Brevet FR3012416A1 — publié le 20150501

AERONEF COMPRENANT UNE LIAISON SOUPLE DEPORTEE ENTRE UN MOTEUR ET UNE STRUCTURE PRIMAIRE DE MAT MOTEUR La présente invention se rapporte à un système de liaison mécanique entre un moteur d'aéronef et une structure primaire de mât moteur. Dans les aéronefs les moteurs (turbo fan et turbopropulseur) sont généralement reliés mécaniquement soit au fuselage soit à la voilure de l'aéronef, selon la configuration de l'aéronef. Chaque moteur est plus particulièrement relié à une structure primaire d'un mât moteur par l'intermédiaire d'un système de liaison mécanique rigide. Il serait utile de pouvoir améliorer le comportement de la liaison moteur-structure primaire de mât lorsque des vibrations sont susceptibles d'être générées par le moteur en cas de perte de pale(s). L'invention a ainsi pour objet un aéronef comprenant : - une structure primaire de mât moteur - au moins une nacelle logeant un moteur - un système de liaison mécanique entre le moteur et la structure primaire de mât moteur, caractérisé en ce que le système de liaison mécanique comprend une liaison souple qui est disposée dans une zone extérieure à la nacelle. En déportant la liaison souple hors de la nacelle on dispose de plus de place pour loger la liaison souple que dans l'environnement lié au moteur et les températures y sont bien moins élevées. Une telle liaison souple modifie la réponse dynamique du système de liaison lors d'excitations vibratoires et, ainsi, permet de gérer les niveaux d'accélération de manière passive ou active selon le type de la liaison souple. Selon d'autres caractéristiques possibles prises isolément ou en combinaison l'une avec l'autre : - le système de liaison mécanique comprend un ou plusieurs éléments rigides entre la liaison souple et le moteur ou entre la liaison souple et des pièces de liaison fixées au moteur, le ou les éléments rigides présentant une longueur permettant de déporter la liaison souple hors de la nacelle ; - la liaison souple peut également être amortissante ; - le système de liaison mécanique comprend une pièce située à l'intérieur de la nacelle et qui est fixée à la carcasse du moteur, ladite pièce 10 étant une pièce de reprise d'efforts bidirectionnels et de couple(s) mécanique(s) appliqués par le moteur ; - le système de liaison mécanique comprend un ou plusieurs éléments rigides qui relient la pièce à la liaison souple ; - les éléments rigides sont d'une longueur telle qu'ils permettent 15 d'assurer la liaison entre la pièce située à l'intérieur de la nacelle et la liaison souple à l'extérieur de la nacelle ; - la pièce est montée articulée sur un support qui est percé pour le passage du ou des éléments rigides ; - les éléments rigides de liaison sont deux biellettes ; 20 - la pièce est une manille qui comprend deux bras conférant à ladite pièce une forme générale de boomerang ; - l'angle formé par les deux bras de la manille est compris entre 100 et 160° ; - la liaison souple est passive ou active. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle schématique de la partie arrière d'un aéronef selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'un système de liaison moteur-structure primaire de mât moteur qui intègre une liaison souple selon l'invention; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une partie des éléments de la structure du système de liaison moteur-structure primaire de mât moteur sans le moteur et la structure primaire de mât moteur ; - la figure 4a est une vue schématique de côté (inversée par rapport à la vue de la figure 2) du système de liaison moteur-structure primaire de mât moteur qui intègre une liaison souple élastique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4b est une vue schématique de côté (inversée par rapport à la vue de la figure 2) du système de liaison moteur-structure primaire de mât moteur qui intègre une liaison souple élastique et une liaison amortissante selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique partielle de dessus d'un système de liaison moteur-structure primaire de mât moteur qui intègre une liaison souple selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique partielle en perspective d'un système de liaison moteur-structure primaire de mât moteur qui intègre une liaison souple selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. La partie arrière d'un aéronef selon un mode de réalisation est partiellement représentée à la figure 1. L'aéronef 10 comprend deux moteurs à hélices contra-rotatives 12, 14 dont un seul 12 est visible entièrement sur la figure. Seules quelques pales de l'autre moteur 14 sont partiellement visibles sur cette figure. Chaque moteur tel que le moteur 12 est logé dans une nacelle 16 représentée en transparence. Chaque moteur est raccordé au fuselage 18 de l'aéronef par un mât moteur 20. Le mât moteur 20 comprend un capotage externe renfermant une structure porteuse ou structure primaire de mât moteur. Le moteur 12 (resp. 14) est relié, par sa carcasse, à la structure primaire du mât moteur 20 par l'intermédiaire d'un système de liaison mécanique 40 schématisé à la figure 1. Le système de liaison mécanique 40 est illustré plus en détail à la figure 2, ainsi qu'une partie de la carcasse 24 du moteur (la nacelle n'a pas été représentée par souci de clarté) et une partie de la structure primaire de mât 22. Comme représenté à la figure 2, la carcasse 24 du moteur 12 est reliée, notamment en partie inférieure, à une pièce de liaison rigide 42 du système 40 qui est une pièce de reprise d'efforts bidirectionnels et de couple(s) mécanique(s) appliqués par le moteur. Cette pièce 42 est une manille qui comprend deux bras 43, 45 conférant à ladite pièce une forme générale de boomerang. L'angle formé entre les deux bras 43, 45 est relativement ouvert et est par exemple compris entre 100 et 160°. Cet angle est ainsi optimisé pour garantir l'efficacité de la pièce 42, notamment sa capacité à transférer les efforts du moteur à la structure primaire de mât moteur. La carcasse du moteur est également reliée en partie supérieure à une autre pièce de liaison rigide 44 du système 40 qui est appelée bielle supérieure. Les détails des attaches entre les pièces 42, 44 et la carcasse 24 n'ont pas été représentés par souci de clarté. Ces deux pièces 42, 44 sont montées articulées chacune sur une première ferrure avant 46 qui a une forme générale en U suivant une vue de profil (la ferrure 46 et les pièces 42, 44 sont également représentées sur la figure 3). Chaque branche du U s'étend à partir d'une embase 48 en formant deux flancs parallèles 48a-b, 48c-d espacés l'un de l'autre de manière à définir un espace pour recevoir une partie de chaque pièce 42, 44. Les flancs latéraux 48a, 48b de la première branche du U (branche inférieure) reçoivent la partie médiane 42c de la manille 42. Cette partie médiane est disposée entre les deux extrémités opposées 42a, 42b qui sont reliées à la carcasse 24. Les flancs latéraux 48c, 48d de la deuxième branche du U (branche supérieure) reçoivent une extrémité 44a de la bielle supérieure 44 qui est opposée à l'extrémité de cette bielle qui est reliée à la carcasse 24. La ferrure 46 est ainsi une pièce formant support pour les pièces 42, 44. Comme représenté sur la figure 2, la ferrure avant 46 est montée en appui sur un premier élément de structure 50. La forme du premier élément de structure 50 est adaptée pour, d'une part, servir d'appui à la face arrière de la ferrure 46 par l'intermédiaire de deux parties périphériques opposées de sa face avant 50a et, d'autre part, prendre appui sur un longeron moteur 54 par l'intermédiaire de la partie centrale de sa face arrière 50b. Le premier élément de structure 50 a une section représentée à la figure 4a qui a une forme générale de M aplati et couché sur le côté. La forme de M aplati comprend une partie centrale 50c en forme de V tronqué à sa pointe, encadrée par deux jambes 50d, 50e munies de pieds qui prennent appui sur la ferrure avant 46. Les jambes 50d, 50e, dans leur partie qui est située à l'opposé des pieds, rejoignent chacune la partie centrale 50c par une zone aplatie qui prend appui contre le longeron moteur 54. Un deuxième élément de structure 56 est disposé contre la partie centrale tronquée 50c du premier élément de structure 50 qui fait saillie en direction de la ferrure avant 46 et contre la partie centrale de la face arrière de la ferrure avant 46. Le deuxième élément de structure 56 présente des dimensions sensiblement correspondantes à celles de la partie centrale saillante 50c du premier élément de structure 50 et est enserré entre ces deux parties en étant fixées à celles-ci. La pièce 50 a pour fonction de relier les attaches moteur (ou pièces de liaison fixées au moteur) au longeron moteur 54. Le longeron moteur 54 est partie intégrante de la structure primaire de mât moteur 22 par l'intermédiaire d'une traverse 58 (fig. 2). La traverse 58 est plus particulièrement raccordée à des cornières supérieure 22a et inférieure 22b respectivement fixées à des nervures supérieure 22c et inférieure 22d. On notera qu'une deuxième traverse non représentée, disposée en arrière plan, est également prévue pour relier le longeron moteur 54 à la nervure 22 de la structure primaire de mât moteur 20. L'ensemble des éléments de structure mécanique précités font partie du système de liaison mécanique 40. Il convient de noter que le moteur est relié à la structure primaire de mât moteur 22 par d'autres éléments de structure non représentés sur les figures tels que des manilles arrière et bielles de poussée. On notera que les éléments de structure empilés 46, 56, 50 et 54 sont agencés à l'intérieur de la nacelle bien que celle-ci ne soit pas visible sur les figures 2 à 4a. La traverse 58, quant à elle, est disposée à l'extérieur de la nacelle et est fixée au longeron moteur 54 du côté extérieur à la nacelle. Le longeron moteur est un "séparateur" physique délimitant l'environnement nacelle et la structure primaire de mât moteur. La traverse 58 s'étend en éloignement de la nacelle pour s'attacher à la structure primaire de mât moteur 22. Le système de liaison mécanique 40 participe au maintien du moteur 12 avec les autres manilles et transmet les efforts générés et/ou subis par le moteur et sa nacelle à la structure primaire de mât 20. Le système de liaison mécanique 40 comprend également, une liaison souple 60 qui est matérialisée sur la figure 2 uniquement par un ensemble de traits pointillés épais. Cette liaison souple est déportée hors de la nacelle et est reliée à la carcasse du moteur 24 par un ensemble de deux éléments rigides allongés 62, 64 qui sont ici représentés par des biellettes ou bielles de poussée (visibles à la figure 3). L'ensemble des éléments de structure empilés 46, 56, 50 et 54 sont perforés dans leurs parties centrales respectives pour permettre leur traversée par les deux biellettes 62, 64. On notera que la pièce 56 permet de relier les biellettes 62, 64 à la pièce 50. Ces deux biellettes sont fixées par une première extrémité 62a, 64a par une liaison rotule à l'extrémité supérieure 42a de la manille 42. Les deux biellettes sont fixées par une deuxième extrémité opposée 62b, 64b à une première extrémité de la liaison souple 60. La liaison souple 60 est également reliée, par une extrémité opposée, à la structure primaire de mât moteur 20 par l'intermédiaire de la nervure 22 et, de deux chapes supérieure 66 et inférieure 68 (figures 2 et 3). Ces chapes sont elles mêmes fixées respectivement aux cornières supérieure 22a et inférieure 22b. Comme représenté de façon très schématique à la figure 4a, dans ce premier mode de réalisation la liaison souple 60 prend uniquement la forme d'une liaison élastique telle qu'assurée par un simple ressort de raideur choisie. La fonction de cette liaison souple élastique est de modifier la réponse modale du système de liaison 40 entre le moteur 12 et la structure primaire de mât 20 sous l'action de vibrations générées par le moteur en cas de perte accidentelle d'une ou de plusieurs pales. On modifie ainsi la réponse modale de la structure primaire de mât 20, c'est-à-dire sa réponse dynamique, lorsque le moteur génère des vibrations qui sont transmises par le système de liaison mécanique 40. La réponse modale est modifiée de manière à réduire les niveaux d'accélérations auxquels pourraient être soumis la structure primaire de mât 20 en cas de perte accidentelle d'une ou de plusieurs pales par le moteur. La sécurité de l'aéronef est ainsi renforcée. La liaison souple 60 est déportée hors de la nacelle dans une zone où la température est inférieure à celle régnant à l'intérieur de la nacelle (généralement supérieure à 100°C) et où il y a davantage d'espace disponible pour y loger une telle liaison souple. De plus, la liaison souple est disposée en dehors de la « zone feu » de la nacelle. On notera que deux biellettes 62, 64 sont envisagées pour des raisons de sécurité au cas où l'une d'entre elles serait endommagée. Toutefois, une seule biellette suffit normalement pour la transmission des efforts (concept appelé « fail-safe » en terminologie anglosaxonne). Par ailleurs, la liaison rigide entre la liaison souple et la manille 42 peut alternativement être réalisée par d'autres moyens que les biellettes 62, 64. Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 4b (seule la liaison souple est modifiée par rapport au mode de la figure 4a), la liaison souple 70 comprend, d'une part, une première composante 70a qui assure la fonction d'élasticité ou de raideur de la liaison comme pour la liaison 60 de la figure 4a et, d'autre part, une deuxième composante 70b qui est dotée d'une fonction amortissante. Cette deuxième composante 70b a pour fonction de d'amortir et de dissiper l'énergie des vibrations transmises par le moteur à la structure primaire de mât moteur 20. Cette double fonction est assurée par exemple par un ressort de type 10 hélicoïdal, élastomère, par des ressorts à friction pour lesquels l'amortissement est assuré par le frottement des éléments entre eux, par un ressort hélicoïdal qui comporte un amortisseur dans sa partie centrale. Ces différentes liaisons souples sont de type passif. La figure 5 illustre en vue de dessus un troisième mode de réalisation 15 dans lequel une liaison souple et amortissante 80 est intégrée dans le système de liaison mécanique entre la carcasse 24 du moteur et la structure primaire de mât moteur 20. L'ensemble des éléments structurels décrits en référence aux figures 1 à 4a est repris dans ce troisième mode. Une deuxième traverse 82, en plus de 20 la traverse 58, relie le longeron moteur 54 à la structure primaire de mât moteur 20. La liaison souple et amortissante 80 est agencée dans l'espace défini entre les deux traverses 58 et 82 et est reliée, d'une part, aux extrémités des deux biellettes 62, 64 et, d'autre part, aux chapes supérieure et inférieure 66 25 et 68 (non visibles sur la figure 5). Selon une variante de réalisation, la pièce de liaison 80 peut être remplacée par une seule liaison souple sans fonction d'amortissement. Un quatrième mode de réalisation est illustré à la figure 6. L'ensemble des éléments structurels décrits en référence aux figures 1 à 4a est repris dans ce mode. Une liaison souple et amortissante 120 est intégrée dans le système de liaison mécanique entre la carcasse 24 du moteur et la structure primaire de mât moteur 22. La liaison souple et amortissante 120 est agencée dans l'espace défini entre les deux traverses 58 et 82 de la figure 5 et est reliée, d'une part, aux extrémités des deux biellettes 62, 64 et, d'autre part, aux chapes supérieure et inférieure 66 et 68. Cette liaison est réalisée sous la forme d'une pièce composée d'élastomère qui assure à la fois la rigidité et l'amortissement de la liaison. Une telle liaison est par exemple décrite dans la demande de brevet français n° 12 62950. Selon d'autres variantes de réalisation non représentées, des liaisons souples de type actif peuvent alternativement être envisagées. A titre d'exemples, des liaisons hydrauliques, magnétiques, pneumatiques, électriques peuvent être utilisées afin de procurer une fonction de rigidité et d'amortissement et, éventuellement, de filtration des vibrations. On notera que les différentes liaisons souples décrites ci-dessus peuvent s'appliquer aussi bien dans un système de liaison entre moteur et structure primaire de mât moteur raccordée au fuselage (figure 1) que dans un système de liaison entre moteur et structure primaire de mât moteur disposée sous la voilure de l'aéronef ou reliée à l'empennage. Par ailleurs, plusieurs liaisons souples, amortissantes ou non, du type décrit ci-dessus (ou d'un autre type) peuvent être utilisées pour chaque liaison moteur-structure primaire de mât moteur et ce, sur tous les moteurs de l'aéronef. L'architecture de liaison souple déportée peut être connectée à un système actif de type hydraulique, hydropneumatique, électromécanique, électromagnétique, etc. Un tel système actif est par exemple asservi de manière à adapter la réponse modale de la liaison souple en fonction de contraintes ou besoins prédéterminés. REVENDICATIONS1. Aéronef (10) comprenant : - une structure primaire de mât moteur (22), - au moins une nacelle (16) logeant un moteur (12), - un système de liaison mécanique (40) entre le moteur (12) et la structure primaire de mât moteur (22), caractérisé en ce que le système de liaison mécanique (40) comprend une liaison souple (60 ; 70 ; 80 ; 120) qui est disposée dans une zone extérieure à la nacelle. 2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de liaison mécanique comprend un ou plusieurs éléments rigides entre la liaison souple et le moteur (12) ou entre la liaison souple et des pièces de liaison fixées au moteur, le ou les éléments rigides présentant une longueur permettant de déporter la liaison souple hors de la nacelle. 3. Aéronef selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison souple (70 ; 80 ; 120) est également amortissante. 4. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de liaison mécanique (40) comprend une pièce (42) située à l'intérieur de la nacelle et qui est fixée à la carcasse (24) du moteur, ladite pièce étant une pièce de reprise d'efforts bidirectionnels et de couple(s) mécanique(s) appliqués par le moteur. 5. Aéronef selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système de liaison mécanique comprend un ou plusieurs éléments rigides (62,64) qui relient la pièce (42) à la liaison souple. 6. Aéronef selon la revendication 2 et la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les éléments rigides sont d'une longueur telle qu'ils permettentd'assurer la liaison entre la pièce (42) située à l'intérieur de la nacelle et la liaison souple à l'extérieur de la nacelle. 7. Aéronef selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la pièce (42) est montée articulée sur un support (46) qui est percé pour le passage du ou des éléments rigides (62, 64). 8. Aéronef selon l'une des revendications 2, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que les éléments rigides de liaison sont deux biellettes (62,64). 9. Aéronef selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la pièce (42) est une manille qui comprend deux bras (43,45) conférant à ladite pièce une forme générale de boomerang. 10. Aéronef selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'angle formé par les deux bras de la manille est compris entre 100 et 160°. 11. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la liaison souple est passive ou active.15