FR2951701A1

FR2951701A1 - Ensemble moteur pour aeronef comprenant un bord d'attaque de mat d'accrochage chauffe par un liquide caloporteur a effet anti-givrage

Info

Publication number: FR2951701A1
Application number: FR0957591A
Authority: FR
Inventors: Lionel Diochon; Guillaume Clairet; Yann Murer; Damien Chollet
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-04-29
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: FR2951701B1

Abstract

L'invention se rapporte à un ensemble moteur (100) pour aéronef comprenant un turbomoteur (10) ainsi qu'un mât d'accrochage (14) du turbomoteur destiné à être rapporté latéralement sur une partie arrière de la structure de l'aéronef, le mât présentant un profil aérodynamique incluant un bord d'attaque (16), et l'ensemble moteur comprenant en outre un circuit (24) de circulation d'un liquide caloporteur. Selon l'invention, le circuit de circulation (24) chemine également au sein du mât (14) de sorte que le bord d'attaque (16) assure un échange de chaleur entre l'air qui l'épouse extérieurement et le liquide caloporteur du circuit de circulation (24).

Description

ENSEMBLE MOTEUR POUR AERONEF COMPRENANT UN BORD D'ATTAQUE DE MAT D'ACCROCHAGE CHAUFFE PAR UN LIQUIDE CALOPORTEUR A EFFET ANTI-GIVRAGE DESCRIPTION

La présente invention se rapporte de façon 10 générale à un ensemble moteur pour aéronef, du type destiné à être implanté latéralement sur une partie arrière de la structure de l'aéronef, et intégrant un turbomoteur, par exemple du type turboréacteur ou turbopropulseur. 15 Un tel ensemble moteur comprend un mât d'accrochage destiné à assurer l'interface entre le turbomoteur et la partie arrière du fuselage, ce mât formant habituellement un profil aérodynamique dont le bord d'attaque est équipé de moyens permettant l'anti- 20 givrage. Ces moyens opèrent un prélèvement d'air chaud au niveau du turbomoteur, qui est ensuite soufflé sur la surface intérieure du bord d'attaque pour assurer l'anti-givrage de ce dernier, effet qui est également dénommé « anti-icing ». 25 Les moyens employés sont coûteux en termes de masse et d'encombrement, et affectent les performances globales de l'ensemble moteur, en raison du prélèvement d'air chaud réalisé. De plus, l'encombrement et la masse de 30 l'ensemble moteur sont également pénalisés par la présence additionnelle de plusieurs circuits de5 2 circulation de liquides caloporteurs cheminant au sein du turbomoteur. Il s'agit par exemple d'un circuit de circulation d'huile cheminant au sein du turbomoteur afin d'assurer le refroidissement d'éléments de celui- ci, ou encore d'un circuit de circulation de carburant cheminant au sein du mât et du turbomoteur. Dans le cas précité du circuit d'huile, celui-ci nécessite notamment un échangeur de chaleur conséquent pour refroidir l'huile formant liquide caloporteur, ceci nuisant bien entendu à la masse et à l'encombrement global de l'ensemble moteur. L'invention a donc pour but de proposer un ensemble moteur pour aéronef remédiant au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a pour objet un ensemble moteur pour aéronef comprenant un turbomoteur ainsi qu'un mât d'accrochage du turbomoteur destiné à être rapporté latéralement sur une partie arrière de la structure de l'aéronef, ledit mât présentant un profil aérodynamique incluant un bord d'attaque, et ledit ensemble moteur comprenant en outre au moins un circuit de circulation d'un liquide caloporteur cheminant au sein du turbomoteur.

Selon l'invention, ledit circuit de circulation chemine également au sein du mât de sorte que ledit bord d'attaque assure un échange de chaleur entre l'air qui l'épouse extérieurement et le liquide caloporteur du circuit de circulation.

Un avantage de la présente invention réside dans le fait que le bord d'attaque du mât est réchauffé 3 par la chaleur dégagée par le liquide caloporteur, avec pour conséquence un effet anti-givrage de ce bord d'attaque. Les moyens classiques employés antérieurement, basés sur un système de prélèvement d'air chaud au niveau du turbomoteur, ne sont plus nécessaires. Les performances globales de l'ensemble moteur s'en trouvent améliorées, et sa masse ainsi que son encombrement sont réduits. D'une façon générale, l'invention est basée sur la mise en place d'un même circuit de circulation de fluide caloporteur servant d'une part à l'antigivrage du bord d'attaque et d'autre part à une fonction autre, qui peut par exemple être le refroidissement d'éléments du turbomoteur, ce qui engendre une amélioration notable de l'ensemble moteur en termes de masse et d'encombrement. Dans le cas evoqué ci-dessus du refroidissement d'éléments du turbomoteur, le circuit employé est alors préférentiellement un circuit de circulation d'huile cheminant au sein du turbomoteur, et dont la particularité est de s'étendre dans le mât, de manière à ce que l'air circulant extérieurement sur le bord d'attaque serve au refroidissement de l'huile chaude provenant du turbomoteur, via ce même bord d'attaque remplissant alors la fonction de peau échangeuse de chaleur. Du fait de cet échange de chaleur astucieux au niveau du bord d'attaque du mât, la taille de l'échangeur de chaleur classique équipant le circuit d'huile peut être fortement diminuée, ou cet échangeur classique peut même être supprimé. 4 En d'autres termes, c'est l'huile du circuit de refroidissement des éléments du turbomoteur qui est employée pour assurer au moins en partie, et de préférence intégralement, l'anti-givrage du bord d'attaque. De préférence, ledit bord d'attaque forme une partie dudit circuit de circulation d'huile, ou est agencé au contact de celui-ci. De préférence, ledit circuit de circulation comprend des conduits sensiblement parallèles, s'étendant selon une direction de l'envergure du bord d'attaque. Cela permet d'éviter les phénomènes néfastes, liés à la gravité, susceptibles de s'appliquer sur le fluide caloporteur en mouvement dans le circuit de circulation. Comme mentionné précédemment, ledit circuit est de préférence un circuit de circulation d'huile cheminant au sein du turbomoteur, pour assurer le refroidissement d'éléments de celui-ci, par exemple une boite de vitesse, des paliers à roulement, ou encore des générateurs électriques de puissance, également dénommés VFG (de l'anglais « Variable Frequency Generator »). D'autres circuits de liquide caloporteur sont envisageables pour réaliser la présente invention, tel qu'un circuit d'amenée de carburant cheminant par le bord d'attaque avant de rejoindre le turbomoteur pour son alimentation. Cela permet alors au carburant chaud provenant du fuselage d'une part d'assurer la fonction d'anti-givrage du bord d'attaque, et d'autre part d'être refroidis par l'air pendant son passage au sein du bord d'attaque, avant de pénétrer dans le turbomoteur. Alternativement, il peut s'agir d'un circuit de circulation d'eau glycolée. 5 Le turbomoteur de l'ensemble peut être un turboréacteur, ou encore un turbopropulseur à hélice unique ou bien à deux hélices contrarotatives, par exemple du type « Open Rotor ». En outre, l'invention se rapporte à une partie arrière d'aéronef comprenant au moins un ensemble moteur tel que décrit ci-dessus, rapporté latéralement sur le fuselage de l'aéronef. Enfin, l'invention a pour objet un aéronef comprenant une partie arrière telle que présentée ci- dessus. 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 ; - la figure 1 représente une vue en perspective d'une partie arrière d'aéronef, intégrant un ensemble moteur selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 2 représente une vue schématique éclatée d'une portion d'un ensemble moteur équipant la partie arrière d'aéronef montrée sur la figure 1 ; - la figure 3 représente une vue plus détaillée en perspective du bord d'attaque du mât 6 d'accrochage de l'ensemble moteur montré sur les figures précédentes ; - la figure 4 représente une vue en coupe prise selon le plan P1 de la figure 3 ; et - la figure 5 représente une vue similaire à celle de la figure 4, avec le bord d'attaque se présentant sous la forme d'une alternative de réalisation. En référence à la figure 1, on voit une partie arrière 1 d'aéronef se présentant sous la forme d'un mode de réalisation préféré de la présente invention. Dans toute la description qui va suivre, par convention, on appelle X la direction longitudinale de l'aéronef, qui est parallèle à un axe longitudinal 2 de cet aéronef. D'autre part, on appelle Y la direction orientée transversalement par rapport à l'aéronef, et Z la direction verticale ou de la hauteur, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre-elles.

D'autre part, les termes « avant » et « arrière » sont à considérer par rapport à une direction d'avancement de l'aéronef rencontrée suite à la poussée exercée par les moteurs, cette direction étant représentée schématiquement par la flèche 4. Globalement, la partie arrière 1 comprend un fuselage 6, de section transversale sensiblement circulaire, elliptique ou similaire, de centre passant par l'axe longitudinal 2, et délimitant un espace intérieur de l'aéronef 8. De plus, il comprend deux ensembles moteurs 100 disposés de part et d'autre d'un plan 30 7 médian vertical P passant par l'axe 2, chaque ensemble 100 comprenant un turbomoteur 10 à hélices, de préférence un turbopropulseur du type « Open Rotor » présentant un doublet d'hélices contrarotatives. Chacun d'eux présente un axe longitudinal 12 sensiblement parallèle à la direction X. De plus, chaque ensemble moteur 100 est disposé latéralement par rapport au fuselage 6, étant à cet égard précisé qu'un angle peut être prévu entre le plan horizontal médian P' de l'aéronef et le plan passant par les axes longitudinaux 2, 12 du turbomoteur et de l'aéronef. Typiquement cet angle peut être compris entre 10 et 35°. Quoiqu'il en soit, chaque ensemble moteur 100 est rapporté latéralement sur la structure de l'aéronef, et plus précisément sur une partie arrière de celle-ci, sur le fuselage 6 derrière la voilure principale. Pour assurer la suspension du turbopropulseur 10 de chaque ensemble, il est prévu un mât d'accrochage 14, comportant une structure rigide 15 également dite structure primaire à travers laquelle sont repris les efforts provenant du moteur 10, la structure rigide 15 étant habillée par des carénages aérodynamiques, et notamment un carénage avant 16 formant bord d'attaque. De manière analogue, il est prévu un carénage arrière 17 formant bord de fuite du mât. De façon classique, le mât 14 présente des moyens de fixation (non représentés) interposés entre le moteur 10 et la structure rigide 15, ainsi que d'autres moyens de fixation (non représentés) 8 interposés entre la structure rigide 15 et la structure de l'aéronef. Sur la figure 1, on peut apercevoir que le mât 14 présente une surface extérieure 20 formant un profil aérodynamique intégrant le bord d'attaque 16, ainsi qu'un bord de fuite 17 situé en arrière de la structure rigide 15. Ainsi, cette surface extérieure 20 est formée, de l'avant vers l'arrière, par le carénage avant 16 formant bord d'attaque, la structure rigide 15 préférentiellement carénée, et le carénage arrière 17 formant bord de fuite. Il est noté que le bord d'attaque 16, et plus précisément le carénage qui le définit, prend ici la forme d'une peau, éventuellement double.

En référence à présent à la figure 2 montrant de manière schématique et éclatée l'un des deux ensembles moteurs 100, il est montré un circuit 24 de circulation d'huile cheminant au sein du turbomoteur 10. Ce circuit 20, classiquement équipé d'une pompe, de conduits et de filtres à travers lesquels circulent l'huile, chemine au sein du turbomoteur 10 de manière à refroidir au moins un des éléments moteurs (non représentés) parmi une boite de vitesse, des paliers à roulement supportant les arbres moteurs, et des générateurs électriques de puissance. Cette partie du circuit 24 peut être réalisée d'une manière communément adoptée dans les réalisations connues de l'art antérieur. En revanche, l'une des particularités de la 30 présente invention réside dans le fait de faire cheminer le circuit 24 au sein du mât 14, le long du 9 bord d'attaque 16 et intérieurement par rapport à celui-ci, de sorte que ce dernier assure un échange de chaleur entre l'air qui l'épouse extérieurement et l'huile du circuit de circulation 24.

Par conséquent, l'huile est d'abord réchauffée par les éléments du turbomoteur 10 qu'elle est censée refroidir, puis extraite du turbomoteur afin de cheminer le long du bord d'attaque 16, intérieurement par rapport à celui-ci. A ce stade, l'air circulant extérieurement sur le bord d'attaque 16 sert au refroidissement de l'huile chaude provenant du moteur, via ce même bord d'attaque 16 remplissant la fonction de peau échangeuse de chaleur. Simultanément, le bord d'attaque 16 est réchauffé par la chaleur dégagée par l'huile chaude sortant du turbomoteur, avec pour conséquence un effet anti-givrage de ce bord d'attaque 16. En d'autres termes, c'est l'huile du circuit 24 de refroidissement des éléments du turbomoteur qui est employée pour assurer au moins en partie, et de préférence intégralement, la fonction d'anti-givrage du bord d'attaque. Après son refroidissement causé par sa circulation le long du bord d'attaque 16, l'huile est reconduite par le circuit 24 au sein du turbomoteur, afin de remplir sa fonction première de refroidissement des éléments moteurs. Même si cela n'a pas été représenté, le circuit 24 peut également intégrer un échangeur de chaleur de conception classique, s'ajoutant à la peau échangeuse de chaleur 16. 10 Egalement, il est possible de prévoir un système de commande permettant alternativement de forcer l'huile à entrer dans la partie mât du circuit, et interdire cet accès. A titre d'exemple, l'huile peut n'être dirigée vers la partie mât, à savoir mise en circulation sur le bord d'attaque 16, que lorsqu'un anti-givrage de ce dernier est requis. Il est possible de faire circuler l'huile de différentes façons le long du bord d'attaque 16.

L'une d'elles est montrée sur les figures 3 et 4, représentant une partie du circuit de circulation 24 intégrant une pluralité de conduits 30 plaqués contre une surface intérieure de la peau 16 formant le bord d'attaque. Ces conduits 30, de préférence parallèles entre eux et s'étendant selon une direction 34 de l'envergure du bord d'attaque 16, cheminent par exemple tout le long de ce dernier, ou sur une partie seulement de celui-ci. L'huile 32 peut être introduite de manières diverses dans les conduits 30. A titre d'exemples, l'huile 32 peut être introduite au niveau des extrémités de conduits situées d'un même côté du bord de fuite 16. Egalement, l'huile 32 peut serpenter dans plusieurs conduits 30 reliés les uns aux autres avant d'être extraite du bord de fuite, assurant ainsi une circulation en zig-zag favorisant un bon échange de chaleur avec l'air 36 épousant la surface extérieure du bord d'attaque. Dans ce mode de réalisation préféré, les conduits 30 du circuit 24 sont agencés au contact du bord d'attaque 16 formant peau échangeuse de chaleur.

11 Selon une alternative de réalisation montrée sur la figure 5, la peau 16 participe directement à la constitution du circuit de refroidissement 24, puisqu'il définit une partie de chacun des conduits 30, conjointement avec des profils 40 de forme générale ouverte, par exemple de section en forme globale de U, rapportés fixement sur la surface intérieure du bord d'attaque 16. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.15

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble moteur (100) pour aéronef comprenant un turbomoteur (10) ainsi qu'un mât d'accrochage (14) du turbomoteur destiné à être rapporté latéralement sur une partie arrière de la structure (6) de l'aéronef, ledit mât (14) présentant un profil aérodynamique incluant un bord d'attaque (16), et ledit ensemble moteur comprenant en outre au moins un circuit (24) de circulation d'un liquide caloporteur (32) cheminant au sein du turbomoteur, caractérisé en ce que ledit circuit de circulation (24) chemine également au sein du mât (14) de sorte que ledit bord d'attaque (16) assure un échange de chaleur entre l'air (36) qui l'épouse extérieurement et le liquide caloporteur (32) du circuit de circulation (24).
2. Ensemble moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bord d'attaque (16) forme une partie dudit circuit de circulation (24), ou est agencé au contact de celui-ci.
3. Ensemble moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit de circulation (24) comprend des conduits (30) sensiblement parallèles, s'étendant selon une direction (34) de l'envergure du bord d'attaque.
4. Ensemble moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit 13 circuit (24) est un circuit de circulation d'huile (32) cheminant également au sein du turbomoteur (10), pour assurer le refroidissement d'éléments de celui-ci.
5. Ensemble moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments du turbomoteur refroidis par ledit circuit de circulation (24) sont pris parmi une boite de vitesse, des paliers à roulement, et des générateurs électriques de puissance.
6. Partie arrière (1) d'aéronef comprenant au moins un ensemble moteur (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, rapporté latéralement sur le fuselage (6) de l'aéronef.
7. Aéronef comprenant une partie arrière (1) selon la revendication 6. 20