FR2924408A1

FR2924408A1 - Nacelle de turboreacteur et procede de controle du decollement dans une nacelle de turboreacteur

Info

Publication number: FR2924408A1
Application number: FR0759488A
Authority: FR
Inventors: Thierry Surply; Christophe Bourdeau
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-06-05
Anticipated expiration: 2027-12-03
Also published as: FR2924408B1; US20090140104A1; US8640986B2

Abstract

L'invention concerne une nacelle (100) de turboréacteur pour aéronef comportant des moyens de soufflage (105, 106, 107) destinés à injecter un flux d'air tangentiel (Ft) dans le volume interne (V) de la nacelle, lesdits moyens de soufflage étant ménagés sur une paroi de l'entrée d'air (103) de la nacelle, dans la région supersonique (101) de ladite entrée d'air. L4invention concerne également un procédé de contrôle du décollement dans une nacelle (100) d'aéronef, caractérisé en ce qu'on injecte un flux d'air tangentiel (Ft) dans le volume interne (V) de la nacelle, au niveau de la région de l'entrée d'air localement supersonique (101), de manière à ramener le flux d'air principal (F) dans le prolongement de la paroi interne (104) de la nacelle.

Description

Nacelle de turboréacteur et procédé de contrôle du décollement dans une nacelle de turboréacteur

L'invention concerne une nacelle de turboréacteur. Plus précisément, l'invention concerne des moyens pour contrôler le décollement de filets d'air pouvant survenir dans la nacelle d'un turboréacteur. Par décollement, on entend l'écartement de tout ou partie du flux d'air traversant la nacelle du turboréacteur par rapport à la paroi interne de ladite nacelle qu'il doit normalement longer. Par contrôler le décollement, on entend supprimer, ou tout le moins réduire suffisamment ledit décollement pour pouvoir optimiser la forme de ladite nacelle en fonction des exigences grandes vitesses, tout en maintenant les performances basses vitesses. L'invention concerne également un procédé de contrôle du décollement de filets d'air, tendant à supprimer ou diminuer ledit décollement dans la nacelle du turboréacteur. Dans une nacelle de turboréacteur le dimensionnement de l'entrée d'air, par lequel le flux d'air alimentant le turboréacteur s'engouffre, doit tenir compte de plusieurs exigences contradictoires, selon que l'on est en croisière, c'est-à-dire en grandes vitesses, ou en basses vitesses.

En effet, pour obtenir de bonnes performances du turboréacteur au décollage et en basses vitesses, il est nécessaire d'avoir une entrée d'air suffisamment grande, avec des profils épais. Plus l'entrée d'air de la nacelle est étroite, plus les risques de décollement le long de la paroi interne de la nacelle augmentent. Un tel décollement est préjudiciable à l'opérabilité du turboréacteur dans la mesure où une partie du flux d'air devant l'alimenter présente une forte distorsion de pression et de vitesse. La taille du col d'entrée d'air et l'épaisseur des profils de la nacelle influent donc sur les performances du turboréacteur en basses vitesses. Cependant, si la taille du col de l'entrée d'air de la nacelle et/ou l'épaisseur du profil de ladite nacelle sont trop importantes, cela est préjudiciable aux performances du même turboréacteur à grandes vitesses, notamment du point de vue de la masse et de la traînée aérodynamique. Aussi, toutes les nacelles de turboréacteurs actuelles, dans le domaine de l'aéronautique civil aussi bien que militaire, sont dimensionnées en tenant compte de ces deux contraintes antagonistes, de sorte qu'on réalise, au niveau de la forme de l'entrée d'air, un compromis entre les exigences basses vitesses et les objectifs de performances grandes vitesses. Sur la figure 1 est représentée, en coupe transversale, une nacelle 1 de l'état de la technique, dans laquelle est logé un turboréacteur 2. Une partie avant de la nacelle 1 est munie d'une entrée d'air 3, par laquelle un flux d'air principal F pénètre dans le volume interne V de ladite nacelle 1. Par avant et arrière, on entend par rapport au sens d'écoulement du flux d'air à l'intérieur de la nacelle 1. L'entrée d'air 3 est formée par une extrémité avant ouverte de la nacelle 1. Dans la mesure où l'entrée d'air est dimensionnée de manière à ne pas créer une traînée aérodynamique trop importante à grandes vitesses, on observe en basses vitesses ou au décollage (figure 2), un léger décollement d au niveau de la paroi interne 4 du col 5 de l'entrée d'air 3. Le décollement d se traduit par une poche d'air contre la paroi interne 4 du col 5 de l'entrée d'air 3, qui se sépare du reste du flux d'air principal F et tourbillonne localement. Dans l'invention, on cherche à fournir une nacelle d'aéronef dans laquelle l'écoulement du flux d'air est guidé, de manière à être maintenu parallèlement à l'axe longitudinal de la nacelle et à supprimer ainsi les éventuels décollements. Pour cela, on réalise une nacelle dans laquelle un flux d'air de guidage peut être soufflé le long de la paroi interne de l'entrée d'air, pour se mélanger au flux d'air principal entrant dans la nacelle par l'entrée d'air. Le flux d'air de guidage est amené directement le long de la paroi interne de la nacelle, par exemple depuis une fente ou un orifice de soufflage ménagé dans la paroi de ladite nacelle. Plus précisément, le flux d'air de guidage est injecté dans le volume interne de la nacelle, le long de la paroi interne, au niveau du col d'entrée d'air où l'écoulement d'air est localement supersonique. En effet, on a constaté que si on insuffle un flux d'air tangentiel dans la région supersonique de la nacelle, le flux d'air tangentiel tend à ramener le flux d'air principal qui pourrait localement se décoller, dans l'axe de l'écoulement principal, le long de la paroi interne de la nacelle. Il y a interaction entre l'écoulement des filets d'air du flux d'air principal longeant la paroi interne de la nacelle, et qui tendent à se décoller, et l'énergie apportée par le flux d'air de guidage. Le flux d'air de guidage ramène les filets d'air qui se décollent le long de la paroi interne de nacelle, où ils rejoignent l'écoulement principal. Le flux d'air de guidage peut provenir de l'extérieur de la nacelle ou être prélevé en aval de l'entrée d'air, par exemple au niveau du turboréacteur. Avantageusement, le flux d'air de guidage est prélevé à l'extérieur de la nacelle, afin de ne pas diminuer la poussée ou pénaliser les performances du turboréacteur. D'une manière générale, l'air de guidage insufflé dans le volume interne de la nacelle a avantageusement une pression génératrice du flux d'air tangentiel au moins égale à 0.8 fois la pression génératrice du flux d'air principal, et préférentiellement comprise entre 0.8 et 1.5 fois la pression génératrice du flux d'air principal. Il est intéressant d'avoir une pression génératrice du flux d'air de guidage proche de la pression génératrice du flux d'air principal, et donc un rapport proche de 1, en ce sens que l'accélération du flux d'air insufflé est principalement due à la dépression locale du flux d'air principal au col de la prise d'air. Cette faible pression de l'écoulement principal au col de la prise d'air, créée par l'aspiration du turboréacteur, suffit à générer un taux de détente propre à accélérer le flux d'air de guidage jusqu'à obtenir un écoulement localement supersonique dans les conditions d'utilisation du dispositif.

L'invention a donc pour objet une nacelle de turboréacteur pour aéronef caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de soufflage destinés à injecter un flux d'air tangentiel dans le volume interne de la nacelle, lesdits moyens de soufflage étant ménagés sur une paroi de l'entrée d'air de la nacelle, dans la région supersonique de ladite entrée d'air.

Par tangentiel, on entend que le flux d'air est injecté le long de la paroi interne de la nacelle avec un angle compris entre 0 et 45° par rapport à l'axe longitudinal de la nacelle, et préférentiellement avec un angle de 10°. La région supersonique de l'entrée d'air est le plus souvent localisée au niveau des lèvres et du col de l'entrée d'air.

Selon des exemples de mise en oeuvre de la nacelle de turboréacteur selon l'invention, il est possible de prévoir tout ou parties des caractéristiques supplémentaires suivantes : - les moyens de soufflage débouchent au niveau du col de l'entrée d'air ; - le flux d'air tangentiel a une pression génératrice supérieure ou égale à 0.80 fois la pression génératrice du flux d'air principal ; - le flux d'air tangentiel a une pression génératrice comprise entre 0.8 et 1.5 fois la pression génératrice du flux d'air principal ; - les moyens de soufflage comportent au moins un conduit d'arrivée d'air apte à prélever le flux d'air tangentiel à l'extérieur de la nacelle ; - les moyens de soufflage comportent au moins un conduit d'arrivée d'air apte à prélever le flux d'air tangentiel au niveau des compresseurs du turboréacteur destiné à être logé dans la nacelle ; - les moyens de soufflage comportent au moins un conduit d'arrivée d'air apte à prélever le flux d'air tangentiel au niveau de la soufflante de la nacelle ; - les moyens de soufflage comportent au moins une fente de soufflage et/ou au moins un orifice de soufflage débouchant dans le volume interne de ladite nacelle ; - les moyens de soufflage comportent une pluralité de fentes de soufflage et/ou orifices de soufflage répartis sur le périmètre interne de l'entrée d'air ; - la nacelle comporte des moyens d'obturation des moyens des 20 soufflages ; L'invention concerne également un procédé de contrôle du décollement dans une nacelle d'aéronef, caractérisé en ce qu'on injecte un flux d'air tangentiel dans le volume interne de la nacelle au niveau de la région de l'entrée d'air localement supersonique, de manière à ramener les 25 filets d'air qui se décollent de la paroi interne de la nacelle dans le flux d'air principal. Dans un exemple de mise en oeuvre particulier du procédé selon l'invention, il est possible de prévoir qu'on injecte le flux d'air tangentiel lorsque l'aéronef est en basses vitesses. 30 De même, il est possible de prévoir qu'on cesse d'injecter le flux d'air tangentiel lorsque l'aéronef est en vitesse de croisière, ou grande vitesse. Avantageusement l'activation du dispositif de soufflage permettant d'injecter le flux d'air tangentiel est liée à la sortie des dispositifs hypersustentateurs de l'aéronef.

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 coupe transversale d'une nacelle d'aéronef selon l'état de la technique, déjà décrit ; - Figure 2 : Un agrandissement de la nacelle de la figure 1 au niveau d'une lèvre d'entrée d'air, déjà décrit ; - Figures 3A, 3B : Des représentations schématiques d'une nacelle de l'état de la technique, au niveau d'une lèvre d'entrée d'air, pour un angle d'attaque de 22° (figure 3A) et un angle d'attaque de 23° (figure 3B) ; - Figures 4A, 4B, 4C et 4D : Des représentations schématiques en coupe transversale d'une nacelle selon l'invention, au niveau d'une lèvre de l'entrée d'air pour un angle d'attaque de 22° (figure 4A), 27° (figure 4B), 28° (figure 4C) et 29° (figure 4D) ; - Figure 5 : Une représentation schématique en coupe transversale d'une nacelle munie d'un dispositif de soufflage selon un premier exemple de réalisation de l'invention ; -Figure 6 : Un agrandissement au niveau de l'entrée d'air d'une nacelle, en coupe transversale, munie d'un second exemple de réalisation d'un dispositif de soufflage selon l'invention ; - Figure 7: Une représentation schématique d'une nacelle selon l'invention, munie d'un autre exemple de réalisation d'un dispositif de soufflage ; - Figure 8: Une représentation schématique partielle en coupe transversale d'une nacelle au niveau d'une entrée d'air muni d'un dispositif d'obturation des moyens de soufflage selon un premier exemple de réalisation ; - Figure 9: Une représentation schématique partielle en coupe transversale d'une nacelle au niveau d'une entrée d'air muni d'un dispositif d'obturation des moyens de soufflage selon un second exemple de réalisation, le dispositif d'obturation étant inactif ; - Figures 10A et 10B : Une représentation schématique partielle en coupe transversale d'une nacelle au niveau d'une entrée d'air muni d'un dispositif d'obturation des moyens de soufflage selon un troisième exemple de réalisation, le dispositif d'obturation étant inactif (figure 10A) et actif (figure 10B). Comme cela est exposé ci-dessus, dans l'invention, on injecte un flux d'air tangentiel dans le volume interne de la nacelle au niveau de la région supersonique de ladite nacelle, c'est-à-dire au niveau du col d'entrée d'air, ou légèrement en amont ou en aval. Le flux d'air tangentiel est injecté avec un angle compris entre 0 et 45° par rapport la paroi interne de la nacelle et de manière préférentielle autour de 10°. Le flux d'air tangentiel longe la paroi interne de la nacelle. Le flux d'air tangentiel injecté au niveau de la région supersonique de l'entrée d'air permet de ramener la portion du flux d'air principal qui tend à se décoller, c'est-à-dire à s'éloigner de la paroi interne de la nacelle qu'elle doit normalement longer, dans la ligne du flux d'air principal, c'est-à-dire parallèlement à la paroi interne de la nacelle. Par flux d'air principal, on entend le flux d'air pénétrant dans la nacelle par l'entrée d'air et destiné à alimenter le turboréacteur logé dans la nacelle. Des tests ont été réalisés en modifiant l'incidence,ou angle d'attaque, de la nacelle, dans une nacelle de l'état de la technique (figures 3A et 3B) et dans une nacelle selon l'invention, munie d'une fente de soufflage (figures 4A, 4B, 4C et 4D). Ces tests permettent de montrer que la création d'un décollement est moindre dans la nacelle de l'invention, et ce malgré l'augmentation de l'incidence, que dans la nacelle de l'état de la technique. Sur la figure 3A, l'angle d'attaque de la nacelle est de 22°, ce qui correspond à un dimensionnement acceptable de l'entrée d'air 3 aussi bien pour les basses vitesses que pour les grandes vitesses. Ainsi, on ne constate quasiment pas de décollement d au niveau de la paroi interne 4 du col 5 de l'entrée d'air 3. Sur la figure 3B, les dimensions de la nacelle 1 sont diminuées, de sorte que l'angle d'attaque est de 23°. La simple augmentation d'un degré de l'incidence suffit à la création d'un décollement d fortement préjudiciable aux performances basses vitesses de la nacelle 1. Sur les figures 4A, 4B, 4C et 4D est représenté un agrandissement d'une nacelle 100 selon l'invention au niveau d'une entrée d'air 103. La nacelle 100 est munie d'une fente de soufflage 105 ménagée dans la région supersonique 101 de l'entrée d'air 103. La fente 105 débouche dans le volume interne V de la nacelle 100, au niveau de la paroi interne 104 de ladite nacelle 100. La fente 105 insuffle un flux d'air tangentiel le long de la paroi interne 104 de la nacelle 100, tendant à ramener la portion du flux principal F qui pourrait se décoller, dans le prolongement de la paroi interne 104 de la nacelle 100. Aussi, comme cela est représenté sur les figures 4A, 4B et 4C, on observe aucun décollement du flux d'air principal F le long de la paroi interne 104 du col de l'entrée d'air, alors même que l'angle d'attaque de la nacelle 100 est augmentée de plusieurs degrés, puisqu'il est de 22° sur la figure 4A, et de 27° et 28° respectivement sur les figures 4B et 4C. Cette absence de décollement à forte incidence de la nacelle est obtenue par l'injection d'un flux d'air tangentiel par la fente de soufflage 105, alors que pour une incidence à peine supérieure à 22°, sans cette injection de flux d'air tangentiel, un décollement inacceptable pour les performances basses vitesses de la nacelle est obtenu (figure 3B). Comme cela est visible sur la figure 4D, un décollement d qui reste cependant acceptable apparaît lorsque l'angle d'attaque de la nacelle 100 est de 29°. L'augmentation de l'angle d'attaque de la nacelle 100 peut être remplacée par une diminution du diamètre de la nacelle 100 et/ou une diminution de l'épaisseur de son profil, afin d'augmenter les performances de la nacelle 100 à grandes vitesses. Ainsi, avec l'invention, il est possible de réaliser des nacelles présentant des performances élevées à grandes vitesses, sans pour autant perdre au niveau des performances basses vitesses, puisqu'on augmente la résistance du flux d'air principal au décollement. Le flux d'air tangentiel injecté dans le volume interne de la nacelle peut être injecté sur tout un périmètre interne de ladite nacelle, ou sur un périmètre partiel seulement, par exemple pour prévenir un décollement en vents travers , c'est-à-dire pour un flux d'air principal arrivant latéralement dans la nacelle. Le flux d'air tangentiel est amené par tous moyens de soufflage dans le volume interne de la nacelle. Par exemple, et comme cela est représenté sur la figure 5, les moyens 35 de soufflage sont munis d'une fente de soufflage 105 débouchant dans le volume interne V de la nacelle 100, au niveau de la paroi interne 104 du col 110 d'entrée d'air, c'est-à-dire dans la région supersonique de l'entrée d'air 103. Un conduit d'arrivée d'air 106 permet d'amener le flux d'air tangentiel Ft depuis une zone de la nacelle 100 située en aval de la soufflante jusqu'à la fente de soufflage 105. Plus précisément, une extrémité avant 111 du conduit d'arrivée d'air 106 débouche dans une cavité 107 ménagée dans l'épaisseur de la paroi du col 110 de l'entrée d'air 103. Par épaisseur, on entend la dimension de la paroi s'étendant radialement par rapport à l'axe longitudinal de la nacelle 100. La cavité 107 s'étend dans le périmètre de la nacelle 100. La fente 105 est ménagée sur la paroi interne 104 du col 110 de l'entrée d'air 103 coïncidant au moins partiellement avec la cavité 107. Ainsi, le flux d'air tangentiel Ft accumulé dans la cavité 107 s'échappe dans le volume interne V de la nacelle 100 par la fente 105. Il est possible de réaliser des orifices de soufflage à la place, ou en plus, des fentes de soufflage 105. Le flux d'air tangentiel Ft est acheminé par le conduit d'arrivée d'air 106 depuis l'arrière jusqu'à l'avant de la nacelle 100, où il se mélange au flux d'air principal F, le long de la paroi interne 104 de l'entrée d'air 103, pour retraverser le volume interne V de la nacelle 100.

La nacelle 100 peut être munie d'une ou plusieurs cavités 107, chacune alimentée en flux d'air tangentiel Ft par un ou plusieurs conduits d'arrivée d'air 106. Sur la figure 6 est représenté un autre exemple de réalisation du conduit d'arrivée d'air 106, qui cette fois prélève le flux d'air tangentiel Ft à l'extérieur de la nacelle 100. Le conduit d'arrivée d'air 106 est muni d'une extrémité arrière 112 débouchant au niveau de la paroi externe 108 de la nacelle 100, l'extrémité avant 111 débouchant dans une cavité 107. Bien entendu, une même nacelle 100 peut être munie de plusieurs conduits d'arrivée d'air 106 différents, prélevant le flux d'air tangentiel Ft en différents endroits, externes et/ou internes à la nacelle 100. Sur la figure 7 est représentée une vue externe d'une nacelle 100 munie de fentes de soufflage 105 selon l'invention. Plus précisément, la paroi de la nacelle 100 est munie de trois fentes 105, séparées hermétiquement les unes des autres, et aptes chacune à alimenter le volume interne de la nacelle 100 sur 1/3 de périmètre. Les fentes 105 peuvent être alimentées en flux tangentiel par l'accumulation du flux tangentiel dans une même cavité 107, ou par des cavités spécifiques coïncidant chacune avec au moins une fente 105. Afin de n'utiliser le dispositif de soufflage selon l'invention que lorsqu'il est nécessaire de ramener le flux d'air principal le long de la paroi, c'est-à-dire principalement au décollage et en basses vitesses, il est possible de munir la nacelle d'un ou plusieurs dispositifs d'obturation aptes à obturer de manière réversible les orifices et/ou fentes de soufflage sur commande. Comme cela est représenter sur la figure 8, un dispositif d'obturation peut par exemple comporter une vanne 120 logée dans le conduit d'arrivée d'air 106 et apte à bloquer l'arrivée du flux tangentiel Ft en amont des fentes et/ou orifices de soufflage 105 et/ou au niveau de la cavité 107 et/ou niveau des fentes et/ou orifices de soufflage 105. Dans un autre exemple de réalisation de l'invention et comme cela est représenté sur les figures 9, 10A et 10B, le dispositif d'obturation peut consister en une prise d'air actuée 121. Plus précisément, la prise d'air actuée 121 est formée par une portion de paroi externe 108 de la nacelle, dont un débattement lui permet de s'étendre dans le prolongement de la paroi externe 108 de manière à obturer l'entrée d'air (figure 10B) ou au contraire de s'éloigner de ladite paroi externe 108 de manière à autoriser l'entrée d'air dans le conduit d'arrivée d'air 106 (figures 9 et 10A). Le débattement de la portion mobile 121 peut se faire vers l'extérieur de la nacelle (figure 9), ou vers l'intérieur (figures 10A et 10B). La portion mobile 121 de la paroi externe 108 comme cela est représenté aux figure 10A et 10B est logée dans le volume de la paroi de la nacelle quand le dispositif d'obturation est inactif, c'est-à-dire quand il n'obture pas le passage d'air, ce qui permet d'éviter une traîner aérodynamique préjudiciable. Le dispositif d'obturation peut être commandé à distance et notamment depuis le cockpit de l'aéronef. Dans un autre exemple le dispositif d'obturation peut être relié à la configuration de l'avion de sorte que le dispositif d'obturation est automatiquement actif lorsque l'avion est en configuration hypersustentée et désactivé lorsque l'avion est en configuration lisse. Dans ce cas, l'activation de l'injection du flux d'air tangentiel est commandée par le déploiement des éléments hypersustentateurs. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif d'obturation peut être asservi à une pression.5

Claims

REVENDICATIONS

1- Nacelle (100) de turboréacteur pour aéronef caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de soufflage (105, 106, 107) destinés à injecter un flux d'air tangentiel (Ft) dans le volume interne (V) de la nacelle, lesdits moyens de soufflage étant ménagés sur une paroi de l'entrée d'air (103) de la nacelle, dans la région supersonique (101) de ladite entrée d'air.

2- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de soufflage débouchent au niveau de la paroi interne (104) du col (110) de l'entrée d'air.

3- Nacelle selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le flux d'air tangentiel a une pression comprise entre 0.8 et 1.5 fois la pression du flux d'air principal (F).

4- Nacelle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de soufflage comportent au moins un conduit d'arrivée d'air (106) apte à prélever le flux d'air tangentiel au niveau des compresseurs du turboréacteur destiné à être logé dans la nacelle.

5- Nacelle selon la l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le rapport de pression entre le flux d'air tangentiel destiné à être injecté dans le volume interne de la nacelle et le flux d'air principal circulant dans le volume interne de la nacelle est proche de 1.

6- Nacelle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de soufflage comportent au moins une fente de soufflage (105) et/ou au moins un orifice de soufflage débouchant dans le volume interne de ladite nacelle.

7- Nacelle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'obturation des moyens de soufflage.

8- Procédé de contrôle du décollement dans une nacelle (100) d'aéronef, caractérisé en ce qu'on injecte un flux d'air tangentiel (Ft) dans le volume interne (V) de la nacelle au niveau de la région de l'entrée d'air localement supersonique, de manière à ramener les filets d'air qui se décollent de la paroi interne (104) de la nacelle dans le flux d'air principal (F).

9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on injecte le flux d'air tangentiel lorsque l'aéronef est en basse vitesse.

10- Procédé selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que l'activation de l'injection du flux d'air tangentiel est commandée par le déploiement des éléments hypersustentateurs.5