FR2998262A1

FR2998262A1 - Dispositif passif pour generer un film d'air froid en contact avec une surface exterieure d'un aeronef

Info

Publication number: FR2998262A1
Application number: FR1261077A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Hormiere; Guillaume Clairet
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-05-23
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: US9783305B2; FR2998262B1; US20140141705A1

Abstract

L'objet de l'invention est un dispositif pour générer un film d'air froid en contact avec une zone à protéger (22) d'une surface extérieure d'un aéronef susceptible d'être impactée par un flux d'air chaud s'écoulant selon un sens d'écoulement (26), caractérisé en ce qu'il comprend une sortie (24) d'air froid agencée en amont de la zone à protéger (22) selon le sens d'écoulement (26), une entrée (28) disposée au niveau d'une surface extérieure de l'aéronef en contact avec de l'air froid, ladite entrée (28) étant agencée de manière à ce qu'il existe un gradient de pression entre ladite entrée (28) et ladite sortie (24) afin de générer un flux d'air froid naturel depuis ladite entrée (28) vers la sortie (24) ainsi que des moyens pour faire communiquer ladite entrée (28) et ladite sortie (24).

Description

DISPOSITIF PASSIF POUR GENERER UN FILM D'AIR FROID EN CONTACT AVEC UNE SURFACE EXTERIEURE D'UN AERONEF La présente invention se rapporte à un dispositif passif pour générer un film d'air froid en contact avec une surface extérieure d'un aéronef. Un aéronef est généralement équipé de systèmes d'air, notamment pour le refroidissement de certains organes, comprenant des circuits s'étendant depuis 5 au moins une entrée d'air jusqu'à au moins une sortie d'air en traversant des échangeurs. Compte tenu de l'évolution technique, les besoins en refroidissement sont de plus en plus importants. Ainsi, les températures des moteurs étant de plus en plus élevées, la quantité de chaleur à évacuer est de plus en plus importante ce qui 10 conduit à augmenter le débit du flux d'air utilisé pour le refroidissement et/ou la température de l'air rejeté à l'extérieur de l'aéronef. Même si des grilles particulières, comme illustrées dans le document FR2.911.116, ont été développées pour limiter les perturbations induites par ces systèmes d'air, l'augmentation du débit d'air utilisé pour le refroidissement a une 15 influence généralement négative sur l'aérodynamisme de l'aéronef. Par conséquent, l'augmentation des besoins en refroidissement ne peut pas être compensée uniquement par l'augmentation du débit du flux si bien que la température de la veine d'air rejeté tend à augmenter. Or, lorsque cette température dépasse un certain seuil cela s'avère 20 problématique dans la mesure où la veine d'air sortant vient en contact avec certaines parties de la surface extérieure de l'aéronef en matériau composite Pour limiter la température de la veine d'air en contact avec la surface extérieure, une première solution consiste à équiper la surface à protéger de dispositifs permettant de générer des perturbations aérodynamiques, comme illustré dans le document FR-2.920.130, afin de brasser l'air chaud de la veine avec l'air froid environnant. Même si cette solution permet de limiter les risques d'endommagement de la surface extérieure en matériau composite, elle impacte l'aérodynamisme de l'avion. Une seconde solution consiste à générer un film d'air froid au niveau de la surface extérieure afin de l'isoler de la veine d'air chaud. bans ce cas, l'air froid est produit par une source d'air froid installée dans l'aéronef et rejeté en dehors de l'aéronef via une sortie d'air froid placée à proximité de la sortie d'air chaud, décalée par rapport à cette dernière selon le sens de l'écoulement de l'air à l'extérieur de l'aéronef. Selon un mode de réalisation, au niveau de la surface extérieure, la sortie d'air chaud est séparée de la sortie d'air froid par une plaque. Cette solution n'est pas pleinement satisfaisante car elle induit une consommation d'énergie supplémentaire pour produire l'air froid et pour l'acheminer vers la sortie. En second lieu, cette solution n'est efficace que sur une zone restreinte à l'arrière de la sortie d'air chaud. Enfin, la plaque utilisée pour séparer l'air chaud et l'air froid produit une traînée parasite qui impacte l'aérodynamisme de l'aéronef. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif pour générer un film d'air de type passif à savoir qui ne consomme pas d'énergie pour produire de l'air froid ou pour l'acheminer.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour générer un film d'air froid en contact avec une zone à protéger d'une surface extérieure d'un aéronef susceptible d'être impactée par un flux d'air chaud s'écoulant selon un sens d'écoulement, caractérisé en ce qu'il comprend une sortie d'air froid agencée en amont de la zone à protéger selon le sens d'écoulement, une entrée disposée au niveau d'une surface extérieure de l'aéronef en contact avec de l'air froid, ladite entrée étant agencée de manière à ce qu'il existe un gradient de pression entre ladite entrée et ladite sortie afin de générer un flux d'air froid naturel depuis ladite entrée vers la sortie ainsi que des moyens pour faire communiquer ladite entrée et ladite sortie. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l' invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels - La figure 1 est une coupe d'une aile d'un aéronef équipée d'un dispositif selon l'invention, - Les figures 2A à 2D sont des vues de dessus de différentes variantes selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté en 10 la partie avant d'une aile d'aéronef avec un bord d'attaque 12 qui s'étend en partie supérieure par une surface extérieure supérieure 14 appelée également extrados et en partie inférieure par une surface extérieure inférieure 16 appelée également intrados. Un renfort tel qu'un cadre avant 18 peut assurer la liaison entre la surface extérieure supérieure 14 et la surface extérieure inférieure 16 de manière décalée par rapport au bord d'attaque 12. Dans ce cas, le bord d'attaque 12 et le cadre avant 18 définissent un conduit 20 en forme de D inversé. Par surface extérieure, on entend une surface d'un aéronef en contact avec un flux d'air. Selon un mode de réalisation, le bord d'attaque 12 qui s'étend jusqu'au cadre 25 avant 18 est métallique. La surface extérieure supérieure 14 et la surface extérieure inférieure 16 qui s'étendent depuis le cadre avant 18 vers l'arrière de l'aile 10 sont en matériau composite.

Comme illustré sur la figure 1, une veine d'air chaud V peut s'écouler à l'extérieur de l'aéronef et venir en contact avec une zone à protéger 22 de la surface extérieure supérieure 14. Lors d'un vol, il peut exister un gradient de pression entre deux points distincts d'une même surface extérieure ou de deux surfaces extérieures distinctes d'un aéronef. C'est notamment le cas, entre un point B de la surface extérieure inférieure 16 d'une aile 10 d'avion qui a une pression supérieure à celle d'un point A de la surface extérieure supérieure 14 de la même aile. Selon l'invention, le dispositif pour générer un film d'air froid comprend au moins une sortie 24 d'air froid agencée en amont de la zone à protéger selon le sens d'écoulement (référencé 26 sur les figures 2A à 21)) des flux d'air à l'extérieur de l'aéronef lors d'un vol et au moins une entrée 28 disposée au niveau d'une surface extérieure de l'aéronef en contact avec de l'air froid, ladite entrée 28 étant agencée de manière à ce qu'il existe un gradient de pression entre l'entrée 28 et la sortie 24 afin de générer un flux d'air froid naturel depuis l'entrée vers la sortie en raison du gradient de pression. Ainsi selon l'invention, le dispositif ne consomme pas d'énergie pour produire de l'air froid ou pour l'acheminer en direction de la zone à protéger. Selon les variantes, le dispositif comprend plusieurs sorties 24 sous forme de 20 fentes 30 orientées selon une direction perpendiculaire au sens d'écoulement 26 comme illustré sur les figures 2A et 2B ou plusieurs sorties 24 sous forme de trous circulaires 32 comme illustré sur les figures 2C et 21). L'invention n'est pas limitée à ces formes de section pour la ou les sorties 24. Selon les variantes, le dispositif comprend plusieurs sorties 24 alignées selon une 25 rangée 34 sécante (de préférence perpendiculaire) au sens d'écoulement 26, comme illustré sur les figures 2A et 2C ou alignées selon plusieurs rangées 34, 34' sécantes (de préférence perpendiculaires) au sens d'écoulement 26, comme illustré sur les figures 2B et 21). Lorsque les sorties 24 sont alignées selon plusieurs rangées elles sont de préférence agencées en quinconce d'une rangée à l'autre. L'écartement entre deux sorties 24 adjacentes est déterminé de manière à obtenir un film d'air froid F continu et non pas plusieurs veines d'air froid, une pour chaque sortie, disjointes et orientées selon le sens d'écoulement 26. Le nombre de sorties 24 est ajusté en fonction de la largeur de la zone à protéger, cette dernière devant être recouverte par le film d'air froid F. Avantageusement, les sorties 24 sont inclinées de manière à ce que le flux d'air sortant de la sortie ne soit pas normal à la surface extérieure mais inclinée selon le sens d'écoulement 26. Ainsi, le flux d'air sortant de chaque sortie fait un angle inférieur à 60° par rapport à la surface extérieure dans un plan contenant le sens d'écoulement 26. Comme les sorties 24, le dispositif comprend plusieurs entrées 28 sous forme de fentes, de trous circulaires ou autres, alignées selon une ou plusieurs rangées 15 sécantes (de préférence perpendiculaires) au sens d'écoulement 26. Selon l'invention, la ou les sorties d'air froid ne sont pas nécessairement adjacentes aux sorties d'air chaud. Elles peuvent être agencées en amont de la zone à protéger et être en nombre suffisant pour générer un film d'air froid F continu recouvrant toute la zone à protéger 22.

20 De préférence, les entrées 28 et/ou les sorties 24 sont de type affleurant pour minimiser l'impact sur l'aérodynamisme de l'aéronef. Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens pour faire communiquer la ou les entrées 28 avec la ou les sorties 24. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des conduits chacun étant 25 reliés d'une part à une ou plusieurs entrées 28 et d'autre part à une ou plusieurs sorties 24. Selon un mode de réalisation préféré et illustré sur la figure 1, les entrées 28 et les sorties 24 communiquent avec au moins une cavité 36 de l'aéronef qui n'est pas destinée exclusivement à l'acheminement de l'air de l'entrée 28 vers la sortie 24. be préférence, cette cavité 36 est étanche. bans le cas d'une aile 10, cette cavité 36 correspond au conduit 20 délimité par le bord d'attaque 12 et le cadre avant 18. bans le cas d'une nacelle, celle-ci comprend un bord d'attaque sous forme d'une lèvre qui se prolonge à l'intérieur par un conduit intérieur qui canalise l'air en direction de la motorisation et à l'extérieur par une surface externe. La nacelle comprend un cadre avant qui délimite avec la lèvre un conduit annulaire appelé « b-duct ». bans le cas d'une nacelle, le dispositif comprend des sorties au niveau du conduit intérieur, des entrées disposées au niveau de la surface externe, les entrées et les sorties communiquant avec le « b-duct ». Le dispositif selon l'invention peut être installé à proximité d'un bord d'attaque d'un aéronef, ledit bord d'attaque délimitant avec un renfort une cavité avec laquelle communiquent la ou les entrées et la ou les sorties du dispositif, ledit bord d'attaque étant prolongé par une surface extérieure supérieure et par une surface extérieure inférieure, la ou les sorties 24 débouchant au niveau de la surface extérieure supérieure et la ou les entrée(s) 28 débouchant au niveau de la surface extérieure inférieure.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif pour générer un film d'air froid en contact avec une zone à protéger (22) d'une surface extérieure d'un aéronef susceptible d'être impactée par un flux d'air chaud s'écoulant selon un sens d'écoulement (26), caractérisé en ce qu'il comprend une sortie (24) d'air froid agencée en amont de la zone à protéger (22) selon le sens d'écoulement (26), une entrée (28) disposée au niveau d'une surface extérieure de l'aéronef en contact avec de l'air froid, ladite entrée (28) étant agencée de manière à ce qu'il existe un gradient de pression entre ladite entrée (28) et ladite sortie (24) afin de générer un flux d'air froid naturel depuis ladite entrée (28) vers la sortie (24) ainsi que des moyens pour faire communiquer ladite entrée (28) et ladite sortie (24).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sorties (24) agencées selon au moins une rangée (34, 34') sécante avec la direction d'écoulement (26).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sorties (24) sont agencées selon plusieurs rangées, en quinconce d'une rangée à l'autre.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les sorties (24) se présentent sous la forme de fentes orientées selon une direction perpendiculaire au sens d'écoulement (26).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs entrées (28) agencées selon au moins une rangée (34, 34') sécante avec la direction d'écoulement (26).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les entrées (28) sont agencées selon plusieurs rangées, en quinconce d'une rangée à l'autre.
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les 25 entrées (24) se présentent sous la forme de fentes orientées selon une direction perpendiculaire au sens d'écoulement (26).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les entrée(s) (28) et/ou la ou les sortie(s) (24) sont affleurantes.
9. Aéronef équipé d'un dispositif selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les entrée(s) (28) et la ou les sortie(s) (24) communiquent avec au moins une cavité (36) de l'aéronef.
10. Aéronef selon la revendication 9, ledit aéronef comprenant un bord d'attaque (12) délimitant avec un renfort (18) une cavité, ledit bord d'attaque (12) étant prolongé par une surface extérieure supérieure (14) et par une 10 surface extérieure inférieure (16), caractérisé en ce que la ou les sorties (24) débouche(nt) au niveau de la surface extérieure supérieure (14) et la ou les entrée(s) (28) débouche(nt) au niveau de la surface extérieure inférieure (16).