Brevet FR3130754A1 — publié le 20230623

La présente invention concerne une lèvre annulaire (40) d’entrée d’air pour une nacelle (3) d’un ensemble propulsif (1) d’aéronef, la lèvre (40)s’étend autour d’un axe de révolution (X) et qui comporte : - une paroi annulaire externe (42), - une paroi annulaire interne (44), - une paroi annulaire amont (46) reliant lesdites parois annulaires externe et interne (42, 44) de manière à délimiter entre elles une cavité annulaire (400), et dans laquelle au moins une partie de la lèvre annulaire (40) comprend au moins un revêtement de transfert thermique (6) qui comprend un matériau en carbone allotrope. Figure pour l'abrégé : Figure 4 LEVRE D’ENTREE D’AIR POUR UNE NACELLE D’UN ENSEMBLE PROPULSIF D’AERONEF Domaine technique de l'invention L’invention se rapporte au domaine des ensembles propulsifs, par exemple d’aéronef, et plus particulièrement, à une lèvre d’entrée d’air pour une nacelle d’un tel ensemble propulsif. Arrière-plan technique Un ensemble propulsif 1, en particulier d’un aéronef, comprend un moteur du type turbomachine 2 qui est entouré par une nacelle 3 ( ). Dans le cas où la turbomachine 2 est un turboréacteur à double flux, le flux d’air qui passe dans une manche d’entrée d’air 4 traverse un aubage d’une soufflante 32 puis se divise en un flux d’air primaire F1 qui pénètre dans une partie chaude de la turbomachine 2 et en un flux d’air secondaire F2 qui s’écoule dans une partie froide de la turbomachine 2. La nacelle 3 comprend la manche d’entrée d’air 4, une structure médiane 34 et une structure aval 36 toutes reliées entre elles de manière à former une veine d’écoulement d’un flux d’air 38. Cette veine 38 forme une entrée d’un flux d’air F à l’intérieur de la nacelle 3. Après passage du flux d’entrée d’air F dans la soufflante 32, il se divise en flux primaire F1 et flux secondaire F2 dans la turbomachine 2. La manche d’entrée 4 comprend une lèvre d’entrée d’air 40 agencée pour permettre la captation optimale de l’air nécessaire à l’alimentation du moteur, et ce, sur l’ensemble de sa plage de fonctionnement, tout en minimisant pertes et trainée. De manière classique, la lèvre est annulaire et comprend une paroi annulaire interne 44, une paroi annulaire externe 42 et une paroi annulaire amont 46 reliant les parois interne et externe entre elles, de façon à délimiter entre elles une cavité annulaire 400. La lèvre d’entrée d’air est connue pour être un point de l’ensemble propulsif favorisant l’accrétion de glace ou de givre. La glace se formant sur la lèvre d’entrée peut atteindre une taille élevée avant de se décrocher, avec le risque, lorsqu’elle finit par se désolidariser de la lèvre d’entrée, d’endommager les aubes de soufflante qu’elle percute ou une autre pièce de la turbomachine qui l’ingère. L’amas de glace ou de givre peut également s’accumuler de manière inégale sur la lèvre d’entrée et entraîner ainsi des vibrations indésirables de l’ensemble propulsif. Afin de pallier ce problème, il a été proposé d’implanter un dispositif de dégivrage (ou d’antigivrage) dont le but est de faire en sorte que la glace ou le givre sur les parois de la lèvre de la manche d’entrée soit dégagé(e) avant d’atteindre une taille critique. En référence à la , un tel dispositif de dégivrage 5 connu, présenté notamment dans le document FR-A1-3 095 420, comporte un tube circulaire 50 dans la cavité 400 de la lèvre 40 qui fait le tour de la nacelle et qui alimente en air chaud prélevé sur la turbomachine, la cavité annulaire 400 afin de réchauffer les parois de la lèvre. La circulation d’air chaud en contact avec la lèvre permet de réchauffer les parois de la lèvre pour dégivrer ou éviter au givre de se former sur la lèvre d’entrée d’air. Par ailleurs pour réduire les émissions acoustiques de l’ensemble propulsif, on garnit certaines parois intérieures de la nacelle avec des panneaux acoustiques 7 de type sandwich. Ce panneau acoustique 7 comporte une âme centrale présentant des cellules acoustiques 72 en forme de nid d'abeilles. Les cellules acoustiques peuvent être recouvertes par une peau arrière étanche, et par une peau avant tournée vers la source sonore, qui est perforée ou poreuse. Sur la , les cellules acoustiques 72 sont situées entre une peau annulaire externe 74 et une partie de la paroi interne 44 de la lèvre qui est perforée de trous 444. Les cellules acoustiques ouvertes constituent alors un dispositif du type résonateur de Helmholtz, qui contribue à fortement réduire les émissions acoustiques. Ce type de panneaux acoustiques est disposé notamment sur les parois internes de la veine annulaire secondaire d'air froid, dans le cas d'un turboréacteur à double flux, ainsi que sur la paroi interne de la lèvre d’entrée d’air. Ces panneaux viennent notamment former la ou les pièce(s) acoustique(s) formant tout ou partie de la virole acoustique de l’entrée d’air, lesquels sont disposés dans la cavité annulaire de la lèvre. Cependant, la mise en place de cellules acoustiques dans la cavité annulaire de la lèvre isole certaines zones de paroi de la lèvre (par exemple, une zone de paroi Z1 de la lèvre en regard du panneau acoustique), ce qui peut empêcher de réchauffer cette zone de paroi sur laquelle il peut y avoir un risque d’accumulation de givre. Afin de pallier ce second problème, plusieurs systèmes sont envisagés, tels que : - le dégivrage par canaux, présenté notamment dans le document FR-A1-2 981 049, qui propose une alternance de cellules acoustiques et de canaux dans lesquels circule un fluide permettant de chauffer la zone de paroi isolée par le panneau acoustique ; - le dégivrage « transpirant », présenté notamment dans le document FR-A1-3 023 538, qui propose une sortie (telle que des orifices 440 et/ou des trous 444 sur la paroi interne 44 de la lèvre 40) du flux d’air chaud F3 dans la veine secondaire 38 afin de réchauffer la surface de la paroi 44 par l’extérieur au-dessus de laquelle se trouvent les cellules acoustiques 72 (figures 2 et 3) ; - le dégivrage par ventilation des cellules acoustiques, présenté notamment dans le document FR-A1-2 752 392, dans lequel les cellules acoustiques comportent chacune des trous de circulation d’air avec ou sans sortie de l’air dans la veine secondaire. Cependant, le système de dégivrage par canaux peut présenter plusieurs inconvénients, tels que : - la perte de l’efficacité acoustique du fait de la présence de canaux de circulation entre les cellules acoustiques, - la difficulté d’assemblage (concordance entre les canaux, le positionnement du perçage acoustique, le passage des canaux entre les cellules, etc.), et - la mise en place d’un système d’alimentation des canaux peut être plus encombrant et plus coûteux. Les limites du système de dégivrage transpirant peuvent être : - la zone acoustique est limitée entre le point de séparation du flux d’air en amont de la zone acoustique et le cadre avant, et - le rejet d’air chaud F3 dans le flux d’air moteur (en particulier dans la veine secondaire 38 d’air froid, tel qu’illustré sur la ) qui risque d’impacter le fonctionnement nominal du moteur et de ces composants. L’inconvénient du système de dégivrage par ventilation des cellules acoustiques, est que la circulation d’air dans les cellules peut ne pas être efficace sur la totalité du panneau acoustique, notamment par la présence de zones confinées. Dans ces différents contextes, il est intéressant de proposer une solution permettant de pallier les inconvénients de l’art antérieur, notamment en améliorant la conduction thermique d’une lèvre d’entrée d’air, afin de diminuer l’énergie nécessaire pour son dégivrage. Plus particulière dans le cas du système de dégivrage transpirant, il est intéressant de proposer une lèvre d’entrée d’air permettant notamment de limiter le rejet d’air chaud dans une veine d’écoulement secondaire (en air froid) d’une turbomachine d’un ensemble propulsif. La présente invention propose ainsi une lèvre annulaire pour une nacelle d’un ensemble propulsif d’aéronef, la lèvre s’étend autour d’un axe de révolution X et qui comporte : - une paroi annulaire externe, - une paroi annulaire interne, - une paroi annulaire amont reliant lesdites parois annulaires externe et interne de manière à délimiter entre elles une cavité annulaire. Selon l’invention, au moins une partie de la lèvre annulaire comprend au moins un revêtement de transfert thermique qui comporte un matériau en carbone allotrope. Dans la présente demande, on entend par « revêtement de transfert thermique », un revêtement ayant pour fonction (ou capacité) d’échanger de la chaleur, en particulier cette chaleur se dirigeant d’un ou plusieurs éléments le plus chaud (par exemple, un flux d’air chaud provenant d’un dispositif de dégivrage ou anti-dégivrage) vers un ou plusieurs éléments le plus froid (par exemple, les parois de la lèvre présentant du givre) afin de réchauffer cet ou ces éléments froids. Pour cela, le revêtement est notamment réalisé dans un ou plusieurs matériaux présentant des propriétés thermiques favorisant le transfert thermique. A titre d’exemple, le revêtement selon l’invention présente des propriétés thermiques optimales lorsqu’elles sont supérieures aux propriétés thermiques de la lèvre annulaire et/ou du panneau acoustique composant la lèvre d’entrée d’air. Par exemple, les propriétés thermiques sont caractérisées par la conductivité thermique des matériaux formant le revêtement de transfert thermique, la lèvre annulaire et le panneau acoustique. Par « carbone allotrope », on entend un matériau comportant du carbone sous ses formes allotropiques pour avoir des propriétés physiques (par exemple, conductivité thermique, point de fusion, dureté, etc.) et une réactivité chimique différentes, bien que les formes allotropiques soient constituées d’atomes identiques. A titre d’exemple, le carbone allotrope peut être suivant les deux formes suivantes les plus répandues : - du graphène qui est un cristal bidimensionnel d’atomes de carbone répartis régulièrement sur un réseau hexagonal en forme de nid d’abeilles, et - du diamant qui présente une forme cristalline transparente dure avec chaque atome de carbone entouré de quatre liaisons simples dans un arrangement tétraédrique. Ainsi, le revêtement de transfert thermique réalisé en carbone allotrope présente une conductivité thermique élevée, notamment par rapport à celle de la lèvre réalisée en métal (tel que l’aluminium ou le titane). Ce revêtement en carbone allotrope permet donc d’améliorer les transferts thermiques aussi bien conductifs que radiatifs de la cavité de la lèvre vers les parois de la lèvre, et notamment de la cavité vers les parois d’un panneau annulaire acoustique lorsqu’il est disposé sur la paroi interne pour réchauffer par radiation la zone de la lèvre sous ce panneau acoustique. En effet, la chaleur provenant de la cavité de la lèvre se propage à travers le revêtement en carbone allotrope et la ou les parois de la lèvre, de façon à renforcer une absorption quasi-totale de cette chaleur pour réchauffer la ou les parois correspondantes. Par conséquent, la présence ou la formation de givre (ou de glace) sur les parois de la lèvre (et de manière générale sur la lèvre d’entrée d’air d’une nacelle) est évitée. Par ailleurs, l’amélioration de la conduction thermique de la lèvre permet également de réduire l’énergie nécessaire pour le dégivrage ou l’antigivrage. En particulier, lorsque l’énergie est prélevée de la turbomachine pour alimenter la lèvre d’entrée d’air chaud afin de dégivrer (ou d’empêcher la formation de givre) les parois de la lèvre d’entrée d’air. De plus, la lèvre d’entrée selon la configuration de l’invention permet de limiter (voire supprimer) le rejet d’air chaud (qui est requis pour dégivrer la surface externe de la paroi interne de la lèvre, notamment la zone de la paroi interne en regard d’un panneau acoustique lorsque la lèvre en est équipé) dans une veine d’écoulement d’air d’une turbomachine. En effet, le flux d’air chaud rejeté hors de la lèvre est compensé par les transferts thermiques dans la ou les zones de la lèvre comportant le revêtement en carbone allotrope. L’invention présente par conséquent l’avantage de reposer sur une conception simple, offrant une très grande fiabilité, et peu pénalisante en termes de coûts et d’encombrement. La lèvre d’entrée d’air selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - qu’au moins une partie de la paroi annulaire externe et/ou de la paroi annulaire interne comprend ledit au moins un revêtement de transfert thermique ; - la lèvre comprend en outre au moins un panneau annulaire acoustique qui est situé dans ladite cavité et qui s’étend autour de la paroi interne, cette paroi interne étant perforée et comportant des trous débouchant dans des cellules acoustiques du panneau acoustique ; - le panneau acoustique comprend au moins une peau annulaire qui enveloppe les cellules acoustiques, dans lequel au moins une partie de ladite au moins une peau et/ou au moins une partie des cellules acoustiques comprenant ledit au moins un revêtement de transfert thermique ; - la peau annulaire comprend une extrémité amont qui est fixée à au moins l’une des parois annulaires interne et amont ; au moins une partie de ladite extrémité amont et/ou au moins une partie dudit au moins l’une des parois annulaires interne et amont comprend ledit au moins un revêtement de transfert thermique ; - les parois annulaires externe et interne de la lèvre sont également reliées entre elles par une paroi annulaire aval, et dans laquelle la peau annulaire comprend une extrémité aval qui est fixée à la paroi annulaire aval ; au moins une partie de cette paroi annulaire aval et/ou au moins une partie de l’extrémité aval comprenant ledit revêtement de transfert thermique ; - la lèvre comprend au moins une première zone en regard du panneau acoustique et/ou au moins des seconde et troisième zones adjacentes au panneau acoustique, dans laquelle ledit au moins un revêtement annulaire de transfert thermique recouvre au moins une desdites zones ; - le panneau acoustique est réalisé dans un alliage métallique, en composite ou en thermoplastique ; - le matériau en carbone allotrope est du graphène ; - ledit au moins un revêtement de transfert thermique présente une épaisseur inférieure à 40μm, par exemple l’épaisseur est comprise entre1,0μm et 40μm ; - la lèvre comprend un dispositif de dégivrage qui est de type pneumatique ou électrique et qui est au moins en partie logé dans ladite cavité ; - le dispositif de dégivrage pneumatique est configurée pour émettre un flux d’air chaud, ladite paroi annulaire interne comportant des orifices traversant qui sont répartis autour dudit axe X et qui sont configurés pour laisser passer ledit flux d’air chaud à l’extérieur de ladite cavité ; -- ledit au moins un revêtement de transfert thermique est annulaire, -- ledit au moins un revêtement de transfert thermique est formé de plusieurs secteurs raccordés circonférentiellement (par rapport à l’axe X) bout à bout, -- ledit au moins un revêtement de transfert thermique recouvre la totalité ou au moins une partie d’une surface externe et/ou d’une surface interne de la paroi annulaire interne de la lèvre, -- ledit au moins un revêtement de transfert thermique recouvre la totalité ou au moins une partie d’une surface externe et/ou d’une surface interne de la paroi annulaire externe de la lèvre, -- ledit au moins un revêtement de transfert thermique recouvre la totalité ou au moins une partie d’une surface amont et/ou d’une surface aval de la paroi annulaire amont de la lèvre, -- ledit au moins un revêtement de transfert thermique recouvre la totalité ou au moins une partie d’une surface amont et/ou d’une surface aval de la paroi annulaire aval de la lèvre, -- ledit au moins un revêtement de transfert thermique recouvre la totalité ou au moins une partie d’une surface externe et/ou d’une surface interne de ladite au moins une peau annulaire du panneau acoustique, -- la totalité ou au moins une partie des cellules acoustiques est revêtue dudit au moins un revêtement de transfert thermique. L’invention concerne aussi une manche d’entrée d’air pour une nacelle d’un ensemble propulsif d’aéronef, cette manche comportant une lèvre annulaire d’entrée d’air telle que décrite ci-dessus. L’invention concerne encore un ensemble propulsif, en particulier d’un aéronef, comportant une nacelle équipée d’une lèvre d’entrée d’air telle que décrite ci-dessus ou d’une manche d’entrée d’air lèvre telle que décrite ci-dessus. La présente invention concerne également un aéronef comprenant un fuselage, au moins une aile de sustentation et au moins un ensemble propulsif fixé au fuselage ou monté sous l’aile de sustentation. L’ensemble propulsif comporte une nacelle équipée d’une lèvre d’entrée d’air telle que décrite ci-dessus ou d’une manche d’entrée d’air telle que décrite ci-dessus. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une lèvre d’entrée d’air selon l’une des particularités de l’invention. Le procédé comprend les étapes consistant à : - réaliser une lèvre annulaire formée de tout ou partie d’au moins une des parois annulaires externe, interne et amont, - appliquer au moins un revêtement de transfert thermique dans la lèvre. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : -- ledit revêtement de transfert thermique peut être appliqué par colmatage d’anodisation, par traitement de surface en bain, par pistolet ou par application de revêtement dopé ; -- le procédé selon l’invention comprend en outre les étapes consistant à : - réaliser au moins un panneau acoustique comprenant des cellules acoustiques, - assembler ledit au moins un panneau acoustique avec la lèvre annulaire formée, de façon à ce que les cellules acoustiques débouchent dans des trous perforés de la paroi annulaire interne de la lèvre ; -- le procédé comprend une application dudit revêtement de transfert thermique sur la totalité ou au moins une partie d’au moins une des parois annulaires de la lèvre ; -- le procédé comprend une application dudit revêtement de transfert thermique sur au moins une partie des cellules acoustiques et/ou sur au moins une partie d’au moins une peau annulaire qui enveloppe lesdites cellules acoustiques. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La est une vue schématique en coupe axiale d’un ensemble propulsif d’aéronef, La représente schématiquement une demi vue partielle en perspective d’une lèvre d’entrée d’air de l’art antérieur, et une vue schématique agrandie au niveau d’un panneau acoustique de la lèvre d’entrée, La représente schématiquement une vue agrandie d’un rejet d’un flux d’air chaud hors de la lèvre d’entrée d’air de la , La est une vue schématique partielle en perspective d’une lèvre d’entrée d’air selon un premier mode de l’invention, et une vue agrandie schématique d’une paroi interne de la lèvre d’entrée, La est une vue schématique partielle en perspective d’une lèvre d’entrée d’air selon un second mode de l’invention, comportant un panneau acoustique, et une vue agrandie schématique d’une partie du panneau acoustique. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Lèvre annulaire (40) d’entrée d’air pour une nacelle (3) d’un ensemble propulsif (1) d’aéronef, la lèvre (40) s’étend autour d’un axe de révolution (X) et qui comporte : - une paroi annulaire externe (42), - une paroi annulaire interne (44), - une paroi annulaire amont (46) reliant lesdites parois annulaires externe et interne (42, 44) de manière à délimiter entre elles une cavité annulaire (400), caractérisée en ce qu’au moins une partie de la lèvre annulaire (40) comprend au moins un revêtement de transfert thermique (6) qui comprend un matériau en carbone allotrope. Lèvre d’entrée d’air selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’au moins une partie de la paroi annulaire externe (42) et/ou de la paroi annulaire interne (44) comprend ledit au moins un revêtement de transfert thermique (6). Lèvre d’entrée d’air selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la lèvre (40) comprend en outre au moins un panneau annulaire acoustique (7) qui est situé dans ladite cavité (400) et qui s’étend autour de la paroi interne (44), cette paroi interne (44) étant perforée et comportant des trous (444) débouchant dans des cellules acoustiques (72) du panneau acoustique (7). Lèvre d’entrée d’air selon la revendication 3, caractérisée en ce que le panneau acoustique (7) comprend au moins une peau annulaire (74) qui enveloppe les cellules acoustiques (72), dans lequel au moins une partie de ladite au moins une peau annulaire (74) et/ou au moins une partie des cellules acoustiques (72) comprenant ledit au moins un revêtement de transfert thermique (6). Lèvre d’entrée d’air selon la revendication 4, caractérisée en ce que la peau annulaire (74) comprend une extrémité amont (742) qui est fixée à au moins l’une des parois annulaires interne et amont (44, 46) ; au moins une partie de ladite extrémité amont (742) et/ou au moins une partie dudit au moins l’une des parois annulaires interne et amont (44, 46) comprend ledit au moins un revêtement de transfert thermique (6). Lèvre d’entrée d’air selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les parois annulaires externe et interne (42, 44) de la lèvre (40) sont également reliées entre elles par une paroi annulaire aval (48), et dans laquelle la peau annulaire (74) comprend une extrémité aval (744) qui est fixée à la paroi annulaire aval (48) ; au moins une partie de cette paroi annulaire aval (48) et/ou au moins une partie de l’extrémité aval (744) comprenant ledit revêtement de transfert thermique. Lèvre d’entrée d’air selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la lèvre (40) comprend au moins une première zone (Z1) en regard du panneau acoustique (7) et/ou au moins des seconde et troisième zones (Z2, Z3) adjacentes au panneau acoustique (7), dans laquelle ledit au moins un revêtement annulaire de transfert thermique (6) recouvre au moins une desdites zones (Z1, Z2, Z3). Lèvre d’entrée d’air selon l’une quelconque des 3 à 7, caractérisée en ce que le panneau acoustique (7) est réalisé dans un alliage métallique, en composite ou en thermoplastique. Lèvre d’entrée d’air selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau en carbone allotrope est du graphène. Lèvre d’entrée d’air selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit au moins un revêtement de transfert thermique (6) présente une épaisseur inférieure à 40μm, par exemple l’épaisseur est comprise entre1,0μm et 40μm. Lèvre d’entrée d’air selon l’une quelconque des revendications, caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif de dégivrage (5) qui est de type pneumatique ou électrique et qui est au moins en partie logé dans ladite cavité (400). Lèvre d’entrée d’air selon la revendication 11, caractérisée en ce que le dispositif de dégivrage (5) pneumatique est configurée pour émettre un flux d’air chaud (F3), ladite paroi annulaire interne (44) comportant des orifices traversant (440) qui sont répartis autour dudit axe (X) et qui sont configurés pour laisser passer ledit flux d’air chaud (F3) à l’extérieur de ladite cavité (400). Ensemble propulsif d’aéronef (1), comportant une nacelle (3) équipée d’une lèvre annulaire d’entrée d’air (40) selon l’une quelconque des revendications précédentes.