Brevet FR3101851A1 — publié le 20210416

Nacelle de moteur électrique d’aéronef à décollage et atterrissage verticaux et aéronef comportant une telle nacelle Un aspect de l’invention concerne une nacelle de moteur électrique (1) d’aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) comportant : un carénage (10) dans lequel est logé un moteur électrique (20) équipé d’au moins une hélice (22) s’étendant à l’extérieur d’une face supérieure (10b) du carénage, et un dispositif de refroidissement adapté pour refroidir le moteur électrique lorsque l’aéronef est en phases de décollage, de croisière et d’atterrissage et comportant un collecteur réversible (30) d’alimentation et d’échappement de fluide de refroidissement, adapté pour, alternativement : en phase de croisière, recevoir un flux de fluide froid (F3) généré par le déplacement de l’aéronef et diriger ce flux de fluide, à travers le moteur (20), vers une sortie située en regard de l’hélice (22), et en phase de décollage ou d’atterrissage, réceptionner un flux de fluide chaud (F2) transmis par l’hélice (22) et ayant transité à travers le moteur (20). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Nacelle de moteur électrique d’aéronef à décollage et atterrissage verticaux et aéronef comportant une telle nacelle La présente invention concerne une nacelle de moteur électrique d’aéronef à décollage et atterrissage verticaux, ou VTOL (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Take-off and Landing Aircraft »). Elle concerne également un VTOL équipé d’une telle nacelle. L’invention trouve des applications dans le domaine de l’aéronautique et, en particulier, dans le domaine des moteurs électriques de VTOL. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les constructeurs aéronautiques cherchent à développer des aéronefs à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) qui peuvent s'affranchir des pistes habituellement nécessaires pour le décollage et l'atterrissage des avions classiques. Il existe plusieurs types de VTOL répertoriés en fonction des moteurs utilisés. Certains VTOL, appelés par la suite plus simplement aéronefs, sont équipés de plusieurs moteurs élévateurs (ou « Lift Motors » en termes anglo-saxons) positionnés suivant un axe vertical pour assurer le décollage et l'atterrissage de l’aéronef et de moteurs de propulsion (ou « Tilt Motors » en termes anglo-saxons) positionnés classiquement suivant un axe horizontal pour assurer le vol de l’aéronef en mode croisière. Les moteurs de propulsion de ces types d’aéronefs sont généralement montés sur des poutres solidaires du fuselage de l’aéronef ou sous la voilure de l’aéronef de sorte que leurs axes de rotation soient parallèles au fuselage dudit aéronef. Les moteurs élévateurs, généralement plus nombreux que les moteurs de propulsion pour des raisons de puissance plus importante à l’élévation qu’en croisière, sont montés sur des poutres solidaires du fuselage de l’aéronef ou sur la voilure de l’aéronef, généralement en aval ou, au contraire, en amont des moteurs de propulsion. Chacun des moteurs élévateurs est un moteur électrique qui comporte un axe de rotation sensiblement perpendiculaire au plan de la voilure et prolongé par une hélice à plusieurs pales. Les moteurs élévateurs doivent être refroidis pendant toute la durée du vol, aussi bien pendant les phases d’élévation (décollage et atterrissage) que pendant la phase de croisière. En effet, même si en phase de croisière les hélices ne tournent pas, les moteurs élévateurs doivent tout de même être refroidis afin que l’échauffement provoqué par le décollage ait été dissipé au moment de l’atterrissage. Plus précisément, pendant les phases d’élévation, c'est-à-dire de décollage ou d’atterrissage, l’hélice tourne et l’aéronef s’élève, ce qui génère un flux d’air vertical entrant dans le moteur élévateur par sa face supérieure 26 en regard de l’hélice. L’air traverse le moteur et le refroidit via des surfaces d’échange, de type ailettes, montées sur le moteur. Pendant la phase de croisière, l’aéronef est propulsé suivant une direction sensiblement horizontale par les moteurs de propulsion. Le flux d’air généré par le déplacement de l’aéronef est alors horizontal. Comme les hélices des moteurs élévateurs sont arrêtées, le flux d’air généré par le déplacement de l’aéronef lèche les surfaces extérieures des moteurs élévateurs sans toutefois pénétrer à l’intérieur desdits moteurs et accéder aux surfaces d’échange. Actuellement, afin que l’air généré par le déplacement de l’aéronef refroidisse un tant soit peu les moteurs élévateurs pendant la phase de croisière, il a été choisi par les avionneurs de laisser lesdits moteurs élévateurs en extérieur de la structure de l’aéronef et donc de ne pas les caréner. Or, si l’absence de carénage permet au flux d’air de refroidir les moteurs élévateurs par contact avec leurs surfaces extérieures, cette absence de carénage a pour effet également de générer des pertes aérodynamiques. En effet, comme cela est connu dans le domaine de l’aéronautique, toute pièce ou partie de pièce qui ne satisfait pas à un profil aérodynamique génère une trainée aérodynamique. Cette trainée aérodynamique est d’autant plus importante que la pièce ou partie de pièce est positionnée perpendiculairement au plan de l’aéronef. Les trainées aérodynamiques générées par chacun des moteurs élévateurs ont pour conséquence d’entraîner une surconsommation de l’énergie nécessaire au vol de l’aéronef et cette surconsommation d’énergie, en plus d’être couteuse, a un impact direct sur l’autonomie du moteur, lorsque le moteur est un moteur électrique. D’autres VTOL sont équipés, à la place des moteurs d’élévation, de moteurs dits « orientables ». Ces moteurs orientables ont l’avantage de pouvoir pivoter sur eux-mêmes de sorte que leurs axes de rotation puissent passer d’une position sensiblement verticale pendant les phases d’élévation à une position sensiblement horizontale pendant la phase de croisière. En conséquence, quelle que soit la phase de vol, l’axe de ces moteurs orientables est toujours dans le flux d’air généré par le déplacement de l’aéronef. Les moteurs orientables peuvent donc être correctement refroidis aussi bien en phase d’élévation qu’en phase de croisière. Cependant, ces moteurs orientables sont plus difficiles à mettre en œuvre que les moteurs élévateurs et nécessitent un système de commande relativement complexe, ce qui a pour conséquence un coût de fabrication plus élevé. Il existe donc, pour les moteurs élévateurs, un besoin d’un carénage permettant de limiter les pertes aérodynamiques générées par lesdits moteurs tout en permettant le refroidissement desdits moteurs aussi bien pendant les phases d’élévation que pendant la phase de croisière. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles : La figure 1 représente une vue schématique de côté d’un exemple de nacelle de moteur électrique pour VTOL selon l’invention, en phase d’élévation ; La figure 2 représente une vue schématique de côté de l’exemple de nacelle de la figure 1, pendant la phase de croisière ; La figure 3 représente une vue schématique de dessous d’un exemple de collecteur réversible d’alimentation et d’échappement de fluide de refroidissement de la nacelle selon l’invention ; La figure 4 représente une vue schématique d’un exemple d’ouverture du collecteur réversible selon l’invention, La figure 5 représente une vue schématique de face, en coupe, d’un autre exemple de nacelle de moteur électrique pour VTOL selon l’invention ; La figure 6 représente une vue schématique de côté d’un autre exemple de nacelle de moteur électrique pour VTOL, pendant la phase de croisière, dans lequel l’ouverture du collecteur réversible est dirigée vers l’arrière du carénage. Nacelle de moteur électrique (1) d’aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) comportant : un carénage (10) dans lequel est logé un moteur électrique (20) équipé d’au moins une hélice (22) s’étendant à l’extérieur d’une face supérieure (10b) du carénage, et un dispositif de refroidissement adapté pour refroidir le moteur électrique lorsque l’aéronef est en phases de décollage, de croisière et d’atterrissage et comportant un collecteur réversible (30) d’alimentation et d’échappement de fluide de refroidissement, adapté pour, alternativement : en phase de croisière, recevoir un flux de fluide froid (F3) généré par le déplacement de l’aéronef et diriger ce flux de fluide, à travers le moteur (20), vers une sortie située en regard de l’hélice (22), et en phase de décollage ou d’atterrissage, réceptionner un flux de fluide chaud (F2) transmis par l’hélice (22) et ayant transité à travers le moteur (20). Nacelle de moteur électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le collecteur réversible est positionné sur une face inférieure (10a) du carénage, opposée à la face supérieure (10b). Nacelle de moteur électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le collecteur réversible (30) est une chambre à profil aérodynamique équipée d’une ouverture (31) d’admission et d’échappement du fluide et d’une pluralité de canaux de répartition (32) du fluide. Nacelle de moteur électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les canaux de répartition (32) sont répartis dans une structure interne du collecteur réversible (30) entre l’ouverture (31) d’admission et d’échappement et une face inférieure (25) du moteur de sorte à diriger le flux de fluide depuis l’ouverture vers des surfaces d’échanges thermiques du moteur ou depuis la face inférieure (25) du moteur vers l’ouverture (31) du collecteur réversible (30). Nacelle de moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le collecteur réversible (30) présente une forme d’écope dans le carénage. Nacelle de moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le collecteur réversible (30) présente une forme de prise NACA dans le carénage. Nacelle de moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le carénage (10) entourant le moteur électrique comporte une forme aérodynamique s’étendant en s’évasant de la face supérieure (26) vers la face inférieure (25) dudit moteur, de sorte à générer une dépression entre la face supérieure et la face inférieure. Nacelle de moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la face supérieure (10b) du carénage entourant le moteur électrique comporte au moins un bossage (11, 12) générant un effet Venturi. Nacelle de moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que les surfaces d’échange du moteur électrique s’étendent sensiblement verticalement entre la face inférieure (25) et la face supérieure (26) du moteur électrique. Nacelle de moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que l’ouverture (31) du collecteur réversible (30) est dirigée vers l’avant du carénage (10). Aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) comportant au moins une nacelle de moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.