Brevet FR2115250A1 — publié le 19720707

La présente invention concerne les moteurs de propulsion par réaction à turbine à gaz, comportant un ventilateur auxiliaire avant dont les ailettes peuvent tourner autour de leur axe longitudinal entre une position pour laquelle elles fournissent 5 une poussée propulsive et une position pour laquelle elles fournissent une poussée inversée. Ces ventilateurs sont normalement étudiés pour que leur rendement soit maximum lorsqu'ils fournissent une poussée propulsive, et il a été observé que, lorsque leurs ailettes sont 10 tournées de façon qu'elles fournissent une poussée inversée, la valeur de la poussée qu'ils fournissent est réduite» L'une des raisons de cette réduction de la poussée en marche inversée des ailettes du ventilateur est que les pieds de ces ailettes n'effectuent qu'un travail très faible sur l'air qui 15 traverse le ventilateur, de sorte qu'il n'existe qu'une très faible augmentation de pression de l'air qui passe entre les pieds des ailettes. Le courant d'air à faible pression et à faible vitesse qui s'établit contre la paroi intérieure du conduit dans lequel est logé le ventilateur se mélange avec le courant 20 d'air à grande vitesse qui passe entre les parties médianes des ailettes du ventilateur, et il en résulte l'établissement d'une zone de recirculation de l'air à proximité de cette paroi intérieure, Cette recirculation d'air tend à créer une traînée intérieure qui réduit les effets de la poussée inverse produite par 25 l'air à pression plus forte qui passe entre les parties médianes des ailettes du ventilateur, par création d'une région à basse pression d'air au voisinage de l'axe du moteur. Cet effet est d'autant plus prononcé que le capotage du ventilatear est plus long et s'étend plus vers l'avant. 30 Une autre perte de poussée inverse est due, particulière ment lorsque l'avion sur lequel le moteur est monté se déplace vers l'avant, du fait que l'air qui sort par l'extrémité avant du conduit du ventilateur demeure collé à la lèvre avant de ce conduit et la contourne jusqu'à ce qu'il s'en détache avec une 35 vitesse ayant une composante perpendiculaire à l'axe du moteur ou même, dans certains cas, une composante dirigée vers l'arrière du moteur. L'objet de l'invention est de réduire la perte de poussée inverse due à ces deux phénomènes. 71 41406 2 2115250 Selon, la présente invention, le moteur de propulsion par réaction et à turbine à gaz gai en fait l'objet comprend un générateur de gaz mettant en rotation un ventilateur monté dans un conduit , et dans lequel les ailettes de ce ventilateur peur-5 vent être tournées individuellement autour de leur axe longitudinal, entre une position pour laquelle elles fournissent une poussée propulsive et une position pour laquelle elles fournissent une poussée inversée, ce moteur étant caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs mis en action lorsque les ai-10 lettes du ventilateur sont à leur position de poussée inversée, et qui dévient en direction de l'axe du moteur le courant d'air qui sert par l'extrémité avant du conduit du ventilateur. Ces dispositifs de déviation dudit courant d'air peuvent comprendre des admissions d'air sous pression dans le conduit 15 du ventilateur situées en des points adjacents avec l'une au moins des parois de ce conduit, ou des volets qui dévient en direction de l'axe du moteur le courant d'air qui passe dans ce conduit. Ces dispositifs de déviation du courant d'air peuvent comprendre, en supplément ou en variante, des organes qui éjec-20 tent de l'air sous pression par la lèvre avant du conduit du ventilateur, ou même des organes qui éjectent un courant d'air dont la vitesse a une composante dirigée vers 1'avant, par la surface extérieure du conduit du ventilateur, et qui empêchent ainsi le courant d'air qui sort du ventilateur de coller à la-25 dite lèvre et de la contourner. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, de l'air soutiré dans l'un des compresseurs du générateur de gaz pendant la marche à poussée inversée est amené par des con— ' duits sur la paroi du eapotage du ventilateur et est introduit, 30 par des orifices percés dans cette paroi dans le courant d'air qui traverse le ventilateur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limi-35 tatif, et avec référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un moteur de propulsion par réaction à turbine à gaz et ventilateur auxiliaire bad original - • -M:.' 71 41406 2115250 dont le pas des ailettes peut être inversé; - la figure 2 représente tin mode de réalisation de l'invention dans lequel la déviation désirée du courant d'air du ventilateur est obtenue par des injections d'air sous pression 5 dans le conduit du ventilateur à proximité de la paroi intérieure et de la paroi extérieure de ce conduit; et ' - la figure 3 représente une variante de réalisation dans laquelle on utilise, en combinaison, des injections d'air sous pression et des dispositifs mécaniques pour obtenir ladite dévia-10 tion du courant d'air sortant du ventilateur. la figure 1 représente un moteur de propulsion par réaction. à turbine à gaz et ventilateur auxiliaire, comportant un générateur de gaz agencé pour mettre en rotation un ventilateur 2 logé dans un conduit annulaire 3, par l'intermédiaire d'un 15 réduction de vitesse à engrenages 4. Le générateur de gaz peut être de tout type approprié connu, et il ne constitue pas une partie essentielle de l'invention. Il peut par conséquent comprendre , par exemple, deux compresseurs en série montés sur des arbres séparés et mis séparément en rotation par des turbines 20 séparées, le ventilateur lui-même étant mis en rotation par l'intermédiaire d'un arbre s'étendant vers l'avant du compresseur à basse pression, et pénétrant dans le réducteur de vitesse à engrenages. Les ailettes du ventilateur peuvent être tournées indi-25 viduellement autour de leur axe longitudinal pour faire varier leur angle d'attaque, de sorte qu'elles peuvent être déplacées entre une position pour laquelle elles fournissent une poussée propulsive et une position pour iaquelle elles fournissent une poussée inversée. La rotation de ces ailettes est obtenue au 30 moyen d'un mécanisme 6 de commande du pas qui ne sera pas décrit en détail, du fait qu'il ne fait pas partie de l'invention. Lorsque le moteur fonctionne en fournissant une poussée propulsive, c'est-à-dire lorsque les ailettes du ventilateur sont à leur position pour laquelle elles fournissent une poussée 35 dirigée vers l'avant, l'air pénètre dans le conduit 3 du ventilateur par une entrée d'air 8 ouverte à l'avant, une partie de cet air pénétrant dans le générateur de gaz par une entrée d'air 9, le reste de cet air étant éjecté dans l'atmosphère par une tuyère de propulsion 10 s'ouvrant vers l'arrière. Mais, en mar 71 41406 4 ,2115250 che à poussée inversée, le ventilateur aspire de l'air par la tuyère de propulsion 10, une partie de cet air passant dans l'entrée d'air 9 du générateur dé gaz, le reste de cet air étant éjecté dans l'atmosphère par l'entrée d'air 8. Une entrée d'air 5 additionnelle 11 pour le ventilateur peut être prévue afin d'augmenter la section de passage de l'entrée d'air au ventilateur lorsque celui-ci est en marche à poussée inversée. En raison, parmi d'autres causes, du diamètre plus petit correspondant aux pieds des ailettes du ventilateur, ces pieds 10 n'exercent qu'une faible action sur l'air qui circule dans le conduit du ventilateur, de sorte que la fraction de cet air qui s'écoule contre la paroi intérieure du conduit du ventilateur, après avoir traversé celui-ci, est à une pression plus faible que la fraetion de cet air qui s'écoule dans la partie médiane de ce 15 conduit. Il peut s'ensuivre, en marche à poussée inversée, l'établissement d'une zone de stagnation dans laquelle l'air se met en recirculatien autour de la paroi intérieure du conduit du ventilateur et sur l'axe du moteur, en avant du nez ogival de son capotage qui forme la paroi intérieure du conduit du ventila-20 teur. L'établissement de cette zone est dô au fait que la section de passage du conduit 3 va en augmentant. La zone dé basse pression qui s'établit ainsi autour de la paroi intérieure du conduit du ventilateur crée une traînée interne, en marche à poussée inversée. 25 De plus, en partie du fait de l'accroissement de la sec tion de passage du conduit du ventilateur, et du fait aussi que la lèvre avant de la paroi extérieure de ce conduit est fortement arrondie sur ses angles, pour constituer une entrée d'air efficace, l'air refoulé par le ventilateur peut coller à cette 30 lèvre. Cet inconvénient prend une importance particulière lorsque l'avion est animé d'une vitesse appréciable du fait que, dès que le courant d'air qui sort du ventilateur s'est dévié de quelques degrés, et que sa vitesse comporte une composante perpendiculaire à l'axe du moteur, cet air s'écoule le long de la paroi exté-35 rieure du capotage du ventilateur en raison du mouvement de l'avion, et il s'ensuit une déviation encore plus importante de l'air refoulé, de aorte que, lorsque ce courant d'air dévié se détache de la paroi extérieure du conduit du, ventilateur, sa vitesse peut même avoir une composante dirigée^ vers 1^ arrière, ce j 71 41406 2115250 qui diminue d'autant la poussée inverse fournie par le ventilateur. Pour éviter ces inconvénients, la répartition des filets d'air, c'est-à-dire le profil de leur courbe de pression et ce-5 lui de leur courbe de vitesse dans le conduit du ventilateur doivent être modifiés de façon que soit déviée la fraction haute pression de cet air en direction de l'axe du moteur, en vae de combler la zone de traînée interne et d'éviter ainsi l'écoulement précité de l'air refoulé autour de la lèvre avant du 10 conduit du ventilateur. Divers procédés peuvent être utilisés pour modifier la répartition des filets d'air, ces procédés utilisant soit un soutirage d'air dans l'un des compresseurs du. moteur, soit des déflecteurs mécaniques, soit une combinaison de ces deux moyens. 15 la figure 2 illustre de façon plus détaillée un procédé dans lequel de l'air soutiré dans l'un des compresseurs du moteur est introduit dans le courant d'air refoulé par le ventilateur, cet air étant soutiré du compresseur sous la commande d'une valve non représentée, et circulant dans tin conduit axial 1? 20 ainsi que dans l'épaisseur du capotage extérieur 18 du ventilateur. l'air qui arrive par le conduit axial 17 est introduit par des orifices 20 dans le courant d'air qui s'écoule contre la paroi intérieure 9 du conduit du ventilateur, c'est-à-dire 25 contre la paroi ogivale du nez du moteur, et, par un orifice axial 21, il pénètre dans le courant d'air refoulé par le ventilateur et qui s'écoule à l'avant de l'axe de ce nez ogival. l'air qui circule dans le capotage extérieur 18 est introduit par une pluralité d'orifices 24 régulièrement espacés 30 en position angulaire dans le courant d'air refoulé par le ventilateur, et qui s'écoule contre la paroi intérieure 25 du capotage du ventilateur. l'effet de l'introduction de l'air de soutirage dans le conduit du ventilateur, à proximité de la paroi intérieure de 35 ce conduit, est d'augmenter la pression de l'air refoulé par le ventilateur dans cette région, et de repousser cet air refoulé vers l'axe du moteur, l'air ainsi repoussé venant combler la zone de basse pression qui constitue ladite traînée interne, en augmentant ainsi le rendement du ventilateur. 71 41406 6 2115250 Ii*effet de l'air de soutirage introduit par le capotage du ventilateur est de dévier dans une certaine mesure l'air refoulé par le ventilateur radialement et en direction du nez ogival du moteur dans lè conduit du ventilateur, d*où il ré— 5 suite que l'air ainsi dévié a tendance à s'écouler contre la surface du nez ogival du moteur, et à éviter que le courant d'air refoulé par le ventilateur se celle à la lèvre avant du conduit du ventilateur. Cet effet peut être fortement accentué par l'emploi de 10 dispositifs mécaniques, par exemple par l'emploi d'une couronne de volets, comme le représente la figure 3. Sans le mode de réalisation de cette figure 3, il est prévu une couronne de volets 30 disposés radialement sur la paroi intérieure du capotage extérieur 18, entre le ventilateur 15 et l'entrée d'air 8. Ces volets pivotent sur ce capotage par leur bord arrière, et il est prévu des mécanismes 31 qui permettent de déplacer ces volets entre une position de retrait à laquelle ils affleurent la surface intérieure du capotage extérieur, pour la marche en poussée propulsive, et une position 20 active pour laquelle ils s'étendent dans le courant d'air refoulé par le ventilateur, pour la marche en poussée inversée. La fonction de ces volets est de dévier le courant d'air refoulé par le ventilateur en direction de la paroi intérieure de son conduit, c'est-à-dire en direction de l'axe du moteur, 25 de façon que 1'air ainsi dévié s'attache à cette paroi intérieure et comble la zone de basse pression qui a tendance à s'établir à proximité de cette paroi. L'emploi, représenté sur la figure 3* de tels volets a pour résultat l'établissement d'une zone de stagnation 33 derrière 30 ceux-ci, cette zone pouvant être comblée par de l'air soutiré dans l'un des compresseurs du moteur, et introduit par des orifices appropriés. De plus, de l'air soutiré dans l'un des compresseurs du moteur peut être introduit par la surface du nez ogival du mo-35 teur, de la façon décrite précédemment avec référence à la figure 2, mais dans ce cas l'admission de l'air soutiré dans le courant d'air refoulé par le ventilateur doit être limitée à l'extrémité avant du nez ogival du moteur, c'est-à-dire dans la zene où l'air a la plus forte tendance à s'écarter de la surface 71 41406 7 2115250 extérieure de ce nez. Il a été observé qu'en cours d'opération, une admission d'air de soutirage dans le conduit du ventilateur, le long de la paroi extérieure de ce conduit, ne suffisait pas pour éviter 5 que ce courant d'air colle à la lèvre avant dudit conduit, et il y a lieu de prévoir d'autres orifices, soit sur cette lèvre elle-même, soit sur la surface extérieure de la paroi du conduit du ventilateur, de façon que l'air soutiré soit éjecté par ces orifices avec une vitesse ayant une composante dirigée vers 10 l'avant. Ceci a pour effet de dévier en direction de l'axe du moteur tout courant d'air qui aurait tendance à coller à la lèvre avant du conduit du ventilateur, et de faciliter ainsi le détachement sur la paroi intérieure du conduit du ventilateur, de l'air refoulé par celui-ci juste à l'arrière de la lèvre 15 avant de ce conduit. En marche à poussée inversée, le travail effectué par le ventilateur est moindre qu'en marche à poussée propulsive de sorte qu'à pleins gaz la turbine qui met en rotation le ventilateur a tendance à s'emballer, 20 II est donc nécessaire d*effectuer un soutirage sur le compresseur du générateur de gaz, en vue de réduire la masse des gaz chauds qui pénètrent dans la turbine qui entraîne le ventilateur. Par conséquent on dispose, en marche à poussée inversée du ventilateur, d'un soutirage d'air normalement effec-25 tué sur l'un des compresseurs du générateur de gaz, et ce soutirage peut être utilisé aux fins indiquées ci-dessus. Ce soutirage est réglé par une valve utilisée en marche à poussée inversée. Si nécessaire, d'autres valves peuvent être prévues pour 50 régler, dans le conduit du ventilateur, la pression de l'air soutiré et pour éviter que cet air soit introduit à une pression trop forte, ce qui affecterait défavorablement le refoulement de l'air par le"ventilateur dans son conduit. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux 35 modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 71 41406 8 2115250 beveudicmonb 1«- Moteur de propulsion par réaction à turbine à gaz, comprenant un générateur de gaz mettant en rotation un ventilateur Monté dans tin conduit, et dans lequel les ailettes de ce ' ventilateur peuvent être tournées autour de leur axe longitudi- 5 nal entre une position pour laquelle elles fournissent une poussée propulsive et une position pour laquelle elles fournissent une poussée inversée, ce Moteur étant caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs ois en action lorsque les ablettes du ventilateur sont à leur position de poussée inversée, et qui 10 dévient en direction de l'axe du moteur le courant d'air refoulé vers l'avant par le ventilateur. 20- Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs qui dévient en direction de l'axe du moteur le courant refoulé par le ventilateur com-15 prennentdes organes qui éjectent de l'air sous pression au travers de l'une au moins des parois du conduit du ventilateur. 3»- Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 2, caractérisé en ce que ledit air sous pression est introduit dans le conduit du ventilateur par des orifices prévus dans l'une au 20 moins des parois de ce conduit. ' 4.- Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs qui modifient la répartition des filets d'air dans le conduit du ventilateur comprennent des volets mobiles pivotant par leur bord arrière sur la sur- 25 face intérieure de la paroi extérieure dudit conduit, fermant partie de cette surface lorsque le ventilateur fonctionne en marche à poussée propulsive, mais qui pénètrent obliquement dans le courant d'air qui s'écoule dans ce conduit lorsque le ventilateur est en marche à poussée inversée, et qui dévient alors 30 ce courant d'air en direction de l'axe du moteur. 5.- Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 4, caractérisé en ce qu'il y est prévu des organes additionnels qui introduisent de l'air sous pression dans le conduit du ventila tetir par des orifices ménagés dans l'une, ou dans l'une et 35 l'autre, des parois du conduit du ventilateur.