La présente invention se rapporte à une nacelle de turbomoteur équipée d'un système de refroidissement d'huile moteur.

Un avion est propulsé par un ou plusieurs ensembles propulsifs comprenant chacun un turbomoteur logé dans une nacelle tubulaire. Chaque ensemble propulsif est rattaché à l'avion par un mât situé généralement sous ou sur une aile ou au niveau du fuselage.

Une nacelle présente généralement une structure comprenant une entrée d'air en amont du moteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante ou les compresseurs du turbomoteur et son carter, une section aval pouvant abriter des moyens d'inversion de poussée et destinée à entourer la chambre de combustion du turbomoteur, et est généralement terminée par une tuyère d'éjection dont la sortie est située en aval du turbomoteur.

De manière générale, le turbomoteur comprend un ensemble de pales (compresseur et éventuellement soufflante ou hél ice non carénée) entraînées en rotation par un générateur de gaz à travers un ensemble de moyens de transmission.

Un système de distribution de lubrifiant est prévu pour assurer une bonne lubrification de ces moyens de transmission et les refroidir.

Par voie de conséquence, le lubrifiant doit ensuite également être refroidi par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur.

Pour ce faire, une première méthode connue consiste à refroidir le lubrifiant par circulation à travers un échangeur air/huile utilisant de l'air prélevé dans une veine secondaire (flux dit froid) de la nacelle ou d'un des premiers étages de compresseur.

Le prélèvement et la circulation d'air au travers de cet échangeur, perturbe l'écoulement du flux d'air et entraîne des pertes de charges supplémentaires (traînée) ce qui n'est pas souhaitable.

II a notamment été calculé que dans le cas d'un moteur à soufflante à réducteur, cela pouvait représenter des pertes équivalentes à environ 1 % de consommation de carburant.

Une autre solution est apparue dans le cadre des systèmes de dégivrage de la nacelle. En effet, en vol, selon les conditions de température et d'humidité, de la glace peut se former sur la nacelle, notamment au niveau de la surface externe de la lèvre d'entrée d'air équipant la section d'entrée d'air.

La présence de glace ou de givre modifie les propriétés aérodynamiques de l'entrée d'air et perturbe l'acheminement de l'air vers la soufflante. De plus, la formation de givre sur l'entrée d'air de la nacelle et l'ingestion de glace par le moteur en cas de détachement de blocs de glace peuvent endommager le moteur ou la voilure, et présenter un risque pour la sécurité du vol.

Une solution pour dégivrer la surface externe de la nacelle consiste à éviter que de la glace ne se forme sur cette surface externe en maintenant la surface concernée à une température suffisante.

Ainsi, la chaleur du lubrifiant peut être utilisée pour réchauffer les surfaces externes de la nacelle, le lubrifiant étant de ce fait refroidi et en mesure d'être réutilisé dans le circuit de lubrification.

Les docu ments U S 4 782 658 et EP 1 479 889, notamment, décrivent la mise en œuvre de tels systèmes de dégivrage utilisant la chaleur du lubrifiant moteur.

Plus précisément, le document US 4 782 658 décrit un système de dégivrage utilisant de l'air extérieur prélevé par une écope et réchauffé au travers un échangeur air/huile pour servir au dégivrage. Un tel système permet un meilleur contrôle des énergies thermiques échangées, mais la présence d'écopes dans la surface externe de la nacelle entraîne une perte des performances aérodynamiques.

Le document EP 1 479 889 décrit, quant à lu i, un système de dégivrage d'une structure d'entrée d'air de nacelle de turboréacteur utilisant un échangeur air/huile en circuit fermé, l'air intérieur réchauffé de la structure d'entrée d'air étant mis en convection forcée par un ventilateur.

Il convient de noter que la structure d'entrée d'air est creuse et forme une chambre fermée de circulation d'air de dégivrage réchauffé par l'échangeur disposé à l'intérieur de cette chambre.

Ainsi, l'énergie thermique disponible pour le dégivrage dépend de la température du lubrifiant.

En outre, la surface d'échange de la structure d'entrée d'air est fixe et limitée et l'énergie réellement dissipée dépend essentiellement de la chaleur nécessaire au dégivrage et donc des conditions extérieures. Il s'ensu it que le refroid issement du lubrifiant, ainsi que la température à laquel le est maintenue l'entrée d'air, sont difficilement contrôlables.

Comme on le constate, les systèmes proposés sont difficilement régulables en fonction de la quantité de chaleur à dissiper et des besoins de dégivrage réels et ne sont pas adaptables en fonction des besoins réels et notamment des phases de vol. De plus, la surface externe de la lèvre seule peut ne pas être suffisante à la dissipation de toute la chaleur conduite par le lubrifiant, en particulier si le turbomoteur est équipé d'un réducteur dissipant une grande quantité de chaleur.

Il existe donc un besoin pour un système permettant de contrôler et optimiser à la fois les performances de refroidissement du lubrifiant moteur et les performances de dégivrage.

Pour ce faire, la présente invention se rapporte à une nacelle de turbomoteur présentant une structure sensiblement tubulaire et comprenant au moins un carénage externe définissant une surface aérodynamique externe et au moins un carénage interne défin issant une surface aérodynam ique intérieure d'écoulement à travers le turbomoteur, lesdites surfaces externe et interne étant reliées en amont par une paroi de bord d'attaque formant lèvre d'entrée d'air, lad ite nacelle de turbomoteur comprenant au moins un échangeur de chaleur entre un premier fluide à réchauffer et un deuxième fluide à refroidir, caractérisée en ce que l'échangeur est associé à au moins un conduit de circulation du premier fluide à réchauffer formant au moins une boucle de recirculation à travers l'échangeur et comprenant au moins une zone de circulation du premier fluide s'étendant au moins partiellement le long du carénage externe au contact d'au moins une paroi dudit carénage externe de manière à permettre un échange de chaleur par conduction avec l'air extérieur de la nacelle.

Par boucle de recirculation, il convient d'entendre un circuit recirculant la totalité du fluide. Cela implique un point d'entrée et un point de sortie à travers l'échangeur et le conduit de recirculation vise à relier le point de sortie au point d'entrée.

Ainsi, la chaleur récupérée par le premier fluide de l'huile de lubrification moteur, par exemple, ou d'un autre fluide chaud à refroidir, peut être dissipée au niveau du carénage externe par conduction. Ce carén age extern e possèd e natu rel l ement u ne su rface d'échange thermique disponible beaucoup plus importante que la seule surface de lèvre d'entrée d'air, par exemple, et rend ainsi la dissipation thermique plus efficace et mieux contrôlable.

Par ailleurs, cette surface n'étant pas un bord d'attaque, elle est moins directement exposée au givre et l'écoulement d'air externe assure ainsi une dissipation thermique plus constante.

De manière avantageuse, la zone de circulation du premier fluide au niveau du carénage externe s'effectue par l'intermédiaire d'au moins une double paroi dudit carénage externe possédant un espace intérieur apte à permettre la circulation du premier fluide.

Préférentiellement, le conduit de circulation du premier fluide est équipé de moyens de circulation forcée dudit premier fluide.

Avantageusement, la nacelle comprend au moins un conduit de circulation du premier fluide à travers au moins une chambre de la lèvre d'entrée en vue de permettre son dégivrage.

Ainsi, en prévoyant plusieurs zones de dissipation de chaleur, il est possible d'optimiser la quantité de chaleur distribuée à chaque zone en fonction des besoins réels de dégivrage et de la température du fluide et bien sûr de la température extérieure.

Dans le cas où la lèvre n'a pas besoin d'être dégivrée, on pourra diriger la chaleur à dissiper vers la zone de circulation au niveau du carénage externe, réduisant ainsi le risque de surchauffer les matériaux de la lèvre d'entrée d'air. Réciproquement, dans le cas où les besoins en chaleur de dégivrage sont plus importants, on pourra diriger le fluide préférentiellement vers la structure de lèvre.

Avantageusement, encore, le conduit de circulation du premier flu ide à travers la lèvre d'entrée d'air comprend au moins une portion de recirculation à travers l'échangeur.

Afin de suivre encore plus précisément les besoins en dégivrage, la nacelle comprend au moins un moyen de chauffage complémentaire du premier fluide, notamment un moyen de chauffage électrique.

Ainsi, dans le cas où la température du fluide à refroidir, notamment le lubrifiant moteur, est insuffisante ou ne permet pas de récupérer suffisamment de chaleur pour les besoins de dégivrage, le premier fluide pourra être réchauffé à la température souhaitée par le moyen de chauffage complémentaire.

Selon un premier mode de réalisation, le moyen de chauffage additionnel est situé sensiblement au niveau de l'échangeur.

Selon u n d euxième mod e d e réa l isation , éventu el lement complémentaire, le moyen de chauffage additionnel est déporté de l'échangeur et disposé au niveau d'un conduit de circulation particulier du premier fluide.

Avantageusement, le conduit de circulation du premier fluide est équipé d'au moins une vanne de régulation.

Préférentiellement, le premier fluide est de l'air, l'échangeur de chaleur étant un échangeur de type air/huile, et l'huile est un lubrifiant moteur du turbomoteur.

Alternativement, le premier fluide est un liquide. Avantageusement encore, le premier fluide subit au moins un changement phase au cours de sa circulation.

De manière avantageuse, le conduit de circulation du premier fluide comprend au moins un moyen de prélèvement du premier fluide, se présentant n ota m m e n t so u s l a fo rm e d ' u n e é co p e d e p ré l ève m e n t placée avantageusement en aval de la soufflante ou en aval d'un des premiers étages de compresseur, l'écope étant de préférence équipée d'au moins une vanne de régulation.

De manière avantageusement complémentaire, le cond u it de circulation du premier fluide comprend au moins un moyen d'évacuation du premier fluide, se présentant notamment sous la forme d'une écope de sortie, l'écope étant de préférence équipée d'au moins une vanne de régulation.

Les écopes de prélèvement et de sortie pourront déboucher soit au niveau du carénage externe (préférentiellement) soit au niveau du carénage interne.

Selon un mode de réalisation avantageux, le carénage externe de la nacelle comprend un carénage externe d'un pylône de turbomoteur, et la zone de circulation de la boucle de recirculation du premier fluide s'étendant au moins partiellement le long du carénage externe du pylône, préférentiellement sur une surface destinée à être exposée à l'écoulement d'air externe autour de la nacelle. La présente i nvention se rapport également à u n ensemble propulsif d'aéronef comprenant un turbomoteur logé à l'intérieur d'une nacelle, caractérisé en ce que la nacelle est une nacelle selon l'invention.

La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel :

- la figure 1 est une représentation schématique partielle d'une partie amont d'une nacelle de turboréacteur (turbomoteur à soufflante) se l on l ' i n ve nt io n com p re n a n t u n c i rcu it d e refroidissement de l'huile lubrifiant moteur,

- les figures 2 à 5 représentent différents modes de circulation du premier fluide à travers le circuit de refroidissement de la nacelle de la figure 1 ,

- les figures 6 et 7 sont des représentations schématiques d'une double paroi du carénage externe permettant la circulation du premier fluide,

- la figure 8 est une représentation schématique d'une partie amont d'une nacelle de turboréacteur selon une variante de réalisation de l'invention,

- la figure 9 est une représentation schématique d'une partie amont d'une nacelle de turboréacteur selon une autre variante de réalisation de l'invention, dans laquelle le premier fluide est un l iqu ide subissant un changement de phase au cours de sa circulation,

- les figures 10 à 12 illustrent la mise en œuvre de l'invention pour une nacelle de turbomoteur à hélices.

U ne nacel le 1 de turbomoteur constitue un logement pour le turbomoteur 2 et présente une structure sensiblement tubulaire comprenant un carénage externe 3 définissant une surface aérodynamique externe et un carénage interne 4 définissant une surface aérodynamique intérieure d'écoulement à travers le turbomoteur et notamment une soufflante 5.

Les carénages externe 3 et interne 4 sont reliés en amont par une paroi de lèvre d'entrée d'air 6 constituant un bord d'attaque de la nacelle.

Les carénages externe 3 et interne 4 de la nacelle définissent un espace intérieur abritant un système de refroidissement du lubrifiant moteur du turbomoteur 2. Le système de refroidissement comprend un échangeur de chaleur 1 0 de type air/huile alimenté, d'une part, par le lubrifiant (deuxième fluide) à refroidir, et d'autre part, par de l'air (premier fluide) à réchauffer.

Le lubrifiant est amené à l'échangeur par un système de pompage du turbomoteur (non visible) et un conduit de circulation 1 1 1 traversant un bras support 2a du turbomoteur et traversant la veine de circulation d'air.

L'air de refroid issement circule à travers l'échangeur 10 où il récupère une partie de l'énergie thermique du lubrifiant (ce qui le refroidit) et à travers un ensemble 13 de conduits de circulation permettant de l'amener au niveau de zones froides où il pourra évacuer son énergie thermique avant un nouveau cycle à travers l'échangeur.

L'air de refroidissement peut circuler en circuit fermé ou peut être renouvelé par prélèvement et évacuation d'air.

L'ensemble 13 de conduits de circulation va être décrit en détail. L'ensemble 13 de conduit de circulation présente une première extrém ité 1 1 rel iée à une sortie d'air de l'échangeur 1 0 et une deuxième extrémité 12 reliée à une entrée d'air de l'échangeur 10.

Ainsi, la première extrémité 1 1 reçoit de l'échangeur 10 l'air réchauffé par le lubrifiant en vue de le diffuser à travers les conduits de circulation, et la deuxième extrémité 12 reçoit de l'air froid alimentant l'échangeur 10 en vue de son réchauffement par le lubrifiant.

Entre la première extrémité 1 1 et sa deuxième extrémité 12, l'ensemble de conduits de circulation comprend plusieurs zones de circulation de l'air réchauffé.

Conformément à l'invention, l'ensemble 13 de conduits de circulation comprend une boucle de circulation de l'air formant une boucle de recirculation à travers l'échangeur, c'est-à-dire s'étendant entre la première extrém ité 1 1 et l a d euxièm e extrém ité 1 2 de m a n i ère à perm ettre l a recirculation continue de l'air à travers l'échangeur, ladite boucle de recirculation comprenant une zone de circulation 13a de l'air s'étendant le long du carénage externe 3 au contact d'une paroi dudit carénage de man ière à permettre un échange de chaleur par convection avec l'air extérieur de la nacelle.

La zone de circulation 13a sera plus particulièrement réalisée dans un espace intérieur d'une double paroi dudit carénage externe 3 (voir figures 6 et 7). L'ensemble 13 de conduits de circulation comprend en outre une autre boucle de circulation, à savoir une boucle de circulation à travers une chambre de dégivrage 13b de la lèvre d'entrée d'air 6.

Les boucles de circulation 13a et 1 3b sont par ailleurs chacune équipées d'une vanne de régulation 14a, 14b correspondante.

L'ensemble 13 de conduits de circulation est équipé au niveau de son extrémité 12 alimentant l'échangeur 10 d'une écope de prélèvement 15 d'air froid débouchant au niveau du carénage interne 4 dans la veine de circulation d'air du turboréacteur et en aval de la soufflante 5 ou en aval d'un des premiers étages de compresseur du turbomoteur.

L'ensemble 13 de conduits de circulation est équipé au niveau de son extrém ité 1 1 de sortie d'air de l 'échangeur d'un cond u it de sortie comprenant une écope d'évacuation 16 débouchant au niveau du carénage externe 3.

L'ensemble 13 est enfin complété au niveau de son extrémité 12 alimentant l'échangeur 10 d'un ventilateur 17 permettant la mise en convection forcée de l'air de refroidissement à travers l'échangeur 10 et l'ensemble 13 de conduits de circulation.

On notera que l'échangeur 10 est complété par une résistance 171 de chauffage additionnel permettant d'apporter un complément d'énergie thermique à l'air en cas de besoin si la température du fluide lubrifiant est notamment trop basse pour les besoins de dégivrage.

Comme on le verra dans un mode de réalisation ultérieur, cette résistance 171 peut bien évidemment être déportée de l'échangeur 1 0 et placée à un autre endroit sur le conduit de circulation, notamment sur la boucle de dégivrage 13b de l'entrée d'air 6.

La figure 2 montre la circulation de l'air de refroidissement lorsque l'ensemble 13 de circulation est en mode de dégivrage de la lèvre d'entrée d'air

6.

Dans un tel mode, et pl us généralement en vol croisière, l'ensemble 1 3 de circulation fonctionne en circu it fermé et les écopes de prélèvement 15 et de sortie 16 sont closes.

La vanne 14b de régulation du circuit de dégivrage est ouverte, tandis que la vanne 14a de la zone de recirculation 13a le long du carénage externe 3 est close. La figure 3 montre la circulation de l'air de refroidissement lorsque l'ensemble 13 de circulation est en mode hors-dégivrage de la lèvre d'entrée d'air 6.

Dans un tel mode, l'ensemble 13 de circulation fonctionne en circuit fermé et les écopes de prélèvement 15 et de sortie 16 sont closes.

La vanne 14b de régulation du circuit de dégivrage est close, tandis que la vanne 14a de la zone de recirculation 13a le long du carénage externe 3 est ouverte.

La figure 4 montre la circulation de l'air de refroidissement au décollage (température extérieure élevée).

Dans un tel mode, l'ensemble 13 de circulation fonctionne en circuit ouvert et les écopes de prélèvement 1 5 et de sortie 1 6 sont ouvertes. Le ventilateur 17 est actif.

La vanne 14b de régulation du circuit de dégivrage est close tandis que la vanne 14a de la zone de recirculation 13a le long du carénage externe 3 est ouverte.

La figure 5 montre la circulation de l'air de refroidissement lors d'un fonctionnement au ralenti au sol (température extérieure élevée, vitesse de l'air autour de la nacelle faible ou nulle et puissance turbomoteur faible).

Dans un tel mode, l'ensemble 13 de circulation fonctionne en circuit ouvert et les écopes de prélèvement 15 et de sortie 1 6 sont ouvertes. Le ventilateur 1 7 est actif pour augmenter le débit d'air de refroid issement circulant à travers l'échangeur 10.

La vanne 14b de régulation du circuit de dégivrage est close ainsi que la vanne 14a de la zone de recirculation 13a le long du carénage externe 3.

Le fonctionnement en circuit fermé permet de limiter les perturbations aérodynamiques dues au prélèvement et à l'évacuation d'air. En croisière notamment, où la vitesse extérieure de l'air est suffisante et la température extérieure suffisamment fa ible pou r assu rer l es échanges nécessaires, il n'est pas nécessaire de prélever de l'air supplémentaire. Cela permet d'éviter une surconsommation du turbomoteur due aux pertes sur les compresseurs ou la soufflante.

Réciproquement, au décollage, où la puissance du turbomoteur est maximale et où les perturbations aérodynamiques ont moins d'impact, on pourra effectuer un prélèvement d'air maximal. Au ralenti au sol, le ventilateur 17 sera activé afin d'augmenter le débit d'air traversant l'échangeur et par la même la capacité de refroidissement du lubrifiant. En cas de prélèvement d'air, le ventilateur 1 7 augmentera également le débit d'air prélevé.

On notera qu'en cas de blocage de la vanne de dégivrage 14b, la température d'air de dégivrage délivré par l'échangeur 10 ne dépassera pas la température maximale du lubrifiant, à savoir environ 180°C. Ceci permet de limiter les sur-températures vues par la lèvre 6 et d'augmenter sa durée de vie.

Bien évidement, les différents modes de fonctionnement sont donnés à titre d'exemple et les vannes, 14a, 14b, écopes 15, 16, conduits de circulation 13a, 13b, ventilateur 17 et résistance 171 peuvent être activés ou non de man ière indépendante et combinés en fonction des besoins de dégivrage, dissipation thermique, refroidissement du lubrifiant, etc ...

La figure 6 montre une paroi du carénage externe 3 se présentant sous la forme d'une double paroi définissant un espace intérieur (flèche) à l'intérieur duquel un flux d'air à refroidir peut circuler. L'espace intérieur de cette double paroi constitue ainsi une zone de circulation s'étendant au moins partiellement le long du carénage externe et permet un échange de chaleur par conduction avec l'air extérieur de la nacelle.

La figure 7 est une vue en coupe de la paroi de la figure 6. Afin d'assurer la tenue de la double paroi et le maintien de l'espace de circulation, on prévoira des raidisseurs internes 35.

La figure 8 montre une variante de réalisation dans laquelle la résistance 1 71 de chauffage add itionnel est déportée sur la boucle de circulation 13b de dégivrage de lèvre d'entrée d'air 6. Elle est située après la vanne 14b et avant la chambre de dégivrage de la lèvre 6.

La figure 9 montre une variante de réalisation dans laquelle un liquide est utilisé à la place de l'air comme fluide de refroidissement. Par ailleurs, le liquide subit un changement de phase au cours de son cycle.

Plus précisément, le lubrifiant moteur est refroidit dans l'échangeur

10 et cède de sa chaleur au liquide de refroidissement.

Le liquide de refroidissement est choisi de manière à ce que cette chaleur récupérée provoque son évaporation avant circulation à travers l'ensemble 13 de conduits de circulation.

Au cours de sa circulation, le liquide de refroidissement évaporé est refroidi, soit au niveau du carénage externe 3 conformément à l'invention, soit par exem ple, au n iveau de la lèvre d'entrée d 'a ir 6 en passant dans sa chambre de dégivrage.

Ce faisant, le liquide de refroidissement évaporé se recondense et la gravité l'entraîne vers le bas de la nacelle où il est ensuite pompé par une pompe 18 pour être renvoyé vers l'échangeur.

Il en va de même pour le fluide circulant dans la double paroi 13a.

La circulation du l iqu ide de refroid issement s'effectue donc en circuit fermé.

Le fait pour le liquide de subir des changements de phase au cours de son cycle lui permet d'échanger des quantités de chaleur beaucoup plus importantes et d'avoir un fort pouvoir dégivrant pour la lèvre 6 et un pouvoir refroidissant pour le lubrifiant beaucoup plus important.

De manière complémentaire l'échangeur 10 peut rester équipé d'un moyen de chauffage additionnel 17.

De manière complémentaire également, l'échangeur 1 0 peut être un échangeur triple permettant la circulation d'air de refroidissement d'appoint.

Les figures 10 à 12 illustrent la mise en œuvre de l'invention pour une nacelle 100 de turbomoteur à hélices 101 arrière.

Le dispositif de refroidissement équipant la nacelle de la figure 1 0 est similaire aux d ispositifs décrits précédemment à la d ifférence qu'il ne comprend pas de conduit de circulation de dégivrage (mais cela est possible) et qu'il comprend une vanne de prélèvement d'air 1 5' débouchant dans le carénage externe 3.

Dans la variante représentée à la figure 1 1 , le prélèvement d'air 15" s'effectue au niveau des premiers étages du compresseur du turbomoteur.

En croisière, le fonctionnement s'effectuera principalement en circuit fermé. Pour les autres modes de fonctionnement, de l'air pourra être prélevé à l'extérieur ou dans les premiers étages du compresseur.

La figure 12 présente une alternative de réalisation dans laquelle le carénage externe 3 de la nacelle comprend un carénage externe 3a d'un pylône P du turbomoteur, et la zone de circulation 13a de la boucle de recirculation du premier fluide s'étendant au moins partiellement le long du carénage externe 3a du pylône P, préférentiellement sur une surface destinée à être exposée à l'écoulement d'air externe autour de la nacelle. Cela permet notamment d'utiliser l'aspiration des hélices 101 pour obtenir un refroidissement important de l'air de refroidissement du lubrifiant y compris au ralenti au sol.

Il peut ainsi ne pas être nécessaire de prévoir un prélèvement et une évacuation d'air. Le dispositif de refroidissement du lubrifiant peut ainsi fonctionner en circuit fermé et n'envoie pas d'air chaud vers les pales des hélices.

Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.