Brevet FR2981134A1 — publié le 20130412

La présente invention concerne le domaine d'un dispositif le long d'un élément duquel s'écoule un gaz, par exemple de l'air. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif comportant un élément primaire avec une paroi externe par rapport à un axe de référence A, un gaz circulant de l'amont vers l'aval à une première vitesse V1 lors du fonctionnement du dispositif le long de la paroi externe de l'élément primaire. Dans la description qui suit, les termes "amont" et "aval" sont définis par rapport au sens de circulation normal du gaz le long du dispositif. Les termes « interne » et « externe » font référence à la partie d'une pièce située respectivement plus près et plus loin d'un axe de référence A, ou respectivement orientée vers ou à l'opposé d'un axe de référence A. Sur la figure 5, qui représente un exemple de l'art antérieur, un dispositif est montré en coupe et comporte un élément primaire 100 avec une paroi interne 101 et une paroi externe 102, par rapport à un axe de référence A, un élément secondaire 200 avec une paroi externe 202 et une paroi interne 201 entourant la partie amont de la paroi externe 102 de l'élément primaire 100, la partie aval de la paroi externe 102 de l'élément primaire 100 prolongeant cette partie amont en aval de l'élément secondaire 200, le gaz circulant de l'amont vers l'aval lors du fonctionnement de ce dispositif par une veine 400 délimitée par la paroi interne 201 de l'élément secondaire 200 et la paroi externe 102 de l'élément primaire 100, puis le long de cette paroi externe 102. La paroi externe 102 de l'élément primaire 100 présente, en aval de la veine 400, une ouverture 110 qui permet le passage d'un gaz au travers de la paroi externe 102 dans le flux de gaz circulant le long de la paroi externe 102. Cette ouverture 110 est présente afin de permettre la sortie de gaz circulant de l'amont vers l'aval entre la paroi interne 101 et la paroi externe 102. Les points notés P1 et P2 sur la figure 5 sont situés comme suit : P1 : point de la paroi externe 102 de l'élément primaire 100 en amont de l'ouverture 110, ici projection perpendiculaire de l'extrémité aval de l'élément secondaire 200 sur la paroi externe 102 de l'élément primaire 100, P2 : point situé sur le côté amont de l'ouverture 110. Dans les conditions de flux où l'écoulement en sortie de la veine 400 a une vitesse élevée, par exemple supersonique, le long de la partie aval de la paroi externe 102, le coefficient de frottement de l'air sur cette paroi externe 102 est plus important que dans la veine 400. Dans le cas où la veine 400 est une veine d'éjection d'air entre le capot secondaire (nacelle) et le capot primaire, ce frottement de l'air se traduit par une augmentation de la consommation. Le gain de consommation résultant d'une diminution de la longueur de la nacelle (afin de gagner du poids et de réduire le frottement sur la nacelle) est donc compensé par l'augmentation de la consommation résultant d'une longueur plus importante de la paroi externe 102 du capot primaire 100 en aval de la veine 400. Une solution consiste à optimiser le profil aérodynamique de la paroi externe 102. Cependant cette solution n'est pas satisfaisante car l'augmentation de la consommation reste dans certains cas trop importante, selon les conditions thermodynamiques. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. L'invention vise à proposer un dispositif qui permette de réduire les frottements du gaz sur la paroi externe le long de laquelle ce gaz s'écoule. Ce but est atteint grâce au fait que le dispositif comporte au moins deux ouvertures situées en aval l'une de l'autre et par lesquelles un gaz est apte à passer à une seconde vitesse V2 dans le flux de gaz longeant la paroi externe, la seconde vitesse V2 étant inférieure à la première vitesse 25 V1 Grâce à ces dispositions, on obtient une réduction des frottements du gaz sur la paroi externe le long de laquelle ce gaz s'écoule, et ainsi, dans le cas où ce dispositif est une tuyère de turbomachine, un gain de consommation en carburant. De plus, cette réduction s'obtient sans 30 modification très couteuse du dispositif, et sans gain de masse du dispositif. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux 35 dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre une tuyère de turbomachine selon l'invention, - la figure 2 montre un dispositif selon l'invention, - la figure 3 montre le profil du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de l'élément primaire d'un dispositif selon l'invention, - la figure 4 montre le profil du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de l'élément primaire d'un dispositif selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 montre un dispositif selon l'art antérieur, - la figure 6 montre le profil du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de l'élément primaire d'un dispositif selon l'art antérieur. La présente invention est décrite ci-dessous dans le cas des tuyères de turbomachines, notamment des turbomachines aéronautiques telles que des moteurs d'avion. Cependant, l'invention s'applique à tout dispositif comportant un élément primaire avec une paroi externe avec un écoulement de gaz le long de cette paroi externe. Notamment, l'invention s'applique à un dispositif comportant un élément primaire avec une paroi interne et une paroi externe, un élément secondaire avec une paroi externe et une paroi interne entourant la partie amont de la paroi externe de l'élément primaire, la partie aval de la paroi externe de l'élément primaire prolongeant cette partie amont en aval de cet élément secondaire, avec un gaz circulant de l'amont vers l'aval à une première vitesse V1 lors du fonctionnement du dispositif par une veine délimitée par la paroi interne de l'élément secondaire puis le long de la paroi externe de l'élément primaire en aval de cette veine. Comme représenté en figure 1, le dispositif est une tuyère 2 de turbomachine 1 dans laquelle l'air circule en fonctionnement normal de l'amont vers aval, dont la partie aval comprend un capot primaire 100 avec une paroi radialement interne 101 et une paroi radialement externe 102, un capot secondaire 200 avec une paroi radialement externe 202 et une paroi radialement interne 201 entourant la partie amont de la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100, la partie aval de ladite paroi radialement externe 102 du capot primaire 100 prolongeant cette partie amont en aval du capot secondaire 200, et un noyau 500 dont la partie amont 510 est entourée par le capot primaire 100 et dont la partie aval 530 prolonge cette partie amont 510 en aval du capot primaire 100, la partie aval 530 du noyau 500 étant sensiblement symétrique par rapport à un axe longitudinal A, le gaz étant expulsé vers l'aval hors de la tuyère 2 lors du fonctionnement de la turbomachine 1 par un espace annulaire constitué d'une première veine annulaire 300 délimitée par la paroi radialement interne 101 du capot primaire 100 et la partie amont 510 du noyau 500, et d'une seconde veine annulaire 400 délimitée par la paroi radialement interne 201 du capot secondaire 200 et la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100. Après son expulsion de la seconde veine annulaire 400, le gaz s'écoule le long de la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100 à l'extérieur de ce capot primaire 100 à une première vitesse Vl. Selon l'invention, la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100 comporte au moins deux ouvertures situées en aval l'une de l'autre et par lesquelles un gaz est apte à passer à une seconde vitesse V2 dans le gaz s'écoulant le long de la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100 après son expulsion de la seconde veine annulaire 400. La seconde vitesse V2 est inférieure à la première vitesse Vl. Par exemple la seconde vitesse V2 est inférieure à 70% de la première vitesse V1 Ainsi, la paroi radialement externe 102 comporte une ouverture amont 110 et une ouverture aval 120 située directement en aval de la première ouverture 110. La figure 2 est un agrandissement de la région de la tuyère 2 qui montre la disposition de ces ouvertures. La figure 2 correspond également au cas d'un dispositif selon l'invention, lorsque ce dispositif présente un élément secondaire entourant l'amont (et non l'aval) de l'élément primaire pour former une veine où le gaz s'écoule. Dans le cas le plus général d'un dispositif selon l'invention, cet élément secondaire n'est pas présent. Les points notés Pl, P2, et P3 sur la figure 2 sont situés comme suit : - P1 : point de la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100 en amont de l'ouverture amont 110, ici projection perpendiculaire de l'extrémité aval du capot secondaire 200 sur la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100, - P2 : point situé sur le côté amont de l'ouverture amont 110, - P3 : point situé sur le côté amont de l'ouverture aval 120, En fonctionnement normal de la turbomachine 1, un gaz (en général de l'air) passe au travers de l'ouverture amont 110 et au travers de l'ouverture aval 120 et pénètre à la seconde vitesse V2 dans le flux de gaz (en général de l'air) s'écoulant le long de la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100 et à l'extérieur de ce capot primaire 100. La seconde vitesse V2 étant inférieure à la première vitesse V1, il se produit une diminution du frottement sur la paroi radialement externe 102 en aval de l'ouverture amont 110 et en aval de l'ouverture aval 120. De façon surprenante, la sortie du flux de gaz par l'une des ouvertures ne supprime pas (ou n'affecte pas) cette diminution du frottement due à la sortie du gaz par l'autre des ouvertures. Ces ouvertures jouent un rôle de sorties de ventilation. Les calculs réalisés par les inventeurs montrent qu'on obtient alors un gain de consommation spécifique en carburant par rapport au cas où la paroi radialement externe 102 de l'élément primaire 100 ne présente qu'une seule ouverture. En effet, comme le montre la figure 6 sur laquelle est illustré le profil du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de l'élément primaire 100 (capot primaire) d'un dispositif selon l'art antérieur de la figure 5, il se produit une baisse brutale de la valeur du coefficient de frottement du gaz en aval du côté amont de l'ouverture amont 110, la valeur de ce coefficient remontant ensuite progressivement sur une certaine distance (distance de réduction DR) jusqu'à sensiblement sa valeur en amont de l'ouverture amont 110. Les points P1 et P2 de la figure 5 sont reportés sur l'axe des abscisses de la figure 6, cet axe représentant la distance vers l'aval le long de l'élément primaire 100. Selon l'invention, la valeur du coefficient de frottement du gaz est diminuée sur une distance supérieure à cette distance de réduction DR (voir ci-dessous), ce qui entraine un gain de consommation spécifique en carburant. Avantageusement, le gaz pénètre, par chacune des ouvertures dans le flux de gaz s'écoulant le long de la paroi radialement externe (102), selon une direction sensiblement identique à la direction d'écoulement du ce flux de gaz le long de la paroi radialement externe (102) (cette 2 9 81134 6 direction est de l'amont vers l'aval). Le gain de consommation spécifique est alors plus élevé. Avantageusement, la distance mesurée le long du capot primaire 100 entre l'ouverture amont 110 et l'ouverture aval 120 est supérieure à la 5 moitié de la distance de réduction du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long du capot primaire 100 en aval de l'ouverture amont 100 dans le cas où l'ouverture aval 120 n'est pas présente. Cette situation est représentée sur la figure 3 dans le cas où la distance mesurée le long du capot primaire 100 entre l'ouverture amont 10 110 et l'ouverture aval 120 est sensiblement égale à la moitié de la distance de réduction du coefficient de frottement du gaz. Sur la figure 3 est illustré le profil du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de la paroi radialement externe 102 selon la figure 2. En abscisse est représenté la distance vers l'aval depuis la sortie de 15 la seconde veine 400 le long de la paroi radialement externe 102 du capot primaire 100, et en ordonnée l'amplitude du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de cette paroi externe. Les points Pl, P2, et P3 de la figure 2 sont reportés sur l'axe des abscisses de la figure 3. On note qu'en aval du côté amont de l'ouverture 20 amont 110 (point P2) et qu'en aval du côté amont de l'ouverture aval 120 (point P3) il se produit une baisse brutale de la valeur du coefficient de frottement du gaz, la valeur de ce coefficient remontant ensuite progressivement sur la distance de réduction DR jusqu'à sa valeur en amont de l'ouverture amont 110. 25 La distance entre l'ouverture amont 110 et l'ouverture aval 120 étant ici sensiblement égale à la moitié de cette distance de réduction DR, la valeur du coefficient de frottement est sensiblement diminuée sur 1,5 fois cette distance de réduction. Plus généralement, pour chaque couple d'ouvertures sur la paroi 30 radialement externe 102 de l'élément primaire 100 formé d'une ouverture amont 110 et d'une ouverture aval 120 située directement en aval de cette ouverture amont 110, la distance mesurée le long d'un élément primaire 100 entre l'ouverture amont 110 et l'ouverture aval 120 est supérieure ou égale à la moitié de la distance de réduction du coefficient 35 de frottement du gaz s'écoulant le long de l'élément primaire 100 en aval de cette ouverture amont 100 dans le cas où l'ouverture aval 120 n'est pas présente. Avantageusement, pour chaque couple d'ouvertures sur la paroi radialement externe 102 de l'élément primaire 100 formé d'une ouverture amont 110 et d'une ouverture aval 120 située directement en aval de cette ouverture amont 110, la distance mesurée le long d'un élément primaire 100 entre l'ouverture amont 110 et l'ouverture aval 120 est sensiblement égale à la distance de réduction DR du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de l'élément primaire 100 en aval de cette ouverture amont 100 dans le cas où l'ouverture aval 120 n'est pas présente (cas représenté sur la figure 6). Le profil du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de la paroi radialement externe 102 dans le cas correspondant à cette situation est représenté sur la figure 4. Les points P1, P2, et P3 correspondent aux positions définies plus haut. La distance entre l'ouverture amont 110 et l'ouverture aval 120 étant ici sensiblement égale à la distance de réduction DR, la valeur du coefficient de frottement est diminuée sur 2 fois cette distance de réduction. Les calculs réalisés par les inventeurs montrent que, dans ce mode de réalisation de l'invention, on obtient alors un gain de consommation spécifique en carburant de l'ordre de 0,15% par rapport au cas où la paroi radialement externe 102 de l'élément primaire 100 ne présente qu'une seule ouverture. Plus généralement, pour chaque couple d'ouvertures sur la paroi radialement externe 102 de l'élément primaire 100 formé d'une ouverture amont 110 et d'une ouverture aval 120 située directement en aval de cette ouverture amont 110, la distance mesurée le long d'un élément primaire 100 entre l'ouverture amont 110 et l'ouverture aval 120 est sensiblement égale à la distance de réduction du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long de l'élément primaire 100 en aval de cette ouverture amont 100 dans le cas où l'ouverture aval 120 n'est pas présente. Lorsque le dispositif selon l'invention est une turbomachine, les ouvertures 110, 120 ne sont pas nécessairement situées sur le capot primaire 100, mais peuvent être, alternativement ou en supplément, situées le long de la paroi externe 202 du capot secondaire 200. Par ailleurs, certaines turbomachines ne comportent pas de capot secondaire 200. Dans ce cas seul le capot primaire 100 présente les ouvertures (110, 120). Selon l'invention, le dispositif peut également être un pylône supportant une tuyère 2 de turbomachine 1 et présentant une paroi externe, et les ouvertures 110 et 120 sont alors situées sur cette paroi externe, ce pylône étant l'élément primaire. On obtient dans ce cas une diminution du frottement de l'air le long de ce pylône. La solution selon l'invention est encore plus avantageuse dans le cas où la première vitesse V1 est supersonique, et ce pour des raisons d'aérodynamisme. Cela est notamment le cas en fonctionnement normal lorsque le dispositif est une turbomachine ou un pylône supportant une turbomachine. Dans les exemples donnés ci-dessus la paroi externe présente deux ouvertures. Selon l'invention, la paroi externe peut présenter un nombre plus élevé d'ouvertures.20 REVENDICATIONS1. Dispositif comportant un élément primaire (100) avec une paroi externe (102) par rapport à un axe de référence A, un gaz circulant de l'amont vers l'aval à une première vitesse V1 lors du fonctionnement dudit dispositif le long de ladite paroi externe (102) de l'élément primaire (100), ledit élément primaire (100) étant caractérisé en ce que sa paroi externe (102) comporte au moins deux ouvertures (110, 120) situées en aval l'une de l'autre et par lesquelles un gaz est apte à passer à une seconde vitesse V2 dans le flux de gaz longeant ladite paroi externe (102), la seconde vitesse V2 étant inférieure à la première vitesse V1. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que pour chaque couple d'ouvertures sur ladite paroi radialement externe (102) de l'élément primaire (100) formé d'une ouverture amont (110) et d'une ouverture aval (120) située directement en aval de ladite ouverture amont (110), la distance mesurée le long dudit élément primaire (100) entre ladite ouverture amont (110) et ladite ouverture aval (120) est supérieure ou égale à la moitié de la distance de réduction du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long dudit élément primaire (100) en aval de ladite ouverture amont (100) dans le cas où ladite ouverture aval (120) n'est pas présente. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que pour chaque couple d'ouvertures sur ledit élément primaire (100) formé d'une ouverture amont (110) et d'une ouverture aval (120) située directement en aval de ladite ouverture amont (110), la distance mesurée le long dudit élément primaire (100) entre ladite ouverture amont (110) et ladite ouverture aval (120) est sensiblement égale à la distance de réduction du coefficient de frottement du gaz s'écoulant le long dudit élément primaire (100) en aval de ladite ouverture amont (100) dans le cas où ladite ouverture aval (120) n'est pas présente. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite seconde vitesse V2 est inférieure à 70% de ladite première vitesse V1. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est une tuyère (2) de turbomachine (1) dans laquelle un gaz circule en fonctionnement normal de l'amont vers aval, 2 9 8 1 1 34 10 dont la partie aval comprend un capot primaire (100) avec une paroi radialement interne (101) et une paroi radialement externe (102), un capot secondaire (200) avec une paroi radialement externe (202) et une paroi radialement interne (201) entourant la partie amont de ladite paroi 5 radialement externe (102) du capot primaire (100), la partie aval de ladite paroi radialement externe (102) du capot primaire (100) prolongeant cette partie amont en aval dudit capot secondaire (200), et un noyau (500) dont la partie amont (510) est entourée par ledit capot primaire (100) et dont la partie aval (530) prolonge cette partie amont (510) en aval dudit capot 10 primaire (100), la partie aval (530) dudit noyau (500) étant sensiblement symétrique par rapport à un axe longitudinal A, le gaz étant expulsé vers l'aval hors de ladite tuyère (2) lors du fonctionnement de ladite turbomachine (1) par un espace annulaire constitué d'une première veine annulaire (300) délimitée par ladite paroi radialement interne (101) du 15 capot primaire (100) et la partie amont (510) dudit noyau (500), et d'une seconde veine annulaire (400) délimitée par ladite paroi radialement interne (201) du capot secondaire (200) et ladite paroi radialement externe (102) du capot primaire (100), ledit capot primaire (100) étant ledit élément primaire. 20 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que qu'il est une tuyère (2) de turbomachine (1) dans laquelle un gaz circule en fonctionnement normal de l'amont vers aval, dont la partie aval comprend un capot primaire (100) avec une paroi radialement interne (101) et une paroi radialement externe (102), un 25 capot secondaire (200) avec une paroi radialement externe (202) et une paroi radialement interne (201) entourant la partie amont de ladite paroi radialement externe (102) du capot primaire (100), la partie aval de ladite paroi radialement externe (102) du capot primaire (100) prolongeant cette partie amont en aval dudit capot secondaire (200), le gaz circulant le long 30 de ladite paroi radialement externe (202) du capot secondaire (200) lors du fonctionnement de ladite turbomachine (1), ledit capot secondaire (200) étant ledit élément primaire. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que qu'il est un pylône supportant une tuyère (2) de 35 turbomachine (1) dans laquelle un gaz circule en fonctionnement normal de l'amont vers aval, ledit pylône comportant une paroi radialementexterne, le gaz circulant le long de ladite paroi radialement externe lors du fonctionnement de ladite turbomachine (1), ledit pylône étant ledit élément primaire. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ladite première vitesse V1 est supersonique.