Brevet FR3131732A1 — publié le 20230714

L’invention se rapporte à un ensemble propulsif (200) pour aéronef comprenant un mât d’accrochage (7) et une turbomachine (1) équipée d’une hélice (15) non-carénée suivie d’une rangée annulaire d’aubes de stator non-carénées. Selon l’invention, une partie d’extrémité amont (7b) du mât s’étend radialement à partir d’une surface de délimitation radiale interne (40a) d’une veine secondaire (18), sur une hauteur radiale de mât (Hm) strictement inférieure à une hauteur radiale totale (Ht) des aubes de stator (30), et la partie d’extrémité amont (7b) du mât s’étend vers l’aval depuis une partie de pied (62a) de l’une des aubes de stator (30). Figure pour l’abrégé : Figure 1. ENSEMBLE PROPULSIF A HELICE POUR AERONEF, COMPRENANT UNE AUBE DE STATOR INTEGREE A UNE PARTIE D’EXTREMITE AMONT D’UN MAT D’ACCROCHAGE DE HAUTEUR REDUITE La présente invention se rapporte au domaine des ensembles propulsifs pour aéronef, comprenant une turbomachine à hélice non-carénée, en aval de laquelle se trouve une rangée annulaire d’aubes de stator non-carénées. Un tel ensemble propulsif est par exemple divulgué dans le document FR 3 083 207 A1. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans un ensemble propulsif comprenant une turbomachine à hélice non-carénée, il est prévu une veine primaire de circulation des gaz, ainsi qu’une veine secondaire de circulation des gaz délimitée uniquement radialement vers l’intérieur. En effet, ce type de turbomachine ne comprend pas de nacelle extérieure, à l’inverse d’un turboréacteur dont la soufflante est classiquement entourée par une nacelle. L’hélice d’une turbomachine aspire une masse d’air qui est ensuite divisée en un flux primaire circulant dans la veine primaire, et en un flux secondaire circulant dans la veine secondaire. Le flux primaire traverse typiquement un ou plusieurs compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, puis enfin une tuyère d’échappement des gaz. De manière connue, la turbine haute pression entraine en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un premier arbre, dit arbre haute pression, tandis que la turbine basse pression entraine en rotation le compresseur basse pression et la soufflante par l’intermédiaire d’un deuxième arbre, dit arbre basse pression. Afin d’améliorer le rendement propulsif de la turbomachine et de réduire sa consommation spécifique, il a été proposé d’augmenter le taux de dilution (« bypass ratio » en anglais, qui correspond au rapport entre le débit du flux secondaire (froid), et le débit du flux primaire (chaud) qui traverse le corps primaire). Pour atteindre de tels taux de dilution, l’hélice est découplée de la turbine basse pression, permettant ainsi d’optimiser indépendamment leurs vitesses de rotation respectives. Habituellement, le découplage est réalisé à l’aide d’un réducteur tel qu’un mécanisme de réduction épicycloïdal, placé entre l’extrémité amont de l’arbre basse pression et l’hélice. Cette hélice devient alors entrainée indirectement par l’arbre basse pression, par l’intermédiaire du mécanisme de réduction. Le découplage permet ainsi de réduire la vitesse de rotation et le rapport de pression de l’hélice (« fan pressure ratio » en anglais), et d’augmenter la puissance extraite par la turbine basse pression. Grâce au mécanisme de réduction, l’arbre basse pression peut ainsi tourner à des vitesses de rotation plus élevées que dans les turbomachines conventionnelles. Toujours dans les réalisations conventionnelles, ce type de turbomachine est équipée, en aval de l’hélice, d’une rangée annulaire d’aubes de stator non-carénées. Ces aubes de stator forment classiquement un redresseur pour le flux secondaire provenant de l’hélice, et elles sont également dites aubes directrices de sortie, ou aubes OGV (de l’anglais « Outlet Guide Vanes »). Ces aubes de stator sont situées dans la partie froide de la turbomachine, dans la veine secondaire. Comme indiqué ci-dessus, elles visent essentiellement à redresser le flux d’air froid en provenance des aubes de l’hélice /de soufflante. Ce type d’ensemble propulsif existe sous forme de différentes architectures moteurs, comme par exemple celle dénommée « turbomachine à soufflante non-carénée » (de l’anglais « Unducted Single Fan »), dans laquelle l’hélice est effectivement assimilée à une soufflante. Dans de tels ensembles propulsifs, le mât d’accrochage de la turbomachine peut être amené à pénétrer au moins en partie dans la veine secondaire, en aval des aubes de stator. Cet agencement génère des pertes aérodynamiques par frottement, avec un impact négatif sur le rendement global de cet ensemble propulsif. Il existe par conséquent un besoin d’optimisation de la conception de ces ensembles propulsifs, afin d’augmenter leur rendement global. Pour répondre à ce besoin, l’invention a tout d’abord pour objet un ensemble propulsif pour aéronef comprenant une turbomachine équipée d’une hélice non-carénée et d’un mât d’accrochage destiné à assurer la fixation de la turbomachine sur un élément de voilure de l’aéronef, l’ensemble propulsif présentant une veine primaire de circulation des gaz, ainsi qu’une veine secondaire de circulation des gaz délimitée par une surface de délimitation radiale interne, la turbomachine comportant en outre une rangée annulaire d’aubes de stator non-carénées agencées dans la veine secondaire en aval de l’hélice, chaque aube de stator s’étendant à travers la veine secondaire sur une hauteur radiale totale (Ht) entre une extrémité de tête et une extrémité de pied raccordée sur la surface de délimitation radiale interne de la veine secondaire, le mât d’accrochage comprenant une partie d’extrémité amont agencée dans la veine secondaire, ainsi qu’une partie d’extrémité aval destinée à être montée sur l’élément de voilure. Selon l’invention, la partie d’extrémité amont du mât d’accrochage s’étend radialement à partir de la surface de délimitation radiale interne, sur une hauteur radiale de mât (Hm) strictement inférieure à la hauteur radiale totale (Ht) de l’une des aubes de stator à laquelle il est associé, avec la partie d’extrémité amont du mât d’accrochage s’étendant vers l’aval depuis une partie de pied de son aube de stator associée, intégrée au mât. L’invention prévoit ainsi une partie d’extrémité amont du mât d’accrochage qui ne s’étend que sur une partie de la hauteur radiale de son aube de stator associée à laquelle il est raccordé, afin de limiter avantageusement les pertes aérodynamiques dans la veine secondaire, ainsi que la masse de ce mât. De préférence, c’est une majorité du mât qui s’étend sur une hauteur radiale réduite dans la veine secondaire, en ne s’étendant pas jusqu’au niveau de l’extrémité de tête de l’aube de stator intégrée à ce mât. En mesure complémentaire de la précédente, l’invention prévoit donc l’intégration de la partie de pied de l’une des aubes de stator avec la partie d’extrémité amont de ce mât d’accrochage, afin de former une continuité aérodynamique entre ces deux parties, dans la direction axiale. Une telle intégration permet de minimiser encore davantage les pertes aérodynamiques, et également de réduire les hétérogénéités transversales de pression statique (distorsion), remontant depuis l’aval vers l’hélice. La combinaison de ces mesures permet globalement d’améliorer le rendement propulsif de la turbomachine. L’invention prévoit de préférence au moins l’une quelconque des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. De préférence, la hauteur radiale de la partie d’extrémité amont du mât représente localement par exemple 20 à 70 % de de la hauteur radiale totale de l’aubes de stator associée, et plus particulièrement 30 à 60 % de la hauteur radiale totale de cette aube. Ce pourcentage peut ensuite évoluer le long du reste du mât lorsque l’on se rapproche de l’aile, et donc ne pas rester constant, avec toujours préférentiellement une hauteur radiale de mât suffisamment faible pour ne pas atteindre le niveau de l’extrémité de tête de l’aube de stator intégrée. De préférence, l’aube de stator intégrée au mât d’accrochage comporte, radialement vers l’extérieur à partir de la partie d’extrémité amont de ce mât, un bord de fuite libre s’étendant jusqu’à l’extrémité de tête de cette aube intégrée. Ce bord de fuite libre s’étend ainsi radialement sur une partie de la hauteur de la veine secondaire complémentaire de la hauteur radiale du mât. De préférence, l’aube intégrée au mât d’accrochage comporte les parties suivantes, se succédant radialement de l’intérieur vers l’extérieur : - la partie de pied intégrée à la partie d’extrémité amont du mât d’accrochage ; - une partie de transition ; - une partie de tête. Selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention, le bord de fuite de la partie de transition présente une épaisseur transversale qui augmente en allant radialement vers la partie de pied de l’aube intégrée. Cela permet d’obtenir une transition douce entre l’épaisseur habituellement fine du bord de fuite de la partie de tête de l’aube de stator intégrée, et l’épaisseur bien plus conséquente du bord de fuite fictif de la partie de pied de cette aube, ce bord de fuite se fondant dans l’extrémité avant du mât d’accrochage. Alternativement, une rupture brutale d’épaisseur pourrait être prévue dans la direction radiale, entre la partie de pied de l’aube intégrée et sa partie de transition, dont l’épaisseur pourrait alors être identique ou similaire à celle de la partie de tête de l’aube. Selon un second mode de réalisation préféré de l’invention, la partie de transition présente une corde de longueur supérieure à celle de la partie de tête. En augmentant localement la longueur de la corde, il est possible de conserver un bord de fuite fin limitant les pertes de culot, tout en prévoyant une épaisseur d’aube plus conséquente en amont de ce bord de fuite, à l’endroit où il se raccorde radialement avec le bord de fuite fictif épais de la partie de pied de cette aube. Cela permet avantageusement de limiter le différentiel d’épaisseur entre la partie pied et la partie de transition de l’aube intégrée, et donc d’adoucir le raccordement avec pour conséquence des gains en termes de performances aérodynamiques. Selon un troisième mode de réalisation préféré de l’invention, ladite partie de transition comprend un bord de fuite tronqué de sorte que la corde de la partie de transition présente une longueur croissante en allant de la partie de pied vers la partie de tête. Ici encore, la solution proposée permet d’adoucir le raccordement entre la partie de pied et la partie de transition de l’aube intégrée, puisque ce raccordement s’effectue à l’endroit où les épaisseurs respectives sont les plus semblables, c’est-à-dire en tout ou partie en amont du bord de fuite fictif épais de la partie de pied de cette aube. La transition radiale d’épaisseur s’avère avantageusement plus douce, avec ici aussi des gains en termes de performances aérodynamiques. De préférence, l’hélice comporte des aubes rotatives à calage variable, de même que les aubes de stator sont également à calage variable. L’invention a également pour objet une partie d’aéronef comprenant un tel ensemble propulsif, ainsi qu’un élément de voilure, la rangée annulaire d’aubes de stator non-carénées s’étendant entièrement en amont et à distance d’un bord d’attaque de l’élément de voilure. De préférence, l’extrémité de tête d’au moins plusieurs aubes de la rangée annulaire d’aubes de stator non-carénées s’étend plus haut que l’élément de voilure considéré au droit du raccordement du mât d’accrochage avec ledit élément de voilure. Enfin, l’invention a également pour objet un aéronef comportant au moins une telle partie, et de préférence deux parties intégrant respectivement les deux ailes de l’aéronef. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; représente une vue schématique en demi-coupe longitudinale d’un ensemble propulsif selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention, le plan de coupe passant, dans la réalisation considérée, par les positions horaires à 12h et 6h de la turbomachine équipant cet ensemble propulsif ; représente une vue de devant de l’ensemble propulsif montré sur la , les aubes de l’hélice ayant été retirées de la veine secondaire pour davantage de clarté ; est une vue de dessus d’un aéronef équipé de l’ensemble propulsif montré sur les figures précédentes ; représente une vue en coupe prise le long de ligne IV-IV de la , la ligne IV-IV étant parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal de la turbomachine, et traversant une portion d’extrémité radialement intérieure d’une partie de transition de l’aube intégrée ; représente une vue en coupe prise le long de ligne V-V de la , la ligne V-V étant parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal de la turbomachine, et traversant une portion d’extrémité radialement extérieure d’une partie de pied de l’aube intégrée ; représente une vue en coupe prise le long de ligne VI-VI de la ; est une vue en coupe similaire à celle de la , avec l’aube intégrée se présentant sous la forme d’une alternative de réalisation ; est une vue en coupe similaire à celle de la , avec l’aube intégrée se présentant sous la forme de l’alternative de réalisation montrée sur la figure précédente ; représente une vue en coupe prise le long de ligne IX-IX de la ; représente une vue en coupe similaire à celle de la , moins détaillée, et montrant l’ensemble propulsif selon un second mode de réalisation préféré de l’invention ; représente une vue en coupe prise le long de ligne XI-XI de la , la ligne XI-XI étant parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal de la turbomachine, et traversant une portion d’extrémité radialement intérieure d’une partie de transition de l’aube intégrée ; représente une vue en coupe prise le long de ligne XII-XII de la , la ligne XII-XII étant parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal de la turbomachine, et traversant une portion d’extrémité radialement extérieure d’une partie de pied de l’aube intégrée ; représente une vue en coupe similaire à celle de la , moins détaillée, et montrant l’ensemble propulsif selon un troisième mode de réalisation préféré de l’invention ; représente une vue en coupe prise le long de ligne XIV-XIV de la , la ligne XIV-XIV étant parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal de la turbomachine, et traversant une portion d’extrémité radialement intérieure d’une partie de transition de l’aube intégrée ; et représente une vue en coupe prise le long de ligne XV-XV de la , la ligne XV-XV étant parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal de la turbomachine, et traversant une portion d’extrémité radialement extérieure d’une partie de pied de l’aube intégrée. Ensemble propulsif (200) pour aéronef comprenant une turbomachine (1) équipée d’une hélice (15) non-carénée et d’un mât d’accrochage (7) destiné à assurer la fixation de la turbomachine (1) sur un élément de voilure (202) de l’aéronef, l’ensemble propulsif présentant une veine primaire (16) de circulation des gaz, ainsi qu’une veine secondaire (18) de circulation des gaz délimitée par une surface de délimitation radiale interne (40a), la turbomachine (1) comportant en outre une rangée annulaire d’aubes de stator (30) non-carénées agencées dans la veine secondaire (18) en aval de l’hélice (15), chaque aube de stator (30) s’étendant à travers la veine secondaire (18) sur une hauteur radiale totale (Ht) entre une extrémité de tête (31) et une extrémité de pied (33) raccordée sur la surface de délimitation radiale interne (40a) de la veine secondaire, le mât d’accrochage (7) comprenant une partie d’extrémité amont (7b) agencée dans la veine secondaire, ainsi qu’une partie d’extrémité aval (7a) destinée à être montée sur l’élément de voilure (202), caractérisé en ce que la partie d’extrémité amont (7b) du mât d’accrochage s’étend radialement à partir de la surface de délimitation radiale interne (40a), sur une hauteur radiale de mât (Hm) strictement inférieure à la hauteur radiale totale (Ht) de l’une des aubes de stator (30) à laquelle il est associé, avec la partie d’extrémité amont (7b) du mât d’accrochage (7) s’étendant vers l’aval depuis une partie de pied (62a) de son aube de stator associée (30), intégrée au mât. Ensemble propulsif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur radiale de mât (Hm) de la partie d’extrémité amont (7b) du mât représente localement 20 à 70 % de la hauteur radiale totale (Ht) de l’aube de stator (30) associée. Ensemble propulsif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’aube de stator (30) intégrée au mât d’accrochage (7) comporte, radialement vers l’extérieur à partir de la partie d’extrémité amont (7b) de ce mât, un bord de fuite libre (66) s’étendant jusqu’à l’extrémité de tête (31) de cette aube intégrée. Ensemble propulsif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’aube (30) intégrée au mât d’accrochage (7) comporte les parties suivantes, se succédant radialement de l’intérieur vers l’extérieur : - la partie de pied (62a) intégrée à la partie d’extrémité amont (7b) du mât d’accrochage ; - une partie de transition (62b) ; et - une partie de tête (62c). Ensemble propulsif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bord de fuite (66) de la partie de transition (62b) présente une épaisseur transversale (e’) qui augmente en allant radialement vers la partie de pied (62a) de l’aube intégrée (30). Ensemble propulsif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la partie de transition (62b) présente une corde (C) de longueur supérieure à celle de la partie de tête (62c), ou en ce que ladite partie de transition (62b) comprend un bord de fuite (66) tronqué de sorte que la corde (C) de la partie de transition (62b) présente une longueur croissante en allant de la partie de pied (62a) vers la partie de tête (62c). Ensemble propulsif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’hélice (15) comporte des aubes rotatives (17) à calage variable, et en ce que les aubes de stator (30) sont également à calage variable. Partie d’aéronef (100) comprenant un ensemble propulsif (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ainsi qu’un élément de voilure (202), la rangée annulaire d’aubes de stator (30) non-carénées s’étendant entièrement en amont et à distance d’un bord d’attaque (210) de l’élément de voilure (202). Partie d’aéronef selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’extrémité de tête (31) d’au moins plusieurs aubes de la rangée annulaire d’aubes de stator (30) non-carénées s’étend plus haut que l’élément de voilure (202) considéré au droit du raccordement du mât d’accrochage (7) avec ledit élément de voilure. Aéronef (300) comportant au moins une partie (100) selon la revendication 8 ou 9.