Brevet FR3094030A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : ENSEMBLE PROPULSIF D'AERONEF Domaine technique [0001] La présente invention a pour objet un ensemble propulsif d'aéronef, en particulier un ensemble propulsif comprenant un échangeur de chaleur du type pré-refroidisseur. Technique antérieure [0002] De manière connue, un ensemble propulsif comprend une turbomachine à double flux intégrée dans un carter externe annulaire. La turbomachine comprend (l'amont en aval dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante et un générateur de gaz comportant un ou plusieurs étages dc 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 dc gaz. En outre, le générateur de gaz et le carter externe définissent entre eux une veine secondaire annulaire d'écoulement d'un flux secondaire participant de manière prépondérante à la poussée fournie par l'ensemble propulsif [0004] A bord d'un aéronef, il est nécessaire d'avoir à disposition de l'air chaud afin dc pouvoir réaliser certaines fonctions, telles que le conditionnement dc l'air de la cabine de pilotage et dc la cabine des passagers ou le dégivrage de certains organes de l'aéronef Cet air chaud provient des ensembles propulsifs de l'aéronef et doit subir un refroidissement important avant utilisation. Pour ce faire, on prévoit au moins un échangeur de chaleur, généralement appelé pré-refroidisseur (de l'anglais « precooler »), dans lequel de l'air chaud prélevé sur le moteur d'un ensemble propulsif est refroidi par de l'air plus froid prélevé dans la veine secondaire ou de soufflante dc cet ensemble propulsif. Dans la technique actuelle, cet échangeur est monté dans le pylône de liaison de l'ensemble propulsif à l'aéronef Cet échangeur comprend un premier circuit d'air dont l'entrée est reliée par une conduite à des moyens de prélèvement d'air chaud sur le moteur et la sortie est reliée à des moyens de conditionnement d'air de l'aéronef L'échangeur comprend un second circuit d'air qui est alimenté en air prélevé dans la veine secondaire de l'ensemble propulsif, cet air étant ensuite évacué vers l'extérieur après échange de chaleur avec l'air du circuit primaire, en vue de son refroidissement. [0005] L'échangeur peut comprendre une écope de prélèvement d'air dans ledit flux d'air, qui est fixée à l'un des panneaux précités du carter. [0006] Cette écope peut être partiellement encastrée dans le carter ou le panneau et comprendre ou non une partie en saillie sur la surface interne du carter ou du panneau. 2 100071 Le besoin de débit en air frais n'est pas constant mais est requis seulement pendant certaines phases de vol. Par exemple pendant la phase de croisière le débit en air frais n'est pas requis et prélever de l'air serait très préjudiciable en termes de performances. Des moyens de contrôle de débit d'air tels qu'un volet ou une vanne ont été installés en amont de l'échangeur de manière à contrôler le débit d'air frais. Lorsque le volet ou la vanne est en position fermée, une cavité est présente et est alimentée par l'écoulement secondaire. La cavité entre alors en résonnance, ce qui est acoustiquement non acceptable pour le moteur. [0008] L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention [0009] L'invention a ainsi pour objet un ensemble propulsif d'aéronef, d'axe longitudinal, comportant un moteur comprenant un premier carter de révolution et une nacelle comprenant un second carter de révolution délimitant avec ledit premier carter une veine annulaire d'écoulement d'un flux d'air, ledit ensemble comprenant en outre une écope de prélèvement d'air dans ladite veine traversant Fun ou l'autre des premier ou second carter, l'écope comprenant une première partie de prélèvement d'air dans la veine et une seconde partie opposée à ladite première partie et positionnée en dehors de la veine. [0010] Dans l'ensemble propulsif selon l'invention, la première partie de l'écope est montée à rotation par rapport à la seconde partie. [0011] Ainsi, le réglage du débit de prélèvement d'air est réalisé par la rotation de la première partie de l'écope, pouvant être située à l'intérieur de la veine délimitée par le premier et le second carters de révolution. La rotation permet de régler l'angle relatif entre la première partie de l'écope et la direction du flux d'air, et donc le débit d'air prélevé. On peut ainsi se passer des moyens de contrôle de débit d'air en amont de l'échangeur de chaleur. [0012] La seconde partie de l'écope est avantageusement fixe. [0013] La première partie de l'écope peut être montée à rotation entre une première position, dans laquelle la première partie est configurée pour prélever un débit d'air maximal, et une deuxième position, dans laquelle la première partie est configurée pour prélever un débit d'air minimal. [0014] Dans la première position, la première partie de l'écope peut être orientée en direction de l'écoulement d'air à prélever. [0015] La deuxième position peut être obtenue par rotation à 1800 de la première position. [0016] La première partie de l'écope peut être de section circulaire. [0017] La section circulaire de la première partie de l'écope peut être modifiée localement de manière à former un profil aérodynamique. 3 100181 Une première extrémité de la première partie de l'écope peut être montée à rotation à l'intérieur d'une seconde extrémité de la seconde partie de l'écope audit second carter. [0019] Selon une variante, une première extrémité de la première partie de l'écope peut être montée à rotation à l'extérieur d'une seconde extrémité de la seconde partie de l'écope audit premier carter. [0020] La première partie de l'écope peut être montée à rotation par rapport à la seconde partie à l'aide d'un pallier à roulement. [0021] La rotation de la première partie de l'écope peut être commandée par une tige dentée actionnée en translation, les dents de la tige dentée s'engrenant dans des dents d'une roue dentée solidaire de la première partie. Brève description des dessins [0022] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0023] [fig.1[ la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble propulsif d'aéronef, [0024] [fig.21 la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un second carter de nacelle d'un ensemble propulsif, [0025] [fig.3[ la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un échangeur de chaleur du type pré-refroidisseur, équipé de son écope d'entrée d'air et de sa tuyère d'échappement pour le flux de refroidissement, [0026] [fig.4[ la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale de l'échangeur de la figure 3, [0027] [fig.5[ la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale de l'échangeur de la figure 3, [0028] [fig.6[ la figure 6 est une vue partielle schématique en coupe axiale d'une première position d'une écope d'un ensemble propulsif selon l'invention, [0029] [fig.7] la figure 7 est une vue partielle schématique en coupe axiale d'une deuxième position de l'écope d'un ensemble propulsif selon l'invention, [0030] [fig.8] la figure 8 est une vue partielle schématique de côté d'une écope d'un ensemble propulsif selon l'invention, présentant un profil aérodynamique, 100311 Ifig.91 la figure 9 est une vue partielle schématique de dessus de l'écope de la figure 8, [0032] [fig.10] la figure 10 est une vue schématique partielle de côté d'un ensemble propulsif selon l'invention, et [0033] [figil] la figure 11 est une vue schématique partielle éclatée et de dessus de l'ensemble propulsif de la figure 10, [0034] [fig.12] la figure 12 est une vue schématique en coupe axiale d'une écope montée sur un premier carter de révolution d'un moteur d'un ensemble propulsif, selon une variante de l'invention. Description des modes de réalisation [0035] Tel qu'illustré à la figure 1, un ensemble propulsif 10 pouvant équiper un aéronef est fixé par l'intermédiaire d'un pylône (non représenté) à une aile ou sur un côté du fuselage dc l'aéronef [0036] L'ensemble propulsif 10 est ici du type à double flux. Il comprend un moteur (non visible) entouré par une nacelle 14, le moteur définissant une veine annulaire d'écoulement d'un flux primaire (ou veine primaire) et une veine annulaire 22 d'écoulement d'un flux secondaire (ou veine secondaire) Un premier carter 17 de révolution (ou carter inter-veine 17) est agencé entre un espace inter-veine et la veine 22 d'écoulement du flux d'air secondaire. [0037] Le moteur comprend typiquement d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des flux, une soufflante, au moins un module de compression, une chambre dc combustion, au moins un module dc turbine, et une tuyère d'éjection des gaz de combustion. [0038] La nacelle 14 comprend une paroi externe qui est visible à la figure 1, cette paroi externe entourant un second carter 16 de révolution, qui est visible à la figure 2. Des équipements sont montés dans l'espace annulaire délimité par la paroi externe et le second carter 16 de la nacelle 14. Le second carter 16 de révolution (ou carter externe 16) est disposé entre l'espace annulaire et la veine 22 du flux d'air secondaire. [0039] Le second carter 16, d'axe longitudinal A, comprend au moins deux ouvertures 20 radiales traversantes qui sont fermées par des panneaux 18. L'un des panneaux 18 est relié à un échangeur de chaleur 24 du type pré-refroidisseur. [0040] De l'air chaud prélevé sur le moteur est refroidi au moyen de ce type d'échangeur et alimente l'aéronef pour réaliser certaines fonctions, telles que le conditionnement d'air des cabines de pilotage et des passagers ou le dégivrage de certains organes de l'aéronef. [0041] L'échangeur 24, mieux visible sur les figures 3 et 4, comprend deux circuits, respec- tivement primaire et secondaire. Le circuit primaire, également appelé circuit chaud, a son entrée reliée par au moins une conduite 26 à des moyens de prélèvement d'air chaud sur le moteur (par exemple dans le module de compression), la sortie de ce circuit primaire étant reliée par au moins une autre conduite 28 à des moyens d'alimentation en air chaud de l'aéronef. [0042] Le circuit secondaire, également appelé circuit froid, a son entrée reliée à des moyens de prélèvement d'air du flux secondaire de l'ensemble propulsif, la sortie de ce circuit étant reliée à des moyens d'évacuation de l'air à l'extérieur de l'ensemble propulsif. [0043] Dans l'exemple représenté, l'échangeur 24 comprend pour l'essentiel six éléments : une écope 30 formant lesdits moyens de prélèvement d'air du flux secondaire, une vanne 32 de régulation du débit d'air circulant dans le circuit secondaire, un bloc 34 d'échange de chaleur comportant par exemple des briques définissant lesdits circuits primaire et secondaire, une tuyère 36 formant les moyens d'évacuation de l'air du circuit secondaire, et des collecteurs respectivement d'entrée d'air 38 et de sortie d'air 40 du circuit primaire. Le sens du flux peut être inversé dans le pré-refroidisseur en fonction de la position sur l'ensemble propulsif. Ainsi l'entrée d'air 38 peut devenir une sortie d'air et réciproquement pour la sortie d'air 40. [0044] L'écope 30 est fixée ici par boulonnage via la collerette 44 solidaire directement sur le panneau 18. Elle comprend une entrée 42 ou bouche qui est entourée par une collerette périphérique 44 appliquée et fixée sur la surface externe du second carter 16. Dans l'exemple représenté, cette entrée 42 de l'écope 30 communique avec un orifice du panneau 18 et débouche majmitairement radialement (et de préférence avec un angle de sorte à faciliter l'entrée du flux dans l'écope) vers l'intérieur dans la seconde veine 22 d'écoulement du flux secondaire. La sortie 46 de l'écope est orientée sensiblement axialement vers l'aval. [0045] La vanne 32 est montée directement en aval de l'écope 30. Il s'agit par exemple d'un vanne à clapets, la vanne comportant deux clapets mobiles en rotation autour d'axes transversaux depuis une position d'obturation de la section de passage de la vanne jusqu'à une position de libération de cette section de passage. La vanne est commandée par un vérin et un système de biellettes non représenté. [0046] Le bloc 34 d'échange de chaleur peut être du type de ceux utilisés dans la technique antérieure pour cette application. [0047] La tuyère 36 est montée directement en sortie du circuit secondaire du bloc 34, son entrée 48 débouchant majoritairement axialement vers l'amont et sa sortie 50 étant orientée sensiblement radialement vers l'extérieur. Comme cela est visible en figure 3, le bord périphérique de la tuyère 36, définissant la sortie 50, peut être équipé d'un joint d'étanchéité 54 destiné à être en appui radial sur la surface interne de la paroi externe 6 de la nacelle 14. La sortie 50 de la tuyère peut également être recouverte d'une grille d'échappement 52 (figure 1). Cette grille 52 peut être portée par un capot amovible de la paroi externe de la nacelle 14. [0048] Les six éléments précités de l'échangeur 24 forment ici un ensemble monobloc. Dans l'exemple représenté, le bloc 34 a une forme parallélépipédique et comprend deux côtés opposés (aval et amont) reliés respectivement à la tuyère 36 et à la vanne 32, et deux autres côtés opposés reliés respectivement aux collecteurs 38, 40. La dimension du bloc 34, entre les collecteurs 38, 40, définit la longueur passe chaude du circuit primaire, et la dimension du bloc 34, entre la vanne 32 et la tuyère 36, définit la longueur passe froide du circuit secondaire. [0049] Tel qu'illustré schématiquement à la figure 5, lorsque la vanne 32 est en position d'obturation de la section de passage de la vanne 32, une cavité 2 est présente dans l'écope 30 et est alimentée en air par la veine 22 d'écoulement du flux secondaire. La cavité 2 rentre alors en résonnance ce qui n'est pas acceptable pour le moteur d'un point de vue acoustique. [0050] Selon une première variante, telle qu'illustrée sur les figures 5 à 10, l'écope 30 comprend une première partie 30a de prélèvement d'air radialement interne au second carter 16 et une seconde partie 30b radialement externe au second carter 16. La première partie 30a est de forme coudée, avec une base 30a1 reliée à une portion d'extrémité 30a2 d'orientation longitudinale débouchant dans la veine 22 d'écoulement du flux d'air secondaire. [0051] Conformément à l'invention, la première partie 30a de l'écope 30 est montée à rotation, notamment radialement, par rapport à la seconde partie 30b, la seconde partie 30b étant fixe. Ainsi, l'écope 30 est rendue tournante. [0052] En particulier, la base 301 de la première partie 30a est montée à rotation à l'intérieur d'un seconde extrémité 30b1 radialement interne de la seconde partie 30b par rapport au second cai-ter 16. [0053] Dans une première position, illustrée à la figure 6, la première partie 30a de l'écope 30 est orientée en direction de l'écoulement d'air à prélever, symbolisé par la flèche F, parallèlement à la direction de l'air à prélever. La première position est la position de référence, dans laquelle le débit d'air prélevé est maximal. [0054] Dans une deuxième position, illustrée à la figure?, et obtenue par rotation de 180° de la première position, la première partie 30a de l'écope 30 est orientée à l'opposé de la direction de l'écoulement d'air à prélever, symbolisé pal- la flèche F. La deuxième position est la position dans laquelle le débit prélevé est minimal. [0055] Entre la première position et la deuxième position, la première partie 30a de l'écope peut adopter des positions intermédiaires lorsqu'on souhaite prélever un débit d'air compris entre le débit maximal et le débit minimal. 7 [0056] De manière à réduire les pertes de charge de l'écope, notamment dans la deuxième position employée lors de la phase de croisière, on peut avantageusement mettre en oeuvre un profil aérodynamique de la première partie 30a de l'écope 30. Les figures 8 et 9 illustrent le profil aérodynamique de la première partie 30a. Il peut être obtenu directement en modifiant le profil de la première partie cylindrique 30a. Le profil aérodynamique peut également être obtenu en intégrant un carénage 31 sur le profil nominal P de la première partie 30a, ce qui permet d'utiliser les écope actuelles sans en modifier la structure propre. La base 30a1 de la première partie est profilée de manière à cc qu'en phase de croisière la base 30a1 devienne le bord d'attaque de l'écope 30. Le coefficient de traînée dans l'écoulement de la première partie 30a muni du profil aérodynamique est environ dix fois plus faible que celui d'une première partie 30a cylindrique. La perte de charge est ainsi fortement diminuée. [0057] Les figures 10 et 11 illustrent un mode de réalisation de la rotation de la première partie 30a de l'écope 30 par rapport à la seconde partie 30b. [0058] Le système de rotation implique que la base 30a1 de la première partie 30a soit cy- lindrique afin de permettre la rotation des deux cylindres creux l'un dans l'autre, à savoir la rotation de la base cylindrique 30a1 à l'intérieur de la seconde partie 30b cylindrique. L'axe de rotation est sensiblement radial. [0059] On utilise un roulement mécanique 60 pour réaliser la rotation, par exemple, un roulement à rouleaux 61 ou à billes. La base cylindrique 30a1 de la première partie 30a constitue la bague interne du roulement 60 tandis que la seconde partie 30b constitue la bague externe du roulement. Les bagues interne et externe définissent une piste de roulement pour des éléments roulants 61 (ici des rouleaux cylindriques 61). [0060] La rotation est réglée à l'aide d'un système pignon - crémaillère. Le système comprend une roue dentée 62 appelée pignon, solidaire de la base 30a1 de la première partie 30a, et une tige dentée 63 appelée crémaillère La base 30a1 peut se prolonger radialement au-dessus du second carter 16 ou en-dessous du premier carter 17. La tige dentée 63 constitue un actionneur sous la forme d'un vérin (actionneur hydraulique ou électrique). Lorsque la tige 63 est actionnée en translation, ses dents s'engrènent dans les dents de la roue dentée 62 et entraînent cette dernière dans un mouvement de rotation. Ainsi, le réglage en translation de la tige 63 permet de régler la position en rotation de la première partie 30a de l'écope 30, et donc le débit d'air prélevé. [0061] Selon une seconde variante de l'invention, l'ensemble propulsif d'aéronef comprend un système de contrôle du jeu actif dans une turbine basse pression BP (LPTACC acronyme anglais pour « Low Pressure Turbine Active Clearance »). Ce système de contrôle du type LPTACC comprend un circuit d'air dont l'entrée est reliée à des moyens de prélèvement d'air du flux secondaire de l'ensemble propulsif, et la sortie est reliée par au moins une conduite à des moyens d'alimentation en air froid de l'aéronef. 8 Cet air refroidit un carter de la turbine BP pour limiter la dilatation du carter de la turbine BP et ainsi, contrôler le jeu radial entre le carter et les aubes de la turbine BP. [0062] Ce système de contrôle du type LPTACC comprend également une écope 30, dite tournante, de l'invention formant les moyens de prélèvement d'air du flux d'air secondaire. La figure 12 illustre cette écope 30 qui comprend une première partie 30a de prélèvement d'air radialement externe au premier carter 17 et une seconde partie 30b radialement interne au premier carter 17. Telle que décrite ci-dessus, la première partie 30a est montée à rotation par rapport à la seconde partie 30b qui est fixe. [0063] De manière générale, l'écope 30 de l'invention prélève l'air dans la veine 22 d'écoulement du flux d'air secondaire d'une turbomachine qu'elle traverse un second carter de révolution 16 de la nacelle pour évacuer l'air prélevé vers l'extérieur de l'ensemble propulsif, ou un premier carter de révolution 17, interne à la turbomachine, pour redistribuer l'air prélevé dans l'ensemble propulsif. 9