FR3137943A1

FR3137943A1 - Ensemble comprenant un panneau de nacelle et un organe formant liaison rotule

Info

Publication number: FR3137943A1
Application number: FR2207256A
Authority: FR
Inventors: Jean-Baptiste DELARUE; Bertrand Léon Marie DESJOYEAUX; Moncef M'HASNI
Original assignee: Safran Nacelles SAS
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2022-07-13
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2024-01-19
Also published as: US20240125283A1

Abstract

L’ensemble comprend : - un panneau (12) de nacelle de moteur d’aéronef, le panneau comprenant une peau interne (14), une peau externe (16) et une couche centrale (18) interposée entre les peaux externe et interne, le panneau présentant une enceinte interne (20) contiguë à la peau externe ; et l’organe étant fixé au panneau uniquement par au moins l’une des peaux externe et interne, l’organe s’étendant en regard de l’enceinte (20). Figure de l’abrégé : Fig. 2

Description

Ensemble comprenant un panneau de nacelle et un organe formant liaison rotule

DOMAINE DE L’INVENTION

L'invention concerne les inverseurs de poussée des moteurs d’aéronef.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Les inverseurs de poussée des moteurs d’avion permettent de freiner l'avion lors de l’atterrissage une fois qu’il est au sol.

Les inverseurs de poussée à grilles fixes équipant certains moteurs comportent un capot de translation (outranscowlen anglais) monté mobile et actionné par des vérins pour son déploiement et sa fermeture. Chaque vérin est logé entre un panneau externe et un panneau interne acoustique de la nacelle. Une ferrure métallique relie l’extrémité fixe du vérin au panneau interne, panneau qui est réalisé sous la forme d’une structure sandwich comprenant deux peaux de part et d’autre d’une couche centrale en nid d’abeille. La ferrure est fixée au panneau sandwich via des fixations traversant les deux peaux et la couche centrale. Il est nécessaire pour cela de renforcer la zone concernée du panneau avec un nid d’abeille densifié (souvent en aluminium 1/8eme à 354 kg/m³) pour éviter d’avoir un effondrement du nid d’abeille sous l’effort de pose des fixations.

Or, il existe une tendance liée à l’utilisation de moteurs à fort taux de dilution et de grand diamètre conduisant à des vitesses de rotation de soufflante plus faibles. Elle conduit à devoir atténuer des fréquences de vibration plus basses, et donc à augmenter l’épaisseur des traitements acoustiques, et donc des panneaux. Cela rend plus difficile de réaliser des fixations traversantes dans les longueurs et les diamètres voulus. Il existe aussi une tendance générale au resserrement des lignes aérodynamiques internes et externes, ce qui limite l’espace disponible pour la ferrure. On dispose alors en effet de peu de place entre le panneau interne et le panneau externe de l’inverseur de poussée

Dans ce contexte, une possibilité consiste à réaliser dans le panneau interne une diminution locale d’épaisseur pour y loger la ferrure de fixation du vérin. Mais cette solution rend plus complexe le drapage du matériau préimprégné pour la réalisation du panneau sandwich et dégrade son comportement mécanique.

Un but de l’invention est d’assurer la fixation du vérin face à ces contraintes.

A cet effet, on prévoit selon l’invention un ensemble comprenant :

- un panneau de nacelle de moteur d’aéronef,

le panneau comprenant une peau externe, une peau interne et une couche centrale interposée entre les peaux externe et interne, le panneau présentant une enceinte interne libre contiguë à la peau externe ; et

- un organe formant une liaison comprenant au moins un degré de liberté,

l’organe étant fixé au panneau uniquement par au moins l’une des peaux externe et interne,

l’organe s’étendant en regard de l’enceinte.

Ainsi, la fixation de l’organe et l’enceinte libre permettent de réduire le volume nécessaire à la mise en place de l’organe lié au panneau. L’enceinte ménage en effet un volume pour cet organe et son débattement. Il s’agit donc d’un système d’accroche de tige de vérin directement dans le panneau, nécessitant un minimum de place entre le panneau interne et le panneau externe de l’inverseur de poussée. Cette solution répond aux contraintes d’encombrement des solutions connues.

On peut prévoir que le panneau comprend une boite définissant l’enceinte.

Cette boite permet facilement de réaliser l’enceinte.

On peut prévoir au moins l’une des peaux comprend un renfort contigu à l’organe et présentant une superficie inférieure à une superficie de la peau externe.

Le renfort facilite la réalisation de la liaison avec la rotule en procurant un supplément d’épaisseur local pour son installation. De plus, il assure une fonction structurale puisque son épaisseur répartit mieux les contraintes introduites par le vérin. On évite ainsi l’apparition d’un pic local de surcontrainte.

On peut prévoir que le renfort soit en métal ou en matériau composite.

Par exemple, dans ce dernier cas, le renfort comprend plusieurs plis ou couches de matériau avec une dégressivité de superficie entre les différents plis.

On peut prévoir que l’organe est fixé au panneau uniquement par la peau externe ou encore que l’organe est fixé au panneau par les peaux externe et interne.

On peut prévoir que l’organe comprend un support reliant l’organe à l’une des peaux externe et interne.

On peut prévoir que l’organe comprend une fourche et un pivot.

On peut prévoir que l’ensemble comprend un vérin d’actionnement fixé à l’organe, par exemple un vérin d’actionnement d’un inverseur de poussée.

On peut prévoir que la peau externe présente une ouverture débouchant dans l’enceinte et s’étendant intégralement à distance de l’organe.

Cette ouverture facilite le débattement du vérin.

On peut prévoir que la couche centrale est en nid d’abeille.

On peut prévoir que la liaison est une liaison rotule.

On prévoit aussi selon l’invention un moteur d’aéronef comprenant un inverseur de poussée et un ensemble selon l’invention.

On prévoit également selon l’invention un procédé de fabrication d’un ensemble pour nacelle de moteur d’aéronef, comprenant les étapes suivantes :

- réalisation d’un panneau comprenant une peau externe, une peau interne et une couche centrale interposée entre les peaux externe et interne, le panneau présentant une enceinte interne contiguë à la peau externe ; et

- fixation d’un organe au panneau uniquement par au moins l’une des peaux externe et interne, l’organe formant une liaison comprenant au moins un degré de liberté et s’étendant en regard de l’enceinte.

On peut prévoir que le procédé comprend au moins l’une des caractéristiques suivantes :

- une étape d’installation dans la couche centrale d’une boîte configurée pour former l’enceinte ;

- une réalisation de la boite par fabrication additive ; et

- une réalisation dans la peau externe d’une ouverture débouchant dans l’enceinte et configurée de sorte que l’ouverture s’étend intégralement à distance de l’organe.

On peut prévoir que le procédé comprend :

- lors d'une réalisation du panneau, une mise en place de couches d’un matériau composite autour d’un noyau,

- une cuisson du panneau, et

- un retrait du noyau hors du panneau après la cuisson.

Le noyau permet ainsi de réaliser l’enceinte interne.

On peut prévoir que le noyau soit en mousse, en résine ou en matériau thermoplastique.

On peut prévoir de recouvrir le noyau d’un agent démoulant.

- une mise en place de couches de matériau composite principales configurées pour former au moins l’une des peaux externe et interne, et de couches de matériau composite de renfort ayant une superficie réduite par rapport à une superficie des couches de matériau composite principales et configurées pour être contiguës à l’organe ;

- après la cuisson, on fixe un renfort au panneau, notamment par un moyen mécanique ou par collage ; et

- le panneau est un panneau interne acoustique.

DESCRIPTION DES FIGURES

Nous allons maintenant présenter des modes de réalisation de l'invention à titre d'exemples non-limitatifs à l'appui des dessins sur lesquels :

- la est une vue en perspective d’un moteur d’aéronef selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

- les figures 2 et 3 sont deux vues en perspective et en coupe d’un ensemble selon l’invention équipant ce moteur ;

- la est une vue de la peau externe de l’ensemble de la , et

- les figures 5 à 11 sont des vues en coupe montrant d’autres modes de réalisation de l’ensemble selon l’invention.

On a illustré à la un moteur 2 d’aéronef selon l’invention formant en l’espèce un turboréacteur d’avion. Il s’agit ici d’une turbomachine à double flux et double corps. La turbomachine comprend un rotor 4 et un stator 6 et présente un axe principal X-X qui sert d’axe de rotation du rotor par rapport au stator.

Le moteur 2 comprend notamment une soufflante 8, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion et une ou plusieurs turbines non illustrées. Ces éléments, à l’exception de la soufflante 8, appartiennent à une partie centrale du moteur. Leurs parties mobiles à rotation autour de l’axe X-X forment le rotor. Ils définissent une veine principale d'écoulement d'air.

Une nacelle 10 entoure la soufflante 8 de façon à former un compartiment de soufflante et à définir une veine secondaire d'écoulement d'air. La nacelle comprend un inverseur de poussée comportant notamment un ou plusieurs capots de translation montés mobiles par rapport au stator 6 et permettant d’inverser une poussée fournie par le moteur après l’atterrissage, lors du roulage pour ralentir l’avion.

On s’intéresse dans la suite à la fixation au stator d’un vérin servant à actionner l’un des capots de translation.

Le moteur 2 est équipé d’un ensemble selon l’invention comprenant un panneau 12 de nacelle rigidement fixé au stator. Le panneau 12 est un panneau interne acoustique et a une structure sandwich connue en elle-même et formée par une peau interne 14, une peau externe 16 et une couche centrale 18, par exemple en nid d’abeille, interposée entre les peaux externe et interne. Les deux peaux sont localement parallèles entre elles et recouvrent des faces opposées de la couche en nid d’abeille. Ces trois couches forment un empilement rigide. Les peaux 14 et 16 sont en matériau composite et comprennent des fibres noyées dans une matrice en matériau synthétique. La peau externe 16 est plus éloignée de l’axe X-X que la peau interne 14.

Le panneau 12 présente une enceinte interne 20 contiguë à la peau externe 16. Cette enceinte est libre, autrement dit intégralement remplie d’air, c'est-à-dire libre de tout matériau. En l’espèce, le panneau comprend une boite 22 définissant l’enceinte 20. L’enceinte 20 est contiguë à la peau externe 16. Elle a en l'espèce une forme générale de parallélépipède. Elle présente deux faces principales supérieure 24 et inférieure 26 respectivement contiguës aux peaux externe 16 et interne 14 dans le présent exemple.

L’ensemble comprend aussi un organe 28 formant une liaison comprenant au moins un degré de liberté, en l’espèce une liaison rotule, fixé dans ce mode de réalisation exclusivement à la peau externe 16 et s’étendant en regard de l’enceinte 20, comme illustré notamment à la . Cet organe comprend ici une bague 30 présentant une paroi externe sphérique et une paroi interne cylindrique lui donnant une forme générale d’olive.

La peau externe 16 comprend un logement cylindrique 32 ayant un axe 34 localement perpendiculaire au plan des faces de la peau externe 16. Le logement traverse cette peau suivant son épaisseur, la hauteur du logement 32 étant supérieure à l’épaisseur de la peau à cet endroit. La bague 30 est reçue dans le logement 32 en étant mobile par rapport à ce dernier. A cette fin, le logement 32 présente une face interne sphérique qui coopère avec la face externe sphérique de la bague 30 par un contact surface contre surface pour former la liaison rotule.

Comme illustré à la , l’organe 28 comprend aussi dans le présent exemple un pivot 31 reçu dans la bague 30 et une fourche 33 fixée aux extrémités axiales du pivot. La fourche est aussi fixée à une extrémité d’un vérin 36 d’actionnement de l’inverseur de poussée. Ainsi le vérin est fixé à l’organe 28.

Comme illustré aux figures 2 et 4, la peau externe 16 comprend un renfort local 38 s’étendant seulement sur une zone de la peau externe contiguë à l’organe 28 et présentant une superficie inférieure à celle de la peau externe. Le renfort 38 est réalisé en même temps que la structure sandwich par la mise en place de couches ou plis de matériaux synthétique préimprégné. Ce renfort 38 est formé ici en matériau composite et comprend des couches supplémentaires de matériau composite. Chaque couche présente une même forme, par exemple une forme rectangulaire. Par ailleurs, les couches sont concentriques, centrées sur l’axe 34. La superficie des couches successives est décroissante .

En variante, il pourrait s’agir d’un renfort en matériau composite précuit et rapporté à la peau une fois la structure sandwich réalisée. Dans une autre variante, le renfort est en métal et fixé au panneau par des rivets et des boulons aveugles ou traversants.

En référence notamment à la , la peau externe 16 présente une ouverture traversante 40 débouchant dans l’enceinte 20 et s’étendant intégralement à distance de l’organe 28. L’ouverture a ici une forme allongée oblongue mais d'autres formes sont possibles. Elle met en communication l’enceinte 20 avec l’extérieur du panneau 12. La bague 30, le pivot 31, la fourche 33 et le vérin 36 s’étendent en partie dans l’enceinte 20.

Le procédé de fabrication de l’ensemble comprend les étapes suivantes dans ce mode de réalisation.

Pour réaliser le panneau 12, on empile la peau interne 14, la peau externe 16 et la couche centrale 30 en nid d’abeille interposée entre les peaux externe et interne. Plus précisément, on réalise un empilement de couches de matériau composite préimprégné destiné à former les peaux, avec interposition de la couche en nid d’abeille. Il s’agit du drapage.

Afin d’obtenir l’enceinte interne 20, on installe aussi la boite 22 dans la couche centrale 30. La boite a été en l'espèce préalablement réalisée par fabrication additive. Elle est par exemple auto raidie. On installe la boite dans un évidement préalablement ménagé dans la couche centrale.

Afin de réaliser le renfort 38, on met aussi en place des couches de matériau composite préimprégné ayant une superficie réduite par rapport à une superficie des couches de matériau composite principales formant la peau externe 16.

On chauffe ensuite l’empilement pour la cuisson du panneau qui produit la polymérisation du matériau des peaux. On presse l’empilement durant cette étape.

Ensuite, on réalise dans la peau externe 16 l’ouverture 40 formant une lumière débouchant dans l’enceinte 20. Cette opération de détourage peut être faite par usinage.

Puis on fixe la bague 30 exclusivement à la peau externe 16, dans le logement 32. On installe ensuite le pivot 31, la fourche 33 et le vérin 36.

En variante, on peut réaliser la boîte 22 in situ. Pour cela, lors de la réalisation de l’empilement, on met en place des couches de matériau composite préimprégnés configurées pour former la peau externe 16 autour d’un noyau préalablement recouvert d’un agent démoulant. Ce dernier peut être un produit lubrifiant sec comprenant du polytetrafluoroéthylène. Le noyau peut être en mousse, en résine ou en matériau thermoplastique. Il peut s'agir d'un noyau soluble dans l'eau. Il forme de préférence un élément gonflable avec de l'air. Le noyau a une forme male complémentaire de celle, femelle, de l’enceinte 20 qu’il vise à former. Le drapage a lieu autour du noyau.

Après la cuisson et la réalisation de l'ouverture 40, on retire le noyau du panneau à travers l’ouverture, ce retrait étant facilité par l’agent démoulant.

Dans une autre variante compatible avec la précédente, le renfort 34 est formé par un élément rapporté au panneau après cuisson du panneau, notamment par un moyen mécanique ou par collage.

L’invention assure la fixation du vérin 36 au moyen d’un faible encombrement entre le panneau externe de la nacelle et le panneau interne acoustique du capot de translation. La fixation a lieu sans traverser toute l’épaisseur du panneau 12. Elle ne nécessite ni ferrure ni élément en nid d’abeille à haute densité. Elle permet de réduire la masse de l’inverseur de poussée. En effet, si on évalue par exemple à 200 g la masse des couches de renfort, cette masse reste très inférieure à celle, 600 g, d’une ferrure dont on s’épargne la présence.

Nous allons maintenant décrire d’autres modes de réalisation de l’invention. La plupart des caractéristiques communes avec le premier mode de réalisation ne seront pas décrites à nouveau.

Dans le mode de réalisation de la , on retrouve le panneau 12 comprenant la peau externe 16, la peau interne 14 et la couche centrale 18, le panneau présentant l‘enceinte interne libre 20. A nouveau, l’organe 28 est fixé au panneau uniquement par la peau externe 16 mais cette fois un support intermédiaire 35 relie l’organe à la peau externe. Le support est rigidement fixé à la peau qui est renforcée par exemple comme dans le premier mode de réalisation. L’organe 28 est relié au support par au moins un degré de mobilité. C’est donc encore la peau externe seule qui sert à relier l’organe au panneau mais cette liaison est indirecte. Le support 35 est relié à une portion de la peau qui s’étend en regard de l’enceinte 20.

Dans le mode de réalisation de la , il en va de même sauf que le support 35 est relié à une portion de la peau externe 12 qui s’étend en regard de la couche centrale 18.

Dans le mode de réalisation de la , l’organe 28 est fixé au panneau 12 par les peaux externe 16 et interne 14. Il est ici directement fixé à la peau externe d’une part et à la peau interne d’autre part. Il s’étend entre celles-ci, dans l’enceinte 20. Il est fixé à des portions des peaux externe et interne contiguës à l’enceinte. Chacune de ces peaux peut présenter à cette fin un renfort. La peau interne 14 présente ainsi une surépaisseur ou protubérance 37 s’étendant dans l’enceinte.

Le mode de réalisation de la combine les modes de réalisation des figures 5 à 7. Ainsi, l’organe 28 est fixé à chacune des peaux externe 16 et interne 14 mais la liaison à la peau externe 16 se fait au moyen d’un support intermédiaire 35 fixé à une portion de peau située en regard de l’enceinte 20 et/ou à une portion de peau située en regard de la couche centrale 18.

Les figures 9 à 11 montrent des modes de réalisation de la boite 22 entourant l’enceinte 20. Elles représentent des boites 22 qui renforcent l’évidement 20 de la couche centrale 18. Sur la , la boite présente un ou plusieurs rebords périphériques 39 entourant l’embouchure de la boite et s’étendant vers l’extérieur, en direction opposée à la boite. Le ou chaque rebord 39 s’étend entre la couche centrale 18 et la peau externe 16 en étant pris en sandwich entre elles. Dans le mode de réalisation de la , les rebords 39 s’étendent vers l’intérieur de la boite. Ils sont appliqués contre des portions de la peau externe 16 s’étendant en regard de l’enceinte 20. Dans le mode de réalisation de la , c’est le fond de la boite 22 qui présente la protubérance 37 servant à une partie de la fixation de l’organe 28 au panneau comme dans le mode de réalisation de la . Les caractéristiques de ces figures peuvent être combinées avec n’importe lequel des autres modes de réalisation.

Le renfort pourra être formé à la fois par des couches supplémentaires de matériau et par une pièce rapportée.

On pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims

Ensemble comprenant :
- un panneau (12) de nacelle (10) de moteur (2) d’aéronef,
le panneau comprenant une peau externe (16), une peau interne (14) et une couche centrale (18) interposée entre les peaux externe et interne, le panneau présentant une enceinte interne libre (20) contiguë à la peau externe ; et
- un organe (28) formant une liaison comprenant au moins un degré de liberté,
l’organe étant fixé au panneau uniquement par au moins l’une des peaux externe et interne,
l’organe s’étendant en regard de l’enceinte (20).
Ensemble selon la revendication précédente dans lequel le panneau (12) comprend une boite (22) définissant l’enceinte (20).
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel au moins l’une des peaux (16) comprend un renfort (38) contiguë à l’organe (28) et présentant une superficie inférieure à une superficie de la peau.
Ensemble selon la revendication précédente dans lequel le renfort (38) est en métal ou en matériau composite.
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’organe est fixé au panneau uniquement par la peau externe (16).
Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel l’organe est fixé au panneau par les peaux externe et interne.
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes qui comprend un support reliant l’organe à l’une des peaux externe et interne.
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’organe (28) comprend une fourche (33) et un pivot (31).
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes qui comprend un vérin (36) d’actionnement fixé à l’organe (28).
Ensemble selon la revendication précédente dans lequel le vérin est un vérin (36) d’actionnement d’un inverseur de poussée.
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la peau externe (16) présente une ouverture (40) débouchant dans l’enceinte (20) et s’étendant intégralement à distance de l’organe (28).
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche centrale est en nid d’abeille.
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la liaison est une liaison rotule.
Moteur (2) d’aéronef comprenant un inverseur de poussée et un ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Procédé de fabrication d’un ensemble pour nacelle (10) de moteur (2) d’aéronef, comprenant les étapes suivantes :
- réalisation d’un panneau (12) comprenant une peau externe (16), une peau interne (14) et une couche centrale (18) interposée entre les peaux externe et interne, le panneau (12) présentant une enceinte interne (20) contiguë à la peau externe ; et
- fixation d’un organe (28) au panneau uniquement par au moins l’une des peaux externe et interne, l’organe formant une liaison comprenant au moins un degré de liberté et s’étendant en regard de l’enceinte (20).
Procédé selon la revendication précédente, comprenant une réalisation dans la peau externe (16) d’une ouverture (40) débouchant dans l’enceinte (20) et configurée de sorte que l’ouverture s’étend intégralement à distance de l’organe (28).
Procédé selon l’une quelconque des revendications 15 à 16 comprenant une étape d’installation dans la couche centrale (18) d’une boîte (22) configurée pour former l’enceinte (20).
Procédé selon la revendication précédente comprenant une réalisation de la boite (22) par fabrication additive.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 15 à 18 comprenant :
. lors d'une réalisation du panneau, une mise en place de couches d’un matériau composite autour d’un noyau,
. une cuisson du panneau (12), et
- un retrait du noyau hors du panneau (12) après la cuisson.
Procédé selon la revendication précédente dans lequel on recouvre le noyau d’un agent démoulant.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 15 à 20 comprenant une mise en place :
- de couches de matériau composite principales configurées pour former au moins l’une des peaux externe (16) et interne, et
- de couches de matériau composite de renfort ayant une superficie réduite par rapport à une superficie des couches de matériau composite principales et configurées pour être contiguës à l’organe (28).
Procédé selon l’une quelconque des revendications 15 à 21 dans lequel, après la cuisson, on fixe un renfort (38) au panneau (12), notamment par un moyen mécanique ou par collage.