Brevet FR2534025A1 — publié le 19840406

Banc d'essai pour moteurs et vanne destinée à ce banc. La présente invention a trait à un banc d'essai de moteurs, tels que des moteurs à réaction, notamment des turbo-réacteurs, et à une vanne destinée à ce banc. Les bancs d'essai de moteurs, tels que les turboréacteurs, comportent une chambre dsessai recevant le moteur et ses dlffdrents accessoires de fonctionnement et de mesure, cette chambre se poursuivant par un conduit d'échappement recevant le jet du moteur et muni en général, à cet effet, d'un pavillon dénommé "detuner". Ce conduit d'échappement, qui présente une forme tubulaire, aboutit à la base d'une cheminée d'échappement comprenant en général une nappe perforée, appelée "éclateur de jet", et des moyens de traitement acoustique tels que des baffles.En plus du jet provenant du moteur, qui est alimentd en air par une ou plusieurs condui- tes spéciales pénétrant dans~la chambre, le conduit d'échappement recueille également un débit d'air induit en provenance de la chambre même et celle-ci est donc reliée, en amont, à une entrée d'air comprenant en génral un pavillon d'entrée du débit induit. Le réglage du débit d'air induit présente une grande importance lors de l'appréciation des caractéristiques du moteur pendant son fonctionnement sur le banc. En outrer ce débit induit peut varier dans de grandes-proportiors selon la taille, la puissance et d'autres caractéristiques des différents types de moteurs essayés. Le réglage de ce débit d'air induit s'est en fait avéré extrêmement difficile et l'on n'en tient pas compte dans la pratique, ce qu revient à accepter une assez grande imprécision dans l'appréciation des caractéristiques des moteurs essayés.Il en résulte que, dans la pratique, on est amené à utiliser différents bancs en fonction de la taille et de la puissance des moteurs, un même banc tétant pas utilisable à la fois pour un petit et un gros moteurs. En conséquence, le coût des essais de moteurs reste très élevé du fait qu'un banc d'essai de moteurs tels que les turbo-réacteurs représente un investissement très important. La présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients et de fournir un banc d'essai permettant de régler, à volonté, la valeur du débit induit. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel banc d'essai qui permette, moyennant un réglage simple, d'utiliser le banc pour des moteurs dont la taille et la puissance peuvent varier dans une très large gamme. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel banc dans lequel le réglage de la valeur du débit induit se trouve particulièrement facilité. Un autre objectif encore de l'invention est de fournir, pour un tel banc, une vanne qui soit de cons truction simple et peu onéreuse, qui soit solide, qui pré sente une grande longévité et qui soit de préférence inter changeable facilement. En plus des résultats correspondant à ces objec tifs, on a constaté que -l'invention permet une atténuation importante de l'énergie acoustique, notamment en basse fréquence, ainsi qu'-une amélioration du profil des vitesses et des températures dans le conduit d'échappement et dans la cheminée. L'invention a pour objet un banc d'essai de moteurs tels que notaent les turbo-réacteurs, banc qui caorte une chambre d'essai recevant le moteur, une entrée d'air (air induit + air moteur) dan aRree un conduit d'échappement aligné avec le moteur , recevant le jet du moteur et débouchant dans une sortie telle que par exemple une cheminée d'échap- pement, ledit banc étant caractérisé par le fait qu'il comporte, dans le conduit d'échappement, une vanne, de préférence ajourée, susceptible être dd.placée pour faire varier la section de passage du conduit au niveau de la vanne. De façon avantageuse, la vanne est montde coulis- sante dans une direction transversale par rapport au conduit d'échappement et, de façon particulièrement préférée, est constituée d'au moins deux parties symétriques susceptibles de s'écarter et de se rapprocher, la section de passage du conduit étant la plus faible lorsque les vannes sont rapprochées et la plus importante lorsqutelles sont écartées. Le rapport des distances amont séparantla vanne de l'entrée du conduit d'échappement et aval séparant la vanne du débouché dans la cheminée d'échappement est de préférence de l'ordre de 3/1,ce rapport pouvant varier dans des proportions qui n' excèdent Pas, de préférence, 30 %. De façon avantageuse, la vanne coulissante est reçue dan un ou plusieurs caissons latéraux reliés de -f açon étanche au conduit d'échappement de manièreque les différentes parties de vanne puissent s'escamoter dans leurs caissons respectifs. Selon -un perfectionnement de l'invention, l'ensem- ble des caissons avec la vanne peut être facilement démonté et transporté latéralement pour être évacué et remplacé par un nouvel ensemble. La vanne selon l'invention présente de préférence un certain nombre d'éléments circulaires concentriques, laissant entre eux des jours respectifs, et un certain nombre d'entretoises diamétrales supportant les éléments circulaires. Ces éléments et entretoises sont de préférence des tubes, notamment des tubes à section circulaire De façon particulièrement préférée, la vanne est réalisée en deux parties symétriques susceptibles de çs- carter et de se rapprocher de part et d'autre d'un ave géométrique diamétral, de préférence vertical, du con duit d'échappement. Ainsi, chaque demi-vanne peut carter une entretoise diamétrale, des entretoises radiales espacées de façon régulière, et une pluralité d1éléments arqués en forme de demi-cercles supportés par ces entretoises. r Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, le rapport de la surface ajourée à la sur face totale de la section du conduit d'échappement est compris entre 100 et 25 % lorsque la vanne se trouve dans sa position fermée, dans laquelle l'obstacle qu'elle offre à l'écoulement présente la surface la plus grande. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 représente une vue en élévation et en coupe d'un banc d'essai selon l'invention. Les figures 2, 3 et 4 représentent des vues en coupesrespectiv?s Il-Il, III-III et IV-IV de la figure 1 à une échelle agrandie. La figure 5 représente une vue en élévation agrandie du banc au niveau de la vanne. La figure 6 représente une vue de dessus agrandie du banc au niveau de la vanne. La figure 7 représente une vue analogue à la figure 4 avec la vanne partiellement ouverte. Le banc d'essai représenté comporte une chambre de mesure 1, de forme parallélépipédique, à l'intérieur de laquelle un turbo-réacteur 2 est mis en place sur un support dynamométrique usuel. L'alimentation en air du turbo-réacteur 2 s'effectue par le tunnel d'admission d'air. Du côté amont, la chambre 1 se prolonge pour aboutir, par exemple par l'intermédiaire d'un système de silencieux 5, à une entrée 6 destine d l'admission du débit d'air induit par le fonctionnement du réacteur. Un déflecteur 7 est disposé de façon usuelle entre l'entrée 6 et le début de la cham- bre 1. A sa partie aval , la chambre 1 se poursuit par un conduit cylindrique d'échappement 8 qui se prolonge jus qu'à la partie inférieure d'une cheminée 9 permettant l'évacuation des gaz. La cheminée 9 comporte, au-dessus de l'arrivée du conduit d'échappement 8, une grille d'homogé néisation de flux 10, puis un dispositif silencieux 11. L'ensemble comprenant la vanne 12 est disposé dans le conduit d'échappement 8 à une distance par exemple égale à 7 m du début de la cheminée 9 et de 20 m du réacteur 2. La partie initiale du conduit d'échappement 8 est constituée par un conduit cylindrique 13 longitudinalement réglable par rapport au reste du conduit 8 et muni d'un pavillon d'embouchure 14 dont l'écartement longitudinal avec le réacteur 2 peut ainsi être réglé. Bien entendu, le banc comporte encore différents moyens de commande et de mesure usuels. En se référant à la figure 2, on voit comment la partie du conduit 13 est montée sur un chariot 15 pour pouvoir être amenée dans sa position longitudinale requise. En se référant à la figure 3, on voit comment le conduit d'échappement 8 est supporté par des portiques 16 susceptibles de coulisser légèrement longitudinalement sur des supports 17 afin de compenser les dilatations thermiques dues aux variations dé température et de fac i- liter le montage. On se réfbre maintenant aux figures 4 à 7. L'ensemble de vanne 12 comporte un double caisson parallélépipédique 18 dont la hauteur est légèrement supé rieure au diamètre du conduit 8, dont la largeur est représentée sur la figure 4 et dont 1 'épaisseur est bien vue sur la figure 5 Ce caisson forme, de part et d'autre dBuin plan geomdtriaue vertical axial du conduit 8, deux caissons 18a 18n destinschacun recevoir une partie de la vanne.Les faces amont et aval 19, 20 du caisson sont munies d'orifices ayant le meme diamètre Que le conduit 8 et sur les bords desquels sont soudés deux tronçons de conduit 21, 22 qui se terminent par des brides 21a, 22a. Ceflesci viennent se-disposer contre des brides correspondantes 8a des tronçons du conduit 8 qui sont disposés en amont, respectivement en aval de l'ensemble 12. Lorsque les brides sont ainsi réunies l'une contre l'autre de façon étanche, on comprend que l'intérieur du caisson double 18 est en communication avec l'intérieurdu conduit 8 , le caisson 18 assurant la continuité de l'étanchéité du conduit 8 de part et d'autre du caisson par rapport à l'atmosphère extérieure. Le caisson double 18 avec ses tronçons 21, 22 est supporté sur un bâti 23 formant un chariot susceptible d'être animd d'un mouvement transversal à l'axe du conduit 8 en roulant sur un socle 24 que prolongent des rails latéraux 25. On comprend que, de la sorte il est possible d'amener la totalité du dispositif 12 depuis la position représentée sur la figure 4 dans laquelle l'axe des tronçons tubulaires 21, 22 coïncide avec l'axe du conduit 8 vers une position latéralè extérieure dans laquelle le tronçon 21 a été représenté en trait interrompu. En faït, le caisson double 18 est de préférence simplement posé sur le support ou le chariot 23 dont le déplacement permet de mettre l'ensemble 12 en alignement ou hors d'alignement avec le conduit 8. Le réglage de la hauteur du dispositif 12, une fois qu'il a été mis en alignement avec le conduit 8,s'effectue grâce à des palans 26 permettant d'ajuster exactement la hauteur du dispositif pour que les brides 8a et 21a respectivement 22a soient amenées en alignementde fason quele dispositif 12 puisse être solidarisé au reste du conduit 8. L'ensemble 12 comprenant le caisson double 18 formant en fait deux caissons 18a et 18b, les deux tronçons tubulaires 21, 22, le bâti roulant 23 avec des entretoises 27 disposées uniquement du côté latéral de coulissement du bâti 23, contient la vanne proprement dite. Celle-ci est formée de deux demi-vannes 28a, 28b montées coulissant transversalement dans le caisson double 18. On voit, sur la figure e les demi-vannes 28a, 28b dans la position de fermeture de la vanne alors que,sur la figure 7, on voit des demi-vannes 28a, 28b qui,parcoulissement transversal, se trouvent partiellement escamotées dans les caissons respectifs 18a, 18b.Chaque demi-vanne comporte un cadre en C 29a, 29b dont le bord interne est visible à l'intérieur de l'ouverture du tronçon de conduit 21 sur la figure 4, mais qui se prolonge bien entendu à l'intérieur des caissons respectifs 18a, 18b, chaque cadre étant monté coulissant dans son caisson à la façon d'un chariot, grce par exemple à des rails et galets non reprdsentés. Les extrémités des cadres respectifs 29a, 29b sont réunies par des entretoises tubulaires Verticales 30a, 30b qui, lorsque la vanne est dans sa position fermée représentée sur la figure -4, viennent au contact 1 'une de l'autre.Le cas échéant, ces entretoises verticales peuvent présenter des moyens de blocage de forme qui, lorsque les entretoises sont ainsi rapprochées, les solidarise dans le sens axial du conduit - 8 sans s'opposer à leur écartement transversal. Chaque demi-vanne 28ae 28b présente encore trois entretoises radiales 31a, 31b qui, dans la position refermée de la figure 4, viennent en prolongement deuxà deux. On obtient ainsi une disposition symétrique des entretoises 31a, 31b dont les unes sont horizontales et les autres obliques à 450 par rapport à l'horizontale. Les entretoises 30a, 30b, 31a, 31b servent de support à des éléments tubulaires recourbés en demi-cercle, disposds de façon concentrique,9 savoir 32a, 32b, 33a, 32b et 34a, 34b. Ces éléments, qui sont de préférence'des tubes cintrés, sont soudés aux entretoises respectives, lesquelles sont gale- ment soudées les unes aux autres. On a ainsi réalisé deux demi-vannes 2a, 28b, dont la lumière du conduit d'échappement 8 forme, lorsque la vanne est dans la position fermée représentée sur la figure 4, une sorte de grille ajourée dont les jours sont disposés entre les entretoises et les éléments semi-circu- laires respectifs. Cette grille présente sensiblement une asymétrie de révolution autour de l'axe du conduit 8. A titre d'exemple pour un diamètre interne du conduit 8 de 380 cm, les diamètres externes des éléments tubulaires formant les entretoises 31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b, sont de 20 cm, le diamètre des entretoises 30a, 30b étant de 20 cm, de sorte que, compte tenu de la pénétration du bord interne des cadres 29a, 29b dans la lumière du conduit, la section totale des jours est de 3,42 m2, comparée à la section totale de la lumière du conduit 8 qui est de 11,34 m2. En se référant à la figure 5, on voit une position de la vanne dans laquelle les demi-vannes 28a, 28b sont partiellement escamotées dans les caissons 18a, 18b de sorte qu'il subsiste, entre les deux entretoises verticales 30a, 30b, un passage complètement libre 35. Grâce au banc d'essai selon l'invention, on peut ainsi, en ouvrant plus ou moins la vanne, régler le flux d'air induit et, en conséquence, adapter le banc à des moteurs de puissance extrêmement variable allant par exemple de 10 000 à 30 000 daN de poussée. En outre, la vanne selon l'invention permet une adaptation acoustique qui peut aller jusqu'à 10dB lorsque la vanne est fermée. La vanne assure également une meilleure homogénéisation du flux en aval et par conséquent une plus grande homogénéité des vitesses et des températures. On a également constaté que sa présence supprime les risques de retours de gaz en provenance de la cheminée, retours qui ont particulièrement tendance à se produire lorsque l'on essaye des moteurs de faible puissance et qui fausseraient complètement les essais La structure de vanne, telle qu'elle a été représen tée à titre d'exemple, permet de résister au flux extrêmement intense des gros réacteurs. Cependant, dans le cas où des détériorations finaient par se produire, le remplacement de la vanne est extrêmement rapide du fait qu'il suffit de desserrer les brides 8a, 21a, 22a, le cas échéant d'écarter légèrement les tronçons du conduit 8 disposés en amont et en aval de l'ensemble 12, d'extraire l'ensemble 12 et de le remplacer par un nouvel ensemble 12 comprenant une nouvelle vanne, laquelle peut être identique ou, au contraire, différente, ce qui permet encore davantage de finesse dans le reglage. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses modifications de forme ou de matériau sans pour cela s'éloi- gner ni de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Banc d'essai de moteurs, notamment de turboréacteurs, comportant une chambre d'essai t 1 ) recevant le moteur, une entrée d'air dans la chambre (1), un conduit d'échappement (8) aligné avec le moteur, recevant le jet du moteur et ddbouchantdans une sortie telle qu'une cheminée (9), caractérisé en ce qu'il comporte, dans le conduit d'échappement (8), une vanne (28a, 28b), de préférence ajourée, susceptible d'être déplacée pour faire varier la section de passage du conduit au niveau de la vanne. 2. Banc selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne (28a, 28b) est montde coulissante dans une direction transversale par rapport au ozibit d'Ochappent (8). 3. Banc selon l'une des revendicatiornî et 2, caractérisé en ce que la vanne est constituée d'au moins deux parties symétriques (28a, 28b) susceptibles de s'écarter et de se rapprocher. 4. Banc selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport des distances amont séparant la vanne de l'entrée (14) du conduit d'échappement (8) et aval séparant la vanne du débouché dans la cheminée d'échappement (9) est de l'ordre de 3/1. 5. Banc selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vanne coulissante (28a, 28b) est reçue dans un ou plusieurs caissons latéraux (18a, 18b) reliés de façon étanche au conduit d'échappement (8) de façon que la vanne puisse être escamotée dans le ou les caissons. 6. Banc selon la revendication 5, caractérisé en ce que le caisson présente des tronçons tubulaires (21,22) susceptibles d'être raccordés aux parties amont et aval du conduit d'échappement (8). 7. Banc selon l'une quelconque des revendications 5 et 6 , caractérisé en ce que l'ensemble du caisson avec la vanne est monté sur un support (23) susceptible d'être transporté latéralement par rapport au conduit (8) pour être évacué et remplacé par un nouvel ensemble. 8. Vanne pour banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un certain nombre ddléments circulaires con centriques (32a, 32 - 33a, 33b - 34a, 34b) laissant entre eux des jours respectifs et d'un certain nombre d'entretoises diamétrales (30a, 30b - 31a, 31b) qui les supportent. 9. Vanne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux parties (28a, 28b) présentant chacune un cadre périphérique en C (29a, 29b) une entretoise diamétrale, de préférence verticale, (30a, 30b) rejoignant les deux extrémités du cadre en C, plusieurs entretoises radiales (3 la, 31b), et plusieurs; éléments semi-circulaires concentriques écartés les uns des autres (32a, 32b - 33a, 33b -34a, 34b). 10. Vanne selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les éléments et entretoises sont composés de tubes. 11. Vanne selon l'une quelconque des revendications 8 et 10, caractérisée en ce qu'à l'état fermé, la surface ajourée totale est égale d 30 % environ de la surface de passage totale du conduit (8).