Brevet FR3093079A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Dispositif de dégivrage pour une entrée d'air d'une nacelle de turboréacteur d'aéronef Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des turboréacteurs d'aéronef et vise plus particulièrement un dispositif de dégivrage d'une entrée d'air d'une nacelle d'un turboréacteur d'aéronef. Technique antérieure [0002] De manière connue, un aéronef comporte un ou plusieurs turboréacteurs pour permettre sa propulsion par accélération d'un flux d'air qui circule d'amont en aval dans le turboréacteur. [0003] En référence à la figure 1, il est représenté un turboréacteur 100 s'étendant selon un axe X et comportant une soufflante 101 montée rotative autour de l'axe X dans une nacelle comportant une virole extérieure 102 afin d'accélérer un flux d'air F d'amont vers l'aval. Par la suite, les termes amont et aval sont définis par rapport à la circulation du flux d'air F. Le turboréacteur 100 comporte à son extrémité amont une entrée d'air 200 comportant une cavité 204, s'étendant de manière annulaire autour de l'axe X, qui comporte une paroi intérieure 201 tournée vers l'axe X et une paroi extérieure 202 qui est opposée à la paroi intérieure 201, les parois 201,202 sont reliées par un bord d'attaque 203 également appelé « lèvre de l'entrée d'air » Ainsi, l'entrée d'air 200 permet de séparer le flux d'air entrant F en un flux d'air intérieur FINT guidé par la paroi intérieure 201 et un flux d'air extérieur FEXT guidé par la paroi extérieure 202. Par la suite, les termes intérieur et extérieur sont définis radialement par rapport à l'axe X du turboréacteur 100. [0004] De manière connue, lors du vol d'un aéronef, du fait des conditions de température et de pression, du givre est susceptible de s'accumuler au niveau du bord d'attaque 203 et de la paroi intérieure 201 de l'entrée d'air 200 et de former des blocs de givre qui sont susceptibles d'être ingérés par le turboréacteur 100. De telles ingestions doivent être évitées afin d'améliorer la durée de vie du turboréacteur 100 et réduire les dysfonctionnements. [0005] Pour éliminer l'accumulation de givre, toujours en référence à la figure 1, il est connu de faire circuler un flux d'air chaud FAC dans la cavité intérieure 204 afin de chauffer la paroi intérieure 201 par convection thermique et ainsi éviter l'accumulation de givre qui fond au fur et à mesure de son accumulation. [0006] L'introduction du flux d'air chaud FAC dans la cavité intérieure 204 est réalisée par un injecteur 300 se présentant de manière traditionnelle sous la forme d'un tube de 2 section cylindrique qui est orienté selon une direction tangentielle à l'axe du turboréacteur comme illustré à la figure 2. Le flux d'air chaud FAC se déplace de manière circonférentielle dans la cavité intérieure 204 afin de chauffer la paroi intérieure 201. [0007] En pratique, le rendement énergétique d'un tel chauffage est faible étant donné que le flux d'air chaud FAC chauffe également la paroi extérieure 202, ce qui constitue une perte de calories. Dans les faits, en référence à la figure 3, lors de l'injection du flux d'air chaud FAC, celui-ci entre directement en contact avec la paroi extérieure 202 qui capte une grande partie des calories du flux d'air chaud FAC lors de son guidage dans la cavité intérieure 204. Aussi, pour permettre un chauffage optimal de la paroi intérieure 201, il est nécessaire d'injecter un flux d'air FAC surchauffé dans la cavité intérieure 204. Une solution immédiate pour éliminer cet inconvénient serait de modifier l'orientation de l'injecteur 300 dans la cavité intérieure 204 afin de viser la paroi intérieure 201. Néanmoins, une telle solution immédiate ne permet pas de chauffer de manière uniforme une paroi extérieure 202 circonférentielle. Dans le meilleur des cas, cette solution entraine un déplacement de la zone de contact du flux d'air chaud FAC avec la paroi extérieure 202 qui demeure ainsi présente. [0008] Un des objectifs de la présente invention est de permettre un chauffage de la paroi in- térieure 201 de l'entrée d'air 200 d'une nacelle d'un turboréacteur avec un rendement énergétique amélioré. [0009] De manière incidente, on connaît par la demande de brevet CA2689195 un injecteur d'un flux d'air chaud vrillé. On connaît par la demande de brevet FR2813581 un injecteur d'un flux d'air chaud vrillé et d'un flux d'air chaud axial de manière concentrique afin de former un flux d'air chaud ayant une symétrie selon l'axe d'embouchure de l'injecteur afin de chauffer indifféremment les parois de la cavité intérieure. Exposé de l'invention [0010] L'invention concerne un dispositif de dégivrage pour une entrée d'air d'une nacelle de turboréacteur d'aéronef s'étendant selon un axe X dans lequel circule un flux d'air d'amont vers l'aval, l'entrée d'air comportant une cavité intérieure, s'étendant de manière annulaire autour de l'axe X, qui comporte une paroi intérieure tournée vers l'axe X et une paroi extérieure qui est opposée à la paroi intérieure, les parois étant reliées par un bord d'attaque, le dispositif de dégivrage comportant au moins un injecteur d'un flux d'air chaud dans la cavité intérieure, l'injecteur comportant une embouchure s'étendant selon un axe d'embouchure. [0011] L'invention est remarquable en ce que l'embouchure est configurée pour injecter un flux d'air chaud ayant une dissymétrie selon l'axe d'embouchure de manière à générer des turbulences au voisinage de la paroi extérieure tout en chauffant la paroi intérieure. 3 Autrement dit, le flux d'air chaud ne présente pas une symétrie de révolution autour de l'axe d'embouchure. Cela permet avantageusement de chauffer de manière différente la paroi intérieure et la paroi extérieure de la cavité intérieure afin de maximiser les échanges thermiques avec la paroi intérieure et les minimiser avec la paroi extérieure. Ainsi, le chauffage de la paroi intérieure est optimal. [0012] De préférence, l'embouchure comporte au moins un premier canal configure pour conduire un premier flux élémentaire et au moins un deuxième canal configure pour conduire un deuxième flux élémentaire de manière à former le flux d'air chaud. Les canaux sont superposés, c'est-à-dire, non concentriques. Grâce à l'invention, l'embouchure permet de former un premier flux élémentaire dédié à la paroi extérieure et un deuxième flux élémentaire dédié à la paroi intérieure de manière à permettre un chauffage différencié. De manière avantageuse, le différentiel de pression crée, dans la zone de mélange des flux élémentaires FEI. FE2, une déviation du flux d'air chaud FAC par effet Coanda. [0013] De manière préférée, le premier canal comporte au moins un organe de déviation d'air. De préférence, l'organe de déviation d'air est configure pour vriller le premier flux élémentaire. Selon un aspect préféré, l'organe de déviation d'air possède une forme hélicoïdale. Ainsi, le premier flux élémentaire vrillé permet de générer des turbulences qui permettent, d'une part, de limiter les échanges thermiques avec la paroi extérieure de la cavité et, d'autre part, de réaliser une torsion du premier flux élémentaire afin de favoriser une circulation circonférentielle dans la cavité intérieure annulaire. [0014] De préférence, le deuxième canal est dénué d'organe de déviation d'air de manière à fournir un deuxième flux élémentaire sensiblement axial. [0015] Selon un aspect préféré, l'embouchure comporte un organe de séparation afin de séparer l'embouchure entre le premier canal et le deuxième canal. Autrement dit, l'embouchure est constituée de deux canaux. De manière préférée, l'organe de séparation se présente sous la forme d'une paroi sensiblement plane, de préférence, parallèle à l'axe d'embouchure. Ainsi, les flux élémentaires sont guidés de manière indépendante dans l'embouchure de manière à permettre deux guidages différents. Selon un aspect préféré, l'embouchure comporte uniquement deux canaux. [0016] De préférence, le premier canal est convergent de l'amont vers l'aval afin d'accélérer le premier flux élémentaire. De préférence, le deuxième canal est convergent de l'amont vers l'aval afin d'accélérer le deuxième flux élémentaire. [0017] L'invention concerne également une entrée d'air d'une nacelle de turboréacteur d'aéronef s'étendant selon un axe X dans lequel circule un flux d'air d'amont vers l'aval, l'entrée d'air comportant une cavité intérieure, s'étendant de manière annulaire autour de l'axe X, qui comporte une paroi intérieure tournée vers l'axe X et une paroi extérieure qui est opposée à la paroi intérieure, les parois étant reliées par un bord d'attaque, l'entrée d'air comportant un dispositif de dégivrage, tel que présenté précédemment, dans lequel le premier flux élémentaire est confieuré pour être injecté du côté de la paroi extérieure de la cavité intérieure. De préférence, le deuxième flux élémentaire est confieuré pour être injecté du côté de la paroi intérieure de la cavité intérieure. [0018] De manière préférée, le premier flux élémentaire est radialement extérieur au deuxième flux élémentaire. [0019] L'invention concerne également un procédé d'utilisation d'un dispositif de dégivrage tel que présenté précédemment pour le dégivrage d'une entrée d'air d'une nacelle de turboréacteur d'aéronef s'étendant selon un axe X dans lequel circule un flux d'air d'amont vers l'aval, l'entrée d'air comportant une cavité intérieure, s'étendant de manière annulaire autour de l'axe X, qui comporte une paroi intérieure tournée vers l'axe X et une paroi extérieure qui est opposée à la paroi intérieure, les parois étant reliées par un bord d'attaque, le procédé comportant une étape d'injection d'un flux d'air chaud ayant une dissymétrie selon l'axe d'embouchure de manière à générer des turbulences au voisinage de la paroi extérieure tout en chauffant la paroi intérieure. Brève description des dessins [0020] 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 donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels : [fig.1[ est une représentation schématique d'une entrée d'air d'une nacelle selon l'art antérieur, [fig.21 est une représentation schématique en coupe transversale dc la circulation théorique d'un flux d'air chaud dans l'entrée d'air, [fig.3[ est une représentation schématique en coupe transversale dc la circulation réelle d'un flux d'air chaud dans l'entrée d'air, [fig.4[ est une représentation schématique d'une entrée d'air d'une nacelle selon l' invention, [fig.5] est une représentation schématique de la circulation d'un flux d'air chaud dans l'entrée d'air selon une forme de réalisation de l'invention, [fig.6] est une représentation schématique d'une embouchure d'un injecteur d'un dispositif de dégivrage selon l'invention ; [fig.7] est une représentation schématique en transparence d'une embouchure d'un injecteur d'un dispositif de dégivrage selon l'invention ; [fig.8] est une représentation schématique en perspective d'une paroi de séparation et d'un organe de déviation d'air ; et Ifig.91 est une représentation schématique de côté de la paroi de séparation et de l'organe de déviation d'air. [0021] 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. Description des modes de réalisation [0022] En référence à la figure 4, il est représenté un turboréacteur 1 s'étendant selon un axe X et comportant une soufflante 10 montée rotative autour de l'axe X dans une nacelle comportant une virole extérieure 12 afin d'accélérer un flux d'air F d'amont vers l'aval. Par la suite, les termes amont et aval sont définis par rapport à la circulation du flux d'air F. Le turboréacteur 1 comporte à son extrémité amont une entrée d'air 2 qui comporte une cavité intérieure 20, s'étendant dc manière annulaire autour de l'axe X. qui comporte une paroi intérieure 21 tournée vers l'axe X et une paroi extérieure 22 qui est opposée à la paroi intérieure 21. Les parois 21, 22 sont reliées par un bord d'attaque 23 également appelé « lèvre de l'entrée d'air ». Ainsi, l'entrée d'air 2 permet de séparer le flux d'air entrant F en un flux d'air intérieur F1NT guidé par la paroi intérieure 21 et un flux d'air extérieur FEXT guidé par la paroi extérieure 22. Par la suite, les termes intérieur et extérieur sont définis radialement par rapport à l'axe X du turboréacteur I. [0023] Le turboréacteur 1 comporte un dispositif de dégivrage pour éliminer l'accumulation de givre. De manière connue, le dispositif de dégivrage comporte un injecteur 3 d'un flux d'air chaud FAC dans la cavité intérieure 20. Une telle circulation d'un flux d'air chaud FAC permet, par convection thermique, de chauffer la paroi intérieure 21 et ainsi éviter l'accumulation de givre qui fond au fur et à mesure de son accumulation. [0024] En référence à la figure 5, l'injecteur 3 comporte une embouchure 30 s'étendant selon un axe d'embouchure X2 de manière à permettre une injection de manière circonférentielle dans la cavité intérieure 20 de l'entrée d'air 2. De manière préférée, l'axe d'embouchure X2 est tangentiel à Faxe du turboréacteur X. Selon l'invention, l'embouchure 30 est configurée pour injecter un flux d'air chaud FAC ayant une dissymétrie selon l'axe d'embouchure X2. Autrement dit, le flux d'air chaud FAC ne présente pas une symétrie de révolution autour de l'axe d'embouchure X2. [0025] Dans cet exemple, en référence aux figures 6 et 7, l'embouchure 30 comporte un premier canal 31 configuré pour conduire un premier flux élémentaire FE1 et un deuxième canal 32 configuré pour conduire un deuxième flux élémentaire FE2 de manière à former le flux d'air chaud FAC. Autrement dit, le flux d'air chaud FAC comporte le premier flux élémentaire FE1 et le deuxième flux élémentaire FE2. De 6 manière préférée, l'embouchure 30 ne comporte que deux canaux 31,32 afin de permettre un dégivrage optimal mais il va de soi que le nombre de canaux pourrait être plus élevé. Le premier flux élémentaire FE] et le deuxième flux élémentaires FE2 sont différents. Dans cet exemple, le premier flux élémentaire FE1 est vrillé autour de l'axe d'embouchure X2 tandis que le deuxième flux élémentaire FL2 circule parallèlement à l'axe d'embouchure X2 de manière à former ensemble un flux global ayant une dissymétrie selon l'axe d'embouchure X2. [0026] Dans cet exemple, la section du premier canal 31, selon l'axe d'embouchure X2, est plus grande que la section du deuxième canal 32. Cela permet avantageusement de vriller de manière optimale le premier flux élémentaire FE1 comme cela sera présenté par la suite. [0027] Le premier canal 31 est convergent d'amont vers l'aval de manière à accélérer le premier flux élémentaire FE]. Autrement dit, la section transversale de passage du premier canal 31 rétrécit d'amont en aval, sa section d'entrée étant supérieure à sa section de sortie. [0028] Selon un aspect de l'invention, le deuxième canal 32 est convergent d'amont vers l'aval de manière à accélérer le deuxième flux élémentaire FE2. Autrement dit, la section transversale de passage du deuxième canal 32 rétrécit d'amont en aval, sa section d'entrée étant supérieure à sa section de sortie. [0029] Le taux de convergence d'un canal 31, 32, c'est-à-dire le rapport de leur section d'entrée et leur section de sortie, est égal ou diffèrent entre les deux canaux 31 , 32. [0030] Comme illustré aux figures 6 et 7, l'embouchure 30 comporte un organe de sé- paration 4 et un organe de déviation d'air 5. De manière préférée, l'organe de séparation 4 se présente sous la forme d'une paroi sensiblement plane afin de séparer l'embouchure 30 en deux canaux 31, 32. Il va de soi que l'organe de séparation 4 pourrait se présenter sous une forme différente, notamment, une forme concave ou convexe. [0031] De préférence, l'organe de séparation 4 s'étend de manière parallèle à l'axe d'embouchure X2 afin de permettre un guidage différencié dans les canaux 31, 32. Dans cet exemple, le premier canal 31 comporte un unique organe de déviation d'air 5. Néanmoins, il va de soi qu'il pourrait en comprendre plusieurs, en série ou en parallèle. De manière préférée, la longueur de la paroi de séparation 4 est adaptée à la longueur de l'organe de déviation d'air 5. [0032] Dans cet exemple, l'organe de déviation d'air 5 est configuré pour vriller le premier flux élémentaire FEL A cet effet, l'organe de déviation d'air 5 possède une forme hélicoïdale réalisant trois vrilles comme illustré aux figures 8 et 9. De préférence, le nombre de vrilles est compris entre 2 et 5 afin de vriller le premier flux élémentaire FE1 de manière optimale. De préférence, le premier canal 31 possède une section dé- 7 croissante jusqu'à sa sortie de manière à permettre de vriller et d'accélérer le premier flux élémentaire FEI , ce qui permet d'augmenter les turbulences dans la cavité intérieure 20 et évite d'impactcr frontalement la paroi extérieure 22. En outre, un tel organe de déviation d'air 5 permet de favoriser une circulation circonférentielle dans l'entrée d'air 2 de manière naturelle étant donné que le premier flux élémentaire FEI est éjecté de manière vrillée. Aussi, contrairement à l'art antérieur qui permettait un guidage circonférentiel du flux d'air chaud FAC uniquement par la paroi extérieure 22 de la cavité intérieure 20, ce qui engendrait pour rappel des pertes de calories, la présente invention permet également un guidage circonférentiel du fait de la torsion du flux d'air chaud FAC, ce qui limite les pertes de calories. Le deuxième canal 32 est dénué d'organe de déviation d'air de manière à cc que les flux élémentaires FE1,1-,E2 soit injectés avec des angles différents (trajection axiale/trajection hélicoïdale) et à des vitesses différentes. [0033] Les deux flux élémentaires PLI , FE2 sont éjectés de manière superposée. Le dif- férentiel de pression crée, dans la zone de mélange des flux élémentaires FEI, FE2, une déviation du flux d'air chaud FAC par effet Coanda. La position, l'angle, le rapport de débit et les vitesses relatives des deux flux élémentaires FEI, FE2 sont déterminées de manière à permettre une déviation optimale, c'est-à-dire, qui suit la forme annulaire de la cavité intérieure 20. De manière préférée, afin de contrôler la déviation, l'injecteur 3 comporte un dispositif, statique ou dynamique, de régulation des pertes de charge. [0034] En référence à la figure 5, le premier flux élémentaire FEI est configuré pour être injecté du côté de la paroi extérieure 22 de la cavité intérieure 20 tandis que le deuxième flux élémentaire FE2 est configuré pour être injecté du côté de la paroi intérieure 21 de la cavité intérieure 20. Autrement dit, le premier canal 31 est radialement intérieur au deuxième canal 32. Comme cela va être présenté dans l'exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'utilisation d'un tel dispositif de dégivrage permet d'optimiser le chauffage de la paroi intérieure 21 de la cavité intérieure 20 tout en limitant les pertes de calories [0035] De manière alternative, le deuxième canal 32 est radialement extérieur et le premier canal 31 est radialement intérieur en fonction des pressions d'alimentation des canaux 31, 32. [0036] Le procédé comporte une étape d'injection dans la cavité intérieure 20 par l'injecteur 3 d'un flux global d'air chaud FAC ayant une dissymétrie selon l'axe d'embouchure X2. Dans cet exemple, le premier canal 31, radialement extérieur, injecte un premier flux élémentaire FEI qui est vrillé et qui permet de réaliser une torsion au flux global d'air chaud FAC, ce qui limite les contacts avec la paroi extérieure 22. En outre, le premier flux élémentaire FEI génère des turbulences au voisinage de la paroi ex- 8 téricure 22 qui limitent la vitesse de circulation au voisinage de la paroi extérieure 22 qui capte ainsi une quantité limitée de calories. Autrement dit, les échanges thermiques entre la paroi extérieure 22 et le premier flux élémentaire h'Fl du flux d'air chaud FAC sont réduits de manière importante. [0037] A l'inverse, le deuxième canal 32, radialement intérieur injecte un deuxième flux élé- mentaire FE2 qui est axial. Cela permet d'apporter une grande quantité de calories à la paroi intérieure 21 pour la chauffer afin qu'elle demeure sèche. De manière avantageuse, le premier flux élémentaire FE1 permet de guider la circulation circonférentielle du deuxième flux élémentaire FE2 sans lui prélever des calories, ce qui est avantageux. La dissymétrie du flux d'air chaud FAC permet avantageusement de chauffer de manière différente la paroi intérieure 21 et la paroi extérieure 22. Grâce à l'invention, on améliore le dégivrage d'une entrée d'air 2 de manière pratique en modifiant l'embouchure 30 de l'injecteur 3. En pratique, un rendement supérieur à 75% est obtenu, cc qui est supérieur aux dispositifs de dégivrage disponibles sur le marché qui n'excèdent pas 70%. [0038] Suite à l'injection, après une circulation du flux d'air chaud FAC sur une longueur de l'ordre de 15 fois le diamètre global de l'embouchure 30 de l'injecteur 3 dans la cavité intérieure 20, l'ensemble du volume d'air dans la cavité intérieure 20 est déplacé pour chauffer par convection la lèvre d'entrée d'air. De manière avantageuse, du fait de la dissymétrie initiale, la température transversale du volume d'air est homogène, ce qui permet un échange thermique optimal. 9