Brevet FR3082828A1 — publié le 20191227

SYSTEME PROPULSIF ARRIERE POUR AERONEF DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR La présente invention concerne un aéronef et plus particulièrement, un système propulsif arrière destiné à être monté à une pointe arrière d'un aéronef afin d'ingérer une couche limite de l'aéronef. De manière connue un aéronef s'étend longitudinalement selon un axe et comporte des ailes latérales sur lesquelles sont montés des moteurs de propulsion. Afin d'augmenter l'efficacité de propulsion d'un aéronef, il est connu de monter un système propulsif arrière à une pointe arrière d'un aéronef afin d'ingérer un flux d'air de la couche limite de l'aéronef. Pour rappel, la couche limite est formée à la surface du fuselage. Dans une couche limite, la vitesse maximale du flux d'air est égale à 99% de la vitesse libre. Par conséquent, le flux d'air de la couche limite se déplace plus lentement que le flux d'air libre. Ainsi, lorsqu'un système propulsif arrière est configuré pour ingérer le flux d'air de la couche limite, le système propulsif arrière génère un flux d'air avec une vitesse d'échappement plus faible que les moteurs de propulsion placés sous les ailes de l'aéronef et configurés pour absorber le flux d'air libre, ce qui augmente l'efficacité du système propulsif arrière. De plus, un système propulsif arrière augmente l'encombrement radial de la pointe arrière de l'aéronef, ce qui présente un inconvénient. Comme illustré aux figures 1 et 2, un aéronef 1 comporte un fuselage 10 s'étendant longitudinalement d'arrière en avant selon un axe longitudinal X. Le fuselage 10 comporte, à son extrémité arrière, une pointe arrière 11 sur laquelle est monté de manière périphérique un système propulsif arrière 2 configuré pour ingérer la couche limite circulant sur le fuselage 10 d'avant en arrière. De manière connue, le fuselage 10 comporte une dérive supérieure 12 positionnée en avant du système propulsif arrière 2. De manière connue, en référence aux figures 2 et 3, le système propulsif arrière 2 comporte un carter périphérique intérieur 21 fixé à la pointe arrière 11 et un carter périphérique extérieur 22, de manière à délimiter une veine d'air V entre le carter périphérique intérieur 21 et le carter périphérique extérieur 22. Le système propulsif arrière 2 comporte en outre une pluralité de soufflantes mobiles carénées 3 de dimensions identiques réparties de manière périphérique dans la veine d'air annulaire V afin d'accélérer le flux d'air de la couche limite. 2 En pratique, l'encombrement de la partie inférieure du système propulsif arrière 2 est problématique lors du décollage de l'aéronef 1. En effet, si la partie inférieure s'étend de manière importante en saillie vers le bas, celle-ci serait susceptible d'entrer en contact avec la piste de décollage de l'aéronef 1 lors du décollage. Aussi, en fonction d'un angle de décollage 5 prédéterminé a, il est défini une hauteur de garde H par rapport au sol S au-dessous de laquelle aucune partie de l'aéronef 1 ne doit s'étendre. Afin de répondre à la contrainte de la hauteur de garde H, une solution immédiate serait de diminuer l'épaisseur radiale de la veine d'air V du système propulsif arrière 2 et de prévoir un 10 grand nombre de soufflantes 3 de dimensions réduites. Néanmoins, une telle modification impacte de manière négative l'efficacité propulsive du système propulsif arrière 2 et ne peut pas être retenue. L'invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un nouveau système 15 propulsif arrière respectant la hauteur de garde tout en ayant une efficacité propulsive importante. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un système propulsif arrière pour aéronef configuré pour ingérer 20 une couche limite dudit aéronef, le système propulsif arrière s'étendant longitudinalement selon un axe X, le système propulsif arrière comportant un carter périphérique intérieur, un carter périphérique extérieur, une veine d'air délimitée entre le carter périphérique intérieur et le carter périphérique extérieur et une pluralité de soufflantes mobiles carénées montées dans la veine d'air. 25 L'invention est remarquable en ce que la veine d'air comporte une partie inférieure ayant une dimension radiale R1 et une partie supérieure ayant une dimension radiale R2 supérieure à la dimension radiale R1, la partie inférieure comportant au moins une soufflante mobile carénée ayant un diamètre D1, la partie supérieure comportant au moins une soufflante mobile carénée 30 ayant un diamètre D2 supérieur au diamètre Dl. Grâce à l'invention, la veine d'air ne possède pas une épaisseur constante mais une épaisseur réduite en partie inférieure afin de tenir compte de la garde au sol. De manière avantageuse, le diamètre des soufflantes mobiles est adapté afin de permettre de maximiser la poussée tout en 3 tenant compte de l'épaisseur de la veine d'air. Ainsi, la poussée fournie par le système propulsif arrière est optimale. De manière préférée, la partie inférieure de la veine d'air comporte au moins un éjecteur d'air 5 inférieur dépourvu de soufflante mobile. Un tel éjecteur d'air inférieur permet de conduire de l'air dans une portion étroite de la veine d'air afin d'être accéléré en aval par les flux d'air accélérés par les autres soufflantes mobiles carénées situées de manière adjacente à l'éjecteur d'air inférieur. Ainsi, la couche limite périphérique peut traverser la veine d'air. Un tel éjecteur d'air inférieur permet de réduire la tramée, d'uniformiser l'écoulement en aval (uniformisation du 10 gradient de vitesse) et de réduire le bruit de jet. Un tel éjecteur d'air inférieur est avantageux par comparaison à des soufflantes mobiles de faible diamètre dont la masse est importante au regard d'un rendement faible. En outre, cela réduit le risque d'ingestion de débris ou d'oiseaux lors du décollage et, par voie de conséquence, le risque de panne. 15 De manière préférée, la soufflante mobile carénée de la partie inférieure située de manière adjacente à l'éjecteur d'air inférieur possède une puissance supérieure à la soufflante mobile carénée de la partie supérieure. Ainsi, la soufflante mobile carénée de la partie inférieure permet de participer à l'accélération en aval du flux d'air ayant traversé l'éjecteur d'air inférieur. La soufflante mobile carénée permet de compenser le défaut d'accélération de l'éjecteur d'air pour 20 fournir une poussée périphérique sensiblement homogène. De préférence, l'éjecteur d'air inférieur s'étend sur une plage angulaire [31 comprise entre 60 et 1200. Une telle plage angulaire permet avantageusement de tenir compte de la hauteur de garde sans affecter de manière trop importante la poussée. 25 Selon un aspect préféré, la veine d'air comporte au moins une partie latérale ayant une dimension radiale R3 supérieure à la dimension radiale R1, la partie latérale comportant au moins une soufflante mobile carénée ayant un diamètre D3 supérieur au diamètre Dl. La soufflante mobile carénée peut avantageusement avoir des dimensions élevées étant donné qu'elle ne doit pas 30 respecter de contrainte de garde au sol. De préférence, la partie supérieure de la veine d'air comporte au moins un éjecteur d'air supérieur dépourvu de soufflante mobile. Un tel éjecteur d'air supérieur permet de conduire de l'air dans une portion étroite de la veine d'air afin d'être accéléré en aval par les flux d'air accélérés par les 35 autres soufflantes mobiles carénées situées de manière adjacente à l'éjecteur d'air supérieur. 4 Ainsi, la couche limite périphérique peut traverser la veine d'air. Un tel éjecteur d'air supérieur permet de réduire la tramée, d'uniformiser l'écoulement en aval (uniformisation du gradient de vitesse) et de réduire le bruit de jet. 5 De manière préférée, la soufflante mobile carénée de la partie supérieure, située de manière adjacente à éjecteur d'air supérieur, possède une puissance supérieure à la soufflante mobile carénée de la partie latérale. Ainsi, la soufflante mobile carénée de la partie supérieure permet de participer à l'accélération en aval du flux d'air ayant traversé l'éjecteur d'air supérieur. La soufflante mobile carénée permet de compenser le défaut d'accélération de l'éjecteur d'air pour 10 fournir une poussée périphérique sensiblement homogène. De manière préférée, l'éjecteur d'air supérieur s'étend sur une plage angulaire comprise entre 30 et 600. Une telle plage angulaire permet avantageusement de tenir compte des perturbations de la couche limite par une dérive supérieure sans affecter de manière trop importante la poussée. 15 Selon un aspect, la partie inférieure de la veine d'air comporte deux soufflantes mobiles carénées. Une telle partie inférieure assure une poussée symétrique malgré une épaisseur radiale faible dans la partie inférieure. 20 Selon un autre aspect, la partie supérieure de la veine d'air comporte deux ou trois soufflantes mobiles carénées. L'invention concerne également un aéronef s'étendant longitudinalement selon un axe X et comportant une pointe arrière sur laquelle circule une couche limite et au moins un système 25 propulsif arrière, tel que présenté précédemment, monté à la périphérie de la pointe arrière et configuré pour ingérer la couche limite dudit aéronef. Un tel aéronef permet d'exploiter de manière efficace sa couche limite. 30 De préférence, l'aéronef comprend au moins une dérive supérieure positionnée en avant du système propulsif arrière, le système propulsif arrière comporte au moins un éjecteur d'air supérieur, dépourvu de soufflante mobile, qui est aligné avec la dérive supérieure selon l'axe X. Un tel éjecteur d'air supérieur est avantageux car il permet d'éviter une poussée inefficace du fait de la présence de la couche limite dans l'alignement de la dérive supérieure. 35 5 PRESENTATION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 est une représentation schématique d'un aéronef avec un système propulsif arrière selon l'art antérieur, - la figure 2 est une représentation schématique en perspective d'un aéronef avec un système propulsif arrière selon l'art antérieur comprenant plusieurs soufflantes mobiles carénées, 10 - la figure 3 est une représentation schématique en coupe transversale du système propulsif arrière de la figure 2, - la figure 4 est une représentation schématique d'un aéronef avec un système propulsif arrière selon l'invention, - la figure 5 est une représentation schématique en coupe transversale d'un système 15 propulsif arrière selon une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une représentation schématique en coupe W-W de la veine d'air du système propulsif arrière de la figure 5, - la figure 7 est une représentation schématique en coupe transversale d'un système propulsif arrière selon une deuxième forme de réalisation de l'invention et 20 - la figure 8 est une représentation schématique en coupe transversale de l'écoulement d'air au niveau d'une pointe arrière d'un aéronef vu par le système propulsif arrière. Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. 25 DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE En référence à la figure 4, il est représenté un aéronef 1 comportant un fuselage 10 s'étendant longitudinalement d'arrière en avant selon un axe longitudinal X. Le fuselage 10 comporte, à son 30 extrémité arrière, une pointe arrière 11 sur laquelle est monté de manière périphérique un système propulsif arrière 4 selon l'invention. Le système propulsif arrière 4 est configuré pour ingérer une couche limite circulant d'avant en arrière sur le fuselage 10 et, notamment, sur la pointe arrière 11. De manière connue, le fuselage 10 comporte une dérive supérieure 12 positionnée en avant du système propulsif arrière 4. 35 6 Comme présenté précédemment, l'encombrement de la partie inférieure du système propulsif arrière 4 est problématique lors du décollage de l'aéronef 1. En effet, si la partie inférieure s'étend de manière importante en saillie vers le bas, celle-ci serait susceptible d'entrer en contact avec la piste de décollage de l'aéronef 1 lors du décollage. Aussi, en fonction d'un angle de décollage 5 prédéterminé a, il est défini une hauteur de garde H par rapport au sol S au-dessous de laquelle aucune partie de l'aéronef ne doit s'étendre. Comme illustré à la figure 5, le système propulsif arrière 4 comporte un carter périphérique intérieur 41, un carter périphérique extérieur 42, une veine d'air V délimitée entre le carter 10 périphérique intérieur 41 et le carter périphérique extérieur 42 et une pluralité de soufflantes mobiles carénées 51, 52, 53 montées dans la veine d'air V. Dans cet exemple, le carter périphérique intérieur 41 possède une section sensiblement circulaire adaptée pour être monté sur la pointe arrière 11 de l'aéronef 1 de manière à s'étendre dans la 15 continuité du fuselage 10 afin de capter le flux d'air de la couche limite. De manière préférée, le carter périphérique intérieur 41 est intégré à la pointe arrière ii de l'aéronef 1. Comme illustré à la figure 5, la veine d'air V est périphérique et comporte une partie inférieure V1, une partie supérieure V2 et deux parties latérales V3. La veine d'air V possède une dimension 20 radiale définie dans le plan transversal, c'est-à-dire, une épaisseur. Contrairement à l'art antérieur, cette dimension radiale n'est pas constante à la périphérie de manière à tenir compte de la hauteur de garde H. En référence à la figure 5, la partie inférieure V1 de la veine d'air V s'étend sur une plage angulaire ei comprise entre 1200 et 140°, la partie supérieure V2 de la veine d'air V s'étend sur une plage angulaire 62 comprise entre 120° et 140° et chaque partie 25 latérale V3 de la veine d'air V s'étend sur une plage angulaire 63 comprise entre 40° et 60°. La partie inférieure V1, la partie supérieure V2 et chaque partie latérale V3 de la veine d'air V possèdent respectivement des épaisseurs radiales R1, R2, R3. Dans cet exemple, les épaisseurs radiales R2, R3 sont supérieures à l'épaisseur radiale R1 de la partie inférieure V1 de la veine 30 d'air V afin de réduire la dimension verticale du système propulsif arrière 4. De manière préférée, l'épaisseur radiale minimale R1 est inférieure d'au moins 15% à l'épaisseur radiale maximale R2. Autrement dit, comme illustré à la figure 5, le carter périphérique extérieur 42 possède une portion inférieure sensiblement aplatie afin de tenir compte de la hauteur de garde H. 7 Dans cet exemple, la partie supérieure V2 et chaque partie latérale V3 de la veine d'air V possèdent des épaisseurs radiales R2, R3. Autrement dit, dans cette forme de réalisation, il pourrait être considéré que chaque partie latérale V3 est intégrée à une partie supérieure globale V2 dont la plage angulaire est comprise entre 120° et 140°. 5 Selon l'invention, le système propulsif arrière 4 comporte une pluralité de soufflantes mobiles carénées 51, 52, 53 montées dans la veine d'air V. Une soufflante mobile carénée comporte de manière connue une roue comportant des aubes qui est montée mobile en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe X et logée dans un carter, de préférence, cylindrique. Une telle soufflante 10 mobile carénée permet de guider un flux d'air et de l'accélérer. De manière préférée, les carters des soufflantes mobiles carénées 51, 52, 53 sont reliés ensemble. De manière préférée, le système propulsif arrière 4 possède une symétrie d'axe vertical de manière à fournir une poussée équilibrée et symétrique. Dans cette première forme de réalisation, 15 en référence à la figure 5, la partie inférieure V1 comporte deux soufflantes mobiles carénées 51 ayant un diamètre D1, la partie supérieure V2 comporte trois soufflantes mobiles carénées 52 ayant un diamètre D2 et chaque partie latérale V3 comporte une soufflante mobile carénée 53 ayant un diamètre D3. Les soufflantes mobiles carénées 51, 52, 53 sont adjacentes de manière à maximiser l'accélération du flux d'air de la couche limite. 20 En référence à la figure 5, les soufflantes mobiles carénées 52 de la partie supérieure V2 de la veine d'air V possèdent un diamètre D2 supérieur au diamètre D1 des soufflantes mobiles carénées 51 de la partie inférieure V1 de la veine d'air V. Autrement dit, le diamètre D1, D2 des soufflantes mobiles carénées 51, 52 est adapté à l'épaisseur radiale de la partie de la veine d'air 25 V dans laquelle les soufflantes mobiles carénées 51, 52 sont logées. Autrement dit, le flux d'air de la couche limite est utilisé de manière optimale pour améliorer la poussée tout en tenant compte de la hauteur de garde H. Dans cet exemple, la partie supérieure V2 et chaque partie latérale V3 de la veine d'air V 30 possèdent des soufflantes mobiles carénées 52, 53 ayant un même diamètre D2, D3 étant donné que les épaisseurs radiales R2, R3 sont identiques. De manière préférée, chaque soufflante mobile carénée 51, 52, 53 occupe toute la dimension radiale de la partie de la veine d'air V dans laquelle elle est montée de manière à maximiser la 8 poussée. Autrement dit, les diamètres D1, D2, D3 sont sensiblement égaux aux épaisseurs radiales R1, R2, R3 respectivement comme illustré à la figure 5. De manière préférée, toujours en référence à la figure 5, la partie inférieure V1 de la veine d'air 5 V comporte un éjecteur d'air inférieur 61 dépourvu de soufflante mobile. Dans cet exemple, l'éjecteur d'air inférieur 61 se présente sous la forme d'une portion de la partie inférieure V1 de la veine d'air V qui est vide afin de conduire un flux d'air sans l'accélérer. Un tel éjecteur d'air est connu de l'homme du métier sous la désignation de « trompe à jet ». 10 De manière avantageuse, l'éjecteur d'air inférieur 61 est placé dans la portion de la partie inférieure V1 de la veine d'air V qui est la plus étroite, c'est-à-dire, centrée sur l'axe vertical comme illustré à la figure 5. Dans cet exemple, l'éjecteur d'air inférieur 61 s'étend sur une plage angulaire pl comprise entre 600 et 120° comme illustré à la figure 7. Autrement dit, les soufflantes mobiles carénées Si ne sont pas adjacentes dans la partie inférieure V1 de la veine d'air V mais 15 écartées angulairement. De manière préférée, l'éjecteur d'air inférieur 61 s'étend sur toute l'épaisseur radiale R1 de la partie inférieure V1 de la veine d'air V afin de maximiser la circulation d'air de la couche limite. Un tel éjecteur d'air inférieur 61 est avantageux étant donné qu'il possède une masse limitée tout 20 en permettant une circulation périphérique du flux d'air de la couche limite dans la veine d'air V. La poussée est équilibrée. De manière avantageuse, la puissance propulsive de chaque soufflante mobile carénée Si, 52, 53 peut être adaptée afin d'accélérer plus ou moins la couche limite ingérée. La puissance 25 propulsive peut être adaptée de différentes manières, par exemple, en adaptant la vitesse de rotation de la soufflante, en modifiant l'inclinaison des aubes de la soufflante, etc. Dans cette forme de réalisation, les soufflantes mobiles carénées Si possèdent une puissance propulsive supérieure à la puissance propulsive des soufflantes mobiles carénées 52, 53 de 30 manière à permettre de compenser l'absence d'accélération par l'éjecteur d'air inférieur 61. En référence à la figure 6, il est représenté une vue en coupe VV-W du système propulsif arrière 4 de la figure 5. Lorsque la couche limite est ingérée par le système propulsif arrière 2, les soufflantes mobiles carénées 52, 53 de la partie supérieure V2 et des parties latérales V3 de la veine d'air V sont entrainées en rotation pour fournir une poussée de référence (symbolisée par le symbole 35 « + » sur la figure 6). Les soufflantes mobiles carénées Si de la partie inférieure V1 de la veine 9 d'air V sont entrainées en rotation pour fournir une poussée (symbolisée par le symbole « ++ » sur la figure 6) qui est supérieure à la poussée de référence. Une telle sur-poussée est avantageuse car elle permet d'accélérer le flux d'air ayant traversé l'éjecteur d'air inférieur 61 sans fournir de poussée (symbolisée par le symbole «- » sur la figure 6). Ainsi, comme illustré à 5 la figure 6, en arrière du système propulsif arrière 4, la poussée périphérique est sensiblement homogène alors que des soufflantes mobiles carénées ne sont pas présentes dans toute la périphérie de la veine d'air V. Une deuxième forme de réalisation d'un système propulsif arrière 4 est représentée de manière 10 schématique à la figure 7. Par souci de clarté et de concision, la description de la première forme de réalisation de la figure 5 ne sera pas reprise. Les éléments de fonction identique ou analogue possèdent les mêmes références numériques. Seules les différences structurelles et fonctionnelles de la deuxième forme de réalisation de la figure 7 vont être présentées de manière détaillée. 15 Dans cette deuxième forme de réalisation, en référence à la figure 7, la partie supérieure V2 de la veine d'air V comporte un éjecteur d'air supérieur 62 dépourvu de soufflante mobile. Dans cet exemple, l'éjecteur d'air supérieur 62 se présente sous la forme d'une portion de la veine d'air qui est vide afin de conduire un flux d'air sans l'accélérer. De manière avantageuse, l'éjecteur 20 d'air supérieur 62 est placé dans la portion de la partie supérieure V2 de la veine d'air V qui est centrée sur l'axe vertical comme illustré à la figure 7. Un tel éjecteur d'air supérieur 62 est particulièrement avantageux lorsque l'aéronef 1 comprend une dérive supérieure 12 s'étendant en saillie verticale depuis une extrémité supérieure du 25 fuselage 10 comme illustré à la figure 4. En effet, l'éjecteur d'air supérieur 62 est aligné avec la dérive supérieure 12 selon l'axe X et est positionné en arrière de cette dernière. Cela est particulièrement avantageux étant donné que la couche limite n'est pas d'épaisseur constante au centre de la partie supérieure V2 de la veine 30 d'air V, ce qui dégrade l'efficacité propulsive d'une soufflante mobile carénée 52 placée à cet endroit. En référence à la figure 8, il est représenté de manière schématique les flux d'air vus par le système propulsif arrière 4 dans un plan transversal à l'axe X. Une couche limite F1 s'étend à la 35 périphérie de la pointe arrière 11. La couche limite F1 est entourée par un flux d'air libre F2 ayant 10 une vitesse supérieure. Dans une zone de déformation centrale supérieure Z, la couche limite Fi est étirée verticalement vers le haut du fait de la présence de la dérive supérieure 12. Comme indiqué précédemment, une accélération de la couche limite F1 dans la zone de déformation Z n'est pas efficace. Aussi, il est avantageux d'utiliser un éjecteur d'air supérieur 62 de conception 5 simple et peu onéreuse en lieu et place d'une ou plusieurs soufflantes carénées 52 dont le rendement serait faible. Dans cet exemple, l'éjecteur d'air supérieur 62 s'étend sur une plage angulaire p2 comprise entre 30° et 60° comme illustré à la figure 7. Autrement dit, les soufflantes mobiles carénées 52 ne sont 10 pas adjacentes dans la partie supérieure V2 de la veine d'air V mais écartées angulairement. De manière préférée, l'éjecteur d'air supérieur 62 s'étend sur toute l'épaisseur radiale R2 de la partie supérieure V2 de la veine d'air V afin de maximiser la circulation d'air de la couche limite. De manière analogue à précédemment, la puissance propulsive des soufflantes mobiles 15 carénées 52 de la partie supérieure V2 est augmentée par comparaison aux soufflantes mobiles carénées 53 des parties latérales V3 de manière à compenser le défaut d'accélération par l'éjecteur d'air supérieur 62. Grâce à l'invention,