Brevet FR3154766A1 — publié le 20250502

ENSEMBLE PROPULSIF POUR AÉRONEF L’invention concerne un ensemble propulsif (151) pour aéronef comportant une chambre de combustion (168), un carénage (172), une tuyère d’éjection (174) disposée en aval de la chambre de combustion (168) et délimitée par une portion arrière du carénage (172), dite paroi de tuyère (180), pour éjecter les gaz de combustion et une canalisation d’apport (176) alimentant la chambre de combustion (168) en carburant, où la canalisation d’apport (176) comporte des portions sous la forme de profilés en oméga enroulés autour de la paroi de tuyère (180), où des extrémités libres du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère (180), un collecteur d’entrée fluidiquement connecté à une extrémité d’entrée de chaque portion et un collecteur de sortie fluidiquement connecté à une extrémité de sortie de chaque portion. Avec un tel arrangement, les calories des gaz de combustion sont transférées au carburant pour une meilleure combustion. Fig. 2 ENSEMBLE PROPULSIF POUR AÉRONEF La présente invention concerne un ensemble propulsif pour un aéronef, ledit ensemble propulsif comprenant un système de propulsion comportant une tuyère d’éjection assurant l’éjection des gaz de combustion du système de propulsion et un système d’échange thermique arrangé au niveau de la tuyère d’éjection pour assurer un transfert de calories vers le carburant du système de propulsion, ainsi qu’un aéronef comportant au moins un tel système de propulsion. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Afin de se déplacer, un aéronef comporte classiquement au moins un ensemble propulsif comprenant un système de propulsion arrangé dans une nacelle et qui peut prendre la forme d’un turboréacteur ou d’un turbopropulseur. Dans chaque cas, le système de propulsion comporte un ensemble rotatif qui entraîne une soufflante ou une hélice. L’ensemble rotatif constitue un noyau du système de propulsion et il comporte de l’avant vers l’arrière une entrée d’air qui permet l’introduction d’air dans une veine du noyau, un compresseur qui comprime l’air ainsi introduit, une chambre de combustion dans laquelle se mélange l’air ainsi comprimé et un carburant, et une turbine qui permet la détente des gaz de combustion et qui génère la rotation qui est transmise à la soufflante ou à l’hélice. En aval de la turbine, une tuyère d’éjection assure l’éjection des gaz de combustion. Il est également connu, notamment dans le cas du dihydrogène, que le rendement de la combustion d’un carburant est amélioré si ce carburant est chauffé avant ladite combustion. Il est également connu d’utiliser une partie des gaz de combustion chauds évacués par la tuyère d’éjection pour réchauffer le carburant. Un objet de la présente invention est de proposer une autre solution pour réchauffer le carburant avant sa combustion sans prélever les gaz de combustion. À cet effet, est proposé un ensemble propulsif pour un aéronef comportant : - une nacelle, - un système de propulsion arrangé à l’intérieur de la nacelle et comprenant un carénage, un ensemble rotatif comportant une chambre de combustion et logé dans le carénage, une tuyère d’éjection disposée en aval de la chambre de combustion et délimitée par une portion arrière du carénage, dite paroi de tuyère, et assurant l’éjection des gaz de combustion issus de la combustion du carburant dans la chambre de combustion, et - une canalisation d’apport arrangée pour alimenter la chambre de combustion en carburant, où la canalisation d’apport comporte une pluralité de portions, où chaque portion prend la forme d’un profilé enroulé autour de la paroi de tuyère et présentant une section en oméga, où des extrémités libres du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère et sur l’extérieur de celle-ci, un collecteur d’entrée fluidiquement connecté à une extrémité d’entrée de chaque portion et un collecteur de sortie fluidiquement connecté à une extrémité de sortie de chaque portion. Avec un tel arrangement, les calories des gaz de combustion sont transférées au carburant pour une meilleure combustion sans prélever de gaz de combustion. Avantageusement, le collecteur d’entrée et le collecteur de sortie prennent la forme d’un profilé en oméga, où des extrémités libres du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère et sur l’extérieur de celle-ci. Selon un mode de réalisation particulier, chaque collecteur est constitué d’un seul élément et chaque portion est fixée à un côté du collecteur. Selon un autre mode de réalisation particulier, chaque collecteur est constitué de plusieurs éléments, entre deux éléments et une portion, un élément intermédiaire est mis en place, et l’élément intermédiaire comporte une première partie et une deuxième partie, où la première partie assure la jonction avec la portion et où la deuxième partie assure la jonction avec les deux éléments. Avantageusement, la première partie prend la forme d’un profilé en oméga, où les extrémités libres du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère et sur l’extérieur de celle-ci, la première partie présente un profil identique à celui de la portion, une extrémité de la première partie est fixée bord à bord avec la portion, et la deuxième partie est fixée bord à bord avec chaque élément. Selon un autre mode de réalisation, chaque collecteur est constitué de plusieurs éléments, entre deux éléments, une portion présente un prolongement qui est inséré entre les deux éléments, et le prolongement est fixé bord à bord avec chaque élément. Avantageusement, chaque portion et chaque collecteur sont constitués d’une plaque métallique et les extrémités libres sont fixées à la paroi de tuyère par brasage. Avantageusement, l’ensemble propulsif comporte des ailettes fixées à la paroi de tuyère et sur l’extérieur de celle-ci et à l’intérieur de chaque portion. L’invention propose également un aéronef comportant au moins un ensemble propulsif selon l'une des variantes précédentes. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : FIG. 1 est une vue de côté d'un aéronef comportant un ensemble propulsif selon l’invention, FIG. 2 est une représentation schématique vue de côté et en coupe d’un ensemble propulsif selon l’invention, FIG. 3 est une représentation schématique en perspective d’une tuyère de l’ensemble propulsif selon l’invention, FIG. 4 est une vue en coupe par un plan radial d’un détail de réalisation de l’ensemble propulsif selon l’invention, FIG. 5 est une vue en perspective d’une jonction entre un collecteur et une portion d’une canalisation d’apport de l’ensemble propulsif selon l’invention, FIG. 6 est une vue en perspective de la jonction de la FIG. 5 sous un autre angle de vue, FIG. 7 est une vue éclatée en perspective d’un exemple d’assemblage particulier entre un collecteur et une portion d’une canalisation d’apport de l’ensemble propulsif selon l’invention, et FIG. 8 est une vue éclatée en perspective d’un autre exemple d’assemblage particulier entre un collecteur et une portion d’une canalisation d’apport de l’ensemble propulsif selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION Dans la description qui suit, les termes relatifs à une position sont pris en référence à un aéronef en position d’avancement, c'est-à-dire comme il est représenté sur la FIG. 1 , où la flèche F montre la direction d’avancement de l’aéronef. La FIG. 1 montre un aéronef 100 qui présente un fuselage 102 de part et d’autre duquel est fixée une aile 104. Sous chaque aile 104 est fixé au moins un ensemble propulsif 151. La FIG. 2 montre l’ensemble propulsif 151 qui comporte une nacelle 149 et un système de propulsion 150 entouré par la nacelle 149. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, chaque système de propulsion 150 prend la forme d’un turbopropulseur avec une hélice 152 entraînée en rotation par un ensemble rotatif monté à l’intérieur d’un carénage 172 du système de propulsion 150 logé à l’intérieur de la nacelle 149, mais chaque système de propulsion 150 peut également prendre la forme d’un turboréacteur entraînant une soufflante. Ainsi, d’une manière générale, le système de propulsion 150 comporte un ensemble rotatif et un élément mobile 152 (hélice ou soufflante). Dans la description qui suit, et par convention, on appelle X l’axe longitudinal qui correspond à l’axe de rotation de l’élément mobile 152 orienté positivement dans le sens d'avancement de l'aéronef 100, on appelle Y l’axe transversal qui est horizontal lorsque l’aéronef est au sol, et Z l’axe vertical ou hauteur verticale lorsque l'aéronef est au sol, ces trois axes X, Y et Z étant orthogonaux entre eux. La FIG. 2 montre le système de propulsion 150 dans le cas d’un turbopropulseur. L’ensemble rotatif 160 constitue un noyau du système de propulsion 150 et il comporte de l’avant vers l’arrière une entrée d’air 162 qui permet l’introduction d’air dans une veine 164 du noyau, un compresseur 166 qui comprime l’air ainsi introduit, une chambre de combustion 168 dans laquelle l’air ainsi comprimé et un carburant se mélangent et brûlent, et une turbine 170 qui permet la détente des gaz de combustion et qui génère la rotation qui est transmise à l’élément mobile ici l’hélice 152. Les éléments de l’ensemble rotatif 160 sont entourés par le carénage 172 formé de carters structuraux montés autour des éléments de l’ensemble rotatif 160 et permettent de le rigidifier afin notamment de limiter ses distorsions en fonctionnement. Le carénage 172 est d’une part, ouvert à l’avant au niveau de l’entrée d’air 162 et délimite la veine 164 et est, d’autre part, ouvert à l’arrière au niveau d’une tuyère d’éjection 174 qui est en aval de la turbine 170 et donc de la chambre de combustion 168 et assure l’éjection des gaz de combustion issus de la combustion du carburant et de l’air dans la chambre de combustion 168. La partie arrière du carénage 172 qui entoure la tuyère d’éjection 174 forme la paroi de tuyère 180. L’espace entre la nacelle 149 et le carénage 172 est occupé par divers systèmes permettant d’assurer le fonctionnement du système de propulsion 150. En particulier, afin d’alimenter la chambre de combustion 168 en carburant, l’ensemble propulsif 151 comporte un réservoir de carburant 178 qui est ici logé dans l’aile 104, une canalisation d’apport 176 arrangée pour alimenter la chambre de combustion 168 en carburant et qui relie donc le réservoir 178 et la chambre de combustion 168, et une pompe 179 qui met en mouvement le carburant du réservoir 178 jusqu’à la chambre de combustion 168 à travers la canalisation d’apport 176. Le carburant peut être par exemple du kérosène ou du dihydrogène (H 2 ). Afin de réchauffer le carburant avant son injection dans la chambre de combustion 168, et ce pour obtenir une meilleure combustion, l’ensemble propulsif 151 comporte également un système d’échangeur thermique 200, qui est arrangé dans l’espace entre la nacelle 149 et le carénage 172, et qui est arrangé, lorsque le système de propulsion 150 est en fonctionnement, pour assurer un échange de calories entre les gaz chauds de combustion circulant dans la tuyère 174 et le carburant plus froid circulant dans la canalisation d’apport 176. Ce transfert de calories s’effectue par rayonnement thermique à travers la paroi de tuyère 180 qui est portée à haute température lors du fonctionnement du système de propulsion 150. Dans le mode de réalisation des Figs. 1 et 2, la canalisation d’apport 176 comporte une pluralité de portions 176a qui forment le système d’échangeur thermique 200. Chaque portion 176a prend la forme d’un profilé enroulé autour de la paroi de tuyère 180 autour de l’axe de la tuyère 174 et chaque portion 176a prend ainsi globalement la forme d’un arc de cylindre. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, l’étendue angulaire de chaque portion 176a est d’un peu moins que 360°, mais une étendue plus petite est également possible en fonction du besoin de chauffer le carburant. Comme le montre la FIG. 4 , le profilé formant chaque portion 176a présente une section en oméga avec une partie centrale 404a formant un U et de part et d’autre de la partie centrale 404a, des pattes 404b constituant des extrémités libres du oméga. Sur la longueur de chaque portion 176a, ces extrémités libres sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère 180 et sur l’extérieur de celle-ci afin de former un capotage à l’intérieur duquel circule le carburant entre la paroi de tuyère 180 et la portion 176a afin de chauffer au contact de la paroi de tuyère 180. Chaque portion 176a présente une extrémité d’entrée 302a par laquelle le carburant entre dans la portion 176a et une extrémité de sortie 302b par laquelle le carburant sort de la portion 176a. Les portions 176a qui sont ici au nombre de trois peuvent être plus nombreuses et d’une manière générale, elles sont au moins deux. Le nombre de portions 176a dépend du volume de chaque portion 176a et du volume de carburant à chauffer. Les portions 176a sont montées en parallèle les unes des autres, et la canalisation d’apport 176 comporte également un collecteur d’entrée 176b fluidiquement connecté à l’extrémité d’entrée 302a de chaque portion 176a et un collecteur de sortie 176c fluidiquement connecté à l’extrémité de sortie 302b de chaque portion 176a. Le collecteur d’entrée 176b est ainsi entre le réservoir 178 et les portions 176a, et le collecteur de sortie 176c est ainsi entre les portions 176a et la chambre de combustion 168. Les flèches 304a et 304b montrant respectivement la carburant arrivant du réservoir 178 et le carburant allant à la chambre de combustion 168. Avec un tel arrangement, le carburant est chauffé en passant dans les portions 176a avant d’arriver à la chambre de combustion 168. Préférentiellement, le collecteur d’entrée 176b et le collecteur de sortie 176c prennent également la forme d’un profilé en oméga comme celui représenté sur la FIG. 4 , où les extrémités libres 404b du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère 180 et sur l’extérieur de celle-ci en continuité des portions 176a. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté sur les Figs. 2 et 3, les profilés formant le collecteur d’entrée 176b et le collecteur de sortie 176c sont parallèles à l’axe de tuyère 174. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque portion 176a et chaque collecteur 176b-c sont réalisés à partir d’une plaque métallique emboutie/pliée sous forme du profilé en oméga et encore plus préférentiellement dans le même matériau que la paroi de tuyère 180 pour avoir des comportements identiques vis-à-vis de la température et ainsi éviter les contraintes thermiques entre eux. Comme le montre la FIG. 4 , l’ensemble propulsif 151 comporte des ailettes 402 qui sont en matériau thermiquement conducteur comme en métal et qui sont fixées à la paroi de tuyère 180 et sur l’extérieur de celle-ci et à l’intérieur de chaque portion 176a. Les ailettes 402 baignent ainsi dans le carburant et assurent un meilleur transfert thermique entre la paroi de tuyère 180 et le carburant. Les Figs. 5 et 6 montrent un exemple de fixation d’une portion 176a et du collecteur d’entrée 176b sur la paroi de tuyère 180. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté aux FIG. 5 et 6, chaque portion 176a est fixée à un côté du collecteur 176b-c au niveau d’une fenêtre arrangée sur ledit côté. Dans ce mode de réalisation, la paroi de tuyère 180 a une forme simple et le collecteur 176b-c peut être constitué d’un seul élément qui suit la forme de la paroi de tuyère 180. Les Figs. 7 et 8 montrent deux exemples de fixation d’une portion 176a et du collecteur 176b sur la paroi de tuyère 180. Ces modes de réalisation sont plus particulièrement mis en œuvre lorsque la paroi de tuyère 180 a une forme complexe et qu’un collecteur 176b-c constitué d’un seul élément n’est pas approprié. Le collecteur 176b-c est alors constitué de plusieurs éléments 702, 802 plus petits qui s’adaptent plus facilement à la forme de la paroi de tuyère 180. Dans chacun des modes de réalisation présentés, et selon un mode de réalisation particulier, chaque portion 176a et chaque collecteur 176b-c sont constitués d’une plaque métallique fixée à la paroi de tuyère 180 par brasage au niveau des extrémités libres 404b du profilé en oméga. Dans le mode de réalisation représenté aux Figs. 5 et 6, chaque collecteur 176b-c et les extrémités 302a-b associées de chaque portion 176a sont fixés entre eux par soudage. Ici, la portion 176a présente des languettes 502a-c qui sont fixées autour du collecteur 176b pour former un recouvrement, et la fixation est réalisée par exemple par soudage, par exemple par soudage TIG. La FIG. 7 montre le collecteur d’entrée 176b, mais la configuration est identique pour le collecteur de sortie 176c. Ainsi, d’une manière générale, et comme précisé ci-dessus, le collecteur 176b-c est constitué de plusieurs éléments 702 disposés les uns à la suite des autres et une portion 176a est arrangée au niveau de la jonction entre deux éléments 702 successifs. Pour assurer la jonction, un élément intermédiaire 704 est mis entre les deux éléments 702 et la portion 176a. L’élément intermédiaire 704 comporte une première partie 704a qui assure la jonction de l’élément intermédiaire 704 avec la portion 176a et une deuxième partie 704b qui assure la jonction de l’élément intermédiaire 704 avec les deux éléments 702. La première partie 704a prend également la forme d’un profilé en oméga, où les extrémités libres 404b du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère 180 et sur l’extérieur de celle-ci par brasage. La première partie 704a présente un profil identique à celui de la portion 176a et une extrémité de la première partie 704a est fixée, par exemple par soudage, bord à bord avec la portion 176a. À l’opposé de l’extrémité soudée à la portion 176a, la deuxième partie 704b s’insère entre les extrémités de deux éléments 702 disposés de part et d’autre dudit élément intermédiaire 704. La deuxième partie 704b est fixée bord à bord par exemple par soudage avec chaque élément 702. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté à la FIG. 7 , en vue de dessus, la deuxième partie 704b est de forme triangulaire et les éléments 702 sont de forme trapézoïdale. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté à la FIG. 8 et comme précisé ci-dessus, le collecteur 176b-c est constitué de plusieurs éléments 802 disposés les uns à la suite des autres et une portion 176a est arrangée au niveau de la jonction entre deux éléments 802 successifs. Pour assurer la jonction, la portion 176a présente un prolongement 804 qui s’insère entre les extrémités de deux éléments 802 disposés de part et d’autre du prolongement 804 et assure la jonction de la portion 176a avec les deux éléments 802. Le prolongement 804 est fixé bord à bord par exemple par soudage avec chaque élément 802. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté à la FIG. 8 , en vue de dessus, le prolongement 804 est de forme triangulaire et les éléments 802 sont de forme trapézoïdale. Ensemble propulsif (151) pour un aéronef (100) comportant : - une nacelle (149), - un système de propulsion (150) arrangé à l’intérieur de la nacelle (149) et comprenant un carénage (172), un ensemble rotatif (160) comportant une chambre de combustion (168) et logé dans le carénage (172), une tuyère d’éjection (174) disposée en aval de la chambre de combustion (168) et délimitée par une portion arrière du carénage (172), dite paroi de tuyère (180), et assurant l’éjection des gaz de combustion issus de la combustion du carburant dans la chambre de combustion (168), et - une canalisation d’apport (176) arrangée pour alimenter la chambre de combustion (168) en carburant, où la canalisation d’apport (176) comporte une pluralité de portions (176a), où chaque portion (176a) prend la forme d’un profilé enroulé autour de la paroi de tuyère (180) et présentant une section en oméga, où des extrémités libres (404b) du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère (180) et sur l’extérieur de celle-ci, un collecteur d’entrée (176b) fluidiquement connecté à une extrémité d’entrée (302a) de chaque portion (176a) et un collecteur de sortie (176c) fluidiquement connecté à une extrémité de sortie (302b) de chaque portion (176a). Ensemble propulsif (151) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur d’entrée (176b) et le collecteur de sortie (176c) prennent la forme d’un profilé en oméga, où des extrémités libres (404b) du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère (180) et sur l’extérieur de celle-ci. Ensemble propulsif (151) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque collecteur (176b-c) est constitué d’un seul élément et chaque portion (176a) est fixée à un côté du collecteur (176a-b). Ensemble propulsif (151) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque collecteur (176b-c) est constitué de plusieurs éléments (702), en ce qu’entre deux éléments (702) et une portion (176a), un élément intermédiaire (704) est mis en place, et en ce que l’élément intermédiaire (704) comporte une première partie (704a) et une deuxième partie (704b), où la première partie (704a) assure la jonction avec la portion (176a) et où la deuxième partie (704b) assure la jonction avec les deux éléments (702). Ensemble propulsif (151) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première partie (704a) prend la forme d’un profilé en oméga, où les extrémités libres (404b) du oméga sont fixées de manière étanche à la paroi de tuyère (180) et sur l’extérieur de celle-ci, en ce que la première partie (704a) présente un profil identique à celui de la portion (176a), en ce qu’une extrémité de la première partie (704a) est fixée bord à bord avec la portion (176a), et en ce que la deuxième partie (704b) est fixée bord à bord avec chaque élément (702). Ensemble propulsif (151) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque collecteur (176b-c) est constitué de plusieurs éléments (802), en ce qu’entre deux éléments (802), une portion (176a) présente un prolongement (804) qui est inséré entre les deux éléments (802), et en ce que le prolongement (804) est fixé bord à bord avec chaque élément (802). Ensemble propulsif (151) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque portion (176a) et chaque collecteur (176b-c) sont constitués d’une plaque métallique et en ce que les extrémités libres (404b) sont fixées à la paroi de tuyère (180) par brasage. Ensemble propulsif (151) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte des ailettes (402) fixées à la paroi de tuyère (180) et sur l’extérieur de celle-ci et à l’intérieur de chaque portion (176a). Aéronef (100) comportant au moins un ensemble propulsif (151) selon l'une des revendications précédentes.