Brevet FR2723761A1 — publié le 19960223

TURBOREACTEUR EQUIPE D'UN SYSTEME DE DEGIVRAGE SUR LE CARTER D'ENTREE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne les systèmes de dégivrage pour la navigation aérienne et, en particulier, sur les turboréacteurs d'avions. En effet, certaines parties du turboréacteur, comme le carter d'entrée, sont soumises aux problèmes posés par le givre. Art antérieur et problème posé Dans certaines conditions climatiques rencontrées par les avions, lors de leurs vols, l'entrée d'air des turboréacteurs est susceptible d'être soumise aux phénomènes de givrage. En particulier, le carter d'entrée du turboréacteur, ses bras radiaux, son capot et ses volets mobiles peuvent subir une accumulation de givre qui dégrade, bien entendu, les performances aérodynamiques du turboréacteur. De plus, les blocs de givre qui se détachent ensuite de ces différents éléments peuvent endommager le rotor du turboréacteur situé en aval, lorsqu'ils sont ingérés par celui-ci. On éprouve donc le besoin d'empêcher la formation de givre ou de l'éliminer après avoir détecté sa formation. Les dispositifs les plus répandus utilisent la circulation d'air chaud ou les résistances électriques chauffantes. Ces dispositifs nécessitent donc de dissiper de très fortes puissances et d'élever, de façon importante, la température des structures concernées. Si cette température est supportable par les éléments métalliques, il en est tout autrement concernant les structures composites pour lesquelles on est amené à utiliser des matériaux difficiles à mettre en oeuvre. D'autre part, par la demande de brevet français FR-A-2 346 217, on connait un système de dégivrage par micro-ondes de pales d'hélicoptère en matériaux composites. On y évoque également la possibilité d'appliquer cette technique aux avions. Le but de la présente invention est d'appliquer une telle technique de chauffage aux parties amont d'un turboréacteur d'avion pour empêcher le givrage sur le carter, les bras radiaux, le capot et les volets. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un turboréacteur comportant un carter d'entrée d'air équipé de bras radiaux en matériau composite diélectrique, s'étendant entre une structure externe annulaire et une structure interne centrale. Ce tuboréacteur est équipé de moyens de dégivrage de bras radiaux par micro-ondes, comportant: - un générateur de micro-ondes fixé sur le carter d'entrée; - des moyens de transmission de l'énergie fournie par le générateur; - des moyens de distribution de l'énergie dans les bras à chauffer; et - des moyens de couplage des bras avec les moyens de transmission de l'énergie. Dans deux premières formes de réalisation, les moyens de dégivrage se trouvent sur la structure externe, sous la forme d'au moins un guide d'ondes annulaire placé sur la structure externe, le générateur de micro-ondes étant également placé sur cette structure externe. Dans la première de ces réalisations, le guide d'ondes possède des premières ouvertures transversales sur sa paroi interne, dans chacune desquelles est placée l'extrémité externe d'un des bras radiaux, cette extrémité externe étant fixée dans la structure externe. De préférence, dans ce cas, la fixation des bras radiaux sur la structure externe se fait au moyen de goupilles traversant l'extrémité externe des bras radiaux dans le guide d'ondes et constituant des moyens de couplage. Dans la deuxième réalisation, le guide d'ondes est toujours annulaire et possède des deuxièmes ouvertures transversales sur sa surface interne débouchant entre et à côté des bras radiaux pour permettre aux micro-ondes de sortir du guide d'ondes et être orientées vers les surfaces externes des bras radiaux. Dans une troisième réalisation du turboréacteur selon l'invention, les moyens de dégivrage se trouvent sur la structure centrale interne et les moyens de distribution sont constitués d'un guide d'ondes annulaire placé à l'intérieur de cette structure centrale, contre sa paroi externe. De préférence, le guide d'ondes possède des troisièmes ouvertures transversales sur sa surface externe dans chacune desquelles est placée l'extrémité interne d'un des bras, cette extrémité interne étant fixée à la structure centrale. Dans ce cas, les moyens de couplage sont constitués de boulons de fixation pour fixer le guide d'ondes sur la structure centrale. Lorsque chaque bras radial est équipé d'un volet mobile, les moyens de couplage comprennent également des câbles conducteurs coaxiaux reliant le bord de fuite de chaque bras radial avec le bord d'attaque du volet mobile correspondant. Pour améliorer l'efficacité des micro-ondes, le capot de la structure interne centrale est métallisé à l'intérieur. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée des figures représentant respectivement: -- figure 1, la partie avant d'un turboréacteur selon l'invention sur lequel ont été représentées les trois réalisations de l'invention; - figures 2A et 2B, en coupe partielle, la première réalisation de l'invention; - figures 3A et 3B, en coupe partielle, la deuxième réalisation de l'invention; - figures 4A et 4B, en coupe partielle, la troisième réalisation de l'invention; - figure 5, la fixation d'un bras radial selon la première réalisation de l'invention; figure 6, le couplage entre un volet mobile et son bras radial correspondant; et - figure 7, un schéma d'une distribution possible des ondes dans les deux premières réalisations de l'invention. Description détaillée de trois réalisations de l'invention En référence à la figure 1, l'entrée d'un turboréacteur comprend, entre autres, des bras radiaux 1 fixés entre une structure externe annulaire 10 et une structure centrale 20. Les bras radiaux sont prolongés chacun par un volet 2 mobile en rotation autour d'un axe 2A perpendiculaire à l'axe du turboréacteur. Le flux d'air, pénétrant dans le tuboréacteur entre chaque bras radial 1, est ainsi conditionné pour son utilisation en aval dans le tuboréacteur. On comprend aisément que des phénomènes de givrage puissent se produire fréquemment au niveau de ces éléments placés à l'avant du turboréacteur, compte tenu des conditions atmosphériques traversées par les avions. Quelques uns des éléments des principales réalisations de l'invention sont représentés sur cette figure 1. On peut ainsi remarquer un premier guide d'ondes annulaire 11, placé sur la surface externe 13 de la virole externe 12 constituant la structure externe 10 et la surface interne du premier guide d'ondes annulaire 11. Ce guide d'ondes 11 possède deux séries de fentes dont des fentes externes 14 débouchant entre les bras radiaux 1. Ainsi, les micro-ondes acheminées dans le guide d'ondes 11 sont sollicitées pour sortir le long des bras radiaux 1 et agir par dissipation de l'énergie électromagnétique dans les gouttes d'eau ou les particules de givre recouvrant les surfaces des bras radiaux 1. D'autres fentes sont également prévues en regard des bras radiaux 1 et débouchant à l'intérieur de ceux-ci pour agir sur les surfaces externes des parois des bras radiaux 1 par l'intermédiaire de ces parois. Un premier générateur de micro-ondes 15 est représenté en bas de la figure 1, en regard du premier guide d'ondes annulaire 11. A l'intérieur de la structure centrale 20, on a représenté, en traits mixtes, un deuxième générateur de micro-ondes 25, ainsi qu'un guide d'ondes transversal 26. Ce dernier débouche dans un deuxième guide d'ondes annulaire 21 placé contre la surface interne 23 du capot 22 de la structure centrale 20. Ce deuxième guide d'ondes annulaire 21 possède des fentes équivalentes au premier guide d'ondes annulaire 11 pour transmettre l'énergie électromagnétique aux bras radiaux 1, de la même manière. Première réalisation En référence à la figure 2A, dans la première réalisation de l'invention, chaque bras radial 1 est fixé dans le premier guide d'ondes annulaire 11 et sur la structure centrale 20. L'extrémité externe 4 de chaque bras radial 1 est placée à l'intérieur du premier guide d'ondes annulaire 11, grâce à une première série de fentes réalisées dans la virole annulaire 12. Une goupille 5 permet de verrouiller ce montage en traversant l'extrémité externe 4 du bras radial à l'intérieur du premier guide d'ondes annulaires 11. Chaque goupille 5 constitue donc un moyen de couplage entre un bras radial qui est un moyen de distribution de l'énergie aux éléments à dégivrer et le premier guide d'ondes annulaire 11 qui est un moyen de transmission. Sur la figure 2A, le bras radial 1 est représenté avec deux traits mixtes, symbolisant ses parois 6. Une couche de givre 7 s'est accumulée contre le bras radial 1. Une chaîne de flèches 8 symbolise le cheminement des micro-ondes qui pénètrent par l'extrémité externe 4 du bras radial 1, à l'intérieur du premier guide d'ondes annulaire 11, pour parcourir toute la paroi 6 du bras radial 1 et envahir les particules de givre 7. La figure 2B représente les mêmes éléments, vus de côté. On s'aperçoit que les micro-ondes, une fois arrivées à l'extrémité interne 9 du bras radial 1, peuvent également être évacuées par le deuxième guide d'ondes 21 et transmises au capot 22 par l'intermédiaire de boulons 24 faisant office de moyens de couplage de l'énergie électromagnétique. Ainsi, toute la surface externe 23 du capot 22 peut être soumise au même régime énergétique électromagnétique dans un même but de dégivrage. Sur cette même figure 2B, ont été représentés des câbles conducteurs coaxiaux 30, en traits interrompus, reliant le bord de fuite 1F du bras radial 1 au bord d'attaque 2A du volet 2. Ainsi, les micro- ondes, parcourant les parois 6 du bras radial 1, passent en partie dans les parois du volet 2, grâce à ces moyens de transmission électromagnétiques. Dans cette réalisation, les parois 6 des bras radiaux 1 sont prévues en matériaux composites à revêtement diélectrique (par exemple du verre époxy), de manière à servir de guide d'ondes de surface et faire office de moyens de distribution de l'énergie électromagnétique. Deuxième réalisation En référence à la figure 3A, on retrouve un premier guide d'ondes annulaire 11, mais pourvu d'une deuxième série de fentes 14 débouchant à l'extérieur des bras radiaux 1. De la sorte, une partie des micro-ondes est diffusée à l'extérieur de ceux-ci et est susceptible d'envelopper électromagnétiquement les surfaces externes des bras radiaux 1 et de s'attaquer ainsi à d'éventuelles couches de givre ou de glace. La figure 3B montre en coupe cette même deuxième solution. Elle est complétée d'une série de flèches 16 qui symbolisent le trajet des micro-ondes. On peut constater qu'elles peuvent également être orientées le long des surfaces externes des volets 2. Pour augmenter l'efficacité de cette solution, on peut disposer plusieurs guides d'ondes annulaires 11 dans la structure externe 10. Il est ainsi possible d'envoyer une grande partie des micro-ondes directement sur la surface externe 23 du capot 22 de la structure centrale 20. En d'autres termes, les fentes 14 de cette deuxième série agissent comme des trous de conductivité, tel un système d'antenne à fentes, pour former un faisceau d'ondes englobant les éléments à dégivrer. Les câbles conducteurs coaxiaux 30, entre les bras radiaux 1 et les volets 2, peuvent également être conservés. Les fentes, les longueurs et les largeurs des fentes 14 sont dimensionnées en fonction de la fréquence d'émission des micro-ondes utilisées. On note que cette fréquence peut être adaptée pour entrer dans une fourchette de 2 à 30 GHz, afin d'obtenir une meilleure efficacité de dissipation thermique dans le givre ou afin de diminuer le rayonnement dans le moteur. Dans ces deux premières solutions, il est possible de placer plusieurs générateurs de micro- ondes sur structure externe 10 pour alimenter un ou plusieurs guides d'ondes annulaires il. La figure 7 explicite le cas o, dans les deux premières solutions, plusieurs générateurs de micro-ondes sont prévus pour alimenter une seule circonférence de guides d'ondes annulaires 11. Si on en utilise quatre, ceux-ci sont répartis à 90 autour de l'axe du turboréacteur et assurent chacun la répartition des micro-ondes sur un quart des bras radiaux. Troisième réalisation Sur la figure 4A, on retrouve une virole externe 34, constituant la structure externe 10, percée de fentes dans lesquelles se trouvent les extrémités externes 33 des bras radiaux 1. La structure centrale comprend un guide d'ondes annulaire interne 21. Sa paroi externe 35 est percée d'une série de fentes, dans chacune desquelles une extrémité interne 32 d'un bras radial 1 est insérée. Une goupille de fixation permet de bloquer le bras radial 1 dans ce guide d'ondes annulaire interne 21, de manière analogue à la fixation décrite sur les figures 2A et 2B et sur la prochaine figure 5. Comme on peut le voir sur la figure 4B, un générateur d'ondes 25 est prévu, ainsi qu'un guide d'ondes traversal 26, de manière à compléter les moyens de transmission des micro-ondes aux bras radiaux 1. Dans cette réalisation, on retrouve les boulons 24, permettant de fixer le guide d'ondes annulaire interne 21 au capot 22. Ces boulons 24 servent également de moyens de couplage électromagnétique entre le capot 22 et ce guide d'ondes annulaire interne 21. La figure 5 explicite un exemple de fixation, tel que celui de la première réalisation (voir figures 2A et 2B). On y retrouve le premier guide d'ondes annulaire externe 11, dans lequel est placée l'extrémité externe 4 d'un bras radial 1. Deux goupilles de fixation 5 traversent cette extrémité externe 4 pour assurer le blocage de l'ensemble, mais aussi le couplage électromagnétique. Le bras est positionné à l'intérieur de ce premier guide d'ondes annulaire externe 11, grâce à un pied 43 prenant appui sur la surface interne intérieure 18 du guide d'ondes annulaire 11, en regard du bras radial 1. Ce pied 43 peut être complété de deux flancs de positionnement 44, placés de chaque côté de l'extrémité externe 4 du bras radial 1. Cn constate que la structure du bras radial 1 est de préférence à moitié creuse. En d'autres termes, deux ou trois cavités longitudinales 41 et 42 peuvent être ménagées à l'intérieur du bras radial 1. Ce dernier est d'ailleurs de préférence en composite diélectrique; on peut citer, par exemple, le verre époxy. Le premier guide d'ondes annulaire externe 11 est, de préférence, également en un matériau composite, mais métallisé sur sa surface interne extérieure 19 pour favoriser le guidage des ondes électromagnétiques. En référence à la figure 6, les moyens de transmission des micro-ondes, entre les bras 1 et les volets mobiles 2, sont de préférence constitués par plusieurs câbles conducteurs coaxiaux 30. Au besoin, ces derniers peuvent avoir la forme d'une boucle 36 logée dans une cavité 1C du bras radial 1 et une cavité 2C du volet mobile 2. La fréquence des micro-ondes peut être choisie dans une fourchette allant de 2 à 30 GHz, afin d'obtenir une meilleure efficacité de la dissipation thermique dans le givre, ou afin de diminuer le rayonnement parasite dans le moteur. Si nécessaire, il est possible d'utiliser, dans la conception des éléments à dégivrer, des matériaux capables d'absorber des micro-ondes et d'échauffer plus ou moins la structure pour éviter une éventuelle recongélation des particules d'eau. Avantages de l'invention Aucun prélèvement d'air n'est nécessaire pour assurer le chauffage des éléments à dégivrer. Il s'ensuit une amélioration du rendement du turboréacteur. Compte tenu du fait qu'aucune tuyauterie, ni vanne, n'est nécessaire dans ce système de réchauffage, une réduction de la masse de l'ensemble est obtenue. L'énergie consommée est relativement faible, car presque uniquement le givre est chauffé. En absence de source de chaleur, il est possible d'utiliser des composites du type "froid", plus faciles à mettre en oeuvre et moins chers. Ceci évite des contraintes thermiques dans les structures du turboréacteur. La technologie électromagnétique ainsi utilisée est relativement simple, fiable. On note que l'encombrement radial nécessité pour l'installation d'une telle technologie est relativement faible. REVENDICATIONS 1. Turboréacteur comportant un carter d'entrée d'air équipé de bras radiaux (1) en profil composite diélectrique entre une structure externe (10) en forme annulaire et une structure centrale interne (20), le turboréacteur étant équipé de moyens de dégivrage des bras (1) par micro-ondes, comportant: - un générateur de micro-ondes (15, 25); - des moyens de transmission (11, 21, 30) de l'énergie; - des moyens de distribution (1, 2, 22) d'énergie; et - des moyens de couplage (5, 24). 2. Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de dégivrage sont placés sur la structure externe (10) et sont constitués d'au moins un premier guide d'ondes annulaire (11), le générateur de micro-ondes (15) étant fixé également sur la structure externe (10). 3. Turboréacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier guide d'ondes annulaire (11) possède une première série d'ouvertures tranversales sur sa paroi interne, et dans chacune desquelles est placée l'extrémité externe (4) d'un bras radial (1), cette extrémité externe (4) étant fixée à la structure externe (10). 4. Turboréacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fixation des bras radiaux (1) sur la structure externe (10) se fait au moyen de goupilles (5) traversant l'extrémité externe (4) à l'intérieur du premier guide d'ondes annulaires (11) et constituant ainsi des moyens de couplage. 5. Turboréacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier guide d'ondes annulaire (11) possède une deuxième série d'ouvertures transversales (14) sur sa surface interne et débouchant entre et à côté des bras radiaux (1) pour orienter les micro-ondes sur les surfaces externes des bras radiaux (1). 6. Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de dégivrage se trouvent sur la structure centrale (20) et les moyens de transmission sont constitués d'un deuxième guide d'ondes annulaire (21) placé à l'intérieur de la structure centrale (20) contre la paroi externe de celle-ci. 7. Turboréacteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième guide d'ondes annulaire (21) possède une troisième série d'ouvertures transversales sur sa surface externe et dans chacune desquelles est placée l'extrémité interne (32) d'un bras radial (1), cette extrémité interne (32) étant fixée à la structure centrale (20). 8. Turboréacteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent, entre autres, des boulons de fixation (24) du deuxième guide d'ondes annulaires (21) sur la structure centrale (20). 9. Turboréacteur selon la revendication 1, chaque bras radial (1) ayant un volet mobile (2), caractérisé en ce que les moyens de transmission comprennent, entre autres, des câbles conducteurs coaxiaux (30) reliant le bord de fuite (1F) de chaque bras radial (1) au bord d'attaque (2A) du volet mobile (2) correspondant.