FR3034141A1 - Dispositif a microjets pour la reduction du bruit de jet d'une turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif pour la réduction du bruit de jet d'une turbomachine, comprenant un capot externe (16) muni d'une paroi intérieure (20) délimitant un canal annulaire (22) d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, et des aubes fixes directrices de sortie (24) s'étendant radialement depuis la paroi intérieure du capot externe au travers du canal d'écoulement du flux secondaire, la paroi intérieure du capot externe comprenant une pluralité de circuits de microjets (28) comprenant chacun au moins une écope de prélèvement (30) débouchant dans le canal d'écoulement du flux secondaire en aval des aubes directrices de sortie et s'ouvrant dans un unique conduit d'alimentation (32) débouchant par au moins une extrémité aval au niveau d'un bord de fuite du capot externe.
Description
1 Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la réduction du bruit de jet d'une turbomachine munie d'une tuyère de type à flux séparés. La pollution sonore est devenue aujourd'hui l'un des sujets de préoccupation pour les motoristes qui sont de plus en plus confrontés à la nuisance acoustique de leurs turbomachines. Les sources de bruit d'une turbomachine sont nombreuses mais il a été constaté que le bruit de jet en sortie de la tuyère de la turbomachine est le bruit prédominant lors des phases de décollage d'un avion. Les autorités de certification étant de plus en plus exigeantes face aux émissions acoustiques des turbomachines, des efforts ont été demandés aux motoristes pour réduire le bruit de leurs turbomachines, et notamment le bruit de jet.
Typiquement, une turbomachine munie d'une tuyère à flux séparés comprend un corps central centré sur l'axe longitudinal de la turbomachine, un capot interne disposé autour du corps central en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal (ou veine) annulaire d'écoulement d'un flux primaire (ou flux chaud) issu de la turbomachine, et un capot externe disposé autour du capot interne en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire d'écoulement d'un flux secondaire (ou flux froid) issu de la turbomachine. Dans une telle turbomachine, le bruit de jet provient notamment du mélange entre le flux secondaire et le flux d'air extérieur à la 25 turbomachine s'écoulant le long de la paroi extérieure du capot externe. Ce bruit est un bruit à large bande de fréquence généré par deux types de source acoustique : un bruit à haute fréquence provenant de petites structures turbulentes du mélange entre les flux et perçu essentiellement près de l'éjection, et un bruit à basse fréquence provenant des grosses 30 structures tourbillonnaires apparaissant loin du jet. Pour réduire le bruit de jet, l'un des moyens utilisés consiste à augmenter efficacement le mélange entre les flux gazeux. A cet effet, il est connu de prélever de l'air s'écoulant dans le canal d'écoulement de flux secondaire pour l'éjecter plus en aval au niveau du bord de fuite du 35 capot externe de sorte à agir sur les couches de cisaillement se formant au niveau de la zone de mélange entre le flux secondaire et le flux d'air 3034141 2 extérieur à la turbomachine. On pourra par exemple se référer au document WO 2006/013243 qui décrit une mise en oeuvre de ce principe dans laquelle les jets d'air prélevés et éjectés au niveau du bord de fuite du capot externe convergent deux à deux pour former des triangles 5 d'interaction. Pour alimenter les jets d'air formant des perturbations dans le prolongement du bord de fuite du capot externe, cette solution nécessite de prélever de l'air s'écoulant dans le canal d'écoulement de flux secondaire, ce qui présente l'avantage d'éviter de recourir à un système 10 additionnel d'apport d'air. Cependant, un tel prélèvement d'air dans le flux secondaire entraîne nécessairement des impacts sur les performances du moteur qui peuvent s'avérer critiques s'ils ne sont pas suffisamment optimisés.
15 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant de réduire le bruit de jet d'une turbomachine munie d'une tuyère à flux séparés sans pénaliser trop fortement les performances du moteur.
20 Ce but est atteint grâce à un dispositif pour la réduction du bruit de jet d'une turbomachine, comprenant un capot externe muni d'une paroi intérieure délimitant un canal annulaire d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, et des aubes fixes directrices de sortie s'étendant radialement depuis la paroi intérieure du capot externe au travers du canal d'écoulement du flux secondaire, et dans lequel, conformément à l'invention, la paroi intérieure du capot externe comprend une pluralité de circuits de microjets comprenant chacun au moins une écope de prélèvement débouchant dans le canal d'écoulement du flux secondaire en aval des aubes directrices de sortie et s'ouvrant dans un unique conduit d'alimentation débouchant par au moins une extrémité aval au niveau d'un bord de fuite du capot externe. Chaque circuit de microjets du dispositif selon l'invention a pour fonction de prélever de l'air dans le canal d'écoulement du flux externe pour l'injecter au niveau du bord de fuite du capot externe afin d'agir sur les couches de cisaillement entre le flux secondaire et l'air extérieur à la turbomachine s'écoulant le long du capot externe, et ainsi favoriser le 3034141 3 mélange entre ces flux d'air. Le dispositif selon l'invention est remarquable notamment en ce qu'il propose, pour alimenter ces circuits de microjets, de positionner les écopes de prélèvement directement en aval des aubes directrices de sortie, c'est-à-dire dans une zone où les conditions 5 d'alimentation en air de ces circuits sont les plus favorables (la pression est plus élevée directement en aval des aubes directrices de sortie). Grâce à un tel positionnement des écopes de prélèvement, il est ainsi possible de minimiser la section d'entrée de ces dernières - et donc les pertes de performances du moteur - sans pour autant affecter l'efficacité du 10 dispositif. De préférence, ladite au moins une écope de prélèvement de chaque circuit de microjets débouche dans le canal d'écoulement du flux secondaire au niveau d'une zone du capot externe s'étendant axialement d'amont en aval depuis un bord de fuite des aubes directrices de sortie 15 jusqu'à une limite comprise entre 1/3 et 2/3 d'une distance axiale entre le bord de fuite des aubes directrices de sortie et le bord de fuite du capot externe. Chaque circuit de microjets peut comprendre une unique écope de prélèvement s'ouvrant dans le conduit d'alimentation, l'écope de 20 prélèvement et l'extrémité aval du conduit d'alimentation étant alignés axialement l'un par rapport à l'autre. Alternativement, chaque circuit de microjets peut comprendre deux écopes de prélèvement s'ouvrant dans le conduit d'alimentation, l'extrémité aval du conduit d'alimentation étant décalée axialement par 25 rapport à chacune des écopes de prélèvement. Selon une autre alternative, chaque circuit de microjets comprend une unique écope de prélèvement s'ouvrant dans le conduit d'alimentation, ce dernier débouchant au niveau du bord de fuite du capot externe par deux grilles d'éjection qui sont décalées axialement par 30 rapport à l'écope de prélèvement. Les circuits de microjets sont de préférence régulièrement espacées les uns des autres autour d'un axe longitudinal du capot externe. De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre des moyens pour déployer et escamoter les écopes de prélèvement des 35 circuits de microjets. Ainsi, il est possible d'ouvrir les écopes de prélèvement pendant les phases de décollage pendant lesquelles les 3034141 4 microjets doivent être activés pour réduire le bruit de jet, et de fermer ces écopes pendant les autres phases de vol de sorte à s'affranchir des pénalités sur les performances du moteur. De même, le dispositif peut comprendre en outre des moyens 5 de régulation du débit de flux gazeux s'écoulant dans le conduit d'alimentation des circuits de microjets. L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant un corps central, un capot interne disposé autour du corps central en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire 10 d'écoulement d'un flux primaire issu de la turbomachine, et un capot externe disposé autour du capot interne en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, la turbomachine comprenant en outre un dispositif de réduction du bruit de jet tel que défini précédemment.
15 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout 20 caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une turbomachine à flux séparés équipée d'un dispositif pour la réduction du bruit de jet selon l'invention ; - la figure 2 est une vue agrandie et en perspective du dispositif 25 pour la réduction du bruit de jet de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un circuit de microjets du dispositif pour la réduction du bruit de jet de la figure 3 ; 30 - la figure 5 est une vue d'un circuit de microjets selon une variante de réalisation du dispositif de l'invention ; et - la figure 6 est une vue d'un circuit de microjets selon une autre variante de réalisation du dispositif de l'invention.
35 Description détaillée de l'invention 3034141 5 La figure 1 représente, de façon très schématique et en perspective, une turbomachine 10 munie d'une tuyère de type à flux séparés. De façon connue, la turbomachine 10 comprend un corps 5 central 12 centré sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine, un capot interne 14 disposé autour du corps central en lui étant coaxial, et un capot externe 16 disposé autour du capot interne en lui étant coaxial. Au niveau d'une paroi intérieure 14a, le capot interne 14 délimitent avec le corps central 12 un canal (ou veine) annulaire 18 10 d'écoulement d'un flux primaire (ou flux chaud) issu de la turbomachine. De même, une paroi extérieure 14b du capot interne 14 et une paroi intérieure 20 du capot externe 16 délimitent entre elles un canal annulaire 22 d'écoulement d'un flux secondaire (ou flux froid). La turbomachine comprend également une pluralité d'aubes 15 fixes directrices de sortie 24 (appelées OGV pour « Outlet Guide Vane ») qui s'étendent chacune radialement depuis la paroi intérieure 20 du capot externe 16 au travers du canal 22 d'écoulement du flux secondaire jusqu'à la paroi extérieure 14b du capot interne. Ces aubes directrices de sortie 24 sont positionnées dans le 20 canal 22 d'écoulement du flux secondaire en aval des aubes de soufflante 26 et servent typiquement à redresser le flux secondaire dans l'axe X-X de la turbomachine. Pour réduire le bruit de jet, en particulier pendant les phases de décollage, l'invention prévoit de prélever de l'air s'écoulant dans le canal 25 22 d'écoulement du flux secondaire pour l'injecter plus en aval sous forme de microjets au niveau du bord de fuite du capot externe 16 de sorte à agir sur les couches cisaillement entre le flux secondaire et l'air extérieur à la turbomachine s'écoulant le long du capot externe, et ainsi favoriser le mélange entre ces flux d'air.
30 Plus précisément, pour les conditions d'activation des microjets visées pendant les phases de décollage, les inventeurs ont avantageusement considéré que la vitesse d'éjection de l'air par les microjets devait être d'au moins 200 m/s, le débit d'éjection de l'air par les microjets devait être d'au moins 2,3 kg/s et le rapport entre la surface 35 d'éjection de tous les microjets et la surface d'éjection totale du canal d'écoulement du flux secondaire devait être compris entre 0,5% et 2,5%.
3034141 6 A cet effet, comme représenté plus précisément sur les figures 2 à 4, l'invention prévoit de munir le capot externe 16 de la turbomachine d'une pluralité de circuits de microjets 28, par exemple entre 8 et 16 circuits, qui peuvent être régulièrement espacées les uns des autres 5 autour de l'axe longitudinal X-X. Chaque circuit de microjets 28 comprend notamment au moins une écope de prélèvement 30 qui débouche dans le canal 22 d'écoulement du flux secondaire en aval des aubes directrices de sortie 24. Les écopes de prélèvement représentées sur les figures sont dites « dynamiques », 10 c'est-à-dire qu'elles font saillies dans le canal d'écoulement du flux secondaire. Alternativement, les écopes de prélèvement pourraient être au même niveau que la paroi intérieure 20 du capot externe. L'écope de prélèvement 30 de chaque circuit de microjets (ou au moins l'une d'entre elles lorsqu'elles sont plusieurs) est positionnée 15 directement en aval des aubes directrices de sortie 24, et de préférence au niveau d'une zone Z du capot externe 16 s'étendant axialement d'amont en aval depuis un bord de fuite 24a des aubes directrices de sortie 24 jusqu'à une limite L comprise entre 1/3 et 2/3 d'une distance axiale entre le bord de fuite des aubes directrices de sortie et le bord de 20 fuite du capot externe. Chaque circuit de microjets 28 comprend également un unique conduit d'alimentation 32 dans lequel s'ouvre l'écope de prélèvement 30 correspondante et qui débouche par une extrémité aval au niveau d'un bord de fuite du capot externe 16.
25 Dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, le conduit d'alimentation 32 de chaque circuit de microjets est un tube qui est positionné à l'intérieur du capot externe 16 entre sa paroi intérieure 20 et sa paroi extérieure. Ce conduit d'alimentation 32 est raccordé en amont à l'écope de 30 prélèvement 30 et en aval à une grille d'éjection 34 apte à diviser le flux gazeux prélevé en une pluralité de flux gazeux ayant des sections droites de dimensions inférieures à une section droite du conduit d'alimentation. De préférence, l'écope de prélèvement 30 et l'extrémité aval du conduit d'alimentation 32 qui est raccordée à la grille d'éjection 34 sont 35 alignés axialement l'un par rapport à l'autre de sorte à minimiser les pertes de charges.
3034141 7 Par ailleurs, on choisira de préférence une écope de prélèvement 30 dont la section d'entrée SIN (figure 4) est comprise entre 0,002 m2 à 0,005 m2 et un tube d'alimentation 32 dont la section de sortie Sour est comprise entre 0,001 m2 à 0,003 m2. Les évolutions de 5 section entre les sections d'entrée SIN et de sortie SouT sont avantageusement progressives pour minimiser les pertes de charges. Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 5, chaque circuit de microjets 28' comprend deux écopes de prélèvement 30 qui s'ouvrent dans le même et unique conduit d'alimentation 32, 10 l'extrémité aval du conduit d'alimentation étant décalée axialement par rapport à chacune des écopes de prélèvement. Cette variante de réalisation est particulièrement avantageuse si un débit important est requis pour le circuit de microjets 18'. En effet, avec cette solution à double écope de prélèvement, il est possible 15 d'alimenter le conduit d'alimentation 32 avec des écopes de prélèvement de section d'entrée réduite. Selon une autre variante de réalisation représentée sur la figure 6, chaque circuit de microjets 28" comprend une unique écope de prélèvement 30 qui s'ouvre dans un unique conduit d'alimentation 32, ce 20 dernier débouchant au niveau du bord de fuite du capot externe par deux grilles d'éjection 34 qui sont décalées axialement par rapport à l'écope de prélèvement. Cette variante de réalisation présente l'avantage de minimiser le nombre total d'écopes de prélèvement, et donc la masse du dispositif 25 selon l'invention. Selon une disposition avantageuse (non représentée sur les figures) applicable aux trois modes de réalisation décrits ici, le dispositif pour la réduction du bruit de jet peut comprendre en outre des moyens pour déployer (i.e. ouvrir) et rétracter (i.e. fermer) les écopes de 30 prélèvement des circuits de microjets. Par exemple, ces moyens peuvent être constitués par un dispositif escamotable apte à rétracter l'écope en permettant d'une part de supprimer l'obstacle qu'elle pourrait constituer dans la veine, et d'autre part d'obstruer l'entrée des écopes de prélèvement. Le déplacement en positions d'ouverture et de fermeture 35 d'un tel dispositif escamotable est réalisé par un système d'actionnement tel qu'un vérin.
3034141 8 Avec une telle disposition, il est possible de déployer et d'ouvrir les écopes de prélèvement pendant les phases de décollage pendant lesquelles les microjets doivent être activés pour réduire le bruit de jet, et de rétracter et fermer ces écopes pendant les autres phases de vol de 5 sorte à s'affranchir des pénalités sur les performances du moteur. Selon une autre disposition avantageuse (non représentée sur les figures) applicable aux trois modes de réalisation décrits ici, le dispositif pour la réduction du bruit de jet peut comprendre en outre des moyens de régulation du débit de flux gazeux s'écoulant dans le conduit 10 d'alimentation des circuits de microjets. Par exemple, ces moyens peuvent être constitués par une vanne positionnée à l'intérieur du conduit d'alimentation et pilotée par un calculateur électronique de l'avion en fonction des phases de vol.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Dispositif pour la réduction du bruit de jet d'une turbomachine, comprenant un capot externe (16) muni d'une paroi intérieure (20) délimitant un canal annulaire (22) d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, et des aubes fixes directrices de sortie (24) s'étendant radialement depuis la paroi intérieure du capot externe au travers du canal d'écoulement du flux secondaire, caractérisé en ce que la paroi intérieure du capot externe comprend une pluralité de circuits de 10 microjets (28 ; 28' ; 28") comprenant chacun au moins une écope de prélèvement (30) débouchant dans le canal d'écoulement du flux secondaire en aval des aubes directrices de sortie et s'ouvrant dans un unique conduit d'alimentation (32) débouchant par au moins une extrémité aval au niveau d'un bord de fuite du capot externe. 15
- 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une écope de prélèvement (30) de chaque circuit de microjets débouche dans le canal (22) d'écoulement du flux secondaire au niveau d'une zone (Z) du capot externe (16) s'étendant axialement d'amont en aval depuis 20 un bord de fuite (24a) des aubes directrices de sortie (24) jusqu'à une limite (L) comprise entre 1/3 et 2/3 d'une distance axiale entre le bord de fuite des aubes directrices de sortie et le bord de fuite du capot externe.
- 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel 25 chaque circuit de microjets (28) comprend une unique écope de prélèvement (30) s'ouvrant dans le conduit d'alimentation (32), l'écope de prélèvement et l'extrémité aval du conduit d'alimentation étant alignées axialement l'une par rapport à l'autre. 30
- 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque circuit de microjets (28') comprend deux écopes de prélèvement (30) s'ouvrant dans le conduit d'alimentation (32), l'extrémité aval du conduit d'alimentation étant décalée axialement par rapport à chacune des écopes de prélèvement. 35 3034141
- 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque circuit de microjets (28") comprend une unique écope de prélèvement (30) s'ouvrant dans le conduit d'alimentation (32), ce dernier débouchant au niveau du bord de fuite du capot externe par deux grilles 5 d'éjection (34) qui sont décalées axialement par rapport à l'écope de prélèvement (30).
- 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les circuits de microjets sont régulièrement espacées les uns 10 des autres autour d'un axe longitudinal du capot externe.
- 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre des moyens pour déployer et escamoter les écopes de prélèvement des circuits de microjets.
- 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre des moyens de régulation du débit de flux gazeux s'écoulant dans le conduit d'alimentation des circuits de microjets.
- 9. Turbomachine comprenant un corps central (12), un capot interne (14) disposé autour du corps central en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire (18) d'écoulement d'un flux primaire issu de la turbomachine, et un capot externe (16) disposé autour du capot interne en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire (22) d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, la turbomachine comprenant en outre un dispositif de réduction du bruit de jet selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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