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Enjeux et perspectives des nacelles aéronautiques
Patrick GONIDECAIRCELLE (Safran)
AERO’NOV – 30 Janvier 2013
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TABLE DES MATIÈRES
� Présentation d’ Aircelle (Safran)
� La nacelle et ses fonctions
� Nouveaux moteurs et nouveaux défis pour les nacelle s
� Exemples de nouveaux types de nacelles
� Conclusions
AERONOV – VERSAILLES – 30 Janvier 2013
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Présentation d’ Aircelle (Safran)
AERO’NOV – 30 Janvier 2013
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Services aux opérateursSupport, Rechanges, MRO(Maintenance, Repair Operator)
Conception Nacelle & composants nacelle utilisant matériaux avancés composites
Intégrateur de système de propulsion completsIntégration système (y comp. pylônes) & certification: peinture, podding (assemblage final), support essais au sol et en vol.
NOTRE METIER : NACELLISTE, DE LA CONCEPTION PRODUIT AUX SERVICES CLIENT
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France
• Le Havre
• Plaisir
• Pont Audemer
(Aircelle Europe Services)
• Florange (SLCA)
• Toulouse
IMPLANTATION MONDIALE
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Bureauxd’études
Sitesindustriels
Siège Réparation
Chine (JV SAVI)
• Xi’an
Royaume-Uni
• Burnley
Maroc
• CasablancaPodding
Russie
• Komsomolsk
Émirats arabes unis (JV AMES)
• Dubai
*JV: Joint Venture
Etats-Unis(JV Nexcelle)
• Cincinnati
Bureaux
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UNE EXPERTISE INDUSTRIELLE D’EXCELLENCE
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AssemblageComposites et
AcoustiqueTuyère
acoustiqueTechnologies RTM(Resin Transfer Moulding)
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La nacelle et ses fonctions
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LA NACELLE, UN SYSTEME COMPLET
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La nacelle est l’ensemble de composants intégrant le moteur dans les lignes aérodynamiques et la structure de l’avion. La nacelle inclut souvent l' inverseur de poussée.
Suspensions moteur Habillage moteur
1 inverseur= 2/3 nacelle complète.
Entrée d'air
Tuyère primaire
Cône arrière
Pylône
� Sécurité� Fiabilité� Ergonomie� Poids� Coût de possession� Environnement...
Inverseur de poussée
Capots moteur
UN CONCENTRE DE TECHNOLOGIES QUI ILLUSTRE LES DEFIS DE L’AERONAUTIQUE :
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VUE DE SYNTHÈSE D’UNE NACELLE
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-3- Inverseur de poussée
-1-Entrée d’air
-2- Capot de soufflante-5- Suspensions Moteur
-4- Echappement primaire
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DESCRIPTION DE L’ENTRÉE D’AIR
� Fonctions majeures� Constitution des lignes aéro – Captation vers le moteur - Performance aéro� Dégivrage� Acoustique� Confinement feu (par la cloison arrière)� Foudre
� Cas de chargement majeurs� Perte d’aube� Pompage moteur� Impact à l’oiseau
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Lèvres
Aluminium
Panneau externe
Panneau interne Nacelle Anti-Ice Exhaust
Fan Compartment
Ventilation Inlet
Prise T12 (P2/T2)
Entrée de ventilation
compartiment de soufflante
Cloison arrière
Titane/ Aluminium / Composite
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Raidisseurs creux carbone Epoxy
Contrefiche d’ouverture
Charnières mât
Accès réservoir d’huile(trappe de surpressoi)
Limiteur de déplacement radial
Locators axiaux
DESCRIPTION CAPOTS DE SOUFFLANTE
� Fonctions majeures� Définition des lignes aérodynamique externes� Ventilation� Confinement du feu (si le compartiment de soufflante est zone feu)� Accès au carter de soufflante et ses équipements� Foudre � HIRF
� Cas de charge majeur� Ouverture maintenance (avec vent)� Perte d’aube de soufflante� Cas manœuvre (écopage - flambage)� Eclatement tuyauterie (selon les équipements dans le compartiment de Soufflante)
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Sortie échangeur Air Huile)(si pertinent)
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DESCRIPTION INVERSEUR DE POUSSÉE À GRILLES
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Capot CoulissantPeau externe Composite monolithique Panneau interne Carbone EpoxySandwich acoustique
POSITION JET INVERSE
Cadre avant Assemblage composite métallique.
Pénétrattion interfaces moteurAl. & Ti.
Verrou de capot Acier;Trappe d’accès 6H composite
Protection thermiques-Laine de quartz encapsulée inox
BLOCKER DOORS-Panneau sandwich acoustique composite
Système d’actionnement
Système d’ouverture inverseur
Poutre charnière Aluminium
Compartiment central Sandwich avec peaux composite
Grilles d’inversionComposite Carbone Epoxy
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INVERSEUR À GRILLES
Jet inversé
Jet direct
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EXHAUST SYSTEM CONFIGURATION
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� Fonctions majeures� Définition des lignes aérodynamiques� Sortie de ventilation du compartiment central moteur � Barrière feu sur le quadrant supérieur� Traitement acoustique
� Cas de charge majeurs� Perte d’aube� Fatigue thermique et Fatigue sonique
Tuyère
Plug ou bouchon central
Joint supérieur marguerite
Bride interfac moteur
Peau externe
Bouchon arrière plug
Bouchon avant
2chappement primaire (sans traitement acoustque)
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ENGINE MOUNTS
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� Fonctions majeures� Transférer la poussée du moteur à l’avion� Optimiser l’orientation de la poussée et les déflexions moteur sous la poussée et
les charges aérodynamiques
� Cas de chargement � Perte d‘aube de soufflante� Atterrissage sur le ventre et contact avec le sol� Serrage moteur
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Nouveaux moteurs et nouveaux défis pour les nacelles
AERO’NOV
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EVOLUTION DE LA CONSOMMATION DES MOTEURSEVOLUTION CONJOINTE DES TAUX DE DILUTION
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1980 1990 20101970 2000
Taux
de
dilu
tion
A320 CFM56-5A
λ=10-12
B737 CFM56-5B
2020
-6%
A320 neo LEAP 1A
λ=5 - 6
-15%
-20%
Con
som
mat
ion
λ= 0
Application aux moyens courriers
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PERFORMANCE ET TAUX DE DILUTIONRÔLE DE LA NACELLE (TENDANCES)
5 10 250 15Taux de dilution
30
Con
som
mat
ion
Position open rotor
Nacelle optimisée en technologietraditionnelle
λopt ~ 12
Nouveau moteur Nouvelle Nacelle
λopt ~ 16- 18
Impact limite vitesse soufflanteAdaptation corps primaire et secondaire
Traînée et masse nacelle
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EVOLUTION DE L’ACOUSTIQUE DES ENSEMBEPROPULSIFS
1980 1990 20101970 2000
A320 CFM56-5A
B737 CFM56-5B
2020
-1.5 EPNL dB
A320 CFM56-5B
-6 à 8 EPNL dB%
-8 EPNL dB
Bru
it
Application aux moyens courriersTa
ux d
e di
lutio
n
λ=10-12
λ=5 - 6λ= 0
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CRITÈRES D’OPTIMISATION PISTES DE CONCEPTION ASSOCIÉES
Trainée nacelle Lignes aérodynamiques nacelle minces
Aérodynamique nacelle optimisée
Déplacement des équipement moteur sur le corps
Technologies de composants nacelle moins encombrantes
Réduction pertes internesEcoulement de soufflante
Diminution de la surface mouillée et des
singularités aérodynamiques
Suppression/minimisatin des bifurcations inverseur
Fan à vitesse lente Opérabilité plus délicate Nacelle avec section de tuyère variable
Gain de masse
Mutualisation des fonction ensemble
propulsif
Mutualisation structural à l’interface inverseur / mât
Fusion des composants Capot avant = entrée d’air + capot fan
Optimisation de la déformation moteur par
la nacelle ou les suspensions
Suspension optimisée
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Exemples de nouveaux types de nacelles
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CAPOT AVANT BASSE TRAÎNEE (LFC)
Capot avant étendu (entrée d’air + capot de soufflante fusionnés)- Suppression des traînée parasité externe- Possibilité de viser la laminarité de couche limite- Optimisation structurale tenue
circonférentielle renforcée
Panneau interne acoustique - 360°sans raccord- Bride intégrée composite - Extension du panneau acoustique
sous le carter de soufflante selon souhait avionneur
Brevet Aircelle
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INVERSEUR DE POUSSÉE EN O-DUCT
Inverseur O-duct
-Structure composite continue en O
-Connexion directe des rails inverseur au mât
-Pas de bielle dans la veine (selon lignes aérodynamiques)
Structure interne centrale
(IFS) relié directement au mât
Aft Pylon Fairing réduit en « étrave inversée »
gain de masse et traînée
importants pour le mât
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Mât avion
Bielles de connexion à l’aile
INTÉGRATION D’UN O-DUCT SUR LE MÂT
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NACELLE OPEN ROTOR
� Le rendement propulsif de l’hélice rapide non carén ée (open rotor) est excellent mais limité par trois aspects :� La limite en vitesse et en tenue des pales qui nécessite donc un réducteur entre le
générateur de puissance et l’hélice. La conception de ces réducteurs sera un défi pour accéder aux très fortes puissances qui risque de limiter cette technologie aux cours courriers.
� Le bruit engendré par l’open rotor qui n’est atténué par aucune nacelle.
� La nacelle aura un rôle important d’intégration des hélices de la manière la plus optimale
� La gestion des flux thermiques engendrés par le mot eur devient un enjeux encore plus important pour un open rotor que pour un moteur à soufflante carénée.
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AVENIR DE LA NACELLE À LONG TERME
� La nacelle est appelée à un profonde mutation à l’h orizon 2035 environ
� La notion de nacelle sera remplacée par celle plus générale d’intégration motrice en gardant le rôle primordial de la « nacell e » d’adapter le moteur à son avion mais d’une manière totalement différente.
DOUBLE BUBBLE STRUCTURE
HYBRID WING BODY
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CONCLUSIONS
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CONCLUSIONS
� L’avènement des moteurs à très grand taux de diluti on a donné à la nacelle un rôle primordial car sa traînée et sa mas se sont des éléments fortement limitant pour les moteurs de grands diamè tres.
� La nacelle devient pour ces moteurs un élément déci sif de la performance de l’ensemble propulsif
� La technologie nacelle utilisée ces vingt dernières années ne peut plus répondre à ce défi des moteurs à très grands taux d e dilution ( λλλλ>13 par exemple)
� Le nacelliste est donc contraint d’innover… Il est l e premier à s’en réjouir.
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