Brevet FR3097898A1 — publié le 20210101

Description Titre de l'invention : DECHARGEMENT D'UNE VEINE D'UN ENSEMBLE PROPULSIF POUR REDUIRE LE BATTEMENT DES AUBES D'UNE SOUFFLANTE Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention concerne un ensemble propulsif d'aéronef, cet ensemble propulsif permettant de décharger une veine afin de réduire le battement des aubes d'une soufflante. Arrière-plan technique [0002] De manière connue, un ensemble propulsif comprend une turbomachine à double flux intégrée dans un carter externe annulaire. La turbomachine comprend par exemple d'amont en aval dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante et un générateur de gaz comportant un ou plusieurs étages de compresseur, basse pression et haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, haute pression puis basse pression, et une tuyère d'échappement. [0003] Un flux primaire s'écoule dans une veine primaire annulaire à l'intérieur du gé- nérateur de gaz. En outre, le générateur de gaz et le carter externe définissent entre eux une veine secondaire annulaire (l'écoulement d'un flux secondaire participant de manière prépondérante à la poussée fournie par l'ensemble propulsif [0004] Lors de certaines phases de vol, notamment au décollage, il a été constaté un battement important des aubes de la soufflante, et autrement dit un mouvement de va-et-vient des aubes néfaste aux performances globales de la soufflante. [0005] Plusieurs causes à l'origine de ce battement ont été identifiées, et notamment le fait que le flux secondaire en aval de la soufflante dans la veine secondaire soit en surpression (et notamment dans une portion angulaire se trouvant entre 22H et 2H par analogie au cadran d'une horloge en se plaçant à l'avant de l'ensemble propulsif [0006] La présente invention a donc pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique permettant de décharger la veine secondaire au niveau de la portion angulaire identifiée lorsque le flux secondaire en aval de la soufflante est en surpression, de manière à réduire le battement des aubes de la soufflante. Résumé de l'invention [0007] L'invention propose à cet effet un ensemble propulsif d'aéronef comportant un gé- nérateur de gaz muni d'une soufflante entouré par un carter externe annulaire, ledit générateur et ledit carter externe définissant entre eux une veine d'écoulement d'un flux d'air, ledit ensemble comprenant en outre un dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef comportant un échangeur de chaleur monté sur ledit carter externe et 2 traversé par un circuit primaire dont l'entrée est reliée à des moyens de prélèvement d'air comprimé dudit générateur et la sortie est reliée à des moyens d'alimentation en air de l'aéronef et par un circuit secondaire dont l'entrée est reliée à des moyens de prélèvement d'air dudit flux d'air et la sortie est reliée à des moyens d'évacuation de l'air prélevé à l'extérieur de l'ensemble propulsif, caractérisé en ce que ledit dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef est configure pour permettre le passage d'air via le circuit secondaire depuis lesdits moyens de prélèvement jusqu'aux moyens d'évacuation de manière à décharger ladite veine lors d'une surpression du flux d'air dans ladite veine en aval de ladite soufflante suivant le sens d'écoulement dudit flux d'air. [0008] La configuration d'un dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef existant de manière à décharger la veine lors d'une suppression du flux d'air en aval de la soufflante afin de réduire le battement des aubes d'une soufflante constitue une solution simple, efficace et économique. [0009] L'ensemble propulsif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des carac- téristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la surpression du flux d'air dans ladite veine est déterminée par au moins un capteur de vibration placé sur un palier de ladite soufflante de l'ensemble propulsif ; - les surpressions du flux d'air dans ladite veine en fonction des phases de vol sont préenregistrées dans une unité de commande de l'ensemble propulsif ; - ledit circuit secondaire comprend une vanne de régulation du débit d'air, ladite vanne étant mise en mouvement par un actionneur connecté à un circuit d'alimentation pneumatique ; - ledit circuit d'alimentation présente en entrée des moyens de piquage sur une canalisation d'air à haute pression raccordée à un compresseur dit haute pression dudit générateur de gaz, ledit circuit d'alimentation comprenant en outre un limiteur de pression ; - lesdits moyens de piquage se trouvent dans une enceinte annulaire définie entre ledit carter externe et une nacelle de l'ensemble propulsif ; - ledit limiteur comprend un piston étanche mobile en translation dans une cavité d'un corps du limiteur de sorte à séparer ladite cavité en une première chambre et une seconde chambre alimentées en air à haute pression via un orifice d'entrée raccordé aux moyens de piquage, ledit air étant respectivement en contact avec une première surface dudit piston dans ladite première chambre et en contact avec une seconde surface dudit piston dans la seconde chambre, ledit limiteur comprenant en outre un orifice de sortie placé dans la seconde chambre et raccordé audit actionneur, ledit limiteur comprenant également un ressort de compression placé dans la seconde 3 chambre, ledit ressort étant déformable suivant le sens de déplacement du piston dans la cavité, ledit limiteur étant. configuré pour occuper les positions suivantes : - une position passive, lorsque la pression de l'air à haute pression est inférieure à une pression prédéterminée, dans laquelle la première surface du piston est en contact avec une première butée sous l'action du ressort, le piston étant écarté dudit orifice de sortie ; - une position active, lorsque la pression de l'air à haute pression est supérieure à ladite pression prédéterminée, dans laquelle la seconde surface du piston est en contact avec une seconde butée, le piston recouvrant partiellement ledit orifice de sortie de manière à ce que ledit air traverse l'orifice de sortie via un passage calibré ; - le piston comprend un premier joint d'étanchéité et un second joint d'étanchéité distants l'un de l'autre, ledit. corps du limiteur comprenant un trou de mise à l'air ambiant débouchant dans la cavité entre lesdits premier et second joints d'étanchéité ; - ladite première butée est un doigt en saillie dans la première chambre et ladite seconde butée est un chanfrein intérieur pratiqué dans la cavité ; - lesdits moyens de prélèvement d'air dudit flux d'air se trouvent entre 22H et 2H par analogie au cadran d'une horloge. Brève description des figures [0010] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture dc la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0011] [fig.1] la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de refroidissement d'air destiné à un aéronef d'un ensemble propulsif selon l'invention ; [0012] [fig.2] la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 ; [0013] [fig.3] la figure 3 est une vue en coupe axiale du dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef dc la figure 1 ; [0014] [fig.4] la figure 4 est une vue schématique du dispositif dc refroidissement d'air destiné à l'aéronef illustrant notamment un circuit d'alimentation pneumatique d'une vanne dudit dispositif ; [0015] [fig.51 la figure 5 est une vue en coupe d'un limiteur du circuit d'alimentation pneumatique dans une position passive ; [0016] [fig.6] la figure 6 est une figure similaire à la figure 5 dans laquelle le limiteur se trouve dans une position active. Description détaillée de l'invention 100171 Sur la figure 1 est représenté un dispositif de refroidissement d'air destiné à un aéronef 1 d'un ensemble propulsif 2 comprenant une turbomachine à double flux intégrée dans un carter externe 3 annulaire. L'ensemble propulsif 2 comporte en outre une nacelle 4 (représentée sur la figure 3) entourant le carter externe 3. [0018] La turbomachine comprend typiquement d'amont en aval dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante et un générateur de gaz comportant un ou plusieurs étages de compresseur, basse pression et haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, haute pression puis basse pression, et une tuyère d'échappement. [0019] Un flux primaire s'écoule dans une veine primaire annulaire à l'intérieur du gé- nérateur de gaz. En outre, le générateur de gaz et le carter externe 3 définissent entre eux une veine secondaire 5 annulaire d'écoulement d'un flux secondaire (représenté sur la figure 3) participant de manière prépondérante à la poussée fournie par l'ensemble propulsif 2. [0020] Le dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef 1 comporte un échangeur de chaleur 6 monté sur le carter externe 3 et placé dans une enceinte 7 annulaire définie entre le carter externe 3 et la nacelle 4. L'échangeur de chaleur 6 est du type « pré-refroidisseur » communément désigné sous le terme anglais « precooler ». [0021] L'échangeur de chaleur 6 est traversé par deux circuits, respectivement primaire et secondaire. Le circuit primaire, aussi appelé circuit chaud, a son entrée reliée par au moins une conduite 8 à des moyens de prélèvement d'air chaud (par exemple 500°C) du générateur de gaz (par exemple au niveau du compresseur), la sortie de cc circuit primaire étant reliée par au moins une autre conduite 9 à des moyens d'alimentation en air chaud (par exemple 200°C) de l'aéronef. [0022] Le circuit secondaire, aussi appelé circuit froid, a son entrée reliée à des moyens de prélèvement d'air 10 du flux secondaire de l'ensemble propulsif 2, la sortie de ce circuit étant reliée à des moyens d'évacuation de l'air 11 à l'extérieur de l'ensemble propulsif 2. [0023] Le dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef 1 est d'une part configuré pour refroidir (via l'échangeur de chaleur 6) l'air chaud prélevé sur le générateur de gaz (via les moyens de prélèvement d'air chaud) de manière à alimenter l'aéronef (via les moyens d'alimentation en air chaud) pour réaliser certaines fonctions, telles que le conditionnement d'air de la cabine de pilotage et de la cabine des passagers ou le dégivrage de certains organes de l'aéronef. [0024] En outre, selon l'invention, le dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef 1 est configuré pour permettre le passage d'air du flux secondaire via le circuit secondaire depuis les moyens de prélèvement 10 jusqu'aux moyens d'évacuation 11 de manière à décharger la veine secondaire 5 lors d'une surpression du flux secondaire dans la veine secondaire 5 en aval de la soufflante. [0025] Selon le mode de réalisation illustré sur les figures et notamment les figures 1 et 3, le circuit primaire traversant l'échangeur de chaleur 6 comprend des moyens de pré- lèvement d'air chaud du générateur de gaz, une conduite 8, un collecteur d'entrée d'air 14 de l'échangeur de chaleur 6, un bloc d'échange de chaleur 13 de l'échangeur de chaleur 6, un collecteur de sortie d'air 15 de l'échangeur de chaleur 6, une conduite 9 et des moyens d'alimentation en air chaud de l'aéronef. Le circuit secondaire traversant l'échangeur de chaleur 6 comprend une écope 10 formant les moyens de prélèvement d'air 10 du flux secondaire, une vanne de régulation du débit d'air 12 circulant dans le circuit secondaire, le bloc d'échange de chaleur 13 de l'échangeur de chaleur 6 et une tuyère 11 formant les moyens d'évacuation de l'air 11 du circuit secondaire. [0026] La vanne 12 est montée directement en aval de l'écope 10. La vanne 12 est com- munément désignée sous l'acronyme anglais FAV pour « Fan Air Vanc ». La vanne 12 comporte deux volets 16 mobiles synchronisés en rotation autour d'axes transversaux par rapport à l'écoulement du flux secondaire dans l'écope 10 depuis une position d'obturation de la section dc passage de la vanne 12 jusqu'à une position de libération de cette section de passage. De manière à synchroniser le mouvement des deux volets 16, la vanne 12 comprend un dispositif dc synchronisation 17 placé sur le côté de l'échangeur de chaleur 6. [0027] La vanne 12 est mise en mouvement par un actionneur pneumatique 18 (ici un vérin pneumatique simple effet 18 avec un rappel par ressort) contrôlé via un préactionneur 19 (ici un moteur couple 19) connecté à un circuit d'alimentation pneumatique. Le dispositif de synchronisation 17 est relié à une tige 21 du vérin 18 via une bielle 22. [0028] Tel qu'illustré sur les figures 1 et 3, le circuit d'alimentation présente en entrée des moyens de piquage 23 sur une canalisation d'air à haute pression 24 (ci-après dénommée canalisation HP 24) raccordée à un compresseur dit haute pression du générateur de gaz. Le circuit d'alimentation comprend en outre un limiteur de pression 25 puis un régulateur de pression 26 suivant le sens de circulation de l'air dans le circuit d'alimentation. [0029] Selon l'exemple illustré, la pression dans la canalisation HP 24 varie entre 28 et 34 bars. Le limiteur 25 est taré pour limiter la pression à 20 bars afin de protéger le régulateur 26, le moteur couple 19 et le vérin 18 simple effet. [0030] L'avantage de venir se piquer sur une canalisation HP 24 est d'accroître les per- formances du vérin 18 telles que la vitesse de sortie de sa tige 21, et autrement dit minimiser le temps nécessaire à l'ouverture des volets 16 ou au réglage des positions angulaires des volets 16. Cette caractéristique est nécessaire pour décharger rapidement et avec précision la veine secondaire 5, et ainsi permettre de réduire efficacement le battement des aubes de la soufflante. [0031] Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, les moyens de piquage 23 se trouvent dans l'enceinte 7. L'air haute pression nécessaire à la mise en mouvement du 6 vérin 18 est prélevé sur une canalisation HP 24 disposée dans l'enceinte 7 et commune à divers organes de l'ensemble propulsif 2. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'implanter par exemple un nouveau conduit dans le bras structural d'un carter intermédiaire pour acheminer de l'air à haute pression jusqu'au carter externe 3 de l'ensemble propulsif 2. [0032] Selon le mode de réalisation illustré sur les figures et notamment les figures 5 et 6, le limiteur 25 comprend un piston 27 cylindrique étanche mobile en translation suivant un axe X dans une cavité 28 de révolution d'axe X d'un corps 29 du limiteur 25. Le piston 27 sépare la cavité 28 en une première chambre 30 et une seconde chambre 31 alimentées en air à haute pression (ci-après dénommé air HP) via un orifice d'entrée 32 raccorde aux moyens de piquage 23. L'air HP est ainsi respectivement en contact avec une première surface S1 du piston 27 dans la première chambre 30 et en contact avec une seconde surface S2 du piston 27 dans la seconde chambre 31. Le limiteur 25 comprend en outre un orifice de sortie 35 placé dans la seconde chambre 31 et raccorde au régulateur de pression 26. Le limiteur 25 comprend également un ressort de compression 36 à spires placé dans la seconde chambre 31, le ressort 36 étant deformable suivant l'axe X. [0033] Le limiteur 25 est configure pour occuper les positions suivantes : - une position passive (figure 5), lorsque la pression de l'air HP est inférieure à une pression prédéterminée (par exemple 20 bars), dans laquelle la première surface Si du piston 27 est en contact avec une première butée 37 sous l'action du ressort 36, le piston 27 étant écarté de l'orifice de sortie 35 ; - une position active (figure 6), lorsque la pression de l'air HP est supérieure à la pression prédéterminée (par exemple 20 bars), dans laquelle la seconde surface S2 du piston 27 est en contact avec une seconde butée 38, le piston 27 recouvrant partiellement l'orifice de sortie 35 de manière à ce que l'air HP traverse l'orifice de sortie 35 via un passage calibré 39. [0034] Plus précisément, le limiteur 25 comprend un conduit d'admission commun 40 (parallèle à l'axe X) alimenté en air HP via l'orifice d'entrée 32, une première branche 41 (perpendiculaire à l'axe X) alimentant la première chambre 30 et une seconde branche 42 (perpendiculaire à l'axe X) alimentant la seconde chambre 31. L'orifice d'entrée 32 est décalé par rapport à l'axe X mais il pourrait être coaxial avec l'axe X. La position des orifices d'entrée 32 et de sortie illustrée sur les figures 5 et 6 n'est en rien limitative. La première surface S1 est supérieure à la seconde surface S2. [0035] Le piston 27 comprend un premier joint torique d'étanchéité 43 et un second joint torique d'étanchéité 44 distants l'un de l'autre, ces joints d'étanchéité 43, 44 assurant l'étanchéité de la première chambre 30 et de la seconde chambre 31. [0036] Le corps 29 du limiteur 25 comprend un trou de mise à l'air ambiant 45 débouchant dans la cavité 28 entre les premier et second joints d'étanchéité 43, 44. 7 [0037] La première butée 37 est un doigt 37 en saillie (centré sur l'axe X) dans la première chambre 30 et la seconde butée 38 est un chanfrein intérieur 38 pratiqué dans la cavité 28. En position active, le chanfrein intérieur 38 est en contact avec un chanfrein extérieur 46 du piston 27 (placé au niveau de la seconde surface S2). Avantageusement, les première et seconde butées 37, 38 sont réglables. [0038] Avantageusement, le ressort 36 comprend des moyens de protection permettant de protéger le ressort des fortes températures. [0039] On note Fr la force de rappel du ressort de compression 36. En position passive, la pression de l'air HP dans le limiteur 25 est inférieure au quotient Fr/(S1-S2) équivalent à la pression de tarage prédéterminée (par exemple 20 bars). En position active, la pression de l'air HP dans le limiteur 25 est supérieure au quotient Fr/(S1-S2). [0040] Un tel limiteur 25 est mécanique et autonome, et autrement dit un tel limiteur 25 n'a pas besoin de moyens de commande. [0041] L'écope 10 est fixée directement sur le carter externe 3 et comprend une entrée com- muniquant avec une ouverture pratiquée dans le carter externe 3. [0042] La tuyère 11 est montée directement en sortie du bloc 13, son entrée débouchant ma- joritairement axialement vers l'amont et sa sortie étant orientée sensiblement radialement vers l'extérieur. [0043] L'écope 10 du circuit secondaire se trouve entre 22H et 2H par analogie au cadran d'une horloge en se plaçant à l'avant de l'ensemble propulsif 2. Avantageusement, sur un ensemble propulsif situé à droite de l'aéronef, l'écope 10 se trouve entre 22 H et 23 H, et sur un ensemble propulsif situé à gauche de l'aéronef, l'écope 10 se trouve entre 1 H et 2 H. [0044] Le dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef 1, et notamment le moteur couple 19 de la vanne 12 est piloté par une unité de commande 47. [0045] La surpression du flux secondaire dans la veine secondaire 5 peut être déterminée par au moins un capteur de vibration placé sur un palier de la soufflante de l'ensemble propulsif 2 et relié à l'unité de commande 47. [0046] Les surpressions du flux secondaire dans la veine secondaire 5 en fonction des phases de vol (décollage, croisière, atterrissage) peuvent être préenregistrées dans l'unité de commande 47. Ces données peuvent être par exemple obtenues via une analyse numérique, des tests sur banc d'essai ou en vol. 8 REVENDICATIONS[Revendication I] Ensemble propulsif (2) d'aéronef comportant un générateur de gaz muni d'une soufflante entouré par un carter externe (3) annulaire, ledit générateur et ledit carter externe (3) définissant entre eux une veine d'écoulement (5) d'un flux d'air, ledit ensemble (2) comprenant en outre un dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef (1) comportant un échangeur dc chaleur (6) monté sur ledit carter externe (3) et traversé par un circuit primaire dont l'entrée est reliée à des moyens de prélèvement d'air comprimé dudit générateur et la sortie est reliée à des moyens d'alimentation en air de l'aéronef et par un circuit secondaire dont l'entrée est reliée à des moyens de prélèvement d'air (10) dudit flux d'air et la sortie est reliée à des moyens d'évacuation de l'air prélevé (11) à l'extérieur de l'ensemble propulsif (2), caractérisé en ce que ledit dispositif de refroidissement d'air destiné à l'aéronef (1) est configuré pour permettre le passage d'air via le circuit secondaire depuis lesdits moyens de prélèvement (10) jusqu'aux moyens d'évacuation (11) de manière à décharger ladite veine (5) lors d'une surpression du flux d'air dans ladite veine (5) en aval de ladite soufflante suivant le sens d'écoulement dudit flux d'air. [Revendication 2] Ensemble propulsif (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surpression du flux d'air dans ladite veine (5) est déterminée par au moins un capteur de vibration placé sur un palier de ladite soufflante de l'ensemble propulsif (2). [Revendication 3] Ensemble propulsif (2) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les surpressions du flux d'air dans ladite veine (5) en fonction des phases de vol sont préenregistrées dans une unité de commande (47) de l'ensemble propulsif (2). [Revendication 4] Ensemble propulsif (2) selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que ledit circuit secondaire comprend une vanne de régulation du débit d'air (12), ladite vanne (12) étant mise en mouvement par un actionneur (18) connecté à un circuit. d'alimentation pneumatique. [Revendication 5] Ensemble propulsif (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit d'alimentation pneumatique présente en entrée des moyens de piquage (23) sur une canalisation d'air à haute pression (24) raccordée à un compresseur dit haute pression dudit générateur de gaz, ledit circuit d'alimentation comprenant en outre un limiteur de pression 9 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] (25). Ensemble propulsif selon la revendication 5, caractérise en ce que lesdits moyens de piquage (23) se trouvent dans une enceinte (7) annulaire définie entre ledit carter externe (3) et une nacelle (4) de l'ensemble propulsif (2). Ensemble propulsif (2) selon l'une des revendications 5 à 6, caractérise en ce que ledit limiteur (25) comprend un piston (27) étanche mobile en translation dans une cavité (28) d'un corps (29) du limiteur (25) de sorte à séparer ladite cavité (28) en une première chambre (30) et une seconde chambre (31) alimentées en air à haute pression via un orifice d'entrée (32) raccorde aux moyens de piquage (23), ledit air étant respectivement en contact avec une première surface (S1) dudit piston (27) dans ladite première chambre (30) et en contact avec une seconde surface (S2) dudit piston (27) dans la seconde chambre (31), ledit limiteur (25) comprenant en outre un orifice de sortie (35) place dans la seconde chambre (31) et raccorde audit actionneur (18), ledit limiteur (25) comprenant également un ressort de compression (36) place dans la seconde chambre (31), ledit ressort (36) étant deformable suivant le sens de déplacement du piston (27) dans la cavité (28), ledit limiteur (25) étant configure pour occuper les positions suivantes : - une position passive, lorsque la pression de l'air à haute pression est inférieure à une pression prédétemilnée, dans laquelle la première surface (SI) du piston (27) est en contact avec une première butée (37) sous l'action du ressort (36), le piston (27) étant écarté dudit orifice de sortie (35) ; - une position active, lorsque la pression de l'air à haute pression est supérieure à ladite pression prédéterminée, dans laquelle la seconde (S2) surface du piston (27) est en contact avec une seconde butée (38), le piston (27) recouvrant partiellement ledit orifice de sortie(35) de manière à ce que ledit air traverse l'orifice de sortie (35) via un passage calibré (39). Ensemble propulsif (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le piston (27) comprend un premier joint d'étanchéité (43) et un second joint d'étanchéité (44) distants l'un de l'autre, ledit corps (29) du limiteur (25) comprenant un trou de mise à l'air ambiant (45) débouchant dans la cavité (28) entre lesdits premier et second joints d'étanchéité (43, 44). Ensemble propulsif (2) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé 10 en ce que ladite première butée (37) est un doigt (37) en saillie dans la première chambre (30) et ladite seconde butée (38) est un chanfrein intérieur (38) pratiqué dans la cavité (28). [Revendication 10] Ensemble propulsif (2) selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que lesdits moyens de prélèvement d'air (10) dudit flux d'air se trouvent entre 22H et 2H par analogie au cadran d'une horloge.