Brevet FR2008648A1 — publié le 19700123

La présente invention est relative aux moteurs de pro-pjilsion par réaction à double flux utilisant une turbine à gaz, et elle concerne plus particulièrement les dispositifs de réchauffage au moyen desquels l'air de by-pass et le courant de 5 gaz chauds expulsés par la turbine du moteur peuvent être portés à une température plus élevée. Deux dispositifs ont déjà été proposés à cet effet. Sans le premier, du combustible est fourni séparément à l'air froid de by-pass et au courant de gaz chauds, et l'on provoque 10 des combustions séparées dans ceux-ci, avant que les courants parviennent à une tuyère commune. Ce dispositif présente comme inconvénient que, dans le cas de cessation du réchauffage, le gain de poussée qui pourrait être obtenu en mélangeant intentionnellement l'air de by-pass et le courant de gaz chauds est 15 perdu. On a également rencontré des difficultés pour assurer une combustion efficace dans l'air de by-pass, qui est à basse température. Sans le second dispositif proposé, on mélange les courants de gaz chauds et d'air de by-pass, puis on brûle du com-20 bustible additionnel dans le courant mélangé. lies inconvénients de ce second dispositif consistent ai ce qu'en vue d'obtenir une combustion efficace dans le courant de mélange, il faut assurer préalablement un mélange intime des deux courants. Ceci exige une certaine longueur du trajet de mélange, entre les mélangeurs 25 et les brûleurs, ce qui augmente le poids du moteur. De plus, des pertes de charge sont créées tant dans les mélangeurs que dans les brûleurs. Conformément à la présente invention, un moteur de propulsion par réaction à double flux utilisant une turbine à 30 gaz est pourvu d'un système de réchauffage qui comprend tin dispositif de mélange du flux et un dispositif stabilisateur de flamme combinés, ce système étant prévu à l'extrémité aval du conduit dtt by-pass, et agissant pour mélanger le courant d'air de by-pass et le courant de gaz chauds, et pour créer des 35 zones où le flux est stabilisé dans le courant d'air de by-pass, zones dans lesquelles du combustible peut être brûlé, ainsi que des moyens d'injection propres à fournir sélectivement du combustible auxdites zones où l'écoulement est stabilisé. De préférence, les dispositifs combinés de mélange 40 du flux et de stabilisation de la flamme comprennent un organe 69 15367 2 2008648 en forme de tronc de cône qui comporte des ouvertures allongées, réparties circonférentiellement dans la paroi de celui-ci. Ces ouvertures sont ménagées entre une pluralité d'éléments eux aussi distribués circonférentiellement, qui sont orientés Han.g 5 le sens longitudinal du dispositif, et dont la largeur est faible par rapport à leur longueur. Lesdits éléments, qu'on peut appeler longerons, s'étendent dans le conduit de by-pass depuis un point amont de la paroi de celui-ci qui se trouve radialement à l'intérieur, jusqu'en un point aval de la paroi de celui-ci 10 qui se trouve radialement à l'extérieur, créant ainsi une pluralité d'obstacles pour le fluide qui s'écoule dans le conduit de by-pass, ces obstacles créant des sillages dans ce courant de fluide, dans lesquels une flaaae peut être stabilisée, et délimitant entre eux des passages par lesquels le fluide qui 15 provient du conduit de by-pass sera mélangé au courant de gaz chauds. La portion d'extrémité annulaire de petit diamètre peut être tournée de 180° pour former vin bec, sa section étant sensiblement en ïï de sorte que, lorsque le dispositif est en 20 place, ce bec donnera naissance à un sillage stable dans le flux de gaz chauds, et dans lequel le combustible pourra être injecté et brûlé afin de donner naissance à une zone pilote de gaz chauds stable, aidant à la combustion de l'air dans les sillages des longerons. En variante, des gaz chauds provenant 25 du courant de gaz chauds pourront être amenés jusque dans le sillage qui se trouve derrière ce bec, afin d'aider à l'inflammation et à la combustion des gaz dans les sillages des longerons. Le dispositif de réchauffage peut comprendre, d'au-30 tre part, des moyens de stabilisation de la flamme et des in-jecteurs de combustible dans le courant de gaz chauds. Les moyens de stabilisation de la flamme dans le courant de gaz chauds pourront être constituée par des gouttières annulaires conventionnelles de section transversale en 35 V, et les injecteurs de combustible dans les courants de gaz chauds pourront être de tout type approprié. L'invention sera maintenant décrite plus en détails à l'appui d'une forme de réalisation choisie à simple titre d'exemple, et qui est représentée dans les dessins annexés, 40 dans lesquels : 69 15367 3 2008648 la figure 1 représente sciiématiquement un moteur de propulsion par réaction à double flux utilisant une turbine à gaz, auquel l'invention a été appliquée, et la figure 2 représente plus en détail, en élévation 5 et en coupe, le dispositif de combustion de réchauffage montré dans la figure 1. En se référant tout d'abord à la figure 1, on voit que le moteur de propulsion par réaction à double flux utilisant une turbine à gaz comporte un compresseur 1 à basse pression, 10 un compresseur 2 à haute pression, une chambre de combustion 3> et une turbine à basse pression 4, tous ces éléments se succédant en série dans le sens de l'écoulement» Le compresseur à haute pression 2 est entraîné par la turbine à haute pression 4, par l'intermédiaire d'un arbre 6, et le compresseur à basse 15 pression 1 est entraîné par la turbine à basse pression 5, par l'intermédiaire d'un arbre 7 qui est concentrique à l'arbre 6, et qui passe dans celui-ci. Le courant de gaz chauds qui sort de la turbine à basse pression 5 pendant la marche du moteur parvient dans un con-20 duit de refoulement 8 qui aboutit à une tuyère de réaction non représentée, par laquelle les gaz projetés passent dans l'atmosphère en créant une poussée propulsive. Une partie de l'air comprimé dans le compresseur à basse pression 1 parvient dans un conduit de by-pass 10 par 25 lequel cet air peut parvenir dans le conduit de refoulement 8 sans passer par la chambre de combustion 3- Un dispositif de réchauffage, désigné dans son ensemble par 20, est disposé en aval de la turbine à basse pression 5i et comporte deux parties séparées. 50 La figure 2 représente à plus grande échelle le dis positif de réchauffage 20. La première de ses deux parties comprend des gorges ou gouttières annulaires 21 de section transversale en V, supportées dans le courant de gaz chauds par des tirants 22. Ces 35 gouttières créent des sillages où l'écoulement est stabilisé, et flans lesquels la combustion peut être entretenue. Du combustible est introduit dans le courant de gaz chauds, en amont des gouttières 21, au moyen d'injecteurs 23 qui sont sélectivement alimentés en combustible depuis une nourrice 24. Un jambage 25 40 supporte les injecteurs de combustible placés dans le courant 69 15367 2008648 de gaz chauds. La seconde partie comprend un tube de flamme tronco-nique qui est disposé à l'extrémité aval du conduit de by-pass 10, et qui consiste en une pluralité de branches ou longerons 5 31 répartis circonférentiellement, et s*étendant entre des portions d'extrémité annulaires 32 et 33- La portion d'extrémité annulaire aval 32 est reliée à l'extrémité aval de la paroi extérieure du conduit de by-pass par l'intermédiaire d'une poutre annulaire qui permet un déplacement relatif entre cette 10 portion 32 et le tube de flamme. La portion d'extrémité-amont 33 forme un joint glissant par rapport à la paroi intérieure du conduit de by-pass-. Ainsi, les longerons 31 sont orientés obliquement dans le passage de by-pass, et ils constituent un obstacle partiel à l'extrémité aval de celui-ci. Le tube de flam-15 me est monté de manière à pouvoir se déplacer par rapport à la structure qui l'entoure» Une nourrice 35 est prévue pour alimenter en combustible une pluralité d'injecteurs 3S circonférentiellement répartis autour du tube de flamme 30 ajouré, de manière à pouvoir injecter sélectivement du combustible entre les 20 longerons 31• La portion d'extrémité amont 33 est de section transversale en H, de manière à former un bec 37 qui s'étend jusque dans le courant de gaz chauds. En fonctionnement, l'air de by-pass qui s'écoule vers 25 l'aval par le conduit 10 est contraint à être dévié vers l'intérieur, du fait de la restriction latérale de la section de passage, et il crée ainsi une série de jets d'air pratiquement rectangulaires, comportant une composante dirigée radialement vers l'intérieur. Une certaine proportion du flux, toutefois, 30 est reconduite dans les sillages formés derrière les longerons 31, et crée un système de flux stabilisés qui est susceptible d'entretenir la combustion de l'air de by-pass relativement froid. Une certaine proportion du flux de gaz chauds est 35 aussi conduite à s'écouler vers l'extérieur jusque dans les sillages formés derrière les longerons, et ceci aide au bon mélange des deux courants, ainsi qu'à la combustion du combustible dans les sillages des longerons, si nécessaire- Le bec 37 qui s'étend jusque dans le courant de gaz 4-0 chauds crée une zone stable dans laquelle le combustible peut 69 15367 5 2008648- être injecté et brûlé, ou dans laquelle les gaz chauds peuvent être introduits, pour aider à la combustion dans le tube de flamme ajouré 30. Le dispositif de réchauffage peut être mis en action 5 ou arrêté pendant que le moteur est en fonctionnement, en agissant sur l'alimentation en combustible. Si le réchauffage est interrompu, le tube de flamme ajouré agit comme un dispositif mélangeur efficace, pour mélanger l'air de by-pass relativement froid et le courant de gaz 10 chauds, un mélange intime étant ainsi obtenu dans le conduit de refoulement 8, entre le tube de flamme ajouré et la tuyère, grâce à quoi la poussée est augmentée. Lorsque le réchauffage est utilisé, le tube de flamme ajouré agit à la manière d'un brûleur efficace, pour l'air de 15 by-pass relativement froid, cependant que les gouttières 21 et les injecteurs de combustible 23 assurent la bonne combustion dans le flux de ga-z d'échappement. Ce dispositif de réchauffage remédie ainsi aux inconvénients du dispositif de combustion après mélange dont il a 20 été question plus haut- en utilisant la même longueur de conduit de refoulement tant pour le mélange que pour la combustion. De plus, et du fait que les deux parties du dispositif de réchauffage agissent séparément, chacune d'elles peut 25 être utilisée pour obtenir le meilleur résultat dans les deux courants, qui sont à des températures et à des pressions différentes . 69 15367 6 2003648 KETEHDIOmOaS 1 - Dispositif de réchauffage pour moteurs de propulsion à réaction à double flux utilisant une turbine à gaz, caractérisé par des moyens combinés de mélange du flux et de stabilisation 5 de la flamme, disposé à l'extrémité aval du conduit de by-pass et agissant pour mélanger le cûurant d'air de by-pass et le courant de gaz chauds, ainsi que pour créer des zones où le flux est stabilisé dans le courant d'air de by-pass, dans lesquelles du combustible peut être brûlé, ainsi que des moyens 10 d'injection propres à fournir sélectivement du combustible aux. dites zones où l'écoulement est stabilisé. 2 - Dispositif de réchauffage suivant la Revendication 1, caractérisé par une pluralité de longerons circonférentiellement espacés qui s'étendent dans le conduit de by-pass depuis un 15 point amont de la paroi de celui-ci qui se trouve radialement à l'intérieur, jusqu'en un point aval de la paroi de celui-ci qui se trouve radialement à l'extérieur, créant ainsi une pluralité d'obstacles pour le fluide qui s'écoule dans le conduit de by-pass, ces obstacles créant des sillages dans ce courant 20 de fluide, dans lesquels une flamme peut être stabilisée, et délimitant entre ces obstacles des passages par lesquels le fluide qui provient du conduit de by-pass sera mélangé au courant de gaz chauds. 3 - Dispositif de réchauffage suivant la Revendication 2, ca-25 ractérisé par le fait que les longerons s'étendent entre des portions d'extrémité annulaires de ce dispositif, formant ainsi un organe tronconique comportant des ouvertures allongées, réparties circonférentiellement dans la paroi de celui-ci. 4- - Dispositif de réchauffage suivant la Revendication 3» ca-30 ractérisé par le fait que la portion d'extrémité annulaire amont forme un bec de section transversale sensiblement en U, cet anneau étant disposé dans le courant de gaz chauds et tourné vers l'aval, pour créer une zone de combustion stable dans ce courant de gaz chauds, ladite zone étant en communication avec les lon-35 gérons, en vue de la propagation de la combustion. 5 - Dispositif de réchauffage suivant la Revendication 4-, caractérisé par le fait que du combustible est injecté et brûlé dans la zone stable en aval du bec. 69 15367 7 2008648 6 - Dispositif de réchauffage suivant la Revendication 4, caractérisé par le fait que des gaz chauds provenant du courant de gaz chauds sont introduits dans la zone stable en aval du "bec. 5 7 - Dispositif de réchauffage suivant les Revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de stabilisation de la flamme et des injecteurs de combustible dans le courant de gaz chauds. 8 - Dispositif de réchauffage suivant la Revendication 7» ca-10 ractérisé par le fait que d'autres moyens de stabilisation de la flamme et d'autres injecteurs de combustible sont disposés au voisinage de l'extrémité aval du conduit de by-pass.