Brevet FR3044295A1 — publié le 20170602

L'invention est relative à un profil aérodynamique muni d'un dispositif d'éjection d'air. Selon une forme de réalisation particulière, l'invention s'applique à un mât ou pylône supportant un ensemble de propulsion pour aéronef comprenant un tel profil aérodynamique et à un aéronef comprenant un tel mât. Au cours d'un déplacement, tout profil aérodynamique de véhicule se voit exposé aux sillages d'autres profils de ce véhicule, ou à des phénomènes perturbateurs de sa couche limite d'air. Les aéronefs dont l'ensemble de propulsion se situe sur un mât sont particulièrement concernés car le mât génère un sillage, et ce quelle que soit sa conception. Ceci est notamment dû au fait que la hauteur de la couche limite du profil du mât augmente dans la direction aval du profil. Ainsi, il se produit au bord de fuite du mât un « défaut de vitesse » (ou « déficit de vitesse ») matérialisé par une différence entre la vitesse de l'écoulement libre de l'air et la vitesse locale de l'air dans la zone aval du profil. La zone présentant ce défaut de vitesse est également le siège d'un « défaut de débit massique » (ou « déficit de débit massique ») d'air. De ce fait, l'air a tendance à être entraîné dans la zone à défaut de vitesse, provoquant ainsi des turbulences. Dans le cas d'un mât supportant un ensemble de propulsion, notamment à hélices ou pâles non carénées, la discontinuité des vitesses et les turbulences du sillage provoquent, entre autres, une augmentation du bruit généré par les hélices de la turbine de l'ensemble de propulsion, pouvant nuire au confort des passagers et de l'environnement, lorsque lesdites hélices passent dans le sillage du mât. On parle alors d'effet de « masquage ». Il existe donc un besoin de limiter cet effet de « masquage » induisant une variation de pression dans le sillage du mât. 3044295 2 Dans le cas précis des mâts supportant des ensembles de propulsion, il existe un besoin d'éliminer le déficit de flux d'air et donc réduire le déficit de vitesse sur leur surface. Une des solutions pour y parvenir consiste à souffler de l'air à partir 5 d'une source à haute pression à proximité du bord de fuite du profil afin d'éliminer le déficit de flux d'air, et donc réduire le déficit de vitesse. Dans cet objectif, le document US 4917336 décrit un dispositif d'éjection d'air comprenant une buse d'éjection envoyant de l'air, dans lequel l'air s'échappe par des fentes pratiquées au niveau de l'extrados et de l'intrados d'un 10 mât supportant un ensemble de propulsion d'aéronef. Néanmoins, ce document présente des modes de réalisation complexes, volumineux, et dont la mise en oeuvre demeure imparfaite. Selon l'invention, un dispositif comportant un profilé est conformé pour constituer une portion extrême d'un profil aérodynamique d'aéronef et à former un 15 bord de fuite dudit profil. Le dispositif comporte une chambre de soufflage adaptée à être mise sous pression et une buse d'éjection d'air permettant la mise en communication fluidique entre la chambre de soufflage et une surface externe du profilé. Selon l'invention, le profilé, la chambre de soufflage, et la buse forment un ensemble adapté à être rapporté d'un seul tenant audit profil aérodynamique pour 20 en constituer un bord de fuite (BF). L'invention offre ainsi un dispositif compact intégrant les fonctions essentielles d'un système de soufflage pour profil aérodynamique afin d'en réduire les perturbations dans le sillage, et cela à proximité immédiate du bord de fuite. Par une conception permettant un montage d'un seul tenant, le dispositif 25 proposé dans l'invention est facile à mettre en oeuvre, et en particulier à monter sur un élément formant la partie antérieure du profil aérodynamique. Selon un mode de réalisation, le profilé, la chambre de soufflage, et la buse constituent un ensemble monobloc. Selon un mode de réalisation, la surface externe comporte, au niveau 30 d'une sortie de la buse, un renfoncement dans lequel débouche la buse d'éjection. 3044295 3 La buse peut avantageusement se présenter sous la forme d'une fente s'étendant le long du profilé. Le dispositif peut comporter plusieurs buses. Le dispositif peut comporter une première surface destiné à former une portion d'extrados du profil 5 aérodynamique, et une seconde surface destinée à former une portion d'intrados du profil aérodynamique, comportant au moins une buse débouchant au niveau de la première surface et une buse débouchant au niveau de la seconde surface. Dans une variante, le dispositif peut comporter une plaque d'homogénéisation disposée dans la chambre de soufflage et définissant une 10 chambre d'alimentation d'une part, et un caisson de soufflage d'autre part. Dans une variante, la chambre de soufflage peut comporter un tube distributeur adapté à l'alimenter en air. En particulier, le tube distributeur d'air peut être disposé dans la chambre d'alimentation. L'invention porte également sur un ensemble formant un profil 15 aérodynamique d'aéronef présentant un bord d'attaque et un bord de fuite définissant une corde dudit profil, l'ensemble comportant un dispositif tel que précédemment décrit. De manière avantageuse, la buse d'éjection peut déboucher à au moins 70% de la corde du profil, et de préférence à environ 95% de la corde du 20 profil. L'ensemble selon l'invention peut en outre comporter une écope conformée pour écoper tout ou partie de la couche limite se formant lors d'un écoulement d'air le long dudit profil aérodynamique. Le dispositif peut comporter plusieurs écopes. En particuliers, des écopes peuvent être réparties entre 25 l'extrados et l'intrados du profil aérodynamique. L'écope peut être positionnée entre 50% et 90% de la corde du profil, et de préférence à environ 80% de la corde du profil. Un positionnement aussi antérieur de l'écope (ou des écopes) est rendu possible par la mise en oeuvre dans l'ensemble d'un dispositif formant bord de fuite conforme à l'invention. 30 Lorsque l'ensemble comporte une buse d'éjection et une écope, l'écope est avantageusement plus éloignée du bord de fuite que la buse. 3044295 4 L'écope peut comporter une fente sensiblement parallèle au bord d'attaque du profil aérodynamique. L'invention porte enfin sur un mât supportant un ensemble de propulsion pour aéronef comportant un ensemble tel que précédemment décrit. 5 Dans un tel mât, la chambre de soufflage peut être alimentée en air par l'ensemble de propulsion. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : 10 - la figure 1 illustre selon une vue schématique en trois dimensions un fuselage 1 d'avion comprenant un système de propulsion ; - la figure 2 représente selon une vue schématique en trois dimensions un mât d'ensemble de propulsion d'aéronef dans son environnement immédiat ; 15 - la figure 3 représente schématiquement en coupe en vue de côté un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 représente schématiquement selon une vue en trois dimensions un dispositif conforme au mode de réalisation de la figure 3 ; la figure 5 représente schématiquement selon une vue en trois 20 dimensions un ensemble comportant le dispositif de la figure 4 ; la figure 6 représente schématiquement une partie d'un ensemble conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention ; la figure 7 présente schématiquement un profil aérodynamique conforme à une variante particulière de l'invention ; 25 la figure 8 présente schématiquement un mât portant un groupe propulseur d'aéronef et comportant un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un fuselage F d'avion équipé de deux groupes propulseurs, qui comprennent un moteur (en l'occurrence une turbine) contenu 30 dans une nacelle N et une ou plusieurs hélices de poussée comportant chacune des pâles. Un groupe propulseur GP et sa nacelle N forment un ensemble de propulsion d'aéronef. 3044295 5 Cette nacelle N est soutenue et reliée au fuselage F par un mât P. Un mât P constitue une pièce de liaison structurelle et fonctionnelle entre un groupe propulseur GP d'un aéronef et la structure (par exemple le fuselage F) de l'aéronef. En particulier, un mât comporte un carénage aérodynamique englobant 5 une structure supportant l'ensemble de propulsion et les dispositifs pouvant y être connectés. Ces derniers ne sont pas représentés. Comme expliqué plus haut, durant le vol, le mât P provoque des remous dans son sillage et des turbulences illustrées à la figure 2. La figure 2 représente plus en détail un mât P d'ensemble de 10 propulsion d'un aéronef dans son environnement immédiat. Afin de limiter la traînée aérodynamique le mât présente un profil aérodynamique adapté conféré par son carénage. Un tel profil aérodynamique comporte un bord d'attaque BA et un bord de fuite BF. Le mât est communément constitué de plusieurs pièces, le bord de fuite pouvant être constitué d'un profilé 1 rapporté au reste du mât. Par 15 profilé, on entend une pièce de section fixe ou variable, qui constitue une portion extrême du profil aérodynamique. . Dans le mode de réalisation ici représenté, le profilé a une section sensiblement triangulaire variable le long dudit profilé. Le passage dans le sillage du mât P des pales d'une hélice, par exemple d'un turbopropulseur en tant que groupe propulseur, peut générer un 20 bruit important, les pales subissant des perturbations aérodynamiques et l'effet de « masquage » qu'il génère. Bien que les mâts d'ensemble propulseur d'aéronef constituent une application préférentielle de l'invention, un phénomène analogue peut se produire au niveau de nombreux autres éléments d'un aéronef, et la solution proposée 25 dans l'invention peut généralement leur être appliquée. La figure 3 présente en particulier, selon une vue en coupe, un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif comporte essentiellement un profilé 1, destiné à constituer une portion extrême d'un profil aérodynamique d'aéronef. En particulier, le profilé 1 est conformé pour former le 30 bord de fuite BF d'un profil aérodynamique, en l'occurrence le bord de fuite d'un carénage de mât pour ensemble propulseur d'aéronef. 3044295 6 Le profilé 1 est au moins en partie creux. Selon l'invention, il comporte une chambre de soufflage 2 (également appelée « blowing box » selon une terminologie anglo-saxonne) et une buse 3 d'éjection d'air. Le profilé 1, la chambre de soufflage 2 et la buse 3 forment un ensemble adapté à être rapporté 5 d'un seul tenant audit profil aérodynamique pour en constituer un bord de fuite (BF). La chambre de soufflage 2 et la buse 3 peuvent notamment être formées directement dans le profilé 1, de sorte que le profilé 1, la chambre de soufflage 2, et la buse d'éjection d'air soient formés d'une seule pièce. En d'autres termes, ils sont dans ce cas monobloc. Une constitution monobloc des éléments principaux 10 d'un dispositif conforme à l'invention diminue le nombre d'opération nécessaires à son obtention et sa complexité Dans l'exemple de mode de réalisation ici représenté, le dispositif comporte en outre une plaque d'homogénéisation 4 qui sépare la chambre de soufflage en une chambre d'alimentation 21 d'une part, et un caisson de soufflage 15 22 d'autre part. La plaque d'homogénéisation permet d'homogénéiser l'air par brassage. La plaque d'homogénéisation peut par exemple comporter une plaque présentant une multitude de perçages que traverse l'air pour atteindre le caisson de soufflage 22. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté, la plaque 20 d'homogénéisation a un rôle structurel dans la constitution du dispositif objet de l'invention. En particulier, le dispositif peut comporter deux plaques jointes de manière à former l'angle souhaité du profilé au niveau du bord de fuite, lesdites plaques étant jointes par la plaque d'homogénéisation. Selon une variante, lesdites plaques peuvent former avec la plaque d'homogénéisation un triangle 25 isocèle, variable ou non le long du profilé. Le dispositif peut comporter, dans la longueur du profilé, une plaque courbée 8, typiquement en C ou selon une courbe fermée, formant une paroi du caisson de soufflage 22, et permettant avec au moins une autre paroi du caisson de soufflage de ménager des fentes formant buse dans le prolongement de la 30 courbure de la plaque courbée 8. Alternativement, le dispositif peut comporter une extrémité pleine formant bord de fuite, ou pourvue d'ouvertures et/ou de cavités. La plaque courbée 8, liée aux plaques formant l'angle du bord de fuite, peuvent 3044295 7 également permettre de raidir mécaniquement la structure, notamment au niveau de son extrémité. La structure ainsi obtenue est creuse, donc légère, tout en présentant une grande rigidité. La plaque courbée 8 est préférentiellement positionnée à proximité immédiate de la plaque d'homogénéisation 4, afin de 5 diriger l'air à la sortie de la plaque d'homogénéisation vers la ou les buses 3. La buse permet un passage d'air entre la chambre de soufflage 2, et plus particulièrement le caisson de soufflage 22, et une surface externe du profilé 1. En particulier, la buse présente une sortie orientée de sorte que l'air expulsé par la buse est expulsé sensiblement dans la même direction que le flux d'air 10 s'écoulant le long du profil aérodynamique lorsque l'aéronef est en vol. Dans le mode de réalisation ici représenté, deux buses sont présentes de part et d'autre du dispositif. En particulier, une buse débouche sur une première surface 11 destinée à former la portion extrême de l'extrados EX d'un profil aérodynamique, et une autre buse débouche sur une seconde surface 12 15 destinée à former la portion extrême de l'intrados IN du profil. Tel que bien représenté à la figure 4, la surface externe du dispositif comporte au niveau d'une sortie de la buse 3 un renfoncement 13 dans lequel débouche la buse 3. Dans l'exemple ici représenté, la buse 3 se présente sous la forme d'une fente s'étendant le long du profilé 1. La fente formant la sortie de la 20 buse peut présenter une largeur de l'ordre de 1 millimètre. En particulier, la buse en forme de fente s'étend au fond du renfoncement 13. Dans la variante ici représentée, des nervures 14 permettent de rigidifier le profilé 1 et d'éviter un affaiblissement mécanique qui serait causé par la présence de la buse 3. Le profilé peut être usiné en deux étapes. Dans une première étape, 25 un profilé brut est obtenu par moulage. Dans une seconde étape, la ou les buses sont usinées, typiquement par usinage mécanique (par exemple par perçage et/ou fraisage) ou par électroérosion. La figure 5 représente schématiquement un ensemble comportant le dispositif de la figure 3 après assemblage sur un élément antérieur d'un mât de 30 groupe propulseur d'aéronef ou sur une autre pièce définissant un profil aérodynamique. Dans l'exemple ici représenté, l'élément antérieur comporte une pièce intermédiaire 52 et le dispositif de la figure 3 est assemblé sur la pièce 3044295 8 intermédiaire 52. L'assemblage peut être réalisé par divers modes de fixation. Tel que bien visible à la figure 5, le profilé n'a pas une section constante. En outre, dans l'exemple représenté, le bord de fuite BF formé par le profilé 1 n'est pas rectiligne. De part et d'autre du profilé 1 peuvent être rapportés, notamment dans 5 le cas de la constitution d'un mât supportant un ensemble ou groupe de propulsion d'aéronef, des carénages de liaison avec le fuselage F de l'aéronef d'une part, et la nacelle N du groupe propulseur GP d'autre part. Dans le cadre d'éléments d'aéronef de plus grande envergure, plusieurs profilés intégrant une ou plusieurs buses 3 de soufflage peuvent être mis en oeuvre, bout à bout ou 10 séparés par des portions de carénage formant la continuation du bord de fuite et dénuées de système de soufflage. La figure 6 représente schématiquement une partie d'un ensemble conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention, comportant un profilé 1 assemblé sur une pièce telle qu'un élément antérieur d'un mât de groupe 15 propulseur d'aéronef au niveau d'une pièce d'assemblage 51. Dans l'exemple ici représenté, la pièce d'assemblage 51 forme une paroi de la chambre de soufflage 2, qui est ainsi fermée. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 6, la chambre de soufflage est alimentée en air sous pression par un tube distributeur 6 optionnel. Le tube distributeur 6 est un tube parcourant le profilé 1 dans la 20 chambre de soufflage 2, et plus particulièrement, le cas échéant, dans la chambre d'alimentation 21. Le tube distributeur est percé d'une multitude d'orifices assurant une distribution, par exemple homogène, de l'air dans la chambre de soufflage. Le tube distributeur peut être alimenté en air sous pression (c'est-à-dire à une pression supérieure à la pression atmosphérique, ou en tout état de cause 25 supérieure à la pression à la sortie de la buse 3) par un groupe propulseur d'aéronef. Il peut s'agir en particulier du groupe propulseur supporté par le mât équipé du dispositif selon l'invention. Selon d'autres variantes de l'invention, la chambre de soufflage 2 ou la chambre d'alimentation 21 de la chambre de soufflage 2 peut être directement 30 alimentée en air sous pression, par exemple par un groupe propulseur d'aéronef, sans emploi d'un tube de distribution. 3044295 9 Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, d'autres moyens d'alimentation en air sous pression sont envisageables, comme un compresseur électrique ou mécanique. La figure 7 présente schématiquement un profil aérodynamique 5 conforme à une variante particulière de l'invention. Tel que précédemment expliqué, les turbulences dans le sillage d'un profil aérodynamique sont liées à l'augmentation de l'épaisseur (hauteur) de la couche limite dans la direction aval du profil. Les problèmes liés aux turbulences peuvent être résolus totalement ou partiellement par le soufflage précédemment détaillé. Alternativement ou en 10 complément à ce soufflage, il est également possible de réduire l'épaisseur de la couche limite en écopant tout ou partie de cette couche limite. En réduisant l'épaisseur de la couche limite, on agit directement sur l'origine des perturbations aérodynamiques. A cette fin, le profil aérodynamique peut être doté d'une ou plusieurs 15 écopes 7. Typiquement, une écope peut être présente à l'extrados EX du profil aérodynamique, et une écope peut être présente à l'intrados IN du profil aérodynamique. L'emploi d'un dispositif conforme à l'invention permet de positionner la ou les buses de soufflage à proximité immédiate du bord de fuite BF du profil 20 aérodynamique. Typiquement, la ou les sorties des buses peuvent être disposées à plus de 90% de la corde du profil aérodynamique, et préférentiellement à environ 95% de ladite corde du profil. De façon remarquable, la chambre de soufflage étant intégrée dans le profilé formant le bord de fuite, l'ensemble du système permettant le soufflage est compact et intégré dans l'extrémité arrière du 25 profil aérodynamique. Cela libère le volume antérieur audit système de soufflage pour l'adoption combinée d'écopes pouvant être elles-mêmes situées très en arrière du profil, typiquement au-delà 60% de sa corde, et de préférence autour de 80% de sa corde. Ainsi disposées, les écopes ont une grande efficacité, car elles sont situées dans une zone dans laquelle la couche limite est fortement 30 épaissie, et suffisamment près du bord d'attaque pour éviter un ré-épaississement important de la couche limite en aval desdites écopes. 3044295 10 Les écopes peuvent se présenter sous la forme de fentes, typiquement à fleur du profil aérodynamique. Elles peuvent présenter une largeur pouvant par exemple être comprise entre 1 et 30 mm. L'air écopé peut être conduit dans la chambre de soufflage du profilé mis en oeuvre dans l'invention. Ainsi, l'air issu des 5 écopes, mis sous pression, peut servir à alimenter au moins en partie un système de soufflage mettant en oeuvre un dispositif selon l'invention pour constituer le bord de fuite d'un profil aérodynamique d'aéronef. L'alimentation de la chambre de soufflage en air sous pression peut être complétée par de l'air issu d'un groupe propulseur d'aéronef, ou par un compresseur dédié mécanique ou électrique. 10 La figure 8 présente schématiquement un mât P portant un groupe propulseur GP d'aéronef et comportant un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention. Le mât P relie, structurellement et fonctionnellement, le fuselage F d'un aéronef à la nacelle N du groupe propulseur GP. Le mât P forme un profil aérodynamique, et comporte un profilé 1 formant son bord de fuite, et un 15 élément antérieur 5 auquel est lié le bord de fuite. L'élément antérieur 5 peut comporter une pièce intermédiaire 52 et un profilé antérieur 53 formant son bord d'attaque. Le dispositif développé dans l'invention offre donc de nombreux avantages vis-à-vis des systèmes de soufflage préexistant à l'invention. En 20 particulier, il permet une intégration dans un volume très restreint de l'ensemble des moyens nécessaires au soufflage, et cela à proximité immédiate du bord de fuite, c'est-à-dire là où le soufflage est le plus efficace pour lutter contre les perturbations aérodynamiques générées dans le sillage d'un profil aérodynamique. En outre, le dispositif proposé dans l'invention limite les 25 contraintes d'intégration et évite le montage complexe des dispositifs connus, a fortiori lorsqu'il est constitué de manière essentiellement monobloc. Enfin, grâce à une disposition très en arrière du profil aérodynamique, le dispositif peut être combiné à une ou plusieurs écopes permettant d'écoper tout ou partie de la couche limite, à l'intrados et/ou à l'extrados du profil, les écopes pouvant elles- 30 mêmes être disposées très en arrière du profil dans une zone où leur efficacité est très bonne. REVENDICATIONS1. Dispositif comportant un profilé (1) conformé pour constituer une portion extrême d'un profil aérodynamique d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de soufflage (2) adaptée à être mise sous pression et une buse (3) d'éjection d'air permettant la mise en communication fluidique entre la chambre de soufflage (2) et une surface externe du profilé (1) ; le profilé (1), la chambre de soufflage (2), et la buse (3) formant un ensemble adapté à être rapporté d'un seul tenant audit profil aérodynamique pour en constituer un bord de fuite (BF) . 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le profilé (1), la chambre de soufflage (2), et la buse (3) constituent un ensemble monobloc. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la surface externe comporte, au niveau d'une sortie de la buse (3), un renfoncement (13) dans lequel débouche la buse (3) d'éjection. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la buse (3) se présente sous la forme d'une fente s'étendant le long du profilé (1). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une première surface (11) destiné à former une portion d'extrados (EX) 20 du profil aérodynamique, et une seconde surface (12) destinée à former une portion d'intrados (IN) du profil aérodynamique, comportant une buse (3) débouchant au niveau de la première surface et une buse (3) débouchant au niveau de la seconde surface. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, comportant en outre 25 une plaque d'homogénéisation disposée dans la chambre de soufflage (2) et définissant une chambre d'alimentation (21) d'une part, et un caisson de soufflage (22) d'autre part. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la chambre de soufflage (2) comporte un tube distributeur (6) adapté à l'alimenter en 30 air. 8. Dispositif selon les revendications 6 et 7, dans lequel le tube distributeur d'air est disposé dans la chambre d'alimentation (21). 3044295 12 9. Ensemble formant un profil aérodynamique d'aéronef présentant un bord d'attaque et un bord de fuite (BF) définissant une corde dudit profil, l'ensemble comportant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7. 10. Ensemble selon la revendication 9, dans lequel la buse (3) 5 d'éjection débouche à au moins 70% de la corde du profil, et de préférence à environ 95% de la corde du profil. 11. Ensemble selon la revendication 9 ou la revendication 10, comportant en outre une écope (7) conformée pour écoper tout ou partie de la couche limite se formant lors d'un écoulement d'air le long dudit profil 10 aérodynamique. 12. Ensemble selon la revendication 11, dans lequel l'écope est positionnée entre 50% et 90% de la corde du profil, et de préférence à environ 80% de la corde du profil. 13. Ensemble selon la revendication 11 ou la revendication 12, dans 15 lequel l'écope (7) comporte une fente sensiblement parallèle au bord d'attaque du profil aérodynamique. 14. Mât supportant un ensemble de propulsion pour aéronef comportant un ensemble selon l'une des revendications 9 à 13. 15. Mât selon la revendication 14, dans lequel la chambre de soufflage (2) est alimentée en air par l'ensemble de propulsion.