FR3080889A1 - Ensemble propulsif pour aeronef comprenant un dispositif de prise d'air froid a profil aerodynamique variable - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble propulsif pour aéronef comprenant un mat et une turbomachine à double flux ayant un conduit de soufflante (10) dans lequel s'écoule un flux d'air (F), la turbomachine comprenant en outre un système d'admission d'air avec un dispositif de prise d'air froid (27) pour prélever une partie du flux d'air (F) dans le conduit de soufflante, ledit dispositif comprenant une écope (31) coulissante comprenant une face amont ouverte pour laisser passer l'air et une cloison inférieure ayant une ouverture de sortie d'air connecté à un échangeur (22), l'écope (31) pouvant coulisser entre une position d'ouverture, dans laquelle l'écope (31) s'étend au moins en partie dans le conduit de soufflante (10) et dans laquelle une partie de l'écoulement de l'air dans le conduit de soufflante (10) s'engouffre dans l'écope par sa face amont et une position de fermeture, dans laquelle l'écope (31) ne s'étend pas dans le conduit de soufflante (10) et a sa cloison supérieure (3 le) obturant la découpe.
Description
ENSEMBLE PROPULSIF POUR AERONEF COMPRENANT UN DISPOSITIF DE
PRISE D’AIR FROID A PROFIL AERODYNAMIQUE VARIABLE
L’invention concerne un ensemble propulsif d’aéronef comprenant un dispositif de prise d’air froid a profd aérodynamique variable pour prélever de l’air dans le conduit de soufflante.
Une turbomachine à double flux comprend généralement un système d'admission d'air pour fournir de l'air aux systèmes utilisateurs d'air de l'aéronef tels 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 fourni aux systèmes d'air d'aéronef reste inférieure à une température limite, le système d'admission d'air comprend un échangeur (PCE) dans lequel les flux d'air froid et chaud sont mélangés.
De manière connue, par exemple tel que décrit dans la demande FR3028289, l’air du conduit de soufflante est prélevé par un dispositif de prise d’air froid fixé au conduit de soufflante pour intercepter une partie de l’écoulement de l’air dans ledit conduit de soufflante. Le dispositif de prise d’air froid se présente sous la forme d’un boîtier, agencé dans le conduit de soufflante, qui comprend un volet motorisé afin de réguler le débit d’air fourni à l’échangeur en fonction des besoins en air des systèmes utilisateurs.
L’un des objectifs de l’invention est de proposer une conception alternative à un tel dispositif de prise d’air froid. A cet effet, l’invention concerne un ensemble propulsif pour aéronef comprenant un mat prévu pour être accroché sous une aile de l’aéronef, et une turbomachine à double flux, ladite turbomachine comprenant :
un moteur fixé au mat et prévu pour entraîner en rotation une soufflante ;
une interveine annulaire concentrique au moteur ;
une nacelle concentrique à l’interveine, l’interveine et la nacelle définissant entre elles un conduit de soufflante dans lequel s’écoule un flux d’air lors de rotation de la soufflante; deux bifurcations reliant le moteur à la nacelle et traversant le conduit de soufflante ;
un système d'admission d'air comprenant un circuit d’air ayant un dispositif de prise d’air froid arrangé au niveau d’une découpe pratiquée dans l’un de la nacelle , de l’interveine ou d’une bifurcation, le dispositif de prise d’air froid comprenant une écope montée coulissant dans un châssis s’étendant dans le prolongement des bords de la découpe et un dispositif d’actionnement de l’écope, l’écope pouvant étant mobile entre une première position, dite d’ouverture, dans laquelle l’écope s’étend au moins en partie dans le conduit de soufflante et dans laquelle une partie de l’écoulement de l’air dans le conduit de soufflante s’engouffre dans l’écope et une seconde position, dite de fermeture, dans laquelle l’écope est confinée dans le châssis et ne s’étend pas dans le conduit de soufflante.
Le dispositif de prise d’air selon l’invention fonctionne ainsi comme une écope à profil aérodynamique variable adapté en fonction des besoins du système d’admission d’air afin de ne pas impacter inutilement les performances aérodynamiques de la turbomachine. Dans la position de fermeture, le dispositif de prise d’air n’engendre pas de traînée significative. Dans la position d’ouverture, le dispositif de prise d’air permet de couvrir les besoins en air du système d’admission d’air, notamment en cas de régime ralenti du moteur.
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 propulsif d’aéronef vu en coupe selon son axe longitudinal, ledit ensemble comprenant un mât auquel est attachée une turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 est une vue schématique montrant l’agencement des différents composants du système d’admission d’air de la turbomachine de figure 1 ;
- la figure 3 représente une vue, selon l’axe longitudinal de l’ensemble moteur, d’un dispositif de prise d’air froid du système d’admission d’air selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 4 représente une vue en perspective du dispositif de prise d’air froid de la figure 3 ;
- les figures 5a et 5b représentent respectivement, dans une vue en perspective, deux configurations du dispositif de prise d’air de la figure 4 ;
- la figure 6 est un détail d’un mécanisme permettant de modifier la configuration du dispositif de prise d’air froid selon un mode de réalisation de l’invention ; et
- la figure 7 représente une vue en perspective d’un dispositif de prise d’air froid du système d’admission d’air selon un autre mode de réalisation de l’invention.
En référence avec les figures 1 et 2, un ensemble propulsif 1 comprend un mât 2 fixé sous l’aile 3 d’un aéronef et une turbomachine 4 à double flux. La turbomachine 4 comprend une nacelle annulaire 5, centrée sur un axe longitudinal X, qui constitue l'enveloppe externe de la turbomachine et entoure un moteur 6 fixé au mat 2, et une soufflante 7 entraînée par le moteur 6 durant son fonctionnement.
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 4 et qui est produit par la rotation de la soufflante 7.
La turbomachine 4, comprend de plus, en aval de la soufflante 7, une interveine annulaire 8 concentrique au moteur 6 et qui délimite avec ce dernier une veine annulaire de flux d’air chaud 9.
La nacelle 5 entoure l’interveine 8 avec laquelle elle est concentrique. L’interveine 8 et la nacelle 5 définissent entre elles une veine annulaire de flux d’air froid, dit conduit de soufflante 10, qui reçoit la majorité du flux d’air éjecté par la soufflante 7 lors de la rotation de cette dernière (une minorité du flux d’air passe dans la veine de flux d’air chaud 9).
Le conduit de soufflante 10 se prolonge jusqu’à la tuyère 11 du moteur 6. Le moteur 6 est fixé à la nacelle 5 au moyen de deux bifurcations 12,13 diamétralement opposées qui permettent d’assurer une cohésion mécanique de la turbomachine 1 et relient notamment entre eux la nacelle 3 et l’interveine 8 en traversant le conduit de soufflante.
La turbomachine 1 comprend, de manière connue, un système d'admission d'air 20 afin de fournir en air un ou plusieurs systèmes utilisateurs d’air 21 (non représentés sur la figure 1).
Le système d'admission d'air 20 comporte, arrangés, par exemple, dans l’épaisseur de l’interveine 8:
- un échangeur 22 mixant un flux d’air chaud H et un flux d’air froid F reçus en entrées de l’échangeur. Une sortie de l’échangeur 22 est reliée fluidiquement à au moins un système utilisateur d'air 21.
- un circuit d’air chaud 23 comprenant un dispositif de prise d’air chaud 24 destinée à prélever de l’air chaud H dans le moteur 6 (sur les étages de compresseurs du moteur par exemple) et un conduit 25 reliant une sortie de la prise d’air chaud 24 à l’échangeur 22 pour envoyer un flux d’air chaud H en entrée de l’échangeur 22 ;
- un circuit d’air froid 26, comprenant un dispositif de prise d’air froid 27 destinée à prélever de l’air froid F dans le conduit de soufflante 10 et une goulotte 28 reliant une sortie de la prise d’air froid 27 à l’échangeur 22 pour envoyer un flux d’air froid F en entrée de l’échangeur 22.
En référence avec les figures 3 à 6, le dispositif de prise d’air froid 27 est arrangé au niveau d’une découpe 30 pratiquée dans l’interveine 8. La découpe 30 comprend un bord amont 30a, un bord aval 30b et des bords latéraux 30c reliant les bords amont et aval et s’étendant globalement suivant l’axe longitudinal X. La découpe 30 peut prendre différentes formes : trapèze, parallélépipède....
Selon l’invention, le dispositif de prise d’air froid 27 comprend une écope 31 (c’est-à-dire un boîtier creux) connectée à la goulotte 28 et montée coulissant dans un châssis 32 arrangé dans l’épaisseur de l’interveine et dans le prolongement des bords 30a-c de la découpe 30, ainsi qu’un mécanisme de glissement 33 pour rendre l’écope 31 mobile dans le châssis 32, et un dispositif d’actionnement 34 de l’écope 31 pour déplacer l’écope par rapport au châssis 32 entre une position d’ouverture PI (figure 5a) dans laquelle l’écope 31 s’étend en partie dans le conduit de soufflante 10 et une position de fermeture P2 (figure 5b) dans laquelle l’écope 31 ne s’étend pas dans le châssis 32. Dans la position de fermeture P2, l’écope est confinée dans le châssis 32 et obture la découpe 30.
Le châssis 32 est creux et est délimité par une paroi amont 32a prolongeant le bord amont 30a de la découpe, une paroi aval 32b prolongeant le bord aval 30b de la découpe, ainsi que deux parois latérales 32c chacune prolongeant un bord latéral 30c de la découpe. Le châssis 32 est fixé de manière étanche, par exemple par collage ou vissage, aux bords 30a-c de la découpe 30.
L’écope 31 présente une face avant 31a ouverte pour permettre le passage de l’air dans l’écope, une cloison aval 31b et des cloisons latérales 31c, une cloison inférieure 3Id fermant la face inférieure de l’écope 31 et une cloison supérieure 31e fermant la face supérieure de l’écope 31. La face amont de l’écope 31 est quant à elle ouverte.
La cloison aval 31b est située en regard de et parallèlement à la paroi aval 32b du châssis, la face amont 31a de l’écope 31 est située parallèlement à la paroi amont 32a du châssis et chaque paroi latérale 31c de l’écope est située en regard de et parallèlement à une cloison latérale 32c du châssis. Les cloisons/parois amont 31a-32a et les cloisons/parois aval 31b-32b s’étendent dans l’épaisseur de l’interveine 8 selon une direction globalement perpendiculaire à la paroi 10a de l’interveine 8 au niveau de la découpe 30.
En position de fermeture P2 (voir figure 5b), la cloison supérieure 31e ferme la découpe 30 et est affleurante avec la paroi 10a de l’interveine 8 environnante à la découpe 30. Avantageusement, la cloison supérieure 3 le a une forme complémentaire à celle de la paroi 10a de l’interveine 8 au niveau de la découpe 30 de sorte à minimiser la traînée induite par l’écope 31 dans sa position de fermeture.
La cloison inférieure 3 Id comprend une ouverture 35, dite sortie d’air, sous forme d’un tube de sortie d’air s’étendant hors de l’écope pour permettre de diriger l’air hors cette dernière. La sortie d’air 35 connecté à la goulotte 28 via un soufflet 36. Avantageusement, la cloison inférieure 3 Id est profdée avec une forme d’entonnoir dont la sortie d’air 35 forme la sortie.
Le mécanisme de glissement 33 comprend, par exemple, au niveau de chaque cloison 31c latérale en regard d’une paroi latérale 32c, une fente 37 arrangée sur la paroi latérale 32c et au moins un pion 38 s’étendant perpendiculairement hors de la cloison latérale est qui est inséré dans la fente 37. La fente 37 s’étend selon une direction globalement perpendiculaire à la paroi 10a au niveau de la découpe 30, similairement aux cloisons/parois aval 3 lb-32b et amont 3 la-32a.
La position d’ouverture PI est atteinte quand un pion 38 à atteint l’extrémité de la fente 37 située la plus proche de la paroi 10a de l’interveine 8 (c’est-à-dire la plus proche du conduit de soufflante 10) et correspond à une position d’extension maximale de l’écope 31 hors du châssis 32, tandis que la position de fermeture P2, qui correspond à une position d’extension minimale de l’écope 31 hors du châssis 32, est atteinte quand un pion 38 à atteint l’extrémité de la fente 37 située la plus loin du conduit de soufflante 10.
Dans la position de fermeture P2, la face amont 31a est complètement couverte par la paroi amont 32a du châssis tandis que dans la position d’ouverture, la face amont 3 la est découverte.
Le dispositif d’actionnement 34 comprend un contrôleur 34a (uniquement représenté à la figure 2) de type unité centrale et un vérin 34b, comprenant un corps d’actionnement 40 fixé via un support 41 au châssis 32, une tige 42 mécaniquement couplée au corps d’actionnement 40 et s’étendant vers l’écope 31 selon une direction globalement perpendiculaire à la direction du flux d’air F dans le conduit de soufflante 10. L’extrémité 43 de la tige 42 est fixé en pivot, via tout mécanisme approprié (par exemple : bielle comme illustré à la figure 6) à une bride d’attache 44 montée sur la cloison inférieure 3 Id de l’écope 31 de sorte que la translation de la tige 42 par le corps d’actionnement 40 déplace l’écope 31 dans le châssis 32.
Lorsque la turbomachine 1 est mise en marche, le fonctionnement du dispositif de prise d’air froid 27, tel que décrit ci-dessus, est le suivant : l'air est admis dans la turbomachine via la soufflante 5. En aval de la soufflante 5, un flux d'air froid F s'écoule dans le conduit de soufflante 30.
En fonction d’une consigne de température d’air requise par un système utilisateur 21, le contrôleur 34a commande le vérin 34b pour qu’il déplace l’écope 31 dans l’une des positions suivantes :
- la position d’ouverture PI (figure 5a) adoptée pour réaliser un prélèvement maximal d’air froid F dans les cas de fonctionnement extrêmes du système d'admission d'air 20 qui se produisent lorsque la demande des systèmes utilisateurs d’air 21 est forte et est combinée à un régime moteur faible. Dans cette position PI, l’air froid F s’engouffre dans l’écope 31 par sa face amont 31a et s’échappe de l’écope 31 via la sortie d’air 35.
- la position de fermeture P2 (figure 5b) dans laquelle aucun fluide n’est prélevé, et la traînée induite par le dispositif de prise d’air froid 27est minimale.
- une position intermédiaire PI (figure 5a) entre la position d’ouverture PI et la position de fermeture P2 dans laquelle la face amont 31a est partiellement couverte par la paroi amont 32a du châssis de sorte que de l’air froid F peut d’y engouffrer. Une telle position intermédiaire PI est appropriée à la plupart des régimes moteur (par exemple en régime de croisière) de la turbomachine 4 pour réaliser un prélèvement partiel de fluide avec une libération plus ou moins importante de la face amont 3 la en fonction du débit requis.
L’avantage de l’invention est que le dispositif de prise d’air froid 27 fonctionne comme une écope mobile ayant un profil aérodynamique variable et adapté en fonction des besoins des systèmes utilisateurs 21 afin de ne pas impacter inutilement les performances aérodynamiques de la turbomachine 4, notamment en régime moteur de croisière. Ainsi, dans les cas de fonctionnement normaux du dispositif de prise d’air froid 27, où l’écope 31 est dans la position intermédiaire PI ou la position fermée P2, la traînée induite par l’écope 31 est respectivement limitée ou nulle par rapport au cas où l’écope 31 est dans la position PL
De préférence, la cloison supérieure 31e ainsi que les cloison latérales 3 Id de l’écope sont profilées aérodynamiquement et possèdent chacune successivement dans la direction du flux d’air F, un bord d’attaque et un bord de fùite. Cette disposition permet de limiter davantage la traînée induite par l’écope 31.
Dans un mode de réalisation de l’invention, et en référence avec la figure 7, le corps d’actionnement 40 du vérin 34b est déporté du dispositif de prise d’air froid 27 et est fixé à une partie fixe de la turbomachine 4. La tige 42 du vérin est fixée à un câble souple attaché en pivot à son extrémité libre à une bride montée sur la cloison inférieure 31a de l’écope (mécanisme identique à celui représenté à la figure 6). Le câble est inséré dans une gaine 51 qui est fixée à divers endroits à la structure fixe de la turbomachine et qui est également fixé au châssis via une pièce de support 41.
Un déplacement de la tige 42 entraîne un déplacement du câble guidé dans la gaine 51 et au final un déplacement de l’écope 31 par rapport au châssis 32.
En outre et bien que dans l’exemple précédemment, il a été décrit que l’échangeur 22 et le circuit d’air froid 26 sont arrangés dans l’épaisseur de l’interveine 8, ces éléments peuvent également et sans sortir du cadre de la présente invention, être arrangés à différents emplacements de l’ensemble propulsif 1. Ainsi, par exemple, le circuit d’air froid 120 peut être arrangé dans l’épaisseur de la nacelle 5 (dans ce cas, la découpe est pratiquée dans la nacelle), ou encore dans l’une des bifùrcations 12,13 (dans ce cas, la découpe est pratiquée dans la bifùrcation).
Claims (9)
- REVENDICATIONS1) Ensemble propulsif (1) pour aéronef comprenant un mat (2) prévu pour être accroché sous une aile (3) de l’aéronef, et une turbomachine (4) à double flux, ladite turbomachine comprenant :un moteur (6) fixé au mat et prévu pour entraîner en rotation une soufflante (7) ;une interveine (8) annulaire concentrique au moteur (6) ;une nacelle (5) concentrique àTinterveine (8), l’interveine (8) et la nacelle (5) définissant entre elles un conduit de soufflante (10) dans lequel s’écoule un flux d’air (F) lors de rotation de la soufflante (7) ;deux bifurcations (12,13) reliant le moteur à la nacelle et traversant le conduit de soufflante (10);un système d'admission d'air (20) comprenant un circuit d’air (26) ayant un dispositif de prise d’air froid (27) arrangé au niveau d’une découpe (30) pratiquée dans l’un de la nacelle (5), de l’interveine (8) ou d’une bifurcation ( 12,13), caractérisée en ce que le dispositif de prise d’air froid (27) comprend une écope (31) montée coulissant dans un châssis (32) s’étendant dans le prolongement des bords (30a-c) de la découpe (30) et un dispositif d’actionnement (34) de l’écope, l’écope (31) pouvant étant mobile entre une première position (PI), dite d’ouverture, dans laquelle l’écope (31) s’étend au moins en partie dans le conduit de soufflante (10) et dans laquelle une partie de l’écoulement de l’air dans le conduit de soufflante (10) s’engouffre dans l’écope (31) et une seconde position (P2), dite de fermeture, dans laquelle l’écope (31) est confinée dans le châssis (32) et ne s’étend pas dans le conduit de soufflante (10).
- 2) Ensemble propulsif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d’actionnement (34) comprend un vérin (34b) ayant un corps d’actionnement (40) et une tige (42) mécaniquement couplée au corps d’actionnement (40), une extrémité libre de la tige (40) étant fixée à l’écope (31).
- 3) Ensemble propulsif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d’actionnement (34) comprend un vérin (34b) ayant un corps d’actionnement (40) et une tige (42) mécaniquement couplée au corps d’actionnement (40), la tige (42) étant fixée à un câble dont une extrémité est fixée à l’écope (31).
- 4) Ensemble propulsif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif d’actionnement (34) comprend un contrôleur (34) du dispositif d’actionnement (34) pour déplacer l’écope (31) entre la position d’ouverture (PI) et la position de fermeture (P2) :la position d’ouverture (P 1) étant adoptée pour réaliser un prélèvement maximal d’air ;la position de fermeture (P2) étant adoptée pour ne prélever aucun air ;une position intermédiaire (PI) entre la position d’ouverture (PI) et la position de fermeture (P2) étant adoptée pour réaliser un prélèvement partiel d’air.
- 5) Ensemble propulsif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’écope (31) comprend successivement, dans le sens d’écoulement de l’air dans le conduit de soufflante, une face amont ouverte (31a), puis une cloison aval (31b), une cloison supérieure (31e), une cloison inférieure (31d), et deux cloisons latérales (31d), chaque cloison latérale (3 Id) reliant entre elles d’une part les cloisons aval et amont et d’autre part les cloisons supérieures et inférieures, la cloison inférieure (3 Id) présentant une ouverture (35)de sortie d’air.
- 6) Ensemble propulsif (1) selon la revendication 5, le système d'admission d'air (20) comprenant en outre un échangeur d’air (22), caractérisé en ce que l’ouverture de sortie d’air (35) est connectée à l’échangeur via une goulotte (28).
- 7) Ensemble propulsif (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’ouverture de sortie d’air (35) est connectée à la goulotte (28) au travers d’un soufflet (36).
- 8) Ensemble propulsif (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cloison inférieure (3 Id) est profdée avec une forme d’entonnoir dont l’ouverture de sortie d’air (35) forme la sortie.
- 9) Ensemble propulsif (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les cloisons latérales (31c) et supérieure (31e) sont profdées aérodynamiquement et possèdent chacune successivement dans la direction des flux d’air (F), un bord d’attaque et un bord de fuite.
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