Titre de l'invention : FABRICATION D'UNE LEVRE D'ENTREE D'AIR AVEC ZONES A EPAISSEUR REDUITE

Domaine Technique

La présente invention concerne la fabrication de lèvres d’entrée d’air de nacelles de moteur aéronautique.

Technique antérieure

Les nacelles de moteurs aéronautiques comportent un capot d’entrée d’air prolongé à l’avant par une lèvre présentant en section la forme d’un U ouvert vers l’arrière. La lèvre d’entrée d’air a notamment pour fonction d’assurer l’écoulement aérodynamique de l’air, d’une part, vers le canal de soufflante et, d’autre part, vers l’extérieur de la nacelle.

Les lèvres d’entrée d’air sont fabriquées en une seule pièce ou à partir de plusieurs secteurs annulaires individuels assemblés entre eux ultérieurement.

Les lèvres d’entrée d’air ou secteurs annulaires sont fabriqués individuellement par formage de tôles et plus spécifiquement par tournage centrifuge (encore appelé « spin forming >>). La fabrication d’une lèvre d’entrée d’air ou d’un secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air comprend typiquement la mise en forme d’une pièce de tôle de manière à obtenir une pièce ayant la forme d’une lèvre d’entrée d’air ou d’un secteur annulaire.

Afin d’alléger la masse globale de la lèvre d’entrée d’air, on réduit l’épaisseur de la tôle sur une ou plusieurs zones du côté de la face interne de la lèvre d’entrée d’air. Ces zones d’épaisseur réduite sont réalisées par usinage chimique ou mécanique après mise en forme de la pièce. L’usinage chimique est un processus long et difficile puisqu’il nécessite de masquer les parties de la pièce qui ne doivent pas être désépaissies, de tremper la pièce dans un bain d’attaque chimique et enfin de nettoyer et sécher la pièce. Or, il existe un besoin pour obtenir une lèvre d’entrée d’air ayant une masse globale allégée sans les inconvénients précités.

Exposé de l’invention

A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d’une lèvre d’entrée d’air comprenant : la fourniture d’une plaque de tôle, la découpe de la plaque de tôle de manière à former un anneau, l’usinage mécanique d’une ou plusieurs zones d’épaisseur réduite dans l’anneau, chaque zone d’épaisseur réduite étant réalisée sur une face de l’anneau correspondant à la surface interne d’une lèvre d’entrée d’air finale, la mise en forme de l’anneau de manière à obtenir une lèvre d’entrée d’air présentant en section une forme de U et comportant sur sa surface interne une ou plusieurs zones d’épaisseur réduite.

Ainsi le procédé de l’invention simplifie considérablement l’usinage de la ou des zones d’épaisseur réduite dans la lèvre d’entrée d’air. En effet, conformément au procédé de l’invention, la ou les zones d’épaisseur réduite sont réalisées dès le début du procédé de fabrication de la lèvre sur la tôle à plat. Cela permet la mise en oeuvre d’un usinage mécanique précis, simple et rapide et d’obtenir au final une lèvre d’entrée d’air avec une masse globale allégée.

Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, la ou les zones d’épaisseur réduite présentent une épaisseur correspondant à au plus 90% de l’épaisseur de la plaque de tôle.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, celui-ci comprend en outre, après la découpe de la plaque de tôle et avant la mise en forme de l’anneau: la formation d’un tronc de cône à partir de l’anneau, le préformage d’une ébauche de lèvre d’entrée d’air à partir du tronc de cône, le placement de l’ébauche en regard d’une surface tridimensionnelle de formage d’une matrice d’un outillage d’hydroformage, la mise en forme de la lèvre d’entrée d’air étant réalisée par hydroformage de l’ébauche sur la surface tridimensionnelle de la matrice.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, celui-ci comprend en outre, après la mise en forme de l’anneau, la réalisation d’une ou plusieurs ouvertures dans la paroi de la lèvre d’entrée d’air.

L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air comprenant : la fourniture d’une plaque de tôle, la découpe de la plaque de tôle de manière à former une portion d’anneau, l’usinage mécanique d’une ou plusieurs zones d’épaisseur réduite dans la portion d’anneau, chaque zone d’épaisseur réduite étant réalisée sur une face de la portion d’anneau correspondant à la surface interne d’un secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air final, la mise en forme de la portion d’anneau de manière à obtenir un secteur de lèvre d’entrée d’air présentant en section une forme de U et comportant sur sa surface interne une ou plusieurs zone d’épaisseur réduite.

Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, la ou les zones d’épaisseur réduite présentent une épaisseur correspondant à au plus 90% de l’épaisseur de la plaque de tôle.

Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, celui-ci comprend en outre, après la découpe de la plaque de tôle et avant la mise en forme de la portion d’anneau : la formation d’une portion de tronc de cône à partir de la portion d’anneau, le préformage d’une ébauche de secteur annulaire à partir de la portion d’anneau, le placement de l’ébauche en regard d’une surface tridimensionnelle de formage d’une matrice d’un outillage d’hydroformage, la mise en forme du secteur de lèvre d’entrée d’air étant réalisée par hydroformage de l’ébauche sur la surface tridimensionnelle de la matrice. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, celui-ci comprend en outre, après la mise en forme de la portion d'anneau, la réalisation d’une ou plusieurs ouvertures dans la paroi du secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air.

L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’une lèvre d’entrée d’air comprenant la réalisation de secteurs annulaires de lèvre d’entrée d’air selon l’invention et l’assemblage desdits secteurs de manière à obtenir un secteur de lèvre d’entrée d’air présentant en section une forme de U et comportant sur sa surface interne une ou plusieurs zone d’épaisseur réduite.

Brève description des dessins

[Fig. 1] La figure 1 est un ordinogramme montrant les étapes d’un procédé de fabrication d’une lèvre d’entrée d’air conformément à un mode de réalisation de l’invention,

[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique d’une plaque de tôle,

[Fig. 3] La figure 3 est une schématique d’un anneau obtenu après découpe de la plaque de tôle de la figure 2,

[Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique de l’anneau de la figure 3 après usinage d’une zone d’épaisseur réduite,

[Fig. 5] La figure 5 est une vue en coupe de l’anneau de la figure 4,

[Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique en perspective d’un tronc de cône obtenu à partir de l’anneau de la figure 5,

[Fig. 7] La figure 7 est une vue schématique en perspective d’une ébauche de lèvre d’entrée d’air obtenue à partir du tronc de cône de la figure 6,

[Fig. 8] La figure 8 est une vue schématique en perspective montrant le placement de l’ébauche de la figure 7 dans un outillage d’hydroformage,

[Fig. 9] La figure 9 est une vue schématique en coupe de l’outillage d’hydroformage de la figure 8 une fois fermé et en fonctionnement,

[Fig. 10] La figure 10 est une vue schématique en perspective montrant la lèvre d’entrée d’air obtenue après hydroformage de l’ébauche de la figure 7 dans l’outillage d’hydroformage des figures 8 et 9 et la découpe d’ouvertures dans la lèvre,

[Fig. 11] La figure 11 est un ordinogramme montrant les étapes d’un procédé de fabrication d’un secteur annulaire d’une lèvre d’entrée d’air conformément à un mode de réalisation de l’invention,

[Fig. 12] La figure 12 est une vue schématique d’une plaque de tôle,

[Fig. 13] La figure 13 est une schématique d’une portion d’anneau obtenu après découpe de la plaque de tôle de la figure 12,

[Fig. 14] La figure 14 est une vue schématique de la portion d’anneau de la figure 13 après usinage d’une zone d’épaisseur réduite,

[Fig. 15] La figure 15 est une vue en coupe de la portion d’anneau de la figure 14,

[Fig. 16] La figure 16 est une vue schématique en perspective d’une portion de tronc de cône obtenu à partir de l’anneau de la figure 15,

[Fig. 17] La figure 17 est une vue schématique en perspective d’une ébauche de secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air obtenu à partir de la portion de tronc de cône de la figure 16,

[Fig. 18] La figure 18 est une vue schématique en perspective montrant le placement de l’ébauche de la figure 17 dans un outillage d’hydroformage,

[Fig. 19] La figure 19 est une vue schématique en coupe de l’outillage d’hydroformage de la figure 18 une fois fermé et en fonctionnement,

[Fig. 20] La figure 20 est une vue schématique en perspective montrant le secteur annulaire de la lèvre d’entrée d’air obtenu après hydroformage de l’ébauche de la figure 17 dans l’outillage d’hydroformage des figures 18 et 19.

Description des modes de réalisation

L'invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de lèvres d’entrée d’air ou de secteurs annulaires pour lèvre d’entrée d’air pour nacelles de moteur aéronautique.

La figure 1 décrit les étapes d’un procédé de fabrication d’une lèvre d’entrée d’air conforme à l’invention. Comme illustrée sur la figure 2, le procédé débute par la fourniture d’une plaque de tôle 10, par exemple en alliage d’aluminium (étape S1 ). La tôle 10 peut être une plaque intégrale ou obtenue par assemblage de plusieurs plaques fixées entre elles par soudure afin d’obtenir des plaques de tôle de grandes dimensions à partir de plaques de tôles unitaires de plus petites dimensions.

On découpe ensuite la plaque de tôle 10 pour former un anneau 20 illustré sur la figure 3 (étape S2).

A ce stade et conformément à l’invention, l’anneau 20 est usiné pour former une ou plusieurs zones d’épaisseur réduite dans celui-ci (étape S3). Plus précisément, dans l’exemple décrit ici tel qu’illustré sur les figures 4 et 5, on usine une zone d’épaisseur réduite 21 sur la face 20a de l’anneau 20 destinée à former la face interne de la lèvre d’entrée d’air finale. Les parties restantes 22, 23 et 24 de l’anneau 20 situées en dehors de la zone d’épaisseur réduite présentent une épaisseur correspondant à l’épaisseur initiale de tôle de l’anneau 20.

La ou les zones d’épaisseur réduite s’étendent sur des portions déterminées de l’anneau. La localisation de chaque portion est notamment choisie en fonction des propriétés mécaniques de la lèvre finale. En d’autres termes, la ou les zones d’épaisseur réduite sont usinées de préférence sur des portions de l’anneau qui constitueront ensuite des parties de la lèvre d’entrée d’air qui sont peu sollicitées mécaniquement. Il est ainsi possible de réduire l’épaisseur de la tôle localement sur des portions déterminées sans altérer les propriétés de résistance mécanique attendues pour la lèvre.

Après usinage, la zone d’épaisseur réduite 21 présente une épaisseur E _P2 I inférieure aux épaisseurs E _P2 2, E _P23 et E _P24 respectivement des parties restantes 22, 23 et 24 comme illustrées sur la figure 5.

L’épaisseur E _P21 de la zone d’épaisseur réduite 21 correspond au plus à 90% de l’épaisseur initiale de la tôle de l’anneau 20. A titre d’exemple, l’épaisseur initiale de la tôle constituant l’anneau 20 et correspondant à l’épaisseur des parties restantes 22, 23 et 24 est de 2 mm tandis que l’épaisseur de la zone d’épaisseur réduite 21 est de 1 ,6 mm.

Un tronc de cône 30 illustré sur la figure 6 est ensuite formé à partir de l’anneau 20 par la technique connue du roulage de tôle (étape S4). Le tronc de cône comporte sur sa surface interne 30a une zone d’épaisseur réduite 31 correspondant à la zone d’épaisseur réduite 21 de l’anneau 20 et des parties 32, 33 et 34 correspondant respectivement aux parties restantes 22, 23 et 24 de l’anneau 20.

Une fois formé, le tronc de cône 30 est préformé, par exemple par repoussage et/ou emboutissage, en une ébauche de lèvre d’entrée d’air 40 présentant une forme générale proche de celle de la lèvre finale, c’est-à-dire présentant déjà en section une forme de U comme représentée sur la figure 7 (étape S5). L’ébauche de lèvre 40 comporte sur sa surface interne 40a une zone d’épaisseur réduite 41 correspondant à la zone d’épaisseur réduite 31 du tronc de cône 30 et des parties 42, 43 et 44 correspondant respectivement aux parties 32, 33 et 34 du tronc de cône 30.

On procède alors à la mise en forme finale d’une lèvre d’entrée d’air par hydroformage ou formage haute pression interne (étape S6). Plus précisément et comme illustrée sur la figure 8, l’ébauche 40 est placée dans un moule 51 , encore appelé matrice, d’un outillage d’hydroformage 50, la matrice 51 comportant une surface tridimensionnelle 510 correspondant à la forme de la préforme de lèvre à obtenir. L’outillage 51 est ensuite fermé hermétiquement par un couvercle 52 comme illustré sur la figure 9. Le couvercle 52 comporte une ouverture 520 à travers laquelle est introduit un fluide 53 sous haute pression. La forte pression P du fluide 53 exercée sur l’ébauche 40 contraint celle-ci à prendre la forme de la surface tridimensionnelle 510 de la matrice 51 .

Une fois l’hydroformage terminé, on obtient une lèvre d’entrée d’air 60 en une seule pièce présentant une forme de révolution ayant en section une forme de U. On démoule alors la lèvre d’entrée d’air comme représenté sur la figure 10. La lèvre d’entrée d’air 60 comporte sur sa surface interne 60a une zone d’épaisseur réduite 61 correspondant à la zone d’épaisseur réduite 41 de l’ébauche de lèvre et plus spécifiquement à la zone d’épaisseur réduite 21 réalisée initialement dans l’anneau 20.

Dans l’exemple décrit ici, la zone d’épaisseur réduite 61 s’étend du côté de la face interne 60a de la lèvre 60 sur une portion déterminée au niveau de la paroi externe 65, la lèvre 60 comprenant une paroi interne 68 prolongeant la paroi externe 65 à l’intérieur de la lèvre 60. La paroi externe 65 comporte des parties 62, 63 et 64 présentant une épaisseur supérieure à l’épaisseur de la zone d’épaisseur réduite 61 , les parties 62, 63 et 64 correspondant respectivement aux parties restantes 22, 23 et 24 de l’anneau 20. Les parties 62, 63 et 64 présentent donc la même épaisseur que les parties restantes 22, 23 et 24.

La partie 62 correspondant essentiellement à la paroi interne 65 et la partie 64 sont destinées à être fixées sur la nacelle d’un moteur aéronautique. Elles constituent donc des parties de la lèvre d’entrée d’air qui sont destinées à être sollicitées mécaniquement et doivent à ce titre présenter des propriétés de résistance mécanique. Il n’est donc pas souhaitable de réduire l’épaisseur de la tôle dans ces parties. La partie 63 est destinée à être utilisée pour la fixation d’une pièce rapportée (par exemple une trappe). Cette partie devant présenter des propriétés de résistance mécanique pour assurer le maintien de la fixation de la pièce rapportée, il n’est pas non plus souhaitable d’en réduire l’épaisseur de tôle.

En revanche, la zone d’épaisseur réduite 61 s’étend sur portion de la paroi externe 65 de la lèvre 60 qui n’a qu’une fonction aérodynamique, à savoir assurer l'écoulement aérodynamique de l'air vers l'extérieur de la nacelle. L’épaisseur de cette portion de la lèvre 60 peut, par conséquent, être réduite sans nuire aux propriétés mécaniques globales de la lèvre d’entrée d’air.

On obtient ainsi une lèvre d’entrée d’air qui présente une masse globale allégée grâce à la présence de la zone d’épaisseur réduite tout en ayant les propriétés de tenue et résistance mécanique requises en fonctionnement.

Dans l’exemple décrit ici, des ouvertures sont en outre réalisées dans la paroi externe 65 de la lèvre 60. Plus précisément, on découpe une première portion 661 sur la paroi externe 65 afin de réaliser une première ouverture 66 au niveau de la partie 63. Une pièce rapportée (non représenté sur la figure 10), par exemple une trappe, peut être ensuite fixée sur le bord 662 de l’ouverture 66 qui présente ici une épaisseur E _P2 3 suffisante pour assurer sa fixation et son maintien.

On découpe également une deuxième portion 671 sur la paroi externe 65 afin de réaliser une deuxième ouverture 67 au niveau de la zone d’épaisseur réduite 61 . L’ouverture 67 n’est pas destinée à supporter une pièce rapportée. Elle peut donc être réalisée dans la zone d’épaisseur réduite 61 sans altérer les propriétés mécaniques globales de la lèvre 60. La figure 11 décrit les étapes d’un procédé de fabrication d’un secteur annulaire d’une lèvre d’entrée d’air conforme à l’invention.

Comme illustrée sur la figure 12, le procédé débute par la fourniture d’une plaque de tôle 100, par exemple en alliage d’aluminium (étape S10). La tôle 100 peut être une plaque intégrale ou obtenue par assemblage de plusieurs plaques fixées entre elles par soudure afin d’obtenir des plaques de tôle de grandes dimensions à partir de plaques de tôles unitaires de plus petites dimensions.

On découpe ensuite la plaque de tôle 100 pour former une portion d’anneau 120 illustré sur la figure 13 (étape S1 1 ).

A ce stade et conformément à l’invention, la portion d’anneau 120 est usinée pour former une ou plusieurs zones d’épaisseur réduite dans celle-ci (étape S13). Plus précisément, dans l’exemple décrit ici tel qu’illustré sur les figures 14 et 15, on usine une zone d’épaisseur réduite 121 sur la face 120a de la portion d’anneau 120 destinée à former la face interne de la lèvre d’entrée d’air finale. Les parties restantes 122 et 124 de la portion d’anneau 120 situées en dehors de la zone d’épaisseur réduite présente une épaisseur correspondant à l’épaisseur initiale de tôle de la portion d’anneau 120.

La ou les zones d’épaisseur réduite s’étendent sur des zones déterminées de la portion d’anneau. La localisation de chaque zone est notamment choisie en fonction des propriétés mécaniques de la lèvre finale. En d’autres termes, la ou les zones d’épaisseur réduite sont usinées de préférence sur des zones de la portion d’anneau qui constitueront ensuite des parties de la lèvre d’entrée d’air qui sont peu sollicitées mécaniquement. Il est ainsi possible de réduire l’épaisseur de la tôle localement sur des zones déterminées sans altérer les propriétés de résistance mécanique attendues pour la lèvre.

Après usinage, la zone d’épaisseur réduite 121 présente une épaisseur E _P121 inférieure aux épaisseurs E _P I ₂ 2 et E _P I ₂₄ respectivement des parties restantes 122 et 124 comme illustrées sur la figure 15.

L’épaisseur Ep121 de la zone d’épaisseur réduite 121 correspond au plus à 90% de l’épaisseur initiale de la tôle de la portion d’anneau 120. A titre d’exemple, l’épaisseur initiale de la tôle constituant la portion d’anneau 120 et correspondant à l’épaisseur des parties restantes 122 et 124 est de 2 mm tandis que l’épaisseur de la zone d’épaisseur réduite 121 est de 1 ,6 mm.

Une portion de tronc de cône 130 illustrée sur la figure 16 est ensuite formée à partir de la portion d’anneau 120 par la technique connue du roulage de tôle (étape S14). La portion de tronc de cône comporte sur sa surface interne 130a une zone d’épaisseur réduite 131 correspondant à la zone d’épaisseur réduite 121 de l’anneau 120 et des parties 132 et 134 correspondant respectivement aux parties restantes 122 et 124 de la portion d’anneau 120.

Une fois formé, la portion de tronc de cône 130 est préformée, par exemple par repoussage et/ou emboutissage, en une ébauche de secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air 140 présentant une forme générale proche de celle de la lèvre finale, c’est-à-dire présentant déjà en section une forme de U comme représentée sur la figure 17 (étape S15). L’ébauche de secteur annulaire 140 comporte sur sa surface interne 140a une zone d’épaisseur réduite 141 correspondant à la zone d’épaisseur réduite 131 de la portion de tronc de cône 130 et des parties 142 et 144 correspondant respectivement aux parties 132 et 134 de la portion de tronc de cône 130.

On procède alors à la mise en forme finale d’un secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air par hydroformage ou formage haute pression interne (étape S16). Plus précisément et comme illustrée sur la figure 18, l’ébauche 140 est placée dans un moule 151 , encore appelé matrice, d’un outillage d’hydroformage 150, la matrice 151 comportant une surface tridimensionnelle 1510 correspondant à la forme de la préforme de lèvre à obtenir. L’outillage 151 est ensuite fermé hermétiquement par un couvercle 152 comme illustré sur la figure 19. Le couvercle 152 comporte une ouverture 1520 à travers laquelle est introduit un fluide 153 sous haute pression. La forte pression P du fluide 153 exercée sur l’ébauche 140 contraint celle-ci à prendre la forme de la surface tridimensionnelle 1510 de la matrice 151 .

Une fois l’hydroformage terminé, on obtient un secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air 160 en une seule pièce présentant une forme de révolution ayant en section une forme de U. On démoule alors le secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air comme représenté sur la figure 20. Le secteur annulaire 160 comporte sur sa surface interne 160a une zone d’épaisseur réduite 161 correspondant à la zone d’épaisseur réduite 141 de l’ébauche de secteur annulaire et plus spécifiquement à la zone d’épaisseur réduite 121 réalisée initialement dans la portion d’anneau 120.

Dans l’exemple décrit ici, la zone d’épaisseur réduite 161 s’étend du côté de la face interne 160a du secteur annulaire 160 sur une portion déterminée au niveau de la paroi externe 165, le secteur annulaire 160 comprenant une paroi interne 166 prolongeant la paroi externe 165 à l’intérieur du secteur annulaire 160. La paroi externe 165 comporte des parties 162 et 164 présentant une épaisseur supérieure à l’épaisseur de la zone d’épaisseur réduite 161 , les parties 162 et 164 correspondant respectivement aux parties restantes 122 et 124 de la portion d’anneau 20. Les parties 162 et 164 présentent donc la même épaisseur que les parties restantes 122 et 124.

La partie 162 correspondant essentiellement à la paroi interne 165 et la partie 164 sont destinées à être fixées sur la nacelle d’un moteur aéronautique. Elles constituent donc des parties d’une lèvre d’entrée d’air qui sont destinées à être sollicitées mécaniquement et doivent à ce titre présenter des propriétés de résistance mécanique. Il n’est donc pas souhaitable de réduire l’épaisseur de la tôle dans ces parties.

En revanche, la zone d’épaisseur réduite 161 s’étend sur portion de la paroi externe 165 du secteur annulaire 160 qui n’a qu’une fonction aérodynamique, à savoir assurer l'écoulement aérodynamique de l'air vers l'extérieur de la nacelle. L’épaisseur de cette portion du secteur annulaire 160 peut, par conséquent, être réduite sans nuire aux propriétés mécaniques globales de la lèvre d’entrée d’air.

On obtient ainsi un secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air qui présente une masse globale allégée grâce à la présence de la zone d’épaisseur réduite tout en ayant les propriétés de tenue et résistance mécanique requises en fonctionnement.

Une lèvre d’entrée d’air peut être obtenue en assemblant ensemble plusieurs secteurs annulaires comme celui décrit ci-avant.

Une ou plusieurs ouvertures peuvent être en outre réalisées dans le secteur annulaire de lèvre d’entrée d’air. Comme expliqué ci-avant, si l’ouverture n’est pas destinée à fixer et maintenir une pièce rapportée, elle peut être réalisée dans la zone d’épaisseur réduite. Dans le cas contraire, l’ouverture est réalisée dans une zone du secteur annulaire présentant une épaisseur suffisante pour assurer la fixation et le maintien de la pièce rapportée.