Brevet FR3120942A1 — publié le 20220923

L'objet principal de l'invention est un banc d’essai (1) de turbomachine (2), comportant : une entrée (4) ; une sortie (5) ; un passage (3) en communication avec l’entrée (4) et la sortie (5), le passage (3) étant destiné à recevoir la turbomachine (2) lors des essais et comprenant un couloir (6) permettant la circulation d’un flux d’air (F), caractérisé en ce que le banc d’essai (1) comporte un dispositif d’admission (20) d’au moins un polluant destiné à se mélanger au flux d’air (F) en provenance de l’entrée (4). Figure pour l’abrégé : Figure 1 Banc d’essai de turbomachine comportant un dispositif d’admission d’un polluant La présente invention se rapporte au domaine général des essais des turbomachines. Elle s’applique à tout type de turbomachines aéronautiques ou terrestres, notamment aux turbomachines d’aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. L’invention concerne ainsi un banc d’essai de turbomachine comportant un dispositif d’admission d’au moins un polluant. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une turbomachine, tel un turboréacteur, est un ensemble propulsif permettant de transformer un potentiel énergétique, issu de carburant et de comburant, vers une énergie cinétique générant une force appelée poussée. Lors de la conception ou de l’entretien d’une turbomachine, tel un turboréacteur, différents tests sont réalisés afin de valider son bon fonctionnement. En effet, même si le principe de fonctionnement d’une turbomachine paraît simple, les phases d’avant-projet, de développement et de certification, tout comme les phases de post-certification, de vie du moteur et de démonstration par essai dans un but d’amélioration continue, notamment, peuvent durer près d’une décennie et présentent de nombreuses complexités. Ainsi, lors des tests, une série de mesures est effectuée pour surveiller des paramètres clés. Ces mesures peuvent à la fois s’effectuer directement sur la turbomachine ou sur son environnement. Afin de conduire de tels tests moteurs (ou essais moteurs), au sol ou en vol, la turbomachine est installée dans un banc d’essai spécifique. Celui-ci est adapté pour recréer des conditions de vol tout en restant au sol. Un tel banc d’essai présente un couloir formant une chambre d’essai recevant la turbomachine. Des cheminées verticales délimitent les extrémités du couloir pour former une entrée et une sortie. Les cheminées reçoivent puis rejettent le flux d’air propulsé par la turbomachine. Des dispositifs réduisent les nuisances sonores inhérentes au fonctionnement de la turbomachine, et qui sont propagées par les cheminées. Des essais partiels peuvent également être réalisés, sur une pièce ou un ensemble de pièces, par exemple pour des essais de matériaux. De façon générale, l’utilisation des bancs d’essais peut être longue, des essais pouvant se compter en années dans de nombreux cas. La demande de brevet EP 3 199 206 A1 divulgue un exemple d’un tel banc d’essai avec une configuration en « U », c’est-à-dire qui montre une cheminée d’entrée et une cheminée de sortie, les cheminées étant reliées par un couloir horizontal contenant la turbomachine. Les installations des bancs d’essais moteurs requièrent un besoin de matériels spécifiques permettant de gérer l’arrivée de carburant, mais également d’air comprimé, d’huile et d’électricité. Il va de même pour les installations de bancs d’essais partiels ou matériaux. La fiabilité, la robustesse du moteur et le fait de maximiser le temps d’exploitation d’un moteur sont des enjeux majeurs de nos jours, et les solutions actuelles de bancs d’essais, qui ne permettent pas de faire d’endurance sous environnement contrôlé et d’utiliser des paramètres variables, ne sont pas entièrement satisfaisantes. En particulier, les essais matériaux sur certains phénomènes, tels que la corrosion, l’érosion, la cokéfaction, entre autres, sont restreints par un nombre de variables qui sont fixées, telles que pour la corrosion par exemple: la quantité de polluant dans l’environnement fixée lors de l’essai bien que variable ; la température fixée également bien que variable au sein du moteur ; la pression fixée aussi bien que variable au sein du moteur. Or, la corrosion dépend notamment de la combinaison de ces paramètres et peut avoir un impact plus ou moins virulent. Une des problématiques de nos jours est qu’il est difficile de faire des corrélations entre des essais faits sur bancs avec des paramètres fixes alors que le moteur voit des paramètres variables. En particulier, il est difficile, lors d’essais d’endurance classiques sur moteur, de percevoir certains phénomènes (corrosion, érosion, cokéfaction, etc.) tels qu’ils sont subis réellement du fait des conditions d’essais avec notamment un air propre au sol à l’inverse de certains environnements aériens. L’invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l’art antérieur. En particulier, l’invention vise notamment à concevoir un banc d’essai de turbomachine avec un environnement plus représentatif de celui subi par la turbomachine en conditions normales d’utilisation dans le but d’identifier en avance les difficultés susceptibles d’apparaître en utilisation normale et non perçues en phase de développement, afin d’adapter les critères d’utilisation en conséquence. L’invention a ainsi pour objet, selon l’un de ses aspects, un banc d’essai de turbomachine, notamment pour turboréacteur ou turbopropulseur apte à entraîner un flux d’air, comportant : - une entrée, - une sortie, - un passage en communication avec l’entrée et la sortie, le passage étant destiné à recevoir la turbomachine lors des essais et comprenant un couloir permettant la circulation d’un flux d’air, caractérisé en ce que le banc d’essai comporte un dispositif d’admission d’au moins un polluant destiné à se mélanger au flux d’air en provenance de l’entrée. Grâce à l’invention, il est possible de mieux représenter l’environnement vu par un moteur en utilisation normale et de prévenir par essais d’endurance des phénomènes aujourd’hui subis et non attendus jusqu’à présent. L’invention permet en outre une amélioration de la fiabilité moteur par l’établissement de critères d’inspection avant avaries et l’affranchissement de problématiques techniques par la diminution de l’apparition de certains phénomènes, par exemple la corrosion, l’érosion, la cokéfaction, entre autres. Elle permet aussi de diminuer les déposes nécessaires de moteurs, l’amélioration du choix des matériaux, la réduction de la maintenance, et ainsi les coûts. Le banc d’essai de turbomachine selon l’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. Le dispositif d’admission peut comporter un système de régulation dudit au moins un polluant introduit. Ledit au moins un polluant peut comporter tous types de polluant, notamment un ou des composés chimiques. Ledit au moins un polluant peut notamment comporter du soufre et/ou du sable, entre autres. De plus, le dispositif d’admission d’au moins un polluant peut comporter une bonbonne avec une concentration en polluant(s) prédéterminée. Le banc d’essai peut comporter un système de décontamination au niveau de la sortie permettant de capter le ou les polluants admis. Le système de décontamination peut comporter un filtre à pollution. Le système de décontamination peut également comporter au moins une vanne de décharge permettant d’évacuer l’air pollué pour décontaminer le couloir du banc d’essai. Par ailleurs, le banc d’essai peut comporter une grille pour l’interception de débris, et le dispositif d’admission d’au moins un polluant peut être situé au niveau de la grille entre l’entrée et le couloir. En outre, selon une configuration, le couloir peut être délimité en amont par une cheminée d’entrée horizontale et en aval par une cheminée de sortie verticale, le banc d’essai étant dans une configuration dite en « L ». Selon une autre configuration, le couloir peut être délimité en amont par une cheminée d’entrée verticale et en aval par une cheminée de sortie verticale, le banc d’essai étant dans une configuration dite en « U ». L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu’à l’examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : représente un banc d’essai conforme à l’invention recevant un moteur en phase de test, selon une configuration en « L », et représente un banc d’essai conforme à l’invention recevant un moteur en phase de test, selon une configuration en « U ». Dans l’ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION La représente de manière simplifiée un banc d’essai 1 de turbomachine 2, par exemple un turboréacteur ou turbopropulseur d’aéronef. Selon la configuration représentée sur cette , le banc d’essai 1 est dit en « L ». Le banc d’essai 1 forme une infrastructure ou construction. Il comporte un passage 3, ou chambre de test, avec une entrée 4 et une sortie 5. Ce passage 3 comprend un couloir 6 essentiellement allongé. Il peut présenter une longueur supérieur à 50 m. La longueur du couloir 6 permet la circulation en ligne droite d’un flux d’air F, soit une circulation d’air F traversant le passage 3. Ce flux d’air F circule au travers du banc d’essai 1 en raison du souffle de la turbomachine 2. Afin de limiter la résistance à l’écoulement, en particulier l’entrée d’un flux d’air F dans la turbomachine 2, le couloir 6 peut présenter une section de passage supérieure ou égale à 50 m². La section de passage, ou section libre, peut être mesurée en amont de la zone de fixation 8 destinée à recevoir la turbomachine 2. La zone de fixation 8 peut être un tronçon du couloir 6 selon sa longueur. La section de passage peut être observable sur au moins un quart de la longueur du couloir 6, préférentiellement sur la majorité de la longueur. La zone de fixation 8 est éventuellement muni de moyens de fixation 9, par exemple un bras de fixation, où la turbomachine 2 est montée. Ces moyens de fixation 9 peuvent s’étendre verticalement depuis le plafond du couloir 6, à la manière d’une colonne ou d’un poteau. Ils permettent de monter la turbomachine 2 avec un déport, et de centrer cette dernière au milieu du couloir 6. Le centrage est vertical et horizontal. Le couloir 6 est délimité par des cheminées, une cheminée horizontale 10a en entrée 4 et une cheminée verticale 11 en sortie 5. Elles permettent respectivement une admission d’air horizontale et un échappement vertical en élévation par rapport au couloir 6. Cette configuration en « L » n’est pas limitative de l’invention. La , décrite par la suite, présente une configuration en « U » mais d’autres configurations sont possibles, par exemple sans cheminées. De même, une seule chambre peut former le passage 3. Au niveau de l’entrée 4 se trouve une porte 7. De plus, en entrée du couloir 6, le banc d’essai 1 présente une grille 15 permettant d’intercepter des débris susceptibles de perturber l’essai et d’endommager la turbomachine 2. Par ailleurs, le banc d’essai comprend un tube collecteur 16 du flux gazeux F produit par l’essai en aval de la turbomachine 2. Le tube collecteur 16 est disposé horizontalement et comprend à sa sortie un diffuseur 17 dans la cheminée verticale de sortie 11. Le tube collecteur 16 est par ailleurs configuré pour absorber le bruit produit par l’essai. En outre, la cheminée verticale de sortie 11 comprend un dispositif de réduction du bruit 18, en l’occurrence des baffles acoustiques. Bien que non représentées, ces baffles acoustiques peuvent aussi être présentes dans la cheminée d’entrée 10a, ou la cheminée d’entrée 10b sur la . Conformément à l’invention, le banc d’essai 1 permet des tests d’endurance dans un environnement contrôlé. Ainsi, le banc d’essai 1 comporte un dispositif d’admission d’au moins un polluant 20 destiné à se mélanger au flux d’air F en provenance de l’entrée 4. Ce dispositif d’admission 20 d’un ou plusieurs polluants est par exemple situé au niveau de la grille 15, entre la cheminée d’entrée 10a et le couloir 6. Le dispositif d’admission 20 permet de contaminer l’air en polluant(s) de sorte à ce que l’environnement de la turbomachine 2 en test soit au plus près des conditions réelles de vol. Le dispositif d’admission 20 peut comporter un système de régulation dudit au moins un polluant introduit. Le ou les polluants peuvent notamment comporter du soufre dans le but de tester la corrosion par exemple, ou encore du sable dans le but de tester l’érosion par exemple. Avantageusement, le dispositif d’admission 20 peut comporter une bonbonne comprenant une concentration en polluant(s) maîtrisée. Par exemple, dans le cas du soufre, il peut s’agir d’une bonbonne commercialisée avec une quantité de polluants spécifique mesurée en particules par million (ppm), commercialisée par la société Air Liquide par exemple. En outre, le banc d’essai 1 comporte un système de décontamination 21 au niveau de la sortie 5 permettant de capter le polluant précédemment injecté. Ce système de décontamination 21 peut comporter un filtre à pollution 22 permettant de récupérer, ou bloquer, la pollution non désirée. Ce système de décontamination 21 peut de plus comporter au moins une vanne de décharge permettant d’évacuer l’air pollué pour décontaminer l’enceinte du banc d’essai 1. Cela peut se faire par aspiration ou ventilation. Cela peut également permettre le changement du filtre dans le cas où celui-ci est encombré. La solution de l’invention permet avantageusement de pouvoir faire des essais d’endurance sur moteur dans un environnement dit « pollué ». De plus, l’injection du ou des polluants, par exemple du soufre pour des tests de corrosion, peut se faire de manière contrôlée. La représente par ailleurs de manière simplifiée un banc d’essai 1 de turbomachine 2, par exemple un turboréacteur ou turbopropulseur d’aéronef, avec désormais un banc d’essai 1 dit en « U ». En comparaison avec la , les références communes ne sont pas décrites de nouveau. Dans cette configuration en « U », le couloir 6 est délimité par des cheminées verticales, une cheminée verticale 10b en entrée 4 et une cheminée verticale 11 en sortie 5. Elles permettent respectivement une admission d’air verticale et un échappement vertical en élévation par rapport au couloir 6. A la jonction entre la cheminée amont verticale 10b et le couloir 6, le banc d’essai 1 est équipé d’une série de lames de déviation 12. Elles permettent de renvoyer l’air descendant de la cheminée d’entrée 10b selon la direction horizontale. Les lames de déviation 12 s’étendent horizontalement, et traversent tout le couloir 6. Elles présentent des profils courbes. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l’homme du métier. Banc d’essai (1) de turbomachine (2), comportant : - une entrée (4), - une sortie (5), - un passage (3) en communication avec l’entrée (4) et la sortie (5), le passage (3) étant destiné à recevoir la turbomachine (2) lors des essais et comprenant un couloir (6) permettant la circulation d’un flux d’air (F), caractérisé en ce que le banc d’essai (1) comporte un dispositif d’admission (20) d’au moins un polluant destiné à se mélanger au flux d’air (F) en provenance de l’entrée (4). Banc d’essai (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d’admission (20) comporte un système de régulation dudit au moins un polluant introduit. Banc d’essai (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins un polluant comporte du soufre et/ou du sable. Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’admission (20) d’au moins un polluant comporte une bonbonne avec une concentration en polluant(s) prédéterminée. Banc d’essai (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un système de décontamination (21) au niveau de la sortie (5) permettant de capter le ou les polluants admis. Banc d’essai (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de décontamination (21) comporte un filtre à pollution (22). Banc d’essai (1) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le système de décontamination (21) comporte au moins une vanne de décharge permettant d’évacuer l’air pollué pour décontaminer le couloir (6) du banc d’essai (1). Banc d’essai (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une grille (15) pour l’interception de débris, et en ce que le dispositif d’admission (20) d’au moins un polluant est situé au niveau de la grille (15) entre l’entrée (4) et le couloir (6). Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couloir (6) est délimité en amont par une cheminée d’entrée horizontale (10a) et en aval par une cheminée de sortie verticale (11), le banc d’essai (1) étant dans une configuration dite en « L ». Banc d’essai (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le couloir (6) est délimité en amont par une cheminée d’entrée verticale (10b) et en aval par une cheminée de sortie verticale (11), le banc d’essai (1) étant dans une configuration dite en « U ».