FR2986779A1

FR2986779A1 - Ensemble d'entree d'air a degivrage infrarouge

Info

Publication number: FR2986779A1
Application number: FR1260327A
Authority: FR
Inventors: Jean Paul Rami
Original assignee: Aircelle SA
Current assignee: Safran Nacelles SAS
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-08-16

Abstract

L'invention a pour objet un ensemble d'entrée d'air (100) d'une nacelle de turboréacteur de forme sensiblement annulaire et présentant une surface interne périphérique (102) et une surface externe périphérique (101) reliées en amont par une surface de lèvre d'entrée d'air (103), caractérisée en ce que l'entrée d'air est équipée d'au moins un projecteur infra-rouge (10) disposé au niveau de la surface interne et orienté vers l'extérieur de l'entrée d'air en direction d'une surface opposée à dégivrer.

Description

La présente invention concerne un ensemble de lèvre d'une entrée d'air d'une nacelle de turboréacteur. Un avion est propulsé par un ou plusieurs ensembles propulsifs comprenant chacun un turboréacteur logé dans une nacelle tubulaire. Chaque 5 ensemble propulsif est rattaché à l'avion par un mât situé généralement sous une aile ou au niveau du fuselage. Une nacelle présente généralement une structure comprenant une entrée d'air en amont du moteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante du turboréacteur, une section aval abritant des moyens d'inversion 10 de poussée et destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur, et est généralement terminée par une tuyère d'éjection dont la sortie est située en aval du turboréacteur. L'entrée d'air comprend, d'une part, une lèvre d'entrée adaptée pour permettre la captation optimale vers le turboréacteur de l'air nécessaire à 15 l'alimentation de la soufflante et des compresseurs internes du turboréacteur, et d'autre part, une structure aval sur laquelle est rapportée la lèvre et destinée à canaliser convenablement l'air vers les aubes de la soufflante. L'ensemble est rattaché en amont d'un carter de la soufflante appartenant à la section amont de la nacelle. 20 En vol, selon les conditions de température et d'humidité, de la glace peut se former sur la nacelle au niveau de la surface externe de la lèvre d'entrée d'air. La présence de glace ou de givre modifie les propriétés aérodynamiques de l'entrée d'air et perturbe l'acheminement de l'air vers la soufflante. 25 Une solution pour dégivrer ou de déglacer la surface externe consiste à éviter que de la glace ne se forme sur cette surface externe. Ainsi, il est connu de prélever de l'air chaud au niveau du compresseur du turboréacteur et de l'amener au niveau de la lèvre d'entrée d'air afin de réchauffer les parois. Toutefois, un tel dispositif nécessite un 30 système de conduits d'amenée d'air chaud entre le turboréacteur et l'entrée d'air, ainsi qu'un système d'évacuation de l'air chaud au niveau de la lèvre d'entrée d'air. Ceci augmente la masse de l'ensemble propulsif, ce qui n'est pas souhaitable. En outre, un tel système n'est actif que lorsque le turboréacteur 35 fonctionne, ce qui n'est pas forcément le cas au sol avant allumage des moteurs.

Afin de résoudre ces problèmes, des systèmes de dégivrage électrique ont été développés. Ainsi, dans le document EP 1 495 963, par exemple, on propose d'appliquer une résistance chauffante sur une paroi extérieure de la lèvre d'entrée d'air.

De nombreux documents visent à perfectionner ces systèmes de dégivrage électriques. Bien que possédant de nombreux avantages par rapport aux systèmes de dégivrage à air chaud, de tels systèmes électriques présentent toutefois encore certains inconvénients, et notamment une grande inertie 10 thermique. Il est en effet important de pouvoir obtenir dans un temps très court une température de surface extérieure de l'entrée d'air, et des pièces avoisinantes (spinners, aubes de soufflantes, tube pitot), à un niveau suffisamment élevé afin d'éviter la formation de givre sur ces surfaces et 15 éliminer la glace qui aurait pu s'y former. Une autre difficulté est d'assurer cette fonction tout en se situant dans la limite de tenue en température des matériaux utilisés, et ce notamment si l'entrée d'air est au moins partiellement réalisée en matériaux composites. Par ailleurs, il est nécessaire que la zone active de dégivrage 20 couverte par le système de dégivrage soit suffisamment étendue afin que l'eau fusionnée ou vaporisée sur la lèvre ne regivre pas en aval, notamment sur les parois internes de l'entrée d'air et sur les pièces avoisinantes où une protection contre le givre n'est pas prévue. Bien évidemment, il est également important que l'énergie 25 consommée par le système de dégivrage et sa masse embarquée soient les plus faibles possible. Enfin, le système de dégivrage doit pouvoir être compatible avec un traitement acoustique (panneau alvéolaire acoustique) de l'entrée d'air. La présente invention vise à résoudre ces problème et concerne 30 pour ce faire un ensemble d'entrée d'air d'une nacelle de turboréacteur de forme sensiblement annulaire et présentant une surface interne périphérique et une surface externe périphérique reliées en amont par une surface de lèvre d'entrée d'air, caractérisée en ce que l'entrée d'air est équipée d'au moins un projecteur infra-rouge disposé au niveau de la surface interne et orienté vers 35 l'extérieur de l'entrée d'air en direction d'une surface opposée à dégivrer.

Ainsi en intégrant directement des projecteurs infrarouge orientés vers une surface opposée de la nacelle, il est possible d'obtenir une montée en température très rapide et sur une large zone potentiellement soumise au givre.

Plus précisément, en régime stabilisé, la température de surface est maximale précisément aux endroits où se forme le givre. En outre, l'apport de chaleur sur la surface à dégivrer se fait par l'extérieur contrairement aux systèmes connus pour lesquels la chaleur doit généralement traverser l'épaisseur de paroi de l'entrée d'air. Cela est 10 particulièrement avantageux sur des matériaux à haute résistance thermique. L'alimentation des projecteurs est électriques, ce qui reste simple à mettre en place et aisément contrôlable en puissance. Par ailleurs, on notera la possibilité de mettre en place des boucles de régulations à l'aide de capteurs thermiques, voire des caméras thermiques 15 ou des capteurs de pluie / givre. Avantageusement, le projecteur infra-rouge est orienté vers une surface diamétralement opposée. De manière préférentielle, l'ensemble comprend au moins deux projecteurs infra-rouge dont le rayonnement est apte à couvrir sensiblement 20 toute la surface interne de l'entrée d'air. Selon une variante préférée, on pourra disposer six projecteurs régulièrement répartis autour de la surface interne de l'entrée d'air. Avantageusement, en ce que le projecteur comprend au moins une vitre de fermeture transparente au rayonnement infrarouge et possédant une 25 surface extérieure s'intégrant dans la surface interne périphérique pour définir avec celle-ci une surface interne aérodynamique de l'entrée d'air. La vitre de fermeture doit, sur le plan optique, présenter une transmission la plus élevée possible pour le rayonnement infrarouge et se comporter comme une lame à faces parallèles c'est-à-dire ne pas introduire de 30 déviations dans la trajectoire des rayons IR. Si ce vitrage est clair il est aisé de contrôler le fonctionnement des projecteurs. Sur le plan thermique le vitrage est soumis à des contraintes très fortes dues aux différences de température entre la face tournée vers l'émetteur infrarouge et la face dirigée vers l'entrée d'air. Par conséquence le 35 vitrage devra avoir un coefficient de dilatation nul ou extrêmement faible.

Sur le plan mécanique le vitrage devra être en continuité de forme avec l'entrée d'air de la nacelle et placé avec le projecteur dans la position ou l'entrée d'air se rapproche le plus d'une forme cylindrique ce qui facilite la fabrication du vitrage et de sa monture et ce qui réduit les risques de casse dus à des objets heurtant l'intérieur de la nacelle. Parmi les matériaux pouvant convenir pour le vitrage, on peut préférer les vitrocéramiques qui ont un coefficient de dilatation voisin de zéro, une résistance très élevée aux chocs thermique et une transmission pour le rayonnement infrarouge supérieure à 90%.

Le procédé de fabrication des vitrocéramiques permet l'obtention de pièces cylindriques dans des épaisseurs voisines de 4mm. Les pièces en vitrocéramique peuvent être usinées pour faciliter leur maintien dans les montures. Pour réduire les risques de casse dus à des amorces de rupture, l'état de surface des parties usinées devra être aussi lisse que possible et la forme du vitrage ne devra pas comporter d'angles vifs générateurs de contraintes localisées. Avantageusement, le projecteur comprend au moins un réflecteur conformé pour définir un faisceau infra rouge couvrant la surface à dégivrer. Ainsi, le profil du réflecteur permet notamment de définir 20 précisément la zone irradiée, et donc la zone de dégivrage. Cela pourra notamment être utile pour délimiter le faisceau dans sa longueur. De manière avantageuse, la surface à dégivrer apte à être irradiée par le projecteur comprend des éléments de la nacelle n'appartenant pas à l'entrée d'air, du type « spinner », aube de soufflante, sondes. 25 L'utilisation de tels projecteurs peut en effet avantageusement permettre d'inclure dans la zone de rayonnement des éléments ne faisant pas partie de l'entrée d'air, mais appartenant à des structures aval proches. De manière avantageuse, la surface à dégivrer apte à être irradiée par le projecteur est équipée d'un dispositif de régulation thermique. Cela a 30 notamment pour but d'éviter les surchauffes locales le cas échéant. On pourra notamment prévoir une circulation d'air de refroidissement ou autre dispositif. Avantageusement, l'entrée d'air comprend au moins deux projecteurs dont les faisceaux se recouvrent au moins partiellement. Ainsi, en cas de défaillance d'un projecteur, bien que la protection thermique résultante 35 soit moins efficace, elle restera tout de même active pour la surface couverte normalement par les deux faisceaux.

On notera enfin qu'un tel système est compatible avec une surface interne équipée d'un traitement acoustique. La présente invention se rapporte également à une nacelle de turboréacteur comprenant une structure d'entrée d'air apte à canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur et une structure médiane destinée à entourer ladite soufflante et à laquelle est rattachée la structure d'entrée d'air de manière à assurer une continuité aérodynamique, caractérisée en ce que la structure d'entrée d'air est un ensemble selon l'invention. L'invention sera davantage comprise à la lecture de la description 10 non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées. - la figure 1 est une représentation schématique de face d'une nacelle de turboréacteur équipé d'un ensemble d'entrée d'air selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinale de l'ensemble de la figure 1, 15 - la figure 3 est une représentation schématique partielle en coupe transversale de l'ensemble de la figure 1, - la figure 4 est une représentation schématique d'un projecteur utilisé dans l'ensemble de la figure 1. - la figure 5 est une représentation schématique partielle en coupe 20 transversale du projecteur de la figure 4, - la figure 6 est une représentation polaire des intensités de rayonnement IR émis par le projecteur issues du point foyer, ceci vu dans le plan de coupe transversale de la partie avant de la nacelle, - la figure 7 est la représentation shématique en coupe transversale 25 du faisceau issue de la source IR et réfléchie par un réfecteur du projecteur qui irradie la partie avant de l'entrée d'air (lèvre), - la figure 8 est la représentation shématique en coupe transversale du faisceau issue de la source et réfléchie par le réfecteur qui irradie la zone centrale de l'entrée d'air, 30 - la figure 9 est la représentation shématique en coupe transversale du faisceau issue de la source IR et réfléchie par le réfecteur qui irradie des éléments du moteur n'appartenant pas à l'entrée d'air, du type spinner, aubes de soufflante, sondes - la figure 10 est la représentation shématique en coupe 35 transversale des trois faisceaux représentés en figures 7,8, et 9 2 9 8 6 7 7 9 6 - la figure 1 1 est la représentation schématique en coupe transversale de l'enveloppe des rayons IR sortant du projecteur - la figure 12 représente les différents tracés mini, moyen et maxi définis par nuages de points de la courbe du réflecteur 5 Sur la figure 1 est représenté un ensemble de lèvre 100 selon l'invention pour une nacelle de turboréacteur non représentée. L'ensemble de lèvre 100 selon l'invention comporte une paroi externe 101 et une paroi interne 102 reliée par une portion de lèvre d'entrée 10 d'air 103 et est destiné à être rattachée à une structure aval de la nacelle de turboréacteur par tout moyen connu de l'homme du métier. La structure aval est destinée à canaliser convenablement l'air vers les aubes non représentées de la souflante. Conformément à l'invention, l'ensemble d'entrée d'air 100 est 15 équipé de projecteurs 10 infra-rouge disposés au niveau d'une surface interne de la paroi interne 102 et orientés vers l'extérieur de l'entrée d'air en direction d'une surface opposée à dégivrer, notamment une surface diamétralement opposée. Avantageusement, l'ensemble d'entrée d'air comprend plusieurs 20 projecteurs 10, en l'occurrence six, dont le rayonnement est apte à couvrir sensiblement toute la surface interne de l'entrée d'air 100. Chaque projecteur 10 comprend un réflecteur 1 de forme cylindrico-parabolique, par exemple en aluminium, dont la surface concave sera préférentiellement rendue réflechissante grace à un traitement de « haute- 25 réflectivité » ainsi qu'une lampe infrarouge 3 située au foyer optique du réflecteur 1. Le réflecteur 1 et la lampe 3 sont maintenus par des arceaux 2 latéraux fixés dans une paroi de la nacelle. La lampe 3 est maintenue alimentée électriquement par un 30 système de douilles 5 et d'amenée de cables électriques 6. Chaque projecteur 10 est également fermé par une vitre transparente 4 laissant passer les rayons infrarouges et dont la surface extérieure est confondue avec la surface aérodynamique interne de l'entrée d'air. 35 L'étanchéité du projecteur 10 sera assuré par un joint 7 périphérique pincé entre la vasque 4 et la structure de l'entrée d'air 100.

L'utilisation d'une lampe quartz linéaire avec réflecteur hémicylindrique incorporé a été privilégiée. Cette solution permet un contrôle efficace du flux thermique sur un angle d'environ 180° à la sortie du bulbe de la lampe.

La conception du réflecteur 1 permettra d'obtenir un faisceau infrarouge bien controlé permettant d'irradier toute la surface extérieure de la partie interne de l'entrée d'air ainsi que d'autres pièces avoisinantes si souhaité. La courbe polaire de distribution des intensités de rayonnement de la figure 6 montre la répartition des intensités en fonction des secteurs d'irradiation. On constate que l'intensité maximale du rayonnement est dirigée vers la lèvre d'entrée d'air de la nacelle, zone où le givre a tendance à se former en priorité. Afin d'obtenir ce résultat, le faisceau provenant du réflecteur 1 est 15 organisé en une pluralité, en l'occurrence trois, de secteurs adjacents. Sur le shéma de la figure 7, la partie haute du réflecteur a la particularité de concentrer ce flux sur la lèvre d'entrée de la nacelle précisemment là où le givre a tendance à se former en priorité. Sur la figure 8, la partie intermédiaire du réflecteur capte 20 relativement peu de flux de la lampe et distribue ce rayonnement sur toute la longueur de l'entrée d'air vu que le givre n'a pas tendance à ce former sur cette zone. Enfin, le troisième secteur du réflecteur montré en figure 9 permet de dégivrer les éléments du moteur n'appartenant pas à la nacelle, du type 25 spinner, aubes de soufflante, sondes, ce qui permet d'économiser des systèmes de dégivrage qui leur auraient été destinés. La figure 10 montre l'ensemble des faisceaux issus des différentes aprties du réflecteur 1. La courbe directrice du réflecteur 1 est de forme asymétrique ce qui 30 associée à la lampe 3 permet une réduction de l'encombrement de l'ensemble projecteur. D'autre part, la courbe permet une focalisation du rayonnement au voisinage de la fenêtre de sortie 4, ce qui réduit la section de cette fenêtre apportant un minimum de perturbations structurale et aérodynamique à la nacelle.

35 Les réflecteurs sont définis comme des surfaces cylindriques dont les génératrices sont perpendiculaires à l'axe du réacteur et dont les directrices sont des courbes de types polynomiales (figure 12). Les coordonnées des points de passage de ces courbes figurent dans le tableau 1 ci dessous. Courbe mini Courbe médiane Courbe maxi X Y X Y X Y -98,61 -126,04 -73,96 -94,53 -123,26 -157,55 -103,03 -93,47 -77,27 -70,10 -128,79 -116,84 -103,62 -53,22 -77,72 -39,91 -129,53 --66,52 -97,27 -22,90 -72,95 -17,17 -121,59 -28,62 -85,63 -0,94 -64,22 -0,71 -107,04 -1,18 -66,48 18,14 -49,86 13,60 -83,11 22,67 -43,10 30,53 -32,33 22,90 -53,88 38,16 -21,64 35,80 -16,23 26,85 -27,05 44,75 0,76 35,98 0,57 26,98 0,95 44,97 Tableau 1 Les courbes mini et maxi permettent d'établir une enveloppe de définition des courbes directrices du réflecteur afin d'adapter sa taille aux dimensions et à la géométrie de la nacelle. La direction des intensités du rayonnement infrarouge (figure 6) dépend de la géométrie réelle des entrées d'air des réacteurs. La position du projecteur et son calage angulaire est réalisé de sorte que la pointe d'intensité maximum du rayonnement est dirigé précisemment sur le bord d'attaque de l'entrée d'air. Afin d'obtenir la meilleure efficacité, on choisira préférentiellement une surface réceptrice du rayonnement la plus absorbante possible vis-à-vis 15 des rayons infra-rouges et la plus isolante possible d'un point de vue conductivité thermique. Associée à un système de régulation thermique, la solution de l'invention est particulièrement adaptée à l'emploi de matériaux composites. Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de 20 réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble d'entrée d'air (100) d'une nacelle de turboréacteur de forme sensiblement annulaire et présentant une surface interne périphérique (102) et une surface externe périphérique (101) reliées en amont par une surface de lèvre d'entrée d'air (103), caractérisée en ce que l'entrée d'air est équipée d'au moins un projecteur infra-rouge (10) disposé au niveau de la surface interne et orienté vers l'extérieur de l'entrée d'air en direction d'une surface opposée à dégivrer.
2. Ensemble (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le projecteur (10) infra-rouge est orienté vers une surface diamétralement opposée.
3. Ensemble (100) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux projecteurs (10) infra- rouge dont le rayonnement est apte à couvrir sensiblement toute la surface interne de l'entrée d'air.
4. Ensemble (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le projecteur (10) comprend au moins une paroi de fermeture transparente (4) au rayonnement infrarouge et possédant une surface extérieure s'intégrant dans la surface interne périphérique (102) pour définir avec celle-ci une surface interne aérodynamique de l'entrée d'air.
5. Ensemble (100) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi de fermeture (4) est réalisée en matériau vitrocéramique.
6. Ensemble (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le projecteur (10) comprend au moins un réflecteur (1) conformé pour définir un faisceau infra rouge couvrant la surface à dégivrer.
7. Ensemble (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface à dégivrer apte à être irradiée par le projecteur comprend des éléments de la nacelle n'appartenant pas à l'entrée d'air, du type aube de soufflante, sondes.
8. Ensemble (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface à dégivrer apte à être irradiée par le projecteur (10) est équipée d'un dispositif de régulation thermique.
9. Ensemble (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'entrée d'air comprend au moins deux projecteurs (10) dont les faisceaux se recouvrent au moins partiellement.
10. Nacelle de turboréacteur comprenant une structure d'entrée d'air apte à canaliser un flux d'air vers une soufflante du turboréacteur et une structure médiane destinée à entourer ladite soufflante et à laquelle est rattachée la structure d'entrée d'air de manière à assurer une continuité aérodynamique, caractérisée en ce que la structure d'entrée d'air est un ensemble (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.