Brevet FR2920035A1 — publié le 20090220

La présente invention concerne un turbomoteur à émission de bruit réduite pour aéronef. On sait que, à l'arrière d'un turbomoteur à double flux monté sur un aéronef, le flux froid supersonique, en s'écoulant vers_ l'aval dudit tur- bomoteur, entre en contact avec l'écoulement aérodynamique extérieur dudit turbomoteur. Comme les vitesses dudit flux froid et dudit écoule-ment sont différentes l'une de l'autre, il en résulte des cisaillements fluides de pénétration entre ceux-ci, ce- qui engendre du bruit, appelé "bruit de jet" dans la technique aéronautique. De plus, par suite d'une discontinuité de pression statique entre la pression externe et la pression à la sortie de la tuyère, ce flux froid super-sonique engendre une série de cellules de compression-détente (oscillations de vitesse) agissant comme des amplificateurs de bruit et produisant un bruit dit de "cellule de choc" dans la technique aéronautique, encore appelé "shock cell noise" en langue anglaise. Pour atténuer le bruit émis à l'-arrière d'un turbomoteur à double flux, on a déjà pensé à modifier la partie arrière de la tuyère du flux froid. Par exemple, on a déjà proposé de prolonger ladite tuyère- vers l'arrière par des "chevrons" (voir par exemple U_S 4 284 170 et US 6 360 528) ou de conformer la partie arrière de ladite tuyère en "pétales ondulés" { voir par exemple GB 2 160 26S, US 4 786 016 et US 6 082 635). Outre le fait que ces tuyères connues exigent des conformations spéciales définitives qui, généralement, augmentent les coûts, la masse et la traînée, on doit constater que, bien qu'étant efficaces pour atténuer le 25 bruit de jet en créant des turbulences favorisant le mélange du flux froid et de l'écoulement aérodynamique extérieur, elles ne produisent que peu d'effet dans la réduction du bruit de cellule de choc. La présente invention a pour objet de remédier à ces -inconvénients. A cette fin, selon l'invention, le turbomoteur à double flux pour aé-ronef, comportant, autour de son axe longitudinal : une nacelle pourvue d'un capot externe de nacelle et enfermant une soufflante engendrant le flux froid et un générateur central engendrant le flux chaud ; un canal annulaire de flux froid ménagé autour dudit générateur central de flux chaud ; un capot externe de soufflante délimitant ledit canal annulaire de flux froid du côté dudit capot externe de nacelle ; et un orifice de sortie du flux froid, dont le bord, qui forme le bord de fuite de ladite nacelle, est déterminé par ledit capot externe de nacelle et par ledit capot externe de soufflante convergeant l'un vers l'autre jusqu'à se rejoindre, est remarquable en ce que : ù au voisinage dudit orifice- de sortie du flux froid, une pluralité de bossa- ges sont répartis à- la périphérie dudit capot externe de soufflante en faisant saillie dans ledit canal annulaire de flux froid et en délimitant entre eux ales canaux longitudinaux ; chaque bossage présente une face convexe formant, pour ledit flux froid, un convergent suivi d'un- divergent ; et ù ledit divergent estraccordé au bord dudit orifice de sortie du flux froid. -Grâce à la présente invention, la périphérie dudit flux froid est soumise, à la sortie de la tuyère correspondante, à une division en jets d'orientations et de structures différentes, selon que lesdits jets passent sur les bossages ou dans les canaux longitudinaux se trouvant entre les- dits bossages. En effet, les jets de flux froid passant dans lesdits canaux longitudinaux ont une direction prolongeant ledit capot externe de soufflante et présentent, au bord dudit orifice de sortie du flux froid, une va-leur d'accélération égale à la valeur nominale de la tuyère. En revanche, les jets da flux froid passant sur les bossages sont dirigés vers l'extérieur, en prolongement dudit divergent, et pénètrent dans l'écoulement aérodynamique autour du turbomoteur. De plus, ils présentent, au bord dudit orifice de sortie du flux froid, une accélération très supérieure à ladite valeur nominale du fait d'une détente plus grande due auxdits bossages. 1 o Ainsi, lesdits bossages conformes à la présente invention : induisent des hétérogénéités radiales dans le champ de pression du flux froid à la sortie de la tuyère de soufflante, c'est-à-dire qu'ils désorgani- sent localement la structure dudit flux foid, ce qui entraîne à l'arrière du turbomoteur une réduction de l'intensité des cellules de chocs et donc 15 de l'amplitude des oscillations de vitesse ; et, simultanément, favorisent le mélange entre le flux froid et l'écoulement aérodynamique autour du turbomoteur, ce qui entraîne une réduction du bruit de jet. Les bossages conformes à la présente invention permettent donc d'influer, à la fois, sur la turbulence (source de bruit) et sur les cellules de 20 chocs (amplification de ce bruit). Pour réduire encore plus le bruit de jet, il est avantageux que chaque bossage comporte deux faces latérales planes, parallèles -à l'axe longitudinal du turbomoteur. Ainsi, on engendre un fort cisaillement entre les jets de flux froid passant sur les bossages et ceux traversant lesdits ca- 25 naux longitudinaux, ce qui provoque la formation de tourbillons favorisant le mélange entre l'écoulement aérodynamique extérieur et ledit flux froid. L'orientation desdites faces latérales planes peut par exemple être radiale, par rapport audit turbomoteur. De préférence, lesdits bossages sont régulièrement répartis à la périphérie dudit capot externe de soufflante. Ils peuvent de plus présenter une largeur périphérique égale à celle desdits canaux longitudinaux. Lesdits bossages peuvent être conformés avec ledit capot externe de soufflante pour en être une partie intégrante_ Toutefois, avantageuse-ment, lesdits bossages sont des pièces rapportées et fixées audit capot externe de soufflante. Ainsi, il est possible de perfectionner selon l'invention non seulement les turbomoteurs en cours de construction, mais encore ceux antérieurement construits. 1 o Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente, en coupe axiale schématique, un turbomoteur perfectionné selon la présente invention. 15 La figure 2 illustre, en vue schématique partielle agrandie, la partie arrière de la tuyère de flux froid du- turbomoteur de la figure 1. La figure 3 est une vue de l'arrière, schématique et partielle, de la tuyère de la figure 2, vue selon la flèche III des figures 1- et 2. La figure 4 illustre schématiquement le processus selon lequel les 20 bossages conformes à la présente invention améliorent le mélange de flux à la sortie de la tuyère de flux froid. La figure 5 illustre schématiquement le processus selon lequel les bossages conformes à la présente invention -déstructurent le flux froid. La figure 6 est un schéma indiquant, pour un moteur connu et 25 pour ce même moteur connu perfectionné selon l'invention, la variation de pression P à l'arrière dudit moteur, en fonction- de -la distance d le long de l'axe de ce dernier. Le turbomoteur à double flux 1, d'axe longitudinal L-L et montré sur la figure 1, comporte une nacelle 2 délimitée extérieurement par un capot externe de nacelle 3. La nacelle 2 comporte, à l'avant, une entrée d'air 4 pourvue d'un bord d'attaque 5 et, à l'arrière, un orifice de sortie d'air 6 pourvu d'un bord de fuite 7. A l'intérieur de ladite nacelle 2, sont disposés : une soufflante 8 dirigée vers l'entrée d'air 4 et apte à engendrer le flux froid 9 pour le turbomoteur 1 ; un générateur central 10, comprenant de façon connue des compresseurs à basse et haute pression, une chambre de combustion et des turbines à basse et haute pression, et engendrant le flux chaud 1 1 dudit turbomoteur 1 ; et un canal annulaire de flux froid 12, ménagé autour dudit générateur central 10, entre un capot interne de soufflante 13 et un capot externe de soufflante 14. Le capot externe de- soufflante 14 forme une tuyère pour le flux froid et converge, vers l'arrière du turbomoteur 1, en direction dudit capot externe- de la nacelle 3, pour former avec celui-ci le -bord 7 dudit orifice 6, qui constitue donc l'orifice de sortie du flux froid. Au voisinage dudit orifice 6 de sortie du flux froid 9, le turbomoteur 1 comporte une pluralité de bossages 20 (voir également les figures 2 et 3) régulièrement répartis à-la périphérie du capot externe_de soufflante 14. Les bossages 20 font saillie dans le canal annulaire de flux= froid 12 et délimitent entre eux des canaux longitudinaux 21. De préférence, les bossages 20 sont des pièces rapportées et fixées audit capot externe de soufflante 14, par tout moyen connu (non représenté) tel- que soudure, vis, etc .. Chaque bossage 20 présente une face convexe 22 formant, pour le flux froid 9, un convergent 22C dirigé vers l'avant suivi d'un divergent 22D dirigé vers l'arrière. De plus, la partie arrière de chaque divergent 22D est raccordée au bord de fuite 7 de l'orifice 6. Dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, chaque bossage 20 comporte deux faces latérales planes 20L, parallèles à l'axe longitudinal L-L du turbomoteur 1. Les faces latérales planes 20L peuvent même être radiales, c'est-à-dire qu'alors leurs plans passent -par ledit axe longitudinal L-L. De plus, dans cet exemple, la largeur périphérique 20 des bos- sages 20 est égale à la largeur périphérique 21 des canaux longitudinaux 21. Lorsque l'_aéronef (non représenté) qui porte le turbomoteur 1 se déplace, un écoulement aérodynamique V s'écoule autour de la nacelle 2, au contact du capot externe de nacelle 3 (voir les figures 1 et 4). Par ail- leurs, comme l'illustre la figure 4, à la périphérie du flux froid 9, des jets 9.20 de celui-ci passent sur les bossages 20, alors que d'autres jets 9.21 dudit flux froid passent entre lesdits bossages, à travers les canaux longitudinaux 21. Bien entendu, à la sortie -de l'orifice de fuite 6, les jets 9.21 sont dirigés en prolongement du capot externe de -soufflante 14, alors que les jets 9.20 sont dirigés en prolongement des divergents 22D des bossages 20. Ainsi, les jets 9.20 croisent plus rapidement l'écoulement aérodynamique V- que les jets 9.21. 11 en résulte une meilleure pénétration du flux froid 9 dans l'écoulement aérodynamique V, et donc un meilleur mélange 2!5 de ce dernier avec-ledit flux froid 9. Le bruit dejet est donc réduit. Par ailleurs, comme cela est illustré par la figure 5, les jets 9.20 du flux froid 9 passant sur les convergents-divergents 22C-22D présentent, au bord de fuite 7, une accélération très supérieure à celle des jets 9.21 passant dans les canaux longitudinaux 21, entre les bossages 20. Sur la figure 5, on a représenté en plan un bossage 20 avec la partie de capot externe de soufflante 14 l'entourant, ainsi que des zones hachurées d'iso accélération -du flux froid 9 (ces zones d'iso accélération résultent d'essais et sont d'autant plus sombres que l'accélération est plus élevée). De la différence des accélérations des jets 9.20 et 9.21 à la sortie de l'orifice 6, il résulte que, au moins à la périphérie, le flux froid 9 est déstructuré, de sorte que les cellules de choc de bruit sont réduites. Cette conséquence est illustrée par la figure 6. Sur cette figure 6, on a représenté des résultats d'essais sur un o turbomoteur équipant un avion long-courrier. Cette figure 6 est un dia-gramme indiquant les oscillations de pression P à l'arrière du turbomoteur en fonction de la distance d à celui-ci. La courbe 23 en trait plein de la figure 6 correspond audit turbo-moteur perfectionné selon l'invention en fixant 36 bossages 20 équirépar- 'ï 5 tis à la périphérie de l'orifice de sortie de son capot externe de soufflante, de façon à fournir autant de canaux longitudinaux 21 de même largeur périphérique que lesdits bossages, chacun de ces derniers ayant une longueur de l'ordre de 200 mm. En revanche la courbe 24 en pointillés de la figure 6 correspond au 20 même turbomoteur non perfectionné selon l'invention. Par comparaison des courbes 23 et 24, on peut constater que la présente invention permet de réduire d'environ 20% l'amplitude de ces oscillations de pression. REVENDICATIONS 1. Turbomoteur à double flux pour aéronef comportant, autour de son axe longitudinal (L-L) : une nacelle (2) pourvue d'un capot externe de nacelle (3) et enfermant une soufflante (8) engendrant le flux froid (9) et un générateur central (10) engendrant le flux chaud (Il) ; un canal annulaire de flux froid (12) ménagé autour dudit générateur central de flux chaud (10) ; un capot externe de soufflante (14) délimitant ledit canal annulaire de to flux froid (12) du côté dudit capot externe de nacelle (3) ; et un orifice de sortie du flux froid (6), dont le bord (7), qui forme le bord de fuite de ladite nacelle (2), est déterminé -par ledit capot externe de nacelle (3) et par ledit capot externe de soufflante (14) convergeant l'un vers l'autre jusqu'à se rejoindre, 15 caractérisé en ce que : au voisinage dudit orifice de sortie du flux froid (6), une pluralité de bossages (20) sont répartis à la périphérie dudit capot externe de soufflante (14)- en faisant saillie dans ledit canal annulaire de flux froid (12) et en délimitant entre eux des canaux longitudinaux-(21) ; 20 chaque bossage (20) présente une face convexe (22) formant pour ledit flux froid (-9), un convergent (22C) suivi d'un divergent (22D) ; et ledit diverge-nt (22D) est raccordé au bord (7) dudit orifice de sortie du flux froid (6). 2. Turbomoteur selon la revendication- 1, 25 caractérisé en ce que chaque bossage (20) comporte deux faces latérales planes (20L), parallèles à -l'axe longitudinal -(L-L) dudit turbomoteur. 3-. Turbomoteur selon la -revendication 2, caractérisé en ce que lesdites faces latérales planes (20L) sont radiales. 4. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits bossages (20) sont régulièrement répartis à la périphérie dudit capot externe de soufflante (14). 5. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 -à 4, caractérisé en ce que la largeur périphérique (20) des bossages (20) est égale à la largeur périphérie (21) desdits canaux longitudinaux (21). 6. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits bossages (20) sont des pièces rapportées et fixées audit capot externe de soufflante (14).