FR3016411A1 - Ensemble propulsif d'aeronef comportant des moyens de reduction de bruit - Google Patents

Abstract

Ensemble propulsif (10, 10', 10") d'aéronef, comportant un moteur (12), une nacelle (14) entourant le moteur, et un pylône (26) de liaison du moteur à l'aéronef, ce pylône comportant deux flancs latéraux (28) s'étendant en aval d'une tuyère (22) de la nacelle, cette tuyère comportant à son extrémité aval des moyens d'éjection de gaz, caractérisé en ce que ces moyens d'éjection comprennent, de chaque côté du pylône, au moins un éjecteur (30) configuré pour éjecter un flux de gaz (32) dans une direction sensiblement parallèle au flanc latéral correspondant du pylône.

Description

Ensemble propulsif d'aéronef comportant des moyens de réduction de bruit DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un ensemble propulsif d'aéronef comportant des moyens de réduction de bruit, ainsi qu'un procédé de réduction du bruit généré par ledit ensemble propulsif d'aéronef. ETAT DE L'ART Un ensemble propulsif d'aéronef, tel que d'un avion civil, comporte un moteur, une nacelle entourant le moteur, et un pylône de liaison du moteur à l'aéronef, en général à l'aile de l'avion. Le bruit généré par les avions civils, notamment au décollage, est une nuisance largement connue et de nombreuses innovations ont été imaginées pour tenter de le réduire. Une des principales sources de ce bruit réside dans le jet des moteurs, qui sont utilisés à leur pleine puissance lors de la phase de décollage. Des travaux importants ont bien évidemment été conduits pour tenter de réduire le bruit du jet des réacteurs, comme par exemple des chevrons en forme en dents de scie pour la tuyère d'éjection, que ce soit pour celle des gaz chauds, en provenance du flux primaire du réacteur, ou celle des gaz dits froids qui sont issus du flux secondaire du moteur. Pour limiter les nuisances subies par les riverains des aéroports, des normes strictes ont été imposées, qui limitent le bruit que l'on peut percevoir en divers points situés autour de l'avion, à différentes distances et dans plusieurs directions par rapport à la piste d'envol. Un des points particulièrement critiques à respecter par les concepteurs d'avions, en termes de bruit maximal admissible pour obtenir la certification d'un avion, se trouve dans une position latérale par rapport à l'avion, à une distance de 450 m de la piste de décollage. La présence du pylône génère localement, au niveau de l'éjection des gaz, des niveaux élevés de turbulence dans l'écoulement, avec pour conséquence une augmentation très significative du bruit latéral du moteur. Ce phénomène est particulièrement aigu pour les configurations où le pylône est proéminent au-delà du plan d'éjection des gaz, ce qui devient une configuration très fréquente sur les avions civils récents.

Les résultats de calculs numériques ou de mesures réalisées sur maquette en soufflerie, montrent bien que les effets d'interactions entre le flux circulant autour du pylône et le pylône lui-même génèrent une augmentation notable des niveaux de turbulence et par suite, du niveau de bruit. Une modification importante du développement angulaire du jet radialement autour du pylône peut également être notée, qui tend à orienter le jet du réacteur autour du pylône, en direction de l'aile. Par ailleurs, l'expérience acquise montre que l'introduction du pylône, outre son influence sur l'augmentation du niveau sonore sur une configuration d'éjection conventionnelle, peut également réduire considérablement l'efficacité d'autres dispositifs installés pour réduire le bruit des gaz d'échappement, tels que des chevrons ou des mélangeurs installés sur les tuyères. La présence du pylône introduit ainsi, en termes d'acoustique, un accroissement du bruit d'éjection au point latéral de certification, qui peut varier entre 1 à 3,5 EPNdB (Effective Perceived Noise, ou niveau de bruit effectivement perçu, en décibels) selon le cycle moteur, la taille du pylône et les géométries d'éjection considérées. Le besoin de réduire le bruit de jet étant un souci constant des motoristes, on voit bien l'intérêt qu'il y a à réduire le bruit à la source, c'est- à-dire en agissant sur les écoulements turbulents locaux autour et en aval du pylône. Le potentiel de réduction de bruit apparaît même, in fine, plus important que celui apporté par la mise en oeuvre de chevrons. On a déjà proposé, dans la demande FR-A1-2 956 855, de résoudre ce problème au moyen d'orifices d'aspiration ou d'éjection de gaz sur les flancs latéraux du pylône s'étendant en aval de la tuyère d'éjection du flux secondaire, c'est-à-dire de la tuyère de la nacelle. Cette solution présente toutefois des inconvénients. Elle est difficile à mettre en oeuvre en particulier car l'acheminement de gaz jusqu'aux orifices d'éjection du pylône n'est pas simple à réaliser. Par ailleurs, bien que cette solution permette de réduire la formation des tourbillons entre le moteur et le pylône et ainsi de réduire le bruit de paroi qui est associé à la présence du pylône, elle génère des bruits parasites. En effet, cette solution génère des turbulences liées au fait que les flux de gaz éjectés bloquent l'écoulement du jet du moteur. Enfin, les orifices sur les flancs du pylône perturbent son aérodynamisme.

On connaît également, par la demande FR-A1-2 929 336, un ensemble propulsif dont la tuyère de la nacelle porte des moyens d'éjection de gaz, ces moyens d'éjection étant régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif de façon à générer une barrière fluidique entre le flux de gaz éjecté par la tuyère et le flux d'air s'écoulant autour de ce flux de gaz. Cette barrière fluidique permet de limiter les interactions entre le flux de gaz (interne) et le flux d'air (externe), et en particulier d'éviter que le flux d'air soit entraîné par l'éjection à haute vitesse du flux de gaz. Cette barrière forme en quelque sorte une gaine d'isolation acoustique empêchant les interactions d'écoulement qui sont à l'origine du bruit. La solution décrite dans la demande FR-A1-2 929 336 concerne ainsi un problème technique (bruit de jet) différent de celui (bruit de paroi) traité dans la demande FR-A1-2 956 855. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une solution simple, efficace et économique au problème technique de bruit de paroi associé à l'interaction entre le jet d'un moteur d'ensemble propulsif et son pylône. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose un ensemble propulsif d'aéronef, comportant un moteur, une nacelle entourant le moteur, et un pylône de liaison du moteur à l'aéronef, ce pylône comportant deux flancs latéraux s'étendant en aval d'une tuyère de la nacelle, cette tuyère comportant à son extrémité aval des moyens d'éjection de gaz, caractérisé en ce que ces moyens d'éjection comprennent, de chaque côté du pylône, au moins un éjecteur configuré pour éjecter un flux de gaz dans une direction sensiblement parallèle au flanc latéral correspondant du pylône.

L'éjection de gaz de chaque côté du pylône permet de limiter voire de supprimer les interactions entre le jet du moteur et le pylône. Plus précisément, l'éjection de gaz sur les flancs du pylône influence l'interaction jet/pylône grâce à deux phénomènes : (i) l'éjection permet la génération de tourbillons contrarotatifs qui contribuent à améliorer le mélange en aval du pylône ; ceci a pour conséquence de transférer l'énergie acoustique vers les hautes fréquences, ce qui est plus avantageux vis-à-vis des niveaux de bruit mis en jeu et de la sensibilité de l'oreille humaine ; et (ii) l'éjection permet également d'isoler le flanc du pylône en repoussant l'écoulement du jet ; ceci a pour effet de réduire l'interaction acoustique entre le jet et la surface du pylône. Grace à ce système, on note une réduction de bruit de paroi de l'ordre de 1dB, sur une gamme de fréquence relativement grande (de 50Hz à 1000Hz à échelle moteur). De plus, très peu de pénalités hautes fréquences sont produites contrairement à un cas où un grand nombre d'éjections de gaz a lieu sur tout le pourtour de la tuyère, comme c'est le cas dans la demande FR-A1-2 929 336. En conséquence, le gain acoustique de l'ordre de 1dB obtenu pourra engendrer des gains EPNL (Effective Perceived Noise Level) très prometteurs (0.5 à 1 EPNdB). L'invention est avantageuse par rapport à la solution décrite dans la demande FR-A1-2 929 336 notamment en ce que la pénalité haute fréquence générée par la présente invention est réduite, la réduction du nombre de flux de gaz permet de réduire la pénalité de masse, les contraintes d'encombrement et de mise en oeuvre, ainsi que l'impact négatif sur les surfaces de traitement acoustique, et les besoins en pression et en débit pour l'alimentation des éjecteurs sont fortement réduits du fait de leur faible nombre.

Contrairement à la demande antérieure FR-A1-2 956 855, dans laquelle la direction d'éjection de gaz formait un angle d'au moins 30° avec le flanc latéral correspondant du pylône, le flux de gaz éjecté par chaque éjecteur est, selon l'invention, sensiblement parallèle à un flanc latéral du pylône. Ceci permet de ne pas perturber l'écoulement de l'air autour du pylône ainsi que le jet du moteur, et de ne pas générer de bruit parasite. Dans le cas où le pylône aurait une flèche non nulle, c'est-à-dire que son plan vertical longitudinal ne serait pas parallèle au plan vertical longitudinal du moteur, les éjecteurs seraient configurés en conséquence de sorte que le flux de gaz éjecté par chaque éjecteur serait parallèle au flanc correspondant du pylône. De préférence, l'ensemble propulsif comprend un nombre pair d'éjecteurs, dont une moitié est située d'un côté du pylône et dont l'autre moitié est située de l'autre côté du pylône. Il peut comprendre deux, quatre ou six éjecteurs. Avantageusement, les éjecteurs situés d'un même côté du pylône sont configurés pour éjecter des flux de gaz dans des directions sensiblement parallèles. Ceci limite les interactions entre ces flux de gaz. Chaque éjecteur est de préférence configuré pour éjecter un flux de 20 gaz ayant un angle de pénétration compris entre 40 et 60°. Dans la présente demande, on entend par angle de pénétration l'angle entre la direction d'un flux de gaz éjecté par un éjecteur et l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif. Avantageusement, les éjecteurs sont situés sur un secteur angulaire 25 de la tuyère centré sur l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif et comportant le pylône, d'au plus 90°. Au contraire de la technique antérieure (FR-A1-2 929 336), les éjecteurs ne s'étendent pas sur tout le pourtour de l'extrémité aval de la tuyère mais seulement sur un secteur angulaire de celle-ci. 30 Chaque éjecteur a de préférence une section de sortie de forme sensiblement circulaire.

La présente invention concerne encore un procédé de réduction du bruit généré par un ensemble propulsif d'aéronef, cet ensemble propulsif comportant un moteur, une nacelle entourant le moteur, et un pylône de liaison du moteur à l'aéronef, ce pylône comportant deux flancs latéraux s'étendant en aval d'une tuyère de la nacelle, cette tuyère comportant à son extrémité aval des moyens d'éjection de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant, au moyen des moyens d'éjection, à éjecter au moins un flux de gaz de chaque côté du pylône, dans une direction sensiblement parallèle au flanc latéral correspondant du pylône.

Avantageusement, des flux de gaz sont éjectés seulement depuis un secteur angulaire de la tuyère centré sur l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif et comportant le pylône, d'au plus 90°. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un ensemble propulsif d'aéronef, - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en perspective d'un ensemble propulsif d'aéronef selon l'invention, - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une variante de réalisation de l'ensemble propulsif selon l'invention, et - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une autre variante de réalisation de l'ensemble propulsif selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un ensemble propulsif 10 d'un aéronef, tel qu'un avion, cet ensemble propulsif 10 comprenant un moteur 12 entouré par une nacelle 14.

Le moteur 12 est du type turboréacteur à double flux, duquel s'échappent un flux primaire 16, ou flux chaud, et un flux secondaire 18, ou flux froid. Le flux primaire 16 sort du moteur 12 au niveau d'une tuyère primaire 20 alors que le flux secondaire 18 sort au niveau d'une tuyère secondaire 22 qui est formée par l'extrémité aval de la nacelle (l'amont et l'aval se référant au sens d'écoulement des flux dans le moteur, c'est-à-dire de gauche à droite sur le dessin). Le moteur 12 est attaché à une aile 24 de l'avion (non représentée) par l'intermédiaire d'un pylône de liaison 26. Le pylône 26 a une forme sensiblement plane avec une face supérieure de liaison à l'avion, deux flancs latéraux 28, représentés ici sensiblement verticaux et parallèles entre eux, et une face inférieure ou semelle. Il s'étend longitudinalement, c'est-à-dire dans le sens de l'écoulement de l'air autour du moteur, en aval du plan de sortie des tuyères 20, 22 du moteur 12. Il s'étend par ailleurs vers le bas au travers du flux d'air externe et du flux secondaire 18, jusqu'à la limite constituée par le flux primaire 16, ceci pour éviter des détériorations qui seraient dues à la chaleur importante qu'atteignent les gaz dans ce flux. Sa semelle est cependant baignée par le flux primaire 16 et soumises à de fortes températures. Sur la figure 1 sont représentées des zones de turbulences, désignées par les références 29, 31 et 34, qui se créent dans l'écoulement du jet issu du moteur, au niveau des cisaillements de vitesse entre les différents flux et qui sont génératrices du bruit de jet du moteur. Les zones 29 correspondent à la zone de mélange du flux secondaire 18 ; respectivement à sa partie inférieure et à sa partie supérieure, avec le flux d'air entourant le moteur, tandis que les zones 31 correspondent aux zones de mélange des flux primaire 16 et secondaire 18. La zone 34 correspond à une turbulence particulière créée par la présence du pylône 26, à la partie supérieure du flux secondaire 18 ; cette turbulence, par le cisaillement des vitesses qu'elle crée, provoque l'apparition d'un bruit, dit bruit de paroi, qu'il convient de réduire autant que possible pour obtenir la certification de l'avion au décollage. C'est précisément l'objet de l'invention. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, qui représentent un premier mode de réalisation de l'invention, on voit un ensemble propulsif 10 comportant un moteur 12, une nacelle 14 entourant le moteur, et un pylône 26 de liaison du moteur à l'aéronef Le pylône 26 a ici une forme effilée ou en pointe vers l'aval. Il comporte deux flancs latéraux 28 qui s'étendent en aval de la tuyère 22 de la nacelle 14, ces flancs 28 se rejoignant au niveau de l'extrémité aval du pylône pour former un bord de fuite. Selon l'invention, la tuyère 22 de la nacelle 14 est équipée d'éjecteurs 30 qui sont situés des deux côtés du pylône 26, au voisinage de ses flancs latéraux 28, et qui sont configurés pour éjecter des flux de gaz 32 dans des directions sensiblement parallèles à ces flancs 28, comme cela est schématiquement représenté dans les dessins. Dans le cas où les flancs 28 ne sont pas parfaitement plans, comme c'est le cas dans l'exemple représenté du fait de l'extrémité aval en pointe du pylône 26, les flux de gaz 32 sont orientés parallèlement aux parties des flancs 28 s'étendant directement en aval de la tuyère 22.

Par ailleurs, dans le cas où le pylône aurait une flèche non nulle, c'est-à-dire que son plan vertical longitudinal ne serait pas parallèle au plan vertical longitudinal du moteur, les éjecteurs seraient configurés en conséquence de sorte que le flux de gaz éjecté par chaque éjecteur serait parallèle au flanc correspondant du pylône.

Les éjecteurs 30 sont situés à l'extrémité aval de la tuyère 22 et sont positionnés le plus proche possible du pylône 26 sans que les flux de gaz 32 issus des éjecteurs entrent en contact avec les flancs 28 du pylône, afin de ne pas générer de bruit d'interaction supplémentaire. Les flux de gaz 32 sont ainsi destinés à affleurer les flancs 28 du pylône 26. Le positionnement des éjecteurs 30 peut dépendre de leurs dimensions ainsi que de la configuration du pylône. Idéalement, les éjecteurs 30 sont placés dans l'épaisseur du champ aérodynamique perturbé par la présence du pylône 26. Chaque éjecteur 30 est de préférence configuré pour éjecter un flux de gaz 32 ayant un angle de pénétration a compris entre 40 et 60°, c'est-à- dire que la direction du flux de gaz 32 éjecté forme un angle a compris entre 40 et 60° avec l'axe longitudinal A de l'ensemble propulsif 10. Chaque éjecteur 30 a par exemple une section de sortie de forme sensiblement circulaire. Les éjecteurs 30 sont ici situés sur un secteur angulaire de la tuyère 22, qui est centré sur l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif 10 et qui comprend le pylône 26, d'environ 10-20°. Les éjecteurs 30 peuvent être alimentés en gaz par des moyens de prélèvement de gaz du moteur ou par des moyens d'alimentation autonomes. Deux solutions sont envisageables pour les moyens de prélèvement de gaz : - les moyens de prélèvement peuvent être conçus pour prélever du gaz du flux primaire 16, si une grande pression est requise avec un faible débit ; et - les moyens de prélèvement peuvent être conçus pour prélever du gaz du flux secondaire 18, au moyen d'écopes qui se refermeraient par exemple après le décollage et dont les pertes de charge seraient limitées, si un grand débit est requis avec une pression faible. En variante, l'ensemble propulsif 10 comprend une bonbonne d'air pressurisé de contenance suffisante, qui pourrait être disposée dans l'aile 25 de l'aéronef. Cette solution est envisageable si les contraintes de prélèvement moteur sont trop importantes. L'activation des éjecteurs 30 peut se faire uniquement lors de la phase de décollage de l'aéronef, jusqu'à une altitude de 1000 pieds par exemple, ce qui procure un avantage non négligeable par rapport à des 30 chevrons qui induisent une perte de poussée durant tout le vol.

Cette activation peut se faire en se calant sur le cycle du moteur au décollage. Elle peut ne pas requérir de mécanisme particulier autre que des écopes dynamiques placées dans la veine d'écoulement du flux primaire 16 ou secondaire 18 du moteur.

Les variantes de réalisation de l'invention représentées aux figures 4 et 5 diffèrent du mode de réalisation des figures 2 et 3 par le nombre d'éjecteurs 30 équipant l'ensemble propulsif. Dans la variante de réalisation de la figure 4, la tuyère 22 de l'ensemble propulsif 10' est équipée de quatre éjecteurs 30, soit deux de 10 chaque côté du pylône 26. Chaque éjecteur 30 est configuré pour éjecter un flux de gaz 32 dans une direction sensiblement parallèle à un flanc de pylône 26, au voisinage duquel il est situé. Ainsi, les flux de gaz 32 éjectés par les deux éjecteurs 30 situés d'un côté du pylône 26 sont sensiblement parallèles.

15 Les flux de gaz 32 éjectés par les deux éjecteurs 30 situés de l'autre côté du pylône 26 sont sensiblement parallèles, et ne sont pas nécessairement parallèles aux flux de gaz des deux autres éjecteurs. Les éjecteurs 30 sont distants les uns des autres. Les éjecteurs 30 sont ici situés sur un secteur angulaire de la tuyère 20 22, qui est centré sur l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif 10' et qui comprend le pylône 26, d'environ 20-40°. Dans la variante de réalisation de la figure 5, la tuyère 22 de l'ensemble propulsif 10" est équipée de six éjecteurs 30, soit trois de chaque côté du pylône 26.

25 Chaque éjecteur 30 est configuré pour éjecter un flux de gaz 32 dans une direction sensiblement parallèle à un flanc de pylône 26, au voisinage duquel il est situé. Ainsi, les flux de gaz 32 éjectés par les trois éjecteurs 30 situés d'un côté du pylône 26 sont sensiblement parallèles. Les flux de gaz 32 éjectés par les trois éjecteurs 30 situés de l'autre côté 30 du pylône 26 sont sensiblement parallèles, et ne sont pas nécessairement parallèles aux flux de gaz des trois autres éjecteurs. Les éjecteurs 30 sont distants les uns des autres. Les éjecteurs 30 sont ici situés sur un secteur angulaire de la tuyère 22, qui est centré sur l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif 10" et qui comprend le pylône 26, d'environ 40-60°. Bien que la description qui précède et les dessins concernent un turboréacteur à flux séparés, le domaine d'application de l'invention n'est pas limité à ce cas particulier et s'applique par exemple également aux moteurs à flux mélangés.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Ensemble propulsif (10, 10', 10") d'aéronef, comportant un moteur (12), une nacelle (14) entourant le moteur, et un pylône (26) de liaison du moteur à l'aéronef, ce pylône comportant deux flancs latéraux (28) s'étendant en aval d'une tuyère (22) de la nacelle, cette tuyère comportant à son extrémité aval des moyens d'éjection de gaz, caractérisé en ce que ces moyens d'éjection comprennent, de chaque côté du pylône, au moins un éjecteur (30) configuré pour éjecter un flux de gaz (32) dans une direction sensiblement parallèle au flanc latéral correspondant du pylône.
2. 2. Ensemble propulsif (10, 10', 10") selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre pair d'éjecteurs (30), dont une moitié est située d'un côté du pylône (26) et dont l'autre moitié est située de l'autre côté du pylône.
3. 3. Ensemble propulsif (10', 10") selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend quatre ou six éjecteurs (30).
4. 4. Ensemble propulsif (10, 10', 10") selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les éjecteurs (30) situés d'un même côté du pylône (26) sont configurés pour éjecter des flux de gaz (32) dans des directions sensiblement parallèles.
5. 5. Ensemble propulsif (10, 10', 10") selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce chaque éjecteur (30) est configuré pour éjecter un flux de gaz (32) ayant un angle (a) de pénétration compris entre 40 et 60°.
6. 6. Ensemble propulsif (10, 10', 10") selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éjecteurs (30) sont situés sur un secteur angulaire de la tuyère centré sur l'axe longitudinal (A) de l'ensemble propulsif et comprenant le pylône (26), d'au plus 90°.
7. 7. Ensemble propulsif (10, 10', 10") selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque éjecteur (30) a une section de sortie de forme sensiblement circulaire.
8. 8. Procédé de réduction du bruit généré par un ensemble propulsif (10, 10', 10") d'aéronef, cet ensemble propulsif comportant un moteur (12), une nacelle (14) entourant le moteur, et un pylône (26) de liaison du moteur à l'aéronef, ce pylône comportant deux flancs latéraux (28) s'étendant en aval d'une tuyère (22) de la nacelle, cette tuyère comportant à son extrémité aval des moyens (30) d'éjection de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant, au moyen des moyens d'éjection, à éjecter au moins un flux de gaz (32) de chaque côté du pylône, dans une direction sensiblement parallèle au flanc latéral correspondant du pylône.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que des flux de gaz (32) sont éjectés seulement depuis un secteur angulaire de la tuyère (22) centré sur l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif et comportant le pylône (26), d'au plus 90°.