LES   TURBOMACHINES

PROTECTION GIVRAGE


Introduction

Le givrage d'un réacteur et de l'entrée (lèvres) d'air peut se produire pendant le vol à travers des nuages contenant des gouttelettes d'eau surfondues ou pendant le fonctionnement au sol dans le brouillard givrant. Une protection contre la formation de glace est nécessaire, car le givrage de ces régions peut considérablement restreindre le flux d'air à travers le moteur, ce qui entraîne une perte de performance et un éventuel dysfonctionnement du moteur. En outre, des dommages peuvent résulter du fait que la glace se détache et soit ingérée dans le réacteur ou qu'elle heurte le matériau acoustique qui recouvre le conduit d'admission.
Un système de protection contre le givre doit empêcher efficacement la formation de glace dans le cadre des exigences opérationnelles de l'aéronef en question. Le système doit être fiable, facile à entretenir, ne pas présenter de pénalité de poids excessive et ne pas causer de perte grave de performances du moteur en fonctionnement.

Zones

Le dessin ci-dessous illustre les zones à considérer pour la protection contre le givrage d'un moteur à turbosoufflante.

Givrage Condition

Effets de l'impact de la glace sur les composants du réacteur.

La glace libérée à la suite du dégivrage suit généralement une ligne d'écoulement dans l'admission et frappe la soufflante (fan) à peu près au même rayon par rapport à l'axe du réacteur auquel elle a été libérée. Les effets de l'impact de la glace sur les divers composants du moteur sont examinés ci-dessous, qu'il s'agisse de l'impact direct ou de l'impact de la glace brisée par la soufflante.
Pour que les avions à turbines soient conformes à la réglementation applicable en matière de bruit, une grande partie de l'intérieur des entrées et des conduits de dérivation de leurs moteurs est recouverte de revêtements acoustiques (Figure ci-dessous).

Givrage Impact Glace

ZONE "A". Le diamètre de l'entrée du moteur est généralement plus petit que le diamètre de la face de la soufflante. Ainsi, la glace libérée par le bord d'attaque de l'entrée n'a généralement pas d'impact sur les revêtements acoustiques dans la zone située à l'avant de la soufflante.
ZONE "B". La glace peut s'accumuler sur les pales de la soufflante et créer un déséquilibre. La procédure acceptée dans cette situation est de déloger la glace en augmentant le régime du moteur pendant une courte période. La glace délogée peut glisser vers les extrémités des pales du ventilateur en suivant une trajectoire déterminée par la forme des pales et le régime de la soufflante. Les revêtements dans cette zone doivent être conçus pour résister à ce type d'impact répété de la glace.
ZONE "C". Après avoir traversé les pales de la soufflante, la glace suit une trajectoire parallèle à la surface de la gaine. Elle a donc une vitesse nulle dans une direction perpendiculaire à la surface du liner. En l'absence de vitesse normale à la surface, la glace qui traverse les aubes directrices de sortie (OGV) et descend dans le conduit de dérivation ne cause aucun dommage aux gaines dans ces zones. La recherche d'incidents de service signalés pour tous les types de moteurs RB211 n'a révélé aucun dommage dans la zone "C" qui pourrait être attribué soit à la perte de glace des pales de la soufflante, soit à la perte de glace de l'entrée.
COMPRESSEURS DU MOTEUR. Sur la plupart des gros turboréacteurs modernes, le diamètre de l'entrée de la soufflante est nettement supérieur au diamètre de l'entrée du compresseur central. Comme la glace libérée par l'entrée de la soufflante devrait frapper les aubes de la soufflante à peu près au rayon de l'entrée, il est peu probable qu'elle soit ingérée dans le noyau du compresseur. Ainsi, il ne devrait pas y avoir de dommages dus à la glace qui se détache de l'entrée de la soufflante et qui frappe directement les aubes du compresseur. Il est toutefois possible que le compresseur soit endommagé indirectement par la glace qui endommage les aubes du ventilateur et provoque ainsi une surchauffe du moteur.
AUBES DIRECTRICES D'ADMISSION. Aucune information n'a été obtenue des fabricants de moteurs concernant la tolérance aux dommages causés par la glace aux aubes directrices d'admission, qui se trouvent devant les pales de la soufflante sur certains moteurs, généralement plus anciens. Certains moteurs sont équipés d'aubes directrices de sortie (OGV). La glace qui passe à travers la soufflante est brisée et a reçu des valeurs élevées de vitesse tangentielle. Il en résulte que la glace traverse les OGV à des angles d'incidence faibles sans causer de dommages. Une recherche dans tous les incidents de service du RB211 dans lesquels on pense que de la glace a été impliquée a confirmé qu'aucun dommage n'a été causé aux OGV.
PALES DU FAN. Les aubes de soufflante pourraient être endommagées si des morceaux de glace suffisamment gros étaient libérés dans l'entrée du moteur. Des études d'impact réalisées par des motoristes sur de la glace et des oiseaux (réels ou simulés) ont montré une forte corrélation entre la déformation permanente du bord d'attaque des aubes de soufflante et l'énergie cinétique de l'oiseau ou de la glace perpendiculaire à la surface du bord d'attaque de l'aube.
Source: RÉSUMÉ DES VOLS DANS DES CONDITIONS GIVRANTES.Prepared by: Giuseppe Mingione (CIRA), Massimo Barocco (ANPAC).
Voir également   NACELLE ET MÂT D'UN RÉACTEUR

Dégivrage par air chaud

Les turboréacteurs utilisent généralement une alimentation en air chaud. Le système d'air chaud assure le réchauffage de la surface du moteur là où la glace est susceptible de se former. La protection des pales du FAN (soufflante) est rarement nécessaire, car les éventuelles accumulations de glace sont dispersées par l'action centrifuge. Si des stators sont montés en amont du premier étage de compresseur rotatif, ils peuvent nécessiter une protection. Si le cône de nez tourne, il peut ne pas nécessiter d'anti-givrage si sa forme, sa construction et ses caractéristiques de rotation sont telles que le givrage probable est acceptable.
L'air chaud pour le système anti-givrage est généralement prélevé dans les étages de compresseurs haute pression. Il est acheminé par des vannes de régulation de pression vers les parties nécessitant un anti-givrage. L'air usé du système d'anti-givrage du capot avant peut être évacué dans l'admission du compresseur ou ventilé à l'extérieur.

Degivrage Air Chaud

Si le cône avant est dégivré, son alimentation en air chaud peut être indépendante ou intégrée à celle du capot avant et des stators du compresseur.

Dégivrage électrique

Le système électrique de protection contre la glace est généralement utilisé pour les installations de moteurs à turbines, car cette forme de protection est nécessaire pour les hélices. Les surfaces qui nécessitent un chauffage électrique sont le capot d'admission d'air du moteur, les pales d'hélice et la turbine et, le cas échéant, le capot d'entrée d'air du refroidisseur d'huile.
Des coussins chauffants électriques sont collés sur la peau extérieure des capots. Ils sont constitués de bandes conductrices prises en sandwich entre des couches de néoprène, ou de tissu de verre imprégné de résine époxy. Pour protéger les coussins contre l'érosion due à la pluie, ils sont recouverts d'une peinture spéciale à base de polyuréthane. Lorsque le système de dégivrage fonctionne, certaines des zones sont chauffées par intermittence pour éviter la formation d'une calotte glaciaire. Lorsque le système de protection contre le givre est en service, les zones chauffées en permanence empêchent tout givrage mais les zones chauffées par intermittence permettent à la glace de se former, pendant leur période de "réchauffement". Pendant cette période de "réchauffement", l'adhésion de la glace est rompue et elle est ensuite enlevée par les forces aérodynamiques.

DegivrageElectric

Le temps de cycle des éléments chauffés par intermittence est organisé de manière à ce que le moteur puisse accepter la quantité de glace qui s'accumule pendant la période de "réchauffement", tout en garantissant que la période de "réchauffement" est suffisamment longue pour permettre un détachement adéquat, sans provoquer de givrage par refoulement derrière les zones chauffées.
Un système à deux vitesses est souvent utilisé pour répondre aux besoins de l'hélice et de la turbine : un cycle "rapide" aux températures élevées de l'air lorsque la concentration d'eau est généralement plus importante et un cycle "lent" dans la plage de température inférieure.

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