Brevet FR2917714A1 — publié le 20081226

TURBOREACTEUR POUR AERONEF L'invention concerne un turboréacteur pour aéronef. Plus précisément l'invention concerne un échangeur thermique, également appelé échangeur surfacique, logé dans un turboréacteur. L'échangeur thermique selon l'invention est destiné à refroidir un fluide chaud du système propulsif du turboréacteur, tel que de l'huile, afin qu'il puisse être réinjecté dans ledit système propulsif au moins partiellement refroidi. L'invention concerne également un aéronef comportant au moins un tel turboréacteur. D'une manière générale, l'échangeur thermique selon l'invention trouve des applications dès lors qu'il est nécessaire de refroidir un fluide circulant dans ou à la périphérie d'un turboréacteur. Dans le domaine de l'aviation civile, il est connu d'utiliser un échangeur thermique annexe pour refroidir l'huile qui circule dans le moteur du turboréacteur. L'huile chaude est amenée dans l'échangeur thermique pour y être refroidie avant d'être réinjectée dans le système propulsif. Dans l'état de la technique, il existe de manière générale deux positionnements possibles pour l'échangeur thermique, à savoir au niveau du corps du moteur, ou au niveau de la nacelle. Cependant, dans le cas où l'échangeur thermique est monté dans la nacelle avec sortie d'air vers l'extérieur, le prélèvement d'air constitue une perte directe de rendement propulsif dans la mesure où il ne contribue pas ou peu à la poussée du moteur. Dans le cas où l'échangeur thermique est monté dans le corps du moteur, la matrice de l'échangeur thermique induit de par son architecture interne une forte perte de charge dans l'écoulement et tend à perturber de façon plus ou moins significative l'écoulement aérodynamique aval du moteur. Une autre solution connue est d'utiliser un échangeur à plaques épousant localement la forme de la paroi interne de la nacelle à laquelle elle est accolée. Une face supérieure de l'échangeur thermique est accolée à la paroi interne de la nacelle, tandis qu'une face inférieure est située dans le flux d'air froid qui traverse le volume interne de la nacelle. La chaleur transportée au sein de l'échangeur est transférée par conduction thermique à la surface interne de la plaque formant la face inférieure dudit échangeur thermique. Cette plaque chaude est léchée par le flux d'air froid s'écoulant dans la nacelle. La chaleur emmagasinée dans la plaque chaude est ainsi dissipée par convection forcée vers l'écoulement aérodynamique du turboréacteur. Un inconvénient de ce deuxième mode de réalisation d'un échangeur thermique de l'état de la technique est qu'il réduit les surfaces disponibles pour les systèmes actuels de réduction des nuisances sonores sortant du turboréacteur. En effet, pour réduire ces nuisances sonores, il est connu de recouvrir au moins partiellement la paroi interne de la nacelle d'un revêtement acoustique. Plus généralement, ce revêtement acoustique recouvre les parois internes et externes de la nacelle et du capot moteur dès lors que deux de ces parois sont en regard l'une de l'autre. La présence de ce revêtement acoustique est incompatible avec l'accolement de l'échangeur thermique à plaques sur la paroi interne de la nacelle. Il serait nécessaire, pour utiliser un tel échangeur thermique à plaques, de supprimer localement le revêtement acoustique, ce qui s'avère difficile au vu des critères de dimensionnement relatifs aux nuisances sonores. Dans l'invention, on cherche à fournir un échangeur thermique, apte à refroidir un fluide, tel que de l'huile ou autre fluide caloporteur, en provenance du système propulsif du moteur, qui puisse s'installer aisément dans un turboréacteur et s'adapter aux normes et contraintes actuelles, notamment acoustiques. On cherche également à fournir un échangeur thermique ayant un rendement accru par rapport au rendement des échangeurs thermiques de l'état de la technique, c'est-à-dire ayant des capacités de refroidissement plus importantes. Pour cela, dans l'invention, on propose de disposer un ou plusieurs échangeurs thermiques au niveau de la bifurcation inférieure du turboréacteur. La bifurcation inférieure s'étend classiquement en partie basse du turboréacteur, entre la paroi externe du moteur et la paroi interne de la nacelle. Par partie basse du turboréacteur, on entend la partie destinée à être dirigée vers le sol lorsque le turboréacteur est monté sur l'intrados d'une aile d'aéronef. La bifurcation inférieure est disposée en aval de la soufflante et des aubes du redresseur de fan. N'étant pas directement en regard avec une paroi interne de la nacelle ou une paroi externe du capot moteur, la bifurcation inférieure n'est généralement pas recouverte de traitement acoustique. Ainsi, selon l'invention, on intègre au niveau de la bifurcation inférieure un ou plusieurs échangeurs thermiques surfaciques de manière à dissiper au sein de l'écoulement interne du moteur les réjections thermiques tout en limitant les traînées aérodynamiques engendrées et sans influer sur le traitement acoustique de la nacelle. La bifurcation inférieure s'étend le plus souvent jusqu'au col de la nacelle et est de ce fait relativement encombrante, de manière à pouvoir loger dans son volume interne des canalisations, des câbles électriques, l'arbre de transmission de la boîte à accessoires etc. qui doivent transiter depuis le moteur jusqu'à un équipement contenu dans le corps de la nacelle et inversement. Dans certains turboréacteurs une partie de l'équipement est regroupée dans le moteur lui-même, ce qui supprime une partie des canalisations et du câblage. Dès lors, le volume interne de la bifurcation inférieure, et son encombrement général, peut être réduit. Dans le cas où la bifurcation inférieure est réduite, le ou les échangeurs thermiques selon l'invention peuvent avantageusement être disposés dans le prolongement de ladite bifurcation inférieure. Autrement, le ou les échangeurs thermiques peuvent s'étendre de part et d'autre de la bifurcation, parallèlement à ladite bifurcation. Dans certains cas, il est possible d'accoler une paroi externe d'un échangeur thermique à la paroi externe de la bifurcation de manière à réduire l'encombrement de l'ensemble. Cependant, dans ce cas, il n'existe qu'une surface d'échange thermique par échangeur thermique considéré. L'invention a donc pour objet un turboréacteur pour aéronef comportant un moteur logé dans une nacelle et au moins un échangeur thermique destiné à refroidir un fluide chaud prélevé dans le système propulsif du turboréacteur avant réinjection dudit fluide chaud partiellement refroidi dans ledit système propulsif, caractérisé en ce qu'au moins un échangeur thermique est un échangeur thermique vertical s'étendant en partie basse du turboréacteur, au niveau d'une bifurcation inférieure du turboréacteur. Par vertical, on entend perpendiculaire à l'axe longitudinal du turboréacteur. Autrement dit, l'échangeur thermique selon l'invention s'étend depuis le moteur jusqu'à la paroi interne de la nacelle et traverse partiellement le volume interne de ladite nacelle. Selon des exemples de réalisation du turboréacteur selon l'invention, il est possible de prévoir qu'au moins un échangeur thermique vertical s'étend le long d'une paroi latérale de la bifurcation inférieure. L'échangeur thermique vertical s'étend parallèlement à un flanc, ou paroi latérale, de la bifurcation, sans être forcément accolé à ladite paroi latérale. Dans le cas où l'échangeur thermique vertical est accolé, on diminue les perturbations aérodynamiques engendrées par la présence de l'échangeur thermique vertical. Par exemple une paroi externe de l'échangeur thermique vertical est solidaire d'une paroi externe de la bifurcation inférieure. Par paroi externe, on entend la paroi dirigée vers le volume interne de la nacelle et le canal de passage d'air dans lequel ils sont logés. Par interne, on entend donc dirigé vers la bifurcation inférieure. A l'inverse, dans le cas où on dispose l'échangeur thermique vertical à distance de la bifurcation, on augmente les surfaces d'échange et donc les performances de refroidissement dudit échangeur thermique vertical. Préférentiellement, l'échangeur thermique vertical s'étend alors en aval de la bifurcation inférieure dans son prolongement aérodynamique. Dans un exemple particulier de réalisation du turboréacteur selon l'invention, on prévoit qu'au moins un échangeur thermique vertical est solidaire du moteur. L'échangeur étant alors solidaire et à proximité de la turbomachine, les actions de maintenance sur l'équipement sont simplifiées. Cela peut par exemple éviter d'avoir à déconnecter des connections fluidiques entre le moteur et l'échangeur, comme cela peut être le cas sur des ensembles propulsifs où l'échangeur n'est pas directement fixé sur le moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent : - Figure 1 : Une représentation en coupe longitudinale d'un turboréacteur pouvant être muni d'au moins un échangeur thermique vertical selon l'invention ; - Figure 2 : Une représentation en coupe selon B-B d'un premier exemple de réalisation d'échangeurs thermiques selon l'invention ; - Figure 3 : Une représentation en coupe selon B-B d'un deuxième exemple de réalisation d'échangeurs thermiques selon l'invention ; - Figure 4 : Une représentation en coupe selon B-B d'un troisième exemple de réalisation d'échangeurs thermiques selon l'invention. La figure 1 montre un turboréacteur 1 en coupe longitudinale selon l'axe longitudinal A dudit turboréacteur 1. Le turboréacteur 1 comporte classiquement une nacelle 2 dans laquelle est logé un moteur 3. Le moteur 3 est fixé à une paroi interne 4 de la nacelle 2 par l'intermédiaire entre autre d'aubes 5 de redresseur de fan. Le turboréacteur 1 est muni d'une bifurcation inférieure 6 pouvant s'étendre en longueur depuis les aubes 5 jusqu'à l'extrémité arrière 7 de la nacelle 2. Par longueur, on entend la dimension s'étendant parallèlement à l'axe A. Par avant et arrière, on entend par rapport au sens d'avancement en fonctionnement normal d'un aéronef muni d'un tel turboréacteur 1 La bifurcation inférieure 6 s'étend en hauteur depuis la paroi externe 12 du moteur 3 jusqu'à la paroi interne 4 de la nacelle 2. Par hauteur, on entend la dimension s'étendant radialement depuis l'axe longitudinal A. Le ou les échangeurs thermiques selon l'invention se situent dans l'environnement de cette bifurcation inférieure 6, c'est-à-dire le long des parois latérales de ladite bifurcation 6, en aval de ladite bifurcation 6 etc. Sur les figures 2, 3 et 4 sont représentés trois exemples non limitatifs de réalisation d'échangeurs thermiques selon l'invention. . La bifurcation inférieure 6 de la figure 2 s'étend en longueur depuis l'arrière des aubes 5 jusqu'à l'extrémité arrière 7 de la nacelle 2. La bifurcation inférieure 6 de la figure 2 a donc un encombrement maximal. Deux échangeurs thermiques verticaux 8 selon l'invention sont flanqués de part et d'autre de la bifurcation inférieure 6. Lesdits échangeurs verticaux 8 s'étendent parallèlement à la bifurcation inférieure 6, depuis la paroi externe 12 du moteur 3 jusqu'à la paroi externe 4 de la nacelle 2. Avantageusement, les échangeurs thermiques 8 sont solidaires, par leur extrémité haute, de la paroi externe du moteur. De manière à ne pas augmenter l'encombrement des installations dans le canal de passage d'air, chaque échangeur thermique vertical 8 a une paroi latérale interne 9 accolée à une paroi latérale externe 10 de la bifurcation inférieure 6. Plus précisément, la bifurcation inférieure 6 est creusée de manière à ce qu'un contour général externe de l'ensemble bifurcation inférieure 6 et échangeurs thermiques 8 corresponde au contour général externe d'une bifurcation inférieure 6 de l'état de la technique dépourvue d'échangeur thermique. Seule la paroi externe 11 des échangeurs thermiques verticaux 8 est léchée par le flux d'air froid f transitant par le canal de passage d'air dans lequel s'étend la bifurcation inférieure 6 et les échangeurs thermiques verticaux 8. Bien entendu, les échangeurs thermiques 8 pourraient également être légèrement décalés par rapport à la paroi externe 10 de la bifurcation inférieure 6. Ainsi, de l'air transitant par le canal de passage d'air pourrait passer entre la paroi interne 9 des échangeurs thermiques 8 et la paroi externe 10 de la bifurcation inférieure 6. Les échangeurs thermiques 8 auraient alors deux surfaces d'échanges thermiques 9, 11. Sur les figures 3 et 4, la bifurcation inférieure 16 est réduite, en ce sens qu'elle a un encombrement moins important qu'à la figure 2. En effet, la bifurcation inférieure réduite 16 ne s'étend pas en longueur jusqu'à l'extrémité arrière de la nacelle. Dans un exemple de réalisation particulier de la bifurcation réduite, il est possible de prévoir des systèmes de régulation tels que des vannes papillon ou des entrées d'air à géométrie variable afin de contrôler le débit d'air traversant ladite bifurcation 16. La bifurcation réduite 16 de la figure 3 est flanquée de deux échangeurs thermiques verticaux latéraux 13 disposés de part et d'autre et en aval de la bifurcation réduite 16. De manière à ne pas perturber l'écoulement du flux d'air f dans le canal de passage d'air, les échangeurs thermiques verticaux latéraux 13 suivent un profil aérodynamique de la bifurcation 16. Chaque échangeur thermique latéral 13 présente deux surfaces d'échanges thermiques, respectivement au niveau de la paroi interne 14 et de la paroi externe 15. Dans l'exemple représenté à la figure 4, en plus des deux échangeurs thermiques verticaux latéraux 13, Le turboréacteur 1 est muni d'un échangeur thermique vertical central 18 s'étendant dans le prolongement arrière de la bifurcation réduite 16. Plus précisément, une extrémité arrière 17 de la bifurcation 16 est prolongée par un échangeur thermique central 18. Les trois échangeurs thermiques 13, 18 de la figure 4 sont munis de deux surfaces d'échange thermique. La partie basse du flux secondaire f entraîné par la soufflante, traverse le plan des redresseurs 5, contourne la bifurcation réduite 16 et tangente les faces internes et externes de chaque échangeur thermique 13, 18. Le transfert d'énergie calorifique se produit alors par convection forcée entre les parois chaudes des échangeurs thermiques 13, 18 et l'écoulement d'air frais f. D'une manière générale, les échangeurs thermiques verticaux 8, 13, 18 selon l'invention ont avantageusement une forme générale profilée, présentant un bord d'attaque 19, deux parois latérales 9, 11, 14, 15 et un bord de fuite 20. Dans le cas de l'échangeur thermique vertical central 18, le bord d'attaque correspond au bord d'attaque 21 de la bifurcation 16. Bien entendu, d'autres types de positionnement des échangeurs thermiques 8, 13, 18 peuvent être envisagés de manière à plus ou moins augmenter la surface d'échange et de manière à plus ou moins limiter l'encombrement et l'impact aérodynamique sur l'écoulement interne du turboréacteur) . Bien entendu, les échangeurs thermiques verticaux 8, 13, 18 peuvent comporter des surfaces d'échange lisses, ou munies de protubérances susceptibles d'en augmenter l'efficacité, telles que des ailettes, des perturbateurs, des rugosités etc. De même, il peut être envisagé d'intégrer en aval de la bifurcation inférieure 6, 16 des échangeurs thermiques verticaux 8, 13, 18 munis sur leur paroi externe d'une surface parfaitement lisse de manière à limiter des turbulences sur l'écoulement aérodynamique du turboréacteur 1 à la périphérie de la bifurcation 6, 16, et munis entre les parois internes d'ailettes et de protubérances augmentant l'efficacité d'échange au sein de l'écoulement aérodynamique apparaissant entre les échangeurs thermiques 8, 13, 18. Les échangeurs thermiques selon l'invention étant de type échangeur surfacique et étant disposés dans le prolongement de la bifurcation inférieure ils ne génèrent qu'un niveau limité de perturbations aérodynamiques susceptibles d'impacter les performances de l'ensemble propulsif. Les échangeurs thermiques selon l'invention ne comportent pas de conduit courbé et compliqué susceptible de générer des perturbations aérodynamiques internes et externes à l'échangeur thermique De plus, les échangeurs thermiques selon l'invention n'impactent pas le traitement acoustique pariétal de la nacelle dans la mesure où ils sont intégrés sur des zones traditionnellement non munies de traitement acoustique. Il est ainsi possible d'utiliser des échangeurs thermiques au sein d'un ensemble propulsif sans pénaliser le niveau de traitement acoustique. Par ailleurs, les échangeurs thermiques selon l'invention contribuent à augmenter le rendement de l'ensemble propulsif en réinjectant au sein de l'écoulement aérodynamique du turboréacteur les réjections thermiques du moteur et de ses accessoires. Ainsi, cette énergie calorifique n'est pas perdue en étant rejetée à l'extérieur de la nacelle ou en étant dissipée par perte de charge au sein de la matrice de l'échangeur. En parallèle, il est à noter que le positionnement des échangeurs thermiques au niveau de la bifurcation inférieure tend à en simplifier l'accessibilité et la maintenance. REVENDICATIONS 1- Turboréacteur (1) pour aéronef comportant un moteur (3) logé dans une nacelle (2) et au moins un échangeur thermique (8, 13, 18) destiné à refroidir un fluide chaud prélevé dans le système propulsif du turboréacteur avant réinjection dudit fluide chaud partiellement refroidi dans ledit système propulsif, caractérisé en ce qu'au moins un échangeur thermique (8, 13, 18) est un échangeur thermique vertical s'étendant en partie basse du turboréacteur, au niveau d'une bifurcation inférieure (6, 16) du turboréacteur. 2- Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur thermique vertical s'étend le long d'une paroi latérale (10) de la bifurcation inférieure. 3- Turboréacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une paroi interne (9) de l'échangeur thermique vertical est solidaire d'une paroi latérale externe (10) de la bifurcation inférieure. 4- Turboréacteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échangeur thermique vertical s'étend en aval de la bifurcation inférieure réduite (16). 5- Turboréacteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'échangeur thermique vertical est solidaire du moteur.