DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne une nacelle de turbomachine comportant des moyens de ventilation ainsi qu'une turbomachine comportant une telle nacelle.

ETAT DE L'ART

Il est important que l'environnement thermique d'une nacelle de turbomachine soit maîtrisé afin notamment que les équipements logés dans la nacelle ne soient pas soumis à des températures trop élevées, ce qui pourrait réduire leur durée de vie. Plusieurs sources de chaleur dans la turbomachine (lignes de carter, équipements de lubrification, etc.) peuvent en effet augmenter la température environnante dans la nacelle.

Dans le cas où la turbomachine est un turbopropulseur, l'air comprimé fourni par l'hélice amont permet de ventiler la surface externe de la nacelle, même lorsque le mach de l'aéronef équipé de ce turbopropulseur est très faible voire nul (par exemple lorsque l'aéronef est au sol). La nacelle de ce turbopropulseur peut en outre être équipée d'une écope placée en aval de l'hélice et destinée à recueillir de l'air comprimé et à l'acheminer à l'intérieur de la nacelle en vue de sa ventilation.

Dans le cas d'un turbopropulseur à deux hélices non carénées et contrarotatives (du type open rotor), les hélices peuvent être situées à l'aval du moteur. La nacelle de ce turbopropulseur peut également être équipée d'une écope du type précité, pour assurer une récupération de la pression dynamique en vol. Cependant, au sol, la différence de pression entre l'écope et l'aval de la nacelle est nulle et la nacelle n'est pas ventilée. Il est donc nécessaire de trouver une solution pour ventiler une nacelle de ce type de turbomachine, pour un faible mach ou un mach nul.

La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème qui est particulièrement adaptée mais non exclusivement à une turbomachine du type open rotor.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'invention propose un éjecteur du type trompe à jet pour une turbomachine, comprenant un conduit de passage d'un flux secondaire d'air de ventilation dont une première extrémité forme une entrée d'air et une deuxième extrémité forme une sortie d'air, caractérisé en ce que deux buses de pulvérisation d'un flux d'air primaire sont montées dans le conduit qui définit un mélangeur et un diffuseur en aval de la buse, ces deux buses étant parallèles et à côté l'une de l'autre, et en ce que le mélangeur comprend deux parois longitudinales sensiblement planes, respectivement inférieure et supérieure, reliées ensemble par deux parois latérales ayant en section une forme semi-circulaire et dont le rayon de courbure R2 est centré sur l'axe d'une buse, l'entraxe des buses étant égal à JC 2.R2.

Le fonctionnement d'un éjecteur du type trompe à jet est bien connu de l'homme du métier et repose sur le principe de l'effet Venturi. L'éjecteur comprend un circuit primaire comportant une buse de génération d'un jet de fluide primaire sous pression à l'intérieur d'un conduit d'un circuit secondaire. Le conduit a une entrée et une sortie de fluide secondaire et définit un mélangeur et un diffuseur en aval de la buse. Le fluide primaire éjecté dans le conduit se détend dans le diffuseur, ce qui crée une dépression et force le passage de fluide secondaire depuis l'entrée jusqu'à la sortie du conduit, ce fluide secondaire étant alors mélangé au fluide primaire dans le conduit.

Dans la présente invention, les fluides primaire et secondaire sont de l'air. L'entrée d'air du conduit débouche dans la nacelle pour que de l'air contenu dans la nacelle soit aspiré et circule dans le conduit jusqu'à sa sortie, ce phénomène entraînant des mouvements d'air dans la nacelle, qui assurent sa ventilation, même lorsque l'aéronef équipé d'une turbomachine avec une nacelle selon l'invention est au sol.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le ou chaque éjecteur comprend deux buses de pulvérisation parallèles et montées à côté l'une de l'autre.

Certaines contraintes, telles que la protection de la nacelle en cas d'éclatement du conduit d'un éjecteur, impliquent de prévoir une section de sortie relativement importante pour ce conduit. Lors de l'installation d'éjecteurs dans une nacelle, cette section de sortie est utilisée par les éjecteurs eux-mêmes, mais également pour la ventilation passive de la nacelle lorsque les éjecteurs ne fonctionnent pas. Ces contraintes obligent à surdimensionner les éjecteurs, ce qui pose des problèmes d'encombrement et donc d'installation dans la nacelle. Le fait d'équiper le ou chaque éjecteur de deux buses de pulvérisation permet de réduire leur encombrement tout en permettant de préserver leur rendement, comme cela sera expliqué plus en détail dans ce qui suit. Le rendement d'un éjecteur est notamment lié à la longueur de la partie du conduit dans laquelle a lieu le mélange des fluides primaire et secondaire (air), cette longueur étant de préférence au moins cinq fois égale au diamètre ou à la dimension transversale du mélangeur du conduit. La présente invention permet notamment de diminuer la longueur de l'éjecteur pour une section de sortie constante.

Le mélangeur du conduit comprend ici deux parois longitudinales sensiblement planes, respectivement inférieure et supérieure, reliées ensemble par deux parois latérales ayant en section une forme semi-circulaire et dont le rayon de courbure est centré sur l'axe d'une buse.

La section globale de passage définie par le mélangeur du conduit est de préférence constante et symétrique par rapport à un plan médian longitudinal. Ainsi, le diamètre de la zone de mélange n'augmente pas et il est possible de conserver un rapport diamètre/longueur du mélangeur suffisant. De plus, l'éjecteur à double buse est symétrique, ce qui permet également d'assurer la conservation d'un rendement élevé.

L'entraxe des buses est avantageusement égal 7t/2.R2, R2 étant le rayon de courbure précité. Ceci permet de garder la même section de passage qu'avec une seule buse par éjecteur.

L'éjecteur a de préférence une longueur comprise entre 10R2 et 16R2.

Avantageusement, les parois longitudinales sont sensiblement parallèles et ont des dimensions sensiblement identiques.

L'invention concerne en entre un système de ventilation ou de pressurisation pour une turbomachine, comportant au moins un éjecteur tel que décrit ci-dessus.

L'invention concerne également une nacelle de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un éjecteur tel que décrit ci-dessus.

L'invention propose ainsi de ventiler la nacelle d'une turbomachine au moyen d'un ou plusieurs éjecteurs ou trompes à jet. Le document FR-A1 -2 961 856 de la demanderesse décrit une trompe à jet pour une turbomachine. Il est donc déjà connu d'utiliser ce type d'éjecteur dans une turbomachine. Cependant, dans la présente invention, cet éjecteur est utilisé pour assurer une ventilation de la nacelle de la turbomachine, ce qui n'est pas le cas dans le document précité où la trompe à jet est utilisée pour dégazer une enceinte de lubrification du moteur de la turbomachine.

La première extrémité du conduit peut former une entrée d'air située dans la nacelle. La deuxième extrémité du conduit peut déboucher sur une surface externe de la nacelle pour que l'air qui sort du conduit soit expulsé à l'extérieur de la turbomachine. La nacelle peut comprendre une rangée annulaire d'éjecteurs, régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal de la nacelle. Ces éjecteurs sont par exemple au nombre de quatre, huit ou seize.

La présente invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée ce qu'elle comprend une nacelle du type précité, les buses de pulvérisation étant alimentées en air comprimé prélevé sur un compresseur de la turbomachine.

Cette turbomachine peut être un turbopropulseur à deux hélices non carénées et contrarotatives.

DESCRIPTION DES FIGURES

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une demi vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine du type open rotor selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail l ₂ de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un éjecteur de la nacelle selon l'invention ;

- la figure 4 est une vue très schématique de la section de passage d'un mélangeur d'un conduit d'éjecteur équipé d'une seule buse de pulvérisation ; et

- la figure 5 est une vue très schématique de la section de passage d'un mélangeur d'un conduit d'éjecteur équipé de deux buses de pulvérisation.

DESCRIPTION DETAILLEE

On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une turbomachine 10 d'aéronef, cette turbomachine 10 étant un turbopropulseur ou open rotor et comportant en aval deux hélices 12, 14 non carénées et contrarotatives.

La turbomachine 10 comprend un moteur entouré par une nacelle 16, le moteur comportant d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, un compresseur basse pression 18, un compresseur haute pression 20, une chambre de combustion 22, une turbine haute pression 24, une turbine basse pression 26 et une turbine de puissance 28 pour l'entraînement des hélices 12, 14.

La nacelle 16 a une forme annulaire et comprend une paroi annulaire externe 30 qui s'étend autour des carters 32 du moteur et qui définit avec ceux-ci un espace annulaire 34 dans lequel sont logés des équipements de la turbomachine. Ces équipements doivent être ventilés lors du fonctionnement du moteur.

La présente invention propose de ventiler la nacelle 16 au moyen d'éjecteurs 36 du type trompes à jet montés dans l'espace 34 précité. Dans l'exemple représenté en figure 1 , la nacelle 16 est équipée de quatre éjecteurs 36 qui sont régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal A de la turbomachine.

Un éjecteur 36 comprend un circuit primaire comportant au moins une buse 38 de pulvérisation d'un flux d'air primaire (flèche 39 - figure 2) à l'intérieur d'un conduit 40 d'un circuit secondaire. Le conduit 40 définit une veine de passage d'un flux d'air secondaire (flèche 41 ) et comprend une entrée d'air 42 débouchant dans l'espace 34 de la nacelle 16 et une sortie d'air 44 débouchant sur la surface externe de la paroi 30 pour l'évacuation de l'air vers l'extérieur de la turbomachine (flèches 45).

Le conduit 40 a une forme allongée et définit en aval de la buse 38 un mélangeur 46 et un diffuseur 48, le mélangeur ayant une section de passage constante alors que le diffuseur est divergent vers l'aval et a donc une section de passage qui augmente vers l'aval.

Le flux d'air primaire éjecté par la buse 58 se détend dans le diffuseur 48 ce qui crée une dépression et force le passage du flux d'air secondaire depuis l'entrée 42 jusqu'à la sortie 44 du conduit, l'air de ce fluide secondaire provenant de l'espace 34, ce qui induit des mouvements et des écoulements d'air à l'intérieur de la nacelle 16 et garantit sa ventilation.

Dans le cas présent, l'air sous pression éjecté par la buse 38 est de l'air comprimé prélevé sur le compresseur haute pression 20 du moteur, et acheminé jusqu'à la buse par l'intermédiaire d'une canalisation d'air 50 schématiquement représentée en figure 1 .

L'entrée d'air 42 du conduit 40 peut déboucher radialement vers l'intérieur et sa sortie d'air 44 peut déboucher radialement vers l'extérieur, par rapport à l'axe longitudinal A, comme cela est représenté en figure 3.

La figure 3 représente un mode préféré de réalisation d'un éjecteur 36 selon l'invention, cet éjecteur étant équipé de deux buses 38 parallèles et adjacentes. Comme cela sera expliqué dans ce qui suit, le montage de deux buses 38 dans le conduit 40 permet de réduire la longueur axiale L et donc l'encombrement axial de l'éjecteur 36, cette longueur étant notamment fonction du diamètre ou de la dimension transversale de la section de passage du mélangeur 46 du conduit 40 (la longueur L est de préférence au moins cinq fois égale à ce diamètre).

La figure 4 montre de manière schématique le mélangeur 46 d'un conduit 40 d'éjecteur 36 équipé d'une unique buse de pulvérisation 38. Le mélangeur 46 est ici de forme générale cylindrique et définit une section de passage de forme circulaire dont le rayon R1 est centré sur l'axe de la buse 38. Cet éjecteur doit alors avoir une longueur L = 10. R1 .

La figure 5 montre de manière schématique le mélangeur 46 d'un conduit 40 d'éjecteur 36 équipé de deux buses 38, comme c'est le cas dans la figure 3. Le mélangeur 46 a en section une forme non circulaire. Le mélangeur 46 comprend deux parois longitudinales planes, respectivement inférieure 52 et supérieure 54, qui sont reliées entre elles par des parois latérales incurvées 56.

L'entraxe des buses 38 est noté I. Chacune des parois 52 et 54 a une largeur sensiblement égale à cet entraxe I. Les parois latérales 56 ont chacun en section une forme semi circulaire qui s'étend autour d'une buse 38 et dont le rayon de courbure R2 est centré sur cette buse. La demi hauteur h de la section de passage, qui correspond à la distance entre l'axe d'une buse 38 et l'une des parois 52, 54, est égale à R2.

Pour réduire l'encombrement axial des éjecteurs 36, l'éjecteur des figures 3 et 5 doit être dimensionné pour que la surface de passage définie par son mélangeur 46 soit égale à celle de l'éjecteur de la figure 4. Il faut donc que la section de passage illustrée en figure 5 (qui est égale à l'aire de deux demi cercles de rayon R2 ou h, plus l'aire du rectangle de longueur 2R2 ou 2h et de largeur I) soit égale aux sections cumulées de passage des mélangeurs dans le cas où les buses seraient montées dans deux éjecteurs distincts (qui sont égales à deux fois 7t.R2 ² ou π.Ιπ ² . On obtient ainsi l'équation 2.π.Ιι ² = π.Ιι ² + 2.h.l, ce qui permet de déduire que l'entraxe I = π /2.h. En effet, 2.π.Ιι ² = π.Ιι ² + 2.h.l donne 2.h.l = 2.π.Ιι ² - π.Ιι ² = π.Ιι ² et donc I = π.Ιι ² / 2. h = π /2.h. Par ailleurs, on veut que 7t.R1 ² = 2.7Û.R2 ² , c'est-à-dire que R1 ² = 2.R2 ² . Il faut donc que R1 = R2.V2. Le critère de longueur est 5.D < Li < 8D ou 10. Ri < Li < 16. Ri avec i = (1 ou 2). Le rapport des longueurs L1 /L2 est donc de 10.R1 /10.R2 ou 16.R1/16.R2, c'est-à-dire de 10.R2.V2/10.R2 ou 16.R2V2/16.R2, ou encore de V2, soit environ 1 ,4. L'éjecteur des figures 3 et 5 est donc 1 ,4 fois moins long que celui de la figure 4, ce qui représente un gain certain en termes d'installation. Pareillement, la section du circuit primaire devra être gardée constante, si bien que les deux buses 38 de l'éjecteur des figures 3 et 5 ont chacun un rayon 1 ,4 fois plus petit que celui de la buse de l'éjecteur de la figure 3.