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FR2974563A1 - Profil aerodynamique reduisant le deficit de vitesse dans son sillage - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un profil aérodynamique réduisant le déficit de vitesse dans son sillage, un pylône comprenant un tel profil, un ensemble de propulsion comportant un tel pylône et un aéronef comportant cet ensemble. Le profil comprend un dispositif d'aspiration de l'air (40) de la couche limite formée sur le profil. Cet air aspiré est éjecté à l'aide d'une buse (48) dont la sortie se situe à proximité du bord de fuite du profil. L'aspiration de l'air et son éjection contribuent à réduire le déficit de vitesse en aval du profil et donc à réduire les turbulences dans cette zone.

Description

L'invention est relative à un pr q aérodynamique Réduisant le d idlde vitesse dans son siHaSe, un pylône comprenant un t& prote, un ensemble de propulsion comportant un te pyône et un aéronef comprenant un te profil ou un te ensemble de propulsion, Lors d'un vol, e pylône supportant e moteur génère un sillage, et ce 10 quelle que soit a conception du pylône. Ceci est notamment dû au fait que a hauteur de a couche limite de son profil augmentant dans a q pion aval du profil, H se p duel au bord de mite un « défaut de vitesse » matérialisé par une différence entre a vitesse de l'écoulement libre d 'ah- et b vitesse locale de 'air dans a zone aval du profil. 15 La zone présentant ce défaut de vitesse est également e siège d'un « défaut de débit massique » d'air. De ce fait, Eyra tendance à être entraîné dans a zone à défaut de vitesse, p voguant ainsi des turbulences, La discontinuité des vitesses et les turbulences du sillage provoquent, entre autres, une augmentation du bruit généré par es hG%es de a turbine pouvant 20 nuire au confort des passagers et de l'environnement. Eues provoquent également des vibrations accroissant b fatigue subie par e moteur, les systèmes embarqués dans e pylône et la structure même de l'aéronef, Des so u§ons ont été développées dans e passé pour remédier à ce déficit de vitesse du sillage du pylône, 25 Une d'entre eUes, exposée notamment dans e document US 5,156,353, consiste à souffler de 'air à partir d'une source à haute pression à proximité du bord de fuite du profil du pylône afin d'éliminer e déficit de flux d'air, donc de réduire le déficit de vitesse. Cette solution présente cependant a nécessité d'effectuer un Important 30 prélèvement d'ah- pressurisé depuis un élément de l'aéronef tel que le compresseur du moteur, ce qui a pour effet entre autres de complexifier sa conception. Un autre désavantage de cette solution réside dans a nécessité de prévoir un système de tuyaux amenant 'air du compresseur jusqu'au bord de male du profil du pylône, ce qui complexifie encore davantage a conception et se traduit par un poids supplémentaire. L'invention propose de remédier à moins un des inconvénients ci-des us.
L'invention a ainsi en premier ieu pour objet un profil aérodynamique réduisant e déficit de vitesse dans son gage, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'aspiration d'air(« scoop blet » en terminologie anglo-saxonne) d'une couche imite qui s'est formée sur ce profil, ledit dispositif comportant une extrémité débouchante qui comprend une buse d'éjection dont b sortie se situe à proximité du bord de fuite du profil. L'aspiration de l'air de a couche limite permet de réduire le déficit de vitesse. L'éjection de cet air aspiré à proximité du bord de fuite du profil contribue également à réduire le déficit de vitesse (on entend ici par profil aérodynamique une surface subissant des efforts dus à [6r ambiant). Ainsi le profil de vitesse est uniformisé, ce qui permet de réduire les interactions entre e liage du profil et un dément se trouvant en aval du profil, par exemple une hélice. H n'est dès lors pas nécessaire de prévoir un système de tuyauterie complexe ou de prélever de l'air d'une source extérieure, l'air aspiré étant avantageusement réutilisé.
Afin de compenser e déficit de pression totale de a couche limite aspirée, a buse d'éjection est munie de moyens d'accélération de l'air éjecté, comme des électeurs. Ainsi, cas où e déficit de vitesse du sillage du profil ne serait pas tout à fait Compensé parl'éjection de Fair aspiré, les moyens d'accélération permettent 25 d'y remédier en ne nécessitant qu'un fable apport d'énergie. Afin que 'entrée d'air puisse éliminer une partie importante de a couche limbe du profil, e dispositif d'aspiration est conçu de manière à ce que a pression à a sortie de a buse d'éjection soit sensiblement égale à a pression atmosphérique. Afin d'augmenter e volume d'air aspiré, e dispositif d'aspiration d'air 30 comprend au moins une entrée d'air qui s'étend sur toute b dimension transverse à a corde du profil, appelée envergure du profil, Selon une caractéristique possible, é me d'Ardu d ispoest située sur l'intrados et/ou l'extrados duprofil, /invention concerne également un pylône comportant un profil aérodynamique te que défini pus haut. L'invention concerne également un ensemble de propulsion d in aéronef comprenant au moins un pylône et un système de propulsion comprenant une hélice de poussée située en aval dudit pylône, ledit pylône portant ledit système de propulsion comprenant un profil aérodynamique t& que défini pus haut. Pour aspirer une partie importante de a couche limite du prof, ladite au moins une entrée d'air du profil est placée à une distance de son bord d'attaque comprise entre 80% 90% de sa corde.
La Demanderesse a estimé qu'à basse vitesse, les pertes de pression totale dans a couche limite à [entrée d'air sont d'environ 1% à 2%. De pus, une perte de pression totale de 1% est estimée dans e dispositif d'aspiration. Les moyens d'accélération de a buse compensent donc las pertes de pression totale à hauteur de 2% à 3%.
La Demanderesse a également estimé qu'en conditions de décollage (basse vitesse) a couche limite a environ 30 à 40mm de hauteur au niveau de [entrée d'air. Ainsi, a hauteur de ladite au moins une entrée d'air du profil selon l'invention est sensiblement comprise entre 3Omm 40mm. De façon avantageuse, a longueur ou envergure de [entrée d'air du 20 prote du pylône est adaptée à a hauteur des pales de ladite hélice, L'ensemble de propulsion selon l'invention ne se limitant pas à des conditions de décollage, mas pouvant également être conçu pour des conditions de o s , a conception du profil résulte d'un compromis entre las conditions de vol à haute et basse vesse. 25 /invention concerne également un aéronef comprenant un profil aérodynamique selon l'invention. Enfin l'invention concerne également un aéronef comprenant un ensemble de propulsion selon l'invention, D'autres caractéristiques et avantages appamRr nt au cours de a 30 description qu va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faîte en référence aux dessins annexés, sur lesquels a figure 1 est une vue schématique en perspective d'un avion propulsé par deux moteurs à hélices contrarotatives montés en aval des ailes de ce dernier; - b figure 2 est une vue schématique en perspective d'un détail de la figure 1, comprenant a zone soumise au remous provoquee par un pylône supportant [un des moteur ; - a figure 3 est une vue schématique d'une coupe du prof aérodynamique du pylône de a figure 2, comportant également a couche §mite visqueuse sur sa surface et le prote de vitesse de 'air en aval de ce dernier; - b figure 4 est une vue schématique d'une coupe du profil aérodynamique du pylône de a figure 2 muni d'un dispositif de l'art antérieur décrit dans e document US %]56,353; - a figure 5 est une vue schématique d'une coupe du profil aérodynamique du pylône de a figure 2 muni d'un dispositif selon 'invention; - a figure 6 est une vue schématique en perspective de a nacelle d'un moteur à hélices contrarotatives reliée à un pylône muni d'un dispositif selon l'invention ; - a figure 7 est une vue schématique en coupe du fuselage d'un avion vu de 'arrière, comprenant un moteur à hélices contrarotatives dont b nacelle est au fuselage par un pylône muni d'un dispositif selon 'invention; La figure 1 (art antérieur) illustre un fuselage 4 d'avion comprenant un système de propulsion 2 comprenant un moteur contenu dans une nacelle 4 et des hélices de poussée ô. Une seule hélice parsystème de p pdgon peut également être envisagée. Cette nacelle 4 est soutenue et liée au' salage 1 par un pylône 8. Le terme pylône se rapporte |d à un carénage aérodynamique englobant la structure supportant les moyens de propulsion et es dispositifs y être connectés.
Ces derniers ne sont pas représentés. Comme expliqué pus haut, durant e vol, e pylône 8 provoque des remous dans son sillage 10 et des turbulences Illustrées à la figure 2. La figure 3 muer le fait que 'épaisseur de a couche limite 12 augmente progressivement dans a direction aval du profil du pylône 8, ce qui conduit au profil 30 aérodynamique de vitesse 14. Le profil de vitesse 14 au bord defuite 16 du pylône 8 présente un défaut de vitesse dans a zone 18 située en aval du pylône 8. Ce défaut de vitesse correspond à a différence entre a vitesse de [écoulement libre Vo et b vitesse locale V dans l'exemple considéré à a figure 3.
La zone 18 présentant ce défaut de vitesse présente également un « défaut de débit massique » qui a pour conséquence d'y entraîner [air comme Il lustre le trajet 17, Une solution de 'art antérieur décrite dans e document US 5,156,353 et 5 cherchant à remédier défaut de vitesse est représentée figure 4. Selon cette conception, b pylône 8 comprend un collecteur 20 auquel est fourni de l'air sous pression en provenance, par exemple, du compresseur du moteur de l'aéronef (non représenté). Le collecteur 20 est relié à un conduit 22 soufflant cet air, sous a forme d'un let, à proximité du bord de fuite 16. 10 Ce jd'air élève b vitesse globale de 'air dans b zone 18, de sorte que e profil de vitesse 24 obtenu présente une réduction du défaut de vitesse. Néanmoins, comme on Fa expliqué précédemment, b présence et le fonctionnement du collecteur 20 entraîne notamment une augmentation du poids de l'aéronef. ce qui n'est pas souhaitable. 15 Le prof aérodynamique objet de l'invention est représenté sur les ng u s 5, 6 7. Ce profil présente deux dispositifs d'aspiration 40 situés sur son extrados 41 (respectivement sur son intrados 43) et dont les entrées d'air 4 de quelques centimètres de hauteur, débouchent dans deux conduits 44 disposés de part et 20 d'autre du bord de fuite 16. Toutefois, un seul dispositif d'aspiration situé soit sur [extrados, soit sur 'intrados, permet de réduire le déficit de vitesse. Le fait d'aspirer 'air de b couche limite selon b trajectoire 46 per et de réduire le déficit de vitesse du profil 14. Les conduits 44 amènent Fair dans une buse d'éjection 48 pouvant 25 comporter des moyens d'accélération 50 débouchant à proximité du bord de fuite 16. L'air ainsi aspiré, est éjecté à proximité du bord de fuite 16. Cetéjection d'air contribue également à a réduction du déficit de vitesse sans apport significatif d'énergie ou prélèvement d'air comprimé du moteur. En effet, e dispositif 30 d'aspiration 40 est conçu de manière à ce que b pression de l'air éjecté 52 soit sensiblement égale à b pression atmosphérique, ce qui s'avère suffisant pour obtenir une diminution du déficit de vitesse. Selon es expérimentations menées par b Demanderesse, à basse vitesse, les pertes de pression totale de b couche limite à [entrée du dispositif d'aspiration seront comprises entre 1% et 2%. De pus, une perte de pression totale 1% est estimée dans es conduits 44 et b base 48. Les moyens d'accélération 50 de a buse d'éjection 48 sont donc conçus pour compenser es pertes de pression totale à hauteur de 2% à 3%.
De manière à optimiser aspiration de l'air, e dispositif 40 se trouve à p us de a moitié de a corde du pylône 8, et de préférence, à environ entre 80% 90% de a corde totale du pylône 8.H peut s'étendre sur une partie ou tout le long du bord de fuite 47 du pylône 8. Afin d'aspirer toute b couche imite, a hauteur de [entrée d'air 42 est sensiblement comprise entre 3Omm et 4Omm pour un mât de 3 mètres de longueur. Ainsi, l'alimentation des moyens d'accélération 50 est le seul apport d'énergie nécessaire pour obtenir e profil de vitesse 24 compensant e déficit de Qmsse présenté par e profil de vitesse 14. En outre. ces moyens d'accélération consomment peu et ne nécessitent 15 pas un système de tuyauterie aussi imposant que ceux du système présenté figure 4. Comme représenté figure 6, pour augmenter los performances du dispositif, W longueur de [entrée d'air 42 du dispositif 40 est de préférence adaptée à a longueur dehélices 6.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Prof aérodynamique Réduisant e déficit de vitesse dans REVENDICATIONS1. Prof aérodynamique Réduisant e déficit de vitesse dans son liage, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'aspiration d'air (40) d'une couche limite formée sur ce profil, ledit dispositif comportant une extrémité débouchante qui comprend une buse d'éjection (48) dont b sortie se situe à proximité du bord de fuite (47) profil.
  2. 2. Prof aérodynamique selon a revendication 1, caractérisé en ce que a buse d'éjection (48) est munie de moyens d'accélération (50) de l'air éjecté (52).
  3. 3. Profil aérodynamique selon [une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que e dispositif d'aspiration (40) est conçu de manière à ce que a pression à a sortie de a buse d'éjection (48) est sensiblement égale à a pression atmosphérique. 15
  4. 4. Profil aérodynamique selon [une des revendications 1 à 3, Caractérisé en ce que e dispositif d'aspiration d'air (40) comprend au moins une entrée d'air (42) qui s'étend surtoute b dimension transverse à a corde du profil, appelée envergure du profil.
  5. 5. Paérodynamique selon [une des revendications 1 à 4, caractérisé 20 en ce que e dispositif d'aspiration d'air (40) cond au moins une entrée d'air (42) située sur l'intrados (43) etiou l'extrados (41) du profil«
  6. 6.Ensemble de propulsion d'un aéronef comprenant au moins un pylône (8) et un système de propulsion )compte nain une hélice de poussée (6) située en aval dudit py ône(S), ledit pylône portant ledit système de propulsion (2), 25 caractérisé en ce que e pylône (8) comprend un profil aérodynamique selon [une des revendications ] à 5.
  7. 7. Ensemble selon a revendication 6, caractérisé en ce que dispositif d'aspiration (40) comporte au moins une entrée d'air (42) dudit profil est placée à une distance de son bord d'attaque comprise entre 80% et 90% de sa corde. 30 8, Ensemble selon a revendication caractérisé en ce que a buse d'éjection (48) est munie de moyens d'accélération de l'air éjecté (50) compensant es pertes de pression totale à ladite au moins une entrée d'air (42hauteur de 2% à 3%9. Ensemble selon [une des revendications 7 A 8, caractérisé en ce que a hauteur de ladite au moins une entrée d'air (42) est sensiblement comprise entre 3Omm 4Omm. 10. Ensemble selon [une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce 5 que a longueur dprofil dudit pylône (8) est adaptée à a hauteur des pales de ladite hélice (6). 11. Ensemble selon rune des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que e profil résulte d'un compromis entre las conditions de vol à haute et basse vitesse. 10 12. Aéronef caractérisé en ce qu'a comprend un profil aérodynamique selon 'une des revendications 1 à 5. 13. Aénef caractérisé en ce qu' comprend un ensemble de propulsion selon 'une des revendÆmUns 6 à11.
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