FR2914362A1

FR2914362A1 - Dispositif de deviation et de retention de debris de moteur d'aeronef.

Info

Publication number: FR2914362A1
Application number: FR0754160A
Authority: FR
Inventors: Gilles Weyland; Bernadette Dulay; David Hardy
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-03
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: US20100101205A1; EP2129876A2; WO2008135699A2; CN101652536A; CN101652536B; FR2914362B1; CA2681365A1; JP2010523863A; RU2009140136A; WO2008135699A3; BRPI0808617A2

Abstract

L'objet de l'invention est un dispositif de protection pour traiter au moins un débris provenant d'un étage de compresseur ou de turbine d'une motorisation d'aéronef, caractérisé en ce qu'il est de type ponctuel et disposé de manière à être sécant avec la trajectoire privilégiée dudit débris et a une géométrie permettant au moins de dévier les débris les plus énergétiques.

Description

DISPOSITIF DE DEVIATION ET DE RETENTION DE DEBRIS DE MOTEUR D'AERONEF

La présente invention se rapporte à un dispositif de déviation et de rétention de débris provenant d'une motorisation d'aéronef, et plus particulièrement des débris issus d'un étage de compresseur ou de turbine de la motorisation. En matière de protection, une première solution consiste à protéger certains éléments dit élément cible en disposant un écran ou une structure forte entre la source potentielle des débris et l'élément cible à proximité dudit élément. L'écran doit être apte à retenir les éléments les plus énergétiques. Selon une autre solution, les organes essentiels ainsi que les circuits de commande d'un aéronef sont généralement ségrégués pour offrir plus de sécurité. A titre d'exemple, un aéronef contient plusieurs circuits hydrauliques et électriques pour assurer une même fonction, de sorte que la perte de l'un de ces circuits (de commande ou de puissance) n'entraînera pas la perte de la fonction elle même. Cette solution largement utilisée conduit à augmenter la masse embarquée et à complexifier la conception de la motorisation, notamment en évitant la juxtaposition des organes principaux et des systèmes de sécurité correspondant. Selon une autre approche, les solutions visent à traiter la ou les sources de débris ou les débris eux-mêmes. Au niveau de la motorisation, il existe essentiellement deux sources de débris à savoir la soufflante à partir de laquelle des pales ou des morceaux de pales peuvent se détacher et le turboréacteur à partir duquel des étages ou des portions d'étages de compresseurs ou de turbines peuvent se détacher.

Concernant la soufflante, une solution consiste à prévoir une ceinture visant à retenir les débris en périphérie de la soufflante. Ainsi, les débris sont cantonnés à l'intérieur de la ceinture et ne peuvent pas atteindre les cibles. Selon cette solution, les caractéristiques des ceintures, notamment les dimensions et les matériaux, sont déterminées afin de retenir les débris les plus énergétiques. La zone d'implantation de la ceinture n'étant pas très sollicitée en matière de température, il est possible d'utiliser des éléments composites et/ou une structure alvéolaire afin de ne pas trop augmenter la masse embarquée. Enfin, la forme continue de la ceinture permet à la fois de contenir un fragment quelque soit son angle d'éjection et d'obtenir une plus grande résistance mécanique que des éléments disjoints. Concernant le turboréacteur, les motoristes tendent à rendre plus sûrs les éléments du moteur afin de réduire les risques de rupture des éléments le constituant notamment des éléments rotatifs tels que les étages des compresseurs ou des turbines. Cette solution conduit à augmenter les coefficients de sécurité lors de la conception des pièces, à l'amélioration des matériaux et à prévoir des procédés de réalisation des pièces intégrant des contrôles de qualité plus nombreux et/ou plus poussés. Même si cette solution permet de réduire les risques de rupture, elle ne les annule pas totalement si bien qu'il existe toujours un risque qu'un des éléments des étages des compresseurs et des turbines se détache et endommage une partie de l'aéronef. Une solution pourrait consister à utiliser une ceinture comme pour la soufflante. Cependant cette solution n'est pas facilement envisageable notamment dans la mesure où la zone d'implantation est plus fortement sollicitée en température.

Aussi, pour limiter les effets néfastes d'un éclatement de moteur, les constructeurs d'aéronef utilisent plusieurs solutions visant essentiellement à ségréguer les systèmes pour les rendre plus tolérants, à cacher les systèmes derrière des structures fortes, à limiter les conséquences structurales en créant des chemins d'effort résiduels après impact par exemple, ceci de manière très encadrée par le règlement aéronautique et en considérant en général une énergie infinie pour les débris. Aussi, la présente invention vise à pallier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de déviation et de rétention de débris d'une motorisation d'aéronef visant à rendre plus flexible les choix d'architecture, en gardant l'objectif de rendre l'aéronef plus sûr, tout en n'augmentant pas de manière excessive la masse embarquée. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de protection pour traiter au moins un débris provenant d'un étage de compression ou de turbine d'une motorisation d'aéronef, caractérisé en ce qu'il est de type ponctuel et disposé de manière à être sécant avec la trajectoire privilégiée dudit débris et a une géométrie permettant au moins de dévier les débris les plus énergétiques pour protéger l'aéronef dans des secteurs angulaires prédéfinis.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un ensemble propulsif d'un aéronef, - la figure 2 est une vue en perspective d'une motorisation équipée d'un dispositif selon une première variante de l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective d'une motorisation équipée d'un dispositif selon une autre variante de l'invention, - la figure 4 est une vue de côté illustrant en détails les moyens de fixation 25 du dispositif de la figure 2, - la figure 5 est une vue en perspective d'une motorisation équipée d'un dispositif selon une autre variante de l'invention, - la figure 6 est une vue en perspective d'une motorisation équipée d'un dispositif selon une autre variante de l'invention, - la figure 7 est une vue latérale illustrant en détails une autre variante du dispositif de l'invention, et - la figure 8 est un schéma illustrant une autre zone d'implantation d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, il est représenté un ensemble propulsif 10 d'un aéronef, également appelé turboréacteur, relié grâce à des moyens de liaison à un aéronef, notamment grâce à un mât 12 sous une voilure 14 d'aéronef. Il comprend un moteur 16 avec d'une part une soufflante comportant un rotor 18 muni de pales et un stator 20 muni d'aubes, et d'autre part, un conduit primaire 22 dans lequel sont disposés selon le sens d'écoulement de l'air 24, des étages de compresseurs 26, une chambre de combustion 28 et des étages de turbines 30. Le moteur 16 est disposé dans une nacelle 32 qui comprend en amont de la soufflante une entrée d'air 34 et en aval du stator de la soufflante un conduit secondaire 36. Comme illustré sur les figures, le moteur comprend une première partie à l'avant au niveau de laquelle est prévue la soufflante, et une seconde partie à l'arrière au niveau de laquelle sont disposés les étages de compression, la chambre de combustion ainsi que les étages des turbines, ladite partie ayant un diamètre relativement plus petit que la partie avant et étant plus fortement sollicitée en température et soumise à des températures égales ou supérieures à 300 C. En matière de protection, une ceinture peut-être prévue autour de la soufflante visant à retenir une pale ou un morceau de pale susceptible de se détacher de la soufflante. Les caractéristiques mécaniques de cette ceinture sont déterminées de manière à pouvoir retenir les débris les plus énergétiques.

Les étages de compresseurs 26, et les étages de turbines 30 se présentent sous la forme de disques comportant des ailettes, susceptibles de pivoter selon l'axe de l'arbre du moteur 16 matérialisé par l'axe référencé 38. Comme pour la soufflante, des parties des éléments en mouvement du moteur 16, notamment des étages des compresseurs et des turbines, peuvent se détacher ou rompre de manière accidentelle et former des débris susceptibles d'endommager une autre partie de l'aéronef. Contrairement aux débris issus de la soufflante qui ont des mouvements aléatoires, le demandeur a relevé après observations que les débris issus des étages de compresseurs et de turbines ont dans la majorité des cas une cinématique particulière, notamment ces débris pivotent sur eux-mêmes et ont une trajectoire dite privilégiée. Selon l'invention, l'ensemble propulsif comprend un dispositif 40 dans l'environnement du moteur, non circonférentiel, mais de type ponctuel et a une géométrie permettant au moins de dévier les débris les plus énergétiques. Contrairement à une ceinture, le dispositif 40 de l'invention ne s'étend pas sur toute la circonférence du moteur en périphérie de l'élément rotatif. Ainsi, selon l'invention, le dispositif 40 est de type ponctuel et occupe une zone restreinte. Le dispositif est disposé de manière à être sécant avec la trajectoire privilégiée.

Cette configuration permet de pouvoir limiter la masse embarquée. Contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, le dispositif 40 de l'invention n'est pas conçu pour retenir les débris les plus énergétiques, mais ses caractéristiques, notamment le ou les matériaux utilisés, ses dimensions et sa position relative par rapport aux débris et à la cible, sont déterminées de manière à dévier les débris les plus énergétiques c'est à dire à absorber seulement une partie de leur énergie. Cette configuration permet de pouvoir limiter la masse embarquée. Des débris moins énergétiques sont retenus par le dispositif.

Avantageusement, le dispositif est réalisé à partir de matériaux adaptés pour supporter des températures de l'ordre de 300 à 400 C ou plus. Dans la mesure où le dispositif est de type ponctuel et conçu pour dévier les débris les plus énergétiques et non les retenir, il convient d'utiliser des matériaux résistants aux hautes températures, sans toutefois augmenter de manière conséquente la masse embarquée. Le dispositif 40 comprend d'une part au moins une partie déformable 42, et d'autre part, des moyens de liaison 44 au moteur ou à la nacelle, voire à l'aéronef. Selon les variantes, les moyens de liaison 44 relient le dispositif de l'invention au moteur, notamment aux viroles prévues en périphérie du moteur, comme illustré sur les figures 2, 3, 5 et 6, ou au carénage délimitant la paroi intérieure du conduit secondaire de la nacelle comme illustré sur la figure 8. Avantageusement, les moyens de liaison 44 absorbent une partie de l'énergie produite lors du choc d'un débris grâce notamment aux matériaux utilisés pour les moyens de liaison et/ou aux dimensionnements des moyens de liaison et/ou aux formes des moyens de liaison. De préférence, les moyens de liaison 44 comprennent deux ferrures 46, 46' illustrées en détails sur les figures 4 et 7, disposées de part et d'autre d'au moins ladite partie déformable 42, des moyens de fixation permettant de lier chaque ferrure à l'aéronef et des moyens de fixation permettant de lier chaque ferrure à ladite au moins partie déformable 42. Avantageusement, la partie déformable 42 a une géométrie adaptée pour favoriser la déviation des débris les plus énergétiques et de préférence, pour permettre auxdits débris de rouler sur ladite partie compte tenu de leur forme et de leur mouvement de pivotement sur eux-mêmes. La partie déformable 42 doit avoir en surface au moins au niveau de la zone d'impact probable une grande résistance au cisaillement tout en ayant de préférence à coeur une grande capacité à se déformer.

Avantageusement, la ou les parties déformables 42 sont réalisées en un premier matériau ayant une grande résistance dynamique au cisaillement et en un second matériau ayant une grande capacité à se déformer en dynamique sans rupture. A titre d'exemple, le premier matériau est choisi parmi les matériaux suivants : Titane, Acier fortement alliés tel que par exemple un produit commercialisé sous la marque INCONEL, composite à base de fibres céramiques type CMC.... A titre d'exemple, le second matériau est choisi parmi les matériaux suivants : un produit composite à base de fibres aramides tel que par exemple le produit commercialisé sous la marque KEVLAR, mousses métalliques, nid d'abeille métalliques.... Selon une première variante, la partie déformable 42 peut se présenter sous la forme d'au moins une barre 48, par exemple une seule barre comme illustré sur la figure 2, deux barres comme illustré sur la figure 3 ou un maillage de barres. Avantageusement, la ou les barres sont disposées selon la direction longitudinale, à savoir parallèle à l'axe 38. La barre peut avoir différentes formes de section, par exemple circulaire, triangulaire, carrée ou autre. La barre ou les barres ont deux effets distincts : grâce à la forme de la section de la ou des barres, le débris, en fonction 20 de sa position au moment du choc, sera dévié pour des configurations où le centre de gravité du débris est décalé de celui de la barre. - grâce à sa capacité à se déformer la barre absorbera tout ou partie de l'énergie cinétique du débris. Selon un autre mode de réalisation, la partie déformable peut se présenter sous 25 la forme d'au moins un câble 50, par exemple un seul câble 50 comme illustré sur la figure 5 ou un filet 52 formé de câbles 50 comme illustré sur la figure 6. Le câble a des effets sensiblement similaires à ceux de la barre. Il offre en plus la possibilité de grand déplacement avant de se déformer.

Le ou les câbles peuvent avoir des pré déformations, par exemple en forme de S comme illustré sur la figure 6, assurant une faible raideur au moment de l'impact, susceptible d'augmenter avec la course jusqu'à l'arrêt. D'autres formes peuvent être envisagées comme par exemple au moins une plaque 5 54 ou un empilage de plaques 54 comme illustré sur la figure 7. La plaque pourra être plus ou moins inclinée pour former avec la trajectoire privilégiée un angle favorisant la déviation des débris les plus énergétiques. La ou les plaques procurent deux effets distincts Elle(s) permet(tent) de dévier les débris les plus énergétiques notamment en 10 étant plus ou moins inclinée(s) avec la trajectoire privilégiée des débris. Elle(s) absorbe(nt) tout ou partie de l'énergie cinétique du débris par déformation. La ou les parties déformables 42 peu(ven)t être constituée(s) d'une combinaison de barre(s), de câble(s), de plaque(s). Par exemple, une série de barres 15 juxtaposées parallèles combinées ou décalées avec une plaque, un câble inséré dans une barre ou un matériau absorbant dans une structure creuse comme la barre ou l'empilage de plaque. Même s'il est décrit utilisé pour traiter l'élément coupable en étant disposé à proximité de la source des débris, le dispositif de l'invention pourrait être utilisé 20 pour traiter l'élément cible en étant disposé à proximité de l'élément à protéger des débris. Contrairement à l'art antérieur, l'invention vise à dimensionner les éléments non pas pour des débris avec une énergie infinie mais pour absorber une partie des débris les plus énergétiques. Dans ce cas, même si l'énergie cinétique n'est pas totalement absorbée, en déviant le débris et en se déformant, le dispositif permet d'absorber une partie significative de l'énergie des débris les plus énergétiques si bien que même s'ils ne sont pas retenus l'énergie restante est fortement réduite rendant moins offensifs lesdits débris.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de protection pour traiter au moins un débris provenant d'un étage de compresseur ou de turbine d'une motorisation d'aéronef, caractérisé en ce qu'il est de type ponctuel et disposé de manière à être sécant avec la trajectoire privilégiée dudit débris et a une géométrie permettant au moins de dévier les débris les plus énergétiques.

2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir de matériaux adaptés pour supporter des températures de l'ordre de 300 C ou plus.

3. Dispositif de protection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 10 qu'il comprend d'une part au moins une partie déformable (42) , et d'autre part, des moyens de liaison (44) à l'aéronef.

4. Dispositif de protection selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite au moins une partie déformable (42) est réalisée en un premier matériau ayant une grande résistance dynamique au cisaillement et en un second matériau 15 ayant une grande capacité à se déformer en dynamique sans rupture.

5. Dispositif de protection selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie déformable (42) comprend au moins une barre (48).

6. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la partie déformable (42) comprend au moins un câble (50). 20

7. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la partie déformable (42) comprend au moins une plaque (54).