Une série de dépôts de brevets récents de Safran Aircraft Moteurs pourrait faire allusion à certaines des innovations envisagées pour le moteur à rotor ouvert de montée que la société française développe aux côtés de GE Aerospace dans leur coentreprise internationale CFM.
Les aubes de récupération de tourbillon avec des profils de dents de scie pour l’abattement du bruit, les lames de protection pour «hacher» les débris d’objets étrangers et même un système de ventilateur «optimisé» qui comporte une boîte de vitesses de réduction entre elle et la bobine à basse pression, sont tous mis en évidence dans les documents.
De plus, tout en couvrant ostensiblement l’intégralité d’un moteur de ventilateur inducteur, un autre dépôt contient des spécifications détaillées, bien que larges, de la taille et du profil des aubes de récupération de tourbillon – également appelées Blades Stator – qui se trouvent derrière le ventilateur.
Ceux-ci sont essentiels aux performances du moteur à rotor ouvert, selon le dossier de brevet, car ils «redressaient» le flux d’air du ventilateur pour générer une poussée et aider à limiter les pertes aérodynamiques globales de la combinaison des deux composants à travers la «récupération du débit d’air en aval de l’hélice».
Sans les aubes de récupération de tourbillon, «ce flux rotatif serait responsable de pertes aérodynamiques importantes, conduisant à une dégradation significative de la poussée et donc à l’efficacité du système de propulsion», ajoute-t-il.
Les aubes – dont il devrait y avoir moins que le nombre de pales de ventilateur, indique également – adapte également le flux d’air pour tenir compte des autres composants installés autour du moteur, comme le pylône «pour assurer l’opérabilité et les performances du système de propulsion installé».
Cela pourrait être réalisé grâce à des «géométries différentes» en fonction de l’emplacement des lames de stator.
En plus, la forme des lames est vitale pour minimiser le bruit créé par l’interaction du flux d’air du ventilateur et ses tourbillons de pointe avec le système de récupération de tourbillon.
Une lame plate ou un bord d’attaque est trop mince est considérée comme particulièrement problématique, selon le dépôt de brevets.
La réduction du bruit est l’objectif principal d’une autre revendication de brevet, qui propose des lames stator avec des profils de dents de scie sur leurs bords principaux.
L’interaction des lignes successives de lames peut «générer des émissions de bruit», dit le dossier, et l’absence de nacelle sur une conception du rotor ouvert «permet la diffusion directe de cela à l’environnement».
Mais si le bord d’attaque des lames de stator dispose d’un profil dentelé – cela devrait avoir au moins trois dents, dont l’une devrait être inclinée – cela aide à réduire le bruit produit et à limiter les pertes aérodynamiques, affirme le brevet.
«Avec des dents plus inclinées, et donc des angles de balayage de bord plus prononcés, près de la pointe de la lame, il est possible de mieux éliminer les effets négatifs des interactions avec les tourbillons de la pointe de la lame des (lames de ventilateur), dans la région où elles seront les plus significatives», ajoute-t-il.
Bien que les illustrations accompagnant le dépôt de brevets montrent également des profils dentelés sur les bords de fuite des lames de ventilateur, il n’y a aucune mention de ce mode de réalisation dans la revendication elle-même.
Si le bruit est une préoccupation de la conception du rotor ouvert, alors l’ingestion de FOD en est une autre, un danger auquel le type de moteur est «le plus exposé», note l’une des dépôts.
Il propose une gamme de lames montées à l’arrière du ventilateur mais devant les aubes de récupération de tourbillon.
Ceux-ci tourneraient avec le ventilateur, leur fournissant «un effet centrifuge» qui «couperait ou hacherait tout corps étranger tel que la glace ou la matière volatile» réduisant la taille de matériau qui pourrait être ingéré dans le noyau du moteur.
La rotation des lames «conduirait également le corps étranger radialement vers l’extérieur, et loin de l’entrée du chemin d’écoulement primaire».
Comme avantage supplémentaire, la configuration de la lame «peut influencer le flux d’air qui sortant des lames de rotor et améliore les performances de la turbomachine», ajoute-t-il.
«En particulier, le profil de lame est combiné avec le pas de lame de rotor pour atteindre l’équivalent d’un cycle variable.»
Bien qu’il ne soit encore officiellement qu’un démonstrateur, la conception de montée, qui devrait réduire la brûlure de carburant de plus de 20% par rapport aux moteurs actuels de pointe, est fortement présenté comme la solution de propulsion pour la prochaine génération d’avions à corps étroit.
Comme avec les produits CFM précédents tels que les moteurs CFM56 et Leap, les moteurs de l’aéronef Safran sont responsables des systèmes de basse pression et de ventilateur à la hausse, tandis que GE s’occupe du système à haute pression.
Bien qu’une demande de brevet ne garantit pas qu’une technologie ou un système se retrouvera sur un produit en service, il offre un aperçu des progrès d’une entreprise qui pensent avoir un potentiel.
Fait intéressant, alors que CFM a constamment soutenu que la majeure partie de la réduction de la combustion du carburant sera livrée à travers la propulsive améliorée de la conception du rotor ouvert et la meilleure efficacité thermique du noyau, plusieurs des applications de brevet de Safran font référence à l’utilisation d’un engrenage de réduction pour découpez la vitesse de rotation du ventilateur à partir de celle de la basse pression à faible pression.
En effet, dans un document – intitulé Système de propulsion aéronautique comprenant un système de ventilateur optimisé – Le dépôt note que l’utilisation d’un engrenage de réduction est un moyen clé de réaliser les ratios de dérivation élevés requis pour la prochaine génération de moteurs.
La conception optimisée des ventilateurs présentée incorpore un tel mécanisme de réduction et est décrit comme applicable aux cas d’utilisation canalisés et induits.
«Ce découplage réduit la vitesse de rotation et le rapport de pression du rotor de ventilateur et augmente la puissance extraite par la turbine à basse pression», dit-il, augmentant l’efficacité propulsive globale du système.
