FR3018858A1 - Ensemble propulsif d'aeronef comprenant un systeme de refroidissement - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble propulsif (P) comprenant une turbomachine (1) et un mât (200), la turbomachine comprenant un moteur (2) fixé audit mât, une interveine annulaire (8) entourant le moteur, et une nacelle annulaire (3) disposée coaxialement autour et radialement vers l'extérieur par rapport à l' interveine (8) de façon à délimiter avec cette dernière une veine d'air (30), ledit ensemble propulsif comprenant au moins un élément à refroidir (R), et un système de refroidissement (100) dudit au moins un élément, ledit système comprenant au moins une ailette (101) disposée radialement dans la veine d'air (30), chaque ailette comprenant au moins une entrée d'air (105) positionnée radialement sensiblement au niveau d'un optimum du profil de pression dynamique de la veine d'air (30) et au moins un canal d'air (106) pratiqué dans l'épaisseur de l'ailette, de l'air entrant dans une entrée d'air (105) étant amené au niveau d'un élément à refroidir via le canal d'air (106). L'invention permet la récupération de la pression dynamique du flux d'air transitant dans la veine d'air au niveau de son optimum de pression dynamique.
Description
ENSEMBLE PROPULSIF D'AERONEF COMPRENANT UN SYSTE1VIE DE REFROIDISSEMENT L'invention concerne un ensemble propulsif comprenant une turbomachine à double flux. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de refroidissement d'éléments sensibles à l'environnement thermique de l'ensemble propulsif, comme par exemple le générateur, les vannes de régulation du circuit de prélèvement d'air, les circuits électriques... De manière connue, dans une turbomachine à double flux, le flux d'air secondaire est prélevé en aval de la soufflante pour refroidir les éléments sensibles à l'environnement thermique de l'ensemble propulsif qui sont situés dans le moteur de la turbomachine, la paroi de la nacelle ou encore le mât d'attache du moteur à une aile de l'aéronef Le prélèvement d'air est effectué au moyen d'un piquage par trou : un trou est arrangé sur une des parois de la veine secondaire et est relié, via un ensemble de conduits d'air, à un élément à refroidir afin de souffler de l'air sur ce dernier. Or, il apparaît qu'un prélèvement d'air de la sorte ne fournit pas un débit d'air suffisant pour refroidir les éléments sensibles à l'environnement thermique dans les cas où la veine secondaire s'étend sur une dimension radiale importante, comme par exemple dans les turbomachines à fort taux de dilution. En effet, pour des turbomachines ayant un taux de dilution supérieur à 13 :1, la dimension radiale de la veine secondaire tend à modifier le profil de pression dynamique des flux d'air y transitant, ce dernier présentant alors des minima de pression au niveau des parois de la veine secondaire.
Il existe donc un besoin d'un système de refroidissement adapté à de tels ensembles propulsifs. L'invention a pour objectif de remédier à ce problème et concerne un ensemble propulsif comprenant une turbomachine et un mât, la turbomachine comprenant un moteur fixé audit mât, une interveine annulaire entourant le moteur, et une nacelle annulaire disposée coaxialement autour et radialement vers l'extérieur par rapport à l'interveine de façon à délimiter avec cette dernière une veine d'air, ledit ensemble propulsif comprenant au moins un élément à refroidir, et un système de refroidissement dudit au moins un élément, ledit système comprenant au moins une ailette disposée radialement dans la veine d'air, chaque ailette comprenant au moins une entrée d'air positionnée radialement sensiblement au niveau d'un optimum du profil de pression dynamique de la veine d'air et au moins un canal d'air pratiqué dans l'épaisseur de l'ailette, de l'air entrant dans une entrée d'air étant amené au niveau d'un élément sensible à l'environnement thermique via le canal d'air.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble turbomachine vue en coupe selon son axe longitudinal, ledit ensemble comprenant un système de refroidissement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1; - la figure 3 est une vue agrandie de la zone M de la figure 1 et représente, sur un même plan, le système de refroidissement de la figure 2 et le profil de pression dynamique dans la veine secondaire ; - Les figures 4a à 4d sont des vues similaires à la figure 3 et représentent le système de refroidissement selon différentes configurations ; - la figure 5 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est une vue schématique d'un ensemble turbomachine vue en coupe selon son axe longitudinal, ledit ensemble comprenant un système de refroidissement selon un second mode de réalisation de l'invention.
En référence avec la figure 1, un ensemble propulsif P comprenant une turbomachine à double flux 1 et son système d'attache, ou mât 200, à une aile de l'aéronef (non représenté). La turbomachine comprend une nacelle annulaire 3, centrée sur un axe longitudinal X, et un moteur 2 entouré par la nacelle 3 et fixé au mât. Le moteur 2 est fixé à la nacelle 3 au moyen de deux bifurcations 16,17 diamétralement opposées qui permettent d'assurer une cohésion mécanique de la turbomachine 1. Dans le sens d'écoulement d'un flux d'air traversant la turbomachine 1 et matérialisé par la flèche F sur la figure 1, le moteur 2 comprend, centré sur l'axe longitudinal X, une soufflante 5, un corps du moteur 6 et une tuyère 7. Le corps du moteur 6 comprend des éléments permettant de faire tourner la soufflante 5 lorsque le moteur 2 est mis en marche. Ces éléments sont, suivant la flèche F, un compresseur à basse pression 9, un compresseur à haute pression 10, une chambre de combustion 11, une turbine à haute pression 12 et une turbine à basse pression 13. Le compresseur à basse pression 9, la soufflante 5 et la turbine à basse pression 13 sont liés en rotation par un premier arbre (non représenté sur les figures), tandis que le compresseur à haute pression 10 et la turbine à haute pression 12 sont liés en rotation par un second arbre (non représentés sur les figures). La turbomachine 1, comprend de plus, en aval de la soufflante 5, une interveine annulaire 8 concentrique au corps du moteur 6 et qui délimite avec ce dernier une veine annulaire de flux d'air, dite veine primaire 20. La nacelle 3 constitue l'enveloppe externe de la turbomachine 1 et entoure l'interveine 8 avec laquelle elle est concentrique. La nacelle 3 délimite ainsi, avec l'interveine 8, une veine annulaire, dite veine secondaire 30. Les veines 20 et 30 se prolongent jusqu'en aval de la turbine à basse pression 13, c'est-à-dire au niveau de la tuyère 7. Les deux bifurcations 16,17 sont chacune fixée à la fois au moteur 2 et à la nacelle 3, en aval de la soufflante suivant la flèche F. Une première bifurcation 16 dite bifurcation supérieure est située en partie haute de la turbomachine 1, sensiblement à 12h en utilisant un paradigme horloger, et une seconde bifurcation 17 dite bifurcation basse est située en partie basse de la turbomachine 1, sensiblement à 6h. Chaque bifurcation 16,17 a une forme d'ailette radiale profilée aérodynamiquement, avec un bord d'attaque situé du côté de la soufflante 5. De manière connue, l'ensemble propulsif P comprend en outre une pluralité d'éléments sensibles à l'environnement thermique, dits éléments à refroidir, comme par exemple un générateur, des vannes de régulation du circuit de prélèvement d'air, des circuits électriques... Ces éléments à refroidir sont situés dans le moteur 2 de la turbomachine 1, le mât 200, l'interveine 8 ou encore dans la paroi de la nacelle 3. Afin de refroidir un tel élément lorsque la turbomachine 1 est mise en marche, il est prévu de collecter l'air transitant dans la veine secondaire 30, de température inférieure à l'air transitant dans la veine primaire 20, pour l'envoyer sous forme d'un jet d'air sur ledit élément. La turbomachine 1 comprend pour ce faire un système de refroidissement 100. Le système de refroidissement 100 comprend, selon l'invention, une ailette radiale 101 logée dans la veine secondaire 30 et pourvue d'au moins une entrée d'air 105, un canal d'air 106 et une sorte d'air 107, et en outre un conduit d'air 120 pratiqué dans l'épaisseur de l'interveine 8 (lorsque l'élément à refroidir est situé dans l'interveine ou le moteur), du mât (lorsque l'élément à refroidir est situé dans le mât),ou encore la paroi de la nacelle 3 (lorsque l'élément à refroidir est situé dans les paroi de la nacelle). La sortie d'air 107 est connectée de manière étanche au conduit d'air 120 tandis qu'une extrémité du conduit d'air 120 débouche sur un élément à refroidir.
On notera que sur l'exemple des figures 1 à 6, l'élément R à refroidir est situé dans l'épaisseur de l'interveine 8. L'entrée d'air 105 est de préférence pratiquée sur le bord d'attaque 104 et est positionnée radialement proche de l'optimum du profil de pression dynamique de la veine secondaire 30, déterminé par calcul ou expérimentation. En effet, comme visible à la figure 3, la pression dynamique présente un maximum PtMax pour une distance, selon une direction radiale, donnée mesurée à partir de l'interveine 8 qui forme une des parois de la veine secondaire 30. La position de cet optimum dépend de la forme et des dimensions de la veine secondaire 30.
L'ailette 101 assure ainsi, via son entrée d'air 105, une fonction de piquage de l'air transitant par la veine secondaire 30. L'ailette 101 a une forme sensiblement plane dans un plan radial de la turbomachine 1 et a, dans un plan longitudinal à la turbomachine, une forme définie par les formes de l'interveine 8 et de la nacelle 3 avec lesquelles elle est fixée. En effet, l'ailette est fixée à la fois à la nacelle et à l'interveine, par exemple par soudage ou vissage. L'ailette 101 a de préférence une forme profilée aérodynamiquement et comprend alors, successivement dans la direction des flux d'air F, un bord d'attaque 104 et un bord de fuite 103. Lorsque la turbomachine 1 est mise en marche, le cheminement de l'air destiné à refroidir/ventiler un élément est le suivant : l'air est admis dans la turbomachine via la soufflante 5. En aval de la soufflante 5, le flux d'air se divise en une partie qui s'écoule dans la veine secondaire 30 et une autre qui emprunte la veine primaire 20. Dans la veine secondaire 30 et du fait de la pression dynamique des flux d'air, une partie de l'air entre dans l'entrée d'air 105 de l'ailette 101 et un jet d'air, se propageant au travers du canal d'air 106 et du conduit d'air 120 débouche sur l'élément à refroidir R. L'invention permet une récupération de la pression dynamique du flux d' air transitant dans la veine secondaire 30 au niveau de son optimum de pression dynamique, ce qui a pour conséquence de maximiser le débit prélevé.
De plus, l'impact du système de refroidissement 100 sur les performances aérodynamiques, notamment sur la tramée, de la turbomachine 1 est faible grâce à l'utilisation d'une ailette radiale 101 profilée. La maximisation de la récupération de pression dynamique permet d'augmenter la quantité de mouvement du jet de ventilation. Ainsi, pour un débit donné, le système de ventilation 100 permet d'accroitre le nombre de Reynolds. Le jet impactant l'élément est ainsi plus efficace pour le refroidissement et le nombre de Nusselt (proportionnel au coefficient de transfert thermique) sur l'élément à refroidir R est accru car proportionnel au nombre de Reynolds. Ainsi, à iso-débit et pour une veine secondaire 30 de même dimension, le débit massique d'air fourni à un élément sensible thermiquement par l'ailette ayant une entrée d'air de 2.54 cm de diamètre est de 102 g/s tandis qu'il n'est que de 26 g/s pour un système par prélèvement d'air tel que décrit dans l'art antérieur de cette demande. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 3, le système de refroidissement 100 comprend uniquement une seule ailette 101 et un seul conduit d'air 120. Sans sortir du cadre de la présente invention, d'autres arrangements ou combinaisons d'arrangements, tels que décrits aux figures 4a à 5, sont possibles afin de refroidir plusieurs éléments en même temps ou de maximiser le refroidissement de ces derniers. Afin de refroidir plusieurs éléments en même temps, le conduit d'air 120 pratiqué dans l'interveine 8 peut se diviser en plusieurs branches de sorte à déboucher sur plusieurs éléments à refroidir. Par exemple, comme illustré à la figure 4a, le conduit d'air 120 se divise en deux branches 120a et 120b à partir d'un tronçon commun 120c relié à un canal d'air 106; une première branche 120a débouchant sur un premier élément à refroidir R1 et une seconde branche 120b débouchant sur un second élément à refroidir R2. Dans le même but et selon une variante de réalisation, le canal d'air 106 relié à l'entrée d'air 105 comprend plusieurs branches, chaque branche étant reliée à un ou plusieurs conduits d'air 120 pratiqués dans l'interveine 8. Par exemple, et comme illustré à la figure 4b, le canal d'air 106 se divise en deux branches 106a et 106b à partir d'un tronçon commun 106c relié à l'entrée d'air 105 ; une première branche 106a étant connectée à un canal d'air 120 débouchant sur un premier élement à refroidir R1 pour souffler de l'air sur ce dernier, et une seconde branche 106b étant connectée à un autre canal d'air 120 débouchant sur un second élément à refroidir R2 pour souffler de l'air sur ce dernier. Selon encore une autre variante, l'ailette 101 comprend plusieurs entrées d'air 105, de préférence placées au voisinage de l'optimum de la courbe de pression dynamique de sorte à prélever un maximum d'air. Il est à noter que selon l'invention, et lorsque l'ailette est profilée, les entrées d'air 105 ne sont pas forcément placées au niveau du bord d'attaque de l'ailette. En effet, les entrées d'air peuvent se situer sur les parois latérales joignant le bord d'attaque 104 au bord de fuite 103 de l'ailette. Ce dernier arrangement permet d'augmenter le nombre d'éléments refroidis lorsque, comme par exemple illustré à la figure 4c, chacune des entrées d'air 105 est reliée à un élément à refroidir R1,R2 via un unique canal d'air 106 lui-même connecté à un unique conduit d'air 120 pratiqué dans l'interveine 8. Mais, cet arrangement permet également de maximiser le débit d'air soufflé sur un élément à refroidir R lorsque, comme par exemple illustré à la figure 4d, un unique canal d'air 106 relie, via un conduit d'air 120, une pluralité d'entrées d'air 105 à un unique élément à refroidir R via un conduit d'air 120. On notera que tel qu'illustrées sur les figures 3, 4a à 4d, la ou les entrées d'air 105 ont une forme d'entonnoir dont la partie la plus large est située au niveau du bord d'attaque 104. Cette forme permet de maximiser le débit d'air arrivant sur un élément à refroidir R.
Des entrées d'air 105 ayant une forme cylindrique de même diamètre que le canal d'air 106 sont cependant également envisageables sans sortir du cadre de la présente invention. En référence à la figure 5, le système de refroidissement 100 peut également comprendre au moins deux ailettes 101 réparties sur la circonférence de la veine secondaire 30. Chaque ailette comprend un des arrangements décrit ci-dessus, par exemple une pluralité d'entrées d'air 105 reliées à un unique conduit d'air 106 pratiqué dans l'ailette. Il est ainsi possible d'optimiser le refroidissement des éléments en apportant de l'air sur ces derniers selon au moins deux directions radiales différentes. Les ailettes 101 du système de refroidissement 100 sont de préférence disposées deux à deux dans un même plan radial à la turbomachine 1. Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 6, l'ailette radiale 101 du système de refroidissement 100 selon l'invention est une des deux bifurcations 16,17 modifiée pour comprendre un des arrangements décrit ci-dessus. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux afin de minimiser l'impact du système de refroidissement 100 sur les performances aérodynamiques de l'ensemble propulsif P.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1) Ensemble propulsif (P) comprenant une turbomachine (1) et un mât (200), la turbomachine comprenant un moteur (2) fixé audit mât, une interyeine annulaire (8) entourant le moteur, et une nacelle annulaire (3) disposée coaxialement autour et radialement vers l'extérieur par rapport à l'interveine (8) de façon à délimiter avec cette dernière une veine d'air (30), ledit ensemble propulsif comprenant au moins un élément à refroidir (R,R1,R2), et un système de refroidissement (100) dudit au moins un élément, caractérisée en ce que ledit système comprend au moins une ailette (101) disposée radialement dans la veine d'air (30), chaque ailette comprenant au moins une entrée d'air (105) positionnée radialement sensiblement au niveau d'un optimum du profil de pression dynamique de la veine d'air (30) et au moins un canal d'air (106) pratiqué dans l'épaisseur de l'ailette, de l'air entrant dans une entrée d'air (105) étant amené au niveau d'un élément à refroidir via le canal d'air (106).
- 2) Ensemble propulsif (P) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément à refroidir (R,R1,R2) est situé dans l'interveine (8), le système de refroidissement (100) comprend en outre au moins un conduit d'air (120) arrangé dans l'épaisseur de l'interveine (8) et débouchant sur ledit élément, chaque canal d'air (106) étant relié à au moins un conduit d'air (120) de sorte à amener de l'air de la veine d'air (30) au niveau dudit élément.
- 3) Ensemble propulsif (P) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un élément à refroidir est situé dans une paroi de la nacelle (3), le système de refroidissement (100) comprend au moins un conduit d'air (120) arrangé dans l'épaisseur de la paroi de la nacelle (3) et débouchant sur ledit élément, chaque canal d'air (106) étant relié à au moins un conduit d'air (120) de sorte à amener de l'air de la veine d'air (30) au niveau dudit élément.
- 4) Ensemble propulsif (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un élément à refroidir est situé dans le mât (200), le système de refroidissement (100) comprend au moins un conduit d'air (120) arrangé dans le mât (200) et débouchant sur ledit élément, chaque canal d'air (106) étant relié à au moins un conduit d'air (120) de sorte à amener de l'air de la veine d'air (30) au niveau dudit élément.
- 5) Ensemble propulsif (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque ailette (101) est profilée et comprend un bord d'attaque (104), au moins une entrée d'air (105) de l'ailette est pratiquée sur ledit bord d'attaque.
- 6) Ensemble propulsif (P) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce qu'un conduit d'air (120) comprend plusieurs branches, chaque branche (120a, 120b) débouchant au niveau d'un élément à refroidir (R1, R2, R).
- 7) Ensemble propulsif (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque ailette (101) comprend une unique entrée d'air.
- 8) Ensemble propulsif (P) selon la revendication 7, caractérisée en ce que le système de refroidissement (100) comprend un unique canal d'air (106) et un unique conduit d'air (120).
- 9) Ensemble propulsif (P) selon la revendication 7, caractérisée en ce que le système de refroidissement comprend une pluralité de conduits d'air (120) et un canal d'air (106) comprenant plusieurs branches, chaque branche (106a, 106b) du canal d'air étant reliée à un desdits conduits d'air (120).
- 10)Ensemble propulsif (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'ailette (101) comprend au moins deux entrées d'air (105).
- 11)Ensemble propulsif (P) selon la revendication 10, caractérisée en ce que le système de 25 refroidissement (100) comprend une pluralité de conduits d'air (120) et une pluralité de canaux d'air (106), chaque canal d'air (106) reliant une entrée d'air (105) à un conduit d'air (120).
- 12)Ensemble propulsif (P) selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'ailette (101) 30 comprend un unique canal d'air (106) et un unique conduit d'air (120), le canal d'air reliant les au moins deux entrées d'air (105) audit unique conduit d'air (120).
- 13)Ensemble propulsif (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l'entrée d'air (105) a une forme d'entonnoir. 35 20
- 14)Ensemble propulsif (P) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'ailette (101) est fixée à la nacelle (3) et au moteur (2).
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0743435A1 (fr) * | 1995-05-15 | 1996-11-20 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Dispositif pour prélever et refroidir de l'air chaud au niveau d'un moteur d'aéronef |
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| FR2917714A1 (fr) * | 2007-06-25 | 2008-12-26 | Airbus France Sa | Turboreacteur pour aeronef |
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| FR3018858B1 (fr) | 2019-04-05 |
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