Brevet FR2964739A1 — publié le 20120316

Le domaine de la présente invention est celui de l'aérodynamique et, plus particulièrement, celui de l'alimentation en air des bancs d'essais de turbomachines ou des souffleries. Les turbomachines ont besoin d'être testées avant d'être mises en vol pour qu'on puisse être certain de leur bon fonctionnement et de leur aptitude à emmener en toute sécurité les passagers et l'équipage de l'aéronef sur lequel elles sont installées. Pour cela des installations au sol, dénommées bancs d'essai, sont mises en place pour les faire fonctionner comme si elles étaient installées sur ledit aéronef. Ces bancs sont en général des installations en maçonnerie qui comportent un canal d'aspiration de l'air à la température ambiante et qui rejettent, par un canal d'évacuation, les gaz brûlés dans l'atmosphère. Il convient de protéger les machines en fonctionnement sur le banc contre toute ingestion de corps étranger qui serait aspiré avec l'air extérieur et qui viendrait endommager les aubes en traversant le moteur. Pour cela il est connu d'installer un grillage de protection sur le canal d'aspiration ou, plus communément, juste devant l'entrée d'air du moteur. Un schéma d'une telle installation est représenté sur la figure 1. Un des inconvénients de ces installations est la possibilité, en hiver, d'apparition de givre sur les fils constituant la grille, ce qui peut conduire à la formation de morceaux de glace qui, en se détachant, iraient endommager les aubages. Aucun remède n'étant défini à l'heure actuelle, les essais des turbomachines sont suspendus dès lors que les conditions météorologiques sont défavorables. L'activité du banc d'essai peut ainsi être suspendue pendant des périodes relativement longues chaque hiver. La non-disponibilité des bancs pendant ces périodes perturbe la gestion des plans des moteurs en développement et celle des plans de livraison des moteurs de série ; elle représente donc une perte d'exploitation importante pour le motoriste, ce qu'il convient d'éviter. Diverses solutions ont été envisagées comme, par exemple, la suppression de la grille d'entrée mais le risque d'ingestion d'oiseaux, de débris ou de pièces devient alors important et il est nécessaire de le traiter en supportant des coûts de surveillance et de maintenance qui s'avéreraient significatifs. Le réchauffement de la grille a également été envisagé, en la maintenant, grâce à des fils chauffants placés sur les fils 2 de la grille avec une gaine conductrice, à une température incompatible de la formation du gel. Mais le très fort refroidissement convectif imposé par l'alimentation en air d'une turbomachine demande une installation particulière et une puissance importante (à titre indicatif, le flux d'échange convectif est de l'ordre de 20 kW pour une élévation de température de 10 °C). D'autres solutions, comme celles utilisées pour le dégivrage des avions (structures gonflantes ou ingestion de fluide par capillarité), ont par ailleurs été regardées, mais elles ne sont pas applicables au problème posé par la grille d'entrée d'un banc d'essai. Les difficultés de réalisation des solutions envisagées ont donc, jusqu'à ce jour, bloqué leur application. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif destiné à prévenir la formation de givre sur les grilles d'entrée d'air des bancs d'essais, que ce soit pour des essais de turbomachine ou pour des essais de soufflerie. A cet effet, l'invention a pour objet une grille de protection destinée à être positionnée en travers d'un circuit d'aspiration d'air, comprenant un cadre sur lequel est fixé un tamis formé par au moins une série de câbles tendus, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un vibreur apte à mettre au moins certains desdits câbles en vibration et en ce que la tension de ces dits câbles est telle que la fréquence d'excitation dudit vibreur correspond à la fréquence propre d'un de leurs modes de vibration. La mise en vibration des câbles constituant la grille permet d'éviter la formation de givre et une éventuelle accumulation de glace qui pourrait être dangereuse pour un moteur en essai dans un banc ou pour une maquette aérodynamique installée dans une soufflerie. Dans un mode particulier de réalisation le tamis est constitué par au moins une série de câbles positionnés parallèlement les uns aux autres, et fixés à au moins une de leurs extrémités sur un des montants dudit cadre par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs tendeurs à tension réglable. 3 La possibilité de régler la tension du ou des vibreurs permet d'ajuster la fréquence de vibration de ces câbles et de les faire entrer en résonance sur la fréquence du vibreur. Avantageusement le vibreur est positionné sur un excitateur constitué par un ensemble formé d'une plaque et d'une contreplaque enserrant les câbles de ladite série et apte à mettre l'ensemble desdits câbles simultanément en vibration. Cette configuration a le mérite de la simplicité et permet de n'utiliser qu'un seul vibreur pour une série de câbles. Préférentiellement la plaque et la contreplaque sont, pour leur partie en contact avec les câbles, réalisés en un matériau d'une dureté inférieure à celle desdits câbles. On évite ainsi les dommages que pourraient causer leur mode de fixation au cours de leur mouvement vibratoire. De façon préférentielle la grille comporte en outre un accéléromètre positionné sur ledit excitateur, à distance du vibreur. Dans un mode particulier de réalisation la grille comporte deux séries orthogonales de câbles, chaque série étant séparée de l'autre de façon à vibrer sans interférence entre elles. Préférentiellement chaque série de câbles comporte un excitateur positionné parallèlement à un des montants du cadre, sur lequel est positionné un vibreur. Dans un autre mode particulier de réalisation la grille comporte deux séries orthogonales de câbles, les câbles étant soudés entre eux à 25 chaque point de croisement. Préférentiellement chaque série est fixée d'un côté sur un excitateur et de l'autre sur un étau enserrant les câbles, les excitateurs et étaux étant positionnés parallèlement à un des montants du cadre, un vibreur étant monté sur chaque excitateur et chaque étau étant relié au 30 cadre par un tendeur. De façon préférentielle les câbles sont recouverts d'un revêtement anti-adhérence. Ceci facilite le décollement de la glace par les vibrations imprimées aux câbles. Avantageusement la grille de protection telle que décrite ci- 35 dessus comporte des câbles de maintien s'étendant dans son plan pour sa fixation à l'infrastructure d'un moyen d'essais de turbomachines ou d'une 4 soufflerie. On assure ainsi une absence d'interférence de l'infrastructure du banc ou de la soufflerie avec la grille et on génère ainsi un découplage dynamique entre ces deux éléments. De ce fait la puissance à fournir aux vibreurs pour mettre le tamis en vibration est fortement réduite. L'invention porte également sur un ensemble constitué par une grille de protection telle que décrite ci-dessus et par un bâti positionné en aval de ladite grille, sans contact avec elle, et conformé de façon à former une butée pour celle-ci en cas de dégradation d'au moins un de ses câbles de maintien. On assure ainsi la sécurité du moteur ou de la maquette en essai contre le risque de rupture d'un câble de maintien et la possible absorption de la grille par le moteur en aval ou l'écrasement de celle-ci contre la maquette. L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique d'un banc d'essai de turboréacteur ; - la figure 2 est une vue de face d'une grille d'entrée d'air selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une coupe en vue de dessus de la grille de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue d'un détail de la grille de la figure 2, et - la figure 5 est une vue de face d'une grille d'entrée d'air 30 selon un second mode de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit un banc d'essai de turboréacteur 1, comprenant une infrastructure en maçonnerie 2 définissant une veine de circulation d'air pour l'alimentation d'un turboréacteur 3. L'air qui pénètre dans le turboréacteur 3, représenté par 35 une flèche large est guidé par un canal d'aspiration 4 et les gaz brûlés, représentés par une flèche plus étroite, sont évacués par un canal d'évacuation 5. Une grille de protection 6, placée devant un bâti 7, est positionnée en amont de l'entrée d'air du moteur 3. En se référant maintenant à la figure 2 on voit de face la grille 6 et, en arrière plan, le bâti 7. La grille comprend un cadre 8 maintenu en place par des câbles de maintien 20, qui s'étendent sensiblement dans son plan et qui sont fixés, à leur autre extrémité, sur la maçonnerie 2. Ce mode de maintien par câbles permet d'isoler dynamiquement l'ensemble formé par le cadre, de son environnement. Le bâti 7 est positionné en arrière de la grille, sans contact avec elle de façon à ne pas augmenter son inertie et à réduire les puissances nécessaires à la mise en vibration du tamis de la grille. Le bâti 7 comporte des butées rigides (non représentées) qui ont pour objet de retenir la grille en cas de détérioration des câbles de maintien 20 et d'empêcher son ingestion en cas de rupture des ceux-ci. Il est également possible de fixer directement le cadre 8 sur la maçonnerie 2 du banc par l'intermédiaire de supports adaptés (type silentbloc), sans câbles de maintien. Alors que le découplage fréquentiel obtenu par le premier type de suspension permet de limiter la puissance des vibreurs installé sur les fils de la grille, cette seconde solution, qui a l'avantage d'être plus sûre vis-à-vis des risques d'ingestion, demande une énergie des vibreurs plus importante. Pour assurer la protection du moteur, la grille comprend deux séries de câbles 9 orientés perpendiculairement les uns aux autres, qui sont montées sur le cadre 8 de façon à former un tamis 10. Ce tamis est, dans ce premier mode de réalisation, constitué de câbles tendus qui sont indépendants les uns des autres, les deux séries étant séparées l'une de l'autre d'une distance leur permettant de vibrer sans interférence. Dans un seconde mode de réalisation, illustré sur la figure 5, les câbles 9 sont soudés les uns aux autres à leur points d'intersection. Tous ces câbles, qu'ils soient séparés ou soudés, sont fixés à une de leurs extrémités sur un montant du cadre 8 et sont mis sous tension, à leur autre extrémité, à l'aide de tendeurs 11 positionnés le long du montant opposé. La tension des câbles est choisie identique pour tous, le tamis vibrant sur une fréquence propre unique, de sorte que le comportement dynamique des câbles est uniforme et reproductible. 6 De façon préférentielle les câbles sont enduits sur toute leur longueur d'un revêtement anti-adhérent de type TéflonTM ou équivalent. Celui-ci est déposé sur les câbles, après sertissage de leurs embouts, à l'aide d'un procédé tel que la projection du téflon à 480°c ou la céramique glacée. L'avantage procuré par un tel revêtement est de limiter l'adhérence sur le câble et ainsi de faciliter le décollement de la glace par les vibrations. Chacune des deux séries de câbles est insérée dans un excitateur 12 constitué par une plaque et une contreplaque qui enserrent les câbles à une de leurs extrémités, le long du montant opposé aux tendeurs 11. Ces plaques comportent une face préférentiellement réalisée dans un matériau relativement tendre, dont la dureté est inférieure à celle des câbles, comme par exemple des matériaux à base d'aluminium ou de cuivre, pour que les câbles ne s'abîment pas lors de leurs vibrations. Un vibreur 13, alimenté en puissance soit par des fils électriques, comme figuré sur la figure 1, soit par une installation pneumatique, est placé sur chaque série de câbles tendus, au niveau de son excitateur 12, et installé comme décrit ci-dessous. Sur chacun des excitateurs 12 est en outre monté un accéléromètre 14 qui mesure la fréquence sur laquelle il vibre et qui renseigne l'opérateur du banc sur la plus ou moins bonne adéquation des vibrations avec la fréquence de résonance recherchée pour le tamis 10. La figure 3 montre une coupe de la grille 6, avec un câble 9 tendu entre les deux montants latéraux du cadre 8, à l'aide d'un tendeur 11. Le câble 9 est serré entre une plaque 12a et une contreplaque 12b formant l'excitateur 12. Un vibreur 13 est fixé sur l'excitateur 12, qu'il met en résonance à une fréquence déterminée. La figure 4 montre le détail de la fixation de l'excitateur 12 et du vibreur 13 sur le câble 9. Les deux plaque 12a et contreplaque 12b sont formées, chacune, de deux couches de matériaux, un matériau tendre qui est au contact direct des câbles 9, et un matériau plus résistant apte à contenir les efforts exercés par des moyens, non représentés, de serrage le long des lignes figurées en pointillés. De même un moyen de fixation, non représenté, assure le maintien du vibreur 13 sur la contreplaque 12b et, par conséquent la transmission des vibrations à l'excitateur 12 et, in fine, aux câbles 9. En se référant maintenant à la figure 5 on voit un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les éléments de la grille 6 identiques à ceux du premier mode de réalisation sont désignés par le même chiffre de référence et ne sont pas décrits à nouveau. Ici, le tamis 10 est constitué par des câbles 9 soudés entre eux à leurs points d'intersection et fixés à leurs extrémités, d'un côté par un excitateur 12 comme dans le premier mode de réalisation, et à leur autre extrémité par un étau 15. Cet étau est préférentiellement constitué, comme pour l'excitateur 12, par une plaque d'étau et une contreplaque d'étau agencées de façon à enserrer les câbles 9, la face en contact avec le câble étant réalisée en un matériau tendre. Les étaux 15 des deux séries de câbles 9 sont reliés aux montants du cadre 8, sur lesquels ils sont fixés, par l'intermédiaire de tendeurs 11 alors que les excitateurs 12 sont reliés à leurs montants porteurs soit par des moyens d'attache classiques 16 soit par une deuxième série de tendeurs 11. De même que précédemment des accéléromètres 14, placés sur les excitateurs 12, assurent la surveillance de la fréquence sur laquelle vibre le tamis 10. On va maintenant décrire le fonctionnement de la grille 6, dans sa version du premier mode de réalisation, pour la protection du moteur placé en aval, contre les risques d'ingestion de morceaux de glace par temps de givrage. Le fonctionnement de la grille dans le deuxième mode de réalisation est identique, à la mise en tension du tamis 10 près, pour laquelle le procédé de mise en oeuvre sera décrit plus loin. Le fonctionnement de la grille repose sur une mise en vibration du tamis 10, en utilisant le principe des cordes vibrantes, pour éviter l'accumulation de glace sur les câbles 9. La mise en mouvement vibratoire des câbles est assurée par le vibreur 13, qui possède une fréquence propre d'excitation. La tension de chacun des câbles d'une même série est ajustée, à l'aide des tendeurs 11 jusqu'à ce que leur fréquence de résonance, choisie a priori comme celle du premier mode de flexion, corresponde à celle d'excitation du vibreur 13 qui est monté sur l'excitateur 12 de ladite série. Cette opération de mise en tension des câbles doit être conduite de façon extrêmement soignée pour que tous les câbles aient la même tension et donc qu'ils résonnent sur la même 8 fréquence. Pour cela des techniques classiques comme l'utilisation d'accordeurs acoustiques peut être envisagée. Les vibreurs 13 montés sur les excitateurs 12 des deux séries de câbles excitent alors le tamis 10 en faisant résonner les câbles 9 sur leur fréquence de résonance et le mouvement de ceux-ci empêche le givre de se fixer dessus. On évite ainsi la formation d'amas de glace qui pourraient se détacher après avoir atteint une masse suffisante et qui endommageraient le moteur en essai 3. Dans le cas du deuxième mode de réalisation, où les câbles 9 sont soudés les uns aux autres, la mise en tension de la grille 6 nécessite de prendre des précautions particulières lors du raidissement des tendeurs 11, afin d'obtenir le bon niveau de tension sur les deux axes du tamis 10, sans que celui-ci ne se déforme. La procédure d'installation comporte également une étape obligatoire de mise en phase des deux vibreurs 13, pour obtenir un fonctionnement correct avec une résonance bidimensionnelle du tamis 10. Dans les deux modes de réalisation une surveillance du fonctionnement est assurée par les accéléromètres 14 qui sont placés sur les excitateurs 12. On s'assure ainsi de la permanence de la résonance des câbles 9 ou du tamis 10, et donc de la protection contre l'accumulation de glace sur la grille. Les essais de moteurs sur des bancs d'essai peuvent donc se dérouler en toute sécurité, même lorsque les températures de l'air aspiré deviennent basses et qu'elles entrent dans la fourchette associée au risque de givrage.25 REVENDICATIONS1. Grille de protection destinée à être positionnée en travers d'un circuit d'aspiration d'air, comprenant un cadre (8) sur lequel est fixé un tamis (10) formé par au moins une série de câbles (9) tendus, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un vibreur (13) apte à mettre au moins certains desdits câbles en vibration et en ce que la tension de ces dits câbles est telle que la fréquence d'excitation dudit vibreur correspond à la fréquence propre d'un de leurs modes de vibration. 2. Grille selon la revendication 1 dans laquelle le tamis (10) est constitué par au moins une série de câbles positionnés parallèlement les uns aux autres, et fixés à au moins une de leurs extrémités sur un des montants dudit cadre (8) par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs tendeurs (11) à tension réglable. 3. Grille selon la revendication 2 dans laquelle le vibreur (13) est positionné sur un excitateur (12) constitué par un ensemble formé d'une plaque (12a) et d'une contreplaque (12b) enserrant les câbles (9) de ladite série et apte à mettre l'ensemble desdits câbles simultanément en vibration. 4. Grille selon la revendication 3 dans laquelle la plaque (12a) et la contreplaque (12b) sont, pour leur partie en contact avec les câbles (9), réalisés en un matériau d'une dureté inférieure à celle desdits câbles. 5. Grille selon l'une des revendications 3 ou 4 comportant en outre un accéléromètre (14) positionné sur ledit excitateur (12), à distance du vibreur (13). 6. Grille selon l'une des revendications 1 à 5 comportant deux séries orthogonales de câbles, chaque série étant séparée de l'autre de façon à vibrer sans interférence entre elles. 7. Grille selon la revendication 6 dans laquelle chaque série de câbles comporte un excitateur (12) positionné parallèlement à un des montants du cadre (8), sur lequel est positionné un vibreur (13). 8. Grille selon l'une des revendications 1 à 5 comportant deux séries orthogonales de câbles, les câbles étant soudés entre eux à chaque point de croisement. 9. Grille selon la revendication 8 dans lequel chaque série est fixée d'un côté sur un excitateur (12) et de l'autre sur un étau (15) enserrant les câbles, les excitateurs et étaux étant positionnés parallèlement à un des montants du cadre (8), un vibreur (13) étant monté sur chaque excitateur (12) et chaque étau étant relié au cadre (8) par un tendeur (11). 10. Grille de protection selon l'une des revendications 1 à 9 dans laquelle les câbles (9) sont recouverts d'un revêtement antiadhérence. 11. Grille de protection selon l'une des revendications 1 à 10 comportant des câbles de maintien (20) s'étendant dans son plan pour sa fixation à l'infrastructure (2) d'un moyen d'essais de turbomachines ou d'une soufflerie. 12. Ensemble constitué par une grille de protection (6) selon la revendication 11 et d'un bâti (7) positionné en aval de ladite grille sans contact avec elle et conformé de façon à former une butée pour celle-ci en cas de dégradation d'au moins un de ses câbles de maintien (20).