Brevet FR2813581A1 — publié le 20020308

La présente invention concerne le dégivrage des capots d'entrée d'air de moteurs à réaction, notamment des moteurs d'aéronefs. On sait que, en cas de besoin (prévention contre la formation de givre ou élimination de givre déjà formé), le bord d'attaque du capot d'entrée d'air de tels moteurs est dégivré par réchauffement par de l'air chaud sous pression, prélevé sur ledit moteur et amené audit bord d'attaque par un circuit de circulation d'air chaud sous pression. A cet effet, un tel capot d'entrée d'air comporte, de façon connue: - un bord d'attaque creux délimitant une chambre périphérique annulaire interne, fermée par une cloison interne (ou cadre) et pourvue d'au moins un orifice mettant en communication ladite chambre interne avec l'extérieur; et - une conduite d'alimentation en air chaud, apte à être raccordée, du côté arrière opposé audit bord d'attaque, audit circuit de circulation d'air chaud sous pression et, du côté avant vers le bord d'attaque, à un in- jecteur injectant un flux dudit air chaud sous pression dans ladite chambre annulaire. Ainsi, ledit flux d'air chaud circule dans ladite chambre annulaire en la réchauffant avant de s'échapper à l'extérieur à travers ledit orifice de communication. On a remarqué que, dans les capots connus de ce type, le réchauf- fement n'était pas homogène dans ladite chambre annulaire. En effet, au voisinage dudit injecteur les parois de ladite chambre annulaire sont por- tées à une température très élevée (plusieurs centaines de degrés Celsius) alors que les zones de cette chambre éloignées dudit injecteur sont soumi- ses à des températures relativement basses. Il en résulte donc qu'au voi- sinage de l'injecteur les parois de ladite chambre annulaire risquent d'être endommagées, alors que le dégivrage n'est pas optimal pour lesdites zo- nes éloignées de l'injecteur. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé- nients. A cette fin, selon l'invention, le capot d'entrée d'air de moteur à réaction, notamment pour aéronef, pourvu de moyens de dégivrage de son bord d'attaque et comportant à cet effet: - un bord d'attaque creux délimitant une chambre périphérique annulaire interne, fermée par une cloison interne et pourvue d'au moins un orifice mettant en communication ladite chambre annulaire avec l'extérieur; et - une conduite d'alimentation en air chaud, apte à être raccordée, à son extrémité arrière opposée audit bord d'attaque, à un circuit d'air chaud sous pression et, à son extrémité avant vers ledit bord d'attaque, à un injecteur injectant un flux dudit air chaud sous pression dans ladite chambre annulaire, de sorte que ledit flux d'air chaud circule dans ladite chambre annulaire en la réchauffant avant de s'échapper à l'extérieur à travers ledit orifice de communication, est remarquable en ce que: - ledit orifice de communication est calibré pour ne permettre l'évacuation vers l'extérieur que d'une partie dudit flux d'air chaud en circulation dans ladite chambre annulaire, I'autre partie dudit flux étant amenée à recirculer dans cette chambre annulaire; et - il est prévu, à l'intérieur de ladite chambre annulaire, un mélangeur pour former, à chaque instant, le mélange du flux d'air chaud en cours d'injection par ledit injecteur avec la partie dudit flux d'air en recircula- tion, injecté antérieurement. Ainsi, la présente invention permet d'homogénéiser la température du flux d'air en circulation dans la chambre annulaire, avec comme consé- quence la suppression des points chauds au voisinage de l'injecteur et un meilleur dégivrage des parties du bord d'attaque du capot éloignées de ce dernier. Dans un mode de réalisation particulièrement simple, ledit mélan- geur peut présenter une forme allongée particulière, de préférence la forme d'un tube, dont les deux extrémités sont ouvertes, ledit mélangeur recevant, à son extrémité amont disposée en regard dudit injecteur, à la fois ledit flux d'air chaud en cours d'injection et ladite partie dudit flux d'air en recirculation, et délivrant ledit mélange à son extrémité aval, op- posée audit injecteur. On notera que, dans le cadre de la présente invention, ledit mélan- geur peut présenter toute forme permettant d'obtenir un mélange homo- ggène desdits deux flux. De préférence, pour pouvoir être aisément logé dans ladite cham- bre annulaire, ledit mélangeur est courbé en portion d'anneau, en corres- pondance avec la forme de ladite chambre annulaire. Pour accroître encore plus l'homogénéisation en température du flux d'air chaud circulant dans ladite chambre annulaire et, donc, augmen- ter encore l'efficacité du dégivrage tout en supprimant plus efficacement les points chauds, il est avantageux que ledit mélangeur comporte des moyens pour mettre ledit mélange de flux d'air chaud en rotation tourbil- lonnaire sur lui-même, à la manière d'un cyclone. Ainsi, ledit flux d'air chaud parcourt ladite chambre annulaire en tournant sur lui-même. Bien que lesdits moyens de mise en rotation dudit mélange d'air chaud pourraient être constitués par des palettes ou des aubes disposées à l'intérieur dudit mélangeur, il est avantageux qu'ils soient de nature à utiliser l'énergie de l'air chaud amené par ladite conduite d'alimentation. A cet effet, lesdits moyens de mise en rotation du flux d'air chaud peuvent comporter au moins un injecteur auxiliaire d'air chaud, disposé latéralement et tangentiellement par rapport audit mélangeur, en aval dudit injecteur. Dans ce cas, il est avantageux que ledit injecteur auxiliaire soit alimenté en air chaud par une dérivation de ladite conduite d'amenée d'air chaud. La position dudit injecteur auxiliaire le long du mélangeur, ainsi que l'angle d'inclinaison de l'axe dudit injecteur auxiliaire sur l'axe du mélan- geur, sont des paramètres de réglage de la mise en rotation du mélange des flux d'air chaud. Le nombre d'injecteurs auxiliaires utilisés constitue également un tel paramètre. De plus, I'ouverture du ou des injecteurs auxiliaires au niveau du mélangeur présente, de préférence, une forme rectangulaire ou allongée. Ceci permet d'engendrer un flux auxiliaire qui présente une pression plus élevée que celle du flux principal, ce qui améliore l'homogénéisation du 1 5 mélange et la mise en rotation tourbillonnaire du flux. En variante, lesdits moyens de mise en rotation du mélange du flux d'air chaud comportent au moins un injecteur auxiliaire d'air chaud, dis- posé au niveau dudit injecteur. Ce ou ces injecteur(s) auxiliaire(s) peuvent alors être alimenté avantageux que le ou les injecteur(s) auxiliaire(s) fasse(nt) partie inté- grante dudit injecteur. Par ailleurs, ledit injecteur qui peut être une pièce solidaire ou une pièce séparée du mélangeur, de forme quelconque, est de préférence agencé dans la première moitié du mélangeur. On comprendra aisément que, grâce à la présente invention, les contraintes thermiques subies par les matériaux constituant le bord d'attaque sont moins fortes alors que le rendement de dégivrage est meil- leur. Il est donc possible de réaliser ledit bord d'attaque avec des maté- riaux plus légers et moins chers et de diminuer la température de l'air pré- levé sur le moteur. Par voie de conséquence, la consommation dudit mo- teur en combustible est réduite. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment lI'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre schématiquement, en perspective éclatée, un moteur d'aéronef à réaction et ses différents capotages, ledit moteur étant pourvu d'un capot d'arrivée d'air conforme à la présente invention La figure 2 est une coupe transversale agrandie de la chambre pé- riphérique annulaire interne de ce capot, au niveau de l'injecteur d'air chaud, cette coupe correspondant à la ligne 11-11 de la figure 1 passant par l'axe de la conduite d'alimentation en air chaud. La figure 3 illustre, schématiquement en perspective, un premier i 5 mode de réalisation du mélangeur conforme à la présente invention. La figure 4 illustre, schématiquement en perspective, un autre mode de réalisation du mélangeur conforme à la présente invention. La figure 5 est une coupe axiale partielle à travers l'injecteur de la figure 4, selon la ligne V-V de cette dernière. Les figures 6 et 7 sont respectivement des coupes selon les lignes VI-VI et VII-VII de la figure 5. Le moteur à double flux 1 représenté schématiquement sur la fi- gure 1 comporte, de façon connue, un générateur central d'air chaud 2, un ventilateur 3 et des étages de compresseurs 4, et il est pourvu d'une attache 5 de suspension à un mât de support (non représenté). Au moteur 1 sont associés et fixés un ensemble de tuyère 6, deux capots latéraux 7 et 8 et un capot d'entrée d'air 9. Comme cela est illustré schématiquement sur la figure 1, le capot d'entrée d'air 9 comporte une conduite interne 10, pourvue à son extré- mité arrière, dirigée vers le moteur 1, d'un élément de raccord 1 1 et à son extrémité avant, logée dans le bord d'attaque creux 16 dudit capot d'entrée d'air, d'un injecteur 12. Par ailleurs, sur un étage de compres- seurs du moteur 1 est agencée une prise d'air chaud sous pression 13 qui est connectée à une conduite 14, pourvue, en regard de l'élément de rac- cord 1 1 de la conduite 10, d'un élément de raccord complémentaire 1 5. Ainsi, lorsque les éléments de raccord 1 1 et 1 5 complémentaires sont reliés l'un à l'autre, de l'air chaud sous pression prélevé en 1 3 sur le moteur 1 est acheminé par les conduites 14 et 10 jusqu'à l'injecteur 1 2. Comme le montre en détail et à plus grande échelle la demi-coupe transversale de la figure 2, le bord d'attaque creux 16 est fermé du côté arrière par une cloison interne 17, de sorte qu'une chambre périphérique annulaire interne 18 est formée à l'intérieur dudit bord d'attaque 16. L'injecteur 12 traverse ladite cloison interne 17 et est coudé pour débou- cher dans la chambre annulaire 18, parallèlement au bord d'attaque 16. Cet injecteur 1 2 est solidaire d'une collerette 25 permettant de le fixer sur la cloison interne 17. Conformément à la présente invention, à l'intérieur de ladite chambre annulaire 18 et en aval dudit injecteur 12, le capot 9 comporte un mélangeur 19, allongé et disposé parallèlement audit bord d'attaque 16. Le mélangeur 19 est avantageusement formé par un tube ouvert à ses deux extrémités 1 9M et 1 9V et courbé en forme de portion d'anneau, en correspondance avec la forme de la chambre annulaire 18. L'injecteur 12 injecte dans le mélangeur 19, à travers l'extrémité amont 19M de celui-ci, un flux d'air chaud 20 qu'il reçoit de la conduite 10. Par suite, de l'air chaud traverse ledit mélangeur 19 et ressort à tra- vers l'extrémité aval 19V de celui-ci pour circuler à l'intérieur de la cham- bre annulaire 1 8 et réchauffer le bord d'attaque 1 6. Au moins un orifice 21 est prévu dans ledit bord d'attaque 16 pour l'évacuation à l'air libre (flèche 22) de l'air chaud ayant circulé à l'intérieur du bord d'attaque 16. Cet orifice peut également être prévu dans la cloi- son interne 17. En réalité, I'orifice 21 est calibré pour ne permettre l'évacuation vers l'extérieur que d'une partie 22 du flux d'air chaud en circulation dans la chambre annulaire 18, I'autre partie 23 dudit flux étant amenée à recir- culer dans ladite chambre annulaire 18. Ainsi, la partie du flux recirculée 23, qui a été antérieurement in- jectée par l'injecteur 12 et dont la température a été abaissée par transfert au bord d'attaque 16, pénètre dans le mélangeur 19 à travers ladite ex- trémité amont 19M et s'y mélange au flux 20, plus chaud, en cours d'injection par l'injecteur 12. C'est donc le flux 24, résultant du mélange du flux chaud 20 et du flux recirculé 23, moins chaud, qui sort du mélan- i 5 geur 19, à travers l'extrémité aval 19V, pour parcourir la chambre annu- laire 1 8. Sur la figure 3, on a représenté un exemple de réalisation du mé- langeur 19, comportant des moyens de mise en rotation tourbillonnaire du flux de mélange 24. Sur cette figure, le mélangeur tubulaire 19 est sup- porté dans la chambre annulaire 18 (non représentée) par des pattes 26, prévues à son extrémité aval 1 9V, et par des pattes 27 prévues à son ex- trémité amont 19M et solidaires de l'injecteur 12, lui-même fixé à la cloi- son 17, grâce à la collerette 25. Le mélangeur 19 de la figure 3 comporte, de plus, au moins un in- jecteur auxiliaire d'air chaud 28, disposé latéralement par rapport audit mélangeur 1 9, entre les extrémités 1 9M et 1 9V de celui-ci. L'axe 29 dudit injecteur auxiliaire 28 peut être incliné par rapport au mélangeur 19. Cet injecteur auxiliaire 28 est alimenté en air chaud par une dérivation 30 de la conduite d'alimentation 10, prélevant sur cette dernière un flux d'air chaud 31. Le flux d'air chaud 31 met en rotation, sur lui-même, le flux de mélange 24 qui devient tourbillonnaire et parcourt alors la chambre annu- laire 18, à la manière d'un cyclone. Dans la variante de réalisation des figures 4 à 7, le mélangeur 19 est pourvu d'un injecteur 12, pourvu de deux cornes de soufflage latérales 32 et 33, alimentées en gaz chaud par la conduite 10, en commun avec l'injecteur 12. Les cornes 32 et 33 servent de plus à la fixation du mélan- geur 19 dans la chambre 18 (non représentée) en coopération avec les pattes 26. Les cornes latérales débouchent dans l'extrémité amont 19M du mélangeur 19 par des orifices excentrés et obliques 34 et 35 formant in- jecteurs auxiliaires et émettant des jets d'air chaud 36 et 37, aptes à met- i15 tre en rotation tourbillonnaire le flux de mélange 24, comme cela est illus- tré sur la figure 6. Bien que sur les figures 4 à 7 on ait représenté deux cornes de soufflage, il va de soi que le nombre de celles-ci pourrait être soit égal à 1, soit supérieur à 2. REVENDICATIONS 1. Capot d'entrée d'air (9) de moteur à réaction (1), notamment pour aéronef, pourvu de moyens de dégivrage de son bord d'attaque et comportant à cet effet: - un bord d'attaque (16) creux délimitant une chambre périphérique an- nulaire interne (18), fermée par une cloison interne (17) et pourvue d'au moins un orifice (21) mettant en communication ladite chambre annu- laire (18) avec l'extérieur; et - une conduite d'alimentation d'air chaud (10), apte à être raccordée, à son extrémité arrière opposée audit bord d'attaque (16), à un circuit d'air chaud sous pression (14) et, à son extrémité avant vers ledit bord d'attaque (16), à un injecteur (12) injectant un flux (20) dudit air chaud sous pression dans ladite chambre annulaire (18), de sorte que ledit flux d'air chaud circule dans ladite chambre annulaire (18) en la réchauffant avant de s'échapper à l'extérieur à travers ledit orifice de communica- tion (21), caractérisé en ce que - ledit orifice de communication (21) est calibré pour ne permettre l'évacuation vers l'extérieur que d'une partie (22) dudit flux d'air chaud en circulation dans ladite chambre annulaire (18), I'autre partie (23) du- dit flux étant amenée à recirculer dans cette chambre annulaire (18); et il est prévu, à l'intérieur de ladite chambre annulaire (18), un mélangeur (19) pour former, à chaque instant, le mélange (24) du flux d'air chaud (20) en cours d'injection par ledit injecteur (12) avec la partie (23) dudit flux d'air en recirculation, injecté antérieurement. 2. Capot d'entrée d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélangeur (10) présente deux extrémités ou- vertes et reçoit, à son extrémité amont (19M) disposée en regard dudit injecteur (12), à la fois ledit flux d'air chaud (20) en cours d'injection et ladite partie (23) dudit flux d'air en recirculation, et délivre ledit flux de mélange (24) à son extrémité aval (19V). 3. Capot d'entrée d'air selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit mélangeur (19) est courbé en portion d'anneau, en correspondance avec la forme de ladite chambre périphérique annulaire interne (18). 4. Capot d'entrée d'air selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que ledit mélangeur (19) comporte des moyens pour mettre ledit mélange de flux d'air chaud en rotation tourbillonnaire sur luimême, à la manière d'un cyclone. 5. Capot d'entrée d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en rotation dudit mélange de flux utilisent l'énergie de l'air chaud dans ladite conduite d'alimentation (10). 6. Capot d'entrée d'air selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en rotation comportent au moins un injecteur auxiliaire d'air chaud (28), disposé latéralement et tan- gentiellement par rapport audit mélangeur (19), en aval dudit injecteur (12). 7. Capot d'entrée d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit injecteur auxiliaire (28) est alimenté en air chaud par une dérivation (30) de ladite conduite d'alimentation (10). 8. Capot d'entrée d'air selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en rotation du mélange de flux comportent au moins un injecteur auxiliaire d'air chaud (34, 35), dis- posé au niveau dudit injecteur (12). 9. Capot d'entrée d'air selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit injecteur auxiliaire (34, 35) est alimenté en air chaud, directement par ladite conduite d'alimentation (10). 10. Capot d'entrée d'air selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit injecteur auxiliaire (34, 35) fait partie intégrante dudit injecteur (12).