Brevet FR2589197A1 — publié le 19870430

La présente invention concerne de manière générale des admissions d'air pour moteurs d'avion et, plus particu lièrement, une admission d'air comportant un nouveau moyen perfectionné pour évacuer de l'air d'admission s'écoulant a proximité d'une paroi de canalisation. La présente invention est utile, par exemple, dans un moteur à turbine à gaz du type tube propulseur dans le- quel une rangée de pales d'hélice est placée coaxialement avec un moteur à turbine à gaz. Dans cette disposition, l'entrée d'air du moteur peut être entièrement annulaire et placée en aval des pales d'hélice. Une mesure du rendement d'un système d'hélices est constituée par la récupération de pression à l'entrée, qui est définie comme étant la pression locale immédiatement en aval des pales d'hélice y compris l'élévation de pression due au travail effectué par les hélices, divisée par la pression totale de l'air ambiant d'entrée. La récupération de pression à l'entrée caractérise l'air fourni à l'admis- sion d'air du moteur et une valeur d'environ 1,05 est consi- dérée comme un bon rendement. La récupération de pression, bien entendu, varie entre le pied et le bout des pales d'hélice et a des valeurs faibles, non souhaitées, à proxi- mité du pied des pales d'hélice. - 2 - Dans les moteurs d'avion de type turbopropulseur classique, l'axe des hélices est décalé par rapport à l'axe du moteur et on utilise une entrée d'air décalée. Cette en- trée est située à une distance radiale relativement impor- tante du moyeu de la pale d'hélice et par conséquent il ne peut s'y introduire un écoulement d'air de moyeu de pale non souhaité avec pour résultat des récupérations de pression de faibles valeurs. Cependant, lorsqu'on utilise une entrée d'air annulaire, l'écoulement de moyeu de pale non souhaité doit nécessairement être canalisé dans l'entrée d'air, dimi- nuant ainsi le rendement maximum potentiel du moteur. La présente invention a, par conséquent, pour ob- jets de réaliser: - une nouvelle admission d'air perfectionnée pour un moteur d'avion; - une nouvelle admission d'air perfectionnée qui permette d'améliorer la récupération de pression; - une nouvelle admission d'air perfectionnée pour un moteur turbopropulseur comportant des moyens passifs pour améliorer la récupération de pression à l'entrée d'air. La présente invention décrit une entrée d'air pour un moteur d'avion. L'entrée comporte une nacelle et un capot de carénage espacés l'un de l'autre pour délimiter une con- duite d'entrée vers le moteur. Le capot comporte une série d'ouvertures d'entrée communiquant avec l'air ambiant, et la nacelle comporte au moins une ouverture de sortie communi- quant avec l'air ambiant. Une série de piliers s'étend entre le capot et la nacelle et on réalise une série de canaux d'écoulement avec chaque canal communiquant avec et s'éten- dant à partir d'une ouverture d'entrée dans les piliers et la nacelle vers l'ouverture de sortie. En fonctionnement, l'air est admis dans l'entrée d'air, et une partie de cet air adjacent au capot est canalisée dans les ouvertures d'entrée et les canaux d'écoulement et ressort par l'ouver- ture de sortie dans l'air ambiant en s'écoulant sur la na- celle. - 3 - La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - figure 1, une vue en coupe,partiellement schéma- tique, d'un moteur d'avion comportant deux rangées d'hélices contrarotatives placées coaxialement à une extrémité amont d'un moteur à turbine à gaz et comportant une entrée d'air selon un mnode de réalisation recommandé de la présente in- vention; figure 2, une courbe représentant la récupération de pression par rapport au rayon de l'hélice pour le moteur représenté figure 1; figure 3, une vue en coupe agrandie de l'entrée d'air représentée figure 1; figure 4, une vue en coupe de l'entrée d'air de la figure 1 prise selon la ligne 4-4; figure 5, une vue en coupe, partiellement schéma- tique d'une entrée d'air selon un deuxième mode de réalisa- tion de la présente invention; figure 6, une vue en coupe, partiellement schéma- tique d'une entrée d'air selon un troisième mode de réalisa- tion de la présente invention. On a représenté figurel 1 une entrée d'air selon un mode de réalisation recommandé à titre d'exemple de la pré- sente invention indiqué de manière générale en 10 pour un moteur d'avion 12 par ailleurs classique. Le moteur 12 peut être un moteur à turbine à gaz classique comportant un com- presseur, une chambre de combustion et une turbine non re- présentés, disposés coaxialement le long d'un axe 14 avec deux rangées de pales d'hélice contra-rotatives: une rangée d'hélices avant 16 et une rangée d'hélices arrières 18. Bien que l'on ait représenté deux rangées de pales d'hélice pour obtenir un rendement aérodynamique amélioré des hélices elles-mêmes, on peut utiliser une seule rangée de pales d'hélices dans le cadre de la présente invention. En consé- quence, on décrira seulement la rangée de pales d'hélice arrières 18 en détail, étant admis que la rangée d'hélices - 4 - avant 16 est pratiquement similaire à la rangée arrière 18. La rangée d'hélices 18 comporte une série de pales d'hélice réparties circulairement 20, chaque pale ayant un bout 22 et un pied 24 fixé à un moyeu de pale 26. Le moteur 12 est disposé de manière appropriée -dans --une nacelle annulaire 28 ayant une surface extérieure , sur laquelle s'écoule l'air ambiant comportant de l'air canalisé dans les rangées de pales d'hélice 16 et 18. La na- celle 28 comporte aussi un bord avant 32 et une surface in- térieure 34 s'étendant à partir de ce bord et étant espacée radialement vers l'intérieur de la surface extérieure 30. Un capot annulaire de carénage 36 est espacé radialement vers l'intérieur de la surface intérieure 34 de la nacelle et dé- limite avec cette dernière une conduite d'entrée 38 qui ca- nalise une partie radialement intérieure de l'air provenant des rangées de pales d'hélice 16 et 18 vers le moteur 12. Figure 2 on a représenté une courbe de la récupé- ration de pression (en abscisses) en fonction du rayon de l'hélice arrière 20 à partir du moyeu 26 jusque vers le bout d'hélice 2Z (en ordonnées) et sa relation par rapport au ca- pot 36 dont une partie est aussi représentée. La courbe mon- tre que la récupération de pression sur les pales d'hélice a une valeur négative à proximité du moyeu 26 et augmente jusqu'à une valeur positive à une distance relativement courte par rapport au moyeu 26. Une récupération de pression ayant des valeurs négatives ou relativement faibles est con- sidérée comme indésirable du point de vue du rendement aéro- dynamique. Permettre à cet air de pénétrer dans la canalisa- tion d'entrée 38 diminuerait la capacité de rendement global du moteur 12 et par conséquent n'est pas souhaité. Figure 3, on a représenté une vue agrandie du mode de réalisation recommandé de l'entrée d'air 10 représenté figure 1. Le capot 36 de l'entrée d'air 10 comporte une par- tie avant 40 qui est alignée coextensivement au moyeu d'aube 26, une partie intermédiaire 42 et une partie arrière 44. Le capot 36 comporte aussi une surface intérieure de limite - 5 - d'écoulement 46 s'étendant à partir de la partie avant 40 le long de la partie intermédiaire 42 vers la partie arrière 44, sur laquelle l'air peut s'écouler. Dans le mode de réalisation recommandé de l'inven- tion, la partie intermédiaire 42 du capot a une forme telle qu'elle définit une section de bord avant 48 ayant un profil aérodynamique avec un bord d'attaque 50. La section de bord avant 48 regarde dans une direction amont et est de préfé- rence écartée radialement vers l'extérieur à partir de la partie avant 40 du capot pour délimiter une chambre 52 en forme générale de U qui peut s'étendre sur la totalité du périmètre annulaire du capot 36. Le but de la chambre 52 est de capturer la partie non souhaitée de l'écoulement d'air provenant des pales d'hélice 20 à proximité du moyeu 26, air qui a une récupéra- tion de pression non souhaitée et d'éloigner cet écoulement de la conduite d'entrée 38. En conséquence, et en liaison avec les figures 2 et 3, la section de bord avant 48 peut être espacée radialement vers l'extérieur de la partie avant 40 du capot d'une distance prédéterminée A pour capturer au moins cette partie de l'écoulement d'air provenant des pales d'hélice 20 ayant une valeur négative de récupération de pression. La partie avant 40 du capot en amont des piliers 62 (que l'on décrira ci- après) est alignée coextensivement avec le moyeu 26 et a une surface intérieure 46 pratiquement continue de sorte que la chambre 52 peut regarder vers l'avant pour recevoir l'air provenant des hélices 20 sans obstruction. Bien entendu, la dimension A peut être déterminée par l'homme de l'art à partir des enseignements ci-dessus pour capturer aussi une partie de l'écoulement d'air ayant une récupération de pression relativement faible. Cette di- mension de la chambre 52 est relativement grande pour captu- rer non seulement la couche d'air limite relativement peti- te, indiquée de manière générale en 54 figure 3, mais aussi une partie de l'air s'écoulant à des positions radiales plus - 6 - élevées que la couche limite 54 pour améliorer la récupéra- tion de pression dans la conduite d'entrée 38 elle-même. Si l'air ayant des valeurs de récupération de pression relati- vement faibles n'est pas dévié de la canalisation d'entrée 38, il s'y écoulera diminuant ainsi le rendement potentiel que l'on peut obtenir du moteur 12. En liaison avec les figures 3 et 4, l'entrée d'air comporte en outre une série d'ouvertures d'entrée 56 ré- parties circulairement, placées dans la partie de la surface intérieure du capot 46 qui définit une paroi arrière concave S8 de la chambre 52. De plus, on peut faire varier la lon- gueur axiale relative C mesurée à partir du bord d'attaque du capot 50 jusqu'à la paroi arrière 58 de la chambre 52, ce qui en combinaison avec la dimension A de la chambre 52 peut être utilisé pour jouer sur l'effet dynamique de l'air péné- trant dans la chambre 52 et donc sur la quantité d'air éva- cuée dans les ouvertures d'entrée 56. Dans un mode de réalisation recommandé de l'inven- tion, la nacelle 28 comporte une série d'ouvertures de sor- tie 60 réparties circulairement placées sur la surface exté- rieure 30 et communiquant avec l'air ambiant. Une série de piliers 62, ayant une forme aérodynamique, répartis circu- lairement, s'étend à partir de la surface intérieure 46 du capot vers la surface intérieure 34 de la nacelle à l'extré- mité avant et au moins en partie en aval des ouvertures d'entrée 56, et comporte une série de canaux d'écoulement 64 s'étendant à l'intérieur. Les canaux d'écoulement 64 respec- tifs s'étendent des ouvertures d'entrée 56 vers les ouver- tures de sortie 60. Ainsi, l'air qui pénétre la chambre an- nulaire 52 est canalisé dans les ouvertures d'entrée 56, les canaux d'écoulement 64 s'étendant dans les piliers 62 et la nacelle 28 et sort par les ouvertures de sortie 60 vers l'air ambiant. Le contour spécifique de la surface extérieure 30 de la nacelle et l'emplacement des ouvertures de sortie 60 à une distance B du bord d'avant 32 peut être déterminé clas- siquement pour obtenir une pression à l'endroit des ouvertu- res de sortie 60 pendant le vol de l'avion qui soit infé- rieure à la pression de l'air ambiant sur la nacelle 30, permettant ainsi à une action de type éjection d'améliorer l'évacuation de l'air à faible récupération de pression ca- nalisé dans la chambre 52. De même qu'une aile d'avion est classiquement conçue pour fournir une sustentation en ayant une faible pression sur sa surface extérieure, la surface extérieure 30 de la nacelle peut être conçue de la même ma- nière pour fournir cette faible pression. Le mode de réalisation recommandé de l'invention tel que représenté figures 3 et 4 est un dispositif entière- ment passif ne nécessitant pas l'utilisation d'énergie pour effectuer l'évacuation de l'air à relativement faible récu- pération de pression de la chambre 52. Figure 5, -on a représenté un autre mode de réali- sation de l'invention comportant un moyen de ventilation 66 pour améliorer encore l'évacuation de l'air provenant du moyeu d'hélice 26. Ce mode de réalisation est pratiquement identique au mode de réalisation représenté figures 3 et 4 excepté en ce qui suit. En particulier, le moyen de ventila- tion 66 comporte un collecteur annulaire 68 et les canaux d'écoulement 64 qui, au lieu de communiquer directement avec les ouvertures 60 du mode de réalisation de la figure 3, communiquent avec le collecteur 68. Le moyen de ventilation 66 comporte aussi une pompe à air classique 70, par exemple un ventilateur, communiquant avec le collecteur 68 par une canalisation de raccord 72. La pompe à air 70 peut être re- liée par une seule canalisation d'évacuation 74 à une seule ouverture de sortie 76 située dans la surface extérieure 30 de la nacelle. Dans ce mode de réalisation de l'invention, il n'est pas nécessaire d'avoir une série d'ouvertures de sortie 60 réparties circulairement, bien que des agencements les comportant puissent être utilisés lorsque leur emploi peut présenter des avantages. Figure 6, on a représenté un autre mode de réali- - 8 - sation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, on n'utilise pas de chambre 52, mais à la place, une série d'ouvertures d'entrées réparties circulairement 70 et dispo- sées dans le capot 36 en amont des piliers 62 et regardant pratiquement seulement dans une direction radialement exté- rieure. La surface 46 du capot est pratiquement continue et coextensive au moyeu d'aube 26 et ainsi ne comporte pas les inflexion de surface qui délimitaient la chambre 52 dans le mode de réalisation de la figure 3. Ici, l'air s'écoulant au-delà des pales d'hélice 20 s'écoule le long d'une ligne pratiquement droite dans la canalisation d'entrée 38 du mo- __teurLLes canaux d'écoulement 64 et les ouvertures de sortie , comme décrits dans le mode de réalisation de la figure 3, sont utilisés dans ce mode de réalisation pour fournir une action d'éjection de l'air s'écoulant sur l'ouverture d'entrée 70. Bien que l'on ait décrit ici ce que l'on peut con- sidérer comme les modes de réalisation recommandés de la présente invention, d'autres modifications de l'invention seront apparentes à l'homme de l'art à partir de la descrip- tion. En particulier, et à titre d'exemple seulement, bien que le mode de réalisation recommandé comporte un capot 36, une nacelle 28 et une chambre 52 qui sont concentriques et entièrement annulaires, l'invention peut être mise en oeuvre pour une entrée d'air qui ne soit totalement annulaire et pour une qui ne soit pas coaxiale avec les rangées de pales d'hélice. _ 9 _ REVENDICATIONS 1. Entrée d'air pour un moteur d'avion caractéri- sée en ce qu'elle comporte: - une nacelle (28) pour contenir le moteur (12) ayant un bord d'avant (32) et comportant une ouverture de sortie (60) sur une surface extérieure (30) communiquant avec l'air ambiant; - un capot (36) espacé radialement vers l'inté- rieur de la nacelle (28) pour délimiter avec cette dernière une conduite d'entrée (38) pour canaliser l'air vers le mo- teur, le capot (36) comportant dans une surface intérieure (46) une série d'ouvertures d'entrée (56) réparties circu- lairement, communiquant avec l'air ambiant; - une série de piliers (32) répartis circulaire- ment s'étendant entre les extrémités avant du capot et de la nacelle; et une série de canaux d'écoulement (64), chacun communiquant avec l'une des ouvertures d'entrée (56) à tra- vers les piliers (62) et la nacelle (28) et vers l'ouverture de sortie (60). 2. Entrée d'air selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le capot (36) comporte une partie avant (40) et une partie intermédiaire (42) espacées radialement vers l'extérieur l'une de l'autre, la partie intermédiaire (42) définissant une section de bord avant (48) regardant dans une direction amont, la section de bord avant et la partie avant délimitant entre elles une chambre (52) en forme géné- rale de U s'ouvrant vers l'avant et dans laquelle sont si- tuées les ouvertures d'entrée (56). 3. Entrée d'air selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le capot (36), la nacelle (28) et la chambre (52) sont concentriques et annulaires. 4. Entrée d'aire selon la revendication 3, carac- térisée en ce que le moteur d'avion (12) comporte en outre une rangée de pales d'hélice (20) s'étendant à partir d'un moyeu d'hélice (26) disposé en amont de la nacelle et du ca- - 10 - pot, le moyeu (26) étant coextensif à la partie avant (40) du capot et la section de bord avant (40) étant écartée ra- dialement vers l'extérieur de manière prédéterminée de la partie avant (40) du capot pour dimensionner la chambre (52) de manière à capturer à la fois une couche limite (54) d'air et une partie de l'écoulement d'air à des positions radiales plus élevées que la couche limite d'air pour améliorer la récupération de pression dans la conduite d'entrée (38). 5. Entrée d'air selon la revendication 4, caracté- risée en ce qu'elle comporte en outre une série d'ouvertures de sortie (60) réparties circulairement, et en ce que la na- celle est profilée et que les ouvertures de sortie (60) sont située en aval d'un bord avant (32) de la nacelle de sorte que lorsque l'air ambiant s'écouie sur la nacelle la pres- sion aux ouvertures de sortie (60) est inférieure à la pres- sion aux ouvertures d'entrée (56). 6. Entrée d'air selon la revendication 4, caracté- risée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de ventila- tion (66) reliés pour fonctionner avec les canaux d'écoule- ment pour aspirer l'air dans les ouvertures d'entrée (56) et évacuer cet air par 1' ouverture de sortie (76). 7. Entrée d'air selon la revendication 6, carac-té- risée en ce que les moyens de ventilation (66) comportent un collecteur annulaire (68) placé dans la nacelle (28) et com- muniquant avec les canaux d'écoulement (64) pour y collec- ter l'air et une pompe à air (70) communiquant avec le col- lecteur (68) et l'ouverture de sortie (76). 8. Entrée d'air selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le capot (36) en amont du pilier (62) a une surface intérieure (46) pratiquement continue. 9. Entrée d'air pour un moteur d'avion comportant une rangée de pales d'hélices (20) s'étendant à partir d'un moyeu d'hélice (20) caractérisé en ce qu'elle comporte: - une nacelle annulaire (28) ayant un bord avant (32) et comportant une série d'ouvertures de sortie (60) ré- parties circulairement dans une surface extérieure (30) de - 11 - la nacelle et communiquant avec l'air ambiant; - un capot annulaire (26) espacé radialement vers l'intérieur de la nacelle pour délimiter une conduite d'en- trée annulaire (38) pour canaliser l'air vers le moteur (12), le capot comportant une partie avant (40) et une par- tie intermédiaire (42) espacées radialement vers l'extérieur l'une de l'autre, la partie intermédiaire définissant une section de bord avant (48) regardant en direction de l'amont, la section de bord avant (48) et la partie avant (40) définissant entre elles une chambre (52) en forme géné- rale de U s'ouvrant vers l'avant et le capot comportant en outre une série d'ouvertures d'entrée (56) réparties circu- lairement, situées dans la chambre (52) pour communiquer avec l'air ambiant; - une série de piliers (62) répartis circulaire- ment, s'étendant entre les extrémités avant du capot et de la nacelle; et - une série de canaux d'écoulement (64), chacun communiquant à partir de l'une des ouvertures d'entrée (56) à travers les piliers (62) et la nacelle (28) vers une ou- verture de sortie (60). 10. Entrée d'air selon la revendication 9, carac- térisée en ce que la nacelle est profilée et que les ouver- tures de sortie (60) sont situées en aval du bord avant (32) de la nacelle de sorte qu'à mesure que l'air ambiant s'écou- le sur la nacelle la pression aux ouvertures de sortie (60) est inférieure à la pression ambiante sur la nacelle.