Brevet FR2702838A1 — publié le 19940923

Procédé et dispositif pour essais de comportement d'un moteur à réaction, notamment d'aéronefs, lors de l'absorption d'une plaque de glace. Le secteur technique de la présente invention est celui des procédés et dispositifs destinés à la réalisation d'essais d'homologation de moteurs à réaction d'aéronefs, plus particulièrement applicables aux essais d'absorption de glace par ce type de moteurs. La manche d'entrée d'air d'un moteur à réaction comporte généralement un dispositif de dégivrage évitant la formation de glace au niveau de celle-ci. Cependant, lors d'un mauvais fonctionnement du dispositif de dégivrage, on peut rencontrer la formation de glace à la périphérie de l'ouverture de l'entrée d'air. Pendant le vol de l'appareil, cette glace se décroche de son support sous la forme de plaques qui sont absorbées par le moteur en perturbant éventuellement son fonctionnement. Pour des raisons de sécurité évidentes, il est nécessaire d'étudier le comportement des moteurs à réaction en présence de ce type de phénomène, au cours des essais de certification. Pour cela, il convient de simuler sur banc d'essais, l'absorption d'une plaque de glace par un moteur à réaction dans des conditions se rapprochant le plus possible des conditions réelles. Dans ce domaine, on connaît plusieurs dispositifs. Notamment un canon à glace essentiellement constitué par des moyens pyrotechniques placés à l'une des extrémités d'un tube contenant un barreau de glace, l'autre extrémité du tube étant positionnée dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air d'un moteur à réaction. Le canon est fixé sur un support vertical qui le maintient en position de tir. La mise à feu des moyens pyrotechniques propulse le barreau de glace hors du tube et sur les aubes du moteur. Ce canon à glace présente un inconvénient majeur qui est de propulser le barreau de glace en entraînant une vitesse importante au moment de l'impact sur les aubes, rendant les conditions des essais trop contraignantes pour les moteurs et non représentatives de celles rencontrées en vol. De plus, l'observation du phénomène réel démontre que la forme en barreau de la glace projetée sur les aubes du moteur, n'est pas réaliste. On peut noter également que sur ce type de canon à glace, qui ne comporte aucun moyen de réfrigération du barreau dans le tube, une attente trop longue avant le tir peut entraîner une altération de la consistance de la glace, préjudiciable à la conformité des normes d'essais. On connaît aussi un dispositif d'acheminement d'une plaque de glace dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air d'un moteur à réaction. Ce dispositif, présentant la forme générale d'un toboggan, est constitué notamment d'un guide d'acheminement de la plaque fixé sur un support vertical. Ce guide se compose de trois parties communiquant entre elles une partie sensiblement horizontale ayant l'une de ses extrémités positionnée dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air, une partie courbe et une partie sensiblement verticale à l'extrémité de laquelle on lâche la plaque de glace qui va se jeter contre les aubes du moteur. Ce dispositif présente également l'inconvénient de communiquer à la plaque de glace, au cours de son guidage, une vitesse de déplacement importante occasionnant une percussion trop forte des aubes, non représentative de la réalité du phénomène. De plus, la plaque de glace peut se briser pendant son déplacement à l'intérieur du guide. La présente invention a pour but de supprimer totalement les inconvénients précités, en proposant un procédé et un dispositif permettant de simuler sur banc d'essais l'absorption d'une plaque de glace par un moteur à réaction d'avion, en reconstituant très fidèlement les conditions réelles rencontrées en vol. L'invention a également pour but d'assurer un contrôle actif de la température de la plaque de glace, en maintenant celle-ci dans un dispositif de distribution à une température constante pendant toute la durée de l'essai. Un autre but de la présente invention est de minimiser la perturbation de l'écoulement aérodynamique dans la manche d'entrée d'air du moteur en utilisant un dispositif compact de distribution de plaques de glace, piloté à distance à partir d'une unité centrale de commande. Pour ce faire l'invention a pour objet un procédé d'essais du comportement d'un moteur à réaction, notamment d'aéronefs, lors d'absorption d'une plaque de glace par aspiration dans une manche d'entrée d'air du moteur, caractérisé en ce que l'on positionne la plaque de glace, sans vitesse initiale, dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air. De préférence, on positionne la plaque à l'aide d'un dispositif de distribution de plaques de glace placé dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air. De façon plus particulière, on positionne la plaque de glace longitudinalement dans l'axe du moteur. Préférentiellement, le moteur à réaction comportant des aubes, on positionne la plaque de glace à mi-distance entre l'ouverture de l'entrée d'air et les aubes. L'invention concerne également un dispositif de distribution pour l'absorption par aspiration d'une plaque de glace par un moteur à réaction, caractérisé en ce qu'il comporte un corps compact présentant un logement dans lequel est maintenu enfermée la plaque de glace grâce à des moyens d'obturation du logement. Ces moyens d'obturation, constitués de deux volets identiques mobiles en rotation avec les extrémités du corps, sont simultanément entraînés en rotation d'une position fermée à une position ouverte par deux crémaillères, s'engrenant sur deux pignons fixés à chaque volet, entraînées par un vérin hydraulique à double effet commandé depuis l'unité centrale de commande. De préférence, le corps constitue une enceinte thermostatique comportant une couche d'isolant thermique, une circulation de liquide frigorifique autour du logement reliée à un groupe de froid et une sonde de température placée à proximité de la plaque de glace. Selon un mode préférentiel de réalisation le logement, de section rectangulaire, est délimité par quatre plaques de glissement réalisées en un matériau synthétique du type polyéthylène, la plaque inférieure du logement comportant des rainures longitudinales facilitant le déplacement de la plaque dans le logement et des orifices pour l'évacuation de l'eau. De façon plus particulière, le dispositif est maintenu en position de fonctionnement dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air par un support réglable en hauteur et en longueur, constitué de deux trépieds verticaux et un tube horizontal à l'extrémité duquel est fixé le corps. Ce procédé et dispositif présentent l'avantage de lâcher la plaque de glace, sans vitesse initiale et sans propulsion, directement dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air du moteur, ce qui correspond très précisément au décrochage d'une plaque de glace du bord de la manche d'entrée d'air et à son absorption par le moteur à réaction, tels que rencontrés en vol. Un autre avantage réside dans la possibilité de conserver la forme et la consistance de la plaque de glace placée en attente à l'intérieur du dispositif de distribution. Un autre avantage est d'assurer un positionnement très précis du dispositif de distribution dans la manche, afin de lâcher la plaque de glace à l'endroit déterminé, tout en minimisant la perturbation de l'écoulement aérodynamique dans la manche d'entrée d'air du moteur grâce à la forme compacte et aérodynamique du corps du dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée, non limitative, d'un mode de réalisation de l'invention. Cette description sera faite en regard des dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 représente une vue de côté en coupe partielle du dispositif de distribution selon l'invention, le corps du dispositif en position ouverte étant placé dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air d'un moteur à réaction sur un banc d'essais, - la figure 2 représente une vue arrière selon A-A de la figure 1, du corps du dispositif de distribution ouvert, placée dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air du moteur, - la figure 3 représente une vue de côté en demi-coupe du corps du dispositif de distribution en position fermée, - la figure 4 représente une vue de face en demi-coupe du corps du dispositif en position fermée, - la figure 5 représente une vue partielle de côté en coupe, du corps du dispositif en position ouverte, - la figure 6 représente une vue en coupe transversale du détail B de la figure 4, relatif à la plaque de glissement inférieure du corps du dispositif de distribution. En référence aux figures 1 et 2, on voit un dispositif de distribution 1 selon l'invention disposé sur un banc d'essais en présence d'un moteur à réaction 2 (non représenté) comportant notamment, des aubes 3 définissant un plan vertical et une manche d'entrée d'air 4 cylindrique. Le dispositif est piloté grâce à une unité centrale de commande 5 située à distance dans une salle de contrôle et reliée par câble ou tout autre moyen connu à un corps 6 du dispositif positionné dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air du moteur. Le corps 6 très compact est réalisé en matériau métallique et présente extérieurement sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle de faible hauteur.Ce corps comporte un logement 7 longitudinal de section rectangulaire ouvert aux extrémités avant et arrière du corps, contenant une plaque de glace 8 qui peut être maintenue enfermée dans le logement par deux volets 9 et 10 respectivement articulés avec les extrémités inférieures avant et arrière du corps. Le dispositif comprend également un support métallique réglable en hauteur et en longueur constitué de deux trépieds verticaux 11 sur lesquels est fixé un tube horizontal 12, dont l'une de ses extrémités est solidarisée avec le corps. Les éléments constitutifs de ce support sont suffisamment rigides et lourds pour assurer une excellente tenue mécanique de l'ensemble du dispositif.Le corps du dispositif est relié à un groupe de réfrigération 13, à un groupe hydraulique 14 et à l'unité centrale de commande 5 par différents câbles électriques et tuyauteries qui sont logés dans le tube vertical 12 et dans l'un des trépieds 11 afin de les protéger efficacement contre toutes perturbations et précipitations externes. Pour une meilleure stabilité du dispositif pendant les essais, il est possible de fixer ou arrimer chaque trépied 11 sur le sol par tout moyen connu. Les flèches représentées dans la manche d'entrée d'air 4 précisent le sens d'écoulement de l'air à l'intérieur de celle-ci. En référence aux figures 3 à 5, on voit le corps 6 du dispositif de distribution selon l'invention contenant la plaque de glace 8 enfermée dans le logement 7 au moyen des deux volets 9 et 10. Ces deux volets sont mobiles en rotation avec les extrémités inférieures avant et arrière du corps grâce à deux pignons 15, fixés sur l'axe de rotation de chaque volet, s'engrenant sur deux crémaillères droites 16 en position horizontale entraînées en translation par un vérin hydraulique ou pneumatique 17 à double effet agissant simultanément sur chacune d'elles. Le vérin est actionné depuis l'unité centrale de commande 5 par l'intermédiaire du groupe hydraulique 14. Les déplacements en translation avant et arrière des deux crémaillères sont limités par une butée 16a fixée à chacune de leurs extrémités.Le corps du dispositif comporte également un serpentin 18 constitué d'un tube en cuivre dans lequel circule un fluide frigorifique du type fréon. Ce serpentin, disposé transversalement autour du logement 7, communique avec le groupe de réfrigération 13. Une sonde thermique 19, placée à proximité de la plaque de glace, transmet pendant toute la durée des essais à l'unité centrale de commande 5 la température de la glace qui doit être comprise entre -7 et 00. Le logement 7 est matérialisé par quatre plaques de glissement rectangulaires réalisées en polyéthylène : une plaque supérieure 20, une plaque inférieure 21 et deux plaques latérales 22. Afin de faciliter l'introduction et la sortie de la plaque de glace 8 de son logement, la face interne des volets d'obturation 9 et 10 est revêtue d'une plaque de glissement 23 semblable aux précédentes.Pour une meilleure stabilité thermique de la plaque de glace, une couche d'isolant thermique 24, réalisée en mousse de caoutchouc, est logée entre le serpentin 18 et la partie supérieure 25 du corps. On peut noter que les deux volets 9 et 10 assurent une fermeture étanche du corps. La figure 6 montre en détail une partie de la plaque inférieure de glissement 21 du logement 7. La surface interne de cette plaque de glissement comporte plusieurs rainures longitudinales 26 facilitant le glissement de la plaque de glace à l'intérieur de son logement. L'eau pouvant se trouver dans le logement est évacuée par plusieurs orifices 27 pratiqués dans la plaque inférieure de glissement 21. On utilise des plaques de glace ayant sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle de dimensions 13x12x0,5 exprimées en centimètres. Le fonctionnement du dispositif de distribution de plaques de glace est le suivant. Le corps 6 du dispositif étant fixé sur son support, on le présente dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air 4. On effectue les réglages en hauteur et en longueur des trépieds 11 et du tube 12, afin de positionner l'extrémité avant du corps à une distance d du plan transversal, constitué par les aubes 3, sensiblement égale à la moitié de la distance entre l'ouverture de l'entrée d'air et les aubes. Le logement 7 étant ouvert, on place, puis on enferme la plaque de glace 8 dans celui-ci à partir de l'unité centrale de commande 5 (ou automate de tir) placée à distance du dispositif dans la salle de contrôle. On met en fonctionnement le moteur à réaction. Après vérification de différents paramètres de bon fonctionnement (vitesse de rotation du moteur, température de la glace...) on déclenche, depuis l'unité centrale 5, l'ouverture du logement 7 du corps pour permettre l'aspiration de la plaque de glace par le moteur. Cette ouverture très rapide du logement est obtenue par l'action simultanée du vérin 17 sur les deux crémaillères 16 qui en s'engrenant sur les deux pignons 15 provoquent le basculement simultané en position horizontale des deux volets 9 et 10. L'ouverture du logement crée une différence de pression dans celui-ci entraînant l'aspiration de la plaque de place par le moteur. Ce dispositif assure une protection totale de la plaque de glace contre les ruissellements ou éventuelles précipitations pouvant intervenir au cours des essais. Il évite un départ intempestif de la plaque de glace. L'approvisionnement in situ, du dispositif en plaques de glace, est très simple et rapide. La présente invention est remarquable par la géométrie de la plaque de glace, ayant une vitesse initiale nulle et un contrôle actif de sa température. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'essais du comportement d'un moteur à réaction (2), notamment d'aéronefs, lors d'absorption d'une plaque de glace (8) par aspiration dans une manche d'entrée d'air (4) du moteur, caractérisé en ce que l'on positionne la plaque de glace, sans vitesse initiale, dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on positionne la plaque à l'aide d'un dispositif de distribution (1) de plaques de glace placé dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on positionne la plaque de glace longitudinalement dans l'axe du moteur. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, appliqué à un moteur à réaction comportant des aubes (3), caractérisé en ce que l'on positionne la plaque de glace à midistance entre l'ouverture de l'entrée d'air et les aubes. 5 - Dispositif de distribution pour l'absorption par aspiration d'une plaque de glace (8) par un moteur à réaction (2), caractérisé en ce qu'il comporte un corps (6) compact présentant un logement (7) dans lequel est maintenu enfermée la plaque de glace grâce à des moyens d'obturation (9,10) du logement. 6 - Dispositif selon la revendication 5 relié à une unité centrale de commande (5), caractérisé en ce que les moyens d'obturation, constitués de deux volets identiques (9) et (10) mobiles en rotation avec les extrémités du corps, sont simultanément entraînés en rotation d'une position fermée à une position ouverte par deux crémaillères, s'engrenant sur deux pignons(15) fixés à chaque volet, entraînées par un vérin hydraulique ou pneumatique (17) à double effet commandé depuis l'unité centrale de commande (5). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps (6) constitue une enceinte thermostatique comportant une couche d'isolant thermique (24), une circulation (18) de liquide frigorifique autour du logement (7) reliée à un groupe de froid (13) et une sonde de température (19) placée à proximité de la plaque de glace. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le logement (7), de section rectangulaire, est délimité par quatre plaques de glissement (20, 21, 22) réalisées en un matériau synthétique du type polyéthylène. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque inférieure (21) du logement comporte des rainures longitudinales (26) facilitant le déplacement de la plaque dans le logement, et des orifices (27) pour l'évacuation de l'eau. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il est maintenu en position de fonctionnement dans l'ouverture de la manche d'entrée d'air (4) par un support réglable en hauteur et en longueur, constitué de deux trépieds verticaux (11) et un tube horizontal (12) à l'extrémité duquel est fixé le corps (6).