Brevet FR2959486A1 — publié le 20111104

La présente invention se rapporte au domaine des nacelles pour moteurs d'aéronef. Comme cela est connu en soi, un moteur d'aéronef, qui est en général du type turboréacteur, est placé à l'intérieur d'une nacelle qui, entre 5 autres fonctions : - assure le carénage aérodynamique du moteur, - permet de canaliser l'air extérieur vers le moteur, - permet de relier le moteur à l'aéronef. Classiquement, la liaison du moteur à l'aéronef est effectuée au 10 moyen d'une structure de support comprenant deux poutres longitudinales supérieures, classiquement appelée poutres 12 heures en raison de leur position au sommet de la nacelle, deux poutres longitudinales inférieures, classiquement appelées poutres 6 heures en raison de leur position dans la partie inférieure de la nacelle, et un ensemble présentant une forme 15 sensiblement annulaire appelé cadre avant, formé en réalité de deux demi-cadres avant s'étendant chacun entre lesdites poutres longitudinales supérieures et inférieures, et destiné à être fixé à la périphérie du bord aval du carter de la soufflante du moteur. Une telle configuration classique est visible sur la figure 1 ci-20 annexée, où l'on a représenté une partie arrière de nacelle incorporant en l'espèce un inverseur de poussée, cette partie arrière comprenant : - deux poutres 12 heures la, 1 b, - deux demi-cadres avant 3a, 3b, reliés respectivement aux deux poutres 12 heures 1 a, 1 b, et supportant des grilles de déviation 5a, 5b, 25 - deux demi-capots 7a, 7b montés chacun coulissant respectivement sur une poutre 12 heures 1 a, 1 b de manière à pouvoir découvrir les grilles de déviation 5a, 5b en vue de réaliser l'inversion de poussée (poutres 6 heures non visibles sur la figure 1). Comme cela est connu en soi, lors de l'inversion de poussée, l'air 30 Al en provenance de la soufflante (non représentée) et circulant à l'intérieur de la veine de flux secondaire 9, traverse les grilles 5a, 5b et est rejeté vers l'avant de la nacelle, comme indiqué par la flèche A2. La poutre 12 heures gauche la et son demi-cadre avant gauche associé 3a sont représentés isolément à la figure 2 à l'état assemblé, et à la 35 figure 3 juste avant leur assemblage. Comme on peut le voir à la figure 3, cet assemblage est réalisé classiquement en prévoyant une extension 11 sur la poutre lb, qui vient s'emboîter à l'intérieur d'une cavité 13 de forme correspondante définie par la paroi 15 du demi-cadre avant 3b. Une fois cet emboîtement réalisé, on vient fixer des rivets 17 pour solidariser l'extension 11 de la poutre la avec la paroi 15 du demi-cadre avant 3b (voir figure 4). Un tel mode d'assemblage n'est pas entièrement satisfaisant, d'une part car il ne permet le passage des efforts que sur une partie de sa section, et d'autre part car les rivets sont montés en aveugle (c'est-à-dire qu'ils ne sont accessibles que de l'extérieur), ce qui rend leur montage et leur contrôle compliqués. Un tel assemblage nécessite également une opération de calage très longue (usinage de cales parfois biaises) et donc coûteuse. La présente invention a notamment pour but d'améliorer la capacité de transmission d'efforts de la liaison entre chaque poutre 12 heures et son demi-cadre avant associé, et de s'affranchir des inconvénients liés au caractère aveugle du montage des rivets de solidarisation de ces deux organes. Il s'agit également de réduire le nombre de rivets, et de simplifier, voire d'annuler le calage. On atteint ce but de l'invention avec une demi-structure de support pour nacelle de moteur d'aéronef, comprenant au moins une poutre longitudinale et un demi-cadre avant, remarquable en ce que ladite poutre et ledit demi-cadre sont formés en matériaux composites, en ce que ledit demi-cadre présente une section ouverte, et en ce que la cette demi-structure présente l'une des trois caractéristiques suivantes : - ladite poutre et ledit demi-cadre avant forment une pièce monobloc, ou - ladite poutre présente une extension de section ouverte, dont la forme correspond à celle dudit demi-cadre avant, cette extension étant fixée à ce demi-cadre, ou - ledit demi-cadre avant présente une extension de forme ouverte, dont la forme correspond à celle de ladite poutre, cette extension étant fixée à 35 cette poutre. La section ouverte du demi-cadre et, le cas échéant, de l'extension de la poutre ou du demi-cadre avant, permettent de mettre en oeuvre chacune de ces deux solutions, et de s'affranchir des problèmes susmentionnés. En effet, la pièce monobloc est réalisée en une seule opération de moulage (selon des procédés connus du type RTM (Resin Transfer Moulding) ou par infusion, par exemple). Grâce à une telle pièce monobloc, on obtient une continuité de fibres des matériaux composites, entre la poutre et son demi-cadre avant associé : on obtient de la sorte une transmission optimale des efforts entre ces deux organes. En plaçant les fibres de façon optimisée (dans la direction du passage des efforts), on gagne en masse par rapport à un bloc en aluminium. De plus, dans le cas d'une telle pièce monobloc, aucun moyen de fixation entre les organes n'est bien entendu nécessaire, ce qui permet de s'affranchir des problèmes de montage et de contrôle susmentionnés. Quant à la solution de fixation de l'extension de la poutre sur son demi-cadre avant associé, de par les formes ouvertes qui se correspondent de cette extension et de ce demi-cadre, on supprime les difficultés de montage et de contrôle des moyens de fixation de ces deux pièces l'une à l'autre. Il en est de même dans la variante où le demi-cadre avant présente une extension qui se fixe sur la poutre. L'invention permet en outre d'éloigner la jonction entre la poutre et son demi-cadre avant associé de la zone de transition très chargée entre le voile 12 heures (sensiblement vertical) de la poutre avec son demi-cadre avant, en rallongeant l'extension de la poutre (ou du demi-cadre avant, selon la variante considérée). Allonger cette extension est difficilement rentable en termes de coûts quand on usine une poutre dans un bloc d'aluminium en raison de la matière nécessaire. Par contre, en matériaux composites, cette longueur est beaucoup plus facilement ajustable. On notera de plus que le fait de prévoir une jonction entre deux pièces en matériaux composites permet de s'affranchir des contraintes liées à la dilatation thermique qui apparaissent dans le cas d'un assemblage entre une pièce métallique et une pièce composite. Cela fait gagner du temps d'étude et de la masse. Des organes à sections ouvertes comme indiqué ci-dessus, ne sont aisément réalisables, compte-tenu par ailleurs des contraintes de poids et d'encombrement, qu'avec des matériaux composites. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la demi-structure selon l'invention : - ladite poutre est une poutre 12 heures ; - ladite poutre est une poutre 6 heures ; - lesdites sections ouvertes présentent sensiblement une forme de C; - ladite extension est fixée sur ledit demi-cadre avant par des moyens choisis dans le groupe comprenant le collage et la fixation par rivets ; - les parties inférieures de ladite poutre et du demi-cadre avant sont carénées de manière à supprimer l'écart entre ces pièces, et à assurer ainsi la continuité aérodynamique. La présente invention se rapporte également à une nacelle pour moteur d'aéronef, remarquable en ce qu'elle comprend deux demi-structures conformes à ce qui précède. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des 20 figures ci-annexées, dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en perspective d'une partie arrière de nacelle de la technique antérieure, comportant un système d'inversion de poussée, et décrite dans le préambule de la présente description, 25 - la figure 2 représente en perspective, et à échelle légèrement supérieure, une demi-structure gauche de l'ensemble représenté à la figure 1, cette demi-structure comportant une poutre 12 heures et un demi-cadre avant. - la figure 3a représente, en perspective et à échelle encore 30 plus grande, la poutre 12 heures de la demi-structure de la figure 2, - la figure 3b représente en perspective, à la même échelle qu'à la figure 3a, le demi-cadre avant de la demi-structure de la figure 2, - la figure 4 représente une vue en coupe selon un plan parallèle au plan XZ de la figure 2, de la zone indiquée par la ligne IV de cette figure 2, - la figure 5 est une vue en perspective analogue à celle de la figure 2, et à échelle légèrement supérieure, d'une demi-structure gauche selon l'invention, conforme à un premier mode de réalisation ; sur cette figure sont visibles non seulement la poutre 12 heures, mais également la poutre 6 heures, - la figure 6a, analogue à la figure 3a, représente une poutre 12 heures d'une demi-structure gauche selon l'invention conforme à un deuxième mode de réalisation, et - la figure 6b, analogue à la figure 3b, représente une partie d'un demi-cadre avant gauche de cette demi-structure gauche selon l'invention conforme au deuxième mode de réalisation. Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensemble d'organes identiques ou analogues. On notera que l'on a représenté sur toutes les figures un repère XYZ, ces trois axes représentant respectivement les directions longitudinale, transversale et verticale des organes ou ensemble d'organes représentés, dans la position qu'ils sont destinés à occuper lorsqu'ils sont en place dans une nacelle fixée sur un aéronef. A noter que la flèche de l'axe X est orientée de l'aval vers l'amont de la nacelle, l'aval et l'amont s'entendant par rapport au sens de circulation de l'air à l'intérieur de cette nacelle, tel qu'il est indiqué par la flèche Al de la figure 1. Les figures 1 à 4 se rapportent à des éléments de la technique antérieure, décrits de manière détaillée dans le préambule de la présente description : ces éléments ne seront donc pas décrits à nouveau ici. On se reporte à présent à la figure 5, sur laquelle on peut voir que, selon un premier mode de réalisation, la demi-structure gauche selon l'invention comprend une poutre 12 heures gauche 1 b et un demi-cadre avant gauche 3b formés d'un seul tenant. Plus particulièrement, la poutre 12 heures gauche 1 b présente une 35 section générale sensiblement en L, et le demi-cadre avant gauche 3b présente une section générale ouverte, sensiblement en forme de C. Par « ouverte », on entend que le volume défini par la paroi du demi-cadre avant gauche 3b est un volume ouvert en auge ou en gouttière, et non un volume clos à la manière d'une boîte, contrairement à ce qui est visible sur la figure 4 concernant l'art antérieur. Une zone de transition 19, formée d'un seul tenant avec la poutre 12 heures gauche 1 b et avec le demi-cadre avant 3b, permet de passer de la section en L de celle-là à la section en C de celui-ci. Bien entendu, ailleurs que dans la zone de transition 19, la poutre 1 b et le demi-cadre avant 3b peuvent présenter des sections de formes 10 différentes. En particulier, en dehors de la zone de transition 19, la poutre 1 b peut par exemple présenter une section en caisson, ou bien encore une section en oméga. A noter également que l'invention propose également d'assurer la 15 continuité des carénages aérodynamiques intégrés sous la poutre 1 b et dans la partie radialement inférieure du demi-cadre avant 3b dans le cas où ils y seraient intégrés. Cela permet en particulier de diminuer les pertes aérodynamiques en supprimant l'écart entre ces pièces et entre les rivets qui les attachent. 20 Des charnières 21 sont prévues dans le creux du L de la poutre 1 b, permettant la mise en place de bielles de liaison avec la poutre 12 heures droite associée. Par ailleurs, des nervures formant renfort 23 sont disposées régulièrement dans le creux du demi-cadre avant 3b, de manière à conférer à 25 celui-ci la résistance et la rigidité nécessaires. Compte tenu des contraintes d'encombrement et de poids à respecter, il est nécessaire de recourir à des matériaux composites pour réaliser la demi-structure représentée à la figure 5. Ces matériaux composites peuvent comprendre notamment des 30 tissus en fibre de carbone noyés dans de la résine polymérisée. L'obtention de cette demi-structure avec de tels matériaux composites peut être réalisée soit par moulage et cuisson de tissus pré-imprégnés en résine. De manière alternative, les matériaux composites peuvent être 35 obtenus par des procédés de type LCM (« Liquid Composite Moulding »), regroupant notamment les procédés RTM (« Resin Transfer Moulding ») et LRI (« Liquid Resin Infusion ») La préforme sèche peut être obtenue par tissage 2D ou 3D, par tressage, par dépose automatique de fibres (nappes par exemple), ou encore par empilement de tissus. On notera que les sections ouvertes respectivement en L et en C 5 de la poutre 1 b et du demi-cadre avant 3b dans leur zone de transition 19 simplifie considérablement les outillages à mettre en oeuvre. Comme on peut le comprendre, le fait de réaliser ces pièces d'un seul tenant permet d'obtenir une continuité des fibres des matériaux composites notamment dans la zone de transition 19, qui est une zone 10 soumise à des efforts notamment circonférentiels très importants. On obtient de la sorte une demi-structure présentant une excellente résistance vis-à-vis de ces efforts, sans aucun moyen de fixation tel que des rivets, contrairement à l'état de la technique (voir figure 4). On gagne ainsi en poids, et l'on s'affranchit de tous les problèmes 15 de l'art antérieur liés à la complexité de mise en place et au contrôle des moyens de fixation dans une zone de la nacelle par ailleurs très encombrée. Dans un deuxième mode de réalisation visible aux figures 6a et 6b, la poutre avant gauche 1 b et le demi-cadre avant 3b forment deux pièces distinctes en matériaux composites, obtenues chacune selon un procédé de 20 fabrication analogue à celui qui a été décrit pour le mode de réalisation de la figure 5. La poutre 12 heures gauche 1 b comporte une extension 25 transversale (c'est-à-dire sensiblement parallèle au plan YZ), présentant une section ouverte de forme analogue à la section ouverte du demi-cadre avant 25 3b. Cette extension 25 peut ainsi se superposer de manière parfaitement correspondante sur l'extrémité associée 27 du demi-cadre avant 3b. Pour obtenir l'ensemble d'une structure avant gauche, on vient 30 fixer l'extension 25 de la poutre 1 b sur l'extrémité correspondante 27 du demi-cadre avant 3b, par tout moyen approprié, comme par exemple par collage ou par mise en place de rivets. On comprendra que, de par la parfaite correspondance des formes de la poutre 1 b et du demi-cadre avant 3b dans la zone de transition 19, on 35 peut obtenir une transmission optimale des efforts, et par là même une grande résistance de l'ensemble. A noter que les formes ouvertes de l'extension 25 et de la partie 27 du demi-cadre avant permettent en cas de mise en place de rivets, de monter ces derniers de manière aisée et parfaitement visible, contrairement à l'agencement clos en forme de boitier de la technique antérieure visible sur la figure 4. Bien entendu, la présente invention n'est ni nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre de simples exemples. C'est ainsi en particulier que les préceptes décrits au sujet de la 10 liaison entre la poutre 12 heures et le cadre avant sont transposables à la liaison entre ce cadre avant et la poutre 6 heures 27, visible sur la figure 5. REVENDICATIONS1. Demi-structure de support pour nacelle de moteur d'aéronef, comprenant au moins une poutre longitudinale (la, 1 b ; 27) et un demi-cadre avant (3a, 3b), remarquable en ce que ladite poutre (la, 1 b ; 27) et ledit demi-cadre (3a, 3b) sont formés en matériaux composites, en ce que ledit demi-cadre (3a, 3b) présente une section ouverte, et en ce que la cette demi-structure présente l'une des trois caractéristiques suivantes : - ladite poutre (la, 1 b ; 27) et ledit demi-cadre (3a, 3b) avant 10 forment une pièce monobloc, ou - ladite poutre (la, 1 b) présente une extension (25) à section ouverte, dont la forme correspond à celle dudit demi-cadre avant (3a, 3b), cette extension (25) étant fixée à ce demi-cadre (3a, 3b), ou - ledit demi-cadre avant présente une extension de forme ouverte, 15 dont la forme correspond à celle de ladite poutre, cette extension étant fixée à cette poutre. 2. Demi-structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite poutre (la, 1 b) est une poutre 12 heures. 3. Demi-structure selon l'une des revendications 1 ou 2, 20 caractérisée en ce que ladite poutre (27) est une poutre 6 heures. 4. Demi-structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites sections ouvertes présentent sensiblement une forme de C. 5. Demi-structure selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisée en ce que ladite extension (25) est fixée sur ledit demi-cadre avant par des moyens choisis dans le groupe comprenant le collage et la fixation par rivets. 6. Demi-structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les parties inférieures de ladite poutre et 30 du demi-cadre avant sont carénées de manière à supprimer l'écart entre ces pièces, et à assurer ainsi la continuité aérodynamique. 7. Nacelle pour moteur d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend deux demi-structures conformes à ce qui précède.