Brevet FR3011076A1 — publié le 20150327

Le domaine de la présente invention est celui des bancs d'essais au sol pour turboréacteurs. Les turboréacteurs nécessitent pour leur mise au point ou pour la vérification de leurs performances en sortie de maintenance, un passage sur un banc d'essais au sol. Ces essais sont conduits dans une installation fermée pour éviter les nuisances à l'environnement, notamment les nuisances sonores. Ces installations comprennent classiquement, comme cela sera expliqué en détail en référence à la figure 1, une alimentation en air, une salle dans laquelle est disposé le turboréacteur et des moyens d'évacuation des gaz brûlés. Les moyens d'évacuation des gaz brulés comportent généralement une entité communément nommée par l'homme du métier « detuner » (pour désaccordeur en français). Le detuner capte les gaz sortant du turboréacteur ainsi que les gaz induits, comme cela sera expliqué plus loin. Dans la suite, le detuner sera nommé collecteur de gaz. Le collecteur de gaz comporte donc un pavillon tronconique entourant la tuyère du turboréacteur à l'aval de celle-ci pour recueillir ses gaz, qui se continue par une canalisation cylindrique et qui se termine éventuellement par un second tronc de cône en aval. Les gaz en sortie de ce collecteur de gaz sont ensuite repris par une seconde canalisation, dite mélangeur, où ils se mélangent aux gaz induits. Le collecteur de gaz est mobile en translation selon son axe de symétrie ce qui permet, en l'éloignant plus ou moins de la tuyère du moteur d'optimiser la récupération des gaz. L'air traversant le moteur est aspiré dans la salle du banc d'essais. La vitesse des gaz en sortie provoque une circulation de l'air dans la salle, dit débit induit, qui passe autour du moteur puis qui s'engouffre dans le collecteur de gaz où il forme une circulation en couronne autour du jet de la tuyère. Comme, d'une part, la salle d'essais a en général une forme parallélépipédique et, d'autre part, que le pavillon du collecteur de gaz n'est pas accolé à la paroi car il doit être déplaçable suivant son axe de révolution, le cheminement suivi par le débit induit laisse dans la salle des zones où l'air stagne ou bien tourne en tourbillon, comme on peut le voir sur la figure 1, constituant ce que l'homme de l'art appelle des zones d'eaux mortes. Un des principaux enjeux des bancs d'essais fermés est d'assurer une bonne évacuation des gaz issus du moteur afin d'éviter toute réingestion des gaz chauds par le moteur, c'est-à-dire un phénomène appelé recirculation qui perturbe le fonctionnement du moteur et fausse donc les mesures que l'on effectue. On considère en pratique que la qualité de l'évacuation peut être quantifiée par le débit induit, un fort débit induit réduisant les risques de réingestion par le fort effet d'entraînement de l'air présent dans les zones d'eaux mortes. Dans la plupart des cas, l'amélioration de l'échappement, et donc l'optimisation de la quantité de débit induit peut être réalisée grâce à une adaptation des objets constituant l'échappement, notamment grâce à la modification du diamètre et de la position axiale du collecteur de gaz. Mais plusieurs problèmes peuvent se poser, s'opposant à une bonne adaptation du collecteur de gaz, comme par exemple une contrainte d'encombrement. La mobilité du collecteur de gaz doit être conservée et sa possibilité de coulisser à l'intérieur du tube mélangeur doit être assurée. D'autre part, la mobilité du collecteur de gaz peut être restreinte par la présence d'autres éléments présents dans le banc : paroi dans le fond de la salle d'essai, plate-forme située sous le moteur. Il a donc fallu trouver des moyens alternatifs ou complémentaires à la seule adaptation du collecteur de gaz pour éviter les problèmes d'une possible réingestion de ses gaz chauds par le moteur en essai. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif agissant sur le collecteur de gaz pour éviter la réingestion, au moyen d'une aspiration de l'air qui est présent dans les zones d'eau mortes A cet effet, l'invention a pour objet un collecteur de gaz pour banc d'essais de turboréacteur comportant un pavillon d'entrée et une partie cylindrique accolée audit pavillon, caractérisé en ce que la partie cylindrique est percée d'au moins une ouverture située sur sa circonférence, immédiatement en aval dudit pavillon. La présence de cette ouverture permet d'aspirer l'air qui est situé à l'extérieur du collecteur de gaz par l'effet de trompe à jet qui s'y développe. Sa position immédiatement en aval du pavillon garantit que le dispositif reste opérationnel, quelle que soit la position du collecteur de gaz dans la salle d'essais. Dans un premier mode de réalisation la ou les ouvertures sont rectangulaires, le grand côté du rectangle étant aligné selon la circonférence de ladite partie cylindrique. Dans une variante de ce premier mode, la ou les ouvertures sont rectangulaires, le grand côté du rectangle étant aligné selon l'axe de symétrie de ladite partie cylindrique. Dans une autre variante, la ou les ouvertures ont la forme de parallélogrammes, le grand côté du parallélogramme étant incliné par rapport à l'axe de symétrie de ladite partie cylindrique. Dans un autre mode de réalisation la ou lesdites ouvertures sont recouvertes d'un capot s'étendant depuis leur bord amont en direction de l'intérieur de ladite partie cylindrique. Ce capot garantit que l'air circulant dans le collecteur de gaz ne pourra pas s'échapper vers l'extérieur et polluer l'aspiration dans l'ouverture considérée. L'invention porte également sur un banc d'essais comportant un collecteur de gaz tel que décrit ci-dessus. 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, de 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 générale d'un banc d'essais pour turboréacteur ; - la figure 2 est une vue en coupe de face d'un collecteur de gaz pour le banc de la figure 1, modifié selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe de face d'un collecteur de gaz modifié selon une variante du premier mode de réalisation ; - la figure 4 est une vue en coupe de face d'un collecteur de gaz modifié selon une autre variante du premier mode de réalisation ; - la figure 5 est une vue schématique, en coupe, d'un collecteur de gaz modifié selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective du collecteur de gaz de la figure 5, et - la figure 7 est une vue de face, en coupe, du collecteur de gaz de la figure 5. En se référant à la figure 1, on voit un banc d'essai pour un turboréacteur, en utilisation au sol. Ce banc est constitué par une salle d'essai 1 dans laquelle est positionné le turboréacteur 2 à évaluer. Cette salle est reliée en amont (les termes amont et aval se référant dans la suite de la description au sens d'écoulement de l'air dans le turboréacteur) à un dispositif (non représenté) par lequel l'air pénètre dans la salle d'essais. Le turboréacteur en essai 2 est suspendu à, ou bien positionné sur, un socle 3 qui comporte généralement un dispositif de mesure de la poussée qu'il exerce, connu sous le nom de balance de poussée. Sur la virole d'entrée du turboréacteur est monté une entrée d'air 4 s'étendant axialement vers l'amont et ayant la forme d'un cylindre de révolution qui se termine en amont par un pavillon évasé, apte à guider l'air entrant dans le moteur. Ce pavillon est dans certains cas enfermé dans une cage grillagée 5 pour protéger le moteur 2 contre une possible ingestion d'un corps étranger. En arrière du moteur est placé un collecteur de gaz 6, se composant comme indiqué plus haut, d'un pavillon tronconique 6a, formant pavillon d'entrée, se poursuivant vers l'aval par un corps cylindrique 6b et se terminant dans certains cas par une tuyère tronconique 6c. Ce collecteur de gaz est mobile en translation selon l'axe du moteur pour optimiser la circulation des gaz provenant de la tuyère du moteur 11 et de l'air induit 12 par ce flux de gaz. Il peut être déplacé longitudinalement tout en restant, pour sa partie aval, à l'intérieur d'un dispositif fixe dénommé mélangeur, où le flux est traité pour réduire sa température et ses nuisances sonores. Sur le plan aérodynamique, l'air circulant dans la salle d'essais se divise principalement en deux flux : d'une part, un flux primaire 10 qui est aspiré par le moteur, qui passe dans l'entrée d'air 4 et qui sort par la tuyère sous la forme d'un jet 11 de gaz chaud, et, d'autre part, un flux induit 12 qui est aspiré dans la salle 1 par l'entraînement du flux primaire, qui circule autour du moteur pour pénétrer dans le collecteur de gaz 6 en entourant le jet 11 et qui se mélange au flux primaire en sortie du collecteur de gaz et surtout dans le tube mélangeur 7. Alors que le flux primaire 10 s'ajuste diamétralement à l'entrée du moteur sur la corolle du pavillon de l'entrée d'air 4, le flux induit 12 s'ajuste sur le pavillon du collecteur de gaz 6. De ce fait il subsiste une zone d'eaux mortes 13 entre le flux induit 12 et les parois à l'aval de la salle d'essais 1, dans laquelle se forment des tourbillons d'air. Ceux-ci peuvent revenir en amont et perturber l'air aspiré par le moteur. La figure 2 montre un collecteur de gaz, en coupe selon un plan diamétral, modifié selon une première variante d'un premier mode de réalisation de l'invention. Ce collecteur de gaz montre, immédiatement en aval de son pavillon 6a, une série d'ouvertures rectangulaires 81 pratiquées sur la partie cylindrique 6b, qui ont la forme de rectangles dont le grand côté est aligné selon une circonférence. La position axiale de ces ouvertures est telle que, même dans la position la plus reculée du collecteur de gaz 6, elles sont encore positionnées en amont du mur de fond de la salle 1, c'est-à-dire positionnées à un endroit où de l'air provenant des tourbillons des zones d'eaux mortes 13 peut se retrouver aspiré grâce à elles dans le collecteur de gaz. La figure 3 montre une deuxième variante du premier mode de réalisation. La partie amont de la partie cylindrique 6b du collecteur de gaz comporte également une série d'ouvertures rectangulaires 82, mais, ici, le plus grand côté de leurs rectangles est orienté selon l'axe de symétrie du collecteur de gaz. Enfin la figure 4 montre une troisième variante dans laquelle les ouvertures sont des rectangles ou des parallélogrammes 83 qui sont inclinés par rapport aux deux directions radiale et axiale de la partie cylindrique 6b du collecteur de gaz. En se référant maintenant aux figures 5 à 7, on voit un deuxième mode de réalisation de l'invention. La partie cylindrique 6b du collecteur de gaz est, là encore, munies d'ouvertures 81 semblables à celles de la première variante du premier mode mais elles sont complétées par un capot 9, en forme d'écope inversée, qui s'étend circonférentiellement sur toute la longueur du rectangle de l'ouverture 81 et qui pénètre à l'intérieur de cette partie cylindrique 6b pour venir servir de guide à l'air qui entre par l'ouverture 81. Ce capot 9 empêche notamment, en le défléchissant vers l'axe central, l'air qui circule à l'intérieur du collecteur de gaz de venir buter sur l'arête aval de l'ouverture 81, et ainsi de développer un tourbillon qui viendrait alimenter les zones d'eaux mortes, ce qui serait contraire à l'objectif poursuivi. La figure 5 montre le collecteur de gaz en coupe dans un plan radial pratiqué au milieu d'un des capots, alors que la figure 6 montre les mêmes capots 9 en perspective, avec leur forme longitudinale en amande, due à la rotondité du collecteur de gaz. Enfin la figure 7 montre l'intérieur du collecteur de gaz après une coupe de celui-ci selon le même plan médian que celui de la figure 5. On va maintenant décrire le principe de fonctionnement d'un collecteur de gaz amélioré selon le premier ou le second mode de réalisation. La solution proposée pour répondre à la problématique d'optimisation du débit induit consiste à donner au collecteur de gaz une fonction d'aspiration d'une partie de l'air qui est présent dans les zones d'eau mortes 13. Cette aspiration est réalisée par l'adjonction d'une ou plusieurs ouvertures 81, 82, 83 sur le collecteur de gaz, sur sa partie cylindrique 6, immédiatement en aval du pavillon d'entrée 6a. L'accélération du fluide induit 12 dans le collecteur de gaz, du fait de son entraînement par le jet de gaz chaud 11, assure une dépression à l'intérieur de la partie cylindrique 6b, par effet de trompe à jet. La différence de pression statique ainsi créée entre l'intérieur et l'extérieur du collecteur de gaz provoque une aspiration de l'air présent dans les zones d'eaux mortes 13 au travers des ouvertures 81, 82, 83, selon la variante de l'invention mise en oeuvre. Cette innovation permet à une partie du collecteur de gaz auparavant inerte de participer à la captation du débit induit. La seconde variante de l'invention porte sur une amélioration du premier mode, car on constate que la différence naturelle de pression entre l'extérieur et l'intérieur du collecteur de gaz ne garantit pas toujours que le débit induit ne puisse pas s'échapper par les fentes. Afin d'empêcher ce phénomène, un capot 9 est ajouté devant chaque fente. En cela il défléchit le flux entrant dans le collecteur de gaz par les ouvertures 81, 82, 83 et l'éloigne de la paroi de la partie cylindrique 6b, l'empêchant ainsi de venir buter sur le côté aval de l'ouverture et de développer un tourbillon qui reviendrait vers l'extérieur du collecteur de gaz 6.25 REVENDICATIONS1. Collecteur de gaz pour banc d'essais de turboréacteur comportant un pavillon d'entrée (6a) et une partie cylindrique (6b) accolée audit pavillon caractérisé en ce que la partie cylindrique (6b) est percée d'au moins une ouverture (81, 82, 83) située sur sa circonférence, immédiatement en aval dudit pavillon. 2. Collecteur de gaz selon la revendication 1 dans lequel la ou les ouvertures (81) sont rectangulaires, le grand côté du rectangle étant aligné selon la circonférence de ladite partie cylindrique. 3. Collecteur de gaz selon la revendication 1 dans lequel la ou les ouvertures (82) sont rectangulaires, le grand côté du rectangle étant aligné selon l'axe de symétrie de ladite partie cylindrique. 4. Collecteur de gaz selon la revendication 1 dans lequel la ou les ouvertures (83) ont la forme de parallélogrammes, le grand côté du parallélogramme étant incliné par rapport à l'axe de symétrie de ladite partie cylindrique. 5. Collecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la ou lesdites ouvertures sont recouvertes d'un capot (9) s'étendant depuis leur bord amont en direction de l'intérieur de ladite partie cylindrique. 6. Banc d'essais pour turboréacteur comportant un collecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 5.