Brevet FR3109178A1 — publié le 20211015

Plaque de sortie de conduit de décharge acoustiquement optimisée Vanne de décharge (20) pour turboréacteur d’aéronef comprenant un conduit (21) destiné à acheminé un flux gazeux (F) et une plaque perforée (22), la plaque perforée (22) étant destinée à être traversée par un flux gazeux (F) entrant dans la plaque perforée (22) via des premiers orifices (26) réalisés dans une première face (24) de la plaque perforée (22) et sortant de la plaque perforée (22) via des seconds orifices (27) réalisés dans une seconde face (25) de la plaque perforée (22) parallèle à ladite première face (24), chaque premier orifice (26) communiquant avec au moins un second orifice (27) via un canal (23), le premier orifice (26) associé à un canal (23) ayant une section plus grande que la section du second orifice (27) auquel ledit canal (23) est associé. La section de chaque canal (23) décroit non linéairement depuis le premier orifice (26) jusqu’au second orifice (27), et la surface totale de la première face (24) occupée par les premiers orifices (26) est au moins égale à 60% de la section du conduit (21). Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Plaque de sortie de conduit de décharge acoustiquement optimisée L’invention concerne le domaine des bruits des systèmes de propulsion d’un aéronef, et plus particulièrement des bruits des vannes de décharges utilisées sur les systèmes propulsifs des aéronefs. Dans la plupart des configurations, les systèmes propulsifs d’aéronefs, tels que des turbofan, turboprop, ou des open rotors, sont constitués comme le turboréacteur dont une vue en section dans un plan longitudinal du turboréacteur est illustrée sur la figure 1. Le turboréacteur 1 comprend une nacelle 2, un carter intermédiaire 3 et un carter interne 4. La nacelle 2 et les deux carters 3 et 4 sont coaxiaux et définissent une direction axiale de turboréacteur D AT et une direction radiale de turboréacteur D RT . La nacelle 2 définit à une première extrémité un canal d’entrée 5 d’un écoulement de fluide et à une seconde extrémité, opposée à la première extrémité, un canal d’échappement 6 d’un écoulement de fluide. Le carter intermédiaire 3 et le carter interne 4 délimitent entre eux une veine primaire 7 d’écoulement de fluide. La nacelle 2 et le carter intermédiaire 3 délimitent entre eux une veine secondaire 8 d’écoulement de fluide. La veine primaire 7 et la veine secondaire 8 sont disposées selon une direction axiale de turboréacteur D AT entre le canal d’entrée 5 et le canal d’échappement 6. Le turboréacteur 1 comprend en outre une soufflante 9 configurée pour délivrer un flux d’air F comme écoulement fluidique, le flux d’air F étant divisé en sortie de la soufflante en un flux primaire Fp circulant dans la veine primaire 7 et en un flux secondaire Fs circulant dans la veine secondaire 8. La veine secondaire 8 comprend un anneau de redresseurs 10, et la veine primaire 7 comprend un étage de compression basse pression 11, un étage de compression haute pression 12, une chambre de combustion 13, une turbine haute pression 14 et une turbine basse pression 15. Les systèmes de propulsions d’un aéronef comprennent généralement des vannes de décharges 16 comme par exemple les vannes dénommées en anglais « Variable Bleed Valves » (VBV), « Transient Bleed Valves » (TBV) ou « Handling Bleed Valves » (HBV). Ces vannes 16 ont pour fonction de réguler le fonctionnement des turboréacteurs 2, en ajustant le débit d’air à l’entrée et/ou à la sortie du compresseur haute pression 12, pour augmenter la marge au pompage, à faible régime, ou lors des phases d’accélération ou de décélération. Le débit ainsi prélevé est évacué au travers d’un conduit 17, puis réintroduit dans la veine secondaire 8 acheminant le flux secondaire Fs, ou plus en aval dans le flux primaire Fp, suivant la stratégie employée. Dans le cas où le débit d’air est réintroduit à l’aval de la veine primaire 7 acheminant le flux primaire Fp comme cela est illustré sur la figure 1 (cas courant pour la régulation des régimes transitoires), une pratique courante d’optimisation du système consiste en l’obstruction partielle du conduit par une grille multi-perforée ou un diaphragme. L’intérêt de cette optimisation est de générer une perte de charge permettant d’adapter le conditionnement thermodynamique de l’écoulement au milieu fluide dans lequel il sera réintroduit, dans des contraintes de masse et d’encombrement maitrisées. Le cas où la grille est positionnée dans le conduit est dénommé configuration en conduit. Dans le cas illustré sur la figure 2, où le débit d’air est réintroduit dans la veine secondaire 8 acheminant le flux secondaire Fs, ou dans le cas où le débit d’air est réintroduit dans le milieu ambiant (cas courant pour la régulation des bas régimes), le conduit 17 du système de décharge est plus court et est, classiquement, dépourvu de diaphragme. Ceci étant, il est courant de positionner une grille à l’extrémité aval de ce conduit 17, afin de réduire les phénomènes aéro-acoustiques générés par l’éjection de gaz à haute vitesse. Le cas où la grille est positionnée à l’extrémité du conduit est dénommé configuration libre. Dans les deux cas de figure illustrés sur les figures 1 et 2, un rayonnement acoustique significatif résulte de l’interaction entre la grille perforée et l’écoulement qui la traverse. Ce bruit, qui peut aller jusqu’à un niveau élevé sur l’échelle du bruit perçu effectif en décibels, connu en anglais sous l’abréviation EPNdB pour « Effective perceived noise in decibels », contribue au bruit avion, lors des transitions de régimes et à faible régime. Il est connu une grille ayant des orifices en forme de venturi. L’objectif de l’utilisation de cette forme pour les orifices de la grille est d’amorcer l’écoulement au niveau du col (Nombre de Mach = 1 au niveau du col) et d’éviter la formation non contrôlée de chocs en aval de la grille. Ceci étant, la configuration de perforation proposée donne systématiquement lieu à une rupture de la section de passage au niveau de la surface amont de la grille (transition entre la section de passage associée au conduit et la section de passage à l’entrée dans la grille). En outre, il est connu du document WO 2015/110748 une stratégie de réintroduction de la charge prélevée, ainsi que l’utilisation d’un diaphragme micro-perforé pour minimiser les pénalités acoustiques associées aux phénomènes supersoniques générés en aval de ce diaphragme. L’invention vise à proposer une vanne de décharge dotée d’une grille améliorée permettant de minimiser l’intensité des phénomènes aéro-acoustiques générés par les systèmes de décharge dotés d’une grille perforée. Dans un objet de l’invention, il est proposé une vanne de décharge pour turboréacteur d’aéronef comprenant un conduit destiné à acheminé un flux gazeux et une plaque perforée, la plaque perforée pour conduit de décharge d’une turbomachine d’un aéronef, la plaque perforée étant destinée à être traversée par un flux gazeux entrant dans la plaque perforée via des premiers orifices réalisés dans une première face de la plaque perforée et sortant de la plaque perforée via des seconds orifices réalisés dans une seconde face de la plaque perforée parallèle à ladite première face, chaque premier orifice communiquant avec au moins un second orifice via un canal, le premier orifice associé à un canal ayant une section plus grande que la section du second orifice auquel ledit canal est associé. Selon une caractéristique générale de l’invention, la section de chaque canal décroit non linéairement depuis le premier orifice jusqu’au second orifice, et la surface totale de la première face occupée par les premiers orifices est au moins égale à 60% de la section du conduit. La fait d’avoir à la fois un taux d’ouverture sur la première face au moins égale à 60% de la section du conduit par lequel le flux gazeux est acheminé jusqu’à la plaque perforé ainsi qu’une section de canal offrant une transition progressive non linéaire de la section de passage du canal permet d’adapter progressivement l’écoulement gazeux traversant la plaque perforée aux dimensions des orifices de sortie, c’est-à-dire aux seconds orifices. Ceci évite ainsi les phénomènes de recirculation aérodynamique liés la présence d’arêtes vives qui, lorsqu’ils sont couplés à des résonances acoustiques, génèrent un rayonnement acoustique très important. La géométrie du canal selon l’invention permet de supprimer ces phénomènes et ainsi de fournir une vanne de décharge dont le bruit est réduit par rapport aux vannes de décharge à grille multi-perforée connues dans l’état de la technique. Selon un premier aspect de la vanne de décharge, l’épaisseur de la plaque mesurée entre ses première et seconde faces selon une direction orthogonale à la première face est de préférence supérieure à 2% de la plus grande dimension caractérisant le conduit. Cela permet de bénéficier d’une longueur axiale de propagation suffisante pour favoriser la transition douce entre la section du conduit et celle correspondante à la somme des perforations. Selon un deuxième aspect de la vanne de décharge, la section de chaque canal peut décroître continument du premier orifice au second orifice en forme de pavillon. Selon un troisième aspect de la vanne de décharge, la section d’un canal mesurée à premier un niveau de l’épaisseur de la plaque est de préférence supérieure à 80% de la section du même canal mesurée à un second niveau de l’épaisseur de la plaque situé 0,5 mm plus prêt de la première face de la plaque que ledit premier niveau de l’épaisseur, ce qui permet de s’assurer de caractère continu de la décroissance de la section du canal du premier orifice vers le second orifice. Selon un quatrième aspect de la vanne de décharge, la vanne de décharge peut comprendre entre 3 et 200 canaux. Selon un cinquième aspect de la vanne de décharge, les canaux peuvent présenter une symétrie de révolution selon un axe orthogonal à la première face de la plaque pour faciliter la réalisation des canaux de la plaque perforée. Selon un sixième aspect de la vanne de décharge, la vanne de décharge peut comprendre une couche de matériau de protection sur la première face. Ce traitement de surface peut ainsi lui attribuer des performances améliorées, en termes de tenue à la température et à l’érosion ou même de résistance mécanique à la déformation. La couche de protection peut être un enrobage métallique, céramique ou en polymère adapté, réalisée par pulvérisation ou par immersion de la pièce dans le matériau de ladite couche à l’état liquide. Dans un septième aspect de la vanne de décharge, la plaque peut posséder un gradient de porosité décroissant de la première face à la seconde face. Dans un mode de réalisation, la plaque peut comprendre au moins un matériau ayant un gradient de porosité décroissant dans la direction allant de la première face vers la seconde face. La plaque peut être réalisée d’un seul bloc grâce à un procédé de fabrication permettant d’attribuer une porosité variable. Dans un autre mode de réalisation, la plaque peut comprendre une pluralité de couches de matériau présentant une porosité différente. La plaque peut être ainsi formée par une superposition d’une pluralité de couches de matériaux dotés de porosités différentes. Ces couches pourraient être assemblées par compression, par exemple via l’utilisation d’une capsule. Selon un huitième aspect de la vanne de décharge, la plaque perforée peut être montée à l’intérieur du conduit. Selon un neuvième aspect de la vanne de décharge, la plaque perforée peut être montée en sortie du conduit. Dans un autre objet de l’invention, il est proposé un turboréacteur comprenant une nacelle, un carter intermédiaire et un carter interne coaxiaux, et une vanne de décharge telle que définie ci-dessus, le carter intermédiaire et le carter interne délimitant entre eux une veine primaire d’écoulement de fluide, la nacelle et le carter intermédiaire délimitant entre eux une veine secondaire d’écoulement de fluide, et la vanne de décharge étant montée et entre la veine primaire et la veine secondaire et configurée pour prélever une portion de l’air dans la veine primaire et la délivrer dans la veine secondaire. Dans un autre objet de l’invention, il est proposé un turboréacteur comprenant une nacelle, un carter intermédiaire et un carter interne coaxiaux, et une vanne de décharge telle que définie ci-dessus, le carter intermédiaire et le carter interne délimitant entre eux une veine primaire d’écoulement de fluide dans laquelle est montée une chambre de combustion, la nacelle et le carter intermédiaire délimitant entre eux une veine secondaire d’écoulement de fluide, et la vanne de décharge étant configurée pour prélever une portion de l’air dans la veine primaire en amont de la chambre de combustion et la délivrer dans la veine primaire en aval de la chambre de combustion. La figure 1 présente une vue en section dans un plan longitudinal d’un turboréacteur selon l’état de la technique avec une vanne de décharge à réinjection dans le flux primaire. La figure 2 présente une vue en section dans un plan longitudinal d’un turboréacteur selon l’état de la technique avec une vanne de décharge à réinjection dans le flux primaire. Les figures 3A à 3C illustrent respectivement une vue en coupe, une vue de dessus et une vue de dessous d’une grille d’une vanne de décharge selon un premier mode de réalisation de l’invention. La figure 4 présente une vue en coupe d’une grille d’une vanne de décharge selon un deuxième mode de réalisation. La figure 5 présente une vue en coupe d’une grille d’une vanne de décharge selon un troisième mode de réalisation. Sur les figures 3A à 3C sont respectivement illustrées une vue en coupe, une vue de dessus et une vue de dessous d’une grille d’une vanne de décharge 20 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le plan de coupe de la figure 3A est un plan orthogonal à la vue de dessus illustrée sur la figure 3B et à la vue de dessous illustrée sur la figure 3C. La vanne de décharge 20 pour turboréacteur d’aéronef comprenant un conduit 21 destiné à acheminé un flux gazeux F et une grille 22 formée par une plaque perforée de huit canaux 23. La grille 22 possède un périmètre extérieur dont la forme correspond à la forme du périmètre intérieur du conduit 21. La grille 22 est insérée à une extrémité du conduit 21 à l’intérieur du conduit 21 pour obturer partiellement la sortie du conduit 21. La sortie du conduit 21 n’est obstruée que partiellement en ce que le flux F peut s’écouler par les canaux de la grilles 22, et uniquement par ces canaux 23. La grille 22, traversée par le flux gazeux F, comprend une première face 24, ou face amont, en regard du flux gazeux F, c’est-à-dire recevant le flux F, et une seconde face 25, ou face aval, par laquelle le flux F s’échappe après avoir traversé la grille 22 via les canaux 23. La seconde face 25 est opposée à la première face 24 et parallèle à celle-ci. Pour chacun des canaux 23, la face amont 24 de la grille 22 comprend un premier orifice 26 circulaire d’un premier diamètre et la face aval 25 de la grille 22 comprend un second orifice 27 circulaire d’un second diamètre. Le second diamètre est inférieur au premier diamètre. Ainsi, la section du premier orifice 26 est supérieure à la section du second orifice 27. Par conséquent, la surface ouverte de la face amont 24 de la grille 22 est plus grande que la surface ouverte de la face aval 26. Chaque canal 23 forme ainsi un passage entre la face amont 24 et la face aval 26. Chaque canal 23 présente une forme de pavillon, comme un pavillon acoustique, pour offrir une décroissance progressive non linéaire de la section de passage du canal entre la face amont 24 et la face aval 26. La forme du canal n’étant pas en biseau mais en pavillon, la section décroît selon une fonction non linéaire. Dans le mode de réalisation illustré, les premiers orifices 26 ont une section au moins égale à 60% de la section du conduit 21, ce qui permet, avec la transition progressive non linéaire de la section de passage du canal offerte par la forme en pavillon du canal 23, d’adapter progressivement l’écoulement gazeux F traversant la grille 22 aux dimensions des seconds orifices 27 par lesquels s’échappe le flux F. L’épaisseur E de la grille 22 est supérieure à 2% de la plus grande dimension caractérisant le conduit 21 dans un plan de coupe orthogonal à la direction du flux gazeux F. L’épaisseur E est mesurée entre la face amont 24 et la face aval 26 de la grille 22 selon une direction orthogonale aux faces amont et aval 24 et 26. Dans l’exemple illustré, le conduit 21 est cylindrique. Par conséquent, la dimension la plus grande du conduit 21 dans un plan de coupe orthogonal à la direction du flux F correspond au diamètre D de la base circulaire du cylindre formé par le conduit 21. Cette relation entre l’épaisseur de la grille et la dimension la plus grande de la section du conduit 21 permet de s’assurer que la longueur axiale de propagation dans la grille 22 est suffisante pour favoriser la transition douce entre la section du conduit 21 et celle correspondante à la somme des canaux 23. Dans le mode de réalisation illustré, pour s’assurer du caractère continu de la réduction de la section des canaux 23 entre la face amont 24 et la face aval 26, la section de chaque canal 23 décroit de moins de 20% tous les 0,5 mm d’épaisseur dans le sens allant de la face amont 24 à la face aval 26. Autrement dit, en allant dans l’autre sens, c’est-à-dire de la face aval 26 à la face amont 24, une mesure de la section d’un canal 23 réalisée à premier un niveau de l’épaisseur E de la grille 22 est supérieure à 80% d’une mesure de la section du même canal 23 réalisée à un second niveau de l’épaisseur E de la grille 22, le second niveau de l’épaisseur E étant situé 0,5 mm plus près de la face amont 24 de la grille 22 que ledit premier niveau de l’épaisseur E. Dit autrement, le second niveau de l’épaisseur 3 est distant de 0,5 mm de du premier niveau de l’épaisseur E en s’éloignant de la face aval 26. En outre, chaque canal 23 comprend un traitement de surface avec une couche d’un matériau de protection 28. Le traitement de surface permet d’améliorer la tenue à la température et à l’érosion et/ou une résistance mécanique à la déformation. Le traitement de surface peut être réalisé par enrobage métallique, céramique ou polymérique. Cet enrobage peut être réalisé par pulvérisation ou par immersion de la grille dans le matériau à l’état liquide. Sur la figure 4 est illustrée une vue en coupe d’une grille 32 d’une vanne de décharge selon un deuxième mode de réalisation. Dans ce deuxième mode de réalisation, la grille 32 de la vanne de décharge 20 diffère de la grille 22 du premier mode de réalisation illustré sur les figures 3A à 3C en ce qu’elle est formée dans un matériau 320 ayant un gradient de porosité décroissant de la face amont 24 à la face aval 26. La grille est réalisée d’un seul bloc grâce à un procédé de fabrication permettant d’attribuer une porosité variable tel qu’un procédé de fabrication additive. Dans ce second mode de réalisation, un premier orifice 25 de la face amont peut être couplé à une pluralité de canaux 33. Les éléments du deuxième mode de réalisation ayant les mêmes références numériques que pour le premier mode de réalisation sont identiques. Sur la figure 5 est illustrée une vue en coupe d’une grille 42 d’une vanne de décharge selon un troisième mode de réalisation. Dans ce troisième mode de réalisation, la grille 42 diffère de la grille 32 du deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 4 en ce qu’elle comprend une pluralité de couches 422, 424, 426, 428 de matériau présentant une porosité différente. La porosité des couches décroît dans le sens allant de la face amont 24 vers la face aval 26. Ces couches sont assemblées par compression via l’utilisation d’une capsule 49. Les éléments du troisième mode de réalisation ayant les mêmes références numériques que pour le deuxième mode de réalisation sont identiques. L’invention permet ainsi d’avoir une vanne de décharge dotée d’une grille améliorée permettant de minimiser l’intensité des phénomènes aéro-acoustiques générés par les systèmes de décharge dotés d’une grille perforée. Vanne de décharge (20) pour turboréacteur d’aéronef comprenant un conduit (21) destiné à acheminé un flux gazeux (F) et une plaque perforée (22), la plaque perforée (22) étant destinée à être traversée par un flux gazeux (F) entrant dans la plaque perforée (22) via des premiers orifices (26) réalisés dans une première face (24) de la plaque perforée (22) et sortant de la plaque perforée (22) via des seconds orifices (27) réalisés dans une seconde face (25) de la plaque perforée (22) parallèle à ladite première face (24), chaque premier orifice (26) communiquant avec au moins un second orifice (27) via un canal (23), le premier orifice (26) associé à un canal (23) ayant une section plus grande que la section du second orifice (27) auquel ledit canal (23) est associé, caractérisée en ce que la section de chaque canal (23) décroit non linéairement depuis le premier orifice (26) jusqu’au second orifice (27), et la surface totale de la première face (24) occupée par les premiers orifices (26) est au moins égale à 60% de la section du conduit (21). Vanne de décharge (20) selon la revendication 1, dans laquelle l’épaisseur (E) de la plaque perforée (22) mesurée entre ses première et seconde faces (24, 25) selon une direction orthogonale à la première face (24) est supérieure à 2% de la plus grande dimension caractérisant le conduit (21). Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans laquelle la section de chaque canal (23) décroit continument du premier orifice (26) au second orifice (27) en forme de pavillon. Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle la section d’un canal (23) mesurée à premier un niveau de l’épaisseur (E) de la plaque perforée (22) est supérieure à 80% de la section du même canal (23) mesurée à un second niveau de l’épaisseur (E) de la plaque perforée (22) situé 0,5 mm plus près de la première face (24) de la plaque perforée (22) que ledit premier niveau de l’épaisseur (E). Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant de 3 à 200 canaux (23). Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel les canaux (23) présentent une symétrie de révolution selon un axe orthogonal à la première face (24) de la plaque perforée (22). Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant une couche de matériau de protection (28) sur la première face (24). Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle la plaque perforée (22) possède un gradient de porosité décroissant de la première face (24) à la seconde face (25). Vanne de décharge (20) selon la revendication 8, dans laquelle la plaque perforée (22) comprend au moins un matériau ayant un gradient de porosité décroissant dans la direction allant de la première face (24) vers la seconde face (25). Vanne de décharge (20) selon la revendication 8, dans laquelle la plaque perforée (22) comprend au moins deux couches de matériau présentant une porosité différente. Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 à 10, dans laquelle la plaque perforée (22) est montée à l’intérieur du conduit (21). Vanne de décharge (20) selon l’une des revendications 1 à 10, dans laquelle la plaque perforée (22) est montée en sortie du conduit (21). Turboréacteur (1) comprenant une nacelle (2), un carter intermédiaire (3) et un carter interne (4) coaxiaux, et une vanne de décharge (20) selon la revendication 11, le carter intermédiaire (3) et le carter interne (4) délimitant entre eux une veine primaire (7) d’écoulement de fluide dans laquelle est montée une chambre de combustion (13), la nacelle (2) et le carter intermédiaire (3) délimitant entre eux une veine secondaire (8) d’écoulement de fluide, et la vanne de décharge (20) étant configurée pour prélever une portion de l’air dans la veine primaire (7) en amont de la chambre de combustion (13) et la délivrer dans la veine primaire (7) en aval de la chambre de combustion (13). Turboréacteur (1) comprenant une nacelle (2), un carter intermédiaire (3) et un carter interne (4) coaxiaux, et une vanne de décharge (20) selon la revendication 12, le carter intermédiaire (3) et le carter interne (4) délimitant entre eux une veine primaire (7) d’écoulement de fluide, la nacelle (2) et le carter intermédiaire (3) délimitant entre eux une veine secondaire (8) d’écoulement de fluide, et la vanne de décharge (20) étant montée et entre la veine primaire (7) et la veine secondaire (8) et configurée pour prélever une portion de l’air dans la veine primaire (7) et la délivrer dans la veine secondaire (8).