Brevet FR2971765A1 — publié le 20120824

Pylône de fixation avec fonction de soufflage pour un moteur d'aéronef à hélices propulsives non carénées DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un pylône de fixation avec fonction de soufflage pour un moteur d'aéronef, et en particulier pour un moteur d'aéronef à hélices propulsives non carénées (en anglais "open-rotor pusher" ou "pusher unducted fan"). Le domaine de l'invention est celui des structures de fixation entre les aéronefs et les moteurs. De telles structures sont présentes notamment dans les moteurs du type à hélices propulsives non carénées, qui comprennent deux turbines contrarotatives dont chacune est solidaire en rotation d'au moins une hélice située à l'extérieur de la nacelle du moteur, les deux hélices étant agencées coaxialement l'une derrière l'autre à l'extrémité aval du moteur. Le système propulsif est ainsi accroché au fuselage de l'aéronef par des moyens qui permettent de transmettre à l'aéronef les efforts générés par le moteur pendant ses différents régimes de fonctionnement. Les moyens d'accrochage du système propulsif comprennent en général une pièce très robuste et très lourde appelée pylône qui est agencée entre le rétreint de l'aéronef et la nacelle moteur. Le pylône s'étend sensiblement dans un plan passant par l'axe longitudinal du moteur, et comprend des moyens de suspension du moteur par lesquels passent tous les efforts transmis entre le moteur et l'aéronef. Une telle configuration est représentée de manière schématique sur la figure 1, qui montre en vue de dessus un pylône 101 assurant la liaison entre un moteur 102, ou système propulsif, d'un aéronef, le dit moteur 102 étant du type à hélices non propulsives non carénées, et le rétreint 103 (correspondant à la partie arrière) dudit aéronef. Comme illustré, le moteur 102 comporte une première hélice 104 et une seconde hélice 105, assurant la propulsion de l'aéronef selon une direction 106. Dans une autre variante, également concernée par l'invention, une unique hélice est présente ; on parle alors de turbopropulseurs en accroche arrière fuselage. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION L'utilisation des moteurs d'aéronef à hélices propulsives non carénées entraine nécessairement l'apparition d'un sillage dans le flux d'air rencontrant le pylône 101, ledit sillage étant généré par le pylône 101 assurant la jonction structurelle entre l'avion et le système propulsif, sillage qui vient impacter les pales des hélices 104 et 105. Ce phénomène est illustré schématiquement à la figure 2, sur laquelle sont représentées une vue en coupe du pylône 101 dans sa configuration classique, ou conventionnelle, et une vue en coupe de l'hélice 104 ; sur cette figure, la vitesse du flux d'air est représentée par des flèches 201, dont la longueur est représentative de la valeur de la vitesse au point considéré. On constate naturellement que les vitesses des points situés au niveau de la hauteur du pylône 101 sont moins importantes que les vitesses observées aux points où le flux d'air n'est pas impacté par la présence dudit pylône. Ces différences de vitesse donnent naissance à un sillage 202, constitués par l'ensemble des points pour lesquels la vitesse du flux d'air est affectée par la présence du pylône 101, dans le flux d'air. L'existence de ce sillage a plusieurs conséquences perturbantes : il a un impact négatif sur les performances en terme de consommation de carburant ; il a un impact négatif sur le niveau acoustique en constituant une source de bruit supplémentaire, source de bruit gênante notamment au moment du décollage de l'aéronef ou de la phase d'approche de l'aéronef ; il a un impact négatif en terme mécanique et vibratoire, en créant une source d'excitation supplémentaire. Dans l'état de la technique, on a proposé des solutions pour tenter de minimiser l'impact du sillage créé par le pylône sur les pales des hélices. Parmi ces solutions, on a proposé celle schématiquement illustrée à la figure 3, sur laquelle un profil 301 de pylône particulier a été proposé. La particularité du profil 301 réside dans la forme de son bord de fuite 302, situé au niveau du culot du pylône, qui a été tronqué par rapport à un profil conventionnel du type de celui visible sur la figure 2. Le bord de fuite 302 présente ainsi une ouverture 303 qui est utilisée pour souffler de l'air pulsé 304 au niveau dudit bord de fuite 302. L'air ainsi soufflé permet de réduire, voire de combler le déficit de vitesse en différents points au niveau du sillage d'air généré par la présence du pylône 301, déficit de vitesse illustré à la figure 2. A cet effet, l'ouverture 303 est alimentée en air pressurisé, par exemple par une tuyère de l'aéronef, qui fait l'objet d'une détente jusqu'à la pression ambiante, permettant ainsi d'obtenir un soufflage. Cette solution présente cependant un inconvénient lié à la forme tronquée du bord de fuite. Une telle forme est pénalisante car elle augmente la forme du sillage précédemment mentionné lorsque l'air n'est plus soufflé par l'ouverture. Or pour des raisons de consommation de carburant, il n'est pas envisageable de maintenir le soufflage pendant toutes les phases de vol. Ainsi, si la solution proposée est satisfaisante lors des phases particulières telles que le décollage ou l'approche de l'avion, qui sont des phases de relativement courtes durées pendant lesquelles le soufflage limite l'impact négatif en terme acoustique et vibratoire du sillage né de la présence du pylône devant les hélices du moteur, elle pose un problème en terme de performance pendant le reste du vol, du fait de la forme tronquée du profil du pylône. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'objet de l'invention offre une solution au problème qui vient d'être exposé en proposant un pylône de conception particulière permettant de limiter les effets dommageables du sillage provoqué par la présence du pylône et du positionnement du pylône par rapport aux hélices du moteur d'aéronef à hélices propulsives non carénées, tout en limitant une consommation de carburant augmentée durant certaines phases de vol. Pour ce faire, la présente invention propose l'utilisation d'un pylône dont le bord de fuite présente une forme aérodynamiquement optimale, tout en maintenant la possibilité de disposer d'un flux d'air soufflé en provenance du pylône. A cet effet, on prévoit, dans les pylônes selon l'invention, de faire provenir le flux d'air soufflé non plus du bord de fuite du pylône, mais des faces intrados (face inférieure) ou extrados (face supérieure) dans lesquelles des ouvertures ont été ménagées. Avantageusement, on prévoit que les ouvertures ménagées dans les faces inférieures et/ou supérieures des pylônes présentent des sections variables, susceptibles d'évoluer dans le temps en fonction des phases de vol observées par l'aéronef, lesdites ouvertures pouvant avantageusement être fermées. L'invention concerne donc essentiellement un pylône de fixation d'un moteur d'aéronef à hélices propulsives non carénées, ledit pylône assurant la fixation d'un système propulsif au rétreint de l'aéronef, ledit pylône présentant un bord de fuite prolongé par une face supérieure et une face inférieure dudit pylône, ledit pylône présentant un volume vide intérieur entre la face supérieure et la face inférieure apte à recevoir de l'air soufflé, caractérisé en ce que le pylône présente au moins une première zone percée présentant un premier ensemble d'ouvertures, ladite première zone percée étant ménagée au niveau de la face supérieure et/ou de la face inférieure, et étant apte à laisser s'échapper l'air soufflé depuis le volume vide intérieur vers l'extérieur du pylône. Ainsi, l'air soufflé ne provient pas d'un bord de fuite tronqué du pylône, mais des faces supérieures et/ou inférieures dudit pylône, typiquement depuis des zones situées au moins à une trentaine de centimètres de l'extrémité du bord de fuite. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées 30 dans le paragraphe précédent, le pylône selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le pylône comporte au moins une première grille mobile présentant un deuxième ensemble d'ouvertures, ladite au moins une première grille mobile étant disposée au niveau de ladite au moins une première zone percée, ledit pylône présentant un premier état, dit état ouvert, dans lequel les ouvertures de la au moins une première grille mobile sont positionnées en regard des ouvertures de ladite au moins une première zone percée, et un deuxième état, dit état fermé, dans lequel les ouvertures de ladite au moins une première zone percée sont obstruées par des zones pleines de la au moins une première grille mobile ; - le pylône comporte une deuxième grille mobile avec des ouvertures, et une deuxième zone percée avec des ouvertures, les ouvertures de la deuxième grille mobile étant positionnées en regard des ouvertures de la deuxième zone percée dans l'état ouvert, et les ouvertures de la deuxième zone percée étant obstruées par des zones pleines de la deuxième grille mobile dans l'état fermé, la première zone percée et la deuxième zone percée étant ménagées respectivement sur la face supérieure et sur la face inférieure du pylône ; - la première grille mobile et la deuxième grille mobile sont mises en mouvement par des actionneurs indépendants ; - chaque grille mobile est apte à évoluer en mouvement à l'intérieur dudit pylône ; - chaque grille mobile est apte à évoluer en mouvement à l'extérieur du pylône, le long de la peau du pylône ; - chaque zone percée dudit pylône est constituée par une plaque mobile ; - chaque zone percée est disposée dans la partie aval du pylône ; - le pylône présente au moins un état intermédiaire dans lequel les ouvertures d'au moins une des grilles mobiles sont partiellement obstruées par des zones pleines de la au moins une première grille mobile. Selon un autre aspect, l'invention concerne un aéronef comportant le pylône selon l'invention. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - à la figure 1, déjà décrite, une représentation schématique d'un pylône de l'état de la technique et de son environnement ; - à la figure 2, également déjà décrite, une représentation schématique des perturbations que sont susceptibles de subir les hélices des moteurs d'aéronef à hélices propulsives non carénées du fait de l'existence d'un sillage dans le flux d'air né du positionnement du pylône ; - à la figure 3, également déjà décrite, une représentation schématique d'un profil de pylône utilisé dans l'état de la technique pour pulser de l'air ; - à la figure 4-A et à la figure 4-B, différentes représentations schématiques d'un premier exemple de pylône selon l'invention ; - à la figure 5, des représentations schématiques de différentes configurations d'un deuxième exemple de profil de pylône selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Les figures 4-A et 4-B représentent un premier exemple de pylône selon l'invention dans son environnement de fonctionnement préférentiel, à savoir les moteurs d'aéronef à hélices propulsives non carénées, respectivement en vue de dessus et en vue de coupe. Sur ces figures, on a représenté en vue de dessus et de manière schématique un pylône 401 assurant la liaison entre le système propulsif 102 avec sa première hélice 104 et sa seconde hélice 105, et le rétreint 103 d'un aéronef. Le pylône 401 présente un bord de fuite 403 qui correspond à la dernière zone du pylône sur laquelle passe le flux d'air rencontré par le pylône 401. Comme visible sur la figure 4-B, le bord de fuite 403 à un profil aérodynamique optimal, en ne présentant plus, contrairement à la solution de l'état de la technique qui a été décrite, de culot tronqué. La finesse du bord de fuite 403 permet ainsi de ne pas augmenter la forme du sillage né de la présence du pylône 401 dans le flux d'air parvenant aux hélices du moteur. Dans l'invention, on prévoit de ménager au moins une zone percée 402 au niveau d'une face supérieure 404 et/ou d'une face inférieure 405 du pylône 401. Dans l'exemple représenté, à la fois la face supérieure 404 et la face inférieure 405 présentent une telle zone percée, qui sont respectivement désignées comme première zone percée 402 et deuxième zone percée 406. Dans d'autres exemples de réalisation du pylône selon l'invention, une unique zone percée est réalisée, soit sur la face supérieure 404, soit sur la face inférieure 405. Dans l'exemple représenté, les zones percées 402 et 406 sont réalisées directement en réalisant des ouvertures 407 dans la peau du pylône 401, la peau du pylône étant constituée par la matière formant l'épaisseur entre une des faces visibles dudit pylône et un volume vide intérieur 408 ménagé entre la face supérieure 405 et la face inférieure 404. Le volume vide intérieur 408 reçoit l'air soufflé, par exemple en étant alimenté en air pressurisé par une tuyère de l'aéronef, qui peut ainsi s'échapper par les ouvertures 407. La forme, le nombre et l'orientation des ouvertures 407 permet de déterminer le flux d'air ainsi libéré par le pylône. Dans le premier exemple de réalisation décrit, on prévoit de laisser en permanence ouvertes les ouvertures 407 même quand la fonction de soufflage n'est pas remplie par le pylône 401, ce qui est le cas dans la plupart des phases de vol de l'aéronef. Afin d'optimiser l'aspect aérodynamique du pylône selon l'invention, on prévoit avantageusement que le pylône peut passer d'un état fermé à un état ouvert, et vice-versa, l'état fermé correspondant à une situation où les ouvertures des zones percées sont obstruées, et l'état ouvert correspondant à une situation où les mêmes ouvertures ne sont pas obstruées. Une telle solution avantageuse est illustrée à la figure 5. Sur cette figure, afin de passer d'un état ouvert 501 à un état fermé 502-1 et 502-2, on propose, dans l'exemple représenté, de disposer, au niveau des zones percées 402 et 406, respectivement une première grille mobile 521 et une deuxième grille mobile 522 aptes à se déplacer de telle sorte que des ouvertures 511 ménagées sur les dites grilles peuvent adopter: - soit une première position dans laquelle elles sont positionnées en regard des ouvertures 407 de la zone percée à laquelle elle est associée, plaçant ainsi le pylône dans l'état ouvert 501; - soit une deuxième position dans laquelle elles sont positionnées de telle sorte qu'elles ne sont pas en regard des ouvertures 407 de la zone percée à laquelle la grille est associée, plaçant ainsi le pylône dans l'état fermé, correspondant aux références 502-1 et 502-2. A cet effet, on peut prévoir que la grille mobile est apte à se déplacer en translation 503 vers la partie aval du pylône le long de la zone percée - la partie aval étant constituée par la partie du pylône placée à proximité du bord de fuite 403, typiquement entre trente centimètres et cinquante centimètres du bord de fuite ; on prévoit avantageusement que la grille mobile est apte à se déplacer selon une direction radiale 504 de telle sorte que des parties pleines 512 des grilles mobiles 521 et 522 viennent boucher de manière optimale (état fermé 502-2) les ouvertures 407 de la zone percée correspondante, la face considérée du pylône présentant alors un aspect lisse. Un ensemble d'états intermédiaires, correspondant à des positions intermédiaires des grilles mobiles évoluant entre l'état ouvert et l'état fermé sont par ailleurs définis, les ouvertures 407 de chaque zone percée étant laissées plus ou moins ouvertes afin d'obtenir un flux d'air soufflé désiré, tant en terme de débit qu'en terme d'orientation. Dans l'exemple représenté à la figure 5, les grilles mobiles 521 et 522 sont disposées à l'intérieur de la cavité 408. Dans d'autres exemples de réalisation, on prévoit de disposer les grilles mobiles à l'extérieur de la cavité 408, lesdites grilles mobiles se déplaçant sur la face supérieure 404 ou sur la face inférieure 405 à l'extérieur du pylône. Avantageusement, dans le cas où plusieurs grilles mobiles sont présentes dans le pylône selon l'invention, et notamment lorsqu'une première grille mobile est présente au niveau de la face supérieure et qu'une deuxième grille mobile est présente au niveau de la face inférieure, on prévoit que la première grille mobile et la deuxième grille mobile sont contrôlables, par exemple au moyen d'actionneurs, de manière indépendante l'une de l'autre. Dans un autre exemple de réalisation, on prévoit que la zone percée est elle aussi mobile, en étant par exemple constituée par une plaque mobile formant une partie de la face supérieure ou inférieure dudit pylône. Les mouvements relatifs de la grille mobile et de la plaque mobile permettant alors de définir des positions intermédiaires plus nombreuses, et de contrôler ainsi le débit de soufflage. Dans le cas d'une pluralité de zones percées mobiles, on prévoit avantageusement dans l'invention que les zones percées mobiles sont contrôlées de manière indépendante l'une de l'autre. Ainsi, grâce aux pylônes selon l'invention, on conserve un bord de fuite fin, avantageusement correspondant au profil de pylône conventionnel dans les phases de vol sans soufflage, ce qui permet de supprimer, même dans les phases de vol où la fonction de soufflage du pylône n'est pas active, la pénalité de trainée associée à un culot épais au niveau du bord de fuite. On peut ainsi obtenir une répartition ad hoc du soufflage entre l'intrados et l'extrados du pylône, ladite répartition étant modulable en fonction des phases de vol observées. Le débit de la fonction de soufflage du pylône est contrôlable, dans certains modes de réalisation selon l'invention, en faisant 2971765 -10- varier la surface efficace d'ouverture des grilles mobiles et/ou des plaques mobiles, de manière indépendante sur l'intrados et sur l'extrados. REVENDICATIONS1 - Pylône (401) de fixation d'un moteur d'aéronef à hélices (104) propulsives non carénées, ledit pylône (401) assurant la fixation d'un système propulsif (102) au rétreint (103) de l'aéronef, ledit pylône (401) présentant un bord de fuite (402) prolongé par une face supérieure (404) et une face inférieure (405) dudit pylône (401), ledit pylône (401) présentant un volume vide intérieur (408) entre la face supérieure (404) et la face inférieure (405) apte à recevoir de l'air soufflé, caractérisé en ce que le pylône (401) présente au moins une première zone percée (402) présentant un premier ensemble d'ouvertures (407), ladite première zone percée (402) étant ménagée au niveau de la face supérieure (404) et/ou de la face inférieure (405), et étant apte à laisser s'échapper l'air soufflé depuis le volume vide intérieur (408) vers l'extérieur du pylône (401). 2- Pylône (401) de fixation selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première grille mobile (521) présentant un deuxième ensemble d'ouvertures (511), ladite au moins une première grille mobile (521) étant disposée au niveau de ladite au moins une première zone percée (402), ledit pylône (401) présentant un premier état (501) , dit état ouvert, dans lequel les ouvertures (511) de la au moins une première grille mobile (521) sont positionnées en regard des ouvertures (407) de ladite au moins une première zone percée (402), et un deuxième état (502-1 ; 502-2), dit état fermé, dans lequel les ouvertures (407) de ladite au moins une première zone percée (402) sont obstruées par des zones pleines (512) de la au moins une première grille mobile (521). 3- Pylône de fixation (401) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième grille mobile (522) avec des ouvertures (511), et une deuxième zone percée (406) avec des ouvertures (407), les ouvertures (511) de la deuxième grille mobile (522) étant positionnées en regard des ouvertures (407) de la deuxième zone percée (406) dans l'état ouvert (501), et les ouvertures (407) de la deuxième zone 2971765 -12- percée (406) étant obstruées par des zones pleines (512) de la deuxième grille mobile (522) dans l'état fermé (502-1 ; 502-2), la première zone percée (402) et la deuxième zone percée (406) étant ménagées respectivement sur la face supérieure (404) et sur la face inférieure (405) du pylône (401). 5 4- Pylône de fixation (401) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la première grille mobile (521) et la deuxième grille mobile (522) sont mises en mouvement par des actionneurs indépendants. 5- Pylône de fixation (401) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque grille mobile (521 ; 522) est apte 10 à évoluer en mouvement (503 ; 504) à l'intérieur dudit pylône (401). 6- Pylône de fixation (401) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que chaque grille mobile (521 ; 522) est apte à évoluer en mouvement à l'extérieur du pylône (401), le long de la peau du pylône (401). 15 7- Pylône de fixation (401) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque zone percée (402 ; 406) dudit pylône (401) est constituée par une plaque mobile. 8- Pylône de fixation (401) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque zone percée (402 ; 406) est 20 disposée dans la partie aval du pylône (401). 9- Pylône de fixation (401) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit pylône (401) présente au moins un état intermédiaire dans lequel les ouvertures d'au moins une des grilles mobiles (521 ;522) sont partiellement obstruées par des zones pleines (512) 25 de chaque grille mobile (521 ;522) considérée. 10 - Aéronef caractérisé en ce qu'il comporte un pylône de fixation (401) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 30