FR3037318A1 - Ensemble propulsif pour aeronef comprenant un turboreacteur a soufflante non carenee et un pylone d'accrochage - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble propulsif pour aéronef comprenant : un turboréacteur (1) ayant au moins une hélice propulsive non carénée (4a), et un pylône d'accrochage (3) destiné à assurer l'accrochage du turboréacteur sur un élément de structure (2) de l'aéronef, ledit pylône étant positionné sur le turboréacteur en amont de l'hélice et ayant un profil aérodynamique (30) défini par deux faces latérales (33) opposées s'étendant transversalement entre un bord d'attaque (31) et un bord de fuite (32). Le pylône comporte une pluralité de buses de soufflage (36) situées au voisinage de son bord de fuite et configurées pour souffler de l'air prélevé au niveau d'une partie pressurisée du turboréacteur, lesdites buses de soufflage étant positionnées sur au moins une partie du bord de fuite du pylône s'étendant longitudinalement en regard d'au moins une partie de l'hélice. L'invention concerne aussi un procédé de réduction du bruit généré par un pylône d'accrochage d'un turboréacteur sur un aéronef.

Description

0 3 73 1 8 1 Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines, et s'applique plus particulièrement aux turboréacteurs à hélices propulsives non carénées.

La tendance actuelle concernant les moteurs d'aéronefs civils vise à réduire notamment leur consommation spécifique et le rejet de polluants atmosphériques. Une des solutions techniques adoptées par les motoristes consiste à augmenter le taux de dilution entre le flux primaire (ou flux « chaud ») et le flux secondaire (ou flux « froid ») du moteur d'aéronef. A ce titre, plusieurs architectures de turboréacteurs ont été proposées, parmi lesquelles les turboréacteurs à doublet d'hélices contrarotatives (aussi appelés « CROR » pour « Contra Rotating Open Rotor ») qui sont de bons candidats pour remplacer les turboréacteurs actuels notamment sur des aéronefs assurant des vols moyens courriers.

Sur une architecture classique de turboréacteur, la nacelle canalise le flux secondaire pour produire la majorité de la poussée. Dans le cas d'une architecture CROR, la nacelle est retirée et le système propulsif se compose d'une hélice amont qui entraîne l'écoulement et d'une hélice aval, contrarotative par rapport à l'hélice amont, qui a pour but de redresser l'écoulement (l'hélice aval pouvant aussi être fixe sur d'autres types d'architectures). Le rendement propulsif du moteur est amélioré en récupérant l'énergie en rotation de manière plus efficace qu'avec une roue fixe, et le diamètre des hélices est aussi fortement augmenté pour permettre l'entraînement d'une plus grande quantité d'air.

Cependant, en l'absence de nacelle, les émissions sonores représentent un inconvénient majeur de cette architecture, et plus particulièrement le bruit généré par les hélices, et par les diverses interactions entre les hélices et les composants liés au montage du moteur sur l'aéronef (aussi appelés effets liés à l'installation du moteur sur l'avion). Lorsque le turboréacteur est monté sur le fuselage d'un aéronef par le biais d'un pylône d'accrochage fixé en amont des hélices, on parle d'un montage de type « pusher ». Dans une telle configuration, plusieurs sources de bruit sont liées à la présence du pylône d'accrochage, et la plus importante est constituée par l'interaction entre le sillage (correspondant à 3 0 3 7 3 1 8 2 un déficit de vitesse de l'écoulement) créé en aval du pylône et l'hélice amont. Cette interaction sillage/hélice amont entraîne notamment deux types de bruit : 5 - un bruit de type tonal, correspondant à l'interaction entre le sillage moyen (constitué par un déficit de vitesse en aval du pylône) et l'hélice amont, présent aux fréquences propres de l'hélice, et - un bruit de type large bande, correspondant principalement à l'interaction entre les structures turbulentes du sillage et l'hélice amont, 10 dont la source est localisée au niveau du bord d'attaque des pales de l'hélice amont et qui couvre une large gamme de fréquences. Plusieurs solutions ont été proposées pour réduire les nuisances sonores produites par les interactions entre le sillage du pylône et l'hélice amont. Le document FR 2968634 propose par exemple de combler le 15 déficit de vitesse en aval du pylône pour réduire l'impact du sillage grâce à un pylône muni d'un bord de fuite équipé de deux faces inclinables entre lesquelles de l'air peut être soufflé sur toute l'envergure du pylône. Cependant, une telle solution présente l'inconvénient de nécessiter un important prélèvement d'air au niveau du moteur, ce qui en réduit les 20 performances. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de palier les inconvénients précités en proposant un ensemble propulsif pour aéronef 25 comprenant : un turboréacteur ayant au moins une hélice propulsive non carénée, et un pylône d'accrochage destiné à assurer l'accrochage du turboréacteur sur un élément de structure de l'aéronef, ledit pylône étant positionné sur le turboréacteur en amont de l'hélice et ayant un profil aérodynamique défini par deux faces latérales opposées s'étendant 30 transversalement entre un bord d'attaque et un bord de fuite, caractérisé en ce que le pylône comporte une pluralité de buses de soufflage situées au voisinage de son bord de fuite et configurées pour souffler de l'air prélevé au niveau d'une partie pressurisée du turboréacteur, lesdites buses de soufflage étant positionnées sur au moins une partie du bord de 35 fuite du pylône s'étendant longitudinalement en regard d'au moins une partie de l'hélice.

3037318 3 Une autre façon de réduire l'interaction sillage/hélice amont consiste à augmenter le mélange en aval du pylône, afin que le sillage soit comblé plus rapidement. Pour ce faire, les Inventeurs ont observé qu'une augmentation du taux de turbulences en aval du pylône permet 5 d'augmenter ce mélange, et donc de réduire l'impact du sillage sur l'hélice amont. L'ensemble propulsif selon l'invention permet de réduire l'impact du sillage en aval du pylône sur l'hélice amont en augmentant le mélange en aval du pylône et en modifiant la structure du sillage. En effet, les 10 buses de soufflage, qui assurent un soufflage d'air discret sur une partie du pylône, permettent de déstructurer le sillage en augmentant le taux de turbulence en aval du pylône, ce qui permet de favoriser la décroissance du déficit de vitesse dans le plan du bord d'attaque de l'hélice amont. En d'autres termes, l'augmentation du mélange permet de combler le déficit 15 de vitesse plus rapidement à l'aval du pylône, et donc de diminuer l'interaction du sillage avec l'hélice amont. Aussi, comme l'écoulement est perturbé en aval du pylône au fur et à mesure que les jets soufflés par les buses se mélangent au sillage, le sillage se déstructure et devient plus diffus. Cette déstructuration du 20 sillage a notamment pour effet de diminuer les bruits d'interaction tonal et large bande plus efficacement. En outre, l'utilisation d'un soufflage discret grâce aux buses de soufflage selon l'invention permet de réduire la quantité d'air prélevée dans le moteur par rapport à un soufflage sur toute l'envergure du pylône.

25 II est également possible de diminuer le diamètre de sortie des buses pour diminuer la quantité d'air prélevée, tout en conservant une vitesse d'éjection identique. Selon un mode de réalisation de l'invention, les buses de soufflage débouchent dans le prolongement du bord de fuite du pylône 30 d'accrochage. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les buses de soufflage débouchent sur l'une et/ou l'autre des faces latérales du pylône d'accrochage, chaque buse de soufflage pouvant affleurer la face latérale du pylône d'accrochage sur laquelle elle débouche. Dans cette 35 configuration, les buses de soufflage permettent de compenser les effets 3 0 3 73 1 8 4 résiduels de portance du pylône d'accrochage qui pourraient induire une dissymétrie du sillage. De préférence, les buses de soufflage sont rétractables à l'intérieur du pylône d'accrochage. Ainsi, il est possible de rétracter les 5 buses de soufflage, par exemple en utilisant des vérins, lorsque la phase de vol de l'aéronef n'impose pas leur utilisation. De préférence encore, l'ensemble propulsif comporte en outre au moins une vanne configurée pour contrôler l'arrivée d'air d'au moins une buse de soufflage. Ainsi, il est possible de gérer plus finement les 10 zones sur lesquelles le soufflage est effectué en désactivant tout ou partie des buses pour concentrer le soufflage par exemple sur la tête de l'hélice amont ou toute autre zone d'intérêt, mais aussi de désactiver le soufflage lorsqu'il n'est pas nécessaire pour réduire la quantité d'air prélevée dans le turboréacteur.

15 L'invention concerne aussi un procédé de réduction du bruit généré par un pylône d'accrochage destiné à assurer l'accrochage d'un turboréacteur à un élément de structure d'un aéronef, le turboréacteur ayant au moins une hélice propulsive non carénée, le pylône étant positionné sur le turboréacteur en amont de l'hélice et ayant un profil 20 aérodynamique s'étendant transversalement entre un bord d'attaque et un bord de fuite, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de soufflage d'air, prélevé au niveau d'une partie pressurisée du turboréacteur, au niveau du bord de fuite du pylône par l'intermédiaire d'une pluralité de buses de soufflage positionnées sur au moins une partie du bord de fuite 25 du pylône s'étendant longitudinalement en regard d'au moins une partie de l'hélice. De préférence, le procédé comporte en outre une étape de régulation de l'air soufflé par les buses de soufflage en fonction des phases de vol de l'aéronef.

30 De préférence également, l'air soufflé par les buses de soufflage est pulsé à une fréquence prédéflnie inférieure à la fréquence de passage d'une aube de l'hélice en face du pylône afin de contrôler finement le débit d'air soufflé par les buses, et de réduire encore le prélèvement d'air sur le moteur. Aussi, en choisissant une fréquence prédéfinie inférieure à la 35 fréquence de passage d'une aube de l'hélice en face du pylône, on évite 3 0 3 7 3 1 8 5 de créer une source acoustique de type monopole tonal (due à un signal périodique) dans les fréquences audibles (20Hz-20kHz). En variante, l'air soufflé par les buses de soufflage peut être pulsé à une fréquence aléatoire, inférieure à la fréquence de passage 5 d'une aube de l'hélice en face du pylône pour éviter les phénomènes de corrélation temporelle entre les buses de soufflage du pylône et l'hélice, qui peuvent augmenter le bruit généré par l'ensemble des sources. Dans certains exemples de réalisation, la fréquence (aléatoire ou non) à laquelle est pulsé l'air soufflé par les buses de soufflage est 10 inférieure ou égale à 20 Hz. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins 15 annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble propulsif selon l'invention, et - les figures 2 à 4 sont des vues schématiques d'un ensemble 20 propulsif au niveau de son pylône d'accrochage selon différents modes de réalisation de l'invention, Description détaillée de l'invention Dans le présent exposé, les termes « longitudinal », 25 « transversal » et leurs dérivés sont définis par rapport à l'axe principal du pylône s'étendant entre le turboréacteur et l'aéronef ; les termes « amont » et « aval » sont quant à eux définis par rapport au sens d'écoulement du fluide traversant le turboréacteur. La figure 1 montre une vue schématique d'un ensemble 30 propulsif comprenant un turboréacteur 1 accroché au fuselage 2 d'un aéronef par le biais d'un pylône d'accrochage 3. Le turboréacteur 1 est centré sur un axe X-X et comprend un doublet d'hélices 4 non carénées composé d'une hélice amont 4a rotative (comprenant un ensemble d'aubes 40) et d'une hélice aval 4b, contrarotative par rapport à l'hélice 35 amont 4a. L'hélice aval 4b peut également être fixe et prendre la forme d'un stator à calage variable, comme c'est le cas par exemple des moteurs 3 0 3 7 3 1 8 6 dits USF (pour « Unducted Single Fan »), ou sans calage variable. On notera que le turboréacteur 1 est en configuration dite « pusher », c'est-à-dire que le pylône d'accrochage 3 est accroché sur le turboréacteur 1 en amont du doublet d'hélices 4.

5 Le pylône d'accrochage 3 comprend un profil aérodynamique 30 défini par deux faces latérales 33, 34 (figures 2, 3 et 4) opposées s'étendant transversalement entre un bord d'attaque 31 et un bord de fuite 32. Conformément à l'invention, le pylône d'accrochage 3 comprend une pluralité de buses de soufflage 36 réparties au moins sur une partie 10 du bord de fuite 32 du pylône s'étendant longitudinalement en regard de l'hélice 4a. Ces buses 36 débouchent au niveau du bord de fuite 32 du pylône et le prolongent. Elles sont configurées pour souffler de l'air provenant d'une partie pressurisée du turboréacteur 1 (par exemple du compresseur haute pression, ou du compresseur basse pression, selon 15 l'architecture du turboréacteur), et le débit d'air qu'elles éjectent peut être régulé par le biais d'une (ou plusieurs) vanne 38, contrôlant tout ou partie du débit d'air arrivant sur une buse 36 (ou un groupe de buses). La présence d'une ou plusieurs vannes 38 de régulation permet notamment de contrôler finement la partie du pylône sur laquelle on 20 souhaite souffler de l'air (on peut par exemple concentrer le soufflage sur la tête de l'hélice amont 4a), et ainsi réduire la quantité d'air prélevée dans le turboréacteur. Une partie du circuit d'air est représentée schématiquement en pointillés sur les figures, le sens de circulation de l'air quand le soufflage est actif étant schématisé par des flèches.

25 De manière générale, le soufflage des buses peut être régulé, notamment grâce à la vanne 38 commandée et apte à réguler le débit d'air arrivant sur une buse (ou un groupe de buses), en fonction des phases de vol de l'aéronef. Par exemple, le soufflage peut être activé seulement durant les phases de décollage et d'atterrissage de l'aéronef.

30 La figure 2 montre une vue agrandie du pylône 3 de la figure 1 au niveau de son bord de fuite 32, qui peut être par ailleurs tronqué. On peut voir que les buses débouchent au niveau du bord de fuite 32 et le prolongent d'une certaine longueur a. Il est par ailleurs envisageable de disposer de buses de soufflage 36 dont la longueur a varie d'une buse 36 35 à l'autre, par exemple pour disposer de géométries plus complexes afin d'optimiser le mélange au niveau du sillage en aval du pylône 3. De 3 0 3 7 3 1 8 7 préférence, la longueur a des buses 36 qui dépasse à l'extérieur du pylône 3 est de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de couche limite en bord de fuite 32 du pylône lorsque l'aéronef est en condition de décollage (ce qui correspond à un nombre de Mach de l'ordre de 0,2). Généralement, la 5 couche limite en bord de fuite 32 du pylône dans ces conditions est comprise entre 10 cm et 20 cm. Le pylône d'accrochage 3 selon l'invention peut aussi comprendre des moyens (non représentés) permettant de rétracter les buses 36 dans le pylône 3. Ces moyens peuvent par exemple consister en 10 des vérins montés à l'intérieur du pylône qui peuvent rétracter les buses à l'intérieur de tubes situés à l'intérieur du pylône (non représentés), ces tubes ayant un diamètre légèrement supérieur à celui des buses. Les buses 36 disposent d'un diamètre d de sortie pouvant lui aussi varier, et qu'il est préférable de dimensionner de façon à obtenir des 15 jets suffisamment puissants pour déstabiliser au maximum l'écoulement, tout en minimisant les prélèvements dans le moteur. Il est aussi envisageable de faire varier ce diamètre d d'une buse 36 à l'autre en fonction des besoins. De préférence, le diamètre d des buses est de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de déplacement de couche limite en bord de 20 fuite 32 du pylône lorsque l'aéronef est en condition de décollage (nombre de Mach d'environ 0,2), soit environ 1,25 mm à 2,5 mm. Enfin, les buses 36 peuvent être séparées sur le bord de fuite 32 d'une distance b variable, préférentiellement au maximum de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de couche limite en bord de fuite 32 du pylône 25 lorsque l'aéronef est en condition de décollage. Pour une plus grande facilité d'intégration et pour diminuer la complexité du système, on peut être cependant amené à augmenter la distance b entre les buses 36, notamment en fonction de l'envergure du pylône. La figure 3 montre une vue agrandie d'un pylône 3' au niveau 30 de son bord de fuite 32, selon un autre mode de réalisation de l'invention. On peut voir ici que les buses 36' débouchent de part et d'autre du bord de fuite 32 sur les faces latérales 33, 34 du pylône 3' et affleurent ces faces (autrement dit, dans cet exemple, la longueur des buses 36' est nulle).

35 En outre, les buses 36' sont configurées de telle sorte qu'elles font un angle a avec un plan du pylône passant sensiblement par le bord 3 0 3 7 3 1 8 8 de fuite 32 et le bord d'attaque 31. Dans cette configuration, les buses de soufflage 36' permettent de compenser les effets résiduels de portance du pylône d'accrochage qui pourraient induire une dissymétrie du sillage. La figure 4 est une variante du mode de réalisation de la figure 5 3 dans laquelle l'angle 13 défini entre les buses 36" et le plan du pylône passant par le bord de fuite 32 et le bord d'attaque 31 est plus grand que l'angle a décrit précédemment. Dans les exemples des figures 3 et 4, le diamètre de sortie des buses 36', 36", leur longueur, et la distance séparant chacune d'elles peut 10 varier d'une buse à l'autre ou prendre une valeur fixe (par exemple de l'ordre de l'épaisseur de couche limite au bord de fuite 32 en condition de décollage ou de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de déplacement de couche limite pour le diamètre des buses), comme cela a été précédemment décrit pour l'exemple de la figure 2.

15 Enfin, selon une disposition avantageuse, le soufflage peut aussi être pulsé à une fréquence prédéterminée, afin de contrôler notamment le débit d'air soufflé par les buses. On veillera cependant à ce que la fréquence de pulsation de l'air soit inférieure à la fréquence de passage d'une aube de l'hélice en face du pylône afin d'éviter la création de 20 structures turbulentes périodiques dans le sillage. En effet, si la fréquence de pulsation est trop élevée une source acoustique de type monopole tonal (due à un signal périodique) dans les fréquences audibles (20Hz - 20kHz) pourrait apparaître. Ce phénomène créerait un bruit supplémentaire lié au soufflage, ce qui n'est pas souhaitable.

25 En variante, la pulsation de l'air peut se faire de manière aléatoire, toujours en s'assurant que la fréquence de pulsation soit inférieure à la fréquence de passage d'une aube de l'hélice en face du pylône. En effet, si la fréquence est aléatoire et trop élevée, un phénomène de corrélation temporelle entre les sources de bruit peut 30 apparaître, ce qui augmenterait alors le bruit de l'ensemble et n'est pas non plus souhaitable. A titre d'exemple, la fréquence de pulsation (aléatoire ou non) de l'air soufflé peut être choisie inférieure ou égale à 20Hz, afin de s'affranchir des inconvénients précités. 35

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Ensemble propulsif pour aéronef, comprenant : un turboréacteur (1) ayant au moins une hélice propulsive non 5 carénée (4a), et un pylône d'accrochage (3; 3'; 3") destiné à assurer l'accrochage du turboréacteur sur un élément de structure (2) de l'aéronef, ledit pylône étant positionné sur le turboréacteur en amont de l'hélice et ayant un profil aérodynamique (30) défini par deux faces 10 latérales opposées (33, 34) s'étendant transversalement entre un bord d'attaque (31) et un bord de fuite (32), caractérisé en ce que le pylône comporte une pluralité de buses de soufflage (36; 36'; 36") situées au voisinage de son bord de fuite et configurées pour souffler de l'air prélevé au niveau d'une partie 15 pressurisée du turboréacteur, lesdites buses de soufflage étant positionnées sur au moins une partie du bord de fuite du pylône s'étendant longitudinalement en regard d'au moins une partie de l'hélice.
2. 2. Ensemble propulsif selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que les buses de soufflage (36) débouchent dans le prolongement du bord de fuite (32) du pylône d'accrochage (3).
3. 3. Ensemble propulsif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les buses de soufflage (36'; 36") débouchent sur l'une et/ou l'autre 25 des faces latérales (33, 34) du pylône d'accrochage (3' ; 3").
4. 4. Ensemble propulsif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité de chaque buse de soufflage (36'; 36") affleure la face latérale (33, 34) du pylône d'accrochage (3' ; 3") sur laquelle elle 30 débouche.
5. 5. Ensemble propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les buses de soufflage (36; 36'; 36") sont rétractables à l'intérieur du pylône d'accrochage (3 ; 3'; 3"). 35 3 0 3 7 3 1 8 10
6. 6. Ensemble propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une vanne (38) configurée pour contrôler l'arrivée d'air d'au moins une buse de soufflage (36; 36'; 36").
7. 7. Procédé de réduction du bruit généré par un pylône d'accrochage (3; 3'; 3") destiné à assurer l'accrochage d'un turboréacteur (1) à un élément de structure (2) d'un aéronef, le turboréacteur ayant au moins une hélice propulsive non carénée (4a), le pylône étant positionné sur le turboréacteur en amont de l'hélice et ayant un profil aérodynamique (30) s'étendant transversalement entre un bord d'attaque (31) et un bord de fuite (32), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de soufflage d'air, prélevé au niveau d'une partie pressurisée du turboréacteur, au niveau du bord de fuite du pylône par l'intermédiaire d'une pluralité de buses de soufflage (36; 36'; 36") positionnées sur au moins une partie du bord de fuite du pylône s'étendant longitudinalement en regard d'au moins une partie de l'hélice.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il 20 comporte en outre une étape de régulation de l'air soufflé par les buses de soufflage (36 ; 36'; 36") en fonction de la phase de vol de l'aéronef.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'air soufflé par les buses de soufflage (36; 36'; 25 36") est pulsé à une fréquence prédéfinie inférieure à la fréquence de passage d'une aube de l'hélice en face du pylône.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'air soufflé par les buses de soufflage (36 ; 36'; 30 36") est pulsé à une fréquence aléatoire, inférieUre à la fréquence de passage d'une aube de l'hélice en face du pylône.