Brevet FR2969123A1 — publié le 20120622

PROCÉDÉ ET SYSTÈME D'ALIMENTATION ET DE VENTILATION EN AIR D'UNE INSTALLATION DE GROUPE AUXILIAIRE DE PUISSANCE D'AÉRONEF DOMAINE TECHNIQUE [0001] L'invention concerne un procédé d'alimentation et de ventilation en air d'une installation de source de puissance auxiliaire d'un aéronef centrée sur un groupe auxiliaire de puissance ou équivalent, en abrégé GAP (ou « APU » initiales de « Auxiliary Power Unit » en terminologie anglaise) de fourniture de puissance sur un aéronef. L'invention se rapporte également à un système d'alimentation en air et de ventilation d'un GAP apte à mettre en oeuvre un tel procédé. [0002] Un GAP peut fournir de la puissance aux équipements (alternateurs, pompes, compresseurs de charge, conditionnement d'air) de l'aéronef, directement et/ou indirectement via une boîte de transfert de puissance, en abrégé BTP, à sortie multiple, notamment pendant les régimes de vol transitoires (décollage, accélération, vol stationnaire pour les hélicoptères, etc.). Pendant les régimes stables, par exemple de croisière, les moteurs principaux peuvent générer l'électricité nécessaire aux équipements via le GAP fonctionnant en génératrice ou via une génératrice autonome. [0003] Les GAP sont plus particulièrement dédiés au démarrage des moteurs principaux des aéronefs. Dans ce but, les GAP fournissent de l'énergie aux générateurs de gaz des moteurs jusqu'à ce que le cycle de fonctionnement de ces générateurs de gaz soit opérationnel. Ils fournissent également de l'énergie non propulsive (pneumatique, électrique et/ou hydraulique) au sol pendant la phase de démarrage ou de veille. Certains groupes GAP sécurisés peuvent également intervenir en vol en cas de panne d'un moteur pour tenter de le redémarrer et/ou pour fournir de l'énergie aux équipements. [0004] Comme tout turbomoteur, un GAP comporte classiquement un ensemble compresseur/chambre de combustion/turbine formant un générateur de gaz. De l'air frais est introduit dans le compresseur puis l'air comprimé, mélangé au carburant, provoque la combustion dans la chambre dédiée. Les gaz chauds sont détendus dans la turbine qui transmet partiellement la puissance mécanique produite au compresseur via un arbre de transmission, la puissance résiduelle étant dirigée via une BTP vers les équipements. Dans un autre type d'architecture, la puissance cinétique des gaz d'échappement peut entraîner également une turbine libre qui, à son tour, transmet de la puissance, via un arbre, aux équipements (alternateurs, pompes, compresseur de charge, etc.). Les gaz résiduels sont évacués par une tuyère d'échappement. ETAT DE LA TECHNIQUE [0005] L'installation d'un GAP dans un compartiment qui lui est dédié, en général au niveau de l'empennage dans un avion ou en partie supérieure de la cellule d'un hélicoptère, nécessite un aménagement de l'alimentation en air du générateur de gaz mais également une ventilation dans ce compartiment. En effet, la ventilation des équipements en liaison avec le générateur de gaz et l'alimentation en air des échangeurs (air/huile ou plus généralement air/fluide) doivent être prévues dans le compartiment. [0006] En particulier, les nouvelles générations de GAP de type « tout électrique » nécessitent des débits d'air de refroidissement proportionnellement plus élevés en présence d'alternateurs supplémentaires à refroidir, par exemple à la place de compresseur de charge, et des puissances à dissiper plus importantes provenant de la BTP et des équipements. [0007] Les flux d'air et d'autres fluides peuvent interagir dans le compartiment et leurs interactions doivent être thermiquement maîtrisées dans tout le domaine de fonctionnement du GAP qui peut alors recouvrir de fortes et brusques variations en température. Ces flux peuvent être générés mécaniquement - électro-ventilateur, soufflante entraînée par la BTP - ou par une dépression provoquée par un effet de trompe induit par un éjecteur sur la tuyère d'échappement des gaz. [0008] Il est connu du document de brevet US 7 364 117 un système de refroidissement passif d'un APU agencé dans une nacelle par un refroidisseur à huile. Ce refroidisseur est disposé dans un conduit de flux d'air qui se dirige, par canalisation en sortie du refroidisseur, vers l'éjecteur de sortie de la nacelle. Or le montage du refroidisseur sur une canalisation intégrant l'éjecteur nécessite des tôleries complexes et encombrantes, ce qui nuit à l'efficacité de la ventilation et induit une augmentation de masse et de coût. [0009] Par ailleurs, les documents de brevet EP 0 968 918 et EP EP 0 626 039 prévoient que le flux d'air qui traverse le refroidisseur d'huile provient d'une entrée d'air proche de l'éjecteur. Le refroidisseur est également monté sur une canalisation liée à l'éjecteur. Cette solution génère les mêmes inconvénients. EXPOSE DE L'INVENTION [0010] L'invention vise précisément à éviter ces inconvénients tout en réalisant une ventilation optimisée du compartiment. Pour ce faire, l'invention prévoit de ventiler le compartiment de manière indépendante et d'individualiser l'alimentation en air de chaque équipement. [0011] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé d'alimentation et de ventilation en air d'une installation de source de puissance auxiliaire d'un aéronef comportant un groupe auxiliaire de puissance GAP et des équipements en liaison avec le GAP, cette installation étant aménagée dans un compartiment d'aéronef. Dans ce procédé, l'alimentation en air est fournie au GAP et à chaque équipement pouvant nécessiter une alimentation en air par une traversée indépendante et séparée. La ventilation externe du GAP et des équipements de l'installation est effectuée par au moins une traversée d'air de ventilation indépendante et séparée des autres traversées d'air. [0012] Dans ces conditions, les différents flux d'air d'alimentation et de ventilation sont captés séparément au niveau des entrées d'air de l'aéronef : les problèmes de répartition des débits à partir d'une entrée commune sont ainsi évités. De plus, le recours à des systèmes mobiles internes (vannes, volets, clapets, ...) peut être supprimé : la fiabilité est accrue et les coûts diminués d'autant. [0013] Selon des mises en oeuvre préférées : - la ventilation externe du GAP et des équipements de l'installation est effectuée par la traversée d'air de ventilation après un échange air/fluide de refroidissement ; - l'échange air/fluide est agencé en entrée d'air du compartiment de l'aéronef ; - une éjection de l'air du compartiment hors de l'aéronef est provoquée par un effet de trompe, et - l'échange air/fluide en entrée de compartiment, dédié à la ventilation, et l'éjection de l'air sont aménagés dans le compartiment par rapport au GAP et aux équipements de sorte que la ventilation du GAP et des équipements est maximisée. [0014] L'invention se rapporte également à un système d'alimentation et de ventilation en air d'une installation de source de puissance auxiliaire d'un aéronef comportant un groupe auxiliaire de puissance GAP et des équipements montés en liaison avec le GAP, cette installation étant aménagée dans un compartiment d'aéronef. Le GAP est équipé d'une tuyère d'échappement qui débouche dans un éjecteur de gaz monté extérieurement au compartiment, à partir d'une ouverture de ce compartiment. Dans ce système, des conduits séparés et indépendants canalisent l'air entre des entrées d'air, pratiquées à travers le compartiment, et des entrées respectives du générateur de gaz et des équipements qui peuvent nécessiter une alimentation en air. Au moins un conduit de ventilation séparé et indépendant des autres conduits est couplé à une entrée d'air du compartiment pour ventiler le GAP et les équipements de l'installation. [0015] Selon des modes de réalisation particuliers : - au moins un conduit de ventilation relie une entrée d'air du compartiment à un échangeur air/fluide ; - l'échangeur air/fluide est agencé au plus près de la peau de l'aéronef de sorte que le conduit de liaison à l'échangeur est de longueur minimale ; - l'éjecteur de gaz présente une embouchure en appui sur l'ouverture du compartiment conformée pour provoquer une dépression d'air dans le compartiment apte à créer des flux d'air et à les évacuer dans l'éjecteur par un effet de trompe ; - l'échangeur air/fluide traversé par l'air dédié à la ventilation, les équipements, le GAP et l'ouverture d'éjection sont positionnés respectivement d'amont en aval et les équipements répartis dans le compartiment de sorte que les flux d'air génèrent une ventilation maximisée des équipements et du GAP. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0016] D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description non limitative du mode de réalisation qui suit, en 15 référence aux dessins annexés qui représentent, respectivement : - en figure 1, une vue en perspective aval-amont d'une installation selon l'invention dans un compartiment d'aéronef partiellement écorché avec, au premier plan, l'éjecteur de gaz, et - en figure 2, une vue en perspective amont-aval de l'installation selon 20 la figure 1 dans ce compartiment. DESCRIPTION DETAILLEE [0017] Dans le présent exposé, le qualificatif « amont-aval » suit le sens défini par le flux de gaz dans le générateur de gaz, le qualificatif « aval-amont » suit le sens inverse. 25 [0018] En référence à la figure 1, la vue en perspective aval-amont illustre une installation 1 selon l'invention dans un compartiment 2 fermé, partiellement écorché et agencé sous peau d'aéronef. Cette installation comporte un groupe auxiliaire de puissance GAP 10 et des équipements montés en liaison avec le GAP. Le compartiment 2 est équipé d'une tuyère d'échappement 3 qui débouche dans un éjecteur de gaz 20. Cet éjecteur 20 est monté extérieurement au compartiment sur une ouverture 21 formé dans le compartiment 2. Sur cette figure, l'éjecteur de gaz 20 apparaît au premier plan, couplé au GAP, lui-même couplé à une boîte d'accessoires 12 apte à entrainer en particulier un alternateur 13 (voir figure 2). La boîte 12 est une boîte de transfert principale intégrant des pignons et réducteurs (non représentés) à sortie multiple d'adaptation entre un arbre de puissance (non représenté) du GAP 10 et des équipements tels que l'alternateur 13. [0019] Comme il apparaît également sur la vue amont-aval de la figure 2, des conduits séparés et indépendants, 3a à 3c, canalisent directement l'air (flèches F1 à F3) entre des entrées d'air, 4a à 4c, pratiquées à travers la peau de l'aéronef et sur une paroi P2 du compartiment 2, et respectivement le GAP 10, l'alternateur 13 et un échangeur air/huile 14. La boîte d'accessoires 12 est également le support d'autres équipements à savoir, dans l'exemple illustré, le réchauffeur de carburant 15, la pompe de carburant 16, le filtre de carburant 17, un moteur de lancement 7 dédié au démarrage électrique du GAP, et le bloc de distribution carburant 18. Dans cet exemple, une auto-ventilation par une soufflante intégrée (non représentée) génère l'alimentation en air de l'alternateur 13. [0020] Les conduits 3a à 3c sont des caissons qui aspirent l'air directement. Ces caissons peuvent être des composants des équipements ou, comme illustré, des prolongements formés par des conduits jusqu'aux entrées 4a à 4c. Il en est de même pour la sortie 6 d'échappement de flux d'air Fe de l'alternateur 13. [0021] En fonctionnement, les gaz G de combustion du GAP 10 qui s'échappent à travers l'éjecteur 20 via la tuyère 3 génèrent une dépression dans le compartiment 2. La dépression est provoquée par l'effet de trompe induit par la forme appropriée de l'embouchure 22 de l'éjecteur 20 en appui sur l'ouverture 21. Cette dépression entraîne à son tour une aspiration d'air provenant de l'entrée d'air 4c via l'échangeur 14. En sortie de l'échangeur, l'air ventile alors le compartiment 2 et tous les équipements par des flux d'air Fv. [0022] Dans certains cas, le débit d'air à travers l'échangeur 14 peut être surabondant pour les besoins de l'échangeur. Avantageusement, l'échangeur intègre un clapet thermostatique qui permet de dériver le débit d'huile en-dessous d'un seuil de température déterminé. [0023] Avantageusement, l'échangeur 14 est agencé en amont dans le compartiment afin que la dépression, qui entraine l'air vers l'éjecteur 20 en aval, provoque un écoulement des flux d'air Fv sur les équipements et le générateur de gaz selon une répartition homogène. De plus, les équipements sont répartis dans le compartiment de sorte que la ventilation des équipements et du GAP est maximisée. [0024] L'échangeur 14 est agencé au plus près de son entrée d'air 4c de sorte que le conduit 3c de liaison à l'échangeur soit de longueur minimale afin d'optimiser l'échange thermique, les pertes de charge, la masse et l'encombrement. [0025] Grâce aux traversées d'alimentation en air constituées par les conduits 3a à 3c, les flux d'air F1 à F3 dédiés aux alimentations spécifiques sont indépendants et totalement séparés des flux de ventilation Fv des équipements du compartiment. [0026] L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. Il est par exemple possible de prévoir plusieurs conduits de ventilation agencés en amont, dans le compartiment du GAP. Par ailleurs, les entrées d'air peuvent être réparties sur plusieurs parois du compartiment et non sur une seule comme représenté sur les figures annexées. REVENDICATIONS1. Procédé d'alimentation et de ventilation en air d'une installation (1) de source de puissance auxiliaire d'un aéronef comportant un groupe auxiliaire de puissance GAP (10) et des équipements (7, 13, 15, 16, 17, 18) en liaison avec le GAP (10), cette installation (1) étant aménagée dans un compartiment (2) d'aéronef, ce procédé étant caractérisé en ce que l'alimentation en air (F1 à F3) est fournie au GAP (10) et à chaque équipement (13, 14) pouvant nécessiter une alimentation en air par une traversée indépendante et séparée (3a à 3c), et en ce que la ventilation externe du GAP (10) et des équipements (7, 15, 16, 17, 18) de l'installation (1) est effectuée par au moins une traversée d'air de ventilation (3c) indépendante et séparée des autres traversées d'air (3a, 3b). 2. Procédé d'alimentation et de ventilation selon la revendication 1, dans lequel la ventilation externe du GAP (10) et des équipements (7, 15, 16, 17, 18) de l'installation (1) est effectuée par la traversée d'air de ventilation (3c) après un échange air/fluide (14) de refroidissement. 3. Procédé d'alimentation et de ventilation selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'échange air/fluide (14) est agencé en entrée d'air (4c) du compartiment de l'aéronef. 4. Procédé d'alimentation et de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel une éjection (20) de l'air du compartiment (2) hors de l'aéronef est provoquée par un effet de trompe. 5. Procédé d'alimentation et de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'échange air/fluide (14) en entrée de compartiment, dédié à la ventilation et l'éjection (20) de l'air sont aménagés dans le compartiment (2) par rapport au GAP et aux équipements de sorte que la ventilation du GAP et des équipements est maximisée. 6. Système d'alimentation et de ventilation en air d'une installation (1) de source de puissance auxiliaire d'un aéronef comportant un groupe auxiliaire de puissance GAP (10) et des équipements (7, 13, 15, 16, 17, 18) montés en liaison avec le GAP, cette installation (1) étant aménagée dans un compartiment (2) d'aéronef et le GAP (10) étant équipé d'une tuyère d'échappement (3) qui débouche dans un éjecteur de gaz (20) monté extérieurement au compartiment (2) à partir d'une ouverture (21) de ce compartiment, ce système étant caractérisé en ce que des conduits séparés et indépendants (3a à 3c) canalisent l'air entre des entrées d'air (4a à 4c), pratiquées à travers le compartiment (2), et le GAP (10) et les équipements (13, 14) qui peuvent nécessiter une alimentation en air, et en ce qu'au moins un conduit de ventilation (3c) séparé et indépendant des autres conduits (3a, 3b) est couplé à une entrée d'air (4c) du compartiment (1) pour ventiler le GAP (10) et les équipements de l'installation (7, 15, 16, 17, 18). 7. Système d'alimentation et de ventilation en air selon la revendication 15 précédente, dans lequel au moins un conduit de ventilation (3c) relie une entrée d'air (4c) du compartiment (2) à un échangeur air/fluide (14). 8. Système d'alimentation et de ventilation en air selon la revendication précédente, dans lequel l'échangeur air/fluide (14) est agencé au plus près de la peau de l'aéronef de sorte que le conduit (3c) de liaison à l'échangeur (14) est de 20 longueur minimale. 9. Système d'alimentation et de ventilation en air selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel l'éjecteur de gaz (20) présente une embouchure (22) en appui sur l'ouverture (21) du compartiment (2) conformée pour provoquer une dépression d'air dans le compartiment apte à créer des flux 25 d"air (Fv) et à les évacuer dans l'éjecteur (20) par un effet de trompe. 10. Système d'alimentation et de ventilation en air selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel l'échangeur air/fluide (14) traversé par l'air (F3) dédié à la ventilation, les équipements (7,15, 16, 17, 18), le GAP (10) et l'ouverture d'éjection (21) sont positionnés respectivement d'amont 30 en aval et les équipements (7, 15, 16, 17, 18) répartis dans le compartiment (2)de sorte que les flux d'air (Fv) génèrent une ventilation maximisée des équipements (7, 15, 16, 17, 18) et du GAP (10).