Brevet FR3050435A1 — publié le 20171027

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un système de propulsion comprenant un organe en contact avec un écoulement turbulent d'un flux et recouvert au moins partiellement d'une structure rainurée dans le sens d'écoulement de fluide (riblets). ETAT DE LA TECHNIQUE Un système de propulsion comporte classiquement une nacelle et/ou une turbomachine, telle qu'un turboréacteur. En relation avec la figure 1, un système de propulsion (turbofan) d'un aéronef comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz (selon l'axe moteur AA), une soufflante carénée 1, un espace annulaire d'écoulement primaire I et un espace annulaire d'écoulement secondaire II (veine secondaire). L'écoulement primaire I traverse les compresseurs basse 8 et haute pression 10, la chambre de combustion 11 et les turbines 12 haute et basse pression. Le flux secondaire II contourne la partie chaude ; la séparation est réalisée par le moyeu interne 3 situé derrière la soufflante carénée 1. A l'intérieur de la veine secondaire sont disposées des aubes à géométries fixes 4 (en anglais, « Out/et Guide Vanes », (OGVs)) qui permettent de redresser l'écoulement des gaz y circulant afin de l'aligner avec l'axe moteur AA, la soufflante 1 produisant un écoulement giratoire. Afin d'améliorer l'efficacité des aubes, les parois du moyeu interne et du carter externe ainsi que les parois des aubes peuvent être rainurées dans le sens d'écoulement du fluide. Ces rainures peuvent avoir plusieurs formes. La forme, l'alignement avec l'écoulement, la taille et notamment l'espacement de ces rainures influent directement sur l'écoulement et sur le gain de rendement escompté du turboréacteur. Un problème est que les rainures vont être fortement soumises à l'érosion mais également à l'encrassement. En outre, lors du fonctionnement en vol d'un turboréacteur, une couche de glace ou de givre peut se former sur les ailes, les entrées d'air des moteurs ou les capteurs de mesure de débit d'air. La présence de glace nuit à la sécurité et la performance des aéronefs. Le givrage en vol intervient le plus souvent durant la phase d'atterrissage, sous certaines conditions climatiques entre 3000 m et 6000 m. L'aéronef peut alors être soumis à l'impact de, selon la terminologie anglaise, « ice aystals» (cristaux de glace) et/ou de gouttes d'eau en surfusion (eau liquide dont la température est inférieure à 0°C). Ces 3050435 2 gouttelettes de taille comprise entre 0 et 500 pm percutent la surface froide de l'avion causant l'accumulation dangereuse de glace. Les conséquences du givrage sur un moteur peuvent être nombreuses : obstructions des entrées d'air qui entraînent une perte de puissance, ingestion de glace, givrage au 5 niveau des aubes et du rotor qui entraîne une altération de la capacité d'autorotation voire un arrêt ou une surconsommation du carburant. En outre, la présence de glace entraîne une modification du profil aérodynamique et donc une réduction dangereuse de portance. Afin de limiter la présence de glace on connait des solutions consistant à recouvrir 10 des parties du système de propulsion qui peuvent être soumises au givre d'un revêtement glaciophobe (voir le document EP 2 431 276) qui peut être soumis à des vibrations afin de faciliter le détachement de la glace (voir le document FR 2 998 921). Ces solutions ne permettent pas forcément de limiter la formation de glace et la mise en vibration est complexe à mettre en oeuvre et ne sont pas compatibles avec les 15 rainures utilisées pour améliorer les performances aérodynamiques. Il faut en effet prévoir deux solutions distinctes. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est d'améliorer les performances aérodynamiques d'un aéronef par 20 l'utilisation de rainures tout en permettant de limiter la formation de givre sur des organes d'un système de propulsion. A cet effet, l'invention propose un système de propulsion d'un aéronef comportant au moins un organe en contact avec un écoulement turbulent d'un flux, caractérisée en ce que ledit organe est recouvert, au moins partiellement d'une structure piézoélectrique telle 25 qu'un film piézoélectrique, ladite structure comprenant une structure rainurées comprenant une succession de rainures, en contact avec l'écoulement du flux, les rainures s'étendant dans le sens d'écoulement du flux, la structure rainurée comprenant au moins un paramètre géométrique configuré pour s'adapter en fonction d'au moins un paramètre de l'écoulement de flux et/ou d'un point de fonctionnement du système de propulsion et/ou un régime 30 moteur du système de propulsion. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - la structure rainurée est constituée par un film piézoélectrique ; - le film piézoélectrique est du type polymère électroactif choisi dans le groupe suivant : PVDF, PVF2, PVF2-TFE, PMMA ou une céramique PZT ; 3050435 3 - la structure comprend en outre une unité de polarisation du film au moyen d'une source de tension alternative et des électrodes conductrices ou semi-conductrices placées en contact avec le film ; - la hauteur des rainures est comprise entre 10 µm et 100 µm ; 5 - un point fonctionnement du système de propulsion est : parking, shop-visit, croisière, épisode givrant. L'invention concerne également un aéronef comprenant un système de propulsion selon l'invention. Plus précisément, l'invention concerne un aéronef comprenant un élément exposé à l'écoulement de l'air. 10 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 15 - la figure 1 illustre une vue d'ensemble d'un système de propulsion d'un aéronef ; - la figure 2 illustre une vue détaillée de la figure 1 ; - la figure 3 illustre une structure piézoélectrique selon l'invention ; - les figures 4a à 4d illustrent des exemples de rainures. Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. 20 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 2 illustre une vue détaillée de la figure 1 comprenant un ensemble de circulation d'un écoulement d'un flux dans lequel, un ou plusieurs organes peuvent être recouvert au moins partiellement d'une structure d'une structure S comprenant une structure rainurée 5, 25 6, 7 comprenant une succession de rainures, en contact avec l'écoulement du flux, les rainures s'étendant longitudinalement dans le sens d'écoulement du flux. La structure rainurée 5, 6, 7 est de préférence disposée sur la soufflante carénée 1 (référence 5) et/ou sur la paroi externe du moyeu interne (référence 6) et/ou sur l'aube à géométrie variable (référence 7). 30 La figure 3 illustre une structure S comprenant une structure rainurée parcourue par un écoulement d'un flux (flèche sur la figure 3). Les rainures peuvent prendre plusieurs formes : créneau (figure 4a), parabolique (figure 4b), triangulaire (figure 4c), trapézoïdal (figure 4d). Dans le cas de rainures de forme parabolique, c'est la partie concave qui est en 35 contact avec le flux. 3050435 4 Dans le cas de rainures de forme trapézoïdale, la petite base est en contact avec la paroi du canal tandis que la grande base du trapèze est supprimée. La structure rainurée peut avantageusement être constituée de rainures de différentes formes. 5 La structure rainurée est en particulier configurée pour s'adapter en fonction d'au moins un paramètre d'écoulement de flux et/ou d'un point de fonctionnement du système de propulsion et/ou un régime moteur du système de propulsion. La structure peut en ainsi se rétracter afin de permettre un détachement de glace (système anti-givrant). En outre elle permet de limiter l'encrassement des rainures pour 10 augmenter la durée du gain initial (exemples : facilité de nettoyage au sol et nettoyage en vol sous l'effet du flux en contact avec la structure). Un paramètre géométrique est, selon la forme de la rainure : la hauteur h, l'espacement s entre deux sommets, la largeur w intermédiaire dans le cas de créneaux (voir la figure 4a). 15 Un paramètre de flux est la pression du flux, la température du flux, la vitesse du flux, l'orientation du flux. La structure rainurée est de préférence constituée par un film en céramique PZT ou en polymère électroactif qui permet de moduler la profondeur des rainures selon un point de fonctionnement et/ou le régime moteur. Un polymère électroactif est un polymère dont la 20 forme et la taille changent lorsqu'il est stimulé par un champ électrique. En fonction de l'impulsion électrique envoyée, la déformation va être plus ou moins grande. Ainsi, la rugosité sera plus ou moins importante en fonction de l'impulsion envoyée. Pour ajuster les rainures, la structure S comprend une unité P de polarisation avec une source de tension alternative et des électrodes conductrices ou semi-conductrices 25 placées en contact avec le film. L'unité P de polarisation est couplée éventuellement à une unité A d'acquisition configurée pour acquérir des paramètres d'écoulement du flux. L'amplitude de la vibration envoyée pour la source de tension va déformer le film de manière longitudinale et/ou transversale. En fonction de la puissance envoyée, la déformation sera plus ou moins importante donnant ainsi la profondeur des rainures ou la 30 rugosité souhaitée. Ainsi, selon le flux aérodynamique auquel est soumise la surface mouillée, il est possible d'ajuster la forme et la profondeur des rainures de la structure pour obtenir la traînée minimale et par la même, le meilleur rendement du système de propulsion. Les rainures sont très sensibles à l'érosion (sable, pluie...). L'érosion vient endommager leur 35 structure (par exemple, le sommet du pic pour une forme triangulaire) entrainant une perte 3050435 5 d'efficacité (épaisseur de la couche d'écoulement laminaire c'est-à-dire la capacité à éloigner la couche d'écoulement turbulent, régularité des tourbillons entre deux rainures voisines,...) et donc une perte des performances aérodynamiques. L'efficacité des rainures est donc dépendante de sa forme et ainsi, il est nécessaire 5 d'utiliser des matériaux tolérants aux différentes agressions. L'utilisation d'un film piézoélectrique permet de diminuer l'effet de l'érosion puisque on peut ajuster la mise en forme des rainures à certains cycles moteurs sur lesquels le gain est particulièrement important et non plus systématiquement sur la totalité du temps de vol. En outre, les rainures sont également très sensibles à l'encrassement. En effet, elles 10 peuvent présenter des creux en V avec des angles aigus pouvant rapidement être comblés par de la poussière, de la glace ou de la graisse. Ceci est particulièrement vrai en environnement moteur. L'utilisation d'un film piézoélectrique permet alors de rentrer les rainures d'une phase de vol « parking » et en « shop-visit » afin de faciliter le nettoyage des surfaces par 15 jet d'eau par exemple. Les rainures pourraient également être rétractés au cours d'une phase de vol « croisière » afin de laisser la puissance du flux d'air emporter tout ou partie des amas. Les rainures peuvent être comprises entre 1 pm et 50 pm de profondeur h en fonction de la géométrie de la surface traitée et de la performance aérodynamique 20 souhaitée. Pour les formes triangulaires, l'angle varie entre 15 et 60° et pour toutes les formes (créneaux, triangulaires, gorge en U), la hauteur pic à pic varie de 20 à 100 pm avec une hauteur de pic comprise entre 10 et 100 pm. De manière avantageuse, pour empêcher la formation de la glace ou permettre son détachement les rainures peuvent être dimensionnées de manière à ce que la structure S 25 présente une rugosité comprise entre 1 et 2,2 pm. Dans ce cas, les rainures seront dimensionnées de manière adaptée durant un épisode givrant. En effet, en phase de vol du givre peut se déposer à divers endroits : sur les entrées d'air (G1, G2), et/ou sur la soufflante carénée 1 (G3) et/ou sur les aubes à géométries fixes 4 (G4) (voir les figures 1 et 2). 30 Le film électroactif doit donc posséder des propriétés de résistance à l'érosion mais également des propriétés hydrophobes pour améliorer l'anti-adhérence de la glace à son contact. Aussi, de préférence il s'agit d'un polymère type PVDF hydrophobe ou PVF2, PVF2- TFE, PMMA, tous avec des propriétés d'hydrophobicité ou sur une céramique PZT (titano- 3050435 6 zirconate de plomb) de formule chimique Pb(Zr'Tii_x)03 qui se présente en film mince ou gel polymérisé. Plusieurs compositions sont possibles en faisant varier le taux Zr/Ti. La structure rainurée est avantageusement obtenue par un rainurage d'une paroi de l'organe soumise à un écoulement turbulent. Les rainures peuvent être obtenues en faisant 5 de la texturation de surface sur métallique ou polymère ou céramique avec un laser ou par dépôt de couches métalliques ou en utilisant un masque pour imprimer le motif sur le polymère ou céramique. 10 REVENDICATIONS1. Système de propulsion d'un aéronef comportant au moins un organe (1, 3, 4, 8) en contact avec un écoulement turbulent d'un flux (F), caractérisée en ce que ledit organe est recouvert, au moins partiellement d'une structure (S) piézoélectrique telle qu'un film piézoélectrique, ladite structure (S) comprenant une structure (5, 6, 7,9) rainurées comprenant une succession de rainures, en contact avec l'écoulement du flux, les rainures s'étendant dans le sens d'écoulement du flux, la structure rainurée comprenant au moins un paramètre géométrique (h, s, w) configuré pour s'adapter en fonction d'au moins un paramètre de l'écoulement de flux et/ou d'un point de fonctionnement du système de propulsion et/ou un régime moteur du système de propulsion. 2. Système de propulsion selon la revendication 1, dans lequel la structure rainurée est constituée par un film piézoélectrique. 3. Système de propulsion selon la revendication 2, dans lequel le film piézoélectrique est du type polymère électroactif choisi dans le groupe suivant : PVDF, PVF2, PVF2-TFE, PMMA ou une céramique PZT. 4. Système de propulsion selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel la structure comprend en outre une unité (P) de polarisation du film au moyen d'une source de tension alternative et des électrodes conductrices ou semi-conductrices placées en contact avec le film. 5. Système de propulsion selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la hauteur (h) des rainures est comprise entre 10 jam et 100 gn. 6. Système de propulsion selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un point 30 fonctionnement du système de propulsion est : parking, shop-visit, croisière, épisode givrant. 25 7. Aéronef comprenant un système de propulsion selon l'une des revendications 1 à 6.