Brevet FR3132542A1 — publié le 20230811

L’invention concerne un ensemble pour une turbomachine, notamment d’aéronef, comprenant : une veine annulaire (15, 14) d’axe longitudinal où est destiné à circuler un premier fluide et un échangeur de chaleur (20) porté par une paroi annulaire (21, 22) de la veine annulaire et comportant un cœur de transfert thermique (25) destiné à être traversé par le premier fluide. Selon l’invention, le cœur de transfert thermique est incliné suivant un angle d’inclinaison prédéterminé par rapport à l’axe longitudinal, l’échangeur de chaleur comprenant un premier panneau présentant une surface frontale pourvue d’ouvertures d’entrée (33) débouchant dans le cœur de transfert thermique, un deuxième panneau (29) présentant une surface distale pourvue d’ouvertures de sortie (34), des premiers déflecteurs (40) configurés pour permettre une déflexion du premier fluide entrant dans le cœur de transfert thermique et des deuxièmes déflecteurs (40’) configurés pour permettre une déflexion du premier fluide sortant du cœur de transfert thermique. Figure pour l’abrégé : Figure 3 ENSEMBLE COMPRENANT UNE VEINE ANNULAIRE ET UN ECHANGEUR DE CHALEUR INCLINE ET TURBOMACHINE COMPRENANT UN TEL ENSEMBLE Domaine de l’invention La présente invention concerne le domaine général de l’aéronautique. Elle vise en particulier un échangeur de chaleur pour une turbomachine, notamment d’aéronef. Arrière-plan technique Une turbomachine d’aéronef et un aéronef comprennent divers organes et/ou équipements devant être lubrifiés et/ou refroidis pour leur bon fonctionnement. Ces organes et/ou équipements peuvent être des paliers ou engrenages dans la turbomachine ou des composants électriques et/ou électroniques pour des systèmes électriques de la turbomachine de l’aéronef ou encore des systèmes de conditionnement des espaces intérieurs de l’aéronef. La chaleur dégagée par ces organes et/ou équipements, qui peut être très importante suivant la puissance de l’organe et/ou de l’équipement, est évacuée par échange thermique avec une source froide disponible dans la turbomachine et/ou l’aéronef. L’échange thermique est réalisé grâce à un ou plusieurs échangeurs de chaleur qui sont installés dans la turbomachine ou dans l’aéronef et pour diverses applications. Selon les applications, les échangeurs de chaleur utilisent de manière générale un premier fluide pouvant être de l’huile, de l’eau glycolée, des fluides de type Novec®, les hydrofluorocarbures (HFC), du gaz naturel liquéfié (LNG), de l’hydrogène liquide (LH2), etc. et un deuxième fluide pouvant être le carburant de la turbomachine, l’air ambiant, un air de la veine secondaire de la turbomachine ou un air de la veine primaire de la turbomachine. Les échanges de chaleur se font entre le premier fluide et le deuxième fluide pour leur refroidissement et/ou réchauffement. Les besoins en refroidissement des fluides de lubrifiant, des systèmes électriques et/ou électroniques (machines électriques, génératrices, batteries, etc…) sont de plus croissants du fait de l’accroissement des vitesses de rotation et des puissances mises en jeu pour répondre aux tendances de spécification sur les turbomachines et de l’électrification des futurs aéronefs. Cela implique que les échangeurs de chaleur seront de plus en plus sollicités. Par ailleurs, les nouvelles architectures de turbomachine et d’aéronef utilisant des carburants alternatifs ((LH2), (LNG)), qui sont stockés sous forme liquide à basse température (typiquement 23K pour le LH2) pour limiter le volume des réservoirs et la masse ajoutée sur l’aéronef, engendrent la nécessité de les réchauffer avant de les utiliser, soit l’emploi d’échangeurs de chaleur. Sont connus les échangeurs de chaleur carburant/huile généralement dont l’acronyme anglais est FCOC pour « Fuel Cooled Oil Cooler ». Ces échangeurs de chaleur FCOC peuvent avoir une double fonction de réchauffement du carburant avant la combustion dans la chambre de combustion de la turbomachine et de refroidissement de l’huile réchauffée par les dissipations thermiques de la turbomachine. Cependant, les échangeurs de chaleur FCOC ne suffisent pas à absorber toutes les dissipations thermiques car la température du carburant est limitée en vue des contraintes de sécurité. Le complément de refroidissement est obtenu par les échangeurs de chaleur air/huile connus sous l’acronyme anglais ACOC pour « Air-Cooled Oil Cooler », en particulier ceux du type surfacique et connus sous l’acronyme SACOC. Les échangeurs de chaleur surfacique sont généralement agencés dans la veine secondaire de la turbomachine et utilisent le flux d’air secondaire pour le refroidissement de l’huile circulant dans la turbomachine. Ces échangeurs de chaleur se présentent sous la forme d’une pièce surfacique métallique permettant le passage d’huile dans des canaux usinés. Le flux d’air secondaire est guidé le long d’ailettes portées par cette pièce surfacique et qui ont pour rôle d’augmenter la surface de contact avec le flux d’air secondaire et d’extraire les calories. L’une des problématiques observées dans les échangeurs de chaleur pour les différentes applications susmentionnées est la génération des pertes de charge supplémentaires côté air (ou gaz) puisqu’ils perturbent l’écoulement. Cela a pour effet d’augmenter la consommation de carburant spécifique (SFC) de la turbomachine et d’impacter négativement la performance de la turbomachine. Les exemples d’échangeurs de chaleur décrits dans les brevets FR-B1-3096444 et FR-B1-3096409 au nom de la demanderesse, ont été proposés pour améliorer leurs performances, notamment aérothermiques. Ces échangeurs de chaleur comprennent des moyens de ralentissement du flux d’air entrant dans les ailettes et des moyens d’accélération du flux d’air sortant des ailettes. Cependant suivant les dimensions de ces moyens de ralentissement ou d’accélération un risque de décollement du flux d’air peut apparaître dans différentes zones autour de ces moyens de ralentissement ou d’accélération. Tous ces risques de décollement peuvent augmenter la perte de charge totale. L’objectif de la présente invention est de fournir un échangeur de chaleur permettant d’optimiser ses performances aérothermiques tout en réduisant les pertes de charge et en évitant d’impacter la masse considérablement. Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce à un ensemble pour une turbomachine, notamment d’aéronef, l’ensemble comprenant : une veine annulaire d’axe longitudinal dans laquelle est destiné à circuler un premier fluide et un échangeur de chaleur entre le premier fluide et un deuxième fluide, l’échangeur de chaleur s’étendant au moins en partie autour de l’axe longitudinal, étant porté par une paroi annulaire de la veine annulaire et comportant un cœur de transfert thermique qui est destiné à être traversé au moins en partie par le premier fluide, le cœur de transfert thermique s’étendant suivant une direction générale qui est inclinée suivant un angle d’inclinaison prédéterminé par rapport à l’axe longitudinal et l’échangeur de chaleur comprenant un premier panneau présentant une surface frontale pourvue d’ouvertures d’entrée débouchant dans le cœur de transfert thermique et un deuxième panneau présentant une surface distale pourvue d’ouvertures de sortie, l’échangeur de chaleur comprenant une pluralité de premiers déflecteurs s’étendant depuis la surface frontale et qui sont configurés de manière à permettre une déflexion du premier fluide entrant dans le cœur de transfert thermique et une deuxième pluralité de déflecteurs s’étendant depuis la surface distale et qui sont configurés de manière à permettre une déflexion du premier flux d’air sortant du cœur de transfert thermique. Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, en inclinant l’échangeur de chaleur, notamment son cœur de transfert thermique, ainsi que la section d’entrée de l’échangeur de chaleur, les performances aérothermiques sont améliorées. L’inclinaison et le fait que la section d’entrée soit désormais transversale permet de ralentir le flux à l’entrée de l’échangeur de chaleur. Le ralentissement de la vitesse de l’écoulement en entrée de l’échangeur de chaleur permet de minimiser particulièrement la perte de charge, voire de la supprimer et même de générer de la poussée dans certaines phases de vol de l’aéronef. Ce phénomène est connu sous « l’Effet Meredith ») et permet d’améliorer nettement les performances aérothermiques de l’échangeur de chaleur. En effet, l’écoulement du premier fluide traversant l’échangeur circule à une vitesse importante (par exemple supérieur à 0.6 Mach dans certaines phases de vol). L’inclinaison de l’échangeur de chaleur permet en autre un décalage entre l’échangeur et les parois de la veine d’une certaine hauteur de sorte que le premier fluide passe entre l’échangeur et cette paroi, et que l’échangeur de chaleur soit moins impacté par la couche limite où le premier fluide est décéléré par la friction le long de la paroi de la veine. Le nombre de Mach sera plus important en amont de l’échangeur de chaleur. L’effet Meredith est un phénomène physique par lequel la traînée causée par un échangeur de chaleur réchauffant l’air est compensée par une conception appropriée du canal de l’échangeur de chaleur (dispositif divergent/échangeur/convergent) capable de générer une poussée plus utile. L’effet Meredith est d’autant plus tangible que la vitesse de l’aéronef augmente. Afin d’avoir une trainée nulle et éventuellement pour générer de la poussée par l’échangeur de chaleur dans certaines phases de vol, le facteur de ralentissement doit être supérieur à 6. A cela s’ajoute le fait que l’inclinaison permet un gain en encombrement. Le présent échangeur de chaleur qui est à forte performance aérodynamique et à fort ralentissement dans un encombrement limité, répond aux conditions de facteur de ralentissement et de l’Effet Meredith. L’échangeur de chaleur comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : l’angle d’inclinaison est compris entre 5° et 45° et préférentiellement entre 15° et 25°. l’échangeur de chaleur comprend une extrémité qui est disposée à une distance prédéterminée de la paroi annulaire. les premiers déflecteurs sont configurés de façon à définir un chemin divergent vers les ouvertures et les deuxièmes déflecteurs sont configurés de façon à définir un chemin convergent de guidage du premier fluide sortant des ouvertures. les déflecteurs comprennent une longueur mesurée entre un premier bord et un deuxième bord qui est inférieure à une hauteur du cœur de transfert thermique et qui présente une épaisseur variable entre le premier bord et le deuxième bord. les premiers et deuxième déflecteurs comprennent chacun un corps s’étendant entre un premier flanc et un deuxième flanc suivant une deuxième direction et une première surface et une deuxième surface reliant les premier et deuxième flancs, la première surface étant incurvée et convexe et la deuxième surface étant incurvée et concave. l’échangeur de chaleur comprend une manche d’entrée qui est montée en amont d’une première extrémité du cœur de transfert thermique. l’échangeur de chaleur comprend une manche de sortie qui est montée en aval d’une deuxième extrémité du cœur de transfert thermique. l’échangeur de chaleur comprend des moyens de support reliant le cœur de transfert thermique à la paroi annulaire de la veine annulaire. l’échangeur de chaleur comprend des canaux dans lesquels est destiné à circuler le deuxième fluide et en ce que les moyens de support comprennent une conduite d’entrée du deuxième fluide et une conduite sortie du deuxième fluide qui sont reliées aux canaux, les conduites d’entrée et de sortie étant reliées à un circuit d’alimentation en deuxième fluide. l’échangeur de chaleur est disposé à une distance minimum de la paroi annulaire. le cœur de transfert thermique comprend une pluralité d’ailettes s’étendant entre le premier panneau et le deuxième panneau suivant une deuxième direction perpendiculaire à la direction générale longitudinale. l’échangeur de chaleur est annulaire ou s’étend sur un secteur angulaire autour de l’axe longitudinal. le cœur de transfert thermique comprend une pluralité d’ailettes s’étendant entre le premier panneau et le deuxième panneau suivant une deuxième direction perpendiculaire à la direction générale. la surface frontale est transversale à l’axe longitudinal et est disposée à une distance prédéterminée de la paroi annulaire. L’invention concerne également une turbomachine d’axe longitudinal X comprenant un ensemble tel que susmentionné. L’invention concerne également un aéronef comprenant une turbomachine tel que présentée ci-dessus. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : La est une vue en coupe axiale, partielle et en coupe axiale d’un exemple de turbomachine à laquelle s’applique l’invention ; La est une vue en perspective et partielle d’un ensemble comprenant un carter annulaire et échangeur de chaleur agencé dans le carter annulaire selon l’invention ; La illustre une vue en coupe axiale de l’ensemble selon la ; La illustre schématiquement et suivant une coupe axiale un exemple d’échangeur de chaleur agencé de manière inclinée dans un carter annulaire dans lequel circule un premier fluide selon l’invention ; La est une vue de détail de moyens de déflexion selon l’invention ; La illustre schématiquement, en perspective et suivant une coupe axiale un exemple d’échangeur de chaleur agencé dans un carter annulaire dans lequel circule un premier fluide, l’échangeur de chaleur étant dépourvu d’une manche d’entrée et d’une manche de sortie selon l’invention ; La est un schéma montrant un exemple de courbure pour des moyens de déflexion de l’échangeur de chaleur selon l’invention ; La est un schéma montrant un autre exemple de courbure pour des moyens de déflexion de l’échangeur de chaleur selon l’invention ; La illustre schématiquement, et suivant une coupe axiale un autre mode de réalisation d’un agencement d’un échangeur de chaleur dans un carter annulaire selon l’invention ; La est une vue schématique et en perspective d’un exemple d’échangeur de chaleur comprenant des ailettes selon l’invention ; La est une vue schématique et en coupe axe axiale d’un autre mode de réalisation d’un échangeur de chaleur selon l’invention ; et La est une vue schématique et en coupe axe axiale d’un autre exemple d’échangeur de chaleur selon l’invention. Ensemble pour une turbomachine (1), notamment d’aéronef, l’ensemble comprenant : une veine annulaire (15, 14) d’axe longitudinal (X) dans laquelle est destiné à circuler un premier fluide et un échangeur de chaleur (20) entre le premier fluide et un deuxième fluide, l’échangeur de chaleur (20) s’étendant au moins en partie autour de l’axe longitudinal (X), étant porté par une paroi annulaire (21, 22) de la veine annulaire (15, 14) et comportant un cœur de transfert thermique (25) qui est destiné à être traversé au moins en partie par le premier fluide, caractérisé en ce que le cœur de transfert thermique (25) s’étend suivant une direction générale (L) qui est inclinée suivant un angle d’inclinaison (α) prédéterminé par rapport à l’axe longitudinal (X) et en ce que l’échangeur de chaleur (20) comprend un premier panneau (28) présentant une surface frontale (28c) pourvue d’ouvertures d’entrée (33) débouchant dans le cœur de transfert thermique (25) et un deuxième panneau (29) présentant une surface distale (29c) pourvue d’ouvertures de sortie (34), l’échangeur de chaleur (20) comprenant une pluralité de premiers déflecteurs (40) s’étendant depuis la surface frontale (28c) et qui sont configurés de manière à permettre une déflexion du premier fluide entrant dans le cœur de transfert thermique (25) et une pluralité de deuxièmes déflecteurs (40’) s’étendant depuis la surface distale (29c) et qui sont configurés de manière à permettre une déflexion du premier flux d’air sortant du cœur de transfert thermique (25). Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’angle d’inclinaison (α) est compris entre 5° et 45° et préférentiellement entre 15° et 25°. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (20) comprend une extrémité (26, 27) qui est disposée à une distance prédéterminée (D1) de la paroi annulaire (21). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers déflecteurs (40) sont configurés de façon à définir un chemin divergent vers les ouvertures d’entrée (33) et les deuxièmes déflecteurs (40’) sont configurés de façon à définir un chemin convergent de guidage du premier fluide sortant des ouvertures de sortie (34). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes déflecteurs (40) comprennent une longueur (L2) mesurée entre une premier bord (40a) et un deuxième bord (40b) qui est inférieure à une hauteur (he) du cœur de transfert thermique (25) et qui présente une épaisseur (e) variable entre le premier bord (40a) et le deuxième bord (40b). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers et deuxième déflecteurs (40, 40’) comprennent chacun un corps s’étendant entre un premier flanc (40c) et un deuxième flanc (40d) suivant une deuxième direction et une première surface (40e) et une deuxième surface (40f) reliant les premier et deuxième flancs, la première surface (40e) étant incurvée et convexe et la deuxième surface (40f) étant incurvée et concave. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (20) comprend une manche d’entrée (30) qui est montée en amont d’une première extrémité (26) du cœur de transfert thermique (25). Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (20) comprend une manche de sortie (35) qui est montée en aval d’une deuxième extrémité (27) du cœur de transfert thermique (25). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (20) comprend des moyens de support (45) reliant le cœur de transfert thermique (25) à la paroi annulaire (21) de la veine annulaire (14, 15). Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (20) comprend des canaux (49) dans lesquels est destiné à circuler le deuxième fluide et en ce que les moyens de support (45) comprennent une conduite d’entrée (46a) du deuxième fluide et une conduite de sortie (46b) du deuxième fluide qui sont reliées aux canaux (49), les conduites d’entrée et de sortie étant reliées à un circuit (47) d’alimentation en deuxième fluide. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (20) est disposé à une distance minimum (h) de la paroi annulaire (21). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cœur de transfert thermique (25) comprend une pluralité d’ailettes (41) s’étendant entre le premier panneau (28) et le deuxième panneau (29) suivant une deuxième direction (R) perpendiculaire à la direction générale (L). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (20) est annulaire ou s’étend sur un secteur angulaire autour de l’axe longitudinal (X). Turbomachine (1) d’axe longitudinal X caractérisée en ce qu’elle comprend un ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes.