FR3029171A1 - Turbomachine d'aeronef presentant une entree d'air a section variable - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une turbomachine d'aéronef comportant : - un conduit de soufflante (116) délimité par une paroi (30a, 30b), et à travers lequel circule un flux d'air (F) de l'amont vers l'aval, et - un passage d'air (158) arrangé dans la paroi (30a, 30b) et comprenant une ouverture d'entrée d'air (159) à fleur de la paroi (30a, 30b), le passage d'air (158) étant conçu pour prélever une partie de l'écoulement de l'air du conduit de soufflante (116) au travers de ladite ouverture d'entrée d'air (159). La turbomachine est caractérisée en ce qu'elle comprend un volet (302) monté mobile en rotation sur la paroi (30a, 30b) du conduit de soufflante (116), autour d'un axe de rotation (304) disposé en aval de l'ouverture d'entrée d'air (159), entre une position ouverte dans laquelle le volet (302) obture en partie l'ouverture d'entrée d'air (159) et laisse libre le conduit de soufflante (116) en aval de ladite ouverture d'entrée d'air (159), et une position fermée dans laquelle le volet (302) laisse libre l'ouverture d'entrée d'air (159) et obture en partie le conduit de soufflante (116) en aval de ladite ouverture d'entrée d'air (159). Un tel déplacement du volet (302) permet de choisir la quantité d'air entrant dans le passage d'air (158).

Description

La présente invention concerne une turbomachine d'aéronef, ainsi qu'un aéronef comprenant au moins une telle turbomachine. Une turbomachine à double flux comprend généralement un système d'admission d'air pour fournir de l'air à un système utilisateur d'air de l'aéronef tel que par exemple le système de renouvellement et de régulation de la pression d'air dans la cabine ou encore les systèmes de dégivrage. Le système d'admission d'air prélève de l'air chaud au niveau des parties chaudes de la turbomachine et de l'air froid au niveau du conduit de soufflante de ladite turbomachine. Afin que la température de l'air fournie aux systèmes utilisateurs reste inférieure à une température limite, le système d'admission d'air comprend un échangeur (PCE) dans lequel l'air chaud échange des calories avec l'air froid. L'air froid est amené à l'échangeur via un passage d'air qui relie de manière fluidique l'échangeur au conduit de soufflante. Le passage comprend une ouverture d'entrée d'air, à fonctionnement de type écope, à son extrémité amont. Cette ouverture d'entrée est à fleur de la paroi du conduit de soufflante afin de réduire son impact aérodynamique, notamment sa tramée. Cependant, avec une telle géométrie, une ouverture d'entrée ne peut pas capter un débit d'air froid suffisant pour tous les cas d'utilisation du système d'admission d'air d'une turbomachine, en particulier d'une turbomachine à fort taux de dilution (supérieur à 13 :1) où la température de l'air chaud prélevé peut dépasser 550°C (contre 450 à 500°C pour les autres turbomachines). En particulier, cela se produit pour les cas de fonctionnements extrêmes du système d'admission d'air, c'est-à-dire lorsque la demande des systèmes utilisateurs d'air est forte et est combinée à un régime moteur faible. Une solution adaptée à de telles turbomachines pour couvrir tous les cas d'utilisation du système d'admission d'air serait d'arranger une ouverture d'entrée d'air de grandes dimensions s'étendant largement dans le conduit de soufflante et combinée à un échangeur à large surface d'échange. Cette solution ne peut être retenue du fait des contraintes de place disponible dans la turbomachine. Il existe donc un besoin de moyens pour faire varier la quantité d'air froid dirigée vers l'échangeur en fonction des besoins du système d'admission d'air et qui ne présentent pas les inconvénients de l'art antérieur. L'invention a pour objectif de remédier à ce besoin et concerne une turbomachine d'aéronef comportant : - un conduit de soufflante délimité par une paroi, et à travers lequel circule un flux d'air de l'amont vers l'aval, et - un passage d'air arrangé dans la paroi et comprenant une ouverture d'entrée d'air à fleur de la paroi, le passage d'air étant conçu pour prélever une partie de l'écoulement de l'air du conduit de soufflante au travers de ladite ouverture d'entrée d'air, caractérisée en ce que la turbomachine comprend un volet monté mobile en rotation sur la paroi du conduit de soufflante, autour d'un axe de rotation disposé en aval de l'ouverture d'entrée d'air, entre une position ouverte dans laquelle le volet obture en partie l'ouverture d'entrée d'air et laisse libre le conduit de soufflante en aval de ladite ouverture d'entrée d'air, et une position fermée dans laquelle le volet laisse libre l'ouverture d'entrée d'air et obture en partie le conduit de soufflante en aval de ladite ouverture d'entrée d'air. Une telle turbomachine comporte ainsi des moyens pour choisir la quantité d'air entrant dans le passage d'air en fonction des besoins des différents appareils de l'aéronef Avantageusement, la face du volet qui est orientée vers le conduit de soufflante est à fleur de la paroi dudit conduit de soufflante, lorsque le volet est en position fermée. Avantageusement, la turbomachine comprend en outre des moyens de blocage prévus pour prendre alternativement une première position de verrouillage dans laquelle ils verrouillent le volet en position fermée, et une deuxième position de verrouillage dans laquelle ils verrouillent le volet en position ouverte. Avantageusement, la turbomachine comprend en outre un moyen élastique prévu pour déplacer le volet vers sa position ouverte, lorsque les moyens de blocage sont déverrouillés.
Avantageusement, la turbomachine comprend en outre un moyen de rappel prévu pour contraindre le volet en position fermée lorsque les moyens de blocage sont déverrouillés. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le moyen élastique est un premier ressort de torsion, le moyen de rappel est un deuxième ressort de torsion, et le deuxième ressort de torsion est surdimensionné par rapport audit premier ressort de torsion. L'invention propose également un aéronef comportant au moins une turbomachine selon l'une des variantes précédentes.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 montre un aéronef comportant une turbomachine selon l'invention, la Fig. 2 est une vue schématique d'une coupe d'une turbomachine selon l'invention, la Fig. 3 est une vue schématique montrant l'agencement d'un système d'admission d'air, la Fig. 4 montre un volet de la turbomachine selon l'invention dans une position fermée, la Fig. 5 montre le volet de la turbomachine dans une position ouverte, la Fig. 6 montre un moyen élastique destiné à aider à l'ouverture du volet de la turbomachine selon l'invention, et la Fig. 7 montre un moyen de rappel destiné à ramener le volet dans sa position fermée. La Fig. 1 montre un aéronef 10 qui comporte au moins une turbomachine 100 à double flux qui est ici fixée sous une aile 12 de l'aéronef 10 par l'intermédiaire d'un mât 14.
La Fig. 2 montre une coupe de la turbomachine 100 à double flux qui comprend une nacelle annulaire 102, centrée sur un axe longitudinal X, et entourant un moteur 104. Dans le sens d'écoulement d'un flux d'air traversant la turbomachine 100 et matérialisé par la flèche F, le moteur 104 comprend, centré sur son axe longitudinal X, une soufflante 106, un corps 108 et une tuyère 110. Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » sont à considérer relativement au sens d'écoulement du flux d'air traversant la turbomachine 100. Le corps 108 comprend des éléments permettant de faire tourner la soufflante 106 lorsque le moteur 104 est mis en marche.
La turbomachine 100 comprend de plus, en aval de la soufflante 106, une interveine annulaire 112 concentrique au corps 108. La nacelle 102 constitue l'enveloppe externe de la turbomachine 100 et entoure l'interveine 112. L'interveine 112 délimite avec le corps 108, une première veine annulaire 114, et l'interveine 112 délimite avec la nacelle 102, une deuxième veine annulaire, dite conduit de soufflante 116. Les veines annulaires 114 et 116 se prolongent jusqu'à la tuyère 110. La première veine 114 suit le corps 108 et canalise un flux d'air chaud HA, et le conduit de soufflante 116 canalise un flux d'air froid CA issu de la soufflante 106.
Le moteur 104 est fixé à la nacelle 102 au moyen de deux bifurcations 118 diamétralement opposées qui permettent d'assurer une cohésion mécanique de la turbomachine 100 et relient notamment entre elles la nacelle 102 et l'interveine 112. La turbomachine 100 comprend également un système d'admission d'air 150 destiné à fournir de l'air à un ou plusieurs systèmes utilisateurs d'air de l'aéronef 10 et qui est représenté schématiquement sur la Fig. 3. Le système d'admission d'air 150 comporte, arrangés par exemple dans l'épaisseur de l'interveine 112 : - une prise d'air 156 destinée à prélever de l'air chaud HA dans la première veine annulaire 114, - un passage d'air 158 débouchant dans le conduit de soufflante 116 par une ouverture d'entrée d'air 159 et conçu pour prélever une partie de l'écoulement de l'air froid CA du conduit de soufflante 116 au travers de l'ouverture d'entrée d'air 159, - un échangeur 152 recevant en entrée le flux d'air chaud HA de la prise d'air 156 et le flux d'air froid CA du passage d'air 158 qui le traverse ici perpendiculairement , et dont une sortie est reliée fluidiquement à au moins un système utilisateur d'air 154, - une vanne de régulation 160, disposée en aval du passage d'air 158, entre ledit passage d'air 158 et l'échangeur 152 et fluidiquement connectée à une entrée de l'échangeur 152 et dont l'angle d'ouverture est commandé en fonction des besoins en débit froid de l'échangeur 152 afin d'assurer la fourniture de la température d'air adéquate aux systèmes utilisateurs d'air 154. L'air froid CA est évacué de l'échangeur 152 soit dans l'interveine 112 soit directement à l'extérieur du mât 14. Dans l'échangeur, l'air chaud HA échange des calories avec l'air froid CA. L'air chaud HA est refroidi et évacué par la sortie de l'échangeur 152. La Fig. 4 et la Fig. 5 montrent un détail de la zone périphérique du passage d'air 158. Bien que dans l'exemple décrit, le passage d'air 158 et l'ouverture d'entrée d'air 159 sont arrangés dans l'interveine 112, ils peuvent également et sans sortir du cadre de la présente invention, être arrangés dans la paroi de la nacelle 102, c'est à dire plus généralement dans la paroi du conduit de soufflante 116. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs. 4 et 5, la paroi du conduit de soufflante 116 comprend la paroi 30b de la nacelle 102 et la paroi 30a de l'interveine 112.
L'ouverture d'entrée d'air 159 est à fleur de la paroi 30a, 30b du conduit de soufflante 116. La turbomachine 100 comporte également un système de régulation 300 comportant un volet 302 monté mobile en rotation sur la paroi 30a du conduit de soufflante 116, autour d'un axe de déplacement 304 disposé en aval de l'ouverture d'entrée d'air 159, entre une position ouverte (Fig. 4) dans laquelle le volet 302 obture en partie l'ouverture d'entrée d'air 159 et laisse libre le conduit de soufflante 116 en aval de ladite ouverture d'entrée d'air 159, et une position fermée (Fig. 5) dans laquelle le volet 302 laisse libre l'ouverture d'entrée d'air 159 et obture en partie le conduit de soufflante 116 en aval de ladite ouverture d'entrée d'air 159.
La mobilité du volet 302 permet ainsi de faire varier la section de l'entrée d'air 159 entre une position à ouverture minimale de l'entrée d'air 159 et une position à ouverture maximale de l'entrée d'air 159 et de choisir la quantité d'air froid qui pénètre dans le passage d'air 158 et parvient en entrée de l'échangeur 152. L'axe de déplacement 304 est perpendiculaire au flux d'air F.
Pour éviter l'apparition d'une traînée aérodynamique dans le conduit de soufflante 116, la face du volet 302 qui est orientée vers le conduit de soufflante 116 est à fleur de la paroi 30a, 30b dudit conduit de soufflante 116, lorsque le volet 302 est en position fermée. Pour bloquer le volet 302 dans la position ouverte ou la position fermée, le système de régulation 300 comprend également des moyens de blocage 306 qui peuvent être activés à distance et qui sont prévus pour prendre alternativement une première position de verrouillage (Fig. 4) dans laquelle ils verrouillent le volet 302 en position fermée, et une deuxième position de verrouillage (Fig. 5) dans laquelle ils verrouillent le volet 302 en position ouverte.
Les moyens de blocage 306 sont activés par exemple par un ordinateur de bord de l'aéronef 10 en fonction de différents critères comme par exemple la vitesse de l'aéronef 10, et les besoins des systèmes utilisateurs d'air 154.
Dans le mode de réalisation de l'invention, présenté sur les Figs. 4 et 5, les moyens de blocage 306 comprennent un actionneur linéaire 308, un loquet 310 et une encoche 312. L'encoche 312 est réalisée sur le volet 302.
Le loquet 310 présente deux dents et est monté mobile en rotation autour d'un axe de rotation parallèle à l'axe de déplacement 304 sous la paroi 30a, 30b du conduit de soufflante 116. L'actionneur linéaire 308 est également fixé sous la paroi 30a, 30b du conduit de soufflante 116 et son extrémité mobile est fixée au loquet 310 à l'aide d'une liaison pivot.
L'actionneur linéaire 308 prend alternativement une première position ou une deuxième position. La première position correspond à la première position de verrouillage, et le loquet 310 est agencé de manière à ce que l'une de ses dents loge dans l'encoche 312 bloquant ainsi le volet 302 en position fermée. La deuxième position correspond à la deuxième position de verrouillage, et le loquet 310 est agencé de manière à ce que l'autre de ses dents loge dans l'encoche 312 bloquant ainsi le volet 302 en position ouverte. L'actionneur linéaire 308 peut être un actionneur pneumatique, électropneumatique ou électromécanique. Les moyens de blocage 306 peuvent prendre d'autres formes. Ils peuvent prendre la forme d'un actionneur linéaire et de deux encoches réalisées dans le volet 302, et en fonction de la position du volet 302 l'extrémité mobile de l'actionneur loge dans l'une ou l'autre des encoches. La Fig. 6 montre un moyen élastique 320 prévu pour aider à l'ouverture du volet 302 après déverrouillage des moyens de blocage 306. Ce moyen élastique 320 est prévu pour déplacer le volet 302 vers sa position ouverte (flèche 322), lorsque les moyens de blocage 306 sont déverrouillés. Le moyen élastique 320 n'a pas besoin de déplacer le volet 302 jusqu'à sa position ouverte, il lui suffit de soulever légèrement le volet 302 pour que le flux d'air F se prenne dans ledit volet 302 et l'ouvre complètement du fait des forces aérodynamiques mises en oeuvre.
Le moyen élastique 320 est ici un premier ressort de torsion pré-contraint monté coaxial avec l'axe de déplacement 304 dont l'une des branches est en appui contre une butée 324 de la paroi 30a, 30b et dont l'autre branche est en appui contre une butée 326 du volet 302.
La Fig. 7 montre un moyen de rappel 330 prévu pour ramener le volet 302 de la position ouverte à la position fermée (flèche 332), lorsque les moyens de blocage 306 sont déverrouillés. Le moyen de rappel 330 contraint ainsi le volet 302 en position fermée lorsque les moyens de blocage 306 sont déverrouillés.
Le moyen de rappel 330 peut être un moteur qui fait pivoter le volet 302 jusqu'à sa position fermée. Le retour en position fermée s'effectue lorsque le moteur 104 est à l'arrêt, il n'y a donc plus d'air à circuler dans le conduit de soufflante 116, et le volet 302 n'est donc plus soumis à une force aérodynamique le contraignant en position ouverte. Le moyen de rappel 330 peut alors être un deuxième ressort de torsion pré-contraint qui est également monté coaxial avec l'axe de déplacement 304 et qui contraint le volet 302 en position fermée lorsque les moyens de blocage 306 sont déverrouillés. Le deuxième ressort de torsion 330 présente alors une branche qui est en appui contre une butée 334 de la paroi 30a, 30b et une autre branche qui est en appui contre une butée 336 du volet 302. Pour vaincre la résistance du premier ressort de torsion 320, le deuxième ressort de torsion 330 est surdimensionné par rapport audit premier ressort de torsion 320 afin de vaincre sa résistance lors du retour vers la position fermée et le pré-contraindre. Une séquence d'ouverture du volet 302 comprend la suite d'étapes suivantes à partir de la position fermée du volet 302 et lorsque les moyens de blocage 306 sont dans la première position de verrouillage et que le moteur 104 est en marche: - déverrouillage des moyens de blocage 306, - amorçage de l'ouverture du volet 302 par action du moyen élastique 320 contrant le moment aérodynamique, - inversion du moment aérodynamique qui prend le relais du moyen élastique 320 et assure l'ouverture complète du volet 302, au cours de ce déplacement, le moment aérodynamique contraint le moyen de rappel 330, et - verrouillage des moyens de blocage 306 dans la deuxième position de verrouillage.
A la fin d'un vol de l'aéronef 10, une séquence de fermeture du volet 302 comprend la suite d'étapes suivantes à partir de la position ouverte du volet 302 et lorsque les moyens de blocage 306 sont dans la deuxième position de verrouillage : - extinction du moteur 104, - déverrouillage des moyens de blocage 306, - retour du volet 302 à sa position fermée par action du moyen de rappel 330, au cours de ce déplacement, le moyen élastique 320 est pré-contraint, - verrouillage des moyens de blocage 306 dans la première position de verrouillage et le système est alors ré-initialisé.5

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1) Turbomachine (100) d'aéronef (10) comportant : - un conduit de soufflante (116) délimité par une paroi (30a, 30b), et à travers lequel circule un flux d'air (F) de l'amont vers l'aval, et - un passage d'air (158) arrangé dans la paroi (30a, 30b) et comprenant une ouverture d'entrée d'air (159) à fleur de la paroi (30a, 30b), le passage d'air (158) étant conçu pour prélever une partie de l'écoulement de l'air du conduit de soufflante (116) au travers de ladite ouverture d'entrée d'air (159), caractérisée en ce que la turbomachine (100) comprend un volet (302) monté mobile en rotation sur la paroi (30a, 30b) du conduit de soufflante (116), autour d'un axe de rotation (304) disposé en aval de l'ouverture d'entrée d'air (159), entre une position ouverte dans laquelle le volet (302) obture en partie l'ouverture d'entrée d'air (159) et laisse libre le conduit de soufflante (116) en aval de ladite ouverture d'entrée d'air (159), et une position fermée dans laquelle le volet (302) laisse libre l'ouverture d'entrée d'air (159) et obture en partie le conduit de soufflante (116) en aval de ladite ouverture d'entrée d'air (159).
  2. 2) Turbomachine (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face du volet (302) qui est orientée vers le conduit de soufflante (116) est à fleur de la paroi (30a, 30b) dudit conduit de soufflante (116), lorsque le volet (302) est en position fermée.
  3. 3) Turbomachine (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de blocage (306) prévus pour prendre alternativement une première position de verrouillage dans laquelle ils verrouillent le volet (302) en position fermée, et une deuxième position de verrouillage dans laquelle ils verrouillent le volet (302) en position ouverte.
  4. 4) Turbomachine (100) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen élastique (320) prévu pour déplacer le volet (302) vers sa position ouverte, lorsque les moyens de blocage (306) sont déverrouillés.
  5. 5) Turbomachine (100) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen de rappel (330) prévu pour contraindre le volet (302) en position fermée lorsque les moyens de blocage (306) sont déverrouillés.
  6. 6) Turbomachine (100) selon la revendication 4 et la revendication 5, caractérisée en ce que le moyen élastique (320) est un premier ressort de torsion, en ce que le moyen de rappel (330) est un deuxième ressort de torsion, et en ce que le deuxième ressort de torsion (330) est surdimensionné par rapport audit premier ressort de torsion (320).
  7. 7) Aéronef (10) comportant au moins une turbomachine (100) selon l'une des revendications précédentes.
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