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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)


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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


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


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


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


-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


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)


Sortie échangeur Air Huile)(si pertinent)

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DESCRIPTION INVERSEUR DE POUSSÉE À GRILLES


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


� 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


� 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


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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