Brevet FR2010613A1 — publié le 19700220

i 2010613 L'invention est relative aux dispositifs de combustion dans lesquels une zone de stabilisation de flamme se trouve formée dans un courant de gaz à grande vitesse par séparation de l'écoulement par rapport à la surface d'un corps disposé dans le cou-5 rant. Dans les moteurs de propulsion a réaction à turbine à gaz pour l'aviation, on peut développer un supplément de puissance en faisant brûler du combustible additionnel dans un dispositif de post-combustion. On utilise ^depu^.s longtemps, dans de telles 10 installations, des déflecteurs/pour produire, dans leur sillage, des zones turbulentes stables (ou de recirculation) où les flammes se maintiennent d'elles-mêmes. De tels déflecteurs offrent une résistance à l'écoulement indésirable durant tout le temps où la post-combustion n'est pas en fonctionnement. Une des formes 15 les plus courantes pour les déflecteurs fixes consiste en une gouttière en V ayant son sommet dirigé vers l'amont de l'écoulement, la simplicité extrême de la disposition tendant à l'emporter sur les considérations adverses. En réglant les branches à un angle de 45°, ou légèrement moindre suivant la vitesse de l'é-20 coulement, on peut obtenir un compromis optimal entre la résistance et la production d'une zone de recirculation adéquate. Néanmoins, la résistance du déflecteur peut être critique pour la détermination de la quantité totale de post'-combustion qui peut être utilisée et il est souhaitable de réaliser un sys-25 tème de post-combustion ayant une perte de pression plus basse en condition de non-fonctionnement, sous réserve que les inconvénients provenant d'autres considérations ne soient pas trop graves. L'invention concerne des moyens agencés à cette fin, de même que la demande de brevet France P.V. 162.612 du 9 août 1968 et les 30 deux demandes de brevet déposées le même jour et au même nom que les présentes. La boucle de stabilité d'un cylindre de révolution est très semblable à celle d'une gouttière en V de la même largeur de sorte que, du point de vue de la combustion, ils peuvent être considérés 35 comme interchangeables. Il est cependant possible de réduire la traînée du cylindre par utilisation du contrôle de couche limite. Si ceci devait être appliqué à un stabilisateur de flamme à utiliser dans un système de post-combustion, ceci nécessiterait bien entendu un écoulement de contrôle quand la post-combustion n'est 40 pas en action mais on pense que ceci aurait ur\e influence si —^ - ORIGINAL 69 19208 2 2010613 faible qu'il deviendrait de peu d'importance par rapport aux avantagés à en retirer. Un dispositif de combustion selon l'invention comprend un organe disposé dans un conduit de fluide et ayant une section 5 transversale pratiquement circulaire avec une partie saillante formant bord de fuite et des moyens pour influer à volonté sur l'écoulement de couche limite à la surface dudit organe, de manière à faire varier le sillage ou remous ainsi formé. De préférence, une aspiration peut être appliquée à travers 10 la surface de l'organe de façon à provoquer l'adhérence de l'écoulement à la partie formant bord de fuite. On va maintenant décrire, en guise d'exemple, un mode de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés. La fig.l, de ces dessins, montre, en bout, un conduit de 15 post-combustion contenant un ensemble d'injecteurs de combustible et de stabilisateurs de flamme. La fig.2 est une coupe coaxiale, selon II-II fig.l, d'un bras de support. Içs fig.3_a et 3b^ sont des coupes, selon III—III fig.2, d'un 20 stabilisateur de flamme fixé au bras de cette dernière figure et montrent l'effet des différentes conditions de fonctionnement. qui sont espacés dans le sens circonférentiel et qui ont une sec-25 tion transversale elliptique; ils s'étendent radialement à travers le conduit de post-combustion, limité par une enveloppe cylindrique 2, à partir de l'axe du conduit. Les bras 1 supportent trois anneaux concentriques de brûleurs comprenant chacun .ui tube de pulvérisation de combustible 3 et un stabilisateur de flamme 4. 30 Les tubes de pulvérisation 3 de chaque anneau sont en trois tronçons qui s'étendent circonférentiellement entre les bords d'attaque des bras successifs 1, considérés par rapport au sens d'écoulement dans le conduit schématisé par des flèches à la fig. 2. A l'intérieur des bras 1 sont disposées des canalisations 5. 35 d'alimentation en combustible qui s'étendent le long des bords d'attaque des bras et sont reliées aux tubes de pulvérisation'3, lesquels ont, à leurs faces aval, des trous pour le refoulement du combustible dans le conduit. Les stabilisateurs de flamme 4 sont de même formés de trois tronçons qui s'étendent dans le sens 40 circonférentiel entre les bords de fuite des bras 1, dans l'ali- Sur les fig.l et 2, un support comporte trois bras creux 1 J V 69 19208 3 2010613 gnement axial des tubes de pulvérisation 3. Les stabilisateurs de flamme, tels que montrés aux fig.3_a et 3b, comprennent des tubes de section transversale pratiquement circulaire, déformés de façon à faire saillie vers l'aval, par rapport à l'écoulement 5 dans le conduit, pour former des parties saillantes jouant le rôle des bords de fuite, le profil résultant ressemblant à celui d'une larme orientée latéralement. Les intérieurs des stabilisateurs de flamme sont reliés aux intérieurs des bras 1 par des trous appropriés (non montrés) et les surfaces intérieures et 10 extérieures (dans le sens radial) des stabilisateurs de flamme, par rapport à l'axe du tube, sont percées d'un certain nombre de petits trous séparés 6. L'écoulement de l'air le long du conduit se sépare normalement des surfaces des stabilisateurs de flamme pour former des 15 zones de recirculation stables dans leurs sillages, comme le montre la fig.3a_. Le combustible refoulé hors des tubes de pulvérisation 3 est entraîné à l'intérieur du-courant d'air avant qu'il atteigne les stabilisateurs de flamme et, quand ce combustible a été allumé par des moyens classiques, la flamme ainsi 20 créée se maintient d'elle-même dans la zone de recireulation. Quand la post-combustion n'est pas exigée, l'alimentation en combustible vers les tubes de pulvérisation 3 est interrompue et une dépression est appliquée à l'intérieur de chacun des bras 1. La dépression agit sur la couche limite de l'écoulement passant 25 autour des stabilisateurs de flamme 4, par l'intermédiaire des trous 6 et la cavité intérieure des stabilisateurs de flamme. Les points de séparation ou décollement de l'écoulement sont ainsi déplacés vers l'arrière et l'écoulement est amené à adhérer aux surfaces formant bords de fuite dés stabilisateurs de flamme, 30 comme le montre la fig.'3]D, le sillage résultant étant laminaire en substance, ce qui réduit la traînée. Il a été montré que, dans le cas d'un cylindre de révolution muni d'un bec rectiligne formant bord de fuite et ayant une longueur égale au quart du diamètre du cylindre, l'application 35 d'une dépression uniformément sur la circonférence du cylindre *16 exigeait un coefficient d'aspiration ou dépression Cq = pour réduire à zéro la traînée de sillage, pour des nombres de Reynolds (Re) tels qu'ils se trouvent dans les systèmes de réchauffage. Pour un nombre de Reynolds de 10^ par exemple, le coefficient 40 d'aspiration serait de 0,05. 69 19208 4 2010613 Dans le mode de réalisation qui précède et pour des raisons pratiques, l'aspiration est appliquée par des rangées de trous, cet arrangement étant légèrement moins efficace, mais le contour du bord de fuite est tel qu'il réduise le degré d'aspiration 5 nécessaire sans affecter le rendement de la combustion et on pense qu'on peut atteindre un coefficient Cq de 0,04. En multipliant le coefficient d'aspiration par l'obstruction fournie par les stabilisateurs de flamme, on obtient la fraction de l'écoulement total dévié du conduit par les surfaces des 10 stabilisateurs. Une obstruction de 25 pour cent entraîne donc un écoulement dévié d'environ un pour cent. L'effet de cet écoulement dévié sur le rendement du moteur dépend de la poussée qui peut en être récupérée, laquelle dépend à son tour des pertes de charge dans le système d'aspiration. L'écoulement d'aspiration 15 peut éventuellement s'échapper vers l'arrière avec une vitesse égale à celle d'un avion, de sorte qu'un écoulement dévié d'un pour cent donne une perte d'un pour cent dans la poussée nette. spécifique/ L'augmentation correspondante de la consommation/de combustible, qui dépend du type d'avion et des conditions particulières de 20 vol, est estimée à une valeur de l'ordre de 1,3 pour cent qui est à comparer à la valeur de 3,5-4,25 pour cent due aux pertes de charge dans un système de réchauffage à gouttières en V. Il est possible d'apporter diverses modifications au système de post—combustion décrit ci-dessus. Selon l'une de ces modi— 25 fications, les bords de fuite des bras 1 limitent des zones d'étalement et de pilotage des flammes, une dépression étant appliquée de façon analogue aux stabilisateurs de flamme pour réduire la traînée quand le réchauffage n'est pas erj action. Selon une autre variante, les tubes de pulvérisation du com-30 bustible et les stabilisateurs de flamme ont la forme de tubes rectilignes disposés parallèlement entre eux et s'étendant transversalement par rapporta m.conduit de réchauffage. Les stabilisateurs de flamme décrits ci-dessus ne sont pas restreints à l'utilisation dans les dispositifs de post—combustion par exemple,/ 35 mais ils peuvent être utilisés aussi/dans des conduits de by-pass de moteurs à turbocompresseur quand on désire pouvoir produire, de la puissance supplémentaire de façon intermittente par combustion de carburant dans de tels conduits. 69 19208 5 2010613 REVENDICATIONS 1.Dispositif de combustion comprenant un organe disposé dans un conduit de fluide, caractérisé par le fait que cet organe a une section transversale pratiquement circulaire avec une partie saillante formant bord de fui te, des moyens étant prévus pour^6!/ 5 volonté sur l'écoulement de couche limite à la surface dudit organe, de manière à faire varier le sillage ou remous ainsi formé. 2. Dispositif de combustion selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une aspiration peut être appliquée à tra- 10 vers la surface de l'organe de façon à provoquer l'adhérence de l'écoulement à la partie formant bord de fuite. 3. Dispositif/seïon°ïa revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la surface de l'organe est percéed'un certain nombre de trous séparés et qu'une aspiration peut être appliquée 15 à l'intérieur de l'organe. 4. Dispositif de combustion selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un tube de pulvérisation de combustible situé en amont de l'organe et ayant sensiblement le même alignement que l'organe. 20 5. Dispositif selon la revendication l.ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un tube annulaire monté coaxialement par rapport au' conduit et de section transversale pratiquement circulaire, lequel tube est déformé de façon à faire saillie vers l'aval, par rapport à l'écoulement dans le conduit, pour former 20 une partie saillante jouant le rôle d'un bord de fuite, la surface du tube étant percée d'un certain nombre de trous séparés. 6. Dispositif de combustion selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs tels tubes annulaires de différents diamètres disposés transversalement par rap- 25 port au conduit. , . de combustion/ 7. Dispositif/selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les tubes annulaires sont situés pratiquement dans un plan transversal commun. 8. Dispositif de combustion selon la revendication 5, ca- 30 ractérisé par le fait qu'il comprend un tube annulaire de pulvérisation de combustible dont le diamètre moyen correspond à celui du tube annulaire, situé en amont du tube annulaire et coaxial à celui-ci. Bfv0 69 19208 6 2010613 9. Dispositif de combustion selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un nombre égal de tubes annulaires de pulvérisation de combustible qui correspondent chacun, en diamètre moyen, à l'un des tubes annulaires et sont 5 situés en amont des tubes annulaires et coaxialement à ceux-ci. 10. Dispositif de combustion selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les tubes annulaires de pulvérisation de combustible sont situés en pratique dans un plan commun qui est transversal par rapport au conduit. 10 11. Dispositif de combustion selon 1'une des revendications 5 à 10, caractérisé par le fait que le ou chaque tube annulaire creux/. est supporte dans le conduit par un ou plusieurs bras/qui servent a relier l'intérieur du ou de chaque tube annulaire à une source de dépression. 15 12. Dispositif de combustion selon la revendication 11 et l'une des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que le ou les bras supportent aussi le ou chaque tube annulaire de pulvérisation de combustible. BAD ORIGINAL