en ce que la liaison entre la première virole (10) et la bride de raccordement (30) correspondante est déportée à une distance dudit plan correspondant à une longueur d'amortissement d'un moment de flexion générateur de cisaillement, généré par des flux d'efforts traversant ladite première virole.
2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première virole (10) est une virole interne d'une structure d'entrée d'air de la nacelle et/ou d'une structure de l'inverseur de la nacelle et/ou d'un carter de soufflante de turboréacteur.
3. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur d'amortissement I dud it moment est défin ie sur la formule (1 ) suivante : 
dans laquelle R et e définissent, respectivement, le rayon et l'épaisseur de la première virole (10) et v, le coefficient de poisson du matériau formant la première virole (10) au droit du plan de bride.
4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la première virole (10) et la première bride de raccordement (30) correspondante sont réalisées en une pièce unique en matériau composite.
5. Nacelle selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la première bride de raccordement (30) est en matériau métallique.
6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la première virole (10) comprend, en outre, un coin de transition (34) destiné à être mis en place au droit du plan de bride entre cette dernière et la première virole (10).
7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première virole (10) comprend, en outre, une plaque de renfort (33) rapportée sur la première bride de raccordement (30).
8. Procédé de fabrication d'un ensemble selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant une étape dans laquelle on déporte une liaison entre la première virole (10) et la première bride de raccordement (30) correspondante à une distance dudit plan correspondant à une longueur d'amortissement d'un moment de flexion générateur de cisaillement, généré par des flux d'efforts traversant ladite première virole.
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