Brevet FR2011022A1 — publié le 19700227

i 2011022 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 à 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 depuis longtemps, dans de telles 10 installations, des déflecteurs fixes 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 15 formes 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 20 de l'écoulement, 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 30 et les deux demandes de brevet déposées le même jour et au même nom que les présentes. Un dispositif de combustion selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend un élément disposé dans un condui de fluide, un organe de partage d'écoulement espacé de l'élément 35 et des moyens pour influer à volonté sur l'écoulement de la couche limite à la surface de l'élément de manière à dévier au moins une partie de l'écoulement du courant principal à travers le conduit et à engendrer un sillage comprenant une zone turbulente stable. 40 De préférence, on prévoit deux tels éléments écartés l'un 69 19206 2 2011022 de l'autre et l'organe de partage d'écoulement est placé entre eux. Selon un mode de réalisation, les éléments et l'organe de partage sont concentriques dans une disposition annulaire. 5 Un mode de réalisation de l'invention va être décrit main tenant à titre d'exemple avec référence au dessin annexé dont la figure unique représente une coupe axiale schématique d'un conduit de post-combustion comprenant un stabilisateur de flamme. Le conduit de post-combustion montré sur le dessin comprend lO une enveloppe cylindrique 1 s'étendant entre la sortie d'une turbine et un ajutage de propulsion à réaction (ni l'un ni l'autre n'étant montrés), le sens d'écoulement des gaz étant de la gauche vers la droite, comme indiqué par les flèches situées à gauche de la figure. Deux tubes annulaires concentriques 2,3 sont montés 15 de manière coaxiale dans le conduit, un organe annulaire de partage 4, propre à diviser le fluide qui s'écoule, étant disposé entre les deux tubes. L'organe de partage 4 comprend un anneau de section transversale en forme de coin dont l'extrémité effilée est dirigée vers l'amont, légèrement en avant des bords d'attaque 20 des tubes 2 et 3 et dont l'extrémité plus épaisse se trouve en ligne avec les centres des sections transversales des tubes. Deux rangées périphériques de trous faiblement espacés 5,6 sont percées radialement à travers le quadrant arrière intérieur du tube 2 (par rapport à l'axe du conduit et au sens d'écoulement 25 dans celui-ci), les trous sous-tendant, dans une section transversale du tube, un angle au centre de 30°. Deux rangées périphériques de trous 7,8 sont percées de la même manière à travers le quadrant extérieur arrière du tube 3, les trous dans les tubes étant ainsi disposés de part et d'autre du passage formé entre 30 lesdits tubes. Dans les circonstances normales, les gaz circulant dans le conduit s'écoulent autour des tubes 2 et 3 et de l'organe de partage 4 avec une faible turbulence, comme montré dans la partie inférieure du dessin. Lorsque la post-combustion est exigée, on 35 produit, à l'intérieur des tubes, une aspiration qui' agit à travers les trous 5,6,7,8 pour détourner la couche limite de l'écoulement passant sur les tubes de telle manière que ledit écoulement va se coller aux surfaces des quadrants respectifs des tubes en aval du point de séparation normal et l'écoulement va 40 être ainsi dévié avec apparition d'un effet de turbulence consé 69 19206 3 2011022 cutif, les zones de recirculation stable étant établies comme montré à la partie supérieure du dessin, l'organe de partage 4 agissant pour empêcher la diffusion de l'écoulement. Le combustible injecté dans le conduit en amont des tubes et enflammé d'une 5 manière classique peut être ainsi amené à brûler et la flamme se maintiendra dans la zone de recirculation aussi longtemps que l'aspiration est appliquée pour dévier l'écoulement. La commande de la couche limite peut être aussi obtenue par soufflage de courants d'air sur celles des surfaces des tubes 2,3 10 auxquelles l'aspiration est appliquée, comme décrit dans le mode de réalisation précédent, d'étroites fentes, s'étendant à la périphérie, étant agencées dans les tubes dans ce but, sensiblement aux mêmes endroits que les trous 5,6,7,8. Si on utilise le même écoulement massique de commande dans chaque cas, les pertes par 15 aspiration, en raison des pressions plus basses (et ainsi des vitesses plus élevées) mises en jeu, seront plus importantes que lors du soufflage. Mais ceci est compensé, au moins en partie, par l'énergie nécessaire pour comprimer l'air utilisé pour le soufflage car l'aspiration peut être facilement obtenue à l'aide 20 de liaisons convenables avec des régions à basse pression du moteur. Un effet accessoire du soufflage sera d'affaiblir l'énergie du mélange dans la zone de recirculation. Mais, par ailleurs, lors de l'aspiration, une partie du combustible sera soutirée avec 25 l'air de la couche limite. On pense que la largeur de la zone de recirculation que l'on peut obtenir est sensiblement égale à la largeur totale du stabilisateur, c'est-à-dire égale à la distance séparant le point du tube 3 situé radialement le plus à l'intérieur du point du 30 tube 2 situé radialement le plus à l'extérieur, comme montré sur le dessin. Ceci est équivalent à ce qui est produit par un déflecteur en V de la même largeur totale mais le coefficient de traînée dudit déflecteur dans un courant à écoulement libre sera approximativement 1,3 fois plus fort. En outfe, l'obstruction du 35 conduit est réduite de moitié et, de ce fait, pour les obstructxns jusqu'à environ 30 pour cent, le coefficient de perte dans le conduit sera environ les deux tiers de celui-obtenu-avec le déflecteur équivalent et la perte de pression, lorsque la postcombustion n'a pas lieu, sera, ainsi, de l'ordre des deux tiers 40 de celle provenant d'un tel déflecteur. 69 19206 4 2011022 Diverses variantes de la configuration générale décrite sont possibles pour convenir aux exigences d'une installation particulière. Un dispositif possible comprend une paire de tubes parallèles s'étendant en travers d'un conduit avec un organe de 5 partage de l'écoulement, rectiligne, disposé entre eux, l'aspiration ou le soufflage étant effectués d'une manière semblable à celle décrite précédemment. Si nécessaire, une série de telles paires de tubes peut être disposée en-travers du conduit. Dans certains cas, un fonctionnement satisfaisant peut être 10 obtenu en utilisant un seul tube et un séparateur d'écoulement espacé de ce tube. En outre, les tubes peuvent avoir des sections transversales autres que circulaires, grâce auxquelles leur coefficient de traînée dans un courant à écoulement libre sera réduit. Selon une 15 variante, des carénages réduisant la traînée peuvent être appliqués aux tubes. Les stabilisateurs de flamme décrits jusqu'ici ne sont pas limités à l'utilisation dans les dispositifs de post-combustion, mais ils peuvent être utilisés également, par exemple, dans des 20 conduits de by-pass de moteurs à turbo-compresseur où il est souhaitable de produire par intermittence une puissance supplémentaire en brûlant du combustible dans de tels conduits. 69 19206 5 2011022 REVENDICATIONS 1. Dispositif de combustion comprenant un élément disposé dans un conduit d'écoulement de gaz, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe de partage d'écoulement, espacé de l'élément, et des moyens pour influer à volonté sur l'écoulement de la couche 5 limite à la surface de l'élément de manière à dévier au moins une partie de l'écoulement du courant principal à travers le conduit et à engendrer un sillage comprenant une zone turbulente stable. 2. Dispositif de combustion selon la revendication 1, ca-10 ractérisé par le fait qu'il comprend un autre élément espacé du premier cité, l'organe de partage d'écoulement.étant placé entre les éléments et des moyens pour influer sur l'écoulement de la couche limite, à la surface du deuxième élément, de la même manière que pour le premier élément. 15 3. Dispositif de combustion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le ou chaque élément comprend un tube comportant des trous s'étendant à travers sa surface et que les moyens pour influer sur l'écoulement de la couche limite consistent en une aspiration vers l'intérieur du tube. 20 4. Dispositif de combustion selon la revendication. 2 ou selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'il comprend deux tubes annulaires concentriques avec un organe de partage annulaire disposé entre eux et des trous percés dans les quadrants arrière des tubes par rapport à l'écoulement dans le 25 conduit et sur des côtés opposés du passage formé entre les tubes. 5. Dispositif de combustion selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend deux rangées périphériques de trous dans chaque tube. 30 6. Dispositif de combustion selon 3a revendication 5, carac térisé par le fait que les rangées de trous de chaque tube sous-tendent un angle de sensiblement 30° à l'axe du tube. 7. Dispositif de combustion selon la revendication 2 et la revendication 4, caractérisé par le fait que des fentes étroites 35 s'étendant à la périphérie sont ménagées dans les tubes et que les moyens pour influer sur l'écoulement de la couche limite consistent en un soufflage de filets d'air, à partir des fentes, sur les surfaces du tube. 69 19206 6 2011022 8. Dispositif de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'organe de partage a une section transversale sensiblement en forme de coin, l'extrémité effilée du coin étant dirigée vers 1'amont par rapport à 5 l'écoulement dans le conduit.