FR3015674A1 - Banc d'essai d'un systeme de degivrage - Google Patents

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Abstract

L'invention propose un Banc d'essai d'un système de dégivrage (14) d'un composant mobile d'une turbomachine d'aéronef, qui comporte une veine (16) d'écoulement d'air dans laquelle une éprouvette (12) portant le système de dégivrage (14) est installée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage et d'entrainement (18) de l'éprouvette (12) en déplacement dans la veine (16) le long d'un axe A sensiblement orthogonal à la direction d'écoulement d'air dans la veine (16).

Description

BANC D'ESSAI D'UN SYSTEME DE DEGIVRAGE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un banc d'essai pour un système de dégivrage d'une partie mobile d'une turbomachine d'aéronef, qui est réalisé de manière à reproduire les conditions dans lesquelles le givre peut se former sur la partie mobile de la turbomachine. L'invention concerne plus particulièrement un banc d'essai dans lequel les conditions météorologiques et les conditions mécaniques qu'une partie mobile de la turbomachine peut subir, sont simulées. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un aéronef est parfois susceptible de voler dans des conditions givrantes, c'est-à-dire que de la glace ou du givre peut se former et s'accumuler sur une ou plusieurs parties de l'aéronef.
Cette glace alourdit l'aéronef et peut empêcher le bon fonctionnement d'une turbomachine, présentant ainsi un risque non acceptable pour la sécurité des personnes. La glace s'accumule notamment sur des composants ayant un profil aérodynamique, tel que par exemple les ailes ou les pales/aubes. L'accumulation de glace peut alors dégrader l'effet aérodynamique des composants, comme par exemple les fonctions vitales de portance ou de propulsion, qui ne sont plus assurées. L'accumulation de glace peut aussi présenter un risque lors du détachement par la centrifugation d'un morceau de glace de masse importante qui aurait pu s'accumuler sur une pale d'hélice.
Un aéronef comporte à cet effet plusieurs systèmes de protection contre le givre, aussi appelés IPS pour "Ice Protection System", qui sont répartis sur différentes parties fixes ou mobiles de l'aéronef telles que par exemple les ailes, les entrées d'air, les becs de bord d'attaque, etc. et aussi sur des parties tournantes des turbomachines, comme par exemple les hélices, les pales et le rotor. Le développement d'un système de protection contre le givre comprend des phases de test sur banc d'essai qui reproduit et simule les conditions de formation du givre et de la glace sur la partie de l'aéronef à tester. Un banc d'essai conventionnel comporte une soufflerie dans laquelle une éprouvette représentative de la partie de l'aéronef, ou la partie elle-même de l'aéronef munie du système de protection contre le givre à tester est installée. Un tel mode de test est satisfaisant pour les parties fixes ou à faible mobilité de l'aéronef, mais en général il ne permet pas de reproduire les actions de la force centrifuge résultant de la rotation d'une pièce tournante d'une turbomachine. En effet, la force centrifuge intervient dans l'éjection de la glace qui a pu se former et se déposer sur une partie tournante et plus le régime de la turbomachine est élevé, plus la force centrifuge est importante et facilite l'éjection de la glace.
La force centrifuge est un paramètre dont il faut tenir compte lors de la conception du système de protection contre le givre car elle peut réduire la puissance nécessaire pour le dégivrage de la partie mobile. Du fait des grandes dimensions de certaines turbomachines, il n'est pas possible de tester le système de protection contre le givre sur une pièce mobile dans une soufflerie car cela nécessiterait, pour un essai sur cette seule pièce, d'utiliser une soufflerie de dimensions trop importantes et qui consommerait trop d'énergie. L'invention a pour but de proposer un banc d'essai pour une éprouvette représentative d'une pièce mobile de turbomachine sur laquelle un système de protection contre le givre est installé, et qui est apte à simuler les conditions climatiques et cinématiques liées à ladite pièce de turbomachine. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un banc d'essai d'un système de dégivrage d'un composant mobile d'une turbomachine d'aéronef, qui comporte une veine d'écoulement d'air dans laquelle une éprouvette portant le système de dégivrage est installée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage et d'entrainement de l'éprouvette en déplacement dans la veine le long d'un axe A principal de l'éprouvette. Le déplacement alternatif de l'éprouvette dans la veine d'écoulement d'air permet de recréer une accélération de l'éprouvette le long de l'axe de déplacement qui reproduit la force centrifuge résultant de la rotation d'une pièce représentée par l'éprouvette. Il est ainsi possible de simuler les conditions mécaniques de fonctionnement d'une pièce mobile de turbomachine qui ne peut être testée par la reproduction exacte de ses conditions de fonctionnement.
De préférence, les moyens de guidage et d'entrainement sont réalisés de manière à entrainer l'éprouvette en mouvement alternatif le long dudit axe A. De préférence, les moyens de guidage et d'entrainement comportent un système à bielle et manivelle, dont une extrémité de la bielle est reliée à l'éprouvette. De préférence, les moyens de guidage et d'entrainement comportent des moyens de contrôle de la vitesse de rotation de la manivelle pour ajuster l'accélération de l'éprouvette le long dudit axe A. De préférence, les moyens de guidage et d'entrainement comportent un système à vérin. De préférence, les moyens de guidage et d'entrainement sont aptes à produire une accélération de l'éprouvette inférieure ou égale à 10000 m/s2. De préférence, l'axe principal A de l'éprouvette est sensiblement orthogonal à la direction d'écoulement d'air dans la veine. De préférence, les moyens de guidage et d'entrainement comportent un mors de support de l'éprouvette qui est monté mobile en translation le long dudit axe A par rapport à une paroi de la veine. De préférence, le mors est monté pivotant autour dudit axe A par rapport à la veine et comporte des moyens de réglage de sa position angulaire autour dudit axe A par rapport à la veine. De préférence, le mors est traversé par des moyens d'alimentation électrique du système de dégivrage.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un banc d'essai selon l'invention ; - la figue 2 est une section selon un plan longitudinal vertical du banc d'essai représenté à la figure 1, montrant des moyens de guidage comportant un système à bielle et manivelle.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté aux figures un banc d'essai 10 pour simuler sur une éprouvette 12 portant un système de protection contre le givre 14 des conditions climatiques et cinématiques favorable à l'apparition de givre ou de glace sur une éprouvette 12 portant un système de protection contre le givre 14.
Ce banc d'essai 10 a pour but de tester l'efficacité du système de protection contre le givre 14 lorsqu'il est mis en oeuvre sur une pièce mobile, par exemple une pale de turbomachine d'aéronef. L'éprouvette 12 représente une partie de la pièce mobile de la turbomachine, par exemple ici, l'éprouvette 12 consiste en un tronçon d'une pale de la turbomachine et comporte un bord d'attaque 12a, un bord de fuite 12f, une face d'intrados 12i et une face d'extrados 12e. Ici, le système de protection contre le givre 14 est monté sur l'éprouvette 12 au niveau de son bord d'attaque 12a et de la face d'extrados 12e. Le banc d'essai 10 comporte une veine 16 d'écoulement d'un flux d'air, dont la vitesse, la température, la pression et le degré d'humidité sont contrôlés pour reproduire les conditions climatiques auxquelles la pièce représentée par l'éprouvette 12 est soumise. La veine 16 est une soufflerie dite givrante, dont les dimensions sont communément de 2x2 mètres.
L'éprouvette 12 est installée dans la veine 16 avec son axe principal A qui est ici orienté sensiblement perpendiculairement à l'orientation principale de la veine 16. Ici, la veine 16 est horizontale et de préférence et l'axe principal A de l'éprouvette 12 est vertical. A titre de variante non représentée, l'axe principal A de l'éprouvette 12 est horizontal et transversal par rapport à la direction principale de la veine 16. A titre de variante non représentée, l'éprouvette 12 est installée dans la veine 16 avec son axe principal A orienté différemment du mode de réalisation décrit ci-dessus, afin de reproduire le plus fidèlement possible les conditions de fonctionnement. Par exemple, l'orientation de l'éprouvette 12 est obtenue par l'intermédiaire d'un plateau orientable (non représenté). L'éprouvette 12 est montée mobile à l'intérieure de la veine 16 en déplacement le long de son axe principal A. Le banc d'essai 10 comporte à cet effet des moyens 18 de guidage et d'entrainement de l'éprouvette 12 en déplacement le long de l'axe principal A. Ces moyens de guidage 18 sont réalisés pour soumettre l'éprouvette 12 à une accélération orientée selon l'axe principal A correspondant à la force centrifuge que le tronçon de la pale représenté par l'éprouvette 12 suit lors de l'utilisation de la pale. Cette force centrifuge est définie par la position radiale du tronçon de la pale par rapport à l'axe de rotation du rotor portant la pale et aussi par la vitesse de rotation du rotor. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, les moyens 18 de guidage et d'entrainement de l'éprouvette 12 comportent un système à bielle 20 et manivelle 22, dont une extrémité 20a de la bielle 20 est reliée à l'éprouvette 12, l'autre extrémité 20b de la bielle 20 est reliée à la manivelle 22.
Les moyens 18 de guidage et d'entrainement comportent aussi des moyens d'entrainement de la manivelle 22 en rotation à une vitesse de rotation contrôlée, qui est définie pour conférer à l'éprouvette 12 une accélération prédéfinie. De tels moyens 18 de guidage et d'entrainement de l'éprouvette 12 sont ainsi définis pour que l'éprouvette 12 se déplace le long de son axe principal A selon un mouvement alternatif.
De préférence, les dimensions de la bielle 20, de la manivelle 22 ainsi que la vitesse de rotation de la manivelle 22 sont définies pour que l'accélération de l'éprouvette 12 soit inférieure ou égale à 10000/s2. Selon un autre mode de réalisation, les moyens 18 de guidage et d'entrainement de l'éprouvette 12 comportent un vérin apte à produire une accélération de l'éprouvette 12 inférieure ou égale à 10000 m/s2. Cette valeur de 10000 m/s2 de l'accélération maximale de l'éprouvette 12 est la valeur à partir de laquelle la force centrifuge au niveau du tronçon de la pale représenté par l'éprouvette 12, qui est équivalente à cette accélération, est suffisamment importante pour provoquer d'elle-même le décollement de la glace de la pale, même sans l'action du système de protection contre le givre 14. Cette valeur seuil peut être réduite par l'utilisation de matériaux limitant l'adhésion de la glace sur la pièce. De tels matériaux sont communément appelés matériaux "icephobics". L'éprouvette 12 est en outre guidée en déplacement par rapport à la veine 16, le long de son axe principal A, par l'intermédiaire d'un mors 24 de support de l'éprouvette 12. Le mors 24 est fixé à une portion supérieure de l'éprouvette 12 et il est reçu et guidé en coulissement parallèlement à l'axe principal A de l'éprouvette 12, dans un logement 26 aménagé dans une paroi de la veine 16.
Un système de guidage linéaire, par exemple du type à roulement à billes 28 est interposé entre le mors 24 et la paroi interne du logement 26. Le mors 24 est en outre monté pivotant par rapport à la veine 16 autour de l'axe principal A de l'éprouvette 12, et le mors 24 est muni de moyens de réglage de la position angulaire du mors 24 par rapport à l'axe principal A.
Ce réglage de la position angulaire du mors 24 par rapport à l'axe principal A permet de modifier l'orientation de l'éprouvette 12 par rapport au flux d'air circulant dans la veine 16, afin de simuler le plus fidèlement possible les conditions auxquelles le tronçon de pale représenté par l'éprouvette 12 est soumis. Le système de protection contre le givre 14 est par exemple un système du type actif, c'est-à-dire un élément chauffant. Le mors 24 est à cet effet aménagé pour permettre le passage de câbles d'alimentation 30 en électricité du système de protection contre le givre 14. Le système de protection contre le givre 14 peut aussi être un système du type passif, c'est-à-dire qui consiste en un traitement de surface du type glaciophobe ou "icephobic", ou bien un système mixte combinant un traitement glaciophobe et un système actif. A titre d'exemple non limitatif, pour une éprouvette 12 de type panneau d'impact, dont les dimensions sont 800 x 400 millimètres, qui est installée dans une veine 16 dont la section est carrée de 2 x 2 mètres de côté, un déplacement vertical de l'éprouvette de 100 millimètres à une fréquence de 50Hz permet d'obtenir une accélération d'environ 10000 m/s2. Un ajustement de la fréquence d'excitation et/ou de la course verticale de l'éprouvette 12 permet d'ajuster l'accélération que subit l'éprouvette 12. D'une manière générale, les moyens 18 de guidage et d'entrainement de l'éprouvette 12 sont conçus pour produire une accélération de l'éprouvette comprise entre 2000 m/s2 et 10000 m/s2. Une accélération inférieure à 2000 m/s2 de l'éprouvette 12 est généralement assimilée à un fonctionnement statique. Une accélération supérieure à 10000 m/s2 est la valeur supérieure d'accélération au-delà de laquelle la force centrifuge est suffisamment importante pour désolidariser la glace de l'éprouvette 12. Comme on peut le voir à la figure 1, une paroi de la veine 16 est munie d'une fenêtre 32 permettant de filmer l'éprouvette 12 et son dégivrage par exemple par une caméra rapide.25

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Banc d'essai (10) d'un système de dégivrage (14) d'un composant mobile d'une turbomachine d'aéronef, qui comporte une veine (16) d'écoulement d'air dans laquelle une éprouvette (12) portant le système de dégivrage (14) est installée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage et d'entrainement (18) de l'éprouvette (12) en déplacement dans la veine (16) le long d'un axe A principal de l'éprouvette (12).
  2. 2. Banc d'essai (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'entrainement (18) sont réalisés de manière à entrainer l'éprouvette (12) en mouvement alternatif le long dudit axe A.
  3. 3. Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'entrainement (18) comportent un système à bielle (20) et manivelle (22), dont une extrémité de la bielle (20) est reliée à l'éprouvette (12).
  4. 4. Banc d'essai (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'entrainement (18) comportent des moyens de contrôle de la vitesse de rotation de la manivelle (22) pour ajuster l'accélération de l'éprouvette (12) le long dudit axe A.
  5. 5. Banc d'essai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'entrainement (18) comportent un système à vérin.
  6. 6. Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'entrainement (18) sont aptes à produire une accélération de l'éprouvette (12) inférieure ou égale à 10000 m/s2.
  7. 7. Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe principal A de l'éprouvette (12) est sensiblement orthogonal à la direction d'écoulement d'air dans la veine (16).
  8. 8. Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage et d'entrainement (18) comportent un mors (24) de support de l'éprouvette (12) qui est monté mobile en translation le long dudit axe A par rapport à une paroi de la veine (16).
  9. 9. Banc d'essai (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le mors (24) est monté pivotant autour dudit axe A par rapport à la veine (16) et comporte des moyens de réglage de sa position angulaire autour dudit axe A par rapport à la veine (16).
  10. 10. Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mors (24) est traversé par des moyens d'alimentation électrique du système de dégivrage (14). 10 15 20
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