Brevet FR2734319A1 — publié le 19961122

La présente invention concerne un dispositif pour prélever et refroidir de l'air chaud au niveau d'un moteur d'aéronef. Pour assurer, en particulier, le conditionnement d'air à bord d'un aéronef, il est connu de prélever de l'air au niveau des compresseurs des moteurs de l'aéronef (turbo- réacteurs notamment, plus particulièrement turboréacteurs "double flux"). Une certaine quantité d'air chaud et sous pression est ainsi prélevée à la sortie des compresseurs basse pression et/ou haute pression du turboréacteur. Provenant de ces différentes sources, l'air doit traverser différents organes de commande (vannes pilotées par des thermostats, notamment) avant de pouvoir être mélangé et dosé, après quoi il est nécessaire de le refroidir une première fois (prérefroidissement) avant de l'acheminer vers les organes utilisateurs: groupe de conditionnement d'air, système de dégivrage, etc... Jusqu'à présent, dans tous les cas, l'air de refroidissement est prélevé en aval du ventilateur (soufflante) du moteur avant d'être dirigé vers l'échangeur thermique de prérefroi- dissement, ce qui présente l'inconvénient plus ou moins prononcé de détériorer les performances du moteur. En effet, l'échangeur thermique (air/air) de prérefroidissement est, de façon connue, généralement installé dans le mât qui supporte le réacteur, reliant la voilure à ce dernier, au niveau de la partie supérieure du mât à proximité du bord d'attaque de la voilure. L'air chaud sous pression provenant de différents étages du ou des compresseurs du moteur est refroidi par l'air provenant de la soufflante, qui traverse l'échangeur (auquel il est amené par une canalisation30 particulière) et est ensuite rejeté vers l'extérieur à la partie supérieure du mât, devant le bord d'attaque de la voilure. Il en résulte une ponction d'un débit important d'air qui ne participe plus à la poussée du moteur. Par ailleurs, le fait de rejeter l'air de refroidissement à l'extérieur, comme indiqué, provoque des turbulences, traînées et perturbations aérodynamiques. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et concerne un dispositif pour prélever et refroidir de l'air chaud au niveau d'un moteur d'aéronef, agencé de façon à récupérer un maximum de la pression dynamique, sans provoquer de perturbations aérodynamiques. A cet effet, le dispositif pour prélever et refroidir de l'air chaud au niveau d'un moteur d'aéronef, ledit moteur comprenant: - un corps de moteur présentant des compresseurs, chambres de combustion et turbines, -une soufflante disposée en amont du corps de moteur, -un carénage comportant, d'amont en aval dans le sens d'écoulement de l'air provenant de la soufflante, une entrée d'air, un carter de soufflante et des carénages externe et interne de la veine d'air provenant de la soufflante, - des bras de liaison entre le corps de moteur et le carter de soufflante, et - un mât de support du moteur, relié, d'une part, à celui-ci et, d'autre part, à la voilure, ledit dispositif étant du type comportant: au moins une prise d'air chaud à la sortie des étages basse pression et/ou haute pression des compresseurs du moteur, - une prise d'air froid en aval de la soufflante du moteur, - un échangeur thermique de prérefroidissement entre ledit air chaud et ledit air froid, et - des vannes de commande des débits d'air chaud et/ou d'air froid, est remarquable, selon l'invention, en ce que ledit échan- geur thermique est agencé à la partie avant du mât de support du moteur, en étant traversé par ladite veine d'air qui sort de la soufflante et n'est pas dirigée vers les compresseurs. Ainsi, le dispositif selon l'invention, grâce à son agence- ment ci-dessus défini, permet, en particulier, de récupérer de la poussée en réinjectant l'air de ventilation de l'é- changeur dans l'air du flux secondaire du moteur (veine d'air froid), et de limiter, sinon supprimer, l'encombrement important dû aux écopes, canalisations, grilles de sortie, qui déterminent les dimensions du mât ou de l'habillage du moteur. Avantageusement, ledit échangeur thermique comprend: - une première canalisation de prélèvement d'air chaud au niveau des compresseurs basse pression et/ou haute pres- sion du moteur, - un carter perforé, formant l'étrave du mât de support du moteur, disposé transversalement dans la veine d'air froid provenant de la soufflante entre lesdits carters externe et interne de ladite veine d'air, et traversé par ladite canalisation le long de son extension longitudinale, et - une seconde canalisation s'étendant dans ledit mât vers la voilure de l'aéronef et les moyens utilisateurs, raccordée à ladite première canalisation. Dans une première réalisation de l'invention, ladite pre- mière canalisation présente, avantageusement, une première dérivation traversant ledit carter et une seconde dériva- tion, la première et/ou la seconde dérivation étant munies30 d'une vanne de régulation, lesdites première et seconde dérivations s'étendant au moins sensiblement parallèlement l'une à l'autre et transversalement à la veine d'air froid, et se réunissant au niveau de ladite seconde canalisation. En particulier, dans ce cas, ledit carter peut présenter une section transversale en "fer à cheval", correspondant à celle de l'étrave du mât, dont la concavité est traversée par ladite seconde dérivation, la partie avant dudit carter étant traversée par ladite première dérivation. Par ailleurs, soit l'air de ventilation, après avoir traver- sé l'échangeur, est guidé à l'intérieur du carénage interne de la veine d'air provenant de la soufflante, avant d'être évacué par des sorties prévues, respectivement, au niveau des chambres de combustion et/ou des turbines du moteur, soit l'air de ventilation est évacué par une sortie en écope de l'échangeur, une branche de la section transversale en "fer à cheval" du carter de l'échangeur présentant alors la forme d'une paroi définissant ladite sortie. Selon une variante avantageuse, ladite paroi est un volet, articulé à une extrémité, assurant une régulation de tempé- rature sur la sortie d'air de ventilation. Selon une autre réalisation de l'invention, une vanne de régulation pilotant la sortie d'air de ventilation est disposée dans une canalisation de collecte dudit air, traversant l'échangeur thermique et menant au compartiment moteur. Dans ce dernier cas, ledit échangeur thermique présente, de préférence, une forme hémi-cylindrique, limitée par des25 cloisons supérieure et arrière, cette dernière raccordée audit mât. Selon encore une autre variante de l'invention, ledit échangeur thermique présente un carter au contour profilé de section transversale croissante pour son raccordement depuis un desdits bras de liaison entre le corps de moteur et le carter de soufflante, jusqu'à la base dudit mât. Avantageusement, ledit carter profilé présente, au niveau de sa face concave, une surface perméable à l'air optimisant l'effet d'écope. Selon une autre caractéristique de l'invention, les vannes de régulation des débits d'air chaud et/ou d'air froid sont commandées par des thermostats, prévus en aval dudit échan- geur thermique. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des réfé- rences identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un moteur d'aéronef, montrant un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue partielle agrandie de la figure 1. La figure 3 est une section de la figure 2 selon la ligne III-III. La figure 4 est une figure analogue à la figure 2 illustrant un autre exemple de réalisation du dispositif selon l'inven- tion. Les figures 5 et 6 sont des sections selon les lignes respectives V-V et VI-VI de la figure 4, montrant deux variantes de la réalisation de la figure 4. La figure 7 montre, en coupe longitudinale, un autre exemple d'agencement du dispositif selon l'invention. La figure 8 est une vue en perspective schématique de l'échangeur thermique de la figure 7. La figure 9 illustre une autre variante du dispositif de l'invention. En premier lieu, il convient de décrire l'agencement général du moteur d'aéronef 1 représenté notamment sur la figure 1. Le turboréacteur "double flux" montré comprend: - un corps de moteur 2 présentant des compresseurs 3, chambres de combustion 4 et turbines 5, une soufflante 6 (ou ventilateur) disposée en amont du corps de moteur 2 et reliée à celui-ci, - un carénage 7 comportant, d'amont en aval dans le sens d'écoulement de l'air provenant de la soufflante 6, une entrée d'air 8, un carter de soufflante proprement dit 9 et des carénages externe 10 et interne 11 de la veine d'air froid, - des bras de liaison 12 entre le corps de moteur 2 et le carter de soufflante 9, et -un mât de support 13 du moteur 1, relié, d'une part, à celui-ci et, d'autre part, à la voilure 14. On notera que le carénage interne 11 du flux secondaire (veine d'air froid) contient, en plus du corps de moteur 2, des organes auxiliaires, tels que des pompes, alternateurs, régulateurs, notamment, qui sont refroidis par un flux d'air qui parcourt ce compartiment d'amont en aval. Par ailleurs, le dispositif 15 pour prélever et refroidir de l'air chaud au niveau du moteur 1 de l'aéronef comporte: - une prise d'air chaud 16 à la sortie des étages basse pression et/ou haute pression des compresseurs 3 du moteur, - une prise d'air froid 17 en aval de la soufflante 6 du moteur, - un échangeur thermique 18 de prérefroidissement entre l'air chaud et l'air froid, et - des vannes de commande 19 (figure 2) ou 31 (figure 7) des débits d'air chaud et/ou d'air froid, commandées, par exemple, par des thermostats 20. Plus particulièrement, selon l'invention, l'échangeur thermique 18 est agencé à la partie avant 13A (étrave) du mât 13 de support du moteur 1 (ou d'un carénage de ce mât), en étant traversé par la veine d'air froid 21 (figures 2 et 3 notamment) qui sort de la soufflante 6 et n'est pas dirigée vers les compresseurs 3. Par "mât", on désigne donc ici le mât lui-même (partie structurale) ou un carénage de celui-ci (rôle aérodynamique et de cheminement des canalisa- tions, en particulier). Comme on le voit notamment sur les figures 2 et 3, dans un premier mode de réalisation, l'échangeur thermique 18 comprend généralement une première canalisation 22 de prélèvement d'air chaud au niveau des compresseurs basse pression et/ou haute pression du moteur, ladite canalisation 22 présentant une première dérivation 22A traversant un carter perforé 23 de l'échangeur, formant l'étrave 13A du mât 13 de support du moteur 1 et disposé transversalement (radialement) dans la veine d'air froid 21 provenant de la soufflante 6. Comme montré sur la figure 3 notamment, le carter 23 présente une section transversale en "fer à cheval", correspondant à celle de l'étrave 13A, dont la "concavité" 23A est traversée par une seconde dérivation 22B de la canalisation 22, la partie avant du carter étant traversée par la première dérivation 22A. Les deux dériva- tions 22A, 22B s'étendent ainsi au moins sensiblement parallèlement l'une à l'autre, et transversalement à la30 veine d'air froid 21, et se réunissent en une seconde canalisation 24 s'étendant dans le mât 13 vers la voilure de l'aéronef et les moyens utilisateurs (non représentés). Dans l'exemple de réalisation des figures 2 et 3, des vannes 19A, 19B pilotées par les thermostats 20 agencés sur la canalisation 24, permettent de réguler le flux d'air chaud provenant des compresseurs et traversant les dérivations 22A et 22B, tandis que la ventilation d'air froid est perma- nente. Comme montré par les flèches F sur les figures 2 et 3, l'air froid, après avoir traversé l'échangeur 18 (carter 23) en refroidissant ainsi l'air chaud véhiculé par la première dérivation 22A (essentiellement) et la deuxième dérivation 22B (accessoirement) est guidé, dans ce premier exemple, à l'intérieur du carénage interne 11 du flux secondaire, avant d'être évacué par les sorties 25 et 26 au niveau, respectivement, des chambres de combustion 4 et des turbines 5. Plus précisément, la sortie annulaire 26 peut être considé- rée comme une simple mise à l'air libre. Par ailleurs, la sortie 25 peut être en outre définie par sa position par rapport au bord de fuite du carénage externe 10 o la vitesse et la pression de l'air sont différentes de celles de l'air atmosphérique, permettant à une sortie de géométrie particulière, dite "en écope", de travailler selon un régime différent en bénéficiant d'un effet d'aspiration. L'exemple de réalisation des figures 4 et 5 ne se distingue de l'exemple de réalisation des figures 2 et 3 que par l'évacuation de l'air de ventilation. On ne reviendra donc pas sur la description générale de l'échangeur 18 faite en regard des figures 2 et 3. Simplement, dans ce cas, on voit que la ventilation d'air froid est encore permanente, mais évacuée par une sortie en écope 27 de l'échangeur 18, dont le carter 23 présente alors une section transversale analo- gue à celle de l'exemple de la figure 3, mais dont une branche du "fer à cheval" est remplacée par une simple paroi 28 définissant la sortie 27, tandis que la dérivation 22B est isolée par une paroi arrondie 29. Cet agencement permet d'améliorer le phénomène d'aspiration. Une variante de cette réalisation est montrée sur la figure 6. Dans ce cas, la paroi 28 est remplacée par un volet 30, articulé à son extrémité reliée au carter 23, assurant une régulation de température sur la sortie d'air froid. La ventilation n'est pas alors permanente, mais régulée. On voit aussi que, dans le cas des figures 2 et 3, l'air de ventilation "sort" essentiellement à l'extérieur du carénage , tandis que, dans le cas des figures 4-6, l'air de ventilation sort à l'intérieur de ce carénage 10. Pour une conception générale s'apparentant aux cas précé- dents, l'exemple de réalisation des figures 7 et 8 s'en distingue essentiellement par une vanne de régulation 31, pilotant la sortie d'air froid, disposée dans une canalisa- tion 32 de collecte dudit air traversant l'échangeur thermi- que 18, canalisation 32 menant au compartiment moteur 2. Dans ce cas, l'air chaud rentre dans l'échangeur 18 par un conduit 33, à la partie inférieure de l'échangeur 18, et sort par un conduit 34 raccordé au conduit 24 menant aux moyens utilisateurs (non représentés). Comme on le voit sur la figure 8, l'échangeur 18 présentant une forme hémi- cylindrique est de plus limité par des cloisons supérieure et arrière 36, cette dernière raccordée au mât 13. Comme dans l'exemple de réalisation des figures 2 et 3, l'air de ventilation est ensuite évacué par les sorties 25, 26 (flèches). Comme on l'a vu ci-dessus dans la description générale du moteur d'aéronef 1, il est prévu entre le corps de moteur 2 et le carter de soufflante 9, une pluralité de bras de liaison (ou ailettes) 12, constituant un ensemble de30 plusieurs dizaines d'éléments. L'ensemble de ces ailettes joue principalement deux rôles: le premier est mécanique (liaison entre carters) et le second aérodynamique. Les ailettes redressent le flux d'air tournant rejeté par la soufflante, ce qui, en procurant un surcroît de poussée, améliore les performances du moteur tout en rendant l'ins- tallation du mât moins difficile. La figure 9 illustre une variante de l'invention, dans laquelle l'aérodynamique de l'échangeur 18 est améliorée en modifiant la section d'une ailette 12 pour permettre un raccordement direct entre ladite ailette et l'échangeur, ce dernier présentant le contour profilé 37, représenté sur la figure 9, de section transversale croissante depuis l'ai- lette jusqu'à la base du mât 13, ce qui assure un meilleur écoulement de l'air, tout en conservant les mêmes possibili- tés d'échange et de régulation au niveau de l'échangeur. Plus particulièrement, dans ce cas, l'échangeur profilé 18 présente, au niveau de sa face concave 38, une surface perméable à l'air, telle qu'une tôle perforée, optimisant l'effet d'écope tout en limitant les perturbations de l'écoulement de l'air moteur. Encore une fois, tous les principes de régulation de la température sur l'air froid ou l'air chaud traversant les conduits respectifs sont applica- bles dans cette variante. D'une façon générale, l'invention permet ainsi de créer un phénomène d'aspiration de l'air provenant de la soufflante à travers la peau extérieure de l'échangeur, afin de limiter la traînée aérodynamique créée par une bifurcation dans un jet moteur, en essayant de maintenir un écoulement laminaire aussi longtemps que possible. En d'autres termes, il s'agit d'améliorer l'écoulement aérodynamique en aspirant la couche limite, ce qui présente pour avantage de réduire la traînée et permet à l'échangeur thermique de jouer un rôle appré- ciable en plus de sa fonction première. il REVENDICATIONS 1. Dispositif pour prélever et refroidir de l'air chaud au niveau d'un moteur d'aéronef, ledit moteur comprenant: - un corps de moteur présentant des compresseurs, chambres de combustion et turbines, - une soufflante disposée en amont du corps de moteur, - un carénage comportant, d'amont en aval dans le sens d'écoulement de l'air provenant de la soufflante, une entrée d'air, un carter de soufflante et des carénages externe et interne de la veine d'air provenant de la soufflante, - des bras de liaison entre le corps de moteur et le carter de soufflante, et - un mât de support du moteur, relié, d'une part, à celui-ci et, d'autre part, à la voilure, ledit dispositif étant du type comportant: - au moins une prise d'air chaud à la sortie des étages basse pression et/ou haute pression des compresseurs du moteur, - une prise d'air froid en aval de la soufflante du moteur, - un échangeur thermique de prérefroidissement entre ledit air chaud et ledit air froid, et - des vannes de régulation des débits d'air chaud et/ou d'air froid, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (18) est agencé à la partie avant (13A) du mât (13) de support du moteur (1), en étant traversé par ladite veine d'air (21) qui sort de la soufflante (6) et n'est pas dirigée vers les compresseurs (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (18) comprend: - une première canalisation (22, 33) de prélèvement d'air chaud au niveau des compresseurs (3) basse pression et/ou haute pression du moteur (1), - un carter perforé (23), formant l'étrave (13A) du mât (13) de support du moteur (1), disposé transversalement dans la veine d'air froid (21) provenant de la soufflante (6) entre lesdits carters externe (10) et interne (11) de ladite veine d'air, et traversé par ladite canalisation (22) le long de son extension longitudinale, et - une seconde canalisation (24) s'étendant dans ledit mât (13) vers la voilure (14) de l'aéronef et les moyens utilisateurs, raccordée à ladite première canalisation (22, 33). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite première canalisation (22) présente une première dérivation (22A) traversant ledit carter (23) et une seconde dérivation (22B), la première (22A) et/ou la seconde dérivation (22B) étant munies d'une vanne de régulation (19A, 19B), lesdites première (22A) et seconde (22B) dérivations s'étendant au moins sensiblement parallèlement l'une à l'autre et transversalement à la veine d'air froid (21), et se réunissant au niveau de ladite seconde canalisation (24). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit carter (23) présente une section transversale en "fer à cheval", correspondant à celle de l'étrave (13A) du mât (13), dont la concavité (23A) est traversée par ladite seconde dérivation (22B), la partie avant dudit carter (23) étant traversée par ladite première dérivation (22A). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'air de ventilation, après avoir traversé l'échangeur, est guidé à l'intérieur du carénage interne (11) de la veine d'air provenant de la soufflante (6), avant d'être évacué par des sorties (25, 26) prévues, respectivement, au niveau des chambres de combustion (4) et/ou des turbines (5) du moteur (1). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'air de ventilation est évacué par une sortie en écope (27) de l'échangeur (18), une branche de la section transversale en "fer à cheval" du carter (23) de l'échangeur (18) présentant la forme d'une paroi (28) définissant ladite sortie. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite paroi est un volet (30), articulé à une extrémité, assurant une régulation de tempé- rature sur la sortie d'air de ventilation. 8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une vanne de régulation (31) pilotant la sortie d'air de ventilation est disposée dans une canali- sation (32) de collecte dudit air, traversant l'échangeur thermique (18) et menant au compartiment moteur (1). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (18) pré- sente une forme hémi-cylindrique, limitée par des cloisons supérieure (35) et arrière (36), cette dernière raccordée audit mât (13). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (18) pré- sente un carter au contour profilé (37) de section transver- sale croissante pour son raccordement depuis un desdits bras de liaison (12) entre le corps de moteur (2) et le carter de soufflante (9), jusqu'à la base dudit mât (13). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit carter profilé (37) présente, au niveau de sa face concave (38), une surface perméable à l'air optimisant l'effet d'écope. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les vannes de régulation (19A, 19B; 31) des débits d'air chaud et/ou d'air froid sont commandées par des thermostats (20), prévus en aval dudit échangeur thermique (18).