FR2889254A1 - Turboreacteur pour aeronef, ensemble propulseur comportant un tel turboreacteur, et aeronef comportant au moins un tel ensemble propulseur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un turboréacteur (2) pour aéronef comportant un dispositif de régulation (8, 14, 15) pour réguler un débit d'air dans un conduit d'arrivée d'air de refroidissement (17) amenant un flux d'air de refroidissement dans un échangeur thermique, caractérisé en ce que le dispositif de régulation régule le débit d'air en amont du conduit d'arrivée d'air de refroidissement. Par exemple, le dispositif de régulation est ménagé sur une pale (8) de guidage d'un flux d'air au sortir de la soufflante (3) du turboréacteur, un volume interne de la pale de guidage formant au moins partiellement le conduit d'arrivée d'air de refroidissement.
Description
Turboréacteur pour aéronef, ensemble propulseur comportant un tel
turboréacteur, et aéronef comportant au moins un tel ensemble propulseur.
L'invention concerne un turboréacteur pour aéronef. Plus précisément l'invention concerne un dispositif de régulation permettant de réguler un débit d'air de refroidissement dans un échangeur thermique situé au dessus du turboréacteur.
Il est connu, pour alimenter un circuit de conditionnement d'air dans une cabine pressurisée d'un aéronef d'utiliser un flux d'air chaud comprimé prélevé au niveau du compresseur d'un turboréacteur. Ce flux d'air chaud est au moins partiellement refroidi au moyen d'un flux d'air de refroidissement prélevé dans le canal de soufflante du turboréacteur, avant d'être injecté dans le circuit de conditionnement d'air. L'échange thermique entre le flux d'air chaud à refroidir et le flux d'air de refroidissement a lieu dans un échangeur thermique. L'échangeur thermique comporte un boîtier, généralement de forme rectangulaire, dans lequel le flux d'air chaud et le flux d'air de refroidissement circulent et se croisent.
Lors d'un vol, les turboréacteurs d'un aéronef peuvent fonctionner à différents régimes, selon les besoins dudit aéronef, la vitesse de rotation des turboréacteurs étant fonction des besoins de puissance de l'aéronef. Par exemple, pour le décollage, l'aéronef a besoin d'une puissance maximale, et le turboréacteur tourne alors à une vitesse maximale. A l'inverse, lors de la descente de l'aéronef ou en cours de croisière, il n'est pas nécessaire d'avoir une puissance des turboréacteurs importante, de sorte que la vitesse de rotation desdits turboréacteurs peut être faible. La compression et la température de l'air dans un turboréacteur est fonction de la puissance dudit turboréacteur. Ainsi, l'air chaud prélevé dans le turboréacteur, et destiné à être injecté dans le circuit de conditionnement d'air, doit subir un refroidissement plus ou moins important selon sa température initiale.
Il est connu, afin de moduler le refroidissement de l'air chaud destiné au circuit de conditionnement d'air, de jouer sur le débit du flux de refroidissement dans l'échangeur thermique. Pour cela, on utilise un dispositif de régulation disposé directement dans un conduit d'arrivée d'air de refroidissement amenant l'air de refroidissement depuis le turboréacteur vers l'échangeur thermique. Généralement le conduit d'arrivée d'air de refroidissement est formé d'un tuyau de section circulaire. Le dispositif de régulation comporte un plateau circulaire, dont un contour externe suit sensiblement un contour interne du conduit d'arrivée d'air de refroidissement, et une tige autour de laquelle le plateau circulaire peut tourner. La tige traverse diamétralement le plateau circulaire et est fixée par ses deux extrémités à la paroi du conduit d'arrivée d'air de refroidissement. En position obturante, le plateau circulaire est disposé de face dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement, l'axe du plateau circulaire étant superposé à l'axe dudit conduit, ledit plateau circulaire obturant complètement le conduit. En position ouverte, le plateau circulaire du dispositif de régulation est disposé de profil dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement, de sorte que le flux d'air de refroidissement peut passer de part et d'autre du plateau circulaire et s'écouler le long du conduit d'arrivée d'air de refroidissement.
Une rotation d'un quart de tour du plateau circulaire autour de la tige permet d'ouvrir ou fermer selon les besoins le dispositif de régulation. Un système de commande électromécanique permet de commander à distance le dispositif de régulation de manière à moduler le débit d'air de refroidissement à l'intérieur du conduit d'arrivée d'air de refroidissement, pour que la quantité d'air de refroidissement à l'intérieur de l'échangeur thermique corresponde à la quantité d'air de refroidissement nécessaire pour abaisser la température du flux d'air chaud jusqu'à la température souhaitée.
Un inconvénient d'un tel dispositif de régulation de l'état de la technique est qu'il génère des sifflements pouvant être importants. En effet, une portion avant du conduit d'arrivée d'air de refroidissement est située entre la zone de prélèvement d'air de refroidissement et le plateau circulaire. Lorsque le dispositif de régulation est fermé, c'est à dire que le plateau circulaire interdit le passage du flux d'air de refroidissement, cette portion avant du conduit d'arrivée d'air de refroidissement forme une zone morte à l'origine de sifflements dus à l'engouffrement d'un flux d'air de refroidissement dans ladite portion avant.
Un but de l'invention est de fournir un dispositif apte à moduler selon les besoins l'écoulement d'un flux d'air froid dans un canal de passage d'air destiné à amener le flux d'air froid dans un échangeur thermique. Un autre but de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit de conception aisée.
Un but supplémentaire de l'invention est de fournir un tel dispositif qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs de l'état de la technique, notamment qui ne crée pas une zone morte susceptible d'émettre des sifflements.
Pour cela, l'invention propose de réaliser un dispositif de modulation, pour moduler le flux d'air froid dans un échangeur thermique, qui soit disposé, non plus dans le canal de passage d'air alimentant l'échangeur thermique en air froid, mais en amont de ce canal de passage d'air, au niveau de la prise d'air froid, c'est-à-dire directement au niveau de l'écoulement de l'air dans le turboréacteur. Ainsi, quand le dispositif de modulation est ouvert, un flux d'air froid s'engouffre dans le canal de passage d'air froid. Quand le dispositif de modulation est fermé, l'ensemble du flux d'air s'écoule le long du turboréacteur, en léchant le dispositif de modulation, mais sans être dévié, même partiellement. Aucun flux d'air froid ne peut pénétrer dans le canal de passage d'air lorsque le dispositif de modulation est fermé.
Avantageusement, le dispositif de modulation du flux d'air froid selon l'invention est ménagé sur une pièce préexistante du turboréacteur. Le dispositif de modulation est par exemple ménagé sur une aube fixe située au sortir de la soufflante du turboréacteur. En effet, un turboréacteur est muni d'une pluralité d'aubes fixes, situées en aval de la soufflante et destinées à ramener dans l'axe du turboréacteur le flux d'air tourbillonnant sortant de ladite soufflante. Les aubes fixes sont des pièces rectilignes, statiques dans le turboréacteur, qui ont dans l'état de la technique une fonction purement aérodynamique pour imposer une direction au flux d'air dans le turboréacteur. Dans l'invention, on utilise au moins une de ces aubes fixes, situées face à l'écoulement du flux d'air du turboréacteur, pour former l'entrée du canal de passage d'air froid destiné à alimenter l'échangeur thermique. Le flux d'air en provenance de la soufflante, et destiné à s'écouler à l'intérieur du turboréacteur, longe préalablement les aubes fixes. Ainsi une partie de ce flux d'air peut être détourné et traverser un volume interne de l'aube afin d'être amené dans l'échangeur thermique.
Le dispositif de régulation comporte par exemple une ouverture obturée par une porte dont un débattement peut varier selon les besoins.
Cette ouverture permet de laisser passer une partie du flux d'air à l'intérieur du canal de passage d'air. Ce flux d'air dévié est ensuite acheminé jusqu'à l'échangeur thermique. Dans le cas où le dispositif de modulation est ménagé sur une aube fixe, la structure de ladite aube est modifiée de manière à présenter un volume interne. Il suffit alors de pratiquer une ouverture sur un des flancs de cette pièce creuse profilée, afin qu'une fois l'ouverture réalisée, le flux d'air froid puisse s'engouffrer dedans. L'aube forme ainsi l'entrée du canal de passage d'air, le volume interne de ladite aube formant une partie avant dudit canal. Le canal de passage d'air se continue jusqu'à l'échangeur thermique dans lequel il débouche.
L'invention a donc pour objet un turboréacteur pour aéronef comportant un dispositif de régulation pour réguler un débit d'air dans un conduit d'arrivée d'air de refroidissement amenant un flux d'air de refroidissement dans un échangeur thermique, caractérisé en ce que le dispositif de régulation régule le débit d'air en amont du conduit d'arrivée d'air de refroidissement. Ainsi, aucun flux d'air ne pénètre dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement lorsque le dispositif de régulation est fermé.
Selon différents exemples de réalisation du turboréacteur de l'invention, il est possible de prévoir tout ou partie des caractéristiques supplémentaires suivantes: - le dispositif de régulation est ménagé sur une pale de guidage d'un flux d'air au sortir de la soufflante du turboréacteur, un volume interne de la pale de guidage formant au moins partiellement le conduit d'arrivée d'air de refroidissement.
- le dispositif de régulation est ménagé sur la pale de guidage centrale située dans l'axe du turboréacteur.
- la pale de guidage centrale est solidaire d'une bifurcation située à l'extrémité arrière de la soufflante, ladite bifurcation séparant le flux d'air en deux flux secondaires longeant respectivement le flanc gauche et le flanc droit d'un mât de fixation reliant le turboréacteur à la voilure de l'aéronef.
- le dispositif de régulation comporte une porte ménagée sur la pale de guidage, la porte pouvant avoir au moins deux positions stables, respectivement position fermée dans laquelle aucun flux d'air ne peut pénétrer dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement et position ouverte dans laquelle un flux d'air peut pénétrer dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement.
- le dispositif de régulation comporte un système d'actionnement apte à moduler le débit d'air dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement en fonction des besoins en air de refroidissement de l'échangeur thermique.
- le système d'actionnement comporte une bielle pour ouvrir et fermer la porte.
- la porte a un débattement interne.
- la porte a un débattement externe.
L'invention concerne également un ensemble propulseur pour aéronef comportant un turboréacteur selon l'invention.
L'invention concerne aussi un aéronef comportant au moins un ensemble propulseur de l'invention.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent: - Figure 1: une représentation schématique vue de dessus d'une nacelle, partiellement ouverte, et d'un mât portant ladite nacelle; - Figure 2:une représentation d'un dispositif de régulation selon l'invention en position fermée; - Figure 3: une représentation d'un dispositif de régulation selon l'invention en position ouverte; - Figure 4: le dispositif de régulation selon la figure 2 vu de dessus.
Sur la figure 1 est représentée une nacelle 1. La nacelle 1 comporte un turboréacteur 2 logé dans un capot 4. Un mât de fixation 3 relie le turboréacteur 2 à la voilure d'un aéronef (non représentée). La zone de fixation du mât 3 au turboréacteur 2 forme une bifurcation 10 séparant le flux d'air en deux flux secondaires longeant respectivement le flanc gauche et le flanc droit du mât de fixation 3. La bifurcation 10 est un carénage fixe s'étendant le long du capot 4, et reliant ledit capot 4 au turboréacteur 2.
Une partie avant 5 du capot 4 forme une entrée par laquelle de l'air pénètre dans le turboréacteur 2. Une soufflante 6 portant des pales tournantes 9 permet de transmettre une pression au flux d'air qui doit traverser la nacelle 1. Une extrémité arrière 7 fixe de la soufflante 6 porte des pales statiques 8 qui ont pour fonction de redresser le flux d'air afin de lui imposer une direction unique, parallèle à l'axe A du turboréacteur 1.
Seulement trois pales de guidage 8 statiques sont représentées sur la figure 1. Les pales guidage 8 statiques s'étendent radialement sur tout le périmètre externe de l'extrémité arrière 7 de la soufflante 6. Le flux d'air pénétrant dans la nacelle 1 s'écoule en direction du turboréacteur 2 en léchant les pales de guidage 8.
Sur la figure 2, on peut voir plus en détail des pales de guidage 8. Une des pales de guidage 8, encadrée par les deux autres pales 8 sur le figure 2, a été modifiée de manière à avoir une épaisseur plus importante que celle des autres pales de guidage 8. Cette pale de guidage 8 centrale s'étend dans l'axe de la bifurcation 10. La pale de guidage 8 centrale a une section triangulaire creuse et présente un volume interne délimité par trois axes verticaux 11, 12, 13. Les axes verticaux 11, 12, 13 de la pale de guidage 8 centrale sont fixés par une extrémité basse à l'extrémité arrière de la soufflante du turboréacteur (non visible sur la figure 2). Un premier panneau s'étend entre les axes verticaux adjacents 11 et 13, et un deuxième panneau s'étend entre les axes verticaux adjacents 12 et 13. Les panneaux sont situés face à l'écoulement du flux d'air et ferment le volume interne de la pale de guidage 8 centrale. La pale de guidage 8 centrale est prolongée vers l'arrière par rapport aux autres pales de guidage 8, de manière à être solidaire de la bifurcation 10.
Le dispositif de régulation selon l'invention est ménagé sur la pale de guidage 8 centrale. Le volume interne de la pale de guidage 8 centrale forme l'entrée d'un conduit d'arrivée d'air de refroidissement permettant d'acheminer un flux d'air de refroidissement depuis l'extrémité arrière de la soufflante, où sont situées les pales de guidage 8, jusqu'à un échangeur thermique (non représenté) situé par exemple au-dessus du mât de fixation.
Le conduit d'arrivée d'air de refroidissement traverse la bifurcation 10.
Le dispositif de régulation comporte une porte 14 ménagée sur un des panneaux de la pale de guidage 8 centrale, et disposée face à l'écoulement du flux d'air. La porte 14 se situe donc au-devant du conduit d'arrivée d'air de refroidissement, qu'elle obture. Sur la figure 2, la porte 14 est fermée, obturant tout accès au volume interne de la pale de guidage 8 centrale. Le flux d'air s'écoule le long des pales de guidage 8 qui redressent ledit flux. Sur la figure 3, la porte 14 est partiellement ouverte. Un flux d'air de refroidissement peut alors pénétrer dans le volume interne de la pale de guidage 8 centrale.
Selon des exemples de réalisation de l'invention, la porte 14 peut être ménagée sur toute la hauteur de la pale de guidage 8 centrale, ou sur une partie seulement. Par hauteur, on entend la dimension de la pale 8 depuis l'extrémité haute, reliée au capot, jusqu'à l'extrémité basse, reliée à l'extrémité arrière de la soufflante. De même, il est possible de réaliser la porte 14 de manière à ce qu'elle ait un débattement externe, comme cela est représenté sur la figure 3, ou un débattement interne. Par externe, on entend dirigé vers l'extérieur du volume interne de la pale de guidage 8 centrale et par interne, dirigé vers l'intérieur du volume interne. Il est également possible de permettre un débattement interne et externe à la porte 14 du dispositif de régulation selon l'invention.
Selon les besoins de l'échangeur thermique en air de refroidissement, la porte 14 est ouverte ou fermée. Il est également possible de jouer sur le débattement de la porte 14, c'est-à-dire sur son degré d'ouverture, pour autoriser le passage d'une quantité plus ou moins importante d'air. Ainsi, il est possible de stopper complètement l'alimentation en air de refroidissement en fermant la porte 14, ou de jouer sur le débit d'air de refroidissement en ouvrant plus ou moins la porte 14.
Sur la figure 4, seule la pale de guidage 8 centrale, munie du dispositif de régulation selon l'invention est représentée. L'ouverture et la fermeture de la porte 14 est commandée par un système d'actionnement. Le système d'actionnement comporte une bielle 15 logée dans une boîte 16 située au-dessus du conduit d'arrivée d'air de refroidissement 17. La bielle 15 permet d'ouvrir et fermer la porte 14 en fonction des besoins en air de refroidissement de l'échangeur thermique. Le système d'actionnement peut comporter des capteurs aptes à évaluer la puissance du moteur, la température du flux d'air chaud devant être refroidi dans l'échangeur thermique et le débit d'air de refroidissement nécessaire. La bielle 15 ouvre et ferme la porte 14 en fonction des données des capteurs.
Claims (10)
1- Turboréacteur (2) pour aéronef comportant un dispositif de régulation (8, 14, 15) pour réguler un débit d'air dans un conduit d'arrivée d'air de refroidissement (17) amenant un flux d'air de refroidissement dans un échangeur thermique, caractérisé en ce que le dispositif de régulation régule le débit d'air en amont du conduit d'arrivée d'air de refroidissement.
2- Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de régulation comporte un système d'actionnement (15, 16) apte à moduler le débit d'air dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement en fonction des besoins en air de refroidissement de l'échangeur thermique.
3- Turboréacteur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le dispositif de régulation est ménagé sur une pale (8) de guidage d'un flux d'air au sortir de la soufflante (6) du turboréacteur, un volume interne de la pale de guidage formant au moins partiellement le conduit d'arrivée d'air de refroidissement.
4- Turboréacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pale de guidage est solidaire d'une bifurcation (10) située à l'extrémité arrière (7) de la soufflante, ladite bifurcation séparant le flux d'air en deux flux secondaires longeant respectivement le flanc gauche et le flanc droit d'un mât de fixation (3) reliant le turboréacteur à la voilure de l'aéronef.
5- Turboréacteur selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de régulation comporte une porte (14) ménagée sur la pale de guidage, la porte pouvant avoir au moins deux positions stables, respectivement position fermée dans laquelle aucun flux d'air ne peut pénétrer dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement et position ouverte dans laquelle un flux d'air peut pénétrer dans le conduit d'arrivée d'air de refroidissement.
6- Turboréacteur selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que le système d'actionnement comporte une bielle (15) pour ouvrir et fermer la porte.
7- Turboréacteur selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la porte a un débattement interne.
8- Turboréacteur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la porte a un débattement externe.
9- Ensemble propulseur pour aéronef comportant un turboréacteur selon l'une des revendications 1 à 8 et un échangeur thermique situé au-dessus du 5 turboréacteur.
10- Aéronef comportant au moins un ensemble propulseur selon la revendication 9.
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