Brevet FR3126734A1 — publié le 20230310

L’invention concerne un moteur d’aéronef comprenant une hélice de propulsion tournant autour d’un axe longitudinal (AX) et portant des pales (13), chaque pale (13) s’étendant radialement depuis un pied (P) jusqu’à un sommet (S) selon un axe d’envergure autour duquel elle est orientable, une prise d’air située en aval de l’hélice et s’étendant autour de l’axe longitudinal (AX) pour alimenter des organes de combustion du moteur (1), les pales (13) pouvant occuper une orientation de propulsion pour générer une poussée orientée de l’amont (AM) vers l’aval (AV) du moteur (1), et une orientation d’inversion de poussée pour générer une poussée orientée de l’aval (AV) vers l’amont (AM) du moteur. A l’orientation d’inversion de poussée, ces pales (13) ont au niveau de leurs pieds (P) un angle de calage (Cp’) par rapport à un plan (PS) normal à l’axe longitudinal (AX) qui est de signe opposé à leur angle de calage (Cs’) au niveau de leurs sommets (S). Figure pour l’abrégé : Figure 5 Moteur d’aéronef comportant une hélice ayant des pales orientables selon une orientation de propulsion ou d’inversion de poussée L’invention concerne l’inversion de poussée d’un moteur d’aéronef tel qu’un turboréacteur, un turbopropulseur ou analogue. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un turboréacteur, l'air est admis dans une manche d'entrée pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire est ensuite compressé dans des étages de compression avant d’atteindre une chambre de combustion, après quoi il est détendu à travers des turbines haute pression et basse pression avant d'être évacué vers l'arrière. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par la soufflante dans une veine délimitée par extérieurement par une carène du moteur. Un tel moteur comporte un corps basse pression par lequel la soufflante est couplée à la turbine basse pression, et un corps haute pression par lequel le compresseur haute pression est couplé à la turbine haute pression, ces deux corps étant coaxiaux et indépendants en rotation. Les différents composants du moteur sont portés par la carène externe qui les entoure, au moyen de bras radiaux, cette carène étant portée par l’aile de l’aéronef. Cette carène est équipée d’inverseurs de poussée permettant, lorsqu’ils sont activés, de dévier le flux secondaire pour le renvoyer vers l’avant du moteur pour que la poussée globale du moteur soit orientée temporairement de l’aval vers l’amont de manière à freiner l’aéronef lorsqu’il atterrit. Ces inverseurs de poussée peuvent être des panneaux intégrés à la carène qui pivotent sur eux-mêmes lorsqu’ils sont activés : la partie aval du panneau entre dans le flux secondaire et la partie amont sort de la carène, de façon à conjointement prélever une partie du flux secondaire et l’expulser hors de la carène en direction amont. D’une manière générale, l’optimisation du rendement d’un tel moteur conduit à augmenter son diamètre afin d’accroître le débit massique de flux secondaire, de sorte qu’il est finalement nécessaire de réduire l’épaisseur de la carène qui est fortement conditionnée par la présence des inverseurs de poussée. Le but de l’invention est d’apporter une solution pour réduire l’encombrement du dispositif d’inversion de poussée d’un tel moteur. A cet effet, l’invention a pour objet un moteur d’aéronef comprenant une hélice de propulsion portant des pales et tournant autour d’un axe longitudinal, chaque pale s’étendant radialement depuis un pied jusqu’à un sommet selon un axe d’envergure autour duquel elle est orientable, le moteur comprenant une prise d’air située en aval de l’hélice et s’étendant autour de l’axe longitudinal pour alimenter des organes de combustion du moteur, les pales pouvant occuper une orientation de propulsion pour générer une poussée orientée de l’amont vers l’aval du moteur, et une orientation d’inversion de poussée pour générer une poussée orientée de l’aval vers l’amont, caractérisé en ce que à l’orientation d’inversion de poussée, les pales ont au niveau de leurs pieds un angle de calage par rapport à un plan normal à l’axe longitudinal qui est de signe opposé à leur angle de calage au niveau de leurs sommets. Avec cet agencement, l’air est admis valablement dans la prise d’air pour alimenter correctement le moteur en phase d’inversion de poussée, de sorte que l’inversion de poussée est entièrement assurée par l’hélice de propulsion. Il n’est donc pas nécessaire d’équiper la nacelle d’inverseurs de poussée traditionnels. L’invention a également pour objet un moteur ainsi défini, de type turboréacteur porté par une nacelle, dans lequel l’hélice de propulsion est une soufflante située en partie amont de la nacelle, et dans lequel la nacelle est dépourvue de dispositif d’inversion de poussée. L’invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel à l’orientation d’inversion de poussée, les pales ont au niveau de leurs pieds un angle de calage supérieur à 10°. L’invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel chaque pale est vrillée en ayant un calage qui évolue de façon sensiblement linéaire depuis son pied jusqu’à son sommet. L’invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel lorsque les pales ont une orientation de propulsion, le pied de chaque pale présente un calage supérieur à 70°. L’invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel lorsque les pales ont une orientation de propulsion, elles présentent un angle de calage dont le signe est opposé à celui de l’angle de calage au sommet de l’aube sur une étendue comprise entre 5% et 20% de la distance séparant le pied du sommet en partant du pied. L’invention a également pour objet un moteur ainsi défini, comportant des moyens de commande pour augmenter le régime de rotation de l’hélice en phase d’inversion de poussée. La est une vue d’ensemble en coupe longitudinale d’un turboréacteur double flux ; La est une demi-vue en coupe longitudinale d’une partie avant de turboréacteur en phase de propulsion ; La est une vue en perspective d’une pale de soufflante selon l’invention ; La est une vue selon l’axe d’envergure d’une pale de soufflante ayant une orientation de propulsion conformément à l’invention ; La est une vue selon l’axe d’envergure d’une pale de soufflante ayant une orientation d’inversion de poussée conformément à l’invention ; La est une demi-vue en coupe longitudinale d’une partie avant de turboréacteur en phase d’inversion de poussée ; La est un schéma représentatif de l’évolution linéaire du calage de la pale à une orientation de propulsion et à une orientation d’inversion de poussée conformément à l’invention ; La est un tableau donnant des plages de valeurs de l’angle de calage le long de la pale pour les orientations d’inversion de poussée et de propulsion. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans le moteur d’aéronef 1 représenté sur les figures 1 et 2, l'air est admis au niveau d’une manche d'entrée 2 située en amont AM pour traverser une hélice de propulsion 3, encore appelée soufflante, comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central FP et un flux secondaire FS entourant le flux primaire. Ces deux flux circulent dans le moteur selon sa direction longitudinale AX, depuis l’amont AM vers l’aval AV de ce moteur lorsqu’il génère une poussée de propulsion. Le flux primaire FP est admis dans une prise d’air 4 située en aval de l’hélice 3 et s’étendant autour de l’axe longitudinal AX, pour être ensuite compressé dans des compresseurs basse pression 5 et haute pression 6 avant d'arriver dans une chambre de combustion 7. Ce flux primaire FP est ensuite détendu à travers une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9 avant d'être évacué vers l'arrière. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par la soufflante dans une veine délimitée extérieurement par une nacelle 11 portant l’ensemble du moteur. Un tel moteur de type double-corps comporte un corps dit basse pression par lequel l’hélice de propulsion 3 est couplée à la turbine basse pression 9, et un corps dit haute pression par lequel le compresseur haute pression 6 est couplé à la turbine haute pression 8, ces deux corps étant coaxiaux et indépendants en rotation. Ces corps sont entourés par un ensemble de carters 12 se succédant le long de l’axe longitudinal qu’ils entourent. Ces carters 12 comportent des viroles internes entourées par des viroles externes et reliées les unes aux autres par des bras radiaux, le flux primaire circulant dans un espace annulaire s’étendant entre ces viroles internes et externes. Cet ensemble de carters 12 est lui-même entouré par la nacelle 11 du moteur tout en étant porté par celle-ci au moyen d’autres bras radiaux. Comme visible sur la , une pale 13 de l’hélice 3 comporte une face d’intrados et une face d’extrados s’étendant entre un bord d’attaque 14 et un bord de fuite 15. D’une manière générale, il s’agit d’une forme gauche s’étendant, selon un axe dit d’envergure EV normal à l’axe AX, depuis un pied P par lequel elle est rigidement solidarisée à un élément de rotor non représenté, jusqu’à un sommet S qui correspond à son extrémité libre qui est en regard de la face interne de la nacelle 11. Pour une position donnée le long de l’axe d’envergure EV, on définit l’angle de calage de la pale comme étant l’angle entre l’axe de corde, qui passe par le bord d’attaque et par le bord de fuite en s’étendant dans un plan normal à l’axe EV, et le plan PS de la soufflante qui est normal à l’axe AX. Dans la suite, lorsqu’un tel angle de calage a une valeur positive, il correspond à une propulsion vers l’aval du flux d’air dans lequel baigne la pale en rotation, c’est-à-dire une direction de propulsion. Une valeur négative correspond à une propulsion du flux d’air vers l’amont. Dans le cas d’une pale de soufflante comme celle de la , la forme de la pale présente un vrillage important, ce qui signifie que l’angle de calage est très différent selon qu’on considère le pied ou le sommet de la pale, cet angle évoluant de façon graduelle depuis le pied jusqu’au sommet. En pratique, l’angle de calage évolue de façon sensiblement linéaire le long de l’axe d’envergure, depuis sa valeur au pied P de pale jusqu’à sa valeur au sommet S. Le calage est ainsi sensiblement colinéaire à la direction locale du flux d’air vu depuis la pale en mouvement, et ce en tout point de cette pale le long de sa direction d’envergure. Dans la , cette pale 13 est à une orientation de propulsion, typiquement à un régime dit de croisière : l’axe de corde Ap en pied de pale est incliné d’un angle de calage Cp positif valant environ +85° par rapport à l’axe AX, alors que l’axe de corde As en sommet de pale est incliné d’un angle de calage Cs valant environ +30° par rapport à l’axe AX. Le vrillage de cette pale 13 est ainsi d’environ 55° entre son pied P et son sommet S. Dans la configuration correspondant à une orientation de propulsion de la , l’angle de calage de la pale 13 est positif tout le long de l’axe d’envergure EV, de sorte que lorsqu’elle est entrainée en rotation dans le sens repéré par R sur les figures, elle propulse le flux primaire FP et le flux secondaire FS de l’amont AM vers l’aval AV. Le sens de rotation R correspond au sens horaire en regardant la soufflante selon l’axe AX, de face, c’est-à-dire depuis son amont AM. Cette pale est du type à calage variable, ce qui signifie que son orientation autour de l’axe EV est ajustable selon les conditions de fonctionnement du moteur. Dans la situation de la , l’orientation de la pale 13 correspond à un fonctionnement du moteur en propulsion, c’est-à-dire dans lequel le flux secondaire FS est propulsé par le moteur de l’amont AM vers l’aval AV. En phase d’inversion de poussée, par exemple lorsque l’aéronef atterrit et que le moteur est exploité pour freiner l’aéronef, les pales de la soufflante sont commandées pour modifier leurs orientations. Elles pivotent alors autour de leurs axes d’envergures, afin de passer de l’orientation de propulsion correspondant à la , à l’orientation d’inversion de poussée correspondant à la situation représentée sur la . Comme représenté sur la , le passage de l’orientation de propulsion à l’orientation d’inversion de poussée correspond à pivotement Rr d’environ +50° autour de l’axe d’envergure EV. Ainsi, à l’orientation d’inversion de poussée correspondant à la , l’angle de calage en sommet Cs’ est négatif et vaut environ -20°, alors que l’angle de calage en pied Cp’ reste positif et vaut environ +35°. Ainsi, à l’orientation d’inversion de poussée, l’angle de calage Cs’ positif en sommet de pale permet à la soufflante de refouler le flux secondaire FS de l’aval AV vers l’amont AM afin de freiner l’aéronef, mais grâce à l’angle de calage Cp’ qui reste positif en pied de pale l’air, du flux primaire FP continue d’être propulsé de l’amont AM vers l’aval AV pour être admis dans la prise d’air 4 afin d’assurer l’alimentation en air du compresseur. Ceci est obtenu grâce à un calage en pied Cp à l’orientation de propulsion qui est supérieur à l’angle de pivotement Rr de l’aube lorsqu’elle passe de l’orientation de propulsion à celle d’inversion de poussée. D’une manière plus générale, le profil de la pale est agencé pour avoir un calage négatif sur l’essentiel de sa hauteur depuis le sommet et un calage positif depuis la région du pied et éventuellement au-delà de ce pied, lorsque cette pale a une orientation d’inversion de poussée. Autrement dit, le passage de la pale a son orientation d’inversion de poussée ferme le calage en pied, mais comme celui-ci est prévu suffisamment ouvert il reste positif pour permettre l’admission du flux primaire dans le compresseur. En pratique, et comme illustré schématiquement sur la , lorsque la pale est à son orientation d’inversion de poussée, son calage est positif sur une étendue correspondant à approximativement 5% à 20% de la distance séparant le pied P du sommet S, en partant du pied P. Comme on peut le comprendre, cette étendue correspond préférablement au diamètre externe de la prise d’air 4, l’angle de calage en position d’inversion de poussée étant sensiblement nul au niveau du diamètre externe de cette prise d’air 4. Par ailleurs, et comme visible sur la , lorsque la pale est à son orientation de propulsion, son calage est entièrement positif, depuis le pied P jusqu’au sommet S. A titre d’exemple, le tableau de la donne des plages de valeurs possibles pour les angles de calage C et C’ de la pale à son orientation de propulsion et à son orientation d’inversion de poussée, dans un cas où l’angle de recalage Rr pour passer d’une orientation à l’autre vaut 65°. Ces angles sont données pour six positions le long de l’axe d’envergure de l’aube, en partant du pied P qui correspond à la valeur 0% jusqu’au sommet S qui correspond à la valeur 100%. Par ailleurs, dans la région du pied de pale, le profil de la pale est prévu pour être robuste à l’incidence, en ayant une épaisseur importante au niveau du bord d’attaque et une pente d’extrados sensiblement alignée avec la direction d’écoulement du flux. Complémentairement, pour améliorer le fonctionnement aérodynamique en pied de pale en inversion de poussée, des moyens de commande du moteur sont prévus pour accroître le régime de rotation de l’hélice en phase d’inversion de poussée, de manière à maintenir le débit de flux primaire à un niveau suffisant. Moteur d’aéronef (1) comprenant une hélice de propulsion (3) portant des pales (13) et tournant autour d’un axe longitudinal (AX), chaque pale (13) s’étendant radialement depuis un pied (P) jusqu’à un sommet (S) selon un axe d’envergure (EV) autour duquel elle est orientable, le moteur comprenant une prise d’air (4) située en aval de l’hélice (3) et s’étendant autour de l’axe longitudinal (AX) pour alimenter des organes de combustion du moteur (1), les pales (13) pouvant occuper une orientation de propulsion pour générer une poussée orientée de l’amont (AM) vers l’aval (AV) du moteur (1), et une orientation d’inversion de poussée pour générer une poussée orientée de l’aval (AV) vers l’amont (AM), caractérisé en ce que à l’orientation d’inversion de poussée, les pales (13) ont au niveau de leurs pieds (P) un angle de calage par rapport à un plan (PS) normal à l’axe longitudinal (AX) qui est de signe opposé à leur angle de calage au niveau de leurs sommets (S). Moteur selon la revendication 1, de type turboréacteur porté par une nacelle (11), dans lequel l’hélice de propulsion (3) est une soufflante située en partie amont (AM) de la nacelle (11), et dans lequel la nacelle (11) est dépourvue de dispositif d’inversion de poussée. Moteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel à l’orientation d’inversion de poussée, les pales (13) ont au niveau de leurs pieds (P) un angle de calage (Cp’) supérieur à 10°. Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque pale (13) est vrillée en ayant un calage (C) qui évolue de façon sensiblement linéaire depuis son pied (P) jusqu’à son sommet (S). Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lorsque les pales (13) ont une orientation de propulsion, le pied (P) de chaque pale (13) présente un calage supérieur à 70°. Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lorsque les pales (13) ont une orientation de propulsion, elles présentent un angle de calage (C) dont le signe est opposé à celui de l’angle de calage (Cs’) au sommet de l’aube (13) sur une étendue comprise entre 5% et 20% de la distance séparant le pied (P) du sommet (S) en partant du pied (P). Moteur selon l’une des revendications précédentes, comportant des moyens de commande pour augmenter le régime de rotation de l’hélice (3) en phase d’inversion de poussée.