FR3083207A1 - Ensemble propulsif pour un aeronef comprenant un rotor non carene - Google Patents

Ensemble propulsif pour un aeronef comprenant un rotor non carene Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un ensemble propulsif pour un aéronef, comportant un moteur (1) équipé d'au moins une hélice (5) de rotor non carénée et d'une rangée annulaire (6) d'aubes de stator configurées pour redresser au moins une partie d'un flux (F) de gaz traversant ladite hélice (5), l'ensemble propulsif comportant en outre un pylône (2) de fixation du moteur (1) à l'aéronef, ce pylône (2) s'étendant en aval ou en amont de ladite rangée annulaire (6) d'aubes, caractérisé en ce que ledit pylône (2) est relié physiquement à l'une desdites aubes (2b) de stator de façon à former un ensemble aérodynamique unique.

Description

ENSEMBLE PROPULSIF POUR UN AERONEF COMPRENANT UN ROTOR NON CARENE
Domaine technique :
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs d’aéronefs de type turbomachine comportant une hélice non carénée associée à un redresseur non tournant. Elle concerne plus particulièrement la fixation d’un tel moteur à l’aéronef en vue de minimiser les perturbations sur le flux d’air traversant le redresseur.
Etat de l’art :
Sur un tel moteur, l’hélice est généralement placée en amont du compartiment moteur, traversé par le flux primaire. Le redresseur comporte une rangée annulaire d’aubes de stator fixée en amont du carter du compartiment moteur, au plus près de la soufflante pour redresser le flux d’air passant autour du compartiment moteur. Le caractère non caréné de l’ensemble hélice et redresseur offre un taux de dilution bien supérieur au moteur à double flux actuels.
L’installation privilégiée de ce type de moteur sur un avion est sur le fuselage arrière, mais elle peut aussi s’envisager plus classiquement sous l’aile, comme d’autres types de moteurs. Dans les deux cas, un pylône relie le carter du compartiment moteur à la structure de l’avion et traverse donc le flux d’air derrière la rangée annulaire d’aubes du stator redresseur.
La présence du pylône perturbe l’action des aubes de stator sur au moins deux aspects. D’un point de vue aérodynamique, les modifications d’écoulement induites par le pylône remontent au niveau des aubes de stator, voire de l’hélice et dégradent leur fonctionnement. D’un point de vue acoustique, le pylône interagit de manière instationnaire avec le sillage de l’hélice et des aubes de stator, ce qui crée des sources de bruit.
L’invention a pour objectif de réduire les inconvénients de ce type liés à la présence du pylône derrière les aubes de stator.
Présentation de l’invention:
L’invention concerne un ensemble propulsif pour un aéronef, comportant un moteur équipé d’au moins une hélice de rotor non carénée et d’une rangée annulaire d’aubes de stator configurées pour redresser au moins une partie d’un flux de gaz traversant ladite hélice, l’ensemble propulsif comportant en outre un pylône de fixation du moteur à l’aéronef, ce pylône s’étendant en aval ou en amont de ladite rangée annulaire d’aubes, caractérisé en ce que ledit pylône est relié physiquement à l’une desdites aubes de stator de façon à former un ensemble aérodynamique unique.
La jointure entre le pylône et l’aube qui le précède évite les interactions de sillage supplémentaires dues à la présence du pylône. Cela supprime donc une source de bruit.
De préférence, le pylône s’étend en aval de ladite rangée annulaire d’aubes, ladite rangée annulaire d’aubes ayant un diamètre externe inférieur au diamètre externe dudit pylône et ladite aube reliée au pylône formant une protubérance amont à la base de raccordement du pylône au moteur.
Avantageusement, ladite aube reliée au pylône comprend un bord d’attaque qui est raccordé à un bord d’attaque dudit pylône par un bord de raccordement qui est soit sensiblement parallèle à un axe longitudinal du moteur, soit incliné d’amont en aval radialement vers l’extérieur. Ce raccordement ne crée ainsi pas de creux en aval du bord d’attaque de l’aube et évite des phénomènes instationnaires, sources de bruit et de dégradation du rendement.
Le moteur peut comprendre une entrée annulaire d’air disposée entre ladite hélice et ladite rangée annulaire d’aubes.
Avantageusement, ladite rangée annulaire d’aubes comportant une série d’aubes ayant un même profil aérodynamique, au moins deux aubes adjacentes de ladite aube reliée au pylône, une de chaque côté, sont modifiées par rapport aux aubes ayant un même profil aérodynamique. De préférence, une à trois aubes adjacentes sont modifiées de chaque côté de ladite aube reliée au pylône.
Avantageusement, ladite rangée annulaire d’aubes comportant une série d’aubes ayant un même profil aérodynamique, au moins deux aubes adjacentes de ladite aube reliée au pylône, une de chaque côté, ont le même profil aérodynamique que celui de ladite série d’aubes ayant un même profil aérodynamique.
Ces modifications permettent de prendre en compte la perturbation de l’écoulement due au pylône, pour améliorer le rendement.
De préférence, lesdites au moins deux aubes adjacentes sont du type à calage variable.
Avantageusement, les autres aubes de ladite rangée annulaire que les aubes adjacentes sont fixes.
De préférence, ladite aube reliée au pylône a un profil aérodynamique qui est le même au bord d’attaque que celui de ladite série d’aubes ayant un même profil aérodynamique.
Brève description des figures :
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente une vue en perspective d’un ensemble propulsif selon l’invention, avec son pylône de fixation.
La figure 2 représente très schématiquement une demi-coupe axiale d’un ensemble propulsif tel que celui présenté en figure 1.
La figure 3 représente schématiquement des coupes radiales indiquant les profils d’aubes de rotor et de stator dans un ensemble propulsif selon l’invention.
La figure 4 représente schématiquement en coupe radiale, le profil de l’aube intégrée au pylône et de la première aube adjacente du stator, dans une première variante de réalisation de l’invention.
La figure 5 représente schématiquement en coupe radiale, le profil de l’aube intégrée au pylône et de la première aube adjacente du stator, dans une deuxième variante de réalisation de l’invention.
La figure 6 représente très schématiquement une demi-coupe axiale d’un ensemble propulsif selon l’invention différent de celui présenté en figure 1.
Description d’un mode de réalisation de l’invention :
Les figures 1 et 2 illustrent un moteur 1 à hélice non carénée attaché à un pylône 2 de maintien sur la structure d’un aéronef. L’aéronef n’est pas représenté, le moteur 1 peut être positionné par exemple soit sous une aile soit contre le cône arrière du fuselage.
L’amont et l’aval s’entendent ici par rapport à la direction générale du flux d’air suivant l’axe X du moteur. Ledit moteur 1 comprend un compartiment générateur de puissance 3 de type turbomachine alimenté en flux primaire par une entrée d’air annulaire 4. Le compartiment générateur de puissance 3 entraîne une hélice 5 non carénée placée en amont de l’entrée d’air annulaire 4. Une rangée annulaire 6 d’aubes de stator est fixée au carter, non visible, du compartiment générateur de puissance 3, en aval de l’entrée d’air annulaire 4. Cette rangée annulaire 6 d’aubes de stator a pour fonction de redresser le flux d’air F entraîné par l’hélice 5, qui passe autour du capot 7 dudit compartiment générateur de puissance 3.
Le pylône 2 est fixé au carter du compartiment générateur de puissance 3, en aval de la rangée annulaire 6 d’aubes de stator. En particulier, le pylône 2 comporte une partie structurale 2a qui est décalée axialement de la rangée annulaire 6 d’aubes de stator, en aval de cette dernière.
Selon l’invention, le pylône 2 comporte une partie aérodynamique 2b, dans sa partie amont contre le capot 3, qui forme une des aubes de la rangée annulaire 6 d’aubes de stator. Cette partie aérodynamique 2b s’étend à partir du capot du compartiment générateur de puissance avec une extension suivant la direction radiale R sensiblement égale à celle de l’ensemble des autres aubes 9 de la rangée annulaire 6. La partie aérodynamique 2b du stator 2 forme l’une des aubes de la rangée annulaire 6 d’aubes de stator. Le pylône s’étendant radialement au-delà de l’hélice 5 et de la rangée annulaire 6 pour fixer le moteur 1 à l’aéronef, la partie aérodynamique 2a forme une protubérance à l’amont du pylône, d’extension radiale égale à celle des aubes de la rangée annulaire 6. Avantageusement, la partie aérodynamique 2b et la partie structurale 2a se raccordent de manière douce, sans ruptures de pente, aussi bien suivant la direction radiale R que la direction axiale X. En particulier, le bord d’attaque de la partie aérodynamique 2a formant l’aube est raccordé à un bord d’attaque dudit pylône 2 par un bord de raccordement qui est soit sensiblement parallèle à l’axe longitudinal X du moteur 1, soit incliné d’amont en aval radialement vers l’extérieur.
En référence à la figure 3, les aubes 8 de l’hélice 5 en rotation à la vitesse ω impriment à l’écoulement, pour un rayon donné r par rapport à l’axe X du moteur, une vitesse v qui a une composante azimutale importante u, sensiblement égale à la vitesse circonférentielle ηω du profil des aubes 8 au rayon r. Les aubes 9 de la rangée annulaire 6 du stator sont configurées pour infléchir l’écoulement et faire en sorte que sa vitesse v’ ait une composante azimutale faible en sortie de la rangée annulaire 6 d’aubes.
L’aube 9 en haut à droite de la figure 3 est censée représenter le cas général d’une aube de la rangée annulaire 6 d’aubes de stator éloignée du pylône 2, qui est peu influencée par ce dernier. Son profil perpendiculaire à la direction radiale est courbé et réglé avec un angle de calage a donné. L’angle de calage a est ici l’angle que fait la ligne joignant le bord d’attaque 10 et le bord de fuite 11 du profil avec la direction axiale X.
La partie inférieure droite de la figure 3 représente le pylône 2 intégrant l’aube 2b formée en amont par sa partie aérodynamique 2b. Les lignes en traits pointillés, 2’a et 9’, montrent les profils initiaux qu’auraient la partie structurale 2a du pylône et l’aube de stator si cette dernière n’était pas intégrée. L’aube de stator aurait essentiellement le même profil 9’ et le même calage que l’aube 9 du cas général. La partie structurale 2a aurait un profil épais, sensiblement symétrique autour de la direction axiale X et conformé pour minimiser ses effets sur l’écoulement redressé derrière les aubes 9 de la rangée annulaire 6. La partie structurale 2a est positionnée en aval par rapport à la partie aérodynamique 2b de manière à être centrée sensiblement autour de la position qu’aurait le bord de fuite du profil initial 9’ de l’aube.
La partie structurale 2a et la partie aérodynamique 2b sont déformées par rapport aux profils initiaux 2’a et 9’. En particulier, elles sont étendues axialement pour entrer en contact avec un raccord continu, avantageusement sans rupture de pente sur le profil de l’ensemble. En allant de l’amont vers de l’aval, le raccord avec déformation part sensiblement du lieu d’épaisseur maximale du profil initial 9’ de l’aube sur la partie aérodynamique 2b, pour faciliter l’épaississement nécessaire jusqu’à la partie structurale 2a et minimiser les zones de changement de courbure sur le profil général du pylône 2.
La présence du pylône 2 avec une partie aérodynamique 2b en amont remplaçant une aube 9’ de la rangée annulaire 6 du stator est une source de distorsion sur l’écoulement autour des aubes de la rangée annulaire 6 qui en sont proches. Notamment, l’épaisseur de la partie structurale 2a et du raccord écarte l’écoulement. Il est alors avantageux de modifier la géométrie d’une ou plusieurs aubes de la rangée annulaire 6, circonférentiellement de part et d’autre du pylône 2, par rapport à la géométrie du cas général d’aube 9, afin d’améliorer la performance globale de la rangée annulaire 6 d’aubes intégrant la partie aérodynamique 2b du pylône 2, notamment en ce qui concerne les pertes de pression.
Les figures 4 et 5 illustrent deux variantes où seule l’aube 12 la plus proche circonférentiellement du pylône 2, du côté intrados de la partie aérodynamique 2b du pylône, est modifiée. L’aube suivante, non représentée, de la rangée annulaire du stator conserve ici le profil de l’aube 9 du cas général représenté sur la figure 3.
Sur la figure 4, c’est la géométrie du profil aérodynamique de l’aube adjacente 12 qui est modifié par rapport à celui d’une aube 9”, représentée en traits discontinus, correspondant au cas général placée au même endroit sur la circonférence de la rangée annulaire 6. Dans cette variante, une aube présentant un profil dont l’épaisseur varie autour d’une ligne médiane appelée squelette, du bord d’attaque au bord de fuite, c’est essentiellement la loi de variation de l’angle du squelette 13 de l’aube 12 avec l’axe X du moteur entre le bord d’attaque 10 et le bord de fuite 11 qui est modifiée par rapport au squelette 14 de l’aube 9”, qui représenterait le cas général. Ici, le squelette 13 démarre avec sensiblement le même angle au bord d’attaque 10 que le cas général 14, pour être adapté à l’écoulement incident, et arrive avec un angle beaucoup plus faible au bord de fuite 11 que dans le cas général, pour tenir compte de la perturbation par le pylône 2.
Sur la figure 5, l’aube 12’ adjacente a la même géométrie qu’une aube 9” du cas général placée au même endroit, représentée en traits discontinus, mais son angle de calage β est modifié. Ici, l’angle de calage β est diminué par rapport à celui a du cas général pour que l’angle du squelette 13’ avec l’axe moteur X au niveau du bord de fuite 11’ soit similaire à celui obtenu en modifiant la géométrie de l’aube sur la figure précédente.
Des extensions des variantes précédentes concernent les cas où plus d’aubes adjacentes, du côté intrados et extrados, par rapport au profil aérodynamique du pylône, sont modifiées. Dans un mode de réalisation préférentiel, autant d’aubes sont modifiées du côté extrados que du côté intrados. Le nombre d’aubes adjacentes modifiées peut varier de quatre à huit, sachant qu’une rangée annulaire 6 d’aubes de redresseur derrière l’hélice 5 comporte généralement dix aubes.
Une troisième variante, non représentée, généralise celle de la figure 5 dans le cas où toutes les aubes de la rangée annulaire 6, hormis celle intégrée au pylône, sont conçues pour être à calage variable. La conception d’une rangée annulaire d’aubes à calage variable peut être avantageuse pour optimiser les performances du stator redresseur en fonction du régime du moteur. Dans cette variante, le système de commande des aubes à calage variable est conçu pour donner, à même position de l’actionneur de changement de calage, un angle de calage différent aux aubes adjacentes en fonction de leur localisation par rapport au pylône 2. La loi de variation de l’angle de calage peut ainsi être adaptée au moins pour les aubes de la rangée annulaire qui sont proches en azimut du pylône 2.
L’invention a été présentée dans le cas de l’installation d’un moteur avec une hélice en amont du corps générateur de puissance. En référence à la figure 6, elle peut aussi s’appliquer au cas d’un moteur d’aéronef où l’hélice non carénée 25 est en position pousseur, derrière le corps de génération de puissance 23. Dans ce cas, les positions axiales du pylône 22, de la rangée annulaire 26 d’aubes de stator et de l’hélice 25 sont inversées. Comme indiqué sur la figure 6, dans ce cas, c’est l’aval de la partie structurante 22a qui se raccorde à une partie aérodynamique 22b formant un élément de la rangée d’aubes du redresseur. De la même façon, les profils perpendiculaires à la direction radiale, non représentés, se raccordent de manière douce entre la partie structurale 22a et la partie aérodynamique 22b, dont l’aval reproduit le bord de fuite d’une aube, non représentée, du cas général de la rangée annulaire d’aubes de stator. De même, les différentes solutions de modification des aubes adjacentes qui ont été présentées pour les variantes du cas précédent peuvent être appliquées sur la rangée annulaire d’aubes du stator.

Claims (9)

  1. Revendications
    1. Ensemble propulsif pour un aéronef, comportant un moteur (1) équipé d’au moins une hélice (5) de rotor non carénée et d’une rangée annulaire (6) d’aubes de stator configurées pour redresser au moins une partie d’un flux (F) de gaz traversant ladite hélice (5), l’ensemble propulsif comportant en outre un pylône (2) de fixation du moteur (1) à l’aéronef, ce pylône (2) s’étendant en aval ou en amont de ladite rangée annulaire (6) d’aubes , caractérisé en ce que ledit pylône (2) est relié physiquement à l’une desdites aubes (2b) de stator de façon à former un ensemble aérodynamique unique.
  2. 2. Ensemble propulsif pour un aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le pylône (2) s’étend en aval de ladite rangée annulaire (6) d’aubes, ladite rangée annulaire (6) d’aubes ayant un diamètre externe inférieur au diamètre externe dudit pylône (6) et ladite aube (2a) reliée au pylône formant une protubérance amont à la base de raccordement du pylône (2) au moteur (1).
  3. 3. Ensemble propulsif pour un aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite aube (2a) reliée au pylône comprend un bord d’attaque qui est raccordée à un bord d’attaque dudit pylône (2) par un bord de raccordement qui est soit sensiblement parallèle à un axe longitudinal du moteur, soit incliné d’amont en aval radialement vers l’extérieur.
  4. 4. Ensemble propulsif pour un aéronef selon l’une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le moteur (1) comprend une entrée annulaire (4) d’air disposée entre ladite hélice (5) et ladite rangée annulaire (6) d’aubes.
  5. 5. Ensemble propulsif pour un aéronef selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, ladite rangée annulaire (6) d’aubes comportant une série d’aubes (9) ayant un même profil aérodynamique, au moins deux aubes adjacentes (12’) de ladite aube (2a) reliée au pylône (2), une de chaque côté, sont modifiées par rapport aux aubes (9) ayant un même profil aérodynamique.
  6. 6. Ensemble propulsif pour un aéronef selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, ladite rangée annulaire (6) d’aubes comportant une série d’aubes (9) ayant un même profil aérodynamique, au moins deux aubes adjacentes (12’) de ladite aube (2a) reliée au pylône (2), une de chaque côté, ont le même profil aérodynamique que celui de ladite série d’aubes (9) ayant un même profil aérodynamique.
  7. 7. Ensemble propulsif pour un aéronef selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdites au moins deux aubes adjacentes (12’) sont du type à calage variable.
  8. 8. Ensemble propulsif pour un aéronef selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les autres aubes (9) de ladite rangée annulaire (6) que les aubes adjacentes (12’) sont fixes.
  9. 9. Ensemble propulsif pour un aéronef selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ladite aube (2a) reliée au pylône (2) a un profil aérodynamique qui est le même au bord d’attaque que celui de ladite série d’aubes (9) ayant un même profil aérodynamique.
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