Brevet FR2476742A1 — publié le 19810828

L'invention concerne, d'une manière générale, un circuit d'air auxiliaire pour moteur à turbine à gaz qui fournit un moyen nouveau et amélioré de mesure de la température de l'air à l'entrée du moteur et de refroidissement de consti- tuants du moteur. La source d'air utilisée pour le refroidissement de constituants du moteur tels qu'un module électronique est ha- bituellement de l'air prélevé sur les premiers étages du com- presseur d'un moteur à turbine à gaz ou, dans un turbo-réac- teur dilué, de l'air pris en arrière de la soufflante. L'air provenant de chacune de ces sources, voit sa pression augmen- tée par le compresseur ou la soufflante, et est donc plus chaud; il constitue par conséquent une source d'air de re- froidissement moins intéressante que l'air extérieur non comprimé qui enveloppe la nacelle du moteur. De plus, l'uti- lisation d'air venant de ces sources est préjudiciable au rendement global du groupe propulseur. Ainsi, l'agent de re- froidissement le plus efficace est l'air extérieur qui pénè- tre dans la nacelle ou passe à côté d'elle. Par ailleurs, l'objectif final est de refroidir les composants électroni- ques logés dans le module, et non de refroidir la totalité de l'environnement autour du module. Dans ces conditions, les circuits de refroidissement qui se contentent de faire passer de l'air autour de l'extérieur du module ne consti- tuent pas le moyen le plus efficace de donner une durée de vie et une fiabilité maximales aux composants électroniques. Comme indiqué plus haut, l'air comprimé fourni par une source intérieure au moteur est à température plus élevée que l'air entourant la nacelle et n'est donc pas aussi effi- cace pour le refroidissement que l'air extérieur. En outre, si l'on utilise pour le refroidissement et la ventilation l'air de pression dynamique, c'est-à-dire l'air qui est contraint d'entrer dans le moteur au fur et à mesure que l'a- vion se déplace dans l'air, il n'y a plus d'écoulement d'air lorsque l'avion est immobile au sol. Pour le bon fonctionnement d'un moteur à turbine à gaz, un autre facteur important est la détermination de la tempé- rature d'entrée de l'air dans le moteur. La poussée exercée par un moteur à turbine à gaz et le réglage des commandes du moteur dépendent en partie de la température de l'air péné- trant dans le moteur. En conséquence, il faut mesurer la tem- pérature d'entrée de l'air pour régler l'alimentation du mo- teur en carburant, de façon à avoir la poussée voulue. Les capteurs destinés à mesurer la température d'entrée de l'air se trouvent généralement, sur la nacelle du moteur, en amont du compresseur du moteur, et en amont de la soufflante dans le cas d'un turboréacteur dilué, si bien qu'ils sont exposés directement au flux d'air entrant dans le moteur. Malheureu- sement, cette disposition peut se traduire par des indica-; tions imprécises ou même l'impossibilité de mesurer la tem- pérature. Par exemple, les capteurs peuvent être recouverts d'une couche de glace dans certaines conditions atmosphéri- ques ou bien être endommagés par des corps étrangers (rencon- tre d'oiseaux ou impacts departicules de terre). Une difficul- té encore plus sérieuse peut se présenter si les capteurs se trouvent sur la surface intérieure du capotage de l'entrée d'air du moteur. Si un capteur, ou une de ses parties, vient à casser, ce qui pourrait arriver par exemple en cas de ren- contre avec un oiseau, le morceau ainsi détaché pourrait être ingéré par la soufflante ou le compresseur et pourrait causer de sérieux dommages au moteur ou même le mettre hors service. Suivant une de ses réalisations, la présente invention consiste en un circuit d'air auxiliaire pour moteur à turbine à gaz dans lequel de l'air venant de la région extérieure à la nacelle du moteur est aspiré à des fins de mesure et de refroidissement. Les constituants du circuit se trouvent dans la nacelle du moteur entre le générateur de gaz et le capotage du mo- teur; quand le circuit est utilisé sur un turboréacteur di- lué, ces constituants se trouvent dans l'espace annulaire si- tué dans la nacelle entre le capotage de la soufflante et le carter de la soufflante. Les constituants sont: une canali- sation d'air, dont l'extrémité extérieure est reliée à un capotage au niveau d'une ouverture du capotage et dont l'ex- trémité intérieure est reliée à une structure à refroidir, telle qu'un module électronique; des capteurs d'environne- ment, tels que des capteurs de température, servant à mesurer l'état de l'air dans la canalisation; une structure à refroi- dir (qui peut de préférence comprendre- une chambre de trans- fert de chaleur) à travers laquelle l'air venant de la cana- lisation passe pour la refroidir; un dispositif à flux d'air (aspirateur à flux d'air), de préférence une pompe à jet uti- lisant comme élément d'entraînement de l'air sous pression venant d'une autre partie du moteur, qui communique avec la structure à refroidir pour faire passer dans la canalisation et la structure à refroidir l'air venant de la région exté- rieure à la nacelle et l'amener au dispositif à flux d'air; de plus, si on le souhaite, l'air sortant de l'aspirateur peut être envoyé sur des constituants choisis du moteur pour les refroidir. La description qui va suivre se réfère aux figures anne- xées, qui représentent respectivement: Fig. 1, une vue en coupe de la partie avant d'une nacel- le, montrant une vue de côté du turboréacteur dilué qu'elle abrite et mettant en oeuvre une réalisation de la présente invention; Fig. 2, une vue en coupe partielle de l'extrémité d'en- trée d'une canalisation d'air du circuit de la présente in- vention, extrémité réunie au capotage de l'entrée d'air. Cet- te vue est faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1 en re- gardant dans le sens des flèches. La figure 2a représente un autre procédé possible pour obtenir de l'air extérieur, en utilisant un joint à embrassement qui s'appuie contre la por- te du capotage de la soufflante Fig. 3, une vue isométrique d'un module électronique dont les parois sont découpées pour montrer des composants électroniques situés à l'intérieur et une chambre de trans- fert de chaleur qui font partie du présent circuit; et, Fig. 4, une vue de côté, en coupe, d'un type représenta- tif de pompe à jet comprise dans le circuit de refroidisse- ment. Si l'on se reporte maintenant à la figure 1, on y voit la partie avant d'une nacelle 1 entourant un moteur à turbi- ne à gaz. Le type particulier de moteur représenté est un turboréacteur dilué. Toutefois, comme on l'a indiqué plus haut, l'invention s'applique aussi bien à d'autres types de moteurs à turbine. La partie avant de la nacelle 1 est délimitée par un ca- potage 2 d'entrée d'air et un capotage 3 de soufflante. Un carter 4 de soufflante se trouve radialement à l'intérieur par rapport au capotage 3 de la soufflante. Le carter 4 de la soufflante est de manière générale annulaire et entoure les constituants de la soufflante, y compris le rotor 5 de la soufflante (ligne en traits interrompus) et une coiffe 6. A l'intérieur de la nacelle 1 et entre le capotage 3 de la souf- flante et le carter 4 de la soufflante se trouve un espace annulaire 7. L'espace annulaire 7 est étroit et convient donc bien au montage de divers constituants du moteur tels que des accessoires 8 entraînés par le moteur, qui sont par exemple un démarreur, des pompes hydrauliques et une pompe de lubri- fication. On voit sur les figures 1 et 2 que la surface extérieure du capotage 2 de l'entrée d'air comporte une ouverture 9. L'ouverture 9 se trouve de préférence en dessous de l'axe central du moteur, le plan de son orifice regardant ainsi en- dessous de l'horizontale, si bien que la pluie et la neige ne peuvent pas s'y accumuler. Au niveau de l'ouverture 9, une canalisation d'air 10 est réunie à la surface extérieure du capotage 2. La canalisation 10 part du capotage 2 de l'entrée d'air et pénètre dans l'espace annulaire 7. Une autre dispo- sition possible de l'ouverture 9 et de la canalisation 10 est celle de la figure 2A. Si le capotage 3 de la soufflante est monté sur charnière et s'ouvre pour donner accès à des cons- tituants du moteur, on l'appelle porte 3a du capotage de la soufflante. Dans la configuration de la figure 2A, l'ouvertu- re 9 se trouve sur la surface externe de la porte 3a. Comme la canalisation 10 reste fixe quand on ouvre la porte 3a, on monte sur l'extrémité de la canalisation 10 un joint souple 10a, dit "joint à embrassement", pour aligner convenablement l'extrémité de la canalisation sur l'ouverture 9 quand la porte est fermée. Dans l'espace annulaire 7, des capteurs d'environnement, tels que des capteurs Il de température, sont montés de pré- férence sur des ouvertures 12 dans lesquelles ils passent pour pénétrer dans la canalisation 10 pour y détecter des conditions d'environnement, telles que la température de l'air. Comme la température de l'air dans la région exté- rieure 13, juste à l'extérieur de l'ouverture 9, est la même que celle de l'air en amont de l'entrée d'air du moteur, mesurer la température de l'air de la région 13 (air aspiré dans la canalisation 10 par un dispositif brièvement décrit plus loin) revient exactement au même que mesurer la tempé- rature de l'air de l'entrée d'air. On emploie un dispositif approprié (non représenté) pour transmettre les informations obtenues par les capteurs à d'autres parties du moteur dont la commande dépend de la température de l'air dans l'entrée d'air. La canalisation 10 achemine l'air vers un constituant du moteur, par exemple un module électronique 14, logé dans l'espace annulaire 7, et est de préférence reliée à un dis- positif de transfert de chaleur faisant partie du constituant. Un exemple particulier d'un tel constituant est le module électronique 14 des figures 1 et 3. Dans le module 14, des composants électroniques 15 sont montés sur une embase 16. La surface opposée de l'embase 16 est soumise à l'action d'une chambre 17 de transfert de chaleur. Quand les compo- sants électroniques 15 s'échauffent en cours de fonctionne- ment, la chaleur est transférée par conduction à l'embase 16, faite en un matériau à conductibilité élevée tel qu'un métal. L'embase 16 transmet à son tour de la chaleur par conduction à l'air, apporté par la canalisation 10, qui pénètre dans la chambre 17 par une ouverture 18. Des ailettes 19, ou tout au- tre dispositif augmentant la surface, sont montées sur l'em- base 16 pour accroître le rendement de' la conduction thermi- - que. L'air sort de la chambre 17 par une ouverture 20 et pé- nètre dans une canalisation 21. L'air continue à circuler dans la canalisation 21 jusqu'à un dispositif à flux d'air, tel qu'un aspirateur 22 à flux d'air. L'aspirateur 22 peut être n'importe quel type de trompe à air capable d'aspirer dans la canalisation 10, à travers l'ouverture 9, de l'air. - se trouvant dans la région extérieure 13. Une pompe 23 à jet (cf. figures 1 et 4) constitue un exemple d'une tromlpe à air efficace. L'air sous pression des- tiné à faire marcher la pompe 23 est prélevé sur le moteur. La source de cet air sous pression peut être par exemple de l'air de la soufflante pris en aval du rotor de la soufflan- te, dans un turboréacteur dilué, ou de l'air d'un étage in- termédiaire d'un compresseur, dans un moteur à turbine à gaz quelconque. Cet air sous pression, qui sert de fluide moteur à la pompe 23, vient de sa source par la canalisation d'air 24 et est injecté dans la pompe 23 par une buse 25. L'injec- tion de ce flux d'air sous pression crée dans la zone 26 une pression inférieure à celle de la région 13 (qui se trouve à l'extérieur du capotage 2 de l'entrée d'air) et amène donc l'air de la région 13 à s'écouler dans la canalisation 10 en direction de la pompe 23. L'air circulant dans les canalisations 10 et 21, et l'air sous pression circulant dans la canalisation 24 se mé- langent dans la pompe 23. Le flux d'air mélangé sort de la pompe 23 par une sortie 27 et, si on le souhaite, peut être transporté par un dispositif de conduite tel qu'une canali- sation 28 pour refroidir des constituants choisis du moteur et ventiler l'espace annulaire 7 qui est à l'intérieur de la nacelle 1. Dans l'espace annulaire 7, divers constituants du mo- teur, y compris par exemple les accessoires 8 entraînés par le moteur mentionnés plus haut, sont refroidis par l'air ap- porté par la canalisation 28. L'aspirateur 22 à flux d'air-peut être une pompe à jet de diverses configurations, située en aval de la chambre 17 de transfert de chaleur; il peut être fixé à la chambre ou lui être incorporé. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Circuit d'air auxiliaire, logé dans une na- celle (1)- entre un générateur de gaz et un capotage (2, 3) d'un moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend a) une canalisation (10) d'air, dont une extrémité commu- nique avec une ouverture (9) ménagée dans une surface extérieu- re du capotage (2, 3) du moteur; b) au moins un capteur (11) d'environnement, agencé-pour détecter l'état de l'air dans la canalisation (10) d'air; c) une structure à refroidir (14), reliée à l'autre ex- trémité de la canalisation (10) d'air; et d) un dispositif (22) à flux d'air, communiquant avec la structure à refroidir (14) et capable de prélever de l'air à l'extérieur (13) du capotage (2, 3), de lui faire traverser la structure à refroidir (14) et de le faire arriver jusqu'à lui (22). 2 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture (9) ménagée dans la surface extérieure du capotage (2, 3) se trouve au-dessous de l'axe central du mo- teur. 3 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (11) d'environnement est un capteur de tem- pérature de l'air. 4 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (11) d'environnement est monté sur la cana- lisation (10) d'air. - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (22) à flux d'air est un aspirateur à flux d'air. 6 - Circuit suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'aspirateur (22) à flux d'air est une pompe (23) à jet que fait fonctionner de l'air sous pression prélevé sur une source située dans le moteur. 7 - Circuit suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la pompe (23) à jet mélange l'air venant de la canali- sation (10) et l'air sous pression fourni par la source située dans le moteur et délivre à sa sortie (27) un seul flux d'air. 8 - Circuit suivant la revendication 1, et comprenant en outre un dispositif qui envoie sur d'autres constituants choi- sis du moteur l'air sortant du dispositif (22) à flux d'air. 9 - Circuit suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif qui envoie sur d'autres constituants choisis du moteur de l'air venant du dispositif (22) à flux d'air est une seconde canalisation (28). - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la structure (14) à refroidir comporte une chambre (17) de transfert de chaleur. 11 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en = ce que la structure (14) à refroidir est un module électroni- que. 12 - Circuit d'air auxiliaire, logé dansune nacelle (1) entre un générateur de gaz et un capotage (2, 3) d'un moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce quFil comprend: a) une canalisation (10) d'air, dont une extrémité com- munique avec une ouverture (9) ménagée dans une surface exté- rieure'du capotage (2, 3) du moteur; b) au moins un capteur (11) de la température de l'air, qui détecte la température de l'air dans la canalisation (10); c) un module électronique (14) comprenant une chambre (17) de transfert de chaleur reliée à l'autre extrémité de la canalisation (10) d'air; d) un aspirateur (22) à flux d'air, communiquant avec la chambre (17) de transfert de chaleur et capable de préle- ver de l'air à l'extérieur (13) du capotage, de lui faire traverser la chambre (17) de transfert de chaleur et de le faire arriver jusqu'à lui (22); et e) une seconde canalisation (28), qui envoie sur d'au- tres constituants choisis du moteur l'air provenant de l'as- pirateur (22) à flux d'air. 13 - Circuit d'air auxiliaire, logé dans une na- celle (1) entre un capotage (3) de soufflante et un car- ter (4) de soufflante d'un turboréacteur dilué, caractéri- sé en ce qu'il comprend a) une canalisation (10) d'air, dont une extrémité com- munique avec une ouverture (9) ménagée dans une surface exté- rieure du capotage (2, 3) du moteur; b) au moins un capteur (11) d'environnement, agencé pour détecter l'état de l'air dans la canalisation (10); c) une structure (14) à refroidir, reliée à l'autre ex- trémité de la canalisation (10) d'air; et d) un dispositif (22) à flux d'air, communiquant avec la structure (14) à refroidir et capable de prélever de l'air à l'extérieur du capotage (2, 3), de lui faire traverser la structure (14) à refroidir et de le faire arriver jusqu'à lui (22). 14 - Circuit suivant la revendication 13, caractérisé en ce que l'ouverture (9) ménagée dans la surface extérieure du capotage (2, 3) du moteur se trouve au-dessous de l'axe central du moteur. - Circuit suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le capteur (11) d'environnement est un capteur de la température de l'air. 16 - Circuit suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le capteur (11) d'environnement est monté sur la canalisation (10) d'air. 17 - Circuit suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif (22) à flux d'air est un aspirateur à flux d'air. 18 - Circuit suivant la revendication 17, caractérisé en ce que l'aspirateur (22) à flux d'air est une pompe (23) à jet qu'actionne de l'air de soufflante prélevé en aval du rotor du turboréacteur dilué. 19 - Circuit suivant la revendication 18, caractérisé en ce que la pompe (23) à jet mélange l'air venant de la ca- nalisation (10) et l'air' venant de la soufflante et délivre à sa sortie (27) un seul flux d'air. - Circuit suivant la revendication 13, et comprenant en outre un dispositif qui envoie sur d'autres constituants choisis du moteur l'air sortant du dispositif (22) à flux d'air. 21 - Circuit suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le dispositif qui envoie sur d'autres constituants du moteur de l'air venant du dispositif (22) à flux d'air est une seconde canalisation (28). 22 - Circuit suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la structure (14) à refroidir comporte une chambre (17) de transfert de chaleur. 23 - Circuit suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la structure (14) à refroidir est un module élec- tronique. 24 - Circuit d'air auxiliaire, logé dans une -ia- celle (1) entre un capotage (3) de soufflante et un car- ter (4) de soufflante d'un turboréacteur dilué, caractéri- sé en ce qu'il comprend: a) une canalisation (10) d'air, dont une extrémité com- munique avec une ouverture (9) ménagée dans une surface-exté- rieure du capotage (2, 3) du moteur; b) au moins un capteur (11) de la température de l'air, monté sur la canalisation (10) d'air pour détecter la tempé- rature de l'air dans cette canalisation; c) un module électronique (14), comportant une chambre (17) de transfert de chaleur reliée à l'autre extrémité de la canalisation (10) d'air; d) une pompe (23) à jet,, communiquant avec la chambre (17) de transfert de chaleur du module électronique (14), qu'actionne de l'air de soufflante prélevé en aval du rotor du turboréacteur dilué; cette pompe (23) comporte un dispo- sitif qui mélange l'air venant de-la canalisation (10) et l'air de la soufflante et délivre à sa sortie (27) un seul flux d'air; et e) une seconde canalisation (28), qui envoie sur d'au- tres constituants choisis du moteur l'air délivré par la pom- pe (23) à jet.