Brevet FR3034142A1 — publié le 20160930

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la réduction du bruit de jet d'une turbomachine munie d'une tuyère de type à flux séparés. La pollution sonore est devenue aujourd'hui l'un des sujets de préoccupation pour les motoristes qui sont de plus en plus confrontés à la nuisance acoustique de leurs turbomachines. Les sources de bruit d'une turbomachine sont nombreuses mais il a été constaté que le bruit de jet en sortie de la tuyère de la turbomachine est le bruit prédominant lors des phases de décollage d'un avion. Les autorités de certification étant de plus en plus exigeantes face aux émissions acoustiques des turbomachines, des efforts ont été demandés aux motoristes pour réduire le bruit de leurs turbomachines, et notamment le bruit de jet. Typiquement, une turbomachine munie d'une tuyère à flux séparés comprend un corps central centré sur l'axe longitudinal de la turbomachine, un capot interne disposé autour du corps central en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal (ou veine) annulaire d'écoulement d'un flux primaire (ou flux chaud) issu de la turbomachine, et un capot externe disposé autour du capot interne en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire d'écoulement d'un flux secondaire (ou flux froid) issu de la turbomachine. Dans une telle turbomachine, le bruit de jet provient notamment du mélange entre le flux secondaire et le flux d'air extérieur à la turbomachine s'écoulant le long de la paroi extérieure du capot externe. Ce bruit est un bruit à large bande de fréquence généré par deux types de source acoustique : un bruit à haute fréquence provenant de petites structures turbulentes du mélange entre les flux et perçu essentiellement près de l'éjection, et un bruit à basse fréquence provenant des grosses structures tourbillonnaires apparaissant loin du jet. Pour réduire le bruit de jet, l'un des moyens utilisés consiste à augmenter efficacement le mélange entre les flux gazeux. A cet effet, il est connu de prélever de l'air s'écoulant dans le canal d'écoulement de flux secondaire pour l'éjecter plus en aval au niveau du bord de fuite du capot externe de sorte à agir sur les couches de cisaillement se formant au niveau de la zone de mélange entre le flux secondaire et le flux d'air 3034142 2 extérieur à la turbomachine. On pourra par exemple se référer au document WO 2006/013243 qui décrit une mise en oeuvre de ce principe dans laquelle les jets d'air prélevés par des conduits d'alimentation et éjectés au niveau du bord de fuite du capot externe convergent deux à 5 deux pour former des triangles d'interaction. Les solutions proposées dans l'art antérieur ne permettent pas toujours d'obtenir une réduction significative du bruit de jet. En effet, la présence des conduits d'alimentation avec leurs entrées et sorties engendre des impacts sur les performances du moteur qui peuvent 10 s'avérer critiques s'ils ne sont pas suffisamment optimisés. De même, ces conduits entraînent des pénalités importantes de bruit dans les moyennes et hautes fréquence, notamment à cause du bruit aérodynamique causé par l'écoulement du flux au niveau du bord de fuite du capot externe. 15 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant de réduire le bruit de jet d'une turbomachine munie d'une tuyère à flux séparés, notamment en améliorant les performances acoustiques en moyennes et hautes fréquences sans 20 pénaliser trop fortement les performances du moteur. Ce but est atteint grâce à un dispositif pour la réduction du bruit de jet d'une turbomachine, comprenant un capot externe muni à l'intérieur d'une paroi délimitant à l'extérieur une veine annulaire d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, et dans lequel, conformément à 25 l'invention, la paroi du capot externe comprend une pluralité de circuits de microjets comprenant chacun des moyens de prélèvement de flux gazeux dans la veine d'écoulement du flux secondaire qui s'ouvrent dans un unique conduit d'alimentation, ledit conduit d'alimentation débouchant au niveau d'un bord de fuite du capot externe par l'intermédiaire d'au moins 30 une grille d'éjection apte à diviser le flux gazeux prélevé en une pluralité de flux gazeux ayant des sections droites de dimensions inférieures à une section droite du conduit d'alimentation. Chaque circuit de microjets du dispositif selon l'invention a pour fonction de prélever de l'air dans le canal d'écoulement du flux externe 35 pour l'injecter au niveau du bord de fuite du capot externe afin d'agir sur les couches cisaillement entre le flux secondaire et l'air extérieur à la 3034142 3 turbomachine s'écoulant le long du capot externe, et ainsi favoriser le mélange entre ces flux d'air. Le dispositif selon l'invention est remarquable notamment en ce qu'il propose d'utiliser une grille d'éjection destinée à diviser le flux gazeux prélevé en une pluralité de flux gazeux de faibles 5 dimensions. La présence d'une telle grille d'éjection permet ainsi de maintenir la performance aérodynamique du capot externe tout en aboutissant à des performances acoustiques accrues dans les moyennes et hautes fréquences notamment. En effet, la présence de la grille d'éjection permet de ne pas générer de bruit parasite car la pluralité de 10 flux gazeux de faibles dimensions présentent des formes peu intrusives dans le mélange de flux. De plus, cette grille d'éjection permet de réaliser une injection dans le flux secondaire avec un angle de pénétration et/ou un angle de dérapage qui favorisent la réduction du bruit de jet. Enfin, la grille d'éjection a un bruit propre qui est réduit (par rapport à un tube 15 unique débouchant), ce qui améliore les performances acoustiques dans les moyennes et hautes fréquences. De préférence, la grille d'éjection de chaque circuit de microjets comprend une plaque munie d'une pluralité de perçages ayant chacune une section droite de dimension inférieure à la section droite du conduit 20 d'alimentation. Dans ce cas, au moins certains des perçages de la plaque de chaque grille d'éjection présentent avantageusement, dans un plan longitudinal par rapport à un axe d'écoulement du flux secondaire, un angle de pénétration par rapport à un axe radial du capot externe compris 25 entre 10° et 60° et/ou, dans un plan transversal par rapport à l'axe d'écoulement du flux secondaire, un angle de dérapage par rapport audit axe radial compris entre 25° et 90°. Les inventeurs ont en effet constaté que des angles de pénétration et de dérapage choisis dans ces plages de valeurs permettent d'obtenir d'importants gains en termes de réduction du 30 bruit de jet. Les perçages de la plaque de chaque grille d'éjection peuvent présenter une section droite qui est de forme circulaire. Dans ce cas, la section droite des perçages de la plaque de chaque grille d'éjection présente de préférence un diamètre compris entre 0,5 mm et 2,5 mm. 3034142 4 Alternativement, les perçages de la plaque de chaque grille d'éjection peuvent présenter une section droite qui est de forme rectangulaire ou elliptique. De préférence également, la grille d'éjection de chaque circuit 5 de microjets est alignée axialement avec les moyens de prélèvement de flux gazeux. Cette caractéristique permet de minimiser les pertes de charges. De préférence encore, une surface d'éjection de la grille d'éjection est comprise entre 0,5% et 2,5% d'une surface d'éjection de la 10 veine d'écoulement du flux secondaire. Les moyens de prélèvement de flux gazeux de chaque circuit de microjets peuvent comprendre une ou deux écopes de prélèvement débouchant dans la veine d'écoulement du flux secondaire et s'ouvrant dans le conduit d'alimentation. 15 L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant un corps central, un capot interne disposé autour du corps central en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire d'écoulement d'un flux primaire issu de la turbomachine, et un capot externe disposé autour du capot interne en lui étant coaxial pour délimiter 20 avec celui-ci un canal annulaire d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, la turbomachine comprenant en outre un dispositif de réduction du bruit de jet tel que défini précédemment. Brève description des dessins 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale 30 d'une turbomachine à flux séparés équipée d'un dispositif pour la réduction du bruit de jet selon l'invention ; - la figure 2 est une vue agrandie et en perspective du dispositif pour la réduction du bruit de jet de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de 35 la figure 2 ; 3034142 5 - les figures 4A à 4C sont des vues d'une grille d'éjection selon trois plans de coupe différents ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une grille d'éjection selon une variante de réalisation ; et 5 - la figure 6 est une courbe de gains (en décibels) en fonction des fréquences (en Hz) montrant la réduction de pénalités dans les moyennes et hautes fréquences du dispositif selon l'invention. Description détaillée de l'invention 10 La figure 1 représente, de façon très schématique et en perspective, une turbomachine 10 munie d'une tuyère de type à flux séparés. De façon connue, la turbomachine 10 comprend un corps central 12 centré sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine, un capot 15 interne 14 disposé autour du corps central en lui étant coaxial, et un capot externe 16 disposé autour du capot interne en lui étant coaxial. Au niveau d'une paroi intérieure 14a, le capot interne 14 délimitent avec le corps central 12 un canal (ou veine) annulaire 18 d'écoulement d'un flux primaire (ou flux chaud) issu de la turbomachine. 20 De même, une paroi extérieure 14b du capot interne 14 et une paroi intérieure 20 du capot externe 16 délimitent entre elles un canal annulaire 22 d'écoulement d'un flux secondaire (ou flux froid). La turbomachine comprend également une pluralité d'aubes fixes directrices de sortie 24 (appelées OGV pour « Outlet Guide Vane ») 25 qui s'étendent chacune radialement depuis la paroi intérieure 20 du capot externe 16 au travers du canal 22 d'écoulement du flux secondaire jusqu'à la paroi extérieure 14b du capot interne. Ces aubes directrices de sortie 24 sont positionnées dans le canal 22 d'écoulement du flux secondaire en aval des aubes de soufflante 30 26 et servent typiquement à redresser le flux secondaire dans l'axe X-X de la turbomachine. Pour réduire le bruit de jet, en particulier pendant les phases de décollage, l'invention prévoit de prélever de l'air s'écoulant dans le canal 22 d'écoulement du flux secondaire pour l'injecter plus en aval sous forme 35 de microjets au niveau du bord de fuite du capot externe 16 de sorte à agir sur les couches cisaillement entre le flux secondaire et l'air extérieur à 3034142 6 la turbomachine s'écoulant le long du capot externe, et ainsi favoriser le mélange entre ces flux d'air. Plus précisément, pour les conditions d'activation des microjets visées pendant les phases de décollage, les inventeurs ont 5 avantageusement considéré que la vitesse d'éjection de l'air par les microjets devait être d'au moins 200 m/s, le débit d'éjection de l'air par les microjets devait être d'au moins 2,3 kg/s et le rapport entre la surface d'éjection de tous les microjets et la surface d'éjection totale du canal d'écoulement du flux secondaire devait être compris entre 0,5% et 2,5%. 10 A cet effet, comme représenté plus précisément sur les figures 2 et 3, l'invention prévoit de munir le capot externe 16 de la turbomachine d'une pluralité de circuits de microjets 28, par exemple entre 8 et 16 circuits, qui peuvent être régulièrement espacées les uns des autres autour de l'axe longitudinal X-X. 15 Chaque circuit de microjets 28 comprend notamment une ou deux écopes de prélèvement 30 qui débouche(nt) dans le canal 22 d'écoulement du flux secondaire en aval des aubes directrices de sortie 24. Les écopes de prélèvement représentées sur les figures sont dites « dynamiques », c'est-à-dire qu'elles font saillies dans le canal 20 d'écoulement du flux secondaire. Alternativement, les écopes de prélèvement pourraient être au même niveau que la paroi intérieure 20 du capot externe. Chaque circuit de microjets 28 comprend également un unique conduit d'alimentation 32 dans lequel s'ouvre l'écope de prélèvement 30 25 correspondante et qui débouche par une extrémité aval au niveau d'un bord de fuite du capot externe 16. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le conduit d'alimentation 32 de chaque circuit de microjets est un tube qui est positionné à l'intérieur du capot externe 16 entre sa paroi intérieure 20 et 30 sa paroi extérieure. Ce conduit d'alimentation 32 est raccordé en amont à la ou les écopes de prélèvement 30 et en aval à au moins une grille d'éjection 34, chaque grille d'éjection étant apte à diviser le flux gazeux prélevé en une pluralité de flux gazeux ayant des sections droites de dimensions 35 inférieures à une section droite du conduit d'alimentation. 3034142 7 De préférence, l'écope de prélèvement 30 et l'extrémité aval du conduit d'alimentation 32 qui est raccordée à la grille d'éjection 34 sont alignés axialernent l'un par rapport à l'autre de sorte à minimiser les pertes de charges. 5 Les figures 4A à 4C représentent plus en détails un exemple de réalisation d'une grille d'éjection 34 équipant chaque circuit de microjets. La grille d'éjection 34 se présente sous la forme d'une plaque perforée par une pluralité de perçages 36 ayant chacune une section droite de dimension inférieure à la section droite du conduit d'alimentation 10 32. Plus précisément, ces perçages 36 s'ouvrent en amont dans le conduit d'alimentation 32 du circuit de microjets correspondant et débouchent en aval au niveau du bord de fuite du capot externe 16, dans une zone de confluence entre le flux gazeux issu du canal 22 d'écoulement du flux secondaire et le flux d'air extérieur à la turbomachine s'écoulant autour du 15 capot externe. Par ailleurs, les perçages 36 débouchent dans cette zone de confluence avec un angle de pénétration a (par rapport à l'axe radial Z-Z du capot externe - figure 4B) et/ou un angle de dérapage g (par rapport à l'axe radial Z-Z - figure 4C). L'angle de pénétration a, est défini dans un 20 plan longitudinal par rapport à l'axe longitudinal X-X du capot externe (correspondant à l'axe d'écoulement du flux secondaire traversant la turbomachine), c'est-à-dire un plan formé par les axes longitudinal X-X et radial Z-Z du capot externe, tandis que l'angle de dérapage g est défini dans un plan transversal par rapport à l'axe longitudinal X-X du capot 25 externe, c'est-à-dire un plan formé par les axes tangentiel Y-Y et radial Z- Z du capot externe. De préférence, l'angle de pénétration a est compris entre 10° et 60° et l'angle de dérapage â est compris entre 25° et 90°. Des angles de pénétration a et de dérapage g choisis dans ces plages de valeurs 30 permettent d'obtenir d'importants gains en termes de réduction du bruit de jet. De plus, comme représenté sur l'exemple de réalisation des figures 4A à 4C, les perçages 36 peuvent présenter une forme cylindrique avec une section droite de forme circulaire. 35 Dans ce cas, la section droite des perçages 36 présente avantageusement un diamètre d compris entre 0,5 mm et 2,5 mm, à 3034142 8 comparer à la section (circulaire ou autre) du conduit d'alimentation 32 qui est comprise entre 0,001 mm2 et 0,004 mm2. On notera que la plaque formant la grille d'éjection peut, dans le cas de perçages 36 de forme cylindrique, présenter une épaisseur e qui au 5 moins deux fois supérieure au diamètre d des perçages. Cette épaisseur e pourra bien entendu varier sur toute la longueur de la plaque de sorte à faciliter l'intégration de cette dernière dans la grille d'éjection. La figure 5 représente une variante de réalisation de la grille d'éjection 34' de chaque circuit de microjets. Dans cette variante, les 10 perçages 36' ont une forme parallélépipédique avec une section droite de forme rectangulaire. Dans cette variante, la section droite des perçages 36' (c'est à dire leur surface) ont une dimension inférieure à la section droite du conduit d'alimentation et ces perçages présentent avantageusement un 15 angle de pénétration par rapport à l'axe longitudinal du capot externe et/ou un angle de dérapage par rapport à un axe tangentiel au capot externe. Bien entendu, la forme des perçages pratiqués dans la plaque formant la grille d'éjection pourraient être différente à celles représentées 20 ici. On pourra ainsi choisir des perçages dont la section droite est rectangulaire en inversant longueur et largeur par rapport à la figure 5 ou bien des perçages dont la section droite est de forme elliptique ou autre. La figure 6 illustre les gains acoustiques (en décibels) en fonction des fréquences (en Hz) obtenus grâce au dispositif pour la 25 réduction du bruit de jet selon l'invention. La courbe C1 représentée sur cette figure correspond à la courbe des gains acoustiques obtenus grâce à un dispositif de réduction du bruit de jet dépourvu de grilles d'éjection selon l'invention (c'est-à-dire que les conduits d'alimentation débouchent directement au niveau du bord 30 de fuite du capot externe). La courbe C2 représente les gains acoustiques obtenus grâce à un dispositif pour la réduction du bruit de jet conforme à l'invention (c'est-à-dire avec des grilles d'éjection positionnées au niveau de l'extrémité aval du conduit d'alimentation de chaque circuit de microjets). 35 Ces courbes montrent un gain acoustique ô substantiel obtenu par un dispositif selon l'invention (courbe C2) par rapport à un dispositif 3034142 9 dépourvu de grilles d'éjection (courbe C1), notamment dans les moyennes et hautes fréquences (représentées respectivement par les plages de valeurs B et C, la plage A représentant les basses fréquences). Ce gain acoustique est notamment dû à la présence de la grille d'éjection qui a un 5 bruit propre qui est réduit par rapport à un conduit d'alimentation débouchant directement au niveau du bord de fuite du capot externe. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la réduction du bruit de jet d'une turbomachine, comprenant un capot externe (16) muni à l'intérieur d'une paroi (20) délimitant à l'extérieur une veine annulaire (22) d'écoulement d'un flux secondaire issu de la turbomachine, caractérisé en ce que la paroi du capot externe comprend une pluralité de circuits de microjets (28) comprenant chacun des moyens (30) de prélèvement de flux gazeux dans la veine d'écoulement du flux secondaire qui s'ouvrent dans un unique conduit d'alimentation (32), ledit conduit d'alimentation débouchant au niveau d'un bord de fuite du capot externe par l'intermédiaire d'au moins une grille d'éjection (34 ; 34') apte à diviser le flux gazeux prélevé en une pluralité de flux gazeux ayant des sections droites (d) de dimensions inférieures à une section droite (D) du conduit d'alimentation. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la grille d'éjection (34 ; 34') de chaque circuit de microjets (28) comprend une plaque munie d'une pluralité de perçages (36 ; 36') ayant chacune une section droite (d) de dimension inférieure à la section droite (D) du conduit d'alimentation. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel au moins certains des perçages (36 ; 36') de la plaque de chaque grille d'éjection présentent, dans un plan longitudinal par rapport à un axe (X-X) d'écoulement du flux secondaire, un angle de pénétration (a) par rapport à un axe radial (Z-Z) compris entre 10° et 60° et/ou, dans un plan transversal par rapport à l'axe (X-X) d'écoulement du flux secondaire, un angle de dérapage (§) par rapport audit axe radial (Z-Z) compris entre 25° et 90°. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel les perçages de la plaque de chaque grille d'éjection présentent une section droite qui est de forme circulaire. 3034142 11 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la section droite des perçages de la plaque de chaque grille d'éjection présente un diamètre compris entre 0,5 mm et 2,5 mm. 5 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel les perçages de la plaque de chaque grille d'éjection présentent une section droite qui est de forme rectangulaire ou elliptique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 10 dans lequel la grille d'éjection de chaque circuit de microjets est alignée axialement avec les moyens de prélèvement de flux gazeux. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel une surface d'éjection de la grille d'éjection est comprise entre 15 0,5% et 2,5% d'une surface d'éjection de la veine d'écoulement du flux secondaire. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens de prélèvement de flux gazeux de chaque circuit 20 de microjets comprennent une ou deux écopes de prélèvement (30) débouchant dans la veine (22) d'écoulement du flux secondaire et s'ouvrant dans le conduit d'alimentation (32). 10. Turbomachine (10) comprenant un corps central (12), un 25 capot interne (14) disposé autour du corps central en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci une veine annulaire (18) d'écoulement d'un flux primaire issu de la turbomachine, et un capot externe (16) disposé autour du capot interne en lui étant coaxial pour délimiter avec celui-ci une veine annulaire (22) d'écoulement d'un flux secondaire issu de la 30 turbomachine, la turbomachine comprenant en outre dispositif de réduction du bruit de jet selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.