Brevet FR2008096A1 — publié le 19700116

'• 2008096 L5 invention se rapporte à un moteur à réaction à turbines et à deux flux ou deux écoulements, moteur comportant des dispositifs pour mélanger les écoulements périphériques et centraux du moteur avant la sortie de la tuyère d'éjection, et 5 des dispositifs pour la post-combustion des gaz brûlés. On connaît sur les moteurs du type mentionné ci-dessus les dispositifs les plus divers, pour mélanger les écoulements périphériques et centraux du moteur, sur une distance aussi courte que possible, et avec des pertes de charge aussi faibles 10 que possible. On connaît ainsi des dispositifs qui utilisent des poches disposées en forme d'étoiles, montées en aval derrière la turbine du moteur, et dans lesquelles pénètrent des gaz brûlés chauds. On connaît également des dispositifs dans lesquels l,air. 15 périphérique est insufflé par des fentes longitudinales réparties sur la périphérie du boîtier de guidage des gaz chauds, 15 insufflation se faisant suivant un. angle très prononcé par rapport à l'axe longitudinal de l'écoulement des gaz chauds. De cette façon,, l'air périphérique est guidé par des déviât eurs ou des organes du 20 type hottes, disposés près des fentes, et pénétrant dans la veine de gaz chaud5 ce qui permet de réaliser un mélange de l'air périphérique avec la veine de gaz chaud centrale. Dans tous ces dispositifs connus, le-plan de mélange de l'air périphérique avec les gaz chaud? est situé, en aval,, à 25 une distance assez grande derrière le plan des aubes directrices de sortie de turbine. Le problème du mélange de l'air périphérique et de la veine centrale issue du moteur est d'une importance particulière lorsqu'on utilise la post-combustion des gaz brûlés, derrière 30 la zone de mélange de la veine périphérique et de la veine centrale,et qu'on essaye,lorsqu'on utilise la post-combustion, de maintenir un profil de température aussi régulier que possible dans le plan des accroche-flammes du dispositif de post-combustion. les moteurs à réaction à turbines et à deux flux 35 connus, tels que ceux mentionnés ci-dessus avec post-combustion, ont pour inconvénient principal que la tuyère rapportée au plan de sortie de gaz de la turbine basse-pression et destinée à la post-combustion, présente une longueur considérable, ce qui se traduit par une longueur considérable nécessaire au montage de 40 l'ensemble du moteur. Il en résulte avant toute chose que dans les 69 14821 2. 2008096 moteurs du type mentionné ci-dessus, le mélange de la veine périphérique et de la veine centrale s'effectue à une distance considérable derrière le plan de sortie des gaz chauds de la turbine basse-pression. 5 A la base de 1!invention se pose le problème•de créer une turbine radiale à deux flux, munie d'.un dispositif de post-combustion, qui possède une longueur axiale plus faible que celle des turbines connues^ et qui permette de plus un mélange optimal, et une meilleure préparation des gaz moteurs nécessaires pour 10 l'opération de post-combustion. Pour résoudre ce problème l'invention propose, sur un moteur du type mentionné ci-dessus, qu'une partie de l'écoulement d'air périphérique refoulé par le compresseur basse-pre:saion arrive sur des aubes directrices de sortie de turbine, ces aubes étant 15 creuses et ouvertes sur leur arête postérieure, les dites aubes appartenant, de préférence, au dernier étage de la turbine", basse-pression. Le mélange de la veine périphérique avec la veine centrale issue du moteur7 s'effectue ainsi directement derrière les aubes directrices de sortie du dernier étage de turbine. La partie 20 restante de la veine d'air périphérique, qui ne passe pas par les aubes directrices de sortie de turbine,sert au refroidissement des écrans de chaleur de la tuyère de post-combustion. Pour arriver à ce que,lorsque la post-combustion n'est pas mise en oeuvre, les aubes directrices de sortie de 25 turbine, montées dans la veine de gaz brûlé du moteur, ne provoquait pas des pertes de charge notables, conformément à un mode de réalisation de l'invention, chaque aube directrice d'entrée de • turbine est constituée de deux demi-aubes, montées-basculantes autour d'un même axe, les bords arrière terminaux des demi-aubes, 30 constituant l'orifice de sortie, étant susceptibles d'être appliqués l'un contre 1'.autre, pour fermet cet orifice de sortie et constituer de. cette façon un profil aéro-dynamique de l'aube de sortie. •• - De plus il est prévu selon l'invention que les 35 orifices de sortie de chaque aube directrice de sortie de turbine s'élargissent progressivement du piedrjusqu'à l'extrémité supérieure Cette caractéristique de l'invention permet de plus que la veine périphérique et la veine centrale- soient régulièrement et intimement mélangées dans toute la section de l'écoulement, avant que 40 s'effectue la post-combustion .avec l'air d'une alimentation en carburant. 69 14821 3. 2008096 Pour obtenir que l'air périphérique soit amené de façon directe avec des pertes de charge réduites dans la veine de gaz chaud du moteur,, il est prévu des organes pour la déviation de l'écoulement ou le guidage de l'écoulement vers l'intérieur du 5 canal d'air de l'enveloppe et/ou à 1!intérieur des aubes directrices de sortie de turbine. Un montage particulièrement avantageux pour le mélange de la veine périphérique et de la veine centrale du moteur, avec un dispositif de post-combustion s'obtient lorsque,.selon une tO autre caractéristique de 1sinvention„ les aubes directrices de sortie de turbine, servant à la réception d'une partie de l'air d'enveloppe, constituent simultanément des accroche - flammes pour le dispositif de post-combustion. Par suite de la longueur de mélange pour la veine 15 périphérique et pour la veine centrale, notablement plus.faible que dans les dispositifs connus grâce à 1'invention, il est en outre avantageux, conformément à l'invention, qu'à l'intérieur des aubes directrices de sortie de turbine, constituant des accroche-flammes, il soit prévu des organes pour l'injection de carburant, 20 organes au travers desquels le carburant est éjecté dans la direction de l'écoulement ou dans la direction inverse de l'écoulement des gaz brûlés. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les aubes directrices de sortie de turbine comportent 25 des orifices latéraux permettant l'introduction de gaz chauds du moteur à l'intérieur des aubes directrices de sortie de turbine. Les aubes directrices de sortie de turbine ont ainsi simultanément une fonction de mélange de la veine périphérique et de la veine centrale, à l'intérieur des aubes directrices de 30 sortie de turbine, et les organes d'injection de carburant montés à l'intérieur de ces aubes le cas échéant, permettent un mélange intime de l'air et du gaz avec le carburant. Ce mélange d'air et de gaz enrichi en carburant arrive selon l'invention dans un accroche-flamme, court, radial, vers lequel il est possible 35 d'amener de l'air de mélange dans les aubes directrices par suite de la turbulence des parties d5air d'enveloppe et des parties d'air de l'écoulement central du moteur. En utilisant des accroche-flammes annulaires, cormuspmontés coaxialement à l'axe longitudinal du moteur, et qui 40 ont une section conique allant en s'élargissant dans la direction 69 14821 4. 2008096 de l'écoulement principal? il est prévu,selon lrinvention, que le montage de- tels accroche-flammes est réalisé sous forme de segments circulaires entre les aubes directrices de sortie de turbine, des organes auxiliaires, pour l'injection de carburant en ammont des 5 aubes directrices de sortie de turbine, servant pour réaliser le mélange des écoulements périphériques et centraux provenant du moteur. Les accroche-flammes montés sous forme de segments circulaires entre les aubes directrices de sortie de turbiner 10 peuvent servir accessoirement à créér un lien rigide entre les aubes directrices. L'invention peut être mise en. application dans des moteurs à réaction à turbines et à deux flux, avec un arbre de turbine basse-pression monté flottant, cependant l'invention 15 ne se limite pas à ce type de montage, car par des modifications appropriées du moteur on peut également utiliser l'invention sur des turbines montées non flottantes, et l'adapter aux aubes directrices de sortie de turbine, présentant une section pour le guidage de la veine d'écoulement latérale. 20 Des moteurs à réaction conformes à l'invention sont représentés à titre d'exemples non limitatifs sur les figures ci-jointes, dans lesquelles s - la figure 1 représente une vue de côté en coupe longitudinale suivant l'axe d'une turbine radiale à deux flux, 25 - la figure 2 représente une vue agrandie d'une partie de la machine selon la figure 1, en vue latérale, - la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne IÏ-II de la figure 2, - la figure 4 représente une variante de réalisation 30 d'un moteur selon l'invention, en vue analogue à celle de la figure 3, - la figure 5 représente une vue en perspective d'une partie du dispositif selon la figure 4, - la figure 6 représente une variante de réalisa-35 tion du moteur selon la figure 1, différente de la variante de la figure 2, - la figure 7 représente un dispositif faisant partie du moteur selon les figures 1 et 2, toutefois différent des variantes des figures 1 à 6P selon l'invention et vu en 40 perspective, 69 14821 5 2008096 - la figure 8 représente un dispositif pour la commande de l'installation représentée dans la figure 71 représenté schématiquement. Dans le moteur représenté dans la figure 1, il 5 s'agit d'un moteur à réaction à turbines et à deux flux ou veines d'écoulement, de construction connue, moteur constitué par un compresseur basse pression 1, adjacent à un compresseur haute pression 2, lui-même adjacent à une chambre de combustion annulaire 4, coaxialeà l'axe longitudinal 3 du moteur. A la suite de la 10 chambre de combustion annulaire 4 se trouve, montées en série, la turbine haute pression 5 et la turbine basse pression 6. La turbine basse pression 6 et le compresseur basse pression 1 sont montés sur un même arbre 7 ; la turbine haute pression 5 et le compresseur haute pression 2 entourent l'arbre 7 par l'intermédiaire de l'arbre 15 creux 8. Derrière le dernier étage de la turbine basse pression, le moteur se termine par une tuyère de post-combustion 9, sur. laquelle est montée une tuyère d'éjection 10. Comme représenté dans la figure 1, c ' est principalement la partie de 1.' air de la veine périphérique refoulé par le compresseur basse pression 1, qui 20 n'est pas arrivée dans le compresseur haute pression 2, qui s'écoule dans le sens de la flèche 11 au travers des aubes de sortie de la turbine 12, qui se trouvent entre le cône d'éjection de gaz 13 et le carter 14 de la turbine haute pression et de la turbine basse pression du moteur. 25 La partie de l'écoulement d'air périphérique, du compresseur basse pression, qui n'est pas passée au travers des aubes de sortie de la turbine 1?; s'écoule dans la direction de la flèche 15 dans la tuyère radiale de post-combustion 9, de façon à refroidir les écrans de chaleur 16 correspondants. Lors du 30 fonctionnement du moteur, l'air de la veine périphérique du compresseur 1 s'écoulant dans la direction de la flèche 11 se mélange avec les gaz brûlés s'écoulai).t dans la direction de la flèche 17, directement dans un plan perpendiculaire derrière les aubes de sortie de la turbine 12. 35 La figure 2 représente une vue en coupe agrandie d'une partie du moteur selon la figure 1, montrant la réalisation des aubes de sortie 12 de la turbine. Cés aubes de sortie 12 constituent simultanément des accrocheurs de flammes pour la postcombustion des gaz brûlés j ces aubes comportent intérieurement 40 des tubes d'injection 18 de carburant„ qui sont montés à l'intérieur 69 14821 2008096 des aubes directrices de la sortie de la turbine, et dont les orifices de sortie du carburant 19 sont réalisés avant lés arêtes d'écoulement 20 arrondies des aubes de sortie 12 de la turbine» si bien que le carburant est éjecté dans la direction de la"flèche 5 21, opposée à la direction de 1"écoulement des gaz brûlés. Dans le -voisinage des orifices d'entrée 22 des aubes directrices de sortie de'turbine 12 se trouvent d'autres aubes déviatricés 23 qui permettent d'assurer un bon guidage de l'écoulement de l'air de compresseur sur les aubes directrices de sortie de turbine. 10 La vue en coupe selon la ligne-II-li de la figure 2 représentée dans la figure 3-- montre les formes des aubes directrices 12 de sortie de turbine, qui se trouvent dans le voisinage des orifices de sortie, allant en s1 élargissant en forme de col, du pied jusqu'à l'extrémité supérieure. 15 La figure 3 reprente huit de ces aubes directrices 12 de sortie de turbine, réparties régulièrement sur la périphérie du cône de sortie 13» Il est évident que l'on peut prévoir selon les besoins un nombre plus ou moins grand de telles, aubes directrices de sortie. 20 Le mode de réalisation représenté dans la figure 4- cemporte uae variante du mode de réalisation de la figure 3, dans laquelle les aubes directrices de sortie 12 sont de plus reliées entre elles par des segments d1anneaux d'accrochage de flamme 24, ce qui permet de réaliser une meilleure rigidité des diverses 25 aubes directrices"12 de sortie de turbine. Les aubes de sortie 12 constituent simultanément des aubes-entretoises entre le carter 14 et le cône de sortie 13. _ La figure 5 montre une vue en perspective d'une partie du mode de réalisation représenté dans la figure 4. 30 La figure 6 représente me autre vue en coupe partielle d'un moteur selon la figure 1, dans lequel les. organes servant au guidage de l'écoulement d'air périphérique, de l'injection de carburant, et pour la post-combustion, constituait une variante par rapport aux organes représentés dans la-figure 2. 35 Cette variante est principalement constituée par le fait que dans la figure 6, les aubes directrices 25 de sortie de turbine sont munies d'ouvertures en forme de fentes 26 dans les parois latérales, grâce auxquelles une partie des gaz brûlés par le moteur au cours de son fonctionnement pénètre dans les aubes directrices 25 de 40 sortie de turbine, de cette façon, on obtient déjà à l'intérieur' 69 14821 7. 2008096 même des- pales directrices un mouvement tourbillonnaire de l'air périphérique et de la partie principale de l'écoulement du moteur. En amont à l'intérieur des aubes directrices 25 de sortie de turbinec se trouvent des tubes d'injection de carburant 27 avec 5 des orifices de sortie 28 permettant l'injection de carburant dans les aubes directrices 25 de turbine, le mélange air-gaz enrichi en carburant arrive vers les accrocheurs de flammes 29» courts» radiaux, qui sont fixés directement derrière les aubes directrices 25 de sortie, à l'aide d'entretoises 30, au cône de 10 sortie 13 du moteur. Contrairement à la figure 2, les tôles de guidage d'écoulement 31 sont de plus montées directement dans le canal d'écoulement périphérique 32 et en amont des aubes directrices de sortie de turbine 25. Ce mode de réalisation des accrocheurs de 15 flammes 29 (figure 6), ne constitue toutefois pas une limite à l'idée de l'invention. On peut tout aussi bien utiliser des accrocheurs de flammes classiques dans le dispositif de l'invention, comme les accrocheurs de flamme 31 représentés à titre d'exemple dans la figure 1. 20 Dans les figures 7 et 8, on a représenté à titre d'exemple, de façon schématique, la possibilité selon l'invention, suivant laquelle les aubes directrices 34 de sortie de turbine.sont ouvertes, lors du fonctionnement du moteur avec la post-combustion, pour permettre le passage de la partie d'air d'enveloppe, selon 25 les parties de parois 35, 36 représentées en traits continus. Lorsque la post-combustion n'est pas utilisée, les parties de parois 35» 36 se trouvent dans la position indiquée en tiretés, dans laquelle les bords terminaux des pales viennent l'un sur l'autre, et l'ouverture de sortie arrière est fermée ; de cette 30 façon les pales directrices de sortie de turbine fermées-constituent des profils aéro-dynamiques. Les éléments de parois 35, 36 des aubes directrices 34 de sortie de turbine entourent ainsi le pivot de charnière 37 (figure 7) commun, à la manière d'un bord de charnière % ce pivot 35 d'articulation 37 peut être réalisé creux de façon à recevoir simultanément un tube d'alimentation en carburant 38. La direction d'écoulement des gaz brûlés est représentée dans la figure 7 par la flèche 5. Pour la commande de l'ouverture et de la fermeture 40 des pales directrices de sortie de turbine 34 on a représenté dans 69 14821 8. 2008096 la figure 8, pour des raisons de simplicité, me vue de dessus d'une série de telles aubes montées l'une derrière l'autre. A titre d'exemple on ferme les aubes directrices 34 de sortie de turbine, à l'aide d'un premier poussoir 39, déplacé dans la direc-5 tion 40} et par le déplacement simultané d'un deuxième poussoir 41 dans la direction de la flèche 42. Les leviers de réglage sont montés articulés aussi bien sur le poussoir 39 que sur le poussoir 41 ? une partie de ces leviers de réglage 43t est montée aux parois d'aubes 35 alors que l^autre partie 44 est reliée aux parois 10 des aubes 36. Pour ouvrir les aubes directrices 34 de sortie de trubine, on manoeuvre les poussoirs 39» 41 de façon inverse, c'est-à-dire dans la direction des flèches indiquée en tiretés 45, 46. Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, 15 à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 14821 9- 2008096 REVENDIG ATIONS 10 - Moteur à réaction à turbines et à deux flux, du type comportant des dispositifs pour mélanger l'écoulement périphérique et l'écoulement central du moteur, avant la sortie de 5 la tuyère d'éjection, et des dispositifs pour la post-combustion des gaz brûlés, moteur caractérisé par ce qu'une partie de l'écoulement d'air périphérique refoulé par le compresseur basse-pression arrive sur des aubes directrices de sortie de turbine, ces aubes étant creuses et ouvertes sur leur arête postérieure, les. dites 10 aubes appartenant, de préférence, au dernier étage de turbine de la turbine basse-pression, ce qui permet de réduire la longueur du moteur. 2° - Moteur selon la revendication 1, caractérisé . par ce que chaque aube directrice d'entrée de turbine est. 15 constituée de deux demi-aubes, montées basculantes autour d'un même axe» les bords arrière terminaux des demi-aubes, constituant l'orifice de sortie, étant susceptibles d'être appliqués l'un contre l'autre, pour fermer cet orifice de sortie et constituer de cette façon un profil aéro-dynamique de l'aube de sortie. 20 3° - Moteur selon la revendication 1, caractérisé par ce que les orifices de sortie s'élargissent progressivement du pied jusqu'à l'extrémité supérieure, sur chaque aube directrice de sortie de turbine. 4° - Moteur selon les revendications 1, 2 et 3, 25 caractérisé par ce que pour introduire une partie de l'air périphérique dans les aubes directrices de sortie de turbine, il est prévu des organes pour la déviation de l'écoulement ou le guidage de l'écoulement vers l'intérieur du canal d'air de l'enveloppe et/ou à l'intérieur des aubes directrices de sortie 30 de turbine. 5° - Moteur selon les revendications 1 à 4, caractérisé par ce que les aubes directrices de sortie de turbine, servant à la réception d'une partie de l'air d'enveloppe, constituent simultanément des accroche-flammes pour le dispositif 35 de post-combustion. 6° - Moteur selon les revendications 1 à 5, caractérisé par ce qu'à l'intérieur des aubes directrices de sortie de turbine constituant des accroche-flammes il est prévu des organes pour l'injection de carburant, au travers desquels 40 le carburant est éjecté dans la direction de l'écoulement ou dans 69 14821 10- 2008096 la direction inverse de l'écoulement des gaz brûlés. 7° - Moteur selon les revendications 1 à 6, caractérisé par ce que les aubes directrices de sortie de turbine comportent des orifices latéraux permettant 1'introduction de 5 gaz chauds d.u moteur à 15 intérieur des aubes directrices de sortie de turbine• - • 8° •=- Moteur selon les revendications 1 à 7f caractérisé par ce que directement derrière chaque -aube directrice de sortie de turbine se trouve un accroche-flamme, courtf radialP 10 vers lequel il est' possible d'amener de l'air de mélange dans les aubes directrices par suite de la turbulence des parties d'air d'enveloppe et des parties d'air de l'écoulement central du moteur. 9° - Moteur selon l'une des revendications 1 à 8, 15 du type comportant des accroche-flammes annulairesp coaxiaux à l'axe longitudinal du moteur, qui ont une section cônique s'élargissant dans la direction de l'écoulement principal^ moteur caractérisé par ce que le montage de tels accroche-flammes est réalisé sous forme de- segments circulaires entre les aubes 20 directrices de sortie de turbine^ des organes auxiliaires» pour l'injection de carburant en amont des aubes directrices de sortie de turbine P servant pour réaliser le mélange des écoulements périphériques et centraux provenant du moteur.