FR2975972A1

FR2975972A1 - Structure d'entree d'air de nacelle de turboreacteur

Info

Publication number: FR2975972A1
Application number: FR1154810A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Dezeustre
Original assignee: Aircelle SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-07
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: FR2975972B1; CN103562068A; RU2013157745A; CA2837605A1; CN103562068B; WO2012164187A1; BR112013027562A2; EP2714519A1; US20140130889A1

Abstract

La présente invention se rapporte à une structure d'entrée d'air (100) pour nacelle de turboréacteur comprenant, d'une part, au moins une paroi interne (41) fixe destinée à être rattachée à au moins un élément (20) d'une section médiane (2) de la nacelle, et d'autre part, au moins une paroi externe (40) longitudinale prolongée par une lèvre (3) d'entrée d'air reliée à la paroi interne fixe, caractérisée en ce qu'au moins la portion formant lèvre d'entrée d'air est équipée de moyens (30, 60) de mise en dépression d'au moins une partie de la lèvre.

Description

La présente invention se rapporte à une structure d'entrée d'air pour nacelle de turboréacteur apte à canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur. Un avion est propulsé par un ou plusieurs ensembles propulsifs comprenant un turboréacteur logeant dans une nacelle tubulaire. Chaque ensemble propulsif est rattaché à l'avion par un mât situé généralement sous une aile ou au niveau du fuselage. Une nacelle présente généralement une structure comprenant une entrée d'air en amont du moteur, 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. L'ensemble est rattaché en amont d'un carter de la soufflante appartenant à la section médiane de la nacelle. Plus précisément, la structure d'entrée d'air présente de manière générale une structure aval sensiblement annulaire comprenant une surface externe assurant la continuité aérodynamique externe de la nacelle et une surface interne assurant la continuité aérodynamique interne de la nacelle. La lèvre d'entrée d'air assure la jonction amont entre ces deux parois. Une structure de lèvre d'entrée d'air peut comprendre de nombreux composants et abriter divers équipements, notamment des équipements de dégivrage, par exemple. Par ailleurs, les jonctions entre les différentes parois et éléments alourdissent la structure et impactent négativement les performances aérodynamiques. Afin de résoudre ces problèmes, il a été développé des nacelles dites laminaires à structure d'entrée d'air présentant une continuité externe améliorant les performances aérodynamiques. Une telle structure est décrite notamment dans le document FR 2 906 568.

Grâce au fait que, dans une telle entrée d'air, la lèvre est en fait intégrée à la paroi extérieure, on supprime les jonctions entre ces organes susceptibles de nuire aux performances aérodynamiques de la nacelle. On obtient ainsi un capot dit « laminaire », fréquemment désigné par « LFC » (pour « Laminar Forward Cowl », signifiant « Capot Avant Laminaire »). De plus, on facilite les opérations de maintenance en rendant la paroi externe et la lèvre mobile en translation, la paroi interne constituant alors une virole fixe. Cette virole fixe est généralement équipée de moyens d'atténuation acoustique. Un inconvénient de ce type d'entrée d'air réside dans la zone de jonction entre le bord intérieur de la lèvre et le bord amont de la paroi fixe interne, laquelle zone est susceptible de subir des déplacements axiaux voire de s'ouvrir dans certaines configurations de fonctionnement du moteur. En effet, la paroi externe intégrale et mobile reste lourde et tend à se déplacer sous charge. Afin de prévenir ces déplacements, l'entrée d'air doit être équipée de moyens de renforcements, ce qui en augmente la masse, et n'est donc pas souhaitable. Plus précisément, le risque d'ouverture de cette zone de jonction avec la paroi interne fixe apparaît notamment lorsque l'aéronef effectue son « point fixe » juste avant le décollage, et que les moteurs tournent à plein régime tandis que l'aéronef est toujours immobilisé : pendant cette phase, la force d'aspiration exercée par la soufflante du turboréacteur remonte jusqu'à l'extérieur de la structure amont de la nacelle, engendrant des efforts de décollement de la lèvre par rapport à la virole fixe du capot. Ce décollement a pour conséquence de dégrader les performances aérodynamiques de la face intérieure de l'entrée d'air, et de conduire à des défauts d'étanchéité susceptibles de nuire à la longévité et au bon fonctionnement des organes (électriques, hydrauliques, pneumatiques...) situés à l'intérieur de l'entrée d'air. En outre, l'épaisseur de la lèvre d'entrée d'air reste relativement importante dans ce type de structure, notamment afin de contribuer à une bonne tenue mécanique de l'ensemble, ce qui limite la mise en oeuvre de dispositifs de dégivrage électriques par résistances chauffantes. La mise en oeuvre de tels dispositifs de dégivrage étant indispensables pour une telle entrée d'air, qui est, en raison de sa structure, difficilement compatibles avec les solutions pneumatiques à air chaud habituelles.

Il existe donc un besoin pour diminuer la déformation et la masse de ce type de structure.

Pour résoudre partiellement ce problème, plusieurs solutions de mise en place de renforts ont été développées. On peut notamment citer les documents FR 2 927 609 et la demande française non encore publiée 11/50890.

La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et consiste pour ce faire en une structure d'entrée d'air pour nacelle de turboréacteur comprenant, d'une part, au moins une paroi interne fixe destinée à être rattachée à au moins un élément d'une section médiane de la nacelle, et d'autre part, au moins une paroi externe longitudinale prolongée par une lèvre d'entrée d'air reliée à la paroi interne fixe, caractérisée en ce qu'au moins la portion formant lèvre d'entrée d'air est équipée de moyens de mise en dépression d'au moins une partie de la lèvre. En effet, il a été constaté de manière surprenante qu'en fonctionnement la lèvre d'entrée d'air subit un chargement en pression créant 15 une aspiration de cette dernière vers l'avant de la nacelle. Sans vouloir être lié par aucune théorie, cela peut résulter des écoulements d'air entourant la lèvre d'entrée d'air. En effet, l'air s'écoulant à vitesse importante autour de la nacelle, la pression d'air au niveau de la lèvre d'entrée d'air est faible, l'air présent étant rapidement aspiré vers l'aval de la 20 nacelle. Afin de compenser ces déformations vers l'avant, la présente invention, par mise en dépression de la lèvre d'entrée d'air, permet de générer des forces d'aspiration internes à la lèvre qui viennent équilibrer les forces de déformations vers l'avant et ainsi contrebalancer les déformations subies par la 25 lèvre d'entrée d'air. Il s'ensuit que les contraintes mécaniques subies par la lèvre d'entrée d'air sont moins importantes, ce qui permet notamment d'en réduire l'épaisseur. Par ailleurs, ces forces d'aspiration internes aident à maintenir la 30 lèvre d'entrée d'air contre la paroi interne fixe et ainsi à réduire les déplacements axiaux parasites. La tenue mécanique générale de la structure d'entrée d'air s'en trouve donc également grandement améliorée et il est donc possible de prévoir une lèvre d'entrée d'air plus fine facilitant l'intégration de moyens de dégivrage électriques. 35 Avantageusement, la lèvre d'entrée d'air est équipée d'au moins une cloison définissant avec la lèvre d'entrée d'air au moins un compartiment de lèvre d'entrée d'air, ledit compartiment étant associé aux moyens de mise en dépression. De manière avantageuse, la cloison pourra comprendre au moins un panneau acoustique.

Selon un premier mode de réalisation, les moyens de mise en dépression comprennent au moins une pompe, notamment électrique. Avantageusement, la pompe possède une sortie d'aspiration débouchant en aval de la lèvre d'entrée d'air, notamment par exemple, dans la paroi externe, dans la paroi interne, en aval de la soufflante.

De manière alternative ou complémentaire, les moyens de mise en dépression comprennent au moins une ouverture ménagée dans la paroi externe. Selon un mode préférentiel de réalisation, les ouvertures sont ménagées dans la paroi de la lèvre à proximité de la paroi interne fixe.

Avantageusement, au moins une partie des ouvertures sont disposées le long d'une ligne sensiblement périphérique de la lèvre d'entrée d'air. Selon une première variante de réalisation, les ouvertures comprennent des ouvertures sensiblement rondes.

Alternativement ou de manière complémentaire, les ouvertures comprennent des ouvertures oblongues, le grand axe de l'ouverture oblongue étant préférentiellement orienté selon une ligne périphérique à l'entrée d'air. Alternativement encore ou de manière complémentaire, les ouvertures comprennent des ouvertures réalisées sous la forme de dentelures ouvertes au niveau d'une ligne de contact de la paroi externe avec la paroi interne et permettant ainsi une limitation de la surface de contact entre la lèvre d'entrée d'air et la paroi fixe. Avantageusement, la paroi externe longitudinale est amovible. Avantageusement encore, la paroi externe longitudinale est montée 30 translatable. De manière avantageuse, l'élément de la section médiane de la nacelle est un carter de soufflante. De manière préférentielle, la lèvre d'entrée d'air est intégrée à la paroi externe. 35 Avantageusement, la paroi interne est équipée de moyens d'atténuation acoustique.

La présente invention se rapporte également bien évidemment, à une nacelle de turboréacteur comprenant une telle structure d'entrée d'air. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une structure d'entrée d'air pour nacelle de turboréacteur selon l'art antérieur, - la figure 2 est une représentation schématique en coupe des forces s'exerçant sur la lèvre d'entrée d'air de la structure de la figure 1, - la figure 3 est une représentation schématique en coupe d'une structure d'entrée d'air selon l'invention possédant des moyens de mise en dépression de la lèvre d'entrée d'air, - les figures 4 à 6 sont des représentations schématiques de différents modes de réalisation d'ouvertures pour la mise en dépression de l'entrée d'air de la figure 3, - la figure 7 représente une variante de réalisation de l'invention. Une nacelle présente généralement une structure sensiblement tubulaire comprenant une entrée d'air en amont du moteur (figure 1), 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. La figure 1 montre une vue en coupe longitudinale d'une structure d'entrée d'air 1 selon l'art antérieur. Cette structure d'entrée d'air 1 est située en amont de la section médiane 2 de la nacelle et comprend, d'une part, une lèvre d'entrée d'air 3 adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à son alimentation, et d'autre part, une structure aval 4 sur laquelle est rapportée la lèvre et destinée à canaliser convenablement l'air vers les aubes de la soufflante.

Plus précisément, la structure d'entrée d'air 1 présente de manière générale une structure aval 4 sensiblement annulaire comprenant une paroi externe 40 assurant la continuité aérodynamique externe de la nacelle et une paroi interne 41 assurant la continuité aérodynamique interne de la nacelle. La lèvre d'entrée d'air 3 assure la jonction amont entre ces deux parois 40, 41.

La paroi interne 41 est généralement rattachée à un carter 20 de soufflante appartenant à la section médiane 2 et avec lequel elle constitue une structure fixe. La paroi externe 40 est quant à elle généralement rattachée à une 5 paroi externe 21 de la section médiane avec laquelle elle assure la continuité aérodynamique externe. Il convient également de préciser que la lèvre d'entrée d'air 3 est généralement séparée de la partie aval 40 de la structure d'entrée d'air 1 par une cloison 5 contribuant à la tenue de l'ensemble et définissant avec la lèvre 3 10 un compartiment 3a à l'intérieur de ladite lèvre 3. De manière fréquente, la paroi externe 40 peut y être rattachée de manière amovible afin de permettre un accès à l'intérieur de la structure d'entrée d'air 1, notamment pour accéder à des équipements internes tels qu'un système de dégivrage de l'entrée d'air 1 et de la lèvre 3. 15 Dans le cas de nacelles dite laminaire, la lèvre d'entrée d'air 3 fait partie intégrante de la paroi externe 40 qu'elle prolonge afin de former un panneau unique généralement monté translatable vers l'avant de la nacelle. Comme représenté schématiquement sur la figure 2, en fonctionnement, la lèvre d'entrée d'air 3 subit un chargement en pression vers 20 l'avant (flèche) qui tend à déformer la lèvre d'entrée d'air 3 qui doit donc posséder une certaine tenue mécanique, généralement en prévoyant une épaisseur de lèvre 3 suffisante. La paroi 5 est fixée rigidement en 51 avec la paroi interne 41. Au niveau d'une zone 50, si la paroi externe 40 est montée translatable vers 25 l'avant dans l'axe du moteur, cette jonction se fait préférentiellement par un joint uniquement. Si la paroi externe 40 s'ouvre, cette jonction est alors rigide, par exemple au moyen de fixations. Conformément à l'invention, ces forces de chargement en pression sont compensées par mise en dépression de la lèvre d'entrée d'air 3 et plus 30 particulièrement du compartiment 3a le cas échéant. Un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention est représenté à la figure 4. Dans ce mode de réalisation, Un structure d'entrée d'air 100 pour l'essentiel similaire à la structure d'entrée d'air 1, est équipée de moyens de mise en dépression du compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 se 35 présentant sous la forme d'ouvertures 30 ménagée dans la paroi de la lèvre d'entrée d'air.

Avantageusement, ces ouvertures 30 sont situées sur une face interne de la structure d'entrée d'air, à proximité de la paroi interne 41 et de sa jonction avec ladite lèvre d'entrée d'air 3. Avantageusement encore, les ouvertures 30 sont disposées le long d'une ligne sensiblement périphérique de la structure d'entrée d'air. Ainsi, en raison de l'écoulement de l'air aspiré par la soufflante à travers la nacelle, la pression de l'air au niveau de l'amont de l'entrée d'air est extrêmement réduite. Grâce à la présence d'ouvertures 30 l'air présent à l'intérieur du compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 se trouve aspiré par l'écoulement d'air. Il en résulte une baisse importante de pression à l'intérieur du dit compartiment 3a. Les figures 4 à 6 montrent différents modes de réalisation des ouvertures 30 permettant la mise en dépression du compartiment 3a de la lèvre d'entrée d'air 3.

Les ouvertures 30 peuvent notamment être circulaires (figure 4) ou oblongues (figure 5). Elles peuvent être également réalisées au niveau d'une ligne de contact et d'appui entre la lèvre d'entrée d'air 3 et la paroi interne 41, notamment sous la forme de dentelures pratiquées dans cette ligne de contact.

On pourra prévoir de manière complémentaire la mise en oeuvre de casquettes sur les ouvertures 30 permettant d'optimiser l'écoulement des flux d'air et d'atténuer les perturbations aérodynamiques dues aux ouvertures. La figure 7 présente un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 7 montre une structure d'entrée d'air 200 qui diffère de la structure d'air 100 par le fait que les moyens de mise en dépression du compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 comprennent une pompe 60, électrique, présentant un conduit d'aspiration 61 débouchant dans le compartiment 3a de lèvre d'entrée d'air 3 et un conduit de refoulement de l'air aspiré 62. Le conduit de refoulement débouche dans une partie aval de l'entrée d'air 200. On pourra prévoir que ce conduit 62 débouche, par exemple, dans la paroi externe 40, dans la paroi interne 41 à proximité de la soufflante, ou encore plus en aval après la soufflante et le compresseur. Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Structure d'entrée d'air (100, 200) pour nacelle de turboréacteur comprenant, d'une part, au moins une paroi interne (41) fixe destinée à être rattachée à au moins un élément (20) d'une section médiane (2) de la nacelle, et d'autre part, au moins une paroi externe (40) longitudinale prolongée par une lèvre (3) d'entrée d'air reliée à la paroi interne fixe, caractérisée en ce qu'au moins la portion formant lèvre d'entrée d'air est équipée de moyens (30, 60) de mise en dépression d'au moins une partie de la lèvre.
2. Structure d'entrée d'air (100, 200) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lèvre (3) d'entrée d'air est équipée d'au moins une cloison (5) définissant avec la lèvre d'entrée d'air au moins un compartiment (3a) de lèvre d'entrée d'air, ledit compartiment étant associé aux moyens (30, 60) de mise en dépression.
3. Structure d'entrée d'air (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de mise en dépression comprennent au moins une pompe (60), notamment électrique.
4. Structure (100, 200) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la pompe (60) possède une sortie d'aspiration (62) débouchant en aval de la lèvre (3) d'entrée d'air, notamment par exemple, dans la paroi externe (40), dans la paroi interne (41), voire en aval de la soufflante.
5. Structure (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de mise en dépression comprennent au moins une ouverture (30) ménagée dans la paroi externe. 30
6. Structure (100, 200) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les ouvertures (30) sont ménagées dans la paroi de la lèvre (3) à proximité de la paroi interne fixe (41).
7. Structure (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 5 35 ou 6, caractérisée en ce qu'au moins une partie des ouvertures (30) sont 25disposées le long d'une ligne sensiblement périphérique de la lèvre (3) d'entrée d'air.
8. Structure (100, 200) selon l'une quelconques des revendications 5 5 à 7, caractérisée en ce que les ouvertures (30) comprennent des ouvertures sensiblement rondes.
9. Structure (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que les ouvertures (30) comprennent des ouvertures 10 oblongues, le grand axe de l'ouverture oblongue étant préférentiellement orienté selon une ligne périphérique à l'entrée d'air.
10. Structure (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que les ouvertures (30) comprennent des ouvertures 15 réalisées sous la forme de dentelures ouvertes au niveau d'une ligne de contact de la paroi externe avec la paroi interne et permettant ainsi une limitation de la surface de contact entre la lèvre (3) d'entrée d'air et la paroi fixe (41). 20
11. Structure (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la paroi externe (40) longitudinale est amovible.
12. Structure (100, 200) selon la revendication 11, caractérisée en ce que la paroi externe (40) longitudinale est montée translatable.
13. Structure (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'élément de la section médiane (2) de la nacelle est un carter (20) de soufflante. 30
14. Structure (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la lèvre (3) d'entrée d'air est intégrée à la paroi externe (40). 25