Brevet FR2265615A1 — publié le 19751024

La présente invention concerne notamment la protection des entrées d'air de moteurs d'aérodynes, d'hydroptères et autres engins, contre l'ingestion de corps étrangers tels que givre, neige, eau, sable, etc. Pour la simplification de l'exposé qui suit, on se réfèrera uniquement aux aérodynes et plus particulièrement aux hélicoptères, mais il est bien entendu que cette application n'est donnée qu"à titre illustratif et n1 est nullement limitative. On sait que les conditions les plus fréquentes de formation du givre sur les aérodynes se rencontrent à la traversée de nuages contenant des gouttes d'eau surfondues, celles-ci se transformant en glace au contact des parois. Les conséquences du givrage peuvent être particulièrement graves dans le cas des hélicoptères. En effet, lorsqutun hélicoptère traverse un nuage givrant sans protection particulière, il se produit souvent un dépôt de glace sur les entrées d'air du ou des moteurs.Si le vol en de telles conditions givrantes se prolonge, le dépôt de glace s'épaissit et de ce fait devient fragile, de sorte que, sous les effets combinés des vibrations et du frottement de l'air, des blocs de glace se détachent de la paroi et entrent dans le moteur De même lors d'un vol en conditions neigeuses, il peut se produire des accumulations de neige sur la cellule qui, pour les mêmes raisons, se détachent par paquets et sont ingérées par le moteur sous forme de neige ou de glace. De telles ingestions peuvent provoquer l'extinction du moteur bu la détérioration de ses parties tournantes. Aussi, en cas de givrage prévu, les hélicoptères sont-ils interdits de vol. Néanmoins la réglementation impose des protections contre la formation du givre sur les entrées d'air des moteurs pour couvrir les cas de vol en givrage accidentel. C'est pourquoi, les constructeurs d'hélicoptères ont été conduits à étudier entre autres les modes de protection suivants - pour empêcher la formation de givre sur les entrées d'air, on réchauffe les lèvres de celles-ci soit par circulation d'air chaud prélevé au compresseur soit par chauffage électrique - pour prévenir l'ingestion de paquets de neige ou do glace accwDulée sur a cellule, on dispose un obstacle dit bouclier anti-givre ou anti-neige devant l'entrée d'air Or, si l'anti-givrage par air chaud est simple, fIable et peu encombrant, ce système réduit cependant l'au- tonorie de appareil en raison de l'augmentation de consoin- nation de carburant.qui peut atteindre 6 0/o. De même l'antigivrage électrique pose le double problème de la consommation d'énergie et de la tenue des circuits de réchauffage. Quant au bouclier, il est vrai que son efficacité a été véri- fiée aussi bien en soufflerie de givrage qu'en vol dans des conditions neigeuses et oue de plus il dévie de leur trajecboire les gouttes d'eau surfondues protégeant ainsi l'entrée d'air, mais, an contrepartie, lorsque l'hélicoptère vole en palier à grande vitesse, le bouclier supprime intégralement la récupération de la pression dynamique, ce qui entraîne ne augmentation de la consommation de l'ordre de LL % due à la perte de charge. Dans les pays tels que les Etats-Unis d'Amérioue et le Canada où les vols en conditions neigeuses sont fréquents, des dispositions analogues ont été expérimentées ainsi que d'autres solutions telles l'entrée d'air latérale avec grille de protection contre les parquets de neige ou de glace glissant le long de la cellule. Mais de telles solutions se heurtent au risque de bouchage partiel ou total de la grille p & la glace accumulée, cl qui oblige à ne disposer la grille Que sur une partie de la section d'entrée d'air. I1 convient d'ailleurs d'observer que, dans la mise au point de solutions valables aux difficultés évoquécs, il ne faut pas perdre de vue le problème de compatibilité avec d'autres dispositifs nécessités par d'autres conditions de vol (protection anti-sable par exemple auquel cas la nature même des filtres anti-sable oblige de prévoir un by-pass pour parer au colmatage des filtres lors de vols en conditions givrantes). C'est an tenant compte dc ces différentes sujétions cue la Demanderesse a été amenée à concevoir le dispositif objet de la présente invention. Ce dispositif est agencé pour séparer par défle xion aérodynamique les corps étrangers du flux oui en est chargé, avant que celui-ci ne parvienne au moteur ou autre appareil à protéger, l'alimentation de ce dernier étant de ce fait débarrassée du moins pour l'essentiel desdits corps étrangers. Plus précisément, la solution proposée par la présente invention consiste à aménager une aspiration d'air dynamique propre à la mise en vitesse des particules ou de divers objets en suspension dans l'air aspiré et à alimenter l'appareil à protéger par une dérivation faisant un angle de déflexion important, de sorte que lesdites particules en raison de leur inertie ne peuvent négocier le virage ainsi imposé à l'air d'alimentation et s'en séparent. Ils se dirigent selon une trajectoire plus rectiligne, en direction d'un orifice de décharge. La description qui va suivre n regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale partielle illustrant un mode de réalisation de la présente invention la figure 2 est une vue analogue d'une variante de réalisation. Sur la figure 1, on a désigné par 1 le fuselage d1un hélicoptère et par 2 son moteur, par exemple à turbine à gaz, dont l'échappement se fait par un coude de sortie 3. Le turbomoteur 2 aspire, par une dérivation inclinée 4 et selon la flèche F1, de L'air en provenance d'une entrée de captation dynamique 5 assurant la mise en vitesse des particules de corps étrangers, même lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire. Une trompe pariétale 6 est disposée dans le prolongement de l'entrée 5 et débouche dans une sortie 7. La trompe 6 n'est nécessaire que lorsque l'aérodyne évolue à vitesse faible ou nulle. Elle sert à maintenir un débit d-'air d'entraînement des particules vers la sortie c'est-àdire suivant la flèche F2. Lorsque l'aérodyne évolue à vitesse moyenne ou grande, la trompe n'est plus utile et le débit d'air suivant F2 est limité à 10 ou 15 % du débit moteur par la section de sortie 7. Le fluide inducteur de la trompe 6 est d-e l'air comprimé prélevé sur le turbomoteur 2 et acheminé par un conduit 8 commandé par une vanne 9, le piquage d'air comprimé représentant au maximum 1 à 2 % du débit de masse total du turbomoteur. Blair chargé de particules est capté- selon la flèche F3 et mis en vitesse dans l'entrée dynamique 5. La dérivation inclinée 4 impose à une partie du flux d'air le virage matérialisé par la flèche Fl, le reste poursuivant une trajectoire non infléchie, comme l'indique la flèche F2. Du fait de leur inertie, les particules ayant le sens général de progression F3 ne peuvent suivre l'angle de déflexion de F1 et adoptent le parcours rectiligne F2. L'angle de déflexion, par exemple de 1 'ordre de 300, est choisi pour concilier une faible perte de charge avec la séparation désirée des particules dont la trajectoire est en direction de la sortie 7 et par conséquent à l'écart de la dérivation 4 aboutissant au turbomoteur 2. I1 est à noter que l'organe d'entrainement, en l'espèce la trompe pariétale 6 alimentée par le conduit de prélèvement d'air comprimé 8, a pour effet d'éviter l'inversion du débit d'air d'évacuation des particules, c'est-à-dire dans le sens opposé à F2-, lors de vitesse faible ou nulle de l'hélicoptère. En outre, avant de parvenir à la fente annulaire de soufflage 6a de la trompe G, l'air comprimé chaud circula le long de la paroi 6b du convergent de celle-ci, assurant ainsi son dégivrage. Dans la variante de réalisation de la figure 2, ltentRée d'air annulaire 5 est disposée autour d'un corps cen tral/dE type à pointe jouant, gracie à la conformation de sa partie postérieure en regard du conduit annulaire d'aspiration 4 du turbomoteur 2, le rôle de déflecteur pour les particules, comme il ressort -clairement du dessin. Le principe régissant la séparation des particules est dans l'ensemble analogue à celui décrit dans le brevet français nO 1 593 451 du 26 Novembre 1968 auquel on pourra se reporter pour des détails qui ne sont pas nécessaires à la bonne compréhension de l'invention. Dans cette variante de la figure 2, on se dispense d'une trompe spéciale dtentralnement du flux- chargé de particules, cet entranement étant assuré même en vol stationnaire par Iteffet dtînduction sur le courant issu de la sortie annulaire 7 et matérialisé par la flèche F4, de I'échange de quantité de mouvement des gaz brûlés d'échappement en 3 du turbomoteur 2, selon la flèche F5. On remarquera que le dispositif qui fait l'objet de la présente invention et qui vient d'être décrit est polyvalent et assure la fonction de protection contre ltingestion de corps étrangers, quelle que soit la nature de ceux-ci, qu 'il s'agisse de neige ou de givre, d'eau de pluie ou d'eau de mer, de sable ou autre, ce qui permet d'éviter le recours à une pluralité de systèmes spécialisés plus ou moins compatibles les uns avec les autres Au surplus, la disposition particulière de l-'entrée d'air contribue à une réduction du bruit d'aspiration. R E V E N D I C k g I O N S 1. Un dispositif de protection d'un appareil, no tannent d'un moteur d'hélicoptère ou autre aérodyne, contre l'ingestion de corps étrangers tels que givre, neige, eau, sable, etc...., ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il est agencé pour séparer par déflexion aérodynamique les corps étrangers du flux qui en est chargé, avant que celui-ci ne parvienne au moteur ou autre appareil à protéger, l'alimentation de ce dernier étant de ce fait débarrassée du moins pour l'essentiel desdits corps étrangers. 20 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit appareil à protéger est alimenté, à partir d'une entrée d'air dynamique propre à la mise en vitesse des particules ou autres objets en suspension dans l'air, par une dérivation faisant un angle de déflexion important avec cette entrée d'air, de sorte que lesdites particules an raison de leur inertie ne peuvent négocier le virage ainsi imposé à l'air d'alimentation et s'en séparent selon une trajectoire plus rectiligne, en direction d'un débouché à l'écart de l'aspiration dudit appareil. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits corps étrangers en suspension dans ledit flux sont mis en vitesse avant déflexion aérodynamique et entraî- nés selon une trajectoire quasi-rectiligne, par effet d'induction ou de troiapa. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la trompe est pariétale et présente un convergent aboutissant à un injecteur annulaire 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit injecteur est alimenté en air comprimé chaud circulant le long de la paroi dudit convergent et assurant ainsi son dégivrage. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'appareil à protéger est un turbomoteur et l'air comprimé destiné audit injecteur de ladite trompe est prélevé sur ledit turbomoteur, le piquage d'air comprimé représentant au maximum 1 à 2 % du débit total du turbomoteur. 7. Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4, dans lequel ladite entrée d'air dynamique est annulaire autour dtun corps central du type à pointe jouant le rôle de déflecteur pour les particules par sa conformation et sa disposition en regard de l'appareil à protéger.