Brevet FR3009866A1 — publié le 20150227

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. Ces derniers comportent généralement une entité appelée communément detuner (signifiant littéralement désaccordeur en français). Le detuner est en fait un collecteur d'échappement composé d'un pavillon tronconique disposé autour de la tuyère du réacteur, en aval de celle-ci, pour recueillir ses gaz. Le pavillon tronconique se prolonge par une canalisation cylindrique et se termine éventuellement par un second tronc de cône en aval. Les gaz en sortie de ce detuner sont ensuite repris par une seconde canalisation, dite tube mélangeur, où les gaz chauds issus du moteur se mélangent naturellement avec l'air frais du débit induit de la salle d'essais. Le detuner est mobile en translation selon son axe de symétrie ce qui permet, en l'éloignant plus ou moins de la tuyère du moteur, d'adapter la récupération des gaz et d'éviter le développement de résonances dans les vibrations acoustiques. L'air traversant le moteur en essai 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 avant de s'engouffrer dans le detuner où il forme une circulation en couronne autour du jet de la tuyère avant de se mélanger avec celui-ci. 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 des zones dites 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 detuner que l'on modifie en le faisant coulisser dans le tube mélangeur. Le tube mélangeur est formé par un cylindre fixe entourant l'extrémité aval du detuner et il se termine par une pièce cylindrique perforée, dénommée communément panier. Celui-ci est réalisé sous la forme d'un cylindre fixe, fermé à son extrémité, qui est percé sur toute sa surface d'une multitude de trous, par lesquels passent les gaz. La section des trous du panier est choisie en fonction du débit à traiter mais, pour des raisons de simplification, elle est généralement dimensionnée pour le plus gros moteur qu'on désire tester dans le banc d'essais. Lorsqu'on désire limiter le débit d'air dans la salle d'essais pour des raisons aérodynamiques ou pour des contraintes mécaniques, une solution consiste à réduire cette section efficace des trous du panier en obstruant une partie des trous par des plaques, qui sont soit positionnées dans la partie inférieure comme illustré sur la figure 2 soit disséminées sur la périphérie du panier. Une configuration alternative, représentée par la figure 3, consiste à positionner des bandelettes circonférentiellement sur le panier. Ces solutions peuvent être mises en oeuvre de façon alternative aux plaques ou se combiner avec ces dernières afin d'obtenir la porosité désirée pour le panier. Ces méthodes de modification de la perméabilité du panier restent cependant essentiellement empiriques et peu répétitives. Elles peuvent notamment présenter des efficacités différentes en matière de perméabilité suivant la disposition des obstacles mais surtout rompre l'homogénéité de l'air qui est évacué au-travers des trous alors qu'il s'agit là d'un des paramètres importants dans l'appréciation de la qualité d'un panier. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de modulation de la perméabilité du panier d'un banc d'essais qui soit simple à mettre en oeuvre et dont les effets sur la perméabilité soient prévisibles et répétitifs. A cet effet, l'invention a pour objet un panier pour banc d'essais de turboréacteur comportant un premier cylindre percé de perforations réparties selon un motif donné, sur sa surface de façon à laisser passer un flux de gaz de l'intérieur vers l'extérieur dudit premier cylindre, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième cylindre coaxial du premier et percé sur sa surface de perforations selon le même motif, ledit deuxième cylindre étant apte à se déplacer par rapport audit premier cylindre à partir d'une position faisant coïncider les perforations des deux cylindres. La combinaison de deux cylindres superposés, identiques au niveau de leurs perforations, permet en les décalant l'un par rapport à l'autre de faire varier de façon simple et continue la perméabilité du panier. Avantageusement le deuxième cylindre est de même longueur et positionné axialement au même niveau que le premier cylindre, dans la position faisant coïncider les perforations des deux cylindres. Préférentiellement le deuxième cylindre entoure ledit premier cylindre et a un diamètre légèrement supérieur au diamètre du premier, plaçant ainsi le deuxième cylindre à une distance minimale compatible avec le mouvement relatif des deux cylindres. Cette proximité des deux cylindres évite que de l'air puisse passer tangentiellement entre les deux cylindres et que cela dégrade l'efficacité de l'écran formé par le cylindre externe. Dans un mode particulier de réalisation le deuxième cylindre est mobile en rotation autour de l'axe commun. Dans un autre mode de réalisation le deuxième cylindre est mobile en translation le long de l'axe commun. Dans un encore autre mode le deuxième cylindre est mobile en rotation et en translation le long de l'axe commun. De préférence les perforations sont des trous circulaires. Cela donne une bonne progressivité et une bonne prévisibilité à l'évolution de la perméabilité. Avantageusement les trous sont répartis de façon régulière le long d'une succession de lignes circonférentielles. De façon préférentielle les trous sont positionnés en quinconce, deux lignes consécutives étant décalées, selon la direction de déplacement du deuxième cylindre, de la moitié d'un pas de répétition des perforations. L'invention porte également sur un banc d'essais comportant un panier 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 de face et de côté d'un panier pour le banc d'essais de la figure 1, selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue de face d'un panier de l'art antérieur, selon une variante de réalisation ; - la figure 4 est une vue schématique, en perspective, d'un panier selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue de détail du panier de la figure 4 ; - la figure 6 est un schéma donnant la valeur de la section efficace des ouvertures du panier de la figure 4, en fonction de l'angle de rotation de son cylindre externe, et - la figure 7 est une vue de face du panier de la figure 4, selon deux modes de déplacement du cylindre externe. En se référant à la figure 1, on voit un banc d'essai fermé pour un turboréacteur. Ce banc est constitué par une salle d'essais 1 dans laquelle est installé le turboréacteur 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 accroché au plafond de la salle 1 par un support 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 montée une entrée d'air 4 qui s'étend axialement vers l'amont et qui a la forme d'un cylindre de révolution se terminant en amont par un pavillon évasé, apte à guider l'air entrant dans le moteur. Ce pavillon est éventuellement enfermé dans une cage grillagée pour protéger le moteur 2 contre une possible ingestion d'un corps étranger. En arrière du moteur est placé un detuner 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 qui forme le detuner proprement dit. Ce detuner peut être mobile en translation selon l'axe du moteur pour optimiser la circulation des gaz provenant de la tuyère du moteur et de l'air induit dans la salle 1 par ce jet de gaz. Il peut être déplacé longitudinalement tout en restant, pour sa partie aval, à l'intérieur d'un dispositif fixe dénommé tube mélangeur 7, qui a pour objet de mélanger les deux flux afin de réduire la température du jet et ses nuisances sonores. Le tube mélangeur 7 se termine par un panier 8 qui est fermé à son extrémité aval, ce qui oblige les gaz présents dans le detuner à obliquer de 90° vers le haut pour rejoindre un dispositif d'évacuation 5 qui a, par exemple, la forme d'une cheminée verticale. Les gaz sortent alors du panier par une série de perforations pratiquées sur toute sa surface et disposés régulièrement sur celle-ci. La disposition de ces perforations, telle que représentée sur la figure 1 est typique de l'art antérieur et consiste en une succession de lignes de trous 9 alignées sur une circonférence du cylindre, les lignes étant, par exemple, décalées circonférentiellement de la moitié du pas de répétition des trous sur une ligne. La figure 2 montre un dispositif, selon l'art antérieur, de modification de la perméabilité du panier 8, en vue de face et en vue de côté. Une plaque 81 de même diamètre et de même longueur que le mélangeur, mais limitée en ouverture à un secteur de 120°, est positionnée autour de la partie basse du panier, obturant ainsi toutes les trous 9 qui sont situées dans cette partie basse. Le positionnement en partie basse de cette plaque sectorielle correspond à une volonté de renvoyer le flux des gaz vers le haut, c'est-à-dire vers la cheminée 5, ce qui participe à une moins grande perte de charges dans le détournement du flux. La figure 3 montre une variante dans le dispositif de l'art antérieur pour modifier la perméabilité du panier 8. Ici la plaque 81 est remplacée par une série d'anneaux non sectoriels 82, de largeur inférieure à celle du panier, qui sont placés autour de ce panier. Leur diamètre est sensiblement égal à celui du panier, mais en lui étant toutefois légèrement supérieur pour pouvoir l'y insérer. La perméabilité du panier peut alors être modifiée en installant un plus ou moins grand nombre d'anneaux 82 et en les choisissant de diverses largeurs. Une combinaison de plaques sectorielles 81 et d'anneaux 82 est également utilisée, pour augmenter les possibilités et pouvoir atteindre des valeurs faibles de perméabilité. On voit bien que la diversité des dispositifs possibles et de leurs dimensions implique pour un homme du métier un travail long pour obtenir la perméabilité désirée avant de pouvoir débuter l'essai du turboréacteur. La figure 4 montre schématiquement un panier 8 selon l'invention. Il est constitué de deux cylindres coaxiaux et alignés axialement l'un avec l'autre, un cylindre interne 18 fixe dans lequel débouche la partie aval du detuner et qui reçoit donc l'intégralité du flux de gaz, qu'il s'agisse du jet de gaz chauds du moteur ou du débit induit, et une cylindre externe 28 qui est mobile en rotation autour de leur axe commun. La longueur des deux cylindres est celle traditionnellement utilisée pour un panier de l'art antérieur. Comme on peut le voir sur la figure 5 qui détaille la structure de ces deux cylindres, les plaques formant les cylindres interne et externe sont percées d'une multitude de trous 9 régulièrement disposés sur la surface de ces cylindres. Ils sont préférentiellement disposés comme les trous de l'art antérieur, c'est-à-dire positionnés selon la circonférence du cylindre en une succession de lignes qui sont décalées circonférentiellement, par exemple, de la moitié du pas de répétition de ces trous par rapport à la ligne voisine. A la différence des trous illustrés sur les figures 1 à 3 qui présentaient une forme hexagonale, les trous 9 de l'invention sont circulaires pour obtenir une variation plus continue de la perméabilité du panier lorsqu'on fait tourner le cylindre externe 28. La taille et le motif de disposition des trous sont identiques sur les deux cylindres et les deux cylindres interne et externe sont positionnés axialement l'un par rapport à l'autre de façon que les lignes de trous se correspondent. Il est ainsi possible de faire évoluer la perméabilité du panier entre une position plein ouvert (100%) où les trous sont alignés et une position très fermée (environ 10% de la section plein ouvert) où les trous sont presque en totale opposition. La figure 6 montre, à ce propos, les différentes positions relatives des trous 9 sur les deux cylindres avec l'impact de la rotation du cylindre externe 28 sur la section efficace des trous du panier. Quatre cas sont illustrés allant d'une position où les trous des deux cylindres sont en vis-à-vis (section efficace de 100%) à une position de quasi-fermeture (section efficace de 10%) en passant par deux positions intermédiaires (illustrées à 57 et 37% de section efficace). La figure 7 illustre deux modes de réalisation de l'invention, un premier mode dit en rotation qui correspond aux figures précédentes, et un second mode, dit en translation, dans lequel le cylindre externe 28 est déplacé selon l'axe de symétrie du panier. Dans les deux modes la section efficace du panier varie d'une valeur de 100%, quand les trous 9 des deux cylindres sont en vis-à-vis, jusqu'à une valeur minimale (proche par exemple de 10%) quand les trous du cylindre externe masquent presque entièrement ceux du cylindre interne 18. Pour les deux modes de réalisation, la mise en mouvement du cylindre externe 28 peut se faire avec des moyens classiques comme, par exemple un ensemble d'une roue dentée, de pignons et d'une crémaillère. On va maintenant décrire le principe de fonctionnement d'un panier selon l'invention, en se basant pour la démonstration sur le premier mode de réalisation. Le principe de l'invention consiste à superposer à un panier d'origine, identique à celui de l'art antérieur, un deuxième panier de même perméabilité, qui est déplaçable, par rotation ou par translation, par rapport au panier d'origine. Pour des raisons de faisabilité du montage une distance est instaurée entre les deux surfaces, mais celle-ci est définie de façon à être minimale pour créer une obturation efficace par le cylindre externe 28 quand il est décalé par rapport au cylindre interne 18. L'innovation permet, en dimensionnant un panier de façon suffisamment ouverte de ne pas être limité en débit, en sachant qu'il sera aisé et rapide de brider le panier pour certaines utilisations, tout en conservant une homogénéité du flux d'air constante à l'éjection des trous, ce qui n'est pas le cas lorsqu'on utilise des plaques ou des bandelettes. En position plein ouvert, c'est-à-dire avec les trous 9 des deux cylindres interne 18 et externe 28 alignés et en vis-à-vis, la perméabilité du panier selon l'invention est maximale et égale à celle de l'art antérieur avec un seul cylindre. Le banc d'essais reste ainsi adapté à la mise en oeuvre de moteurs de grande taille et de fort débit. En revanche lorsque l'on souhaite faire passer sur ce banc un moteur de plus petite taille il suffit de faire varier la position du cylindre externe 28 (en rotation ou en translation selon le mode de réalisation) pour réduire la perméabilité du panier et l'adapter au débit du moteur en essai. Cette opération est relativement simple puisqu'il suffit de faire tourner (respectivement déplacer) une tôle métallique, sans avoir à aller installer une plaque sous le panier, non sans avoir choisi au préalable une plaque ayant le bon déploiement angulaire, ou bien à placer des bandelettes autour de ce panier, en choisissant alors le nombre de bandelettes, leur envergure et leur positionnement axial. Enfin, même s'il est prévu de façon nominale, de régler le dispositif avant le démarrage du moteur, cette configuration se prête parfaitement à un réglage en conditions de fonctionnement puisque le déclenchement de la rotation (ou du déplacement) du cylindre externe peut être commandé à distance. Une telle possibilité n'existait, à l'évidence, pas dans le dispositif antérieur. De plus le choix d'un cylindre externe a pour avantage de fournir un masquage des trous du panier, qui est uniformément réparti, et qui donc fournit une bien meilleure prestation sur le plan aérodynamique. Par ailleurs, en fonction du diamètre des trous et de la perméabilité des cylindres, il est possible de définir différentes lois de perméabilité. Cette solution permet d'ajuster précisément et rapidement la loi de section désirée, et ainsi d'optimiser les conditions aérodynamiques dans la salle d'essais du banc. La combinaison d'une rotation avec la translation du cylindre externe 28 est également possible afin d'obtenir une plus grande liberté dans le choix des lois de réglage. REVENDICATIONS1. Panier pour banc d'essais de turboréacteur comportant un premier cylindre (8, 18) percé de perforations (9) réparties selon un motif donné sur sa surface de façon à laisser passer un flux de gaz de l'intérieur vers l'extérieur dudit premier cylindre, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième cylindre (28) coaxial du premier et percé sur sa surface de perforations (9) selon le même motif, ledit deuxième cylindre étant apte à se déplacer par rapport audit premier cylindre à partir d'une position faisant coïncider les perforations des deux cylindres. 2. Panier selon la revendication 1 dans lequel le deuxième cylindre (28) est de même longueur que le premier cylindre (18) et positionné axialement au même niveau que le premier cylindre, dans une position faisant coïncider les perforations des deux cylindres. 3. Panier selon la revendication 2 dans lequel le deuxième cylindre (28) entoure ledit premier cylindre (18) et a un diamètre légèrement supérieur au diamètre du premier cylindre, plaçant le deuxième cylindre (28) ainsi à une distance minimale compatible avec le mouvement relatif des deux cylindres. 4. Panier selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le deuxième cylindre (28) est mobile en rotation autour de l'axe commun. 5. Panier selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le deuxième cylindre (28) est mobile en translation le long de l'axe commun. 6. Panier selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le deuxième cylindre (28) est mobile en rotation et en translation le long de l'axe commun. 7. Panier selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel les perforations sont des trous circulaires (9). 8. Panier selon la revendication 7 dans lequel les trous (9) sont répartis de façon régulière le long d'une succession de lignes circonférentielles. 9. Panier selon la revendication 8 dans lequel les trous sont positionnés en quinconce, deux lignes consécutives étant décalées, selon la direction de déplacement du deuxième cylindre, de la moitié d'un pas de répétition des perforations. 10. Banc d'essais pour turboréacteur comportant un panier selon l'une des revendications 1 à 9.