FR3007798A1 - Plenum de turbomoteur, et aeronef - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un plenum (10) de turbomoteur pourvu d'une section d'entrée (15) comprenant un orifice (16) d'entrée d'air et d'une conduite annulaire (20) délimitant une cavité annulaire (21) en s'étendant radialement autour d'un axe de symétrie (AXSYM) d'une surface de passage (22) annulaire vers un anneau périphérique (24). L'anneau périphérique (24) comporte un déflecteur d'air (30) diamétralement opposé audit orifice (16) d'entrée d'air, ledit déflecteur d'air (30) présentant une forme de V en comprenant deux pentes (31, 32) s'étendant de l'anneau périphérique (24) vers la surface de passage (22), les deux pentes (31, 32) étant reliées l'une à l'autre par une pointe (33) du déflecteur d'air (30).

Description

Plenum de turbomoteur, et aéronef. La présente invention concerne un plenum d'un turbomoteur, et un aéronef muni d'un tel plenum tel qu'un giravion. Le domaine technique de l'invention se rapporte donc au domaine des entrées d'air de turbomoteur. Un turbomoteur comporte usuellement un générateur de gaz et au moins une turbine. Pour alimenter le générateur de gaz avec de l'air provenant de l'extérieur, l'aéronef comporte une entrée d'air. Cette entrée 10 d'air est pourvue d'un conduit reliant le turbomoteur à l'air extérieur. On distingue deux types d'entrée d'air, à savoir : - une entrée d'air dynamique alimentée en air extérieur sous l'effet d'une part de la vitesse d'avancement de l'aéronef et, d'autre part, de l'aspiration requise par le turbomoteur, et 15 - une entrée d'air statique uniquement alimentée en air sous l'effet de l'aspiration requise par le turbomoteur. En fonction de l'architecture du turbomoteur, l'entrée d'air peut en outre être une entrée d'air axiale par rapport au turbomoteur ou encore une entrée d'air radiale. 20 Une entrée d'air radiale comporte une ou plusieurs sections d'entrée munie d'un orifice généralement rectangulaire disposé latéralement par rapport au turbomoteur. Cette section d'entrée est reliée par une conduite annulaire au générateur de gaz du turbomoteur. Une telle entrée d'air radiale peut être dénommée 25 classiquement « plenum » par l'homme du métier, ou encore « plenum de turbomoteur » par commodité par la suite.

Ainsi, un plenum de turbomoteur est usuellement pourvu d'une conduite annulaire. Cette conduite annulaire est disposée autour d'un axe de symétrie le long duquel s'étend un turbomoteur. Ainsi, la conduite 5 annulaire s'étend radialement d'une surface de passage annulaire vers un anneau périphérique, la surface de passage annulaire débouchant sur un étage de compression d'un générateur de gaz d'un turbomoteur. La conduite annulaire délimite ainsi une cavité annulaire en communication fluidique avec la section d'entrée et le 10 turbomoteur. Eventuellement, une grille placée à l'interface entre le plenum et le turbomoteur peut partiellement obturer la surface de passage annulaire pour éviter que le turbomoteur ingère des particules indues. 15 Par ailleurs, le plenum de turbomoteur peut comprendre un diffuseur annulaire interposé entre la conduite annulaire et le turbomoteur. Par conséquent, l'air pénètre dans le plénum par l'orifice de la section d'entrée d'air puis est dirigé radialement par la conduite 20 annulaire vers le turbomoteur. Un tel plénum est efficace mais peut présenter des performances difficiles à optimiser. En effet, l'intégration complexe du plenum de turbomoteur sur un aéronef et l'utilisation de l'aéronef selon des phases de vol pouvant être de nature différente 25 sur giravion peuvent conduire à la transmission d'un écoulement d'air non uniforme à un turbomoteur. En effet, un giravion et notamment un hélicoptère peut effectuer un vol d'avancement ou encore un vol stationnaire. Les conditions de circulation de l'air vers le turbomoteur varient nécessairement entre ces phases de vol ce qui complexifie la définition du plenum de turbomoteur. Les documents EP0500124, FR2767383 et GB2438868 ne font pas partie du domaine technique de l'invention, et donc de l'arrière plan technologique de l'invention En effet, le document EP0500124 décrit un système d'aspiration de carburant d'un moteur à pistons. Ce système comporte au moins deux passages d'admission de carburant pour chaque cylindre du moteur afin de desservir une soupape d'admission en passant par une soupape de commande. Chaque soupape de commande est supportée de façon rotative pour réorienter un écoulement d'air afin de créer un mouvement tourbillonnaire de carburant dans une chambre combustion d'un cylindre.

Le document FR2767383 décrit un dispositif modificateur d'écoulement pour un débitmètre mesurant un débit massique d'air. Ce dispositif comprend un corps alvéolé et des éléments profilés servant à produire des micro-tourbillons. Le document GB2438868 décrit un dispositif pour rediriger des gaz provenant d'une chambre de combustion vers cette chambre de combustion. Le dispositif comprend une cavité annulaire conférant au gaz un mouvement centrifuge et une écope redirigeant ces gaz vers la chambre de combustion. La présente invention a alors pour objet de proposer un 25 plenum de turbomoteur innovant visant à transmette un écoulement d'air uniforme à un turbomoteur. Selon l'invention, un plenum de turbomoteur est pourvu d'une section d'entrée comprenant un orifice d'entrée d'air et d'une conduite annulaire en communication fluidique avec la section d'entrée. La conduite annulaire délimite une cavité annulaire en s'étendant radialement autour d'un axe de symétrie d'une surface de passage annulaire vers un anneau périphérique pour diriger de l'air pénétrant dans le plenum de turbomoteur par la section d'entrée d'air vers un turbomoteur en passant par la surface de passage. Ce plenum de turbomoteur est notamment remarquable en ce que l'anneau périphérique comporte au moins un déflecteur d'air éloigné de l'orifice d'entrée d'air, le déflecteur d'air présentant une forme de V en comprenant deux pentes s'étendant de l'anneau périphérique vers la surface de passage, les deux pentes étant reliées l'une à l'autre par une pointe du déflecteur. La demanderesse note qu'avec un plenum de turbomoteur usuel et en fonction de facteurs liés à la phase de vol ou encore le cas échéant en fonction de la nature des tuyauteries amenant de l'air vers le plenum de turbomoteur, cet air peut pénétrer d'une manière non uniforme dans la section d'entrée de ce plenum de turbomoteur. Par exemple, la majeure partie de l'air peut pénétrer dans une portion inférieure ou supérieure de l'orifice d'entrée. Le surplus d'air pénétrant dans une portion de l'orifice d'entrée parcourt la conduite annulaire sur plus de la moitié de sa circonférence et impacte finalement l'air ayant pénétré dans le plenum par l'autre portion de l'orifice d'entrée. La demanderesse constate que l'air ne traverse alors pas la surface de passage en étant équi-réparti circonférentiellement, une zone de cette surface de passage étant finalement peu traversée par de l'air. L'écoulement de l'air au travers du plenum de turbomoteur n'est donc pas uniforme dans l'ensemble des conditions de vol, ce 30 qui nuit aux performances du turbomoteur.

L'invention permet de résoudre au moins partiellement ce problème. En effet, chaque déflecteur d'air est éloigné de la section d'entrée. Dès lors, lorsque l'air pénètre dans le plenum de turbomoteur, cet air parcourt la circonférence de la conduite annulaire puis impacte une pente du déflecteur. Le déflecteur peut alors tendre à diriger l'air vers la surface de passage. Le déflecteur d'air tend alors de manière innovante à empêcher l'air de parcourir par exemple plus de la moitié de la circonférence de la conduite annulaire. Il en résulte étonnement une répartition de l'air traversant la surface de passage tendant à être uniforme, à savoir un écoulement d'air réparti de manière régulière le long de la circonférence de cette surface de passage. Ce déflecteur d'air tend alors à uniformiser l'écoulement d'air 15 au travers de la surface de passage annulaire, et non pas à créer des tourbillons contrairement à des documents de l'arrière plan technologique. Le plenum de turbomoteur peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles qui suivent. 20 Par exemple, au moins un déflecteur d'air est diamétralement opposé à l'orifice d'entrée d'air. En fonction de la position de l'orifice d'entrée d'air, le déflecteur d'air peut être diamétralement opposé à l'orifice d'entrée d'air, ou décalé par rapport à cette position. La position d'un déflecteur d'air peut être optimisée en 25 fonction de la nature de l'écoulement d'air. Par ailleurs, le plenum de turbomoteur peut comporter un diffuseur solidaire de la conduite annulaire et interposé entre cette conduite annulaire et un turbomoteur.

En outre, le plenum de turbomoteur peut comporter une grille obturant partiellement la surface de passage. Par ailleurs, l'orifice de la section d'entrée d'air étant disposé symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie du plenum de turbomoteur, les deux pentes d'un déflecteur sont éventuellement disposées symétriquement de part et d'autre de ce plan de symétrie. Cette caractéristique vise à optimiser l'invention en plaçant le déflecteur d'air de part et d'autre d'un plan médian du plenum de 10 turbomoteur, à savoir un plan de symétrie passant par l'axe du turbomoteur. Selon une réalisation, l'anneau périphérique comportant une paroi périphérique, le déflecteur d'air est fixé à la paroi périphérique. Par exemple, l'anneau périphérique est fixé à une 15 surface interne de la paroi périphérique. Le déflecteur d'air peut ainsi être agencé sur un plenum de turbomoteur existant pour répondre à l'invention. Selon une réalisation, l'anneau périphérique comportant une paroi périphérique, les pentes du déflecteur d'air représentent une 20 partie de ladite paroi périphérique. Le déflecteur d'air peut alors être formé lors du moulage de la conduite annulaire, ce déflecteur d'air étant une partie intégrante de la conduite annulaire. Par ailleurs, chaque pente comporte au moins une facette. 25 Ainsi, une pente peut comporter une pluralité de facettes, ou encore une unique facette. Chaque facette peut être plane ou courbe.

En effet, chaque pente peut présenter un rayon de courbure dit « rayon de courbure de déflection ». Les deux pentes d'un même déflecteur présentent optionnellement respectivement deux rayons de courbure de déflection différents. La pointe reliant les deux pentes du déflecteur d'air peut aussi présenter un rayon de courbure dit « rayon de courbure de liaison ». En outre, l'anneau périphérique étant séparé de la surface de 10 passage par une distance radiale, chaque pente peut s'étendre circonférentiellement sur une distance circonférentielle proportionnelle à la distance radiale. Par exemple, la distance circonférentielle est comprise entre 1.3 et 1.7 fois la distance radiale. 15 L'anneau périphérique étant séparé de la surface de passage par une distance radiale, chaque pente peut s'étendre radialement sur une hauteur proportionnelle à ladite distance radiale. Par exemple, la hauteur est égale comprise entre 0.3 et 0.7 fois la distance radiale. 20 Ces caractéristiques permettent d'optimiser l'écoulement d'air. Par ailleurs, lorsque le plenum de turbomoteur comporte au moins deux déflecteurs, lesdits deux déflecteurs présentent éventuellement des géométries différentes, à savoir par exemple 25 des distances circonférentielles et/ ou des hauteurs et/ ou des rayons de courbure différents. Le nombre de déflecteurs peut aussi être lié au nombre de section d'entrée par une relation de proportionnalité.

Le plenum de turbomoteur peut par exemple posséder un déflecteur d'air de faible hauteur pour ralentir l'écoulement d'air et un déflecteur d'air de hauteur importante pour diriger l'air vers la surface de passage.

Outre un plenum de turbomoteur, l'invention vise un aéronef muni d'un turbomoteur comprenant un générateur de gaz. Cet aéronef est alors pourvu d'un plenum de turbomoteur du type décrit précédemment. L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de 10 détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de réalisations donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, une vue en trois dimensions d'un plenum de turbomoteur selon l'invention, 15 - la figure 2, des coupes d'un plenum de turbomoteur selon des versions de l'invention, - la figure 3, une coupe qui représente une variante de l'invention, - la figure 4, une vue explicitant le fonctionnement d'un 20 plenum de turbomoteur selon l'état de la technique, et - la figure 5, une vue explicitant le fonctionnement d'un plenum de turbomoteur selon l'invention, et - la figure 6, une vue présentant divers déflecteurs d'air. Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont 25 affectés d'une seule et même référence.

On note que trois directions X, Y et Z orthogonales les unes par rapport aux autres sont représentées sur les figures. La première direction X est dite longitudinale. Le terme « longitudinal » est relatif à toute direction parallèle à la première direction X. La deuxième direction Y est dite transversale. Le terme « transversal » est relatif à toute direction parallèle à la deuxième direction Y. Enfin, la troisième direction Z est dite en élévation.

L'expression « en élévation » est relative à toute direction parallèle à la troisième direction Z. La figure 1 présente un aéronef 1 muni d'un plenum de turbomoteur pour alimenter un turbomoteur agencé longitudinalement. Pour ne pas alourdir la figure 1, seul le plenum 10 de turbomoteur est représenté. Ce plenum 10 de turbomoteur comporte une section d'entrée 15 en communication fluidique avec l'extérieur de l'aéronef, directement ou indirectement par le biais de moyens d'acheminement d'air. Par suite, la section d'entrée 15 comporte un carter 17 délimitant un orifice 16 d'entrée. L'orifice 16 peut être disposé symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie horizontal PSYM du plenum d'entrée d'air, et dans un plan en élévation. Cet orifice 16 peut notamment présenter une forme rectangulaire.

De plus, le plenum 10 de turbomoteur comporte une conduite annulaire 20 qui communique avec la section d'entrée 15. L'air traversant la section d'entrée 15 aboutit donc dans la conduite annulaire 20 en se déplaçant selon une direction transversale.

Cette conduite annulaire est disposée autour d'un axe de symétrie AXSYM longitudinal selon lequel est agencé le générateur de gaz d'un turbomoteur. Ce turbomoteur est alors agencé notamment dans l'espace 100 laissé vide sur la figure 1.

La conduite annulaire 20 peut soit être fixée en son centre au turbomoteur, soit être solidaire d'un diffuseur 40 fixé au turbomoteur. En référence à la figure 2, la conduite annulaire 20 définit une cavité annulaire 21. A cet effet, la conduite annulaire 20 s'étend radialement d'une surface de passage 22 vers un anneau périphérique 24. La surface de passage 22 est positionnée à un premier rayon 91 de l'axe de symétrie AXSYM et l'anneau périphérique 24 est positionné à un deuxième rayon 92 de l'axe de symétrie AXSYM, le deuxième rayon 92 étant supérieur au premier rayon 91. L'anneau périphérique entoure donc la surface de passage 22. L'anneau périphérique 24 est plein et donc non ajouré pour empêcher l'air présent dans la cavité de s'échapper, alors que la surface de passage est partiellement ou totalement ajourée pour permettre à l'air présent dans la cavité annulaire d'être dirigé vers un turbomoteur. Dès lors, l'anneau périphérique comporte une paroi périphérique 25. Par contre, la surface de passage 22 peut comprendre une grille 23. Une telle grille 23 peut être placée à l'interface du plenum de 25 turbomoteur avec un turbomoteur. Dès lors, la grille peut être disposée au niveau de la surface de passage 22, ou le cas échéant sur un diffuseur 40. La conduite annulaire a ainsi sensiblement une forme de tore de révolution, ce tore de révolution ayant une surface interne ouverte correspondant à la surface de passage. La forme torique n'est pas nécessairement obtenue à partir d'une section circulaire. De plus, l'anneau périphérique inclut un déflecteur d'air 30 éloignée de l'orifice d'entrée d'air, et par exemple diamétralement opposé à l'orifice 16 d'entrée d'air. Ce déflecteur d'air 30 comporte une première pente 31 et une deuxième pente 32 se rejoignant par une pointe 33 pour présenter une forme de V. Chaque pente 31, 32 se rapproche ainsi de la surface de passage 22 en s'étendant de la paroi périphérique 25 de l'anneau vers la pointe 33. Selon la réalisation de la figure 2, les pentes 31, 32 représentent une partie de la paroi périphérique 25. Par contre et selon la réalisation de la figure 3, le déflecteur d'air 30 peut être fixé à une surface interne 25 de la paroi périphérique 25. En référence à la figure 2 et indépendamment de la réalisation, les deux pentes 31, 32 sont éventuellement disposées symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie horizontal PSYM pour optimiser son efficacité.

En outre, chaque pente 31, 32 peut être obtenue à l'aide d'une facette courbe selon la variante de la figure 2, où à partir d'une pluralité de facettes accolées les unes aux autres. Dans le cadre d'une variante à une facette notamment, chaque pente 31, 32 peut présenter un rayon de courbure de 25 déflection R1. Les rayons de courbure de déflection des deux pentes d'un déflecteur d'air peuvent être différents Par ailleurs, la pointe 33 peut présenter un rayon de courbure de liaison R2.

En outre, l'anneau périphérique 24 est séparé radialement de la surface de passage 22 par une distance dite « distance radiale R ». Dès lors, chaque pente 31, 32 s'étend éventuellement 5 circonférentiellement sur une distance circonférentielle L proportionnelle à ladite distance radiale R, et radialement sur une hauteur h proportionnelle à cette distance radiale R. En référence à la figure 4, avec un plenum de turbomoteur selon l'état de la technique, l'air 200 peut majoritairement traverser 10 une portion inférieure 16' de la section d'entrée d'air. Une partie de cet air parcourt alors plus de la moitié de la circonférence de la conduite annulaire. Il en résulte que la zone inférieure droite 300 de la surface de passage est assez peu traversée par l'air. A l'inverse, la figure 5 présente un écoulement d'air au 15 travers d'un plenum 10 de turbomoteur selon l'invention. Le déflecteur d'air 30 empêche l'air circulant dans la conduite annulaire 20 de parcourir plus de la moitié de sa circonférence. Il en résulte une répartition circonférentielle plus uniforme de l'air traversant la surface de passage 22. 20 En référence à la figure 6, le plenum d'entrée d'air peut comprendre une pluralité de déflecteurs d'air 30. Les déflecteurs d'air 30 peuvent être différents, en ayant des formes géométriques qui diffèrent l'une de l'autre. De plus, les pentes d'un même déflecteur d'air peuvent aussi 25 être différentes. Par exemple, les deux pentes d'un déflecteur d'air présentent respectivement deux rayons de courbure de déflection différents R31, R32.

Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Plenum (10) de turbomoteur pourvu d'une section d'entrée (15) comprenant un orifice (16) d'entrée d'air et d'une conduite annulaire (20) en communication fluidique avec ladite section d'entrée (15), ladite conduite annulaire (20) délimitant une cavité annulaire (21) en s'étendant radialement autour d'un axe de symétrie (AXSYM) d'une surface de passage (22) annulaire vers un anneau périphérique (24) pour diriger de l'air pénétrant dans le plenum (10) de turbomoteur par ladite section d'entrée (15) vers un turbomoteur en passant par la surface de passage (22), caractérisé en ce que ledit anneau périphérique (24) comporte au moins un déflecteur d'air (30) éloigné dudit orifice (16) d'entrée d'air, ledit déflecteur d'air (30) présentant une forme de V en comprenant deux pentes (31, 32) s'étendant de l'anneau périphérique (24) vers la surface de passage (22), les deux pentes (31, 32) étant reliées l'une à l'autre par une pointe (33) du déflecteur d'air (30).
2. 2. Plenum de turbomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un déflecteur d'air (30) est diamétralement opposé à l'orifice (16) d'entrée d'air.
3. 3. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit orifice (16) étant disposé symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie horizontal (PSYM) du plenum (10) de turbomoteur, lesdites deux pentes (31, 32) sont disposées symétriquement de part et d'autre dudit plan de symétrie horizontal (PSYM).
4. 4. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit anneau périphérique (24) comportant une paroi périphérique (25), ledit déflecteur d'air (30) est fixé à ladite paroi périphérique (25).
5. 5. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit anneau périphérique (24) comportant une paroi périphérique (25), lesdites pentes (31, 32) représentent une partie de ladite paroi périphérique (25).
6. 6. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque pente (31, 32) comporte au moins une facette.
7. 7. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque pente (31, 32) présente un rayon de courbure de déflection (R1).
8. 8. Plenum de turbomoteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux pentes (31, 32) d'un déflecteur présentent respectivement deux rayons de courbure de déflection différents (R31, R32).
9. 9. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite pointe (33) présentant un rayon de courbure de liaison (R2).
10. 10. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, l'anneau périphérique (24) étant séparé de la surface de passage (22) par une distance radiale (R), chaque 5 pente (31, 32) s'étend circonférentiellement sur une distance circonférentielle (L) proportionnelle à ladite distance radiale (R).
11. 11. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, l'anneau périphérique (24) étant séparé de 10 la surface de passage (22) par une distance radiale (R), chaque pente s'étend radialement sur une hauteur (h) proportionnelle à ladite distance radiale (R).
12. 12. Plenum de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, 15 caractérisé en ce que, ledit plenum de turbomoteur comportant au moins deux déflecteurs, lesdits deux déflecteurs présentent des géométries différentes.
13. 13. Aéronef (1) muni d'un turbomoteur comprenant un générateur de gaz, 20 caractérisé en ce que l'aéronef (1) comporte un plenum (10) de turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 entourant ledit générateur de gaz. 25