Brevet FR2913063A1 — publié le 20080829

La présente invention concerne un moteur d'aéronef équipé de moyens d'échange thermiques. On sait que dans le cadre notamment d'un moteur d'aéronef de type standard, l'abaissement de la température du flux primaire circulant dans les étages de compression du moteur permet pour une technologie de compresseur donnée soit de réduire la consommation du moteur, soit de réduire les émissions de polluants tel que les oxydes d'azote (NOx). En effet, si on veut maintenir la température initiale, il est alors possible d'augmenter le taux de compression global (OPR anglo-saxon) ce qui permet de réduire la consommation en carburant ou si l'on choisit de maintenir le taux de compression global, l'abaissement de la température permet une réduction en émission de polluants NOx. On a déjà tenté de diminuer la température du flux primaire en utilisant un échangeur thermique. C'est par exemple ce qui est décrit dans le EP 1 555 406 ou le US 4 254 618. Dans les deux cas, on prélève une partie du flux primaire en amont du compresseur haute pression et on le fait circuler dans un échangeur thermique monté dans la veine de flux secondaire et on restitue l'air refroidi à l'entrée du compresseur haute pression. Cependant, cette disposition ne permet pas d'obtenir une diminution de température réellement satisfaisante. Un objet de la présente invention est de fournir un moteur d'aéronef équipé d'un échangeur thermique qui permet effectivement d'améliorer l'abaissement de température du flux primaire grâce à l'utilisation d'un échangeur thermique. Pour atteindre ce but, selon l'invention, le moteur d'aéronef comprend : un circuit de flux primaire d'air, un compresseur haute pression alimenté par ledit flux primaire, un circuit de flux secondaire d'air, ledit moteur se caractérisant en ce qu'il comprend en outre : au moins un échangeur thermique monté dans le circuit de flux primaire d'air en amont dudit compresseur haute pression, ledit échangeur comprenant un circuit primaire chaud et un circuit secondaire froid, ledit circuit primaire chaud étant alimenté par l'air dudit circuit de flux primaire d'air et ledit circuit secondaire froid étant alimenté par l'air du circuit de flux secondaire. On comprend que, comme l'échangeur thermique est disposé dans le circuit de flux primaire d'air en amont du compresseur haute pression c'est l'intégralité du flux d'air primaire qui traverse cet échangeur avant de pénétrer dans le compresseur haute pression. Cela permet d'obtenir une diminution sensible de la température du flux primaire à l'entrée du compresseur HP. De préférence, ledit échangeur thermique est annulaire et présente le même axe de révolution que le moteur. On comprend qu'ainsi l'échangeur thermique peut être facilement monté dans le moteur sans modifier significativement la structure de celui-ci. De préférence encore, l'entrée du circuit secondaire froid de l'échangeur est raccordé à des moyens de prise d'air disposés dans le circuit de flux secondaire d'air, de révolution autour de l'axe dudit moteur, et la sortie du circuit froid de l'échangeur thermique est raccordée à des moyens de réinjection de l'air dans ledit circuit de flux secondaire, de révolution autour de l'axe dudit moteur. Selon un premier mode de mise en oeuvre lesdits moyens de prise d'air et les moyens de réinjection d'air définissent chacun une fente annulaire. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, les moyens de prise d'air et les moyens de réinjection d'air sont constitués par les premières extrémités ouvertes de conduites dont les deuxièmes extrémités sont raccordées audit échangeur, lesdites premières extrémités ouvertes étant angulairement régulièrement réparties par rapport à l'axe du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 est une demi-vue simplifiée en coupe longitudinale d'une partie du moteur d'aéronef équipé de l'échangeur thermique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 montrant un premier mode détaillé de mise en oeuvre de l'invention ; et - la figure 3 est une vue similaire à celle à la figure 1 montrant un deuxième mode détaillé de mise en oeuvre de l'invention. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire le principe de l'invention. Sur cette figure, on a fait apparaître la partie antérieure du moteur de l'aéronef qui est de révolution autour de l'axe longitudinal XX'. Sur cette figure, on a encore fait apparaître une manche à air 12 et un carter avant 14 ainsi qu'un carter de nacelle 16. Ces carters ainsi que la manche à air 12 définissent d'une part un circuit de flux secondaire 18 et d'autre part un circuit de flux d'air primaire 20. De façon connue, le flux d'air primaire 20 suit un circuit comprenant un compresseur basse pression 22, un carter intermédiaire 24 et un compresseur haute pression 26. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un échangeur thermique 28, de préférence de forme annulaire, est interposé dans ce circuit de flux primaire entre le carter intermédiaire 24 et l'entrée du compresseur haute pression 26. L'échangeur thermique 28 comporte bien sûr un circuit primaire chaud 28a et un circuit secondaire froid 28b. Le circuit primaire chaud 28a de l'échangeur thermique est parcouru par l'intégralité du flux primaire d'air. Le circuit secondaire froid 28b de l'échangeur thermique 28 est alimenté par de l'air prélevé dans le circuit de flux secondaire 18. Sur cette figure purement de principe, on a représenté des conduites de prélèvement 30 dont l'extrémité 30a débouche dans le circuit de flux secondaire d'air 18 et dont l'autre extrémité 30b est raccordée à l'entrée 28c du circuit secondaire froid 28b de l'échangeur thermique 28. De la même manière, le flux d'air prélevé dans le circuit de flux secondaire est réinjecté dans ce circuit par des conduites telles que 32 dont une extrémité 32a est raccordée à la sortie 28d du circuit secondaire de l'échangeur thermique 28 et dont la deuxième extrémité 32b débouche dans le circuit de flux secondaire 18. Comme on l'expliquera ultérieurement, en relation avec des modes préférés de mise en oeuvre de l'invention, les extrémités de prélèvement de flux secondaire 30a et les extrémités 32b de restitution du flux secondaire sont définies de telle manière qu'elles perturbent le moins possible le flux d'air secondaire 18. Sur cette figure de principe, on a représenté les différentes 35 températures que l'on peut obtenir en différents points des circuits de flux primaire et secondaire grâce à la mise en oeuvre de l'invention. A l'entrée du circuit de flux secondaire, on a la température ambiante qui est par exemple de 303 degrés Kelvin ; la température T2 à l'entrée du compresseur basse pression 22 est par exemple égale à 307 degrés Kelvin ; la température T23 à la sortie du compresseur basse pression 22 est égale à 403 degrés Kelvin ; la température T13 à l'entrée 30a des moyens de prélèvement dans le flux secondaire est égale à 340 degrés Kelvin, la température TF3 à la sortie des moyens de réinjection d'air dans le flux secondaire est égale à 373 degrés Kelvin. Il faut souligner que la température T25 à la sortie du circuit primaire de l'échangeur thermique 28 c'est-à-dire la température du flux primaire d'air à l'entrée du compresseur HP est ramenée à 373 degrés Kelvin. Cela représente un abaissement très significatif de 30 degrés Kelvin par rapport à une situation dans laquelle un échangeur thermique 28 n'aurait pas été monté. On a également indiqué que la température T30 à la sortie du compresseur haute pression 26 était égale à 901 degrés Kelvin. Comme on l'a expliqué précédemment, l'abaissement de température du flux primaire que l'on obtient grâce à la mise en place de l'échangeur thermique conformément à l'invention peut être exploité de deux manières différentes. Dans le cas de la figure 1, on utilise cet abaissement de température pour réduire la température en sortie du compresseur haute pression et diminuer ainsi le taux de rejet d'oxydes d'azote. Ainsi qu'on l'a déjà expliqué, l'abaissement de température du flux primaire dû à la présence de l'échangeur thermique 28 aurait pu être exploité pour augmenter le taux de compression globale de l'ensemble moteur notamment le taux de compression du compresseur haute pression 26 afin de diminuer la consommation du moteur représenté sur la figure 1, tout en maintenant constante la température en sortie de compresseur. En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire un premier mode détaillé de réalisation de l'invention correspondant à un premier mode d'alimentation du circuit secondaire froid de l'échangeur thermique. Dans ce mode de réalisation, l'échangeur thermique porte la référence numérique 28'. L'échangeur thermique 28', qui est de forme générale annulaire, est constitué, pour son circuit primaire chaud 28'a, de tubes 40 disposé de façon annulaire à l'intérieur du carter 42 de l'échangeur 28'. Le flux primaire d'air circule ainsi dans les tubes 40 parallèles à l'axe XX' et l'intégralité du flux primaire traverse donc l'échangeur. L'échangeur comporte également un circuit secondaire 28'b qui est défini à l'intérieur du carter 42 par une chicane rayonnante 44 et par une boîte de distribution 46. Le flux secondaire d'air qui alimente le circuit secondaire de l'échangeur est prélevé dans le circuit de flux secondaire 18 par des ouvertures telles que 47 qui sont des fentes annulaires sensiblement orthogonales à l'axe XX' du moteur. Ces fentes sont définies par une première extrémité de deux flasques 48 et 50 de forme sensiblement annulaire et qui sont raccordées à l'entrée 28'c du circuit secondaire de l'échangeur thermique 28'. La réinjection du flux d'air secondaire dans la veine de flux d'air secondaire est assurée par une fente de réinjection 51 définie par une des extrémités de deux flasques annulaires 54 et 56. L'autre extrémité de ces flasques est raccordée à la sortie 28'd du circuit secondaire 28'b de l'échangeur thermique 28'. Afin de ne pas perturber de façon trop importante l'écoulement du flux secondaire d'air 18 dans son circuit, les fentes de prélèvement d'air secondaire 46 ont une hauteur relativement réduite telle que la surface annulaire de ces fentes de prélèvement soit de l'ordre de 10 % de la surface de la section droite du flux d'air secondaire. En outre, une plaque annulaire 60 relie l'extrémité du flasque 48 définissant une partie de la fente de prélèvement 46 au flasque 54 définissant une partie de l'extrémité 51 de restitution du flux secondaire d'air. De préférence, le carter 42 de l'échangeur thermique 28' est fixé par des brides 43 et 45 sur la sortie du carter intermédiaire 24 et sur l'entrée du compresseur HP 26. La figure 3 montre un deuxième mode de réalisation détaillé de l'invention. Elle se distingue du premier mode de réalisation uniquement par la façon dont est réalisé le prélèvement dans le flux d'air secondaire pour alimenter l'échangeur thermique et sa restitution dans celui-ci. L'échangeur thermique qui porte alors la référence 28" est monté entre le carter intermédiaire 24 et l'entrée du compresseur haute pression 26 exactement comme l'échangeur thermique 28' et il n'y a donc pas lieu de le décrire plus en détail. Dans ce mode de réalisation, le prélèvement dans la veine de flux d'air secondaire 18 est réalisé à l'aide "d'écopes" qui constituent l'extrémité de conduites raccordées à l'entrée de l'échangeur thermique. Ces conduites et ces écopes sont angulairement régulièrement réparties dans le circuit de flux secondaire d'air autour de l'axe XX' du moteur. Sur cette figure 3, on a donc représenté une conduite d'alimentation de l'échangeur en air secondaire 70 dont l'extrémité 70a constitue une "écope" et qui est sensiblement orthogonale à l'axe XX' du moteur. L'autre extrémité de cette conduite 70 référencée 70b est raccordée à l'entrée du circuit secondaire de l'échangeur thermique 28". De manière similaire, à chaque conduite d'alimentation 70 est associée une conduite de restitution 72 dont l'extrémité 72b débouche dans le circuit de flux secondaire d'air et dont l'extrémité 72a est raccordée à la sortie du circuit secondaire froid de l'échangeur thermique 28". Les conduites de prélève- ment 70 sont dimensionnées de telle manière que la section de son extrémité de prélèvement 70a multipliée par le nombre de conduites 70 représente environ 10 % de la section du circuit de flux secondaire d'air. En outre, de préférence, une tôle sensiblement cylindrique 74 est solidaire d'une part de l'extrémité 70a des conduites de prélèvement 70 et d'autre part de l'extrémité d'un bord des conduites 72 afin de régulariser l'écoule-ment du flux secondaire dans le circuit de flux secondaire d'air. Il faut relever que dans ce mode de réalisation, compte tenu du fait que les conduites de prélèvement 70 avec leurs écopes 70a ne prélèvent qu'environ 10 % du flux secondaire total, cette situation fait que l'on obtient dans les conduites de prélèvement 70 et de restitution 72 une accélération du flux d'air circulant dans ces conduites. REVENDICATIONS 1. Moteur d'aéronef comprenant : un circuit de flux primaire d'air (20), un compresseur haute pression (26) alimenté par ledit flux primaire, un circuit de flux secondaire d'air (18), ledit moteur se caractérisant en ce qu'il comprend en outre : au moins un échangeur thermique (28, 28', 28") monté dans le circuit de flux primaire d'air en amont dudit compresseur haute pression (26), ledit échangeur comprenant un circuit secondaire froid (28b) et un circuit primaire chaud (28a), ledit circuit primaire chaud étant alimenté par l'air dudit circuit de flux primaire d'air et ledit circuit secondaire froid (28b) étant alimenté par l'air du circuit de flux secondaire (18). 2. Moteur d'aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (28, 28', 28") est annulaire et présente le même axe de révolution que le moteur. 3. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'entrée (28c) du circuit secondaire froid de l'échangeur (28, 28', 28") est raccordé à des moyens de prise (30a) d'air disposé dans le circuit de flux secondaire d'air, de révolution autour de l'axe dudit moteur et en ce que la sortie (28d) du circuit froid de l'échangeur thermique est raccordée à des moyens de réinjection (32b) de l'air dans ledit circuit de flux secondaire, de révolution autour de l'axe dudit moteur. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de prise d'air et les moyens de réinjection d'air définissent chacun une fente annulaire (47, 51). 5. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de prise d'air et les moyens de réinjection d'air sont constitués par les premières extrémités ouvertes (70a) de conduites (70) dont les deuxièmes extrémités sont raccordées audit échangeur (28"), lesdites premières extrémités ouvertes étant angulairement régulièrement réparties par rapport à l'axe du moteur. 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (28, 28', 28") est montéentre ledit compresseur haute pression (26) et un carter intermédiaire (24) disposé dans ledit circuit de flux primaire d'air (20), en amont du compresseur haute pression.