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FR3041375A1 - Ensemble de circulation d'un flux d'un turboreacteur d'un aeronef - Google Patents

Ensemble de circulation d'un flux d'un turboreacteur d'un aeronef Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un ensemble de circulation d'un écoulement d'un flux d'un turboréacteur d'un aéronef comprenant un moyeu interne (3) et un carter externe (2) définissant un canal (II) de circulation de l'écoulement du flux, l'ensemble comprenant une structure (5, 6) rainurée comprenant une succession de rainures, en contact avec l'écoulement du flux, les rainures s'étendant dans le sens d'écoulement du flux, la structure rainurée comprenant au moins un paramètre géométrique (s, h, h/s) configuré pour s'adapter en fonction d'au moins un paramètre de l'écoulement de flux.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne une structure aérodynamique à l'intérieur de laquelle s'écoule un fluide, présentant au moins une surface sur laquelle une structure rainurée dans le sens d'écoulement de fluide (riblets) est disposée. Elle concerne tout particulièrement un canal de circulation d'air d'une turbomachine à double flux d'un aéronef et encore plus particulièrement une veine secondaire d'une telle architecture.
ETAT DE LA TECHNIQUE
En relation avec la figure 1, une turbomachine à double flux (turbofan) d'un aéronef comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz (selon l'axe moteur AA), une soufflante carénée 1, un espace annulaire d'écoulement primaire I et un espace annulaire d'écoulement secondaire II (veine secondaire) délimité par un carter externe 2 et un moyeu interne 3. La masse d'air aspirée par la soufflante est donc divisée en un flux primaire, qui circule dans l'espace d'écoulement primaire I, et en un flux secondaire, qui est concentrique avec le flux primaire et circule dans l'espace d'écoulement secondaire II. A l'intérieur de la veine secondaire sont disposées des aubes à géométries fixes 4 (« Outtet Guide Vanes », (OGVs)) qui permettent de redresser l'écoulement des gaz y circulant afin de l'aligner avec l'axe moteur AA, la soufflante 1 produisant un écoulement giratoire.
Afin d'améliorer l'efficacité des aubes, les parois du moyeu interne et du carter externe ainsi que les parois des aubes peuvent être rainurées dans le sens d'écoulement du fluide.
Ces rainures peuvent avoir plusieurs formes. La forme, l'alignement avec l'écoulement, la taille et notamment l'espacement de ces rainures influe directement sur l'écoulement et sur le gain de rendement escompté du turboréacteur.
Un problème est que les rainures sont fixes et ne s'adaptent pas aux différents écoulements qui dépendent des conditions de fonctionnement du turboréacteur, par exemple l'orientation de l'écoulement peut varier de plusieurs dizaines de degrés entre le point croisière et le décollage de l'aéronef.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer des rainures optimisées pour plusieurs points de fonctionnement du turboréacteur d'un aéronef. A cet effet, l'invention propose un ensemble de circulation d'un écoulement d'un flux d'un turboréacteur d'un aéronef comprenant un moyeu interne et un carter externe définissant un canal de circulation de l'écoulement du flux, l'ensemble comprenant une structure rainurée comprenant une succession de rainures, en contact avec l'écoulement du flux, les rainures s'étendant dans le sens d'écoulement du flux, la structure rainurée comprenant au moins un paramètre géométrique configuré pour s'adapter en fonction d'au moins un paramètre de l'écoulement de flux. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible.
La structure rainurée est disposée sur la paroi externe du moyeu interne et/ou sur la paroi interne du carter externe du canal de circulation d'air. L'ensemble comprend au moins une aube à géométrie fixe, la structure rainurée étant disposée sur les parois de l'aube en contact avec l'écoulement du flux.
La structure rainurée est constitué d'un film recouvrant une paroi.
La structure rainurée est constitué d'un matériau à mémoire de forme ou d'un matériau piézoélectrique ou d'un gel chargé de particules se déformant sous l'effet d'un champ magnétique.
Les caractéristiques géométriques sont choisies parmi : une hauteur, un espacement entre deux rainures consécutives
La structure rainurée est une succession de rainures ayant la ou les forme(s) suivante(s) : créneau, trapézoïdal, triangulaire, parabolique.
La forme des rainures s'adapte en fonction de chaque point de fonctionnement du turboréacteur, les points de fonctionnement étant : roulage initial, décollage, montée, croisière, descente et approche, atterrissage, roulage final. L'invention concerne également un turboréacteur à double flux d'un aéronef, comprenant un ensemble de circulation d'un écoulement de flux selon l'invention.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels outre la figure 1 déjà discutée : - la figure 2 illustre une vue détaillée du turboréacteur de la figure 1 ; - la figure 3 illustre un écoulement d'un flux sur une structure rainurée ; - les figures 4a à 4d illustrent des exemples de forme donnés aux rainures ; - la figure 5 illustre des points de fonctionnement d'un turboréacteur ; la figure 6 illustre des rainures pour un point de fonctionnement d'un turboréacteur ; la figure 7 illustre des rainures pour un point de fonctionnement d'un turboréacteur.
Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La figure 2 illustre une vue détaillée de la turbomachine figure 1 comprenant un ensemble II de circulation d'un écoulement d'un flux comprenant une structure rainurée 5, 6 en contact avec l'écoulement du flux et par exemple disposée sur la paroi externe du moyeu interne et/ou sur la paroi interne du carter externe et éventuellement sur les aubes de l'OGV et de la soufflante.
Cette structure rainurée est en contact avec l'écoulement de flux traversant le canal de circulation de flux définit par le moyeu interne et le carter externe.
Les rainures s'étendent longitudinalement selon le sens d'écoulement du flux (flèche pointillée F) et sont en saillie à partir d'une paroi du canal de circulation. L'ensemble de circulation comprenant au moins une aube 4 à géométrie fixe, une structure rainurée 6 peut être disposée sur les parois de l'aube 4 en contact avec l'écoulement de flux.
La structure rainurée 5, 6 est notamment constituée par un film déposé sur les parois du canal (moyeu interne et carter externe, aubes).
La structure rainurée est de préférence en matériau à mémoire de forme, ou en matériau piézoélectrique ou en gel chargé de particules se déformant sous l'effet d'un champ magnétique.
La figure 3 illustre une structure rainurée parcourue par un écoulement d'un flux (flèche sur la figure 3).
Les rainures peuvent prendre plusieurs formes : créneau (figure 4a), parabolique (figure 4b), triangulaire (figure 4c), trapézoïdal (figure 4d).
Dans le cas de rainures de forme parabolique, c'est la partie concave qui est en contact avec le flux.
Dans le cas de rainures de forme trapézoïdale, la petite base est en contact avec la paroi du canal tandis que la grande base du trapèze est supprimée.
La structure rainurée peut avantageusement être constituée de rainures de différentes formes.
La structure rainurée est en particulier configurée pour s'adapter en fonction d'au moins un paramètre du flux avec lequel la structure est en contact.
Un paramètre du flux traversant le canal est la pression du flux, la température flux, la vitesse du flux, l'orientation du flux.
Les paramètres du flux varient de préférence en fonction de points de fonctionnement du turboréacteur qui correspondent à des phases de vol de l'aéronef.
La figure 5 illustre des points de fonctionnement d'un turboréacteur pour des phases de vol de l'aéronef (l'abscisse étant la durée et l'ordonnée l'altitude).
Ces phases sont avantageusement les suivantes : « roulage initial » 11, « décollage » 12, « montée » 13, « sommet de la montée » 14, « croisière » 15, « descente et approche » 16, « atterrissage » 17, « roulage final » 18.
De manière avantageuse, les caractéristiques géométriques qui varient en fonction des paramètres du flux sont la hauteur h des rainures et/ou l'espacement s entre deux rainures et/ou le ratio h/s. L'espacement s est directement corrélé à l'efficacité de la structure rainurée et dépend du nombre de Reynolds et par conséquent des conditions aérodynamiques de l'écoulement de flux.
En particulier, la structure rainurée doit être telle que le ratio espacement s sur hauteur h est compris entre 0,1 et 2, de préférence 1. Et de manière complémentaire on prévoit des règles d'évolution que la structure rainurée doit respecter en fonction des points de fonctionnement du turboréacteur.
Ces règles peuvent être définies pour certains de ces points de fonctionnement.
Selon un exemple, on peut prévoir une règle d'évolution de la structure rainurée pour les points de fonctionnement « sommet de la montée » 14 et « croisière » 15 et ne rien prévoir pour les autres, la structure restant identique à celle spécifiée à un des points de fonctionnement, par exemple, la croisière. Une telle règle couvre les principaux points de fonctionnement qui ont un poids significatif dans le calcul du rendement pondéré sur une mission d'un aéronef, notamment la « montée » 13, le « sommet de la montée » 14, et la « croisière » 15.
Selon un autre exemple, on peut prévoir pour une soufflante donnée et des rainures triangulaires, un espacement s pour le point de fonctionnement « croisière » de 30μΐτι et pour le point de fonctionnement « décollage » de 17μΐτι de sorte qu'il faut rapprocher les rainures triangulaires, soit un « tassement » de l'ordre de 2 entre les deux points de fonctionnement. Dans ce cas, on peut avoir une modification régulière de l'espacement des rainures, modification qui est proportionnelle à la variation de la température estimée dans le plan amont de l'élément de structure considéré (fan ou OGV par exemple).
Des rainures de forme trapézoïdales sont illustrées sur la figure 6 et sont adaptées au point de fonctionnement « sommet de la montée » 14. Elles ont un espacement crête à crête de taille s et une hauteur h. Une fois atteint le point de fonctionnement « croisière » 15, la structure rainurée est telle qu'elle est modifiée pour avoir un espacement qui passe de s à s'et une hauteur qui passe de h à h' (avec h'<h) tout en conservant un ratio h/s optimal avec un espacement s'adapté au point de fonctionnement « croisière » 15 et les rainures sont celles illustrées sur la figure 7.
De manière alternative ou complémentaire, la structure rainurée est telle que l'espacement s est modifié en changeant aussi la forme des rainures. Par exemple, entre le point de fonctionnement « sommet de la montée » 14 et « croisière » les rainures passent d'une forme trapézoïdale à une forme triangulaire lorsque l'espacement s se réduit.
Dans le cas où la structure rainurée est constituée d'un matériau à mémoire de forme, ce dernier est prévu pour satisfaire les différentes règles de dimensionnement prévues. Un matériau à mémoire de forme est par exemple le nickel-titane connu également sous le nom de Nitinol. Dans le cas où la structure rainurée est constituée d'un matériau piézoélectrique ou d'un gel chargé de particules, l'ensemble de circulation comprend une unité qui permet d'acquérir les paramètres d'écoulement du flux et qui permet d'appliquer une consigne au matériau.
De façon non limitative, il est possible de prévoir des formes de structure rainurée différentes, selon la position de l'élément (par exemple paroi du moyeu, paroi du carter ou paroi de l'aube), dans le canal de circulation d'air, selon les besoins aérodynamiques et la nature des écoulements. Par exemple, on pourra placer des rainures de forme trapézoïdale sur la paroi interne du carter et la paroi externe du moyeu, et des rainures de forme parabolique sur les parois de l'aube.
De façon non limitative, il est possible de prévoir des formes différentes de structure rainurée, selon la position sur l'élément (par exemple paroi du moyeu, paroi du carter ou paroi de l'aube), dans le canal de circulation d'air, selon les besoins aérodynamiques et la nature des écoulements. Par exemple, on pourra choisir de placer des formes de structure rainurée différentes selon leur position azimutale sur la paroi interne du carter et/ou sur la paroi externe du moyeu. Par exemple également, on pourra placer une structure rainurée de type parabolique en pied d'aube et une structure rainurée de type trapézoïdale en sommet d'aube.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Ensemble de circulation d'un écoulement d'un flux d'un turboréacteur d'un aéronef comprenant un moyeu interne (3) et un carter externe (2) définissant un canal (II) de circulation de l'écoulement du flux, l'ensemble comprenant une structure (5, 6) rainurée comprenant une succession de rainures, en contact avec l'écoulement du flux, les rainures s'étendant dans le sens d'écoulement du flux, la structure rainurée comprenant au moins un paramètre géométrique (s, h, h/s) configuré pour s'adapter en fonction d'au moins un paramètre de l'écoulement de flux.
  2. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la structure rainurée est disposée sur la paroi externe du moyeu interne et/ou sur la paroi interne du carter externe du canal de circulation d'air.
  3. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 2, comprenant au moins une aube à géométrie fixe (4), la structure rainurée étant disposée sur les parois de l'aube en contact avec l'écoulement du flux.
  4. 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la structure rainurée est constitué d'un film recouvrant une paroi.
  5. 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la structure rainurée est constitué d'un matériau à mémoire de forme ou d'un matériau piézoélectrique ou d'un gel chargé de particules se déformant sous l'effet d'un champ magnétique.
  6. 6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les caractéristiques géométriques sont choisies parmi : une hauteur (h), un espacement (s) entre deux rainures consécutives
  7. 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la structure rainurée est une succession de rainures ayant la ou les forme(s) suivante(s) : créneau, trapézoïdal, triangulaire, parabolique.
  8. 8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la forme des rainures s'adapte en fonction de chaque point de fonctionnement du turboréacteur, les points de fonctionnement étant : roulage initial, décollage, montée, croisière, descente et approche, atterrissage, roulage final.
  9. 9. Turboréacteur à double flux d'un aéronef, comprenant un ensemble de circulation d'un écoulement de flux selon l'une des revendications 1 à 8.
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