Brevet FR3089492A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : AERONEF PRESENTANT UNE AILE AVEC UN BORD D'ATTAQUE PERFORE ET UN SYSTEME DE SOUFFLAGE ET ASPIRATION Domaine technique 100011 La présente invention concerne un aéronef comportant une aile avec un bord d'attaque perforé et un système de soufflage et aspiration qui prévient le colmatage de trous réalisés dans le bord d'attaque, la formation de givre sur le bord d'attaque, et qui assure l'aspiration de la couche limite autour du bord d'attaque. Technique antérieure [0002] Une aile d'aéronef comporte un bord d'attaque qui est la partie avant du profil aéro- dynamique constituant l'aile. Pour assurer un écoulement laminaire le long du bord d'attaque, il est connu de percer le bord d'attaque d'une multitude de trous, classiquement de l'ordre de 50pm de diamètre dans une tôle d'environ 0,4 à 0,6 millimètres d'épaisseur, afin d'aspirer l'air extérieur depuis l'intérieur de l'aile à travers ces trous ou pour expulser l'air depuis l'intérieur de l'aile vers l'extérieur. [0003] Ce bord d'attaque étant en outre souvent sujet au dépôt de résidus organiques, ces trous peuvent être obstrués par ces résidus et ils ne peuvent plus remplir correctement leur fonction et l'écoulement de l'air n'est dès lors, plus laminaire mais turbulent. [0004] En outre, du givre peut se former sur ce bord d'attaque et il est alors nécessaire de prévoir un système de dégivrage. Exposé de l'invention [0005] Un objet de la présente invention est de proposer un aéronef comportant une aile avec un bord d'attaque perforé et un système de soufflage et aspiration qui prévient le colmatage de trous réalisés dans le bord d'attaque, la formation de givre sur le bord d'attaque, et qui assure l'aspiration de la couche limite autour du bord d'attaque [0006] A cet effet, est proposé un aéronef comportant : [0007] - une canalisation, [0008] - une aile présentant un bord d'attaque constitué d'une paroi percée de trous permettant le passage de l'air à travers la paroi, et une chambre tluidiquement connectée avec la canalisation et les trous, [0009] - un système de soufflage et aspiration qui comporte : [0010] - un système thermique comportant une sortie délivrant un air chaud, et une entrée, [0011] - un système de dérivation à trois voies, où la canalisation est fluidiquement connectée à une première voie du système de dérivation, [0012] - une première canalisation de dérivation fluidiquement connectée entre l'entrée du 2 système thermique et une deuxième voie du système de dérivation, [0013] - une deuxième canalisation de dérivation fluidiquement connectée entre la sortie du système thermique et une troisième voie du système de dérivation, et [0014] - une unité de contrôle qui commande le système de dérivation pour mettre en com- munication fluidique la canalisation alternativement avec la deuxième canalisation de dérivation ou la première canalisation de dérivation, et dans le même temps qui commande le système thermique alternativement pour qu'il souffle de l'air chaud par la sortie du système thermique ou pour qu'il aspire de l'air par l'entrée du système thermique. [0015] Une telle installation permet d'éliminer les résidus qui sont logés dans les trous, de prévenir la formation de givre et d'aspirer la couche limite. [0016] Selon un mode de réalisation particulier, le système de dérivation prend la forme d'une vanne à trois voies. [0017] Selon un mode de réalisation particulier, le système de dérivation prend la forme de deux vannes à deux voies disposées en série. [0018] Selon un mode de réalisation particulier, le système thermique comporte : [0019] - un turboréacteur comportant une soufflante, un compresseur, une turbine, au moins une prise d'air destinée à prélever de l'air dans le compresseur, et une canalisation de soufflante arrangée en aval de la soufflante dans une veine d'air secondaire du turboréacteur, [0020] - un échangeur thermique comportant une première entrée alimentée par un air chaud et fluidiquement connectée à ladite ou chaque prise d'air, une deuxième entrée alimentée par un air frais et fluidiquement connectée à la canalisation de soufflante, une première sortie fluidiquement connectée à la première entrée de l'échangeur thermique et à une canalisation de sortie fluidiquement connectée à la deuxième canalisation de dérivation à travers la sortie du système thermique, où la deuxième entrée de l'échangeur thermique est également fluidiquement connectée à l'entrée du système thermique à travers une canalisation de refroidissement, [0021] - une pompe connectée sur la canalisation de refroidissement et prévue pour générer un courant du système de dérivation vers la deuxième entrée de l'échangeur thermique, et [0022] où l'unité de contrôle commande alternativement l'arrêt de la pompe ou la mise en marche de la pompe. [0023] Selon un autre mode de réalisation particulier, le système thermique comporte : [0024] - un compresseur présentant un arbre, [0025] - un échangeur thermique, [0026] - un moteur qui entraîne en rotation l'arbre du compresseur, [0027] - un sous-système de dérivation à trois voies, 3 100281 - une écope placée à la surface de la peau de l'aéronef, [0029] où une canalisation d'écope est fluidiquemcnt connectée entre une première voie du sous-système de dérivation et l'écope, [0030] où une canalisation d'entrée est fluidiquement connectée entre une deuxième voie du sous-système de dérivation et l'entrée du système thermique, [0031] où une canalisation d'apport est fluidiquement connectée entre la troisième voie du sous-système de dérivation et une entrée du compresseur, [0032] où une première entrée de l'échangeur thermique est fluidiquemcnt connectée à une sortie du compresseur et à la sortie du système thermique, et [0033] où l'unité de contrôle commande le moteur, le sous-système de dérivation pour mettre en communication fluidique la canalisation d'apport alternativement avec la canalisation d'écope ou la canalisation d'entrée. Brève description des dessins [0034] Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, appa- raîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réa- lisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : [0035] [fig.1] montre une vue de côté d'un aéronef selon l'invention, [0036] [fig.2] montre une vue de côté et en coupe du bord d'attaque de l'aile de l'aéronef de la Fig. I lors d'un soufflage d'air chaud, [0037] [fig.3] montre une vue de côté et en coupe du bord d'attaque de l'aile de l'aéronef de la Fig. I lors d'une aspiration d'air ambiant, [0038] [fig.4] montre un mode de réalisation général d'une installation de soufflage et aspiration selon l'invention lors d'un soufflage d'air chaud, [0039] [fig.5] montre une installation de soufflage et aspiration mise en oeuvre dans le cadre d'un premier mode de réalisation de l'invention lors d'un soufflage d'air chaud, [0040] [fig.6] montre l'installation de soufflage et aspiration de la Fig. 5 lors d'une aspiration d'air ambiant, [0041] [fig.7] montre une installation de soufflage et aspiration mise en oeuvre dans le cadre d'un deuxième mode de réalisation de l'invention lors d'un soufflage d'air chaud, [0042] [fig.8] montre l'installation de soufflage et aspiration de la Fig. 7 lors d'une aspiration d'air ambiant. [0043] EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION [0044] Dans toute la description qui va suivre, par convention, la direction X correspond à la direction longitudinale du turboréacteur, cette direction étant parallèle à l'axe longitudinal X du turboréacteur et orientée vers l'avant. D'autre part, la direction Y correspond à la direction orientée transversalement par rapport au turboréacteur, et la direction Z correspond à la direction verticale ou hauteur, ces trois directions X, Y, Z étant orthogonales entre elles. [0045] La Fig. 1 montre un aéronef 10 qui présente un fuselage 12 de part et d'autre duquel est fixée une aile 100 qui présente un bord d'attaque 102 qui s'étend au-dessus et au-dessous de l'aile 100 sur l'avant de l'aile 100. [0046] L'aéronef 10 comporte également sous chaque aile 100 au moins un turboréacteur 110 double flux dont une représentation schématique est représentée aux Figs. 5 et 6. [0047] La Fig. 2 et la Fig. 3 montrent le bord d'attaque 102 qui est constitué d'une paroi 204 percée de trous 202 qui permettent le passage de l'air à travers la paroi 204. Les trous sont classiquement des micro-perforations avec un diamètre de l'ordre de 50 pm par exemple. [0048] A l'arrière de la paroi 204, le bord d'attaque 102 comporte une chambre 206 qui est fluidiquement connectée avec une canalisation 208 et les trous 202. [0049] Lorsque de l'air est soufflé par la canalisation 208, l'air traverse la chambre 206 et est expulsé par les trous 202 assurant ainsi l'expulsion d'impuretés qui pourraient y être collées et si l'air est chaud, il évite la formation de givre le long du bord d'attaque 102. La Fig. 2, la Fig. 4, la Fig. 5 et la Fig. 7 montrent ce mode de fonctionnement. [0050] Lorsque l'air est aspiré par la canalisation 208, l'air est aspiré par les trous 202 et traverse la chambre 206 pour rejoindre la canalisation 208 permettant ainsi l'aspiration de la couche limite autour du bord d'attaque 102. La Fig. 3, la Fig. 6 et la Fig. 8 montrent ce mode de fonctionnement. [0051] Pour permettre le soufflage ou l'aspiration de l'air au niveau du bord d'attaque 102, l'aéronef comporte un système de soufflage et aspiration 170 configuré pour alternativement souffler ou aspirer. [0052] La Fig. 4 montre le système de soufflage et aspiration 170 qui comporte un système thermique 250 qui comporte une sortie 252 délivrant un air chaud et une entrée 254 qui aspire ici un air frais. [0053] Le système de soufflage et aspiration 170 comporte également : [0054] - un système de dérivation 172 à trois voies, où la canalisation 208 est fluidiquement connectée à une première voie du système de dérivation 172, [0055] - une première canalisation de dérivation 174 fluidiquement connectée entre l'entrée 254 du système thermique 250 et une deuxième voie du système de dérivation 172, et [0056] - une deuxième canalisation de dérivation 176 fluidiqucment connectée entre la sortie 252 du système thermique 250 et une troisième voie du système de dérivation 172. [0057] Le système de soufflage et aspiration 170 comporte également une unité de contrôle qui peut être une unité de contrôle de l'aéronef 10 et qui commande le système thermique 250 et le système de dérivation 172 à trois voies en fonction des besoins de l'aéronef 10. [0058] Le fonctionnement de l'installation est le suivant : [0059] - lorsqu'un dégivrage est nécessaire ou lorsqu'il est nécessaire de déboucher les trous 202, le système de dérivation 172 est connecté entre la deuxième canalisation de dérivation 176 et la canalisation 208, tandis que la première canalisation de dérivation 174 est bouchée au niveau du système de dérivation 172 et le système thermique 250 est commandé de manière à souffler de l'air chaud par la sortie 252 du système thermique 250 et la deuxième canalisation de dérivation 176, l'air chaud traverse alors le système de dérivation 172 jusqu'à la canalisation 208 et l'air chaud est expulsé à l'extérieur à travers les trous 202 ; et [0060] - lorsque la couche limite autour du bord d'attaque 102 doit être aspirée, le système de dérivation 172 est connecté entre la canalisation 208 et la première canalisation de dérivation 174, tandis que la deuxième canalisation de dérivation 176 est bouchée au niveau du système de dérivation 172, et le système thermique 250 est commandé de manière à aspirer de l'air extérieur par l'entrée 254 du système thermique 250 et la première canalisation de dérivation 174, et donc à travers la canalisation 208. [0061] L'unité de contrôle commande le système de dérivation 172 pour mettre en commu- nication fluidique la canalisation 208 alternativement avec la deuxième canalisation de dérivation 176 ou la première canalisation de dérivation 174, et dans le même temps commande le système thermique 250 alternativement pour qu'il souffle de l'air chaud par la sortie 252 du système thermique 250 ou pour qu'il aspire de l'air par l'entrée 254 du système thermique 250. [0062] L'installation permet ainsi de remplir plusieurs fonctions sans qu'il soit nécessaire de complexifier le système de traitement d'air. [0063] Le système de dérivation 172 prend ici la forme d'une vanne à trois voies mais il pourrait prendre une autre forme comme par exemple deux vannes à deux voies disposées en série. [0064] Dans le premier mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs. 5 et 6, l'aspiration et le soufflage de l'air sont réalisés à partir des composants du turboréacteur 110. [0065] Le système thermique 250 est ainsi constitué du turboréacteur 110 et d'un système de régulation de température de l'air 150. 6 [0066] Le turboréacteur 110 comporte : [0067] - une soufflante 112 destinée à générer un flux d'air dans le turboréacteur 110 selon une direction de déplacement de l'air dans le turboréacteur 110, où de manière connue, le flux d'air se déplace ensuite en aval de la soufflante 112 dans une veine primaire du turboréacteur 110 ou bien dans une veine secondaire de cc dernier, [0068] - un compresseur 114 qui comporte classiquement un compresseur basse pression 116 en aval de la soufflante 112 et un compresseur haute pression 118 disposé en aval du compresseur basse pression 116, et [0069] - une turbine 120 qui comporte classiquement une turbine haute pression 122 en aval du compresseur haute pression 118, et une turbine basse pression 124 en aval de la turbine haute pression 122. [0070] L'air poussé par la soufflante 112 et transitant dans la veine primaire passe succes- sivement à travers le compresseur basse pression 116, le compresseur haute pression 118, la turbine haute pression 122, et la turbine basse pression 124 pour être éjecté vers l'extérieur. [0071] Entre le compresseur haute pression 118 et la turbine haute pression 122, l'air traverse une chambre de combustion 126. [0072] Le compresseur haute pression 118 comporte plusieurs étages de compression où la pression augmente, de l'amont vers l'aval selon la direction de déplacement, d'une basse pression au niveau du premier étage, à une haute pression au niveau du dernier étage, en passant par des pressions intermédiaires. [0073] Le système de régulation de température de l'air 150 comporte : [0074] - une première prise d'air 152 destinée à prélever, dans le compresseur haute pression 118, de l'air à une pression intermédiaire [0075] - une deuxième prise d'air 154 destinée à prélever, dans le compresseur haute pression 118, de l'air à haute pression, [0076] - une valve anti-retour 156 fluidiquement connectée à la première prise d'air 152 et qui empêche l'air de se diriger vers ladite première prise d'air 152, [0077] - une valve haute pression 158 fluidiquement connectée à la deuxième prise d'air 154 et commandée alternativement en ouverture ou en fermeture, [0078] - une valve de régulation 160 destinée à réguler la pression du flux d'air qui la traverse, la sortie de la valve haute pression 158 et la sortie de la valve anti-retour 156 étant fluidiquement connectées à une même entrée de la valve de régulation 160, [0079] - un échangeur thermique 162 destiné à refroidir l'air chaud qui le traverse, la sortie de la valve de régulation 160 étant fluidiquement connectée à une première entrée de l'échangeur thermique 162 et une première sortie de l'échangeur thermique 162 fluidiquement connectée à la première entrée de l'échangeur thermique 162 et à un système d'air 163 de l'aéronef 10, comme par exemple le système d'air conditionné de 7 la cabine, à travers une canalisation de sortie 165, et [0080] - l'unité de contrôle destinée à commander la valve haute pression 158 et la valve de régulation 160. [0081] La première sortie de l'échangeur thermique 162 est fluidiquement connectée à la première sortie 252 du système thermique 250 et donc à la deuxième canalisation de dérivation 176. [0082] L'air nécessaire au refroidissement effectué dans l'échangeur thermique 162 est prélevé au travers d'une canalisation de soufflante 166 arrangée en aval de la soufflante 112 dans la veine d'air secondaire du turboréacteur 110 et qui prélève l'air frais extérieur pour l'amener à une deuxième entrée de l'échangeur thermique 162. Une deuxième sortie de l'échangeur thermique 162 expulse l'air vers l'extérieur. La deuxième sortie de l'échangeur thermique 162 est fluidiquement connectée à la deuxième entrée de l'échangeur thermique 162. [0083] Ainsi, le turboréacteur 110 comporte la soufflante 112, le compresseur 114, la turbine 120, au moins une prise d'air 152, 154 destinée à prélever de l'air dans le compresseur 114, et la canalisation de soufflante 166 qui est arrangée en aval de la soufflante 112 dans la veine d'air secondaire du turboréacteur 110, où la première entrée de l'échangeur thermique 162 est fluidiquement connectée à ladite ou chaque prise d'air 152, 154, et où la deuxième entrée de l'échangeur thermique 162 est fluidiquement connectée à la canalisation de soufflante 166. [0084] Ainsi, l'air chaud provenant de la première entrée de l'échangeur thermique 162 se refroidit en traversant l'échangeur thermique 162 en transférant des calories à l'air frais venant de la deuxième entrée de l'échangeur thermique 162. L'air chaud ainsi refroidi ressort pour alimenter le système d'air 163 et l'air frais ainsi réchauffé est expulsé à l'extérieur. [0085] L'échangeur thermique 162 comporte ainsi la première entrée alimentée par un air chaud, la deuxième entrée alimentée par un air fiais, et la première sortie tluidiquement connectée à la première entrée de l'échangeur thermique 162 et à la canalisation de sortie 165 qui est fluidiquement connectée à la deuxième canalisation de dérivation 176 à travers la sortie 252 du système thermique 250. Ici, la deuxième sortie de l'échangeur thermique 162 est reliée à l'extérieur. [0086] La deuxième entrée de l'échangeur thermique 162 est également fluidiquement connectée à l'entrée 254 du système thermique 250 à travers une canalisation de refroidissement 175 qui prolonge la première canalisation de dérivation 174 après l'entrée 254 du système thermique 250. [0087] L'ouverture et la fermeture de la valve haute pression 158 permettent de réguler la pression d'air en entrée de l'échangeur thermique 162. [0088] Le système thermique 250 comporte également une pompe 178 connectée sur la ca- 8 nalisation de refroidissement 175 et prévue pour générer un courant du système de dérivation 172 vers la deuxième entrée de l'échangeur thermique 162. [0089] L'unité de contrôle commande également la pompe 178. [0090] En complément du fonctionnement de l'installation décrit ci-dessus dans le mode de réalisation général, lorsqu'un dégivrage est nécessaire ou lorsqu'il est nécessaire de déboucher les trous 202, la pompe 178 est arrêtée, et lorsque la couche limite autour du bord d'attaque 102 doit être aspirée, la pompe 178 est mise en marche. [0091] Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs. 7 et 8, l'aspiration et le soufflage de l'air sont réalisés à partir des composants d'un ensemble électrique 710 de l'aéronef 10. [0092] Le système thermique 250 est ainsi constitué de l'ensemble électrique 710 qui comporte : [0093] - un compresseur 712 présentant un arbre rotatif, [0094] - un échangeur thermique 762, [0095] - une turbine 714 présentant un arbre rotatif, [0096] - un moteur 716 qui entraîne en rotation l'arbre du compresseur 712 et l'arbre de la turbine 714. [0097] L'air qui alimente le compresseur 712 provient d'une écope 752 placée à la surface de la peau de l'aéronef 10 et de l'entrée 254 du système thermique 250. L'air de l'écope 752 est acheminé par une canalisation d'écope 754 et l'air provenant de l'entrée 254 du système thermique 250 est acheminé par une canalisation d'entrée 775. La canalisation d'écope 754 et la canalisation d'entrée 775 se rejoignent au niveau d'un sous-système de dérivation 772 à trois voies, où chacune est fluidiquement connectée à une des voies du sous-système de dérivation 772 et où une canalisation d'apport 766 est fluidiquement connectée entre la troisième voie du sous-système de dérivation 772 et une entrée du compresseur 712 pour l'alimenter. [0098] L'échangeur thermique 762 est destiné à refroidir l'air chaud qui le traverse, une première entrée de l'échangeur thermique 762 est fluidiquement connectée à une sortie du compresseur 712 et à la sortie 252 du système thermique 250. Une première sortie de l'échangeur thermique 762 est fluidiquement connectée à la première entrée de l'échangeur thermique 762 et à une canalisation sortante 718. [0099] L'air nécessaire au refroidissement effectué dans l'échangeur thermique 762 est prélevé à l'extérieur de l'aéronef 10 et est acheminé à une deuxième entrée de l'échangeur thermique 762 par une canalisation entrante 720. Une deuxième sortie de l'échangeur thermique 762 expulse l'air vers l'extérieur. La deuxième sortie de l'échangeur thermique 762 est fluidiquement connectée à la deuxième entrée de l'échangeur thermique 762. [0100] La canalisation sortante 718 se divise en une première sous-canalisation 718a qui 9 alimente une entrée de la turbine 714 et une deuxième sous-canalisation 718b. [0101] La deuxième sous-canalisation 71811 est fluidiquement connectée à une canalisation d'extraction 722 qui est fluidiquement connectée à une sortie de la turhine 714. La deuxième sous-canalisation 718b et la canalisation d'extraction 722 se rejoignent pour alimenter un système d'air 163 de l'aéronef 10, comme par exemple le système d'air conditionné de la cabine. [0102] La deuxième sous-canalisation 71811 est équipée d'une vanne 724 qui permet de réguler le débit dans ladite deuxième sous-canalisation 718b. [0103] L'unité de contrôle commande également le moteur 716, le sous-système de dé- rivation 772 et la vanne 724. [0104] Le moteur 716 fait tourner le compresseur 712 et la turhine 714. [0105] Lorsque l'air arrive par la canalisation d'apport 766, il traverse le compresseur 712 où il chauffe et il en ressort pour rejoindre l'échangeur thermique 762, où après avoir été refroidi, il traverse la turbine 714 et/ou la vanne 724 pour alimenter le système d'air 163. [0106] Lorsque l'air chaud doit être soufflé par la canalisation 208 (Fig. 7), le sous-système de dérivation 772 est commandé pour mettre en communication fluidique la canalisation d'écope 754 et la canalisation d'apport 766. Au moins une partie de l'air chaud sortant du compresseur 712 rejoint alors la sortie 252 du système thermique 250. La rotation du moteur 716 entraîne la rotation du compresseur 712 qui joue le rôle d'une pompe refoulant de l'air chaud vers la sortie 252 du système thermique 250. [0107] Lorsque l'air doit être aspiré par la canalisation 208 (Fig. 8), le sous-système de dé- rivation 772 est commandé pour mettre en communication fluidique la canalisation d'entrée 775 et la canalisation d'apport 766. La rotation du moteur 716 entraîne la rotation du compresseur 712 qui joue le rôle d'une pompe aspirant l'air extérieur provenant de l'entrée 254 du système thermique 250. 10