Brevet FR3037559A1 — publié le 20161223

SYSTEME DE REDUCTION DU BRUIT D'INSTALLATION D'UNE AILE D'AVION L'invention concerne un avion à bruit d'installation réduit et plus précisément un système d'aile d'avion et de réacteur. La réduction du bruit est un des enjeux principaux de la conception des 5 réacteurs d'avion. Typiquement, le bruit émis par un réacteur est réduit en augmentant son diamètre. Une conception de réacteur à flux multiples permet d'augmenter ce diamètre tout en assurant une consommation de carburant moindre au décollage et aux allures de croisière. Un réacteur à double flux peut par exemple être caractérisé par son taux de dilution, c'est-à-dire le taux du débit massique d'air 10 qui contourne le coeur du réacteur d'une part, et du débit massique d'air qui passe dans le coeur du réacteur et est impliqué dans la combustion d'autre part. Cette technique est particulièrement appliquée aux avions de transport civil dont la vitesse de croisière se situe par exemple entre Mach 0,6 et Mach 0,9. Les taux de contournement des avions de ligne peuvent être supérieurs à 12 et sont qualifiés de 15 UHBPR (acronyme anglais de Ultra-High-Bypass-Ratio). L'utilisation d'un réacteur au diamètre élevé nécessite de réduire la distance séparant la surface de l'aile et la partie du réacteur dont elle est la plus proche. En fonctionnement, ce rapprochement favorise une interaction entre 20 l'écoulement turbulent du jet du réacteur et la surface solide présentée par l'aile. Cette interaction est la cause d'une émission sonore, appelée bruit d'installation. Mengle et al. (Mengle, V. G., Stoker, R. W., Brusniak, L., Elkoby, R., & Thomas, R. H., 2007, Mai, Flaperon modification effect on jet-flap interaction noise 25 reduction for chevron nozzles, 13th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 28th AIAA Aeroacoustics Conference, p. 3666) divulguent plusieurs dispositifs permettant, dans une certaine mesure, la réduction du bruit d'installation. Le volet, fixé à l'aile en interaction avec le jet du réacteur, comporte un bord de fuite en dents de scie et/ou des générateurs de turbulences, tels que des pointes. La dimension de 30 ces dispositifs est sensiblement vingt fois inférieure au diamètre du réacteur. Les effets de ces deux dispositifs sont évalués avec et sans la présence de dents de scie sur l'ajutage du réacteur. La présence de dents de scies sur l'ajutage du 3037559 2 réacteur permet une diminution du bruit direct du réacteur, mais les réductions du bruit d'installation apportées par la modification des volets fixés à l'aile sont marginales. L'invention vise à surmonter au moins l'un des inconvénients précités de l'art antérieur. Un objet de l'invention permettant d'atteindre ce but est un dispositif comprenant : - une aile d'avion ; - au moins un réacteur à haut taux de dilution fixé à ladite aile, adapté à émettre un jet intercepté par une première partie du bord de fuite de ladite aile ; caractérisé en ce que : - la plage formée par l'ensemble des angles orientés a définis par un vecteur suivant le sens dudit jet et par un vecteur suivant la tangente en un point de ladite première partie du bord de fuite et orienté vers le saumon de ladite aile, est comprise dans une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 5° et 65°, et la plage délimitée par 115° et 175°. Avantageusement, le dispositif comporte au moins une dite première partie du bord de fuite linéaire, ledit angle a étant constant et compris dans une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 5° et 65°, et la plage délimitée par 115° et 175°, et préférentiellement compris dais une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 40° et 65°, et la plag délimitée par 115° et 140°. Avantageusement, ladite aile dudit dispositif comporte au moins une partie principale fixe dont une partie du bord longitudinal arrière est adaptée à intercepter ledit jet, et dans lequel la plage formée par l'ensemble des angles orientés a' définis par un vecteur suivant le sens dudit jet et un vecteur suivant la tangente en chaque point de ladite partie du bord longitudinal arrière et orienté vers le saumon de ladite aile, est comprise dans une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 5° et 65°, et la plage délimité par 115° et 175°. 3037559 3 Avantageusement, dans un dispositif dans lequel chaque dit angle a' est compris dans la plage délimitée par 5° et 65°, la noyenne sur la longueur dudit bord longitudinal arrière des angles orientés y' formés par un vecteur suivant le sens d'un dit jet et un vecteur suivant la tangente en un point dudit bord longitudinal arrière 5 n'appartenant pas à chaque dite partie du bord longitudinal arrière et orienté vers le saumon de ladite aile, est supérieure d'au moins 10° à la moyenne des anglesa' de chaque dite partie du bord longitudinal arrière. Avantageusement, dans un dispositif dans lequel chaque dit angle a' est 10 compris dans la plage délimitée par 115° et 175°, à moyenne sur la longueur dudit bord longitudinal arrière des angles orientés y' formés par un vecteur suivant le sens d'un dit jet et un vecteur suivant la tangente en un point dudit bord longitudinal arrière n'appartenant pas à chaque dite partie du bord longitudinal arrière et orienté vers le saumon de ladite aile, est inférieure d'au moins 10° à la moyenne des angles 15 Ce de chaque dite partie du bord longitudinal arrière. Avantageusement, dans un dispositif dans lequel chaque dit angle a est compris dans la plage délimitée par 5° et 65°, la noyenne sur la longueur dudit bord de fuite des angles orientés y formés par un vecteur suivant le sens d'un dit jet et un 20 vecteur suivant la tangente en un point dudit bord de fuite n'appartenant pas à chaque dite première partie du bord de fuite et orienté vers le saumon de ladite aile, est supérieure d'au moins 10° à la moyenne des angbs a de chaque dite première partie du bord de fuite. 25 Avantageusement, dans un dispositif dans lequel chaque dit angle a est compris dans la plage délimitée par 115° et 175°, à moyenne sur la longueur dudit bord de fuite des angles orientés y formés par un vecteur suivant le sens d'un dit jet et un vecteur suivant la tangente en un point dudit bord de fuite n'appartenant pas à chaque dite première partie du bord de fuite et orienté vers le saumon de ladite aile, 30 est inférieure d'au moins 10° à la moyenne des angbs a de chaque dite première partie du bord de fuite. 3037559 4 Avantageusement, le rapport de la distance entre l'axe principal du réacteur et l'aile, et du diamètre dudit jet à la sortie dudit réacteur est inférieur à 2 et préférentiellement inférieur à 1,5. 5 Avantageusement, la vitesse maximale de l'écoulement gazeux à la sortie dudit réacteur dudit dispositif est comprise entre 0,3 Mach et 0,9 Mach et préférentiellement entre 0,6 Mach et 0,8 Mach. Avantageusement, le nombre de Strouhal de l'écoulement gazeux 10 autour de ladite aile dudit dispositif est inférieur à 1,5 et préférentiellement inférieur à1. Un autre objet de l'invention est un avion comprenant au moins deux dispositifs décrits précédemment. 15 La description suivante présente plusieurs exemples de réalisation du dispositif de l'invention : ces exemples sont non limitatifs de la portée de l'invention. Ces exemples de réalisation présentent à la fois les caractéristiques essentielles de l'invention ainsi que des caractéristiques additionnelles liées aux modes de 20 réalisation considérés. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages, détails et caractéristiques de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui 25 suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre schématiquement une vue de dessus du système constitué d'un réacteur et d'une aile d'avion selon un exemple de l'art antérieur et selon une réalisation de l'invention ; 30 la figure 2 illustre schématiquement une vue de dessus d'un système constitué d'un réacteur et d'une l'aile d'avion comportant deux volets, selon un exemple de l'art antérieur et selon une réalisation de l'invention ; 3037559 5 - la figure 3 illustre schématiquement un système expérimental de mesure du bruit d'installation ; la figure 4 illustre des intensités de fluctuations hydrodynamiques dans un 5 plan d'un paquet d'onde utilisé pour représenter le jet dans des modélisations numériques du dispositif ; La figure 5 illustre différents niveaux de pression acoustique (SPL) en fonction du nombre de Strouhal du dispositif, de la position des capteurs 10 acoustiques et de la configuration du dispositif ; - la figure 6 illustre des dépendances polaires et azimutales du champ sonore en fonction de l'éloignement radial de l'aile au réacteur ; 15 la figure 7 illustre la dépendance du champ acoustique diffracté en fonction de la séparation radiale entre le réacteur et l'aile et en fonction de la vitesse de l'écoulement en sortie du réacteur ; - la figure 8 illustre les variations de SPL en fonction de la vitesse 20 d'écoulement M en sortie d'un réacteur ; - la figure 9 illustre l'effet de l'angle de balayage sur la diffraction du bruit d'installation ; 25 - la figure 10 illustre l'effet de l'angle de balayage sur la diffraction du bruit d'installation ; - la figure 11 illustre l'augmentation de la puissance sonore totale pour différents angles de balayage et pour différentes vitesses d'écoulement ; 30 la figure 12 illustre les SPL en fonction de (1) et de x/D dans des conditions expérimentales et de simulation numériques pour différents angles de balayage ; - la figure 13 illustre les simulations expérimentales de mesure du bruit de systèmes d'aile et de réacteur ; 3037559 6 - la figure 14 illustre schématiquement en vue de dessus un avion comportant des systèmes selon une réalisation de l'invention. 5 La figure 1 illustre schématiquement une vue de dessus d'un système constitué d'un réacteur 3 et d'une aile 2 d'avion selon un exemple de l'art antérieur et selon une réalisation de l'invention. Le panneau A de la figure 1 illustre schématiquement une vue de dessus du système selon un exemple de l'art antérieur et dont le profil de l'aile 2 est sensiblement celui de l'aile d'un avion A320 10 d'Airbus. Le jet 4 du réacteur, délimité par des petits pointillés, est en interaction avec le bord de fuite de l'aile 2. Deux parties peuvent être distinguées dans le bord de fuite : une première partie du bord de fuite 5 en interaction avec le jet 4, représentée en pointillés larges, et une seconde partie 6 du bord de fuite comportant la ou les parties du bord de fuite n'appartenant pas à la première partie 15 5 du bord de fuite. L'angle ou les angles orientés formés par un vecteur suivant le sens 11 du jet 4 et par un vecteur suivant la tangente en un point de la première partie 5 du bord de fuite 5 et orienté vers le saumon, ou extrémité de l'aile 2 sont nommés a. 20 L'angle ou les angles orientés formés par un vecteur suivant le sens 11 du jet 4 et par un vecteur suivant la tangente en un point de la première partie 6 du bord de fuite 5 et orienté vers le saumon, ou extrémité de l'aile 2 sont nommés y. Dans le dispositif illustré dans le panneau A de la figure 1, deux angles a 25 sont illustrés le long de la première partie 5 du bord de fuite : de bas en haut, al qui dans cet exemple est sensiblement égal à 90°, puis a2, qui dans cet exemple est sensiblement égal à 70°. Dans la seconde partie 6 da bord de fuite un angle y est illustré : l'angle yi, sensiblement égal à 70°. 30 Le panneau B de la figure 1 illustre schématiquement une vue de dessus du système 1 selon un exemple de réalisation de l'invention. Comme dans le panneau A de la même figure, le jet 4 du réacteur, délimité par des petits pointillés, est en interaction avec le bord de fuite de l'aile 2. Deux parties peuvent être distinguées dans le bord de fuite : une première partie 5 du bord de fuite en 3037559 7 interaction avec le jet 4, représentée en pointillés larges, et une seconde partie 6 du bord de fuite comportant la ou les parties du bord de fuite n'appartenant pas à la première partie 5 du bord de fuite. L'angle ou les angles orientés formés par un vecteur suivant le sens 11 du jet et un vecteur suivant la tangente en un point de la 5 première partie 5 du bord de fuite et orienté vers le saumon sont nommés a. L'angle ou les angles formés par un vecteur suivant le sens 11 du jet et un vecteur suivant la tangente en un point de la seconde partie 6 du bord de fuite et orienté vers le saumon sont nommés y. 10 Dans le dispositif illustré dans le panneau B de la figure 1, selon une réalisation de l'invention, un angle a est illustré le long de la première partie 5 du bord de fuite: a3 est sensiblement égal à 45° Dans la seconde partb du bord de fuite 6, un angle y est illustré, Y25 sensiblement égal à 70°. 15 De manière plus générale, dans les réalisations de l'invention, la première partie 5 du bord de fuite peut comporter une plage d'angles a comprise entre 5° et 65° ou (au sens exclusif) entre 115° et175°. Dans une réalisation particulière de l'invention illustrée par le panneau B de la figure 1, la première partie du bord de fuite est linéaire, et l'angle a est constant et compris entre 5° et 65° ou 20 (au sens exclusif) entre 115° et 175°. On peut définir la moyenne des angles a, sur la longueur de la première partie 5 du bord de fuite et la moyenne des angles y, sur la longueur de la seconde partie du bord de fuite. Avantageusement, l'aile, dans des réalisations 25 de l'invention, peut être caractérisée par l'inégalité (y) > (a) + 10° dans le cas où les angles a appartiennent à la plage d'angle délimitée par 5° et 65°, et(y) sur la longueur de la 20 première partie 8 du bord longitudinal arrière et la moyenne des angles y', sur la longueur du bord longitudinal arrière n'appartenant pas à la partie 8. Avantageusement, l'aile, dans des réalisations de l'invention, peut être caractérisée par l'inégalité (y') > (a') + 10° dans le cas où les angles ce appartiennent à la plage d'angle délimitée par 5° et 65°, et(y') REVENDICATIONS1. Dispositif comprenant : - une aile d'avion ; - au moins un réacteur (3) à haut taux de dilution fixé à ladite aile (2), adapté à émettre un jet (4) intercepté par une première partie (5) du bord s de fuite de ladite aile ; caractérisé en ce que : la plage formée par l'ensemble des angles orientés a définis par un vecteur suivant le sens (11) dudit jet (4) et par un vecteur suivant la tangente en un point de ladite première partie (5) du bord de fuite (6) et 10 orienté vers le saumon de ladite aile, est comprise dans une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 5° et 65°, etla plage délimitée par 115° et 175°. 2. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel au moins une dite 15 première partie (5) du bord de fuite (6) est linéaire, ledit angle a étant constant et compris dans une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 5° et 65°, et la plage délimitée par 115° et 175°, et préférentiellement compris dans une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 40° et 65°, et la plage délimitée par115° et 140°. 20 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite aile (2) comporte au moins une partie principale fixe (10) dont une partie (8) du bord longitudinal arrière est adaptée à intercepter ledit jet (4), et dans lequel la plage formée par l'ensemble des angles orientés a' définis par un 25 vecteur suivant le sens (11) dudit jet et un vecteur suivant la tangente en chaque point de ladite partie (8) du bord longitudinal arrière et orienté vers le saumon de ladite aile (2), est comprise dans une plage d'angles choisie parmi la plage délimitée par 5° et 65°, et la plagedélimitée par 115° et 175°. 30 3037559 23 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel chaque dit angle a' est compris dans la plage délimitée par 5° et 65° et dais lequel la moyenne sur la longueur dudit bord longitudinal arrière des angles orientés y' formés par un vecteur suivant le sens (11) d'un dit jet et un vecteur suivant la tangente en un point dudit bord longitudinal arrière n'appartenant pas à chaque dite partie (8) du bord longitudinal arrière et orienté vers le saumon de ladite aile, est supérieure d'au moins 10° à la moyenne des angles a' de chaque dite partie (5) du bord longitudinal arrière. 5. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel chaque dit angle a' est compris dans la plage délimitée par 115° et 175° ekians lequel la moyenne sur la longueur dudit bord longitudinal arrière des angles orientés y' formés par un vecteur suivant le sens (11) d'un dit jet et un vecteur suivant la tangente en un point dudit bord longitudinal arrière n'appartenant pas à chaque dite partie (8) du bord longitudinal arrière et orienté vers le saumon de ladite aile, est inférieure d'au moins 10° à la moyenne des angles ce de chaque dite partie (5) du bord longitudinal arrière. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel chaque dit angle a est compris dans la plage délimitée par 5° et 65°et dans lequel la moyenne sur la longueur dudit bord de fuite (6) des angles orientés y formés par un vecteur suivant le sens (11) d'un dit jet et un vecteur suivant la tangente en un point dudit bord de fuite n'appartenant pas à chaque dite première partie (5) du bord de fuite et orienté vers le saumon de ladite aile, est supérieure d'au moins 10° à la moyenne des angbs a de chaque dite première partie (5) du bord de fuite. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 et 5 dans le quel chaque dit angle a est compris dans la plage délimitée par 115° et 1° et dans lequel la moyenne sur la longueur dudit bord de fuite (6) des angles orientés y formés par un vecteur suivant le sens (11) d'un dit jet et un vecteur suivant la tangente en un point dudit bord de fuite n'appartenant pas à chaque dite première partie (5) du bord de fuite et orienté vers le saumon de ladite aile, 3037559 24 8. s 9. 10 10. 15 11. 20 est inférieure d'au moins 10° à la moyenne des angbs a de chaque dite première partie (5) du bord de fuite. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le rapport de la distance r entre l'axe principal du réacteur (3) et l'aile (2), et du diamètre D dudit jet à la sortie dudit réacteur est inférieur à 2 et préférentiellement inférieur à 1,5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la vitesse maximale de l'écoulement gazeux à la sortie dudit réacteur (3) est comprise entre 0,3 Mach et 0,9 Mach et préférentiellement entre 0,6 Mach et 0,8 Mach. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le nombre de Strouhal de l'écoulement gazeux autour de ladite aile (2) est inférieur à 1,5 et préférentiellement inférieur à 1. Avion comprenant au moins deux dispositifs selon l'une des revendications précédentes.