Brevet FR2039215A1 — publié le 19710115

i 2039215 La présente invention concerne les moteurs à dérivation à turbine à gaz dans lesquels une soufflante est montée dans le canal de dérivation du moteur. Le moteur à dérivation à turbine à gaz selon la présente invention comporte un groupe compresseur, un ensemble de combustion et un groupe turbine, 5 une soufflante tournante principale s'étendant dans la totalité de la section transversale du canal de dérivation et une soufflante tournante auxiliaire qui est disposée en amont de la soufflante principale et s'étend dans une partie seulement de la section transversale du canal de dérivation, cette soufflante auxiliaire étant entraînée par le groupe turbine. 10 De préférence, la vitessè linéaire des extrémités des soufflantes princi pale et auxilaire est telle que la valeur en Mach du flux d'entrée par rapport aux aubes soi t toujours inférieure à l'unité. La soufflante principale peut être conçue pour être montée sur une enveloppe munie d'aubes entraînées par le compresseur. 15 On décrira maintenant l'invention plus particulièrement en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation d'un moteur à dérivation à turbine à gaz selon la présente, invention ; - la figure 2 représente schématiquement une forme d'exécution modi-20 fiée du moteur de la figure 1 ; et - la figure 3 montre une variante schématique du moteur de la figure 2. Le moteur à dérivation à turbine à gaz de fa figure 1 comporte un groupe compresseur 10, un ensemble de combustion 12 et un groupe turbine 14. Le groupe compresseur 10 comprend un compresseur 16 à plusieurs éta-25 ges entramé par une turbine 18 par l'intermédiaire d'un arbre 20 et un compresseur haute pression 22 classique entramé par une turbine 24 par l 'intermédiaire d'un arbre 26. Une soufflante principale 28 s'étend transversalement dans toute la section transversale du canal de dérivation 30 du moteur et elle est montée sur une enveloppe tournante 32 munie de rangées d'aubes de "stator" (qui font 30 décroître l'énergie de l'air et fonctionnent donc comme des aubes de turbine), ces rangées d'aubes de "stator" étant disposées entre des rangées d'aubes de compresseur 36 du compresseur 16 basse pression. La soufflante principale 28 a la forme d'une roue à rayons constituée d'un moyeu, de plusieurs aubes radiales, ou rayons, reliées à une couronne 35 annulaire fendue 38 et de plusieurs aubes de soufflante fixées à la couronne 70 13602 2 2039215 fendue. Une soufflante auxiliaire 40 est montée en amont de la soufflante principale et ses aubes s'étendent seulement jusqu'à la couronne fendue de la soufflante principale. La soufflante auxiliaire est montée sur un arbre 42 entraf-5 né par une turbine 44 et elle peut tourner à l'intérieur de la couronne 38. L'arbre 20 et l'enveloppe 32 tournent dans le même sens, indiqué par les flèches A, et les arbres 26 et 42 peuvent tourner ensemble soit dans le même sens que l'arbre 20 soit en sens opposé ou bien en sens inverses l'un par rapport à l'autre. 10 Le couple nécessaire à Pentrafnement de la soufflante principale 28 est transmis aérodynamiquement par l'intermédiaire des "stators" du compresseur basse pression qui sont en fait constitués par les aubes 34 fonctionnant comme des aubes de turbine. La turbine 18 fournit, par l'intermédiaire de l'arbre 20 et des aubes 36 15 du compresseur basse pression, un couple suffisant pour entraîner les "stators" de compresseur et créer sur le compresseur 16 l'augmentation de pression nette requise. Les soufflantes principale et auxilaire sont conçues toutes deux pour fonctionnera des vitesses circonférentielles suffisamment basses pour que la 20 vitesse en Mach du flux d'entrée par rapport à celle des extrémités des aubes soit inférieure à l'unité. Cette conception évite la formation du bruit indésirable qui se produit lorsque la vitesse en Mach du flux d'entrée par rapport â celle des aubes est supérieure a l'unité. Avec les soufflantes dans lesquelles le rapport des vitesses du moyeu et 25 des extrémités d'aubes est faible, comme dans le cas d'un moteur à rapport de dérivation élevé traditionnel, l'inconvénient majeur réside dans le fait que le sommet des aubes tourne plus vite que nécessaire pour obtenir une efficacité maximale si le pied des aubes doit fournir une augmentation de pression satisfaisante, La présente d'une soufflante auxiliaire 40 permet d'obtenir à la fois une 30 augmentation de pression satisfaisante au pied de la soufflante principale et à l'entrée du compresseur 16 pour permettre une réduction de la vitesse circonfé-rentielle au sommet de la soufflante principale, ce qui a pour résultat un abaissement du niveau de bruit de la soufflante principale. La disposition selon l'invention présente de nombreux avantages par 35 rapport au moteur conventionnel à arbre triple à soufflante frontale et à rapport 70 13602 3 2039215 de dérivation élevé dans lequel une faible vitesse de l'extrémité de la soufflante est nécessaire. En effet, on a besoin de moins d'étages de turbine du fait que le couple nécessaire à l'entraînement de la soufflante prîncipale'28 à faible vitesse 5 est transmis aérodynamiquement depuis fes rangées 36 d'aubes à vitesse élevée par l'intermédiaire des "stator^' 34 ; les aubes 36 sont soumises à un couple suffisant par la turbine 18 à vitesse élevée pour entrafner la soufflante principale 28 à vitesse basse et pour fournir l'augmentation de pression nécessaire sur le compresseur 16 basse pression. 10 Ainsi, par exemple, au lieu d'un moteur à soufflante à rapport de déri vation élevé ayant onze étages de turbine, on pourra avoir un moteur n'ayant que cinq étages de turbine. La soufflante auxiliaire 40 produit l'augmentation de pression nécessaire sur la partie interne du canal de dérivation de sorte que le couple requis par l'entrafhement de la soufflante principale compense le couple 15 transmis par les "stators" 34. La soufflante auxiliaire n'a besoin que d'un couple faible qui est fourni par la turbine 44 chargée modérément. Ceci entrante un niveau du bruit total de turbine suffisamment bas. On peut obtenir un rapport de compression plus élevé du flux dérivé grâce à la soufflante auxiliaire qui réduit l'angle de tourbillonnement du flux 20 sur une couronne d'aubes directrices 46 de sortie dans la zone des pieds de ces aubes, en atténuant ainsi fa charge-éfevée de diffusion du pied des aubes directrices de sortie qui est inhérente au type de moteur classique à soufflante frontale à faible vitesse périphérique. La structure générale du moteur de Fa figure 2 est similaire à ceTle de 25 la figure 1 sauf que le compresseur 16 basse pression est dé type classique, c'est-à-dire que l'enveloppe 32 et les rangées d'aubes statoriques associées sont fixes et non pas tournantes comme dans la figure 1, tandis que la soufflante principale 28 est montée de façon tournante sur des supports 50 placés sur l'enveloppe 32. Dans cette disposition, la soufflante principale 28 est entraînée par la soufflante 30 auxiliaire 40 et la partie intérieure 28a de la soufflante 28 agrt comme un stator tournant. Les avantages de ce système résident dans le fait que le travail est transféré de la soufflante auxiliaire 40 à la soufflante principale 28 dans un étage unique, ce qui fait qu'on n'a besoin que d'un plus pètît nombre d'étages dans le compresseur 16 basse pression. Le moteur sera plus léger et aura une 35 structure mécanique moins complexe puisqu'il ne sera pas nécessaire de prévoir 13602 4 2039215 un montage pour là rotation de l'enveloppe 32. A la figure 3, qui représente une forme d'exécution modifiée du moteur de la figure 2, la soufflante principale n'est pas montée sur l'enveloppe 32 mais fa partie intérieure 28a est prolongée vers l'intérieur et montée sur des paliers 52 de diamètre relativement petit. On comprendra que la présente description ne doit pas être considérée comme limitative et qu'on pourrait prévoir des adjonctions ou des modifications sans sortir du cadre de l'invention. 70 13602 5 2039215 REVENDICATIONS 1 . Moteur à dérivation à turbine à gaz présentant un groupe compresseur, un ensemble de combustion et un groupe turbine et caractérisé en ce qu'il comporte une soufflante tournante principale s'étendant dans la totalité de la section transversale du canal de dérivation et une soufflante tournante auxiliaire montée 5 en amont de la soufflante principale et s'étendant dans une partie de la section transversale du canal de dérivation, cette soufflante auxiliaire étant entraînée par le groupe turbine. 2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le groupe compresseur comprend un compresseur basse pression muni d'une enveloppe tour- 10 nante sur laquelle est montée la soufflante principale. 3. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le groupe compresseur comprend un compresseur basse pression muni d'une enveloppe extérieure, la soufflante principale étant montée pour tourner librement sur un moyen de support situé sur l'enveloppe extérieure du compresseur basse pression. 15 4. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le groupe compresseur comporte un compresseur basse pression, la soufflante principale étant montée pour tourner librement sur un moyen de support situé en aval de la soufflante auxiliaire et en amont de l'entrée du compresseur basse pression. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 carac- 20 térisé en ce que la soufflante auxiliaire peut tourner à l'intérieur d'un déflecteur annulaire fendu supporté par la soufflante principale. 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que la vitesse d'extrémité des soufflantes principale et auxiliaire est telle qu'elle donne une valeur en Mach du flux d'entrée par rapport à l'aube 25 inférieure à l'unité. 7. Moteur à dérivation à turbine à gaz selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé en ce que le groupe turbine comprend un étage haute pression, un étage moyenne pression et un étage basse pression, l'étage haute pression étant destiné à entraîner un compresseur haute pression par 30 un premier arbre, l'étage moyenne pression étant conçu pour entraîner un compresseur basse pression par un second arbre et l'étage basse pression étant prévu pour entraîner la soufflante auxiliaire.