FR3059046A1 - Echangeur thermique pour turbomachine optimise pour reduire la perturbation d'ecoulement fluide dans ce reacteur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un échangeur thermique destiné à être fixé à une paroi de turbomachine (12) délimitant une veine d'écoulement d'un flux gazeux, cet échangeur comprenant un corps (1) présentant : - une face de fixation (2) à la paroi (12) ; - une face frontale (7) traversée par le flux gazeux ; - une face externe (8) opposée à la face de fixation (2) et qui est raccordée à la face frontale (7) par une arête externe ; - un déflecteur (14) longeant l'arête externe, en étant agencé pour limiter un décollement de l'écoulement fluide longeant la face supérieure (8), afin de réduire la perte de charge introduite par l'échangeur dans cet écoulement.
Description
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne une turbomachine telle qu'un turboréacteur, traversé par au moins une veine de flux gazeux, cette veine étant délimitée par une paroi interne de ce moteur.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans un tel moteur, l'air est admis dans une manche d'entrée pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire.
Le flux primaire est compressé par des compresseurs avant d'atteindre une chambre de combustion, après quoi il se détend en traversant des turbines, avant d'être évacué en générant une poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement par la soufflante pour générer une poussée complémentaire.
Le flux primaire et le flux secondaire circulent respectivement dans une veine primaire et une veine secondaire séparées l'une de l'autre par un espace dit interveines.
La veine primaire est délimitée extérieurement par une paroi interne de l'espace inter-veines, la veine secondaire est délimitée intérieurement par une paroi externe de l'espace inter-veines et elle est délimitée extérieurement par une paroi interne d'une nacelle entourant le turboréacteur.
Dans un tel moteur, différents composants, de type paliers, roulements et autres, sont lubrifiés par de l'huile qui circule dans un circuit hydraulique intégrant un échangeur thermique, sous forme d'un radiateur de refroidissement, assurant que cette huile reste à une température adaptée en toutes circonstances. Un tel échangeur est usuellement désigné par l'acronyme ACOC signifiant Air Cooled Oil Cooler, c'est-à-dire refroidi par air et refroidissant l'huile.
Cet échangeur est fixé à une paroi du réacteur, et il dépasse de cette paroi pour être traversé par une portion du flux qui longe cette paroi en circulant dans le réacteur, de manière à refroidir l'huile du circuit hydraulique.
Un tel échangeur constitue ainsi une forme en relief qui constitue de fait un obstacle introduisant des pertes de charge dans l'écoulement du flux dans le moteur.
Le but de l'invention est de proposer un agencement d'intégration d'un tel échangeur qui limite les pertes de charges qu'il introduit dans l'écoulement du flux traversant ce réacteur.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique destiné à être fixé à une paroi de turbomachine délimitant une veine d'écoulement d'un flux gazeux, cet échangeur comprenant un corps présentant :
- une face de fixation à la paroi ;
- une face frontale traversée par le flux gazeux ;
- une face externe opposée à la face de fixation et qui est raccordée à la face frontale par une arête externe ;
- un déflecteur longeant l'arête externe, en étant agencé pour limiter un décollement de l'écoulement fluide longeant la face supérieure, afin de réduire la perte de charge introduite par l'échangeur dans cet écoulement.
Avec cet agencement, l'écoulement de fluide autour de l'échangeur s'établit sans décollement de couche limite, ce qui permet de réduire significativement la perte de charge provoquée par la présence de l'échangeur dans le moteur.
L'invention a également pour objet un échangeur ainsi défini, dans lequel le déflecteur comporte des supports portant un redresseur incurvé en direction du corps de l'échangeur et longeant l'arête externe en étant espacé de cette arête externe.
L'invention a également pour objet un échangeur ainsi défini, dans lequel le déflecteur comporte des supports portant deux redresseurs incurvés en direction du corps de l'échangeur et parallèles entre eux en étant espacés l'un de l'autre et espacés de l'arête externe.
L'invention a également pour objet un échangeur ainsi défini, dans lequel l'altitude de l'un des redresseurs par rapport à la face externe correspond à la moitié de l'altitude de l'autre redresseur par rapport à cette face externe.
L'invention a également pour objet un échangeur ainsi défini, comprenant un redresseur porté par les supports en étant positionné en amont de la face frontale par rapport au sens d'écoulement du flux dans le moteur.
L'invention a également pour objet un échangeur ainsi défini, dans lequel le redresseur en amont de la face frontale comporte un bord d'attaque situé en amont de la face frontale, et un bord de fuite situé au droit de la face frontale.
L'invention a également pour objet un échangeur ainsi défini, comprenant un redresseur ayant un bord d'attaque incliné par rapport à la face externe d'un angle d'entrée compris entre vingt et soixante degrés, et un bord de fuite incliné par rapport à la face externe d'un angle de sortie sensiblement nul.
L'invention concerne également une turbomachine comprenant un échangeur ainsi défini.
L'invention concerne également un moteur d'aéronef comprenant une turbomachine ainsi définie.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue en perspective d'un corps d'échangeur fixé à une paroi de moteur ;
La figure 2 est une vue en perspective d'un échangeur équipé d'un déflecteur conformément à l'invention ;
La figure 3 est une vue latérale de l'échangeur selon l'invention ;
La figure 4 est une vue latérale du déflecteur de l'échangeur selon l'invention ;
La figure 5 est une vue de trois quarts avant de l'échangeur selon l'invention ;
La figure 6 est une vue de trois quarts arrière de l'échangeur équipé de son déflecteur ;
La figure 7 est une représentation de l'écoulement fluide au voisinage immédiat de l'échangeur équipé de son déflecteur ;
La figure 8 est une représentation de l'écoulement fluide en aval de l'échangeur selon l'invention ;
La figure 9 est une représentation de l'écoulement fluide au voisinage immédiat de l'échangeur dépourvu de déflecteur ;
La figure 10 est une représentation de l'écoulement fluide en aval de l'échangeur dépourvu de déflecteur.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L'invention est basée sur le constat selon lequel la perte de charge introduite par un tel échangeur est principalement due au fait que sa présence provoque un décollement de l'écoulement fluide qui apparaît au niveau de la face externe la plus importante du corps de l'échangeur.
Ce décollement de la couche limite de l'écoulement fluide provoque des turbulences localement au-dessus de l'échangeur qui établissent en outre un sillage en aval de l'écoulement, constituant de la sorte la principale cause des pertes de charge induites par la présence de l'échangeur dans l'écoulement.
Comme visible sur les figures 1 et 2, le corps d'échangeur 1 qui est généralement parallélépipédique comporte une face de fixation 2 dont partent des pattes 3, 4, 6, une face avant 7 une face externe 8 opposée et parallèle à la face de fixation 2 ainsi qu'une face latérale 9 qui est également visible sur les figures 1 et 2. Il comporte encore une face arrière et une autre face latérale non visibles sur ces figures.
La face latérale non visible est prolongée par un bulbe 11 par l'intermédiaire duquel il est alimenté en huile à refroidir, qui est porté par les pattes de fixation 4 et 6 qui s'étendent au-delà de cette autre face latérale. Cet échangeur est fixé à une paroi 12 de moteur d'aéronef par boulonnage de ses pattes 3, 4, 6, cette paroi étant ici la paroi interne d'un carter délimitant le conduit de passage du flux secondaire.
La face frontale 7 est orientée vers l'amont du flux s'écoulant dans le moteur pour être traversée par une partie du flux circulant dans celui-ci, de manière à refroidir l'huile qui circule dans le corps 1. Ce flux longe la face externe 8 de l'échangeur qui est la plus éloignée de la paroi 12, pour poursuivre son écoulement dans le moteur en aval de l'échangeur.
Comme visible plus clairement sur la figure 3, la face frontale 7 s'étend sensiblement perpendiculairement à la paroi 12, et la face externe 8 s'étend sensiblement parallèlement à la paroi 12 qui est généralement cylindrique, tout en étant la face la plus éloignée de cette paroi 12.
La face frontale 7 et la face externe 8 sont perpendiculaires l'une à l'autre en étant raccordées par une arête externe 13 qui est rectiligne dans l'exemple des figures. Cette arête est la plus éloigné de la paroi 12 du moteur, et présente une section saillante dans l'exemple des figures, mais elle peut aussi être arrondie pour adoucir sa forme afin d'en améliorer l'aérodynamisme.
Comme visible sur la figure 4, l'échangeur 1 est équipé d'un déflecteur 14 comportant ici deux redresseurs ou ailerons 16,17 situés l'un au-dessus de l'autre audessus de l'arête 13 qu'ils longent, ces deux redresseurs 16, 17 étant portés par deux supports 18,19 espacés l'un de l'autre le long de l'arête 13.
Le redresseur amont 16 qui est le plus fortement écarté de l'arête 13 a une forme de lame incurvée comportant un bord d'attaque 21 et un bord de fuite 22 s'étendant parallèlement à l'arête 13, comme visible sur la figure 4. Cette lame est incurvée vers le corps de l'échangeur, c'est-à-dire qu'elle présente une face concave orientée en regard du corps d'échangeur. Son bord de fuite 22 est sensiblement au droit de la face frontale 7, c'est-à-dire dans un plan P coïncidant avec cette face frontale 7, et son bord d'attaque 21 est déporté vers l'amont de l'écoulement du flux par rapport à cette face frontale 7.
Le bord de fuite 22 est situé à une distance D de l'arête 13, qui correspond à l'altitude de ce bord de fuite 22 par rapport à la face externe 8. Le bord d'attaque 21 est quant à lui situé à une altitude par rapport à la face externe 8 qui vaut sensiblement la moitié de D. La valeur de D est conditionnée par le débit massique de l'échangeur, c'est-à-dire le débit massique du flux traversant sa face frontale 7 lorsqu'il est en service. La distance D est d'autant plus élevée que le débit massique de l'échangeur est faible, et d'une manière générale le déflecteur présente un intérêt d'autant plus important que le débit massique est faible.
Le redresseur 16 a une forme incurvée, de sorte que son angle d'entrée diffère de son angle de sortie. L'angle d'entrée, qui est l'inclinaison de la paroi du redresseur 16 au niveau de son bord d'attaque 21 par rapport à la face externe 8, correspond à l'inclinaison naturelle de l'écoulement de fluide dans la région de ce bord d'attaque 21. L'angle de sortie qui correspond à l'inclinaison de la paroi du redresseur 16 au niveau de son bord de fuite par rapport à la face externe 8, est quant à lui nul, c'est-àdire que la paroi du redresseur 16 est sensiblement parallèle à la face externe 8 au niveau du bord de fuite 22 de ce redresseur. La différence entre l'angle d'entrée et l'angle de sortie correspond à la déviation que le redresseur 16 impose au flux d'écoulement gazeux.
La valeur de l'angle d'entrée est elle aussi conditionnée principalement par le débit massique de l'échangeur, cet angle d'entrée ayant une valeur d'autant plus élevée que le débit massique est faible. Préférentiellement, cet angle d'entrée vaut entre vingt et soixante degrés. Dans l'exemple des figures, l'angle d'entrée du redresseur amont 16 vaut trente-cinq degrés.
Ce redresseur 16 présente une corde qui vaut ici douze millimètres, soit 1,7 fois la distance D, la corde étant la distance séparant le bord d'attaque 21 du bord de fuite 22. Cette valeur correspond à un compromis permettant de limiter la courbure du redresseur 16 en lui donnant une étendue suffisante pour dévier efficacement le flux, mais sans donner lieu à un encombrement élevé. La corde est d'autant plus grande que le débit massique est faible, et elle est également conditionnée par l'angle que forme la face frontale 7 avec la face externe 8, en étant d'autant plus importante que cet angle est élevé. La corde est également conditionnée par le nombre de mach de l'écoulement à l'infini en amont, en étant d'autant plus grande que ce nombre de mach est élevé.
Le calage de ce redresseur amont 16, c'est-à-dire l'angle formé par un plan contenant son bord d'attaque 21 et son bord de fuite 22, avec la face externe 8 est de vingt-deux degrés, cet angle de calage découlant des altitudes du bord d'attaque 21 et du bord de fuite 22, et de la valeur de sa corde.
Comme visible notamment sur les figures 4 à 6, le second redresseur 17, c'est-à-dire le redresseur aval a lui aussi une forme de lame incurvée. Il est lui aussi incurvé vers le corps de l'échangeur, c'est-à-dire qu'il présente une face concave orientée en regard du corps d'échangeur. Ce redresseur aval comporte lui aussi un bord d'attaque et un bord de fuite, et il est situé de telle manière que sa région médiane, située à midistance entre son bord d'attaque et son bord de fuite, est au droit de la face frontale 7. Le bord de fuite du redresseur aval 17 est situé à une altitude par rapport à la face externe 8 qui correspond sensiblement à la moitié de la distance D.
L'angle d'entrée du redresseur aval 17 a une valeur proche ou identique à l'angle d'entrée du redresseur amont 16, et l'angle de sortie est lui aussi nul, c'est-à-dire qu'il s'étend parallèlement à la face externe 8 au niveau de son bord de fuite. La corde du redresseur aval 17 est sensiblement inférieure à celle du redresseur amont 16 et vaut dix millimètres dans l'exemple des figures, soit 1,4 fois D.
Le calage de ce redresseur aval 17, c'est-à-dire l'angle formé par un plan contenant son bord d'attaque et son bord de fuite, avec la face externe 8 est de dix degrés, son bord d'attaque étant à une altitude inférieure à celle de son bord de fuite.
D'une manière générale, les courbures maximales des deux redresseurs 16 et 17 sont situées dans leurs régions médianes respectives, pour que le déflecteur exerce une déviation maximale sur le flux dans le canal que délimitent conjointement les deux redresseurs.
Les deux redresseurs 16 et 17 sont portés par deux supports 18 et 19 apparaissant plus clairement sur la figure 4. Chaque support a une forme d'ailette dépassant perpendiculairement de la face 8 en s'étendant parallèlement au flux circulant dans le moteur. Ces deux supports 18 et 19 sont situés respectivement à un quart et trois quarts de la longueur des redresseurs, chaque support portant les deux redresseurs l'un au-dessus de l'autre.
Comme visible sur les figures 7 et 8, grâce au déflecteur qui dévie le flux d'écoulement au voisinage de l'arête externe 13, l'écoulement fluide se déroule sans décollement de couche limite le long de la face supérieure, et par là même, sans turbulence. Par voie de conséquence le sillage de l'échangeur en aval de l'écoulement est significativement réduit, ce qui est également représentatif d'une réduction des pertes de charge.
A titre de comparaison, les figures 9 et 10 qui donnent l'allure de l'écoulement en l'absence de déflecteur, montrent le décollement de la couche limite audessus de la face externe 8, ce qui correspond à l'établissement de turbulences provoquant une diffusion radiale importante du sillage de l'échangeur en aval de l'écoulement, induisant par là même des pertes de charge importantes.
Dans l'exemple des figures, les pertes de charges introduites par l'échangeur sont réduites d'environ dix pourcent grâce à la mise en œuvre du déflecteur.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Echangeur thermique destiné à être fixé à une paroi de turbomachine (12) délimitant une veine d'écoulement d'un flux gazeux, cet échangeur comprenant un corps(1) présentant :- une face de fixation (2) à la paroi (12) ;- une face frontale (7) traversée par le flux gazeux ;- une face externe (8) opposée à la face de fixation (2) et qui est raccordée à la face frontale (7) par une arête externe (13) ;caractérisé en ce qu'il comporte également un déflecteur (14) longeant l'arête externe (13), en étant agencé pour limiter un décollement de l'écoulement fluide longeant la face supérieure (8), afin de réduire la perte de charge introduite par l'échangeur dans cet écoulement.
- 2. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur (14) comporte des supports (18, 19) portant un redresseur (16, 17) incurvé en direction du corps (1) de l'échangeur et longeant l'arête externe (13) en étant espacé de cette arête externe (13).
- 3. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur (14) comporte des supports (18,19) portant deux redresseurs (16,17) incurvés en direction du corps (1) de l'échangeur et parallèles entre eux en étant espacés l'un de l'autre et espacés de l'arête externe (13).
- 4. Echangeur selon la revendication 3, dans lequel l'altitude de l'un des redresseurs (17) par rapport à la face externe (8) correspond à la moitié de l'altitude de l'autre redresseur (16) par rapport à cette face externe (8).
- 5. Echangeur selon la revendication 2 ou 3, comprenant un redresseur (16) porté par les supports (18, 19) en étant positionné en amont de la face frontale (7) par rapport au sens d'écoulement du flux dans le moteur.5
- 6. Echangeur selon la revendication 5, dans lequel le redresseur en amont de la face frontale (7) comporte un bord d'attaque (21) situé en amont de la face frontale, et un bord de fuite (22) situé au droit de la face frontale (7).
- 7. Echangeur selon l'une des revendications 2 à 6, comprenant un10 redresseur (16) ayant un bord d'attaque (21) incliné par rapport à la face externe (8) d'un angle d'entrée compris entre vingt et soixante degrés, et un bord de fuite (22) incliné par rapport à la face externe (8) d'un angle de sortie sensiblement nul.
- 8. Turbomachine intégrant un échangeur thermique selon l'une des15 revendications précédentes.
- 9. Moteur d'aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 8.
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|---|---|---|---|
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- 2016-11-22 FR FR1661341A patent/FR3059046B1/fr active Active
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