Brevet FR3006999A1 — publié le 20141219

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une nacelle de turbomachine comportant des moyens de ventilation ainsi qu'une turbomachine comportant une telle nacelle. ETAT DE L'ART Il est important que l'environnement thermique d'une nacelle de turbomachine soit maîtrisé afin notamment que les équipements logés dans la nacelle ne soient pas soumis à des températures trop élevées, ce qui pourrait réduire leur durée de vie. Plusieurs sources de chaleur dans la turbomachine (lignes de carter, équipements de lubrification, etc.) peuvent en effet augmenter la température environnante dans la nacelle. Dans le cas où la turbomachine est un turbopropulseur, l'air comprimé fourni par l'hélice amont permet de ventiler la surface externe de la nacelle, même lorsque le mach de l'aéronef équipé de ce turbopropulseur est très faible voire nul (par exemple lorsque l'aéronef est au sol). La nacelle de ce turbopropulseur peut en outre être équipée d'une écope placée en aval de l'hélice et destinée à recueillir de l'air comprimé et à l'acheminer à l'intérieur de la nacelle en vue de sa ventilation. Dans le cas d'un turbopropulseur à deux hélices non carénées et contrarotatives (du type open rotor), les hélices peuvent être situées à l'aval du moteur. La nacelle de ce turbopropulseur peut également être équipée d'une écope du type précité, pour assurer une récupération de la pression dynamique en vol. Cependant, au sol, la différence de pression entre l'écope et l'aval de la nacelle est nulle et la nacelle n'est pas ventilée. Il est donc nécessaire de trouver une solution pour ventiler une nacelle de ce type de turbomachine, pour un faible mach ou un mach nul. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème qui est particulièrement adaptée mais non exclusivement à une turbomachine du type open rotor. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose une nacelle de turbomachine, comprenant des moyens de ventilation, caractérisée en ce que ces moyens de ventilation comprennent au moins un éjecteur du type trompe à jet, le ou chaque éjecteur comprenant un conduit de passage d'un flux secondaire d'air de ventilation dont une première extrémité forme une entrée d'air située dans la nacelle et une deuxième extrémité forme une sortie d'air, au moins une buse de pulvérisation d'un flux d'air primaire étant montée dans le conduit qui définit un mélangeur et un diffuseur en aval de la buse. L'invention propose ainsi de ventiler la nacelle d'une turbomachine au moyen d'un ou plusieurs éjecteurs ou trompes à jet. Le document FR-A1-2 961 856 de la demanderesse décrit une trompe à jet pour une turbomachine. Il est donc déjà connu d'utiliser ce type d'éjecteur dans une turbomachine. Cependant, dans la présente invention, cet éjecteur est utilisé pour assurer une ventilation de la nacelle de la turbomachine, ce qui n'est pas le cas dans le document précité où la trompe à jet est utilisée pour dégazer une enceinte de lubrification du moteur de la turbomachine. Le fonctionnement d'un éjecteur du type trompe à jet est bien connu de l'homme du métier et repose sur le principe de l'effet Venturi. L'éjecteur comprend un circuit primaire comportant une buse de génération d'un jet de fluide primaire sous pression à l'intérieur d'un conduit d'un circuit secondaire. Le conduit a une entrée et une sortie de fluide secondaire et définit un mélangeur et un diffuseur en aval de la buse. Le fluide primaire éjecté dans le conduit se détend dans le diffuseur, ce qui crée une dépression et force le passage de fluide secondaire depuis l'entrée jusqu'à la sortie du conduit, ce fluide secondaire étant alors mélangé au fluide primaire dans le conduit. Dans la présente invention, les fluides primaire et secondaire sont de l'air. L'entrée d'air du conduit débouche dans la nacelle pour que de l'air contenu dans la nacelle soit aspiré et circule dans le conduit jusqu'à sa sortie, ce phénomène entraînant des mouvements d'air dans la nacelle, qui assurent sa ventilation, même lorsque l'aéronef équipé d'une turbomachine avec une nacelle selon l'invention est au sol. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le ou chaque éjecteur comprend deux buses de pulvérisation parallèles et montées à côté l'une de l'autre. Certaines contraintes, telles que la protection de la nacelle en cas d'éclatement du conduit d'un éjecteur, impliquent de prévoir une section de sortie relativement importante pour ce conduit. Lors de l'installation d'éjecteurs dans une nacelle, cette section de sortie est utilisée par les éjecteurs eux-mêmes, mais également pour la ventilation passive de la nacelle lorsque les éjecteurs ne fonctionnent pas. Ces contraintes obligent à surdimensionner les éjecteurs, ce qui pose des problèmes d'encombrement et donc d'installation dans la nacelle. Le fait d'équiper le ou chaque éjecteur de deux buses de pulvérisation permet de réduire leur encombrement tout en permettant de préserver leur rendement, comme cela sera expliqué plus en détail dans ce qui suit. Le rendement d'un éjecteur est notamment lié à la longueur de la partie du conduit dans laquelle a lieu le mélange des fluides primaire et secondaire (air), cette longueur étant de préférence au moins cinq fois égale au diamètre ou à la dimension transversale du mélangeur du conduit. La présente invention permet notamment de diminuer la longueur de l'éjecteur pour une section de sortie constante. Le mélangeur du conduit comprend de préférence deux parois longitudinales sensiblement planes, respectivement inférieure et supérieure, reliées ensemble par deux parois latérales ayant en section une forme semi-circulaire et dont le rayon de courbure est centré sur l'axe d'une buse. La section globale de passage définie par le mélangeur du conduit est de préférence constante et symétrique par rapport à un plan médian longitudinal. Ainsi, le diamètre de la zone de mélange n'augmente pas et il est possible de conserver un rapport diamètre/longueur du mélangeur suffisant. De plus, l'éjecteur à double buse est symétrique, ce qui permet également d'assurer la conservation d'un rendement élevé. L'entraxe des buses est de préférence égal 7r/2.R2, R2 étant le rayon de courbure précité. Ceci permet de garder la même section de passage qu'avec une seule buse par éjecteur. Dans une variante de réalisation de l'invention, le ou chaque éjecteur comprend deux buses de pulvérisation coaxiales et montées l'une autour de l'autre. La disposition coaxiale des deux buses offre une bonne efficacité à l'éjecteur. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le ou chaque éjecteur comprend une première buse de pulvérisation et une rangée annulaire de deuxièmes buses de pulvérisation s'étendant autour de la première buse de pulvérisation.La deuxième extrémité du conduit peut déboucher sur une surface externe de la nacelle pour que l'air qui sort du conduit soit expulsé à l'extérieur de la turbomachine. La nacelle peut comprendre une rangée annulaire d'éjecteurs, régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal de la nacelle. Ces éjecteurs sont par exemple au nombre de quatre, huit ou seize. 3006 999 4 La présente invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée ce qu'elle comprend une nacelle tu type précité, la ou chaque buse de pulvérisation étant alimentée en air comprimé prélevé sur un compresseur de la turbomachine. 5 Cette turbomachine peut être un turbopropulseur à deux hélices non carénées et contrarotatives. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à 10 titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une demi vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine du type open rotor selon l'invention ; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail 12 de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un éjecteur de la nacelle selon 15 l'invention ; - la figure 4 est une vue très schématique de la section de passage d'un mélangeur d'un conduit d'éjecteur équipé d'une seule buse de pulvérisation ; - la figure 5 est une vue très schématique de la section de passage d'un mélangeur d'un conduit d'éjecteur équipé de deux buses de pulvérisation ; et 20 - la figure 6 est une vue schématique en coupe axiale d'un éjecteur de la nacelle selon une variante de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une turbomachine 10 d'aéronef, cette turbomachine 10 étant un turbopropulseur ou open rotor et 25 comportant en aval deux hélices 12, 14 non carénées et contrarotatives. La turbomachine 10 comprend un moteur entouré par une nacelle 16, le moteur comportant d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, un compresseur basse pression 18, un compresseur haute pression 20, une chambre de combustion 22, une turbine haute pression 24, une turbine basse pression 26 et 30 une turbine de puissance 28 pour l'entraînement des hélices 12, 14. La nacelle 16 a une forme annulaire et comprend une paroi annulaire externe 30 qui s'étend autour des carters 32 du moteur et qui définit avec ceux-ci un espace annulaire 34 dans lequel sont logés des équipements de la turbomachine. Ces équipements doivent être ventilés lors du fonctionnement du moteur. La présente invention propose de ventiler la nacelle 16 au moyen d'éjecteurs 36 du type trompes à jet montés dans l'espace 34 précité. Dans l'exemple représenté en figure 1, la nacelle 16 est équipée de quatre éjecteurs 36 qui sont régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal A de la turbomachine. Un éjecteur 36 comprend un circuit primaire comportant au moins une buse 38 de pulvérisation d'un flux d'air primaire (flèche 39 - figure 2) à l'intérieur d'un conduit 40 d'un circuit secondaire. Le conduit 40 définit une veine de passage d'un flux d'air secondaire (flèche 41) et comprend une entrée d'air 42 débouchant dans l'espace 34 de la nacelle 16 et une sortie d'air 44 débouchant sur la surface externe de la paroi 30 pour l'évacuation de l'air vers l'extérieur de la turbomachine (flèches 45). Le conduit 40 a une forme allongée et définit en aval de la buse 38 un mélangeur 46 et un diffuseur 48, le mélangeur ayant une section de passage constante alors que le diffuseur est divergent vers l'aval et a donc une section de passage qui augmente vers l'aval. Le flux d'air primaire éjecté par la buse 58 se détend dans le diffuseur 48 ce qui crée une dépression et force le passage du flux d'air secondaire depuis l'entrée 42 jusqu'à la sortie 44 du conduit, l'air de ce fluide secondaire provenant de l'espace 34, ce qui induit des mouvements et des écoulements d'air à l'intérieur de la nacelle 16 et garantit sa ventilation. Dans le cas présent, l'air sous pression éjecté par la buse 38 est de l'air comprimé prélevé sur le compresseur haute pression 20 du moteur, et acheminé jusqu'à la buse par l'intermédiaire d'une canalisation d'air 50 schématiquement représentée en figure 1. L'entrée d'air 42 du conduit 40 peut déboucher radialement vers l'intérieur et sa sortie d'air 44 peut déboucher radialement vers l'extérieur, par rapport à l'axe longitudinal A, comme cela est représenté en figure 3. La figure 3 représente un mode préféré de réalisation d'un éjecteur 36 selon l'invention, cet éjecteur étant équipé de deux buses 38 parallèles et adjacentes. Comme cela sera expliqué dans ce qui suit, le montage de deux buses 38 dans le conduit 40 permet de réduire la longueur axiale L et donc l'encombrement axial de l'éjecteur 36, cette longueur étant notamment fonction du diamètre ou de la 3006 999 6 dimension transversale de la section de passage du mélangeur 46 du conduit 40 (la longueur L est de préférence au moins cinq fois égale à ce diamètre). La figure 4 montre de manière schématique le mélangeur 46 d'un conduit 40 d'éjecteur 36 équipé d'une unique buse de pulvérisation 38. Le mélangeur 46 est ici 5 de forme générale cylindrique et définit une section de passage de forme circulaire dont le rayon R1 est centré sur l'axe de la buse 38. Cet éjecteur doit alors avoir une longueur L = 10.R1. La figure 5 montre de manière schématique le mélangeur 46 d'un conduit 40 d'éjecteur 36 équipé de deux buses 38, comme c'est le cas dans la figure 3. Le 10 mélangeur 46 a en section une forme non circulaire. Le mélangeur 46 comprend deux parois longitudinales planes, respectivement inférieure 52 et supérieure 54, qui sont reliées entre elles par des parois latérales incurvées 56. L'entraxe des buses 38 est noté I. Chacune des parois 52 et 54 a une largeur sensiblement égale à cet entraxe I. Les parois latérales 56 ont chacun en section une 15 forme semi circulaire qui s'étend autour d'une buse 38 et dont le rayon de courbure R2 est centré sur cette buse. La demi hauteur h de la section de passage, qui correspond à la distance entre l'axe d'une buse 38 et l'une des parois 52, 54, est égale à R2. Pour réduire l'encombrement axial des éjecteurs 36, l'éjecteur des figures 3 et 20 5 doit être dimensionné pour que la surface de passage définie par son mélangeur 46 soit égale à celle de l'éjecteur de la figure 4. Il faut donc que la section de passage illustrée en figure 5 (qui est égale à l'aire de deux demi cercles de rayon R2 ou h, plus l'aire du rectangle de longueur 2R2 ou 2h et de largeur I) soit égale aux sections cumulées de passage des mélangeurs dans le cas où les buses seraient 25 montées dans deux éjecteurs distincts (qui sont égales à deux fois 7C. R22 ou 7C. h2. On obtient ainsi l'équation 2.7r.h2 = 7r.h2 + 2.h.1, ce qui permet de déduire que l'entraxe 1= 7C /2.h. Il faut donc que R1 = R2. \12. Le critère de longueur est Li = 5.D = 10.Ri avec i = (1, 2). Le rapport des longueurs est donc L1/L2 = 1,4. L'éjecteur des figures 3 et 5 30 est donc 1,4 fois moins long que celui de la figure 4, ce qui représente un gain certain en termes d'installation. Pareillement, la section du circuit primaire devra être gardée constante, si bien que les deux buses 38 de l'éjecteur des figures 3 et 5 ont chacun un rayon 1,4 fois plus petit que celui de la buse de l'éjecteur de la figure 3. La figure 6 représente une variante de réalisation de l'éjecteur 136 selon l'invention, cet éjecteur étant équipé de deux buses 138, 138' coaxiales. Les buses 138, 138' sont logées dans un tube 140 qui a une forme allongée et définit en aval des buses un mélangeur 146 et un diffuseur 148. Les buses 138, 138' se terminent ici par une partie conique convergente, de façon à réduire leur section et, par conséquent, à accélérer la vitesse du fluide du circuit primaire lorsqu'il est éjecté. Pour une meilleure efficacité aérodynamique, les angles au sommet des cônes terminaux sont les mêmes pour les deux buses du circuit primaire. Le circuit secondaire est formé entre la seconde buse 138' et la paroi externe du conduit 140. Les deux buses 138, 138' sont imbriquées l'une dans l'autre comme indiqué sur la figure 6. La première buse 138 est disposée sur l'axe central de l'éjecteur 136 pour une meilleure performance de l'ensemble, alors que la seconde buse 138' a une forme annulaire et est positionnée, de façon juxtaposée, autour de la première. Dans le mode de réalisation représenté, la seconde buse 138' est formée par un anneau cylindrique entourant la première buse 138, mais l'invention pourrait tout aussi bien être réalisée avec une rangée annulaire de secondes buses individuelles, pour autant que celles-ci soient positionnées sur tout le pourtour de la première et, de préférence, en étant régulièrement espacées sur sa circonférence. Par ailleurs, de façon préférentielle, sans que cette configuration soit essentielle pour la réalisation de l'invention, la seconde buse 138' s'ouvre axialement sensiblement au même niveau que celle de la première buse 138, ou immédiatement en amont de celle-ci. Cette position donne les meilleurs résultats aérodynamiques, les flux issus des deux buses étant alors dirigés parallèlement et, de plus, dans une direction qui est, elle même, parallèle à la paroi externe du conduit 140. Dans le mode particulier de réalisation illustré, des vannes tout-ou-rien 160 sont positionnées sur la seconde buse 138', la première buse 138 étant toujours en service, de façon à simplifier l'éjecteur. De façon alternative, la première buse 138 pourrait, elle aussi, être équipée d'un vanne tout-ou-rien, la seconde buse 138' étant alors toujours en service. Ou bien encore, on peut équiper les deux buses 138, 138' d'une vanne tout-ou-rien, donnant ainsi plus de possibilité pour faire fonctionner l'éjecteur 136 et moduler sa puissance en fonction du régime moteur. En choisissant d'alimenter les deux buses de façon indépendante, on obtient la possibilité de fonctionner dans les quatre modes de fonctionnement suivants : - buse 138 alimentée, buse 138' non alimentée - buse 138 non alimentée, buse 138' alimentée - buse 138 alimentée, buse 138' alimentée - buse 138 non alimentée, buse 138' non alimentée (ce qui correspond au cas de l'éjecteur 136 mis hors service). Dans le cas d'un éjecteur présentant plusieurs secondes buses disposées autour de la première buse centrale, on peut équiper toutes ces secondes buses de vannes tout-ou-rien et ainsi multiplier le nombre de modes de fonctionnement possibles, en jouant sur le nombre de secondes buses qui sont mises en ou hors service, la buse centrale étant, elle, toujours alimentée. Dans une version alternative le nombre de buses coaxiales peut être supérieur à deux, ces buses étant toutes alignées selon l'axe de symétrie du tube 140 de l'éjecteur 136. Une troisième, voire une quatrième, etc. ... buse est alors positionnée autour de la buse coaxiale dont le diamètre lui est immédiatement inférieur. REVENDICATIONS1. Nacelle (16) de turbomachine, comprenant des moyens de ventilation, caractérisée en ce que ces moyens de ventilation comprennent au moins un éjecteur (36, 136) du type trompe à jet, le ou chaque éjecteur comprenant un conduit (40, 140) de passage d'un flux secondaire d'air de ventilation dont une première extrémité forme une entrée d'air (42) située dans la nacelle et une deuxième extrémité forme une sortie d'air (44), au moins une buse (38, 138, 138') de pulvérisation d'un flux d'air primaire étant montée dans le conduit qui définit un mélangeur (46, 146) et un diffuseur (48, 148) en aval de la buse. 2. Nacelle (16) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ou chaque éjecteur (36) comprend deux buses de pulvérisation (38) parallèles et montées à côté l'une de l'autre. 3. Nacelle (16) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le mélangeur (46) du conduit comprend deux parois longitudinales sensiblement planes, respectivement inférieure (52) et supérieure (54), reliées ensemble par deux parois latérales (56) ayant en section une forme semi-circulaire et dont le rayon de courbure (R2) est centré sur l'axe d'une buse. 4. Nacelle (16) selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'entraxe (I) des buses (38) est égal 7r/2. R2, R2 étant le rayon de courbure précité. 5. Nacelle (16) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ou chaque éjecteur (136) comprend deux buses de pulvérisation (138, 138') coaxiales et montées l'une autour de l'autre. 6. Nacelle (16) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ou chaque éjecteur comprend une première buse de pulvérisation et une rangée annulaire de deuxièmes buses de pulvérisation s'étendant autour de la première buse de pulvérisation. 7. Nacelle (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la deuxième extrémité du conduit (40) débouche sur une surface externe (30) de la nacelle (16) adaptée pour expulser l'air sortant du conduit à l'extérieur de la turbomachine. 3006 999 10 8. Nacelle (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comprend une rangée annulaire d'éjecteurs (36), régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal (A) de la nacelle. 9. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, 5 caractérisée ce qu'elle comprend une nacelle (16) selon l'une des revendications précédentes, la ou chaque buse (38) de pulvérisation étant alimentée en air comprimé prélevé sur un compresseur (20) de la turbomachine. 10. Turbomachine selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est un turbopropulseur à deux hélices (12, 14) non carénées et contrarotatives. 10