Brevet FR3024494A1 — publié le 20160205

TURBOMACHINE D'AERONEF COMPRENANT UN DEFLECTEUR La présente invention concerne des dispositifs pour éliminer les phénomènes de résonances acoustiques à l'intérieur d'une cavité, et concerne en particulier une turbomachine d'aéronef comportant un déflecteur disposé dans un conduit de soufflante afin d'éliminer de tels phénomènes dans le passage d'air d'un échangeur. Une turbomachine à double flux comprend généralement un système d'admission d'air pour fournir de l'air aux systèmes utilisateurs d'air de l'aéronef tels que par exemple le système de renouvellement et de régulation de la pression d'air dans la cabine ou encore les systèmes de dégivrage. Le système d'admission d'air prélève de l'air chaud au niveau des parties chaudes de la turbomachine et de l'air froid au niveau du conduit de soufflante de ladite turbomachine Afin que la température de l'air fourni aux systèmes d'air d'aéronef reste dans des limites acceptables, le système d'admission d'air comprend un échangeur (PCE) dans lequel les flux d'air froid et chaud s'entrecroisent. L'air froid est amené à l'échangeur via un passage d'air qui relie de manière fluidique l'échangeur au conduit de soufflante. Le passage comprend une ouverture d'entrée d'air à son extrémité amont et une vanne de type papillon situé à son extrémité aval, au niveau de l'échangeur. L'angle d'ouverture de la vanne papillon est commandé en fonction des besoins en air des systèmes utilisateurs. L'ouverture d'entrée est à fleur de la paroi du conduit de soufflante afin de réduire son impact aérodynamique, notamment sa traînée. Cependant, avec une telle géométrie, lorsque la vanne papillon est fermée ou presque fermée, une couche d'écoulement de cisaillement s'étendant à travers l'ouverture et au ras de la paroi du conduit de soufflante se forme. L'interaction de la couche d'écoulement de cisaillement avec un bord d'entrée aval de l'ouverture d'entrée crée des ondes acoustiques qui se propagent et sont amplifiées dans le passage, entre la vanne et ladite couche de cisaillement. Certaines de ces ondes ont des fréquences proches de la fréquence de résonance du passage ce qui peut engendrer des phénomènes de résonances acoustiques de cavité. Ainsi, il existe un besoin pour une turbomachine comprenant un dispositif pour éliminer les phénomènes de résonance acoustique à l'intérieur du passage d'air d'échangeur lorsque ce dernier est fermé ou quasi-fermé. La présente invention a pour objectif de répondre à ce besoin et concerne une turbomachine d'aéronef comprenant un conduit de soufflante comprenant une paroi, un écoulement d'air transitant via le du conduit de soufflante ; un passage d'air comprenant une ouverture d'air arrangée dans la paroi, le passage d'air étant conçu pour recevoir une partie de l'écoulement de l'air du conduit de soufflante ; un déflecteur fixé sur la paroi en amont de l'ouverture d'air dans le sens d'écoulement de l'air, le déflecteur comportant au moins une section droite s'étendant dans le conduit de soufflante de sorte à capter l'écoulement d'air, la au moins une section droite étant poreuse. Le déflecteur poreux selon l'invention remplit une fonction de protection de la structure du passage d'air et est facile à fabriquer et à fixer à la paroi du conduit de soufflante lorsqu'il est vissé ou riveté directement sur cette dernière. En outre, le déflecteur, de par sa localisation dans le conduit de soufflante est facile d'accès et autorise ainsi des opérations rapides de maintenance sans avoir à démonter le passage d'air. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique selon une coupe longitudinale d'une turbomachine comprenant un système de prélèvement d'air muni d'un passage d'air de refroidisseur et d'un déflecteur selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique montrant l'agencement des différents composants du système de prélèvement d'air de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue agrandie de la zone M de la figure 1 et représente le passage d'air et le déflecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une autre vue du passage d'air et du déflecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue de face en relief du déflecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue de face en relief du déflecteur selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue similaire à la figure 3 où le déflecteur est réalisé selon une première variante de de l'invention ; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 4 où le déflecteur est réalisé selon une seconde variante de de l'invention. En référence avec la figure 1, une turbomachine 1 à double flux comprend une nacelle annulaire 3, centrée sur un axe longitudinal X, et entourant un moteur 2. Dans le sens d'écoulement d'un flux d'air traversant la turbomachine 1 et matérialisé par la flèche F sur la figure 1, le moteur 2 comprend, centré sur son axe longitudinal X, une soufflante 5, un corps du moteur 6 et une tuyère 7. Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » sont à considérer relativement au sens d'écoulement du flux d'air traversant la turbomachine 1. Le corps du moteur 6 comprend des éléments permettant de faire tourner la soufflante 5 lorsque le moteur 2 est mis en marche. La turbomachine 1, comprend de plus, en aval de la soufflante 5, une interveine annulaire 8 concentrique au corps du moteur 6 et qui délimite avec ce dernier une veine annulaire de flux d'air chaud 20. La nacelle 3 constitue l'enveloppe externe de la turbomachine 1 et entoure l'interveine 8 avec laquelle elle est concentrique. La nacelle 3 délimite ainsi, avec l'interveine 8, une veine annulaire de flux d'air froid, dit conduit de soufflante 30. Le conduit de soufflante 30 se prolonge jusqu'à la tuyère 7. Le moteur 2 est fixé à un mât d'accorchage 300 et est fixé à la nacelle 3 au moyen de deux bifurcations 16,17 diamétralement opposées qui permettent d'assurer une cohésion mécanique de la turbomachine 1 en reliant notamment entre elles la nacelle 3 et l'interveine 8. En référence avec les figures 1 et 2, la turbomachine 1 comprend, de manière connue, un système d'admission d'air 100 afin de fournir en air un ou plusieurs systèmes utilisateurs d'air 60. Le système d'admission d'air 100 comporte, arrangés par exemple dans l'épaisseur de l'interveine 8: - un échangeur 107 recevant en entrées un flux d'air chaud HA et un flux d'air froid CA. L'échangeur 107 est reliée fluidiquement en sortie à au moins un système utilisateur d'air 60, par exemple arrangé dans l'épaisseur de l'interveine 8. - au moins une prise d'air 101 destinée à prélever de l'air chaud HA dans le corps du moteur 6 pour l'envoyer en entrée de l'échangeur 107. - un passage d'air 120 pratiqué dans l'interveine 8 et reliant le conduit de soufflante 30 à l'échangeur 107 et par lequel de l'air froid CA envoyé en entrée de l'échangeur 107 transite. - une vanne de régulation 105, située à une extrémité aval du passage d'air, entre le passage et l'échangeur 107. Ladite vanne est fluidiquement connectée à une entrée de l'échangeur 107. La vanne 105 est, par exemple de type papillon, avec son angle d'ouverture commandé en fonction des besoins des systèmes utilisateurs d'air 60. En référence avec la figure 3 et la figure 4, le passage d'air 120 est délimité par une entrée d'air 121 à son extrémité amont, différentes structures de passage 122, et la vanne de régulation 105. L'entrée d'air 121 comprend une ouverture d'entrée 121a formée entre un bord d'entrée amont 12 lb, un bord d'entrée aval 121c et des parois latérales 121d reliant les bords d'entrée amont et aval et s'étendant sensiblement suivant l'axe longitudinal X. De façon connue, le passage d'air 120 est orienté selon un angle a, avec a généralement compris entre 5° et 50° par rapport à la tangente locale à la paroi 3a du conduit de soufflante sur laquelle l'entrée d'air 121 repose, afin de faciliter l'écoulement de l'air froid CA provenant du conduit de soufflante 30. Dans la position ouverte de la vanne de régulation (non représentée), de l'air froid CA s'écoule dans l'ouverture d'entrée 121a, le long du passage d'air 120, vers l'échangeur 107. Dans la position fermée de la vanne de régulation (représentée sur la figure 3), de l'air froid CA s'écoule au travers de l'ouverture d'entrée 121a, mais est bloqué au niveau de la vanne de régulation 105. Selon l'invention, la turbomachine 1 est équipée d'un déflecteur 200 arrangé sur la paroi 3a du conduit de soufflante en amont de l'ouverture d'entrée d'air 121a. Le déflecteur 200 a sensiblement une forme en L et est dimensionné pour s'étendre sur une largeur représentant de 60% à 110% de la largeur de l'ouverture d'entrée, la largeur étant entendue comme étant la dimension entre les parois latérales 36. Le déflecteur 200 est intégralement formé à partir d'un matériau rigide tel que par exemple le titane ou l'aluminium. En référence avec les exemples décrit dans les figures 3 et 4, l'embase du L est fixée à la paroi 3a du conduit de soufflante, par vissage ou rivetage, tandis que la section droite 202 du L, perpendiculaire à l'embase 201 et située en aval de cette dernière, s'étend radialement hors de la paroi 3a du conduit de soufflante 30. Le déflecteur 200 est dit poreux dans la suite de la description, en ce qu'il comprend une pluralité d'éléments 210 pour le passage de l'air arrangée sur sa section droite 202. En se référant à la figure 5, et dans un premier mode de réalisation de l'invention, les éléments pour le passage de l'air 210 sont des trous traversants disposés en ligne ou en colonne. Les trous traversants ont des diamètres distincts ou tous identiques, mais de préférence supérieur à 2mm et inférieur à 4mm, ces deux valeurs étant incluses. On notera que sur l'exemple de la figure 5, les trous ont tous le même diamètre et sont répartis sur la surface de la section droite 202 de sorte à former des motifs répétitifs. Ainsi les trous sont répartis par ligne où une ligne sur deux est en décalage de la moitié d'un trou par rapport à la ligne qui la précède ou qui la suit de sorte à former un motif de quinconce. Selon l'invention, la somme des surfaces des trous traversants représente de 20% à 40% de la surface totale de la section droite 202. Ainsi, en cours d'utilisation avec la vanne de régulation 105 ouverte, les éléments pour le passage de l'air 210 ont pour effet de faire passer approximativement de 10% à 30% de la partie du flux d'air froid CA transitant dans le conduit de soufflante 30 et arrivant sur la section droite 202 du déflecteur. Le déflecteur poreux 200 selon l'invention engendre donc une perte de charge moindre par rapport à un déflecteur plein. En utilisation, lorsque la vanne de régulation 105 est fermée, le déflecteur 200 force la couche d'écoulement de cisaillement à s'écouler dans un plan parallèle (matérialisé par la ligne A à la figure 3) à l'axe longitudinal X et adjacent au bord libre 203 de la section droite du déflecteur 202 de manière à empêcher la couche d'écoulement de cisaillement de frapper le bord d'entrée aval 121d. Ainsi, la cavité 120 n'est ainsi pas excitée par des tourbillons de la couche d'écoulement de cisaillement et l'apparition de phénomènes de résonances est écartée. Avantageusement, le déflecteur poreux 200 selon l'invention a une efficacité accrue lorsque la section droite 202 a une longueur, selon une dimension radiale du conduit de soufflante et mesurée à partir de l'embase 201, qui représente entre 1/10ème et 1/30ème de la dimension de l'ouverture d'entrée 121a selon l'axe longitudinal X. Selon l'invention, le déflecteur poreux 200 remplit une fonction de protection de la structure du passage d'air 120 et est facile à fabriquer et à fixer à la paroi 3a du conduit de soufflante 30 lorsqu'il est vissé ou riveté directement sur cette dernière. En outre, le déflecteur, de par sa localisation dans le conduit de soufflante, est facile d'accès et autorise ainsi des opérations rapides de maintenance sans avoir à démonter le passage d'air 120. En tant qu'avantage secondaire de l'invention, on notera que lorsque la vanne de régulation est fermée, le déflecteur 200 permet d'éliminer le bruit tonal habituellement rencontré pour les ouvertures d'air à fleur de la paroi du conduit de soufflante puisque la couche d'écoulement de cisaillement déviée par le déflecteur ne vient pas heurter le bord d'entrée aval 121d de l'ouverture d'air. En se référant à la figure 6 et dans un second mode de réalisation de l'invention, les éléments pour le passage de l'air 210 sont des encoches qui sont disposées sur le bord libre 203 de la section droite 202 du déflecteur, c'est-à-dire le long de la largeur de l'ouverture d'entrée. Les encoches sont toutes identiques avec une forme triangulaire dont le sommet est situé proche de l'embase 201 et la base au niveau du bord libre 203 de la section droite 202. Chaque encoche s'étend sur une longueur (de sa base à son sommet) représentant entre 60% et 90% de la longueur de la section droite 202 selon une dimension radiale du conduit de soufflante et mesurée à partir de l'embase 201. De préférence, le sommet d'une encoche est distant de 1 à 3 mm de l'embase 201, selon une dimension radiale du conduit de soufflante. En outre, l'angle au sommet d'une encoche est de préférence égal à 7r12. Par rapport au premier mode de réalisation détaillé ci-dessus, le déflecteur 200engendre des pertes de charges plus faibles. Sans sortir du cadre de la présente invention, la porosité du déflecteur 200 tel que définie précédemment pourrait être obtenue avec d'autres formes d'éléments pour le passage d'air 200 ou une combinaison de différentes formes d'éléments de passage d'air. Ainsi, un déflecteur 200 sur la section droite duquel seraient arrangés à la fois des trous et des encoches rentre dans le cadre de la présente invention. Dans une première variante des modes de réalisation décrits, et en référence avec la figure 7, l'embase 201 du déflecteur et sa section droite 202 ne sont pas perpendiculaires mais la section droite 202 s'étend hors de l'embase en direction de l'ouverture d'entrée 121a avec une angle (3 entre l'embase et la section droite inférieur à rc/2. L'avantage de cette variante est de limiter la déviation du flux d'air froid CA transitant dans le conduit de soufflante 30 et ainsi de réduire la traînée induite par le déflecteur 200. Dans une seconde variante des modes de réalisation décrits, le déflecteur 200 est inscrit dans une courbe située dans un plan adjacent à la paroi 3a de la conduit de soufflante 30 et dont le centre est situé au niveau de l'entrée d'air 121. Selon cette variante le déflecteur est soit courbe (non représenté), soit comme représenté à la figure 8, réalisé en deux parties égales (comprenant chacune une embase et une section droite) et fixées l'une à l'autre avec un angle non nulle entre elles. L'avantage de cette variante est de limiter la déviation du flux d'air froid CA transitant dans le conduit de soufflante 30 et ainsi de réduire la traînée induite par le déflecteur 200. Bien que dans l'exemple précédemment décrit le système d'admission d'air 100 et notamment le passage d'air 120 sont arrangés dans l'épaisseur de l'interveine 8. Ces éléments, particulièrement le passage d'air, peuvent également et sans sortir du cadre de la présente invention, être arrangés dans l'épaisseur de la nacelle 3 ou dans le mât d'accrochage 300 permettant de fixer la turbomachine 1 à une aile de l'aéronef (non représentée), ou encore dans l'une des bifurcations 16,17. En outre, sans sortir du cadre de la présente invention, l'embase 201 peut être située en amont ou en aval de la section droite 202. Ce choix n'impacte pas les performances du déflecteur 200 selon l'invention et est dicté uniquement en fonction de considérations géométriques et/ou pratiques. On notera que l'invention s'applique à une entrée d'air à fleur ou sensiblement à fleur de la paroi 3a du conduit de soufflante 30. Ainsi, aux exemples illustrées aux figures 3 et 7, l'entrée d'air 121 est au même niveau que la paroi 3a du conduit de soufflante tandis qu'aux exemples des figures 4 ou 8, le bord d'entrée aval 121c dépasse légèrement (de l'ordre de quelques centimètres) de la paroi 3a. L'invention bien que décrite avec une application au passage d'air de l'échangeur d'une turbomachine trouve des applications dans les domaines où les phénomènes de résonances acoustiques à l'intérieur de cavité peuvent se produire, comme par exemple dans les puits de roues des aéronefs, ou les systèmes d'admission de fluide dans l'industrie pétrolière...etc.