Brevet FR3014133A1 — publié le 20150605

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un mât d'évacuation de fluides drainés pour un ensemble propulsif d'avion comportant notamment un moteur (tel qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur) entouré par une nacelle. ETAT DE L'ART Un ensemble propulsif d'avion est en général équipé de moyens de drainage de fluides (huile, eau et/ou carburant) du moteur pour éviter que ces fluides ne s'accumulent et ne perturbent le fonctionnement du moteur. Le drainage de l'huile et du carburant est réalisé du fait des technologies de joints dynamiques (pompes, AGB, doseurs, vérins, etc.) ne permettant pas une étanchéité parfaite. Il faut donc drainer les fluides qui passent à travers les joints dynamiques pour éviter des fuites dans le moteur. L'eau est drainée pour éviter les zones de rétention qui entraînent souvent une corrosion. Dans la technique actuelle, les fluides drainés peuvent être évacués directement vers l'extérieur. Les moyens de drainage des fluides du moteur peuvent également être reliés par des moyens d'amenée, tels que des conduits, à une boîte de rétention comportant une cavité de stockage des fluides drainés. Cette boîte de rétention est située dans l'ensemble propulsif. Elle est fixée au moteur et est en général située en partie basse de l'ensemble propulsif de façon à ce que les fluides drainés circulent par gravité dans les moyens d'amenée jusque dans la cavité de stockage. L'ensemble propulsif comprend en outre un mât de drainage pour l'évacuation des fluides drainés vers l'extérieur. Ce mât est porté par la nacelle et fait saillie vers l'extérieur de la nacelle. Il est également situé en partie basse de l'ensemble propulsif, en regard de la boîte de rétention, et récupère des fluides sortant de la boîte. Le mât comprend une extrémité inférieure comportant un orifice d'évacuation des fluides vers l'extérieur de la nacelle. Lorsque la cavité de stockage de la boîte de rétention est vidée, les fluides sont évacués jusqu'à l'ouverture du mât puis sont évacués vers l'extérieur de l'ensemble propulsif. Cependant, le volume de la boîte de rétention est limité (limitation volontaire du volume pour limiter l'encombrement dans l'environnement moteur). La boîte de rétention ne peut donc pas recueillir indéfiniment les fluides drainés et certains avionneurs exigent de ne pas libérer de fluides lorsque l'avion est au sol et en fonctionnement normal. Une solution consiste donc à purger la boite de rétention lorsque l'avion est en vol, cette purge étant commandée automatiquement par un calculateur moteur (FADEC) ou par un prélèvement de pression dans un système (carburant ou huile par exemple). Cependant, cette solution n'est pas entièrement satisfaisante car, en l'absence d'un défaut de commande, la boîte de rétention n'est pas vidée et des fluides risquent d'être évacués de la boîte par son trop-plein lorsque l'avion est au sol. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème au moyen d'un système de rétention des fluides drainés d'un ensemble propulsif, qui est équipé d'une purge autonome, c'est-à-dire qui fonctionne sans l'intervention du calculateur moteur. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet un mât d'évacuation de fluides drainés pour un ensemble propulsif, ce mât comportant une cavité de stockage des fluides drainés et au moins un orifice d'évacuation des fluides contenus dans la cavité de stockage, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de purge de la cavité de stockage, cet organe comportant une capsule anéroïde qui est logée dans un évidement du mât et définit une première chambre fermée comportant un gaz à une pression prédéterminée, et une deuxième chambre reliée à l'atmosphère à l'extérieur du mât, l'organe étant mobile entre une première position de fermeture de l'orifice d'évacuation et une deuxième position d'ouverture de l'orifice et de libération des fluides, l'organe étant configuré pour se déplacer de la première à la deuxième position lorsque la pression atmosphérique à l'extérieur du mât est inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, qui est fonction de la pression dans la première chambre. L'invention est particulièrement avantageuse car elle permet d'utiliser la pression atmosphérique à l'extérieur du mât pour déclencher la purge du mât de rétention et d'évacuation des fluides. La pression atmosphérique extérieure varie notamment en fonction de l'altitude. Lorsque l'avion est au sol, la pression atmosphérique est telle que l'organe est dans sa première position. Plus l'altitude de l'avion augmente et plus la pression atmosphérique diminue. Le mât est conçu pour que sa purge soit actionnée lorsque la pression atmosphérique est en dessous d'un certain seuil c'est-à-dire lorsque l'avion a atteint une certaine altitude en vol (l'organe est alors dans sa deuxième position). Ainsi, la purge du mât est réalisée en vol de façon autonome, ce qui limite le risque de perte de fluides drainés lorsque l'avion est au sol. Selon un mode de réalisation de l'invention, la première chambre est définie par l'intérieur de la capsule. La deuxième chambre peut s'étendre entre la capsule et l'évidement. La capsule est par exemple expansible, c'est-à-dire que le volume de sa chambre interne est destiné à augmenter, en particulier lorsque la pression atmosphérique extérieure est en deçà du seuil précité. La capsule est formée préférentiellement d'un soufflet, qui autorise par exemple l'expansion de la capsule. L'organe peut comprendre une bille reliée à la capsule par une tige. Le mât peut comprendre un siège d'appui de la bille, cette bille étant déplaçable depuis une position d'appui sur le siège dans laquelle elle obture un orifice de passage de fluides, et une position où elle est éloignée du siège et laisse libre cet orifice. Le mât selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de guidage en translation de la tige. La présente invention concerne également un ensemble propulsif, caractérisé en ce qu'elle comprend un mât tel que décrit ci-dessus. Le mât a de préférence une orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif et est au moins en partie en saillie sur une surface extérieure de la nacelle de l'ensemble propulsif. 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 titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble propulsif d'avion selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective et en coupe axiale de l'ensemble propulsif de la figure 1, à plus grande échelle ; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en perspective d'un mât d'évacuation selon l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale du mât d'évacuation des figures 3 et 4 ; - les figures 6 et 7 sont des vues très schématiques en coupe axiale d'un organe de purge pour le mât d'évacuation selon l'invention, et illustrent deux positions différentes de cet organe ; et - la figure 8 est un graphe représentant l'évolution de la pression ambiante en fonction de l'altitude. DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un ensemble propulsif 10 d'avion comportant un moteur 12 (tel qu'un turboréacteur à double flux, schématiquement représenté par des traits pointillés) monté à l'intérieur d'une nacelle 14. Le moteur 12 comprend d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz (de gauche à droite sur le dessin), une soufflante, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine et une tuyère d'éjection des gaz de combustion. La nacelle 14 comprend une entrée d'air, un inverseur et des capots qui définissent la surface extérieure de l'ensemble propulsif. L'ensemble propulsif 10 comprend un mât 16 d'évacuation de fluides drainés, ce mât a une orientation sensiblement radiale (par rapport à l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif) et est en saillie sur la surface externe de la nacelle 14. Il est situé en partie basse de l'ensemble propulsif, à 6h (six heures) par analogie avec le cadran d'une horloge. Plusieurs types de fluides circulent dans l'ensemble propulsif 10, notamment de l'huile pour la lubrification des paliers des pièces tournantes, et de l'eau qui peut être aspirée par les écopes de ventilation ou formée par la condensation sur le moteur. En fonctionnement, ces fluides sont drainés pour éviter qu'ils ne s'accumulent et ne perturbent le fonctionnement de l'ensemble propulsif. L'ensemble propulsif comprend des moyens de drainage de ces fluides (tels que des drains) qui sont reliés par des moyens d'amenée de fluides tels que des conduits 18 à une boîte de rétention de ces fluides, qui est ici intégrée au mât d'évacuation. Le mât d'évacuation 16, mieux visible aux figures 2 à 4, comporte à son extrémité radialement externe une platine 22 de fixation à la nacelle 14. La platine 22 a une forme sensiblement parallélépipédique et est fixée à des capots de la nacelle 14. Elle comprend des orifices 24 alignés avec des orifices 26 de la nacelle pour le passage de moyens du type vis-écrou pour la fixation de la platine à la nacelle. Le mât 16 a un profil aérodynamique et traverse une ouverture radiale 28 de la nacelle. Le mât 16 est monté dans cette ouverture par translation radiale vers l'extérieur, depuis l'intérieur de la nacelle, jusqu'à ce que la platine 22 prenne appui sur la surface interne de la nacelle. Un joint d'étanchéité peut être prévu et destiné à être comprimé entre la platine et la nacelle. Le mât 16 comporte en outre une cavité interne 30 de stockage des fluides drainés. La platine 22 du mât 16 comprend des moyens de raccordement des sorties des conduits 18 d'amenée des fluides drainés à la cavité 30. Ces moyens de raccordement comprennent des canaux dans lesquels sont emboîtées les sorties des conduits 18, les extrémités radialement externes de ces canaux débouchant sur la surface radialement externe de la platine 22, et leurs extrémité radialement internes débouchent dans la cavité 30 (figure 5). La cavité 30 peut être mise en communication fluidique avec un orifice 32 d'évacuation des fluides contenus dans cette cavité, en vue de la purge de cette dernière. Selon l'invention, la purge de la cavité 30 est réalisée de manière autonome au moyen d'un organe mobile dont l'actionnement est fonction de la pression atmosphérique à l'extérieur du mât, et donc notamment de l'altitude de l'avion équipée de l'ensemble propulsif. Dans l'exemple représenté, le déplacement de l'organe mobile permet d'ouvrir un passage qui permet la purge. La cavité 30 comprend un évidement 34 de logement de l'organe, qui est mobile entre une première position de fermeture de l'orifice 32 et une deuxième position de libération de cet orifice. Le mât 16 comprend un orifice 36 (figure 4) de prise de la pression atmosphérique à l'extérieur du mât, l'organe étant destiné à se déplacer depuis la première jusqu'à la deuxième position lorsque la pression atmosphérique est inférieure ou égale à un seuil prédéterminé. Les figures 6 et 7 montrent de manière très schématique un mode de réalisation de l'organe mobile selon l'invention, référencé 40. L'organe 40 comporte essentiellement une bille 42, une capsule anéroïde 44 et une tige 46 de liaison de la bille à la capsule. La tige 46 a une forme allongée le long d'un axe A et est mobile en translation le long de l'axe A dans une cheminée cylindrique 48 du mât. 30 Des moyens 50 de guidage en translation de la tige 46 sont montés dans la cheminée 48. La cheminée 48 débouche à une extrémité à l'intérieur de la cavité 30 du mât. Le bord périphérique du débouché 52 de la cheminée 48 dans la cavité 30 est configuré pour former un siège 54 d'appui de la bille 42. Ce siège 54 peut être équipé de moyens d'étanchéité empêchant le passage de fluides entre la bille et le siège, lorsque la bille est en appui sur le siège (figure 6). La cheminée 48 est reliée à l'orifice 32 d'évacuation des fluides par l'intermédiaire d'un conduit 56. L'extrémité de la cheminée 48, opposée à la cavité 30, débouche dans l'évidement 34 de logement de la capsule anéroïde 44. Cette capsule 44 comprend deux disques, respectivement supérieur et inférieur, qui sont reliés entre eux par un soufflet annulaire 58. La capsule 44 est fermée de manière étanche et comprend une chambre interne 60 dans lequel un gaz est comprimé à une pression Pint prédéterminée. Le disque supérieur de la capsule 44 est fixé, sensiblement en son milieu, à l'extrémité de la tige 46 opposée à la bille. L'autre disque de la capsule 44 est fixé sur une plaque 62 amovible, qui est fixée au mât par des moyens du type vis-écrou. La surface externe de la capsule 44 définit avec l'évidement 34 une deuxième chambre 64 qui est mise en communication fluidique avec l'atmosphère extérieure au mât, par l'intermédiaire de l'orifice 36 précité de prise de pression atmosphérique. La chambre 64 communique ici avec l'orifice par un conduit 66 formé dans la plaque 62. Dans la position représentée en figure 6, la pression à l'intérieur de la capsule 44 (c'est-à-dire dans la première chambre 60) est relativement faible par rapport à la pression atmosphérique à l'extérieur du mât. L'avion est par exemple au sol. Dans cette position, le soufflet 58 est à l'état comprimé et exerce une légère force de traction sur la bille 42 qui est en appui sur son siège et ferme de manière étanche le débouché 52 et empêche donc l'évacuation de fluide par l'orifice 32. Dans la position représentée en figure 7, la pression à l'intérieur de la capsule 44 est relativement importante par rapport à la pression atmosphérique à l'extérieur du mât. L'avion est à une altitude relativement importante. Dans cette position, le soufflet 58 s'est expansé et a poussé la bille en translation le long de l'axe A, à distance de son siège 54. Les fluides contenus dans la cavité 30 peuvent ainsi circuler à travers le débouché 52, dans la cheminée 48 et le conduit 56 jusqu'à l'orifice d'évacuation 32 (flèches 68). Les moyens de guidage 50 sont configurés pour assurer une étanchéité entre la tige 46 et la cheminée 48, et empêcher, d'une part, le passage de fluides de la cheminée 48 à l'évidement 34 et, d'autre part, le passage d'air de l'évidement jusqu'à la cheminée. Dans l'exemple représenté, la capsule 44 est conçue pour que la bille 42 soit déplacée de la première position représentée en figure 6 à la seconde position représentée en figure 7, lorsque la pression Pint dans la chambre 60 répond à la formule : Pint Pamb Mbille+tige/Scapsule Ffluides/bille/Scapsule Rcapsule dans laquelle, - Pamb est la pression ambiante à l'extérieur du mât, - Mbille+tige est la masse cumulée de la bille et de la tige et Pbine+tige = Mbilie+tige - Scapsuie est la surface travaillante de la capsule ; la capsule peut être assimilée à un cylindre 70 d'axe A et de diamètre sensiblement égal à la moyenne des diamètres minimal et maximal du soufflet (Dmin+Dmax)/2 (figure 7) ; la surface Sbapsuie est la surface cylindrique de ce cylindre 70, - Ffluides/bille est la force exercée par les fluides sur la bille, cette force étant nulle lorsque la cavité 30 du mât ne contient pas de fluides, et - Rcapsule est la résistance propre de la capsule, qui s'oppose à son expansion. Ainsi, on comprend qu'il ne suffit pas que la pression Pint soit supérieure à la pression Pamb pour que la purge soit actionnée. On peut 30 également en déduire que le « seuil » de pression atmosphérique à l'extérieur du mât P amb_seuii en deçà duquel la purge est actionnée est : Pamb-seuil = Pint (Pbille+tige/Scapsule Ffluides/bille/Scapsule Rcapsule) La description qui suit comprend un exemple chiffré de mise en oeuvre de l'invention, en référence à la figure 8. On cherche à déterminer Pint pour le cas où on a les hypothèses suivantes : on néglige la masse de la tige, ouverture de la purge à 3000m d'altitude, soit P amb-seuil = 70 000Pa, le diamètre de la bille Dbille est de 25mm, la bille est en acier, de densité 7800kg/m3, la densité des fluides drainés est de 900kg/m3, la surface travaillante de la capsule (Scapsuie) est calculée pour une capsule de 60mm de diamètre, le diamètre du siège 54 est de 16mm, - on néglige la résistance de rappel de la capsule. Les résultats intermédiaires sont : TC X - Scapsule = 7 - = =827,,- force d'Archimède = 9,31 ) 1 x 253 7,8.1 - 31.9g - masse de la bille = 3 16 Calcul de Pint Pint = Pamb-seuil (Pbille+tige/Scapsule Ffluides/bille/Scapsule Rcapsule) = Pamb-seuil (Pbille+tige/Scapsule Ffluides/bille/Scapsule + 0) 10-; REVENDICATIONS1. Mât (16) d'évacuation de fluides drainés pour un ensemble propulsif (10), ce mât comportant une cavité (30) de stockage des fluides drainés et au moins un orifice (32) d'évacuation des fluides contenus dans la cavité de stockage, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (40) de purge de la cavité de stockage, cet organe comportant une capsule anéroïde (44) qui est logée dans un évidement (34) du mât et définit une première chambre (60) fermée comportant un gaz à une pression prédéterminée, et une deuxième chambre (64) reliée à l'atmosphère à l'extérieur du mât, l'organe étant mobile entre une première position de fermeture de l'orifice d'évacuation et une deuxième position d'ouverture de l'orifice et de libération des fluides, l'organe étant configuré pour se déplacer de la première à la deuxième position lorsque la pression atmosphérique à l'extérieur du mât est inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, qui est fonction de la pression dans la première chambre. 2. Mât (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première chambre (60) est définie par l'intérieur de la capsule (44). 3. Mât (16) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième chambre (64) s'étend entre la capsule (44) et l'évidement (34). 4. Mât (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capsule (44) est expansible. 5. Mât (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capsule comprend un soufflet (58). 6. Mât (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé l'organe (40) comprend une bille (42) reliée à la capsule (44) par une tige (46), et en ce que le mât comprend un siège (54) d'appui de la bille, cette bille étant déplaçable depuis une position d'appui sur le siège dans laquelle elle obture un orifice (52) de passage de fluides, et une position ou elle est éloignée du siège et laisse libre cet orifice. 3014 133 11 7. Mât (16) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'il comprend des moyens (50) de guidage en translation de la tige (46). 8. Ensemble propulsif (10), caractérisé en ce qu'il comprend un mât (16) selon l'une des revendications précédentes. 5 9. Ensemble propulsif (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mât (16) a une orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe longitudinal de l'ensemble propulsif et est au moins en partie en saillie sur une surface extérieure de la nacelle (14) de l'ensemble propulsif.