Brevet FR2943040A1 — publié le 20100917

La présente invention concerne un ensemble moteur et nacelle pour aéronef. L'invention est plus particulièrement adaptée aux réacteurs et autres turboréacteurs. Un moteur pour aéronef de type réacteur à simple ou double flux comprend une ouverture d'entrée d'air, un compresseur à plusieurs étages, une chambre de combustion, une turbine d'entraînement du compresseur et une tuyère d'éjection des gaz chauds. Dans l'ouverture d'entrée s'étend un cône d'entrée qui est monté sur un arbre entraîné en rotation par la turbine. Le moteur est reçu dans une nacelle fixée à l'aéronef. Il est connu que la formation de glace, notamment sur le cône d'entrée du moteur, constitue un risque pour le moteur lorsque des morceaux de glace de taille relati- vement importante se détachent du cône d'entrée du moteur et pénètrent dans le compresseur dont ils risquent d'abimer des aubes. La glace risque de se former lorsque l'aéronef traverse un brouillard givrant ou un nuage particulièrement froid, ou bien encore lors de vols à très basse altitude en régions polaires. Les moteurs sont pour cette raison équipés de dispositifs empêchant ou limitant la formation de glace. Certains dispositifs comprennent un circuit de fluide chaud courant sous les parties du moteur et de la nacelle sur lesquelles de la glace risque de se former. Le fluide chaud est par exemple de l'air récupéré au voisinage de la chambre de combustion ou du liquide de lubrification du moteur. Des dispositifs du même type comprennent un circuit électrique comportant des résistances chauffantes. L'intégration de tels dispositifs dans le moteur ou la nacelle est compliquée et complexifie la structure de ceux-ci. D'autres dispositifs comprennent un émetteur de micro-ondes orienté vers les parties sur lesquelles de la glace est supposée se former. Ces dispositifs sont rela- tivement peu efficaces, notamment en raison de leur faible directivité, et se révèlent grands consommateurs en énergie pour obtenir un dégivrage efficace. De plus leur implantation dans des moteurs exis- tants est difficile (modification de pièces � nobles �, nécessité de requalification etc...). Un but de l'invention est de fournir un moyen pour améliorer l'efficacité d'un dispositif anti-glace tout en réduisant la consommation de celui-ci et facile- ment intégrable. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un ensemble moteur et nacelle pour aéronef, comportant une nacelle recevant un moteur ayant une entrée d'air dans laquelle s'étend un cône d'entrée rotatif, et un disposi- tif pour limiter une formation de glace sur le cône d'entrée, le dispositif comprenant des moyens pour créer une hétérogénéité circonférentielle de la glace sur le cône d'entrée. Ainsi, l'hétérogénéité circonférentielle de for- mation de la glace empêche la glace de former une couche uniforme sur le cône d'entrée. Ceci introduit un déséquilibre générant un balourd qui engendre des vibrations du cône d'entrée favorisant le décollement de la glace. La glace est alors éjectée en petits morceaux par la force centrifuge sous l'effet de la rotation du cône d'entrée. En outre, l'hétérogénéité circonférentielle de la glace empêche la glace de former une coiffe homogène et symétrique sur le cône d'entrée de sorte que la résistance de l'accrochage de la glace est amoindrie. La glace peut alors se détacher sous l'effet de la force centrifuge. La croissance de la glace est alors limitée et l'invention favorise le détachement de la glace avant que celle-ci ne forme de gros morceaux. 1l est entendu que le dispositif est également efficace contre le givre. Selon différents modes de réalisation du cône d'entrée : - le cône d'entrée comporte une surface extérieure comportant une portion à fort coefficient de transfert thermique et une portion à faible coefficient de transfert thermique, - le cône d'entrée comporte une surface extérieure comportant une portion absorbant un rayonnement électromagnétique et une portion réfléchissant le rayonnement électromagnétique, - le cône d'entrée comporte une surface extérieure comportant une portion rugueuse et une portion lisse. Ainsi, la surface extérieure du cône d'entrée comporte des portions ayant des propriétés physiques dif- férentes pour favoriser l'hétérogénéité circonférentielle de la formation de la glace. Ces propriétés physiques différentes peuvent résulter de la nature du ou des matériaux constituant le cône, d'un traitement ou usinage appliqué à celui-ci ou d'un revêtement couvrant celui-ci. Selon une caractéristique particulière, la na-celle comprend une source de rayonnement apte à au moins amorcer une fonte de la glace, la source de rayonnement étant orientée vers le cône d'entrée et reliée à une uni-té de commande pulsée synchronisée avec la rotation du cône d'entrée pour que le rayonnement frappe une portion seulement de la surface externe du cône d'entrée et, de préférence, l'unité de commande pulsée est synchronisée pour que la portion frappée soit sensiblement une moitié de la surface externe du cône. Ainsi, la source de rayonnement est commandée pour frapper toujours la même portion du cône d'entrée de manière à faire fondre (ou fragmenter ou fragiliser) la glace uniquement sur cette portion. Cette portion peut varier entre 1/3 et 2/3 de la surface avant du cône. Selon deux modes de réalisation de la source de rayonnement : - la source de rayonnement est une source de rayonnement électromagnétique et comprend une diode laser ou un émetteur de micro-ondes, - la source de rayonnement comprend au moins un émetteur d'ultrasons. Ce type de rayonnement a des caractéristiques permettant la fonte de la glace. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un ensemble conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de face de cet ensem-ble. En référence aux figures, un ensemble conforme à l'invention comprend un moteur de type turboréacteur, dé-signé en 1. Le moteur 1 comprend de façon axialement successive une ouverture d'entrée 2, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine et une tuyère d'échappement. Dans l'ouverture d'entrée 2 est monté un cône d'entrée 3 fixé à un arbre entraîné en rotation par la turbine du moteur 1. Le moteur 1 est symbolisé grossièrement par un rectangle et ne sera pas plus décrit ici car sa structure est connue en elle-même et ne fait pas l'objet de la présente invention. L'ensemble comprend une nacelle 4 recevant le moteur 1. La nacelle 4 est fixée à une aile 5 d'un aéronef 6 et comporte un bord d'attaque 7 entourant l'ouverture d'entrée 2 du moteur 1. L'ensemble comprend enfin un dispositif pour li- miter une formation de glace sur le cône d'entrée 3. Ce dispositif comprend ici des moyens associés au cône d'entrée 3 et des moyens associés au voisinage du bord d'attaque 7 de la nacelle 4. Au voisinage du bord d'attaque 7, la nacelle 4 est équipée d'une source de rayonnement 8 apte à au moins amorcer une fonte de la glace et orientée vers le cône d'entrée 3. La source de rayonnement 8 est une diode laser dimensionnée pour chauffer suffisamment la surface extérieure du cône d'entrée 3 pour amorcer la fonte de la glace. La source de rayonnement 8 est reliée à une unité de commande pulsée 9 synchronisée avec la rotation du cône d'entrée 3 pour que le rayonnement émanant de la source de rayonnement 8 frappe une portion seulement de la surface externe du cône d'entrée 3. Le cône d'entrée 3 a une surface extérieure comportant une portion 10.1 et une portion 10.2 ayant des propriétés physiques différentes. La portion 10.1 absorbe le rayonnement électromagnétique et la portion 10.2 ré-fléchit le rayonnement électromagnétique. L'absorption du rayonnement électromagnétique par la portion 10.1 provo-que l'échauffement de la portion 10.1 tandis que la ré-flexion du rayonnement électromagnétique par la portion 10.2 limite son échauffement. Les deux portions peuvent être obtenues par dépôt de revêtements différents sur le cône d'entrée 3. Les portions 10.1, 10.2 occupent chacune une moitié du cône d'entrée 3. La synchronisation de la pulsation de la source de rayonnement 8 avec la rotation du cône d'entrée 3 peut être réalisée en émettant le rayonnement de façon conti- nue et en détectant la réflexion du rayonnement électromagnétique par la portion 10.2 en utilisant un détecteur optique 11 monté au voisinage du bord d'attaque 7 de la nacelle 4 et relié à l'unité de commande pulsée 9. Une telle phase de synchronisation peut être réalisée pério- diquement. A la suite de la phase de synchronisation, lors d'une phase de fonctionnement nominal, l'unité de commande pulsée 9 commande la source de rayonnement 8 pour n'émettre le rayonnement que lorsque la portion 10.1 se trouve en regard de la source de rayonnement 8. La synchronisation peut être réalisée de façon périodique ou en continu sur chaque tour. Il est également possible de faire un faible éclairage pour la détection et un fort éclairage en fonctionnement nominal, ou d'utiliser des fréquences différentes dans ces deux phases. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En variante, le cône d'entrée comporte une sur- face extérieure comportant une portion à fort coefficient de transfert thermique et une portion à faible coefficient de transfert thermique pour favoriser au maximum une différence d'accroche de la glace sur ces deux portions. En variante encore, le cône d'entrée comporte une surface extérieure comportant une portion rugueuse et une portion lisse pour avoir une adhésion différente de la glace sur ces deux portions. Il est possible d'associer au cône d'entrée une source de rayonnement émettant de façon continue ou discontinue. Les portions 10.1, 10.2 peuvent avoir une aire inférieure ou supérieure à la moitié de la surface extérieure du cône d'entrée. Les portions de cônes ayant des propriétés diffé- rentes peuvent s'étendre sur la partie avant du cône ou sur toute la longueur de celui-ci. La source de rayonnement peut comprendre au moins un émetteur de micro-ondes, au moins une source de rayonnement infrarouge, ou au moins un émetteur d'ultrasons en lieu et place de la diode laser (on peut envisager l'utilisation de plusieurs diodes, afin d'augmenter le flux émis). La source de rayonnement micro-ondes ou laser est dimensionnée pour faire fondre directement la glace et/ou pour traverser la glace et chauffer la surface ex- térieure du cône d'entrée de manière à faire fondre la glace à l'interface entre celle-ci et le cône d'entrée. La source de rayonnement peut être dimensionnée pour empêcher la formation de la glace ; ou pour fracturer, ou tout au moins fragiliser, la structure de la glace formée. Dans un mode particulier (en particulier si l'on utilise un rayonnement optique pulsé généré par une ou plusieurs diodes laser), on peut venir focaliser le rayonnement optique au voisinage de la surface du cône pour créer un plasma et provoquer des amorces de rupture ou même un fractionnement de la glace formée. Ce dispositif peut être équipé d'un dispositif de déviation de faisceau genre diasporamètre ou équivalent de façon à pouvoir faire varier la position du point d'impact sur le cone. La source de rayonnement peut émettre de manière continue ou discontinue. La source de rayonnement peut avoir un spectre couvrant la bande spectrale d'absorption de la glace. Plusieurs sources de rayonnement réparties sur tout ou partie du pourtour interne de la nacelle peuvent être utilisées. Le dispositif peut comprendre uniquement des moyens associés au cône d'entrée ou uniquement à la na-celle. La nacelle peut être agencée pour permettre la fixation du moteur à une aile ou au fuselage de l'aéronef. Le cône d'entrée peut être pourvu extérieurement de rainure s'étendant axialement du sommet du cône d'entrée vers son bord périphérique, éventuellement en s'évasant vers ce dernier. Il est possible d'utiliser pour la partie chauffée et/ou illuminée et/ou irradiée du cône d'entrée un matériau ayant un spectre d'absorption maximal par rap- port au rayonnement émis. Lorsque le cône d'entrée comporte une surface extérieure comportant une portion à fort coefficient de transfert thermique et une portion à faible coefficient de transfert thermique, les portions sont de préférence thermiquement isolées l'une de l'autre. Lorsque le cône d'entrée comporte une surface extérieure comportant une portion absorbant un rayonnement électromagnétique et une portion réfléchissant le rayonnement électromagnétique, les portions ont de préférence des émissivités différentes dans une bande spectrale du rayonnement. REVENDICATIONS1. Ensemble moteur et nacelle pour aéronef, comportant une nacelle (4) recevant un moteur (1) ayant une entrée d'air (2) dans laquelle s'étend un cône d'entrée (3) rotatif, et un dispositif pour limiter une formation de glace sur le cône d'entrée, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens (8, 10.1, 10.2) pour créer une hétérogénéité circonférentielle de la glace sur le cône d'entrée. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le cône d'entrée (3) comporte une surface extérieure comportant une portion à fort coefficient de transfert thermique et une portion à faible coefficient de transfert thermique. 3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel les portions sont thermiquement isolées l'une de l'autre. 4. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le cône d'entrée (3) comporte une surface extérieure corn- portant une portion (10.1) absorbant un rayonnement électromagnétique et une portion (10.2) réfléchissant le rayonnement électromagnétique. 5. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel les portions ont des émissivités différentes dans une bande spectrale du rayonnement. 6. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le cône d'entrée comporte une surface extérieure comportant une portion rugueuse et une portion lisse. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 6, dans lequel la nacelle comprend une source de rayonnement (8) orientée vers le cône d'entrée (3). 8. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la nacelle (4) comprend une source de rayonnement (8) apte à au moins empêcher une formation de la glace et orientée vers le cône d'entrée (3), la source de rayonne-ment étant reliée à une unité de commande pulsée (9) synchronisée avec la rotation du cône d'entrée pour que le rayonnement frappe une portion seulement de la surface externe du cône d'entrée. 9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel la source de rayonnement (8) est apte à au moins amorcer une fonte de la glace. 10. Ensemble selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel l'unité de commande pulsée (9) est synchronisée pour que la portion frappée soit sensi- blement une moitié de la surface externe du cône. 11. Ensemble selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel la source de rayonnement est une source de rayonnement électromagnétique. 12. Ensemble selon la revendication 11, dans le-quel la source de rayonnement (8) comprend au moins une diode laser. 13. Ensemble selon la revendication 12, dans le-quel la diode émet un faisceau focalisé au voisinage de la surface externe du cône d'entrée (3). 14. Ensemble selon la revendication 11, dans le-quel la source de rayonnement comprend au moins un émetteur de micro-ondes. 15. Ensemble selon les revendications 8, 9 ou 10, dans lequel la source de rayonnement comprend au moins un émetteur d'ultrasons. 16. Ensemble selon la revendication 1, dans le-quel le cône d'entrée (3) comporte une surface extérieure comportant une portion (10.1) absorbant un rayonnement électromagnétique et une portion (10.2) réfléchissant le rayonnement électromagnétique. 17. Ensemble selon la revendication 16, dans le-quel un détecteur (11) est monté sur la nacelle et reliée à l'unité de commande pulsée (9) pour détecter le rayon- nement réfléchi par la portion (10.2) réfléchissante etl'unité de commande pulsée (9) est agencée pour réaliser une phase de synchronisation au cours de laquelle le rayonnement est émis de façon continue et une phase de fonctionnement nominal dans laquelle l'unité de commande pulsée commande la source de rayonnement (8) pour n'émettre le rayonnement que lorsque la portion (10.1) absorbante se trouve en regard de la source de rayonne-ment. 18. Ensemble selon la revendication 8, comprenant un organe de déviation du rayonnement vers le cône d'entrée.