Brevet FR2001451A1 — publié le 19690926

rt 2544 î 2001451 La présente invention est relative à un moteur à turbine à gaz. Sur les avions de transport, il est d'usage, depuis quelque temps, de monter un moteur à ventilateur, dans lequel on utilise une dérivation d'air assez élevée dans un moteur de grande puissance. Ainsi, le bruit produit par le ventilateur représente une partie importante du bruit total du moteur. La présente invention a pour but de réaliser un moteur dans lequel le bruit du ventilateur peut être réduit. Le moteur à turbine à gaz selon la présente invention comprend des compresseurs de basse et moyenne pression, tournant indépendamment, un équipement de combustion, des turbines à basse et moyenne pression tournant indépendamment, conjuguées avec leurs compresseurs respectifs, un ventilateur avant à un seul étage, et un ventilateur arrière à un seul étage, un canal interne de circulation d'air, dans lequel sont logés lesdits compresseurs, équipement de combustion et turbines, un canal de circulation d'air pour les ventilateurs, dans lequel sont logés lesdits ventilateurs destinés à être entramés par une turbine du moteur. Il y aura de préférence une turbine à basse pression dans ledit canal interne, conjuguée avec lesdits ventilateurs avant et arrière. Selon un mode de réalisation de "l'invention, la turbine à basse pression comprend un rotor à plusieurs étages, reliés entre eux, entraînant lesdits ventilateurs avant et arrière. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la turbine à basse pression comprend deux rotors â plusieurs étages, tournant indépendamment, le premier étant relié au ventilateur avant, et l'autre au ventilateur arrière. De préférence, le champ sera libre immédiatement en amont desdits ventilateurs, qui comprendront des aubes de guidage d'échappement, assez éloignées de leur rotor, afin que les tourbillons provotpés par ce dernier disparaissent avant l'entrée de l'air, dans lesdites aubes de guidage. L'Invention va maintenant être décrite en détail, en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels : - la figure 1 est une élévation latérale en coupe partielle, d'un moteur ( à turbine à gaz selon l'invention ; - la figure 2 est une coupe partielle d'une variante du moteur â turbine à gaz selon l'invention. 69 02544 2 2001451 En se reportant d'abord à la figure 1, on voit que le moteur selon l'invention comporte un générateur de pression d'air, comprenant un compresseur de basse pression ou de moyenne pression 10, un compresseur de haute pression 12, un équipement de combustion 14, et des turbines à haute et basse pression 16 et 18 5 respectivement, le tout disposé dans le sens d'écoulement de l'air. Le comprèsseur de basse pression ou de moyenne pression 10 étant conjugé avec un étage unique 20 de la turbine à haute pression 16 par un arbre 22, tandis que le compresseur de haute pression 12 est conjugé avec un étage unique 24 de la turbine à haute pression 16, par un arbre 26. 10 Le moteur comprend aussi un ventilateur avant 28, à étage unique porté par un arbre 30, coaxial aux arbres 22 et 26, et logé à l'intérieur, relié à la turbine à basse pression 18. Le ventilateur 28 est logé dans un canal 32, s'étendant en amont, au-delà de l'entrée du compresseur de basse pression ou de moyenne pression, et en aval de ce dernier, jusqu'à se terminer essentiellement dans 15 le même plan que la tuyère 34 du générateur de pression d'air. Le canal 32 est maintenu à son extrémité amont par une série d'aubes fixes 36, disposées annulairement entre la paroi interne du canal 32 et l'enveloppe externe du compresseur basse pression ou moyenne pression 10. L'extrémité aval est maintenue de même, d'une façon qui sera décrite plus loin. 20 Les extrémités amont des aubes 36 sont placées en aval de la sortie du ventilateur 28, assez loin de celle-ci pour que des tourbillons prenant naissance dans l'air, quittant le ventilateur 28, puissent se dissiper avant que cet air ne franchisse les aubes 36. Les extrémités extérieures d'un des rotors de la turbine basse pression 18 25 portent une série d'aubes de ventilateur 38, disposées annulairement, dans le canal 32, grâce auxquelles l'air déjà comprimé par le ventilateur 28 sera surcomprimé, et sa pression s'accroftra. Un système annulaire d'aubes fixes 40, suit le système d'aubes de ventilateur 38, et, comme dans le cas des aubes fixes 36, les extrémités amont des aubes 30 fixes 40 sont placées en aval de la sortie du ventilateur 38, assez loin de celles-ci pour que des tourbillons prenant naissance dans l'air quittant le ventilateur 38, puissent se dissiper avant que cet air ne franchisse les aubes 40. En outre, le second ventilateur est placé en aval, à une distance suffisante du premier ventilateur 28, pour que les tourbillons produits par le premier venti - 6S '2544 3 2001451 lateur se dissipent avant d'atteindre le second ventilateur. Un autre avantage du dispositif ci-dessus est que, par suite de l'utilisation de deux ventilateurs espacés ainsi qu'on, l'a dit, la compression nécessaire de l'air s'écoulant par le canal 32, peut être obtenue en faisant tourner les venti -5 lateurs à une vitesse inférieure à celle qu'il faudrait avec un seul ventilateur, comme dans les systèmes connus. Ceci contribue à réduire le bruit produit par le moteur. De plus, la disposition des ventilateurs selon la présente invention, permet d'atteindre un rapport de dérivation d'air égal à celui d'un moteur à ventilateur 10 avant unique, à deux étages, mais avec un niveau de bruit inférieur. Un autre avantage de ce dispositif est que le couple produit par la turbine basse pression n'a pas à être trasmis intégralement par l'arbre 30 : ce dernier peut être plus petit que s'il devait transmettre tout le couple, ce qui serait le cas avec un moteur à ventilateur avant unique. 15 Une autre caractéristique de l'invention est l'absence d'entretoises ou d'aubes de guidage à l'entrée, à l'avant de chaque ventilateur, ce qui contribue à réduire le niveau de bruit du moteur. On remarquera aussi que la turbine basse pression 18 peut être équipée d'aubes de guidage de tuyère, à incidence variable (non représentées) permet-20 tant la réduction de la vitesse de rotation des ventilateurs 28 et 38, en vue de réduire le bruit produit , par exemple dans le cas où un aéronef équipé du moteur selon l'invention se trouve au sol ou près du sol. Le même résultat peut être obtenu en équipant l'extrémité arrière de la partie génératrice d'air comprimé d'une tuyère propulsive à surface variable, 25 coinjointement au dispositif précédemment décrit, ou en son lieu et place. Dans une variante de la réalisation de l'invention représentée figure 2, le moteur 110 comprend un canal principal de circulation d'air, délimité par un carter 111, et un canal de ventilateur entourant le carter 111, et délimité lui-même par un carter 112. Dans le carter 111 du canal principal sont disposés 30 en série, dans le sens d'écoulement de l'air : un ventilateur avant 113, un compresseur à moyenne pression 114, un compresseur à ha.ute pression 115, une zone de combustion 116, une turbine à haute pression 117, une turbine à moyenne pression 118, une première turbine à basse pression 11 9 et une seconde turbine à basse pression 120. Le ventilateur avant 113 est conjugé avec la 2544 4 2001451 première turbine basse pression 119 par un arbre basse pression 121, et, de même le compresseur moyenne pression 114 et la turbine moyenne pression 118 sont conjugés par un arbre moyenne pression 122, tandis que le compresseur haute pression 115 et la turbine haute pression 117 sont conjugés par un arbre haute 5 pression 123. Les arbres 121, 122 et 123 sont coaxiaux et logés les uns dans les autres. La seconde turbine basse pression 120 est montée de façon à tourner indépendamment de la première turbine basse pression 119, et le rotor d'un de ses étages porte à sa périphérie un dispositif d'entraînement 124, la reliant à un ventila-10 teur arrière 125, monté dans le canal de ventilation. On peut constater que le ventilateur avant 113 agit sur l'écoulement d'air passant par le canal principal et par le canal de ventilation, tandis que le ventilateur arrière 125 n'agit que sur l'air passant par le canal de ventilation. Pour permettre au ventilateur 125 de fonctionner efficacement, des dispositions sont 1 5 prises pour que le ventilateur 11 3 engendre quelques tourbillons ,dans l'air passant par le canal de ventilation. On obtient ce résultat au moyen de vannes hélicoïdales 126. Les dimensions axiales et l'obstruction de ces vannes 126 étant assez importantes, il est difficile de munir le canal de ventilation d'entre-toises, et les vannes 126 sont conçues pour supporter des charges allant du carter 20 principal 11 au carter de ventilateur 112, et, pour soustraire ces charges à l'ensemble de la couronne d'aubes, le carter 112 est monocoque, et peut être relié directement à la cellule de l'avion. On remarquera qu'au cours du fonctionnement, les composantes moyenne pression et haute pression avec la première turbine basse pression et le ventila-25 teur 113, agissent comme un moteur à ventilateur avant, à trois arbres. La seconde turbine basse pression 120, et le ventilateur arrière 125, fonctionnent comme un ensemble indépendant, pour augmenter la compression de l'air passant dans le canal de ventilation. Ceci présente plusieurs avantages. Pour une masse donnée d'écoulement, par le canal de ventilation, le présent dispositif permet 30 à chaque ventilateur, avant et arrière, de moins agir sur l'air qu'un ventilateur à un seul étage, et ceci réduit le bruit total du ventilateur. Comme le ventilateur avant et le ventilateur arrière sont séparés par pratiquement toute la longueur de l'espace situé entre les composants moyenne et basse pression, le gradient de vitesse des tourbillons provenant du ventilateur avant, et atteignant 69 02544 5 2001451 le ventilateur arrière, est réduit et, par conséquent, le bruit engendré normalement par un second étage rapproché est réduit. Le vendilateur arrière et la turbine qui lui est associée, constituant un ensemble fonctionnel indépendant, leur vitesse peut être fixée à la valeur optima correspondant au rendement et 5 au silence compatibles avec les nécessités de décollage et d'atterrissage de l'avion. On notera que le ventilateur arrière 125 est représenté sur le dessin avec un jeu d'aubes fixes d'échappement 127, mais ces aubes fixes peuvent incorporer une tuyère d'échappement de ventilation plutôt que d'avoir des aubes et une 10 tuyère séparés pour le ventilateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède, mais elle en comprend, au contraire, toutes les variantes à la portée d'un homme de métier. 69 02544 6 2001451 Revendications 1 . Moteur à turbine â gaz caractérisé en ce qu'il comprend des compresseurs moyenne et haute pression tournant indépendamment l'un de l'autre, un équipement de combustion, des turbines moyenne et haute pression tournant indépendamment l'une de l'autre, conjugées avec leurs compresseurs respectifs, un ven-5 tilateur avant monoétage et un ventilateur arrière monoétage, lesdits compresseurs, équipement de combustion et turbines, étant disposés dans, et agissant sur un écoulement de gaz à travers un canal interne, lesdits ventilateurs étant disposés dans, et agissant sur, un écoulement d'air, à travers un canal de ventilation, et entramés par une turbine du moteur. 10 2. Moteur à turbine à gaz selon la revendicbtion 1, caractérisé en ce qu'il comprend une turbine basse pression dans ledit canal interne, conjugée avec lesdits ventilateurs avant et arrière. 3. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite turbine basse pression comporte une pluralité d'étages mobiles conjugés, 15 entraînant lesdits ventilateurs avant et arrière. 4. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite turbine basse pression comprend deux séries d'étages mobiles séparées et tournant indépendamment l'une de l'autre, la première série étant reliée audit ventilateur avant, et la seconde série étant reliée audit ventilateur 20 arrière. 5. Moteur â turbine à gaz selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits ventilateurs sont dépourvus de vannes de guidage d'entrée. 6. Moteur à turbine à gaz selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les vannes de guidage d'échappement desdits ventilateurs sont assez 25 éloignées de leurs rotors pour que les tourbillons engendrés par lesdits rotors soient dispersés avant la pénétration de l'air dans les vannes de guidage d'échappement. 7. Moteur à turbine à gaz selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits ventilateurs sont séparés essentiellement par toute la longueur 30 des autres composants du moteur. 8. Moteur à turbine à gaz selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits canaux et lesdits compresseurs, turbines et ventilateurs, sont tous coaxiaux. 7 2 0 u 14 51 9. Moteur à turbine à gaz selon une des revendications! à 8, caractérisé en ce que ledit ventilateur arrière comporte des vannes de guidage d'échappement, constituant la tuyère du canal de ventilation. 10. Moteur à turbine à gaz selon une des revendications 1 â 9, caractérisé en ce que des vannes hélicoïdales occupent la section du canal de ventilation, depuis le carter de celui-ci jusqu'au carter du canal interne, 11 . Moteur à turbine à gaz selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit carter du canal de ventilation est monocoque, et relié directement à la cel Iule de l'avion.