Brevet FR2389772A1 — publié le 19781201

Le secteur technique de l'invention est celui des moteurs à turbine0 Les moteurs à turbine, de conception simple à forte poussée spécifique, ont dt passer, en se compliquant, du domaine militaire primitif au domaine civil dans lequel la notion d'économie introduit des contraintes impérieuses. Il en est résulté notamment la conception des moteurs à double-flux, dans lesquels ie rendement est amélioréss notamment dans le domaine sub-sonique, pour les applications à l'aéronautique. Les obligations relatives au bruit de fonctionnement ont conduit à ltarret de la progression inconditionnelle vers la performance maximale, et à l'heure actuelle, des compromis sont exigés entre la complexité de fabrication, de fonctionnement et d'entretien, la sensibilité aux agents extérieurs, 1 téconomie et la satisfaction aux conditions phoniques imposées. Les solutions actuelles se tournent vers la propulsion par ventilateur entratné par machine à compresseur et turbine, avec des inconvénients de complexité mécanique et avec des pertes thermodynamiques sensibles sur le rendement et sur la masse, résultant principalement ensemble du respect de conditions écono miquesEphoniques imposées. Le cas de la propulsion adaptée aux vitesses supersoniques conduit à une autre solution, dans laquelle il est souhaité une élimination de ltobstruction constituée par un ventilateur, en vue de permettre au surplus de bénéficier directement de la haute compression dynamique naturelle. I1 est à souligner qutà l'heure actuelle, pour des raisons claires, il n'a jamais été tenté de réaliser aucun aérodyne pourvu de deux sortes de propulseurs, les uns utilisés aux vitesses subsoniques, les autres aux vitesses supersoniques. Les avions supersoniques sont en conséquence pourvus de propulseurs formant des compromis acceptables pour leur utilisation propre mais très dispendieux dans l'autre domaine, où il est postulé que seules des périodes de fonctionnement brèves doivent avoir lieu. La présente invention a précisement pour but de pallier de tels inconvénients. Elle concerne à cet effet un propulseur gardant les avantages de la turbine à gaz et ceux de la thermo-propulsion dans tous les domaines d'utilisation en conservant la simplicité technologique d'origine, tout en assurant une disposition plus compacte et active, améliorant les conditions de bruit et de sensibilité aux agents extérieurs. L'invention comprend une turbo-machine propulsive à double flux, caractérisée par le fait que le flux secondaire ou froid est intérieur au flux primaire ou chaux annulaire, externe. Cette turbo-machine peut aussi bien titre un propulseur, monté sur un mobile, qu'un impulseur de jet, monté à poste fixe. Tout système générateur thermique peut-être utilisé pour la production du flux primaire ou chaud. D'autres caractéristiques de l'invention vont apparattre dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé et qui fera bien comprendre comment ladite invention peut-8tre mise en pratique. La figure 1 montre en coupe schématique une telle-turbo machine. La figure 2 est une section du détail dtun support avant de rotor. La figure 3 est une section de détail d'un support arrière de rotor. tes figures 4 et 5 montrent, de façon partielle, en élévation et en profil, une variante à tuyères d'entratnement de rotor. La figure 6 est une coupe partielle indiquant sch*a- tiquement la disposition d'un entratnement indirect d'hélice. Comme on le voit sur la figure 1, un dispositif de propulsion à réaction selon l'invention comprend dans un corps extérieur I fixé à un aérodyne à mouvoir, dont une région forme à l'aide d'aubes internes 2 (dont une seule couronne est représentée en traits pleins) un stator de compresseur axial. Ce corps extérieur 1 est prolongé par une enveloppe 3 de chambre 4 de combustion annulaire ou autre élément de chauffage, et un stator de turbine 5 qui peut-être pourvu d'aubes internes (dans le cas de la figure 1, aucune aube de cette nature n' est représentée). A l'intérieur de ce corps 1 apparatt un élément rotatif creux 6 qui est extérieurement pourvu, en cette, de pales 7 mobiles de compresseur axial- en regard des aubes 2- alors qu'intérieurement à cet élément apparatt, largement ouvert à ses deux extrémités, un canal 8 de libre passage d'un noyau central de fluide secondaire. En aval de l'ouverture avant 9, peuvent apparattre des pales 10 de compression axiale. Une seule couron- ne en est représentée et plusieurs pourraient-ttre prévues. Un rev8tement anti-bruit 11 peut-8tre prévu sur paroi interne. Un profilage postérieur 12 de cet élément creux 6 permet de former une paroi intérieure d'enceinte de chambre de combustion 4 extérieure, puis un profil interne 13 de tuyère, pour ltéjection des gaz chauffés, tuyère pourvue de moyens capables d'assureur la rotation sur lui-mme, autour de son axe longitudinal, dudit élément creux 6. Cet effet peut résulter de la présence d'ajutages profilés 14 d'éjection desdits gaz. D'autres dispositions pourraient être adoptées, telles que prévision d'aubages et pales de turbine mono-ou multi-étages, ou prévision d'éjecteurs à chambres de chauffage 15 et tuyères de sortie 16 multiples qui apparaissent sur la variante montrée par les figures 4 et 5.Ces aJutages ou tuyères sont évidemment inclinés de l'angle de réaction voulu P sur la direction axiale, pour assurer l'effet de rotation. Il y a avantage à prévoir, en conjugaison et en liaison avec un compresseur tel que ci-dessus décrit, des paliers à fluide comprimé 17 et 18, soutenant en rotation l'élément 6 précité. Ceci peut-ttre réalisé en prévoyant du ceté amont, en t8te des aubes 2 en simple couronne ou couronnes multiples, des portées 2a, lla correspondantes (non représentées sur la figure 1, mais visible sur la figure 2), entre lesquelles le fluide comprimé est convenablement admis.Des portées analogues dtex- trémité postérieure d'élément rotatif Ó peuvent autre prévues à l'intérieur de la paroi formant ajutage 5 et à l'extérieur des ajutages 14, tel qu'indiqué par les références 17 et 18 sur cette figure 1 et sur la figure 3, où apparait l'inclinaison en convergence d'angle trs t )!axe de rotation des ajutages 14, en vue d'assurer un mélange du jet annulaire primaire avec le Jet central secondaire. Bien entendu, un orifice antérieur 19 est prévu pour l'enveloppe 1, auquel succède un divergent 20, en aval duquel peuvent se trouver des éléments de réglage 21 mobiles, par exemple en coulissement axial, déterminant les conditions d'admission du fluide entrant dans la veine annulaire du compresseur axial à aubes 2 et pales 7. De mimez derrière ltaJutage 5, des éléments réglables 22 et 23 permettent les uns, antérieurs, d'admettre du fluide extérieur dans la veine primaire éjectée, et les autres postérieurs, de moduler la configuration de la tuyère générale d'section ainsi constituée. On constate que le dispositif ainsi constitué fonctionne en créant, après combustion d'un carburant par la chambre de combustion 4 - ou- chau de l'air par tout autre moyen qu'une combustion - cet air ayant été comprimé au niveau des aubes a et des pales 7, une veine annulaire primaire, sortant de ltaju- tage 5 après passage par les tuyères14 ou 16, qui entoure un noyau interne de flux secondaire; ce flux secondaire est formé par le fluide qui traverse le canal 8 de ltélément rotatif.Cet entourage peut-ttre suivi, s'il le faut, d'un mélange plus ou moins poussé, notamment en fonction des inclinaisons X et t. On réalise ainsi un propulseur, si le dispositif est associé a un véhicule pour le mettre en mouvement, soit un impulseur de fluide, si ce dispositif est monté à poste fixe dans un milieu ambiant. Le mélange prévu peut résulter des mouvements héli cordiaux des flux et des détentes qu'ils subissent, ainsi que des insertions auxiliaires éventuelles au niveau des éléments 22 ci-dessus mentionnés. Il convient de noter que des brtleurs 24 ou agencements analogues, non représentés autrement que par voie schématique, peuvent autre prévus dans la veine parcourant l'-ntérieur de l'élé ment rotatif 6, ce qui confère à ce dernier une fonction analogue à celle d'un stato-réacteur, utilisable notamment aux vitesses supersoniques. I1 convient de remarquer que les pales 10 peuvent coopérer non seulement à la progression dans le canal 8 du fluide traversant mais aussi réagir sur celui-ci dans un sens tel qu'un équilibre soit assuré au mobile rotatif 6. De même, les paliers pneumatiques 2a, lla, 17 et 18 peuvent autre disposés autrement et mtme multipliés, leur alimentation étant faite, de préférence par tubulures de prise 25 ou 26 en provenance de l'espace où est situé le compresseur primaire à aubes 2 et pales 7.Des carénages externes profilent convenablement ltensemble. Des aubages ou pales autres que les éléments 23 peuvent titre disposés pour assurer toute variation de section, de profil de la tuyère de sortie des flux, voire m8me les déviations et réversions de jet. Il est possible aussi de prévoir sur cette tuyère une turbine réceptrice à pales 27 derrière un stator à aubes 28, turbine solidaire d'une hélice 29 propulsive, ou encore dgasso- cier une prise de mouvement autre à une telle turbine aussi bien qu'au mobile 6 formant rotor canal. On obtient donc un fonctionnement à cycle thermodynamique adapté contintment, comme turbo-trompe aux faibles vitesses et comme stato-réacteur aux hautes vitesses. La tuyère postérieure est naturellement divergente dans les deux cas, ce qui facilite le règlage de marche, la conduite de la machine et diminue la masse de cette dernière. Dans le cas avantageux où le rotor canal 6, 8 est en tratné par tuyères directes, comme visible sur les figures 4 et 5 notamment, il est facile avec cette construction d'utiliser une marche à haute température par combustion d'un mélange combustible et comburant en proportions proches de celles qui sont les proportions stoechiométrique ce qui est thermodynamiquement très favorable, surtout aux charges partielles et mtme avec une compression modérée. Le refroidissement des parties chaudes et plus facilement effectué par le flux secondaire interne. La disposition des jets, primaire externe et secondaire intérieur est plus favorable sur le plan phonique, étant en outre apparent que les revêtement Il anti-bruit peuvent titre disposés partout où besoin est, etmAeme combinés avec d'autres dispositions d'insonorisation. t'entratnement sans turbine pouvant titre réalisé cause évidemment la suppression du bruit correspondant. I1 est encore remarquable que le rotor canal forme une paroi (par sa surface externe) mobile d'un espace où une combustion peut-ttre réalisée, ce qui est favorable à la création de turbulences souhaitées. Enfin, à diamètre final égal, c'est-àdire à meStre souple égal, le moindre volume qui peut avoir 1t air primaire peut conduire à une construction d'architecture plus compacte mais à masse moindre. I1 va de soi enfin que, sans sortir du cadre de l'in vention, on peut apporter des modifications aux formes dexécu- tion qui viennent autre décrites. REVENDICATIONS 1.- Turbo-moteur à double flux, caractérisé par le fait que le flux primaire est un flux annulaire entourant un espace central de passage d'un flux secondaire, ledit flux primaire annulaire parcourant de son ctté un espace où sont situés des moyens d'élévation du potentiel énergique de ce flux primaire, et notamment un compresseur et un générateur thermique, ainsi que des moyens d'entratnement dudit compresseur. 2,- Turbo-moteur selon la revendication 1, caractérisé partit que l'espace de flux primaire est compris entre la paroi/d une enveloppe et la paroi mobile d'un rotor creux, largement aJouré, formant canal de passage du flux secondaire, parois fixes et mobiles encadrant un espace de compression et supportant aubes et pales correspondantes, un espace de réchauffage, notamment par combustion d'un carburant dans une chambre de combustion et un espace destiné à contenir des moyens d'entratnement, notamment turbine et soutenant alors à nouveau aubes et pales, ainsi qu'ajutages d'éjection, le tout entre un profilage d'entrée des deux flux et une tuyère d'éjection de sortie des flux considérés. 3.- Turbo-moteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le profilage d'entrée est pourvu de moyens variateurs de profil et section d'entrée, notamment du flux primaire annulaire. 4.- Turbo-moteur selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé par le fait que la tuyère de sortie comporte des moyens variateurs de profil et section de sortie et d'entrée éventuelle d'un fluide auxiliaire prélevé dans l'at- mosphère, ainsi que des moyens éventuels de prélèvement de puissance, de déviation, voire mtme de reversion de jet. 5.- Turbo-moteur selon ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans le canal de flux secondaire, des moyers de relèvement de potentiel energétique, notamment bradeurs. 6.- Turbo-moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le canal de flux secon daire est pourvu de moyens de pulsion dudit flux secondaire, notamment pales, concourrant en cas de besoin à l'équilibrage longitudinal du rotor correspondant. 7.- Turbo-moteur selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 6, caractérisé par le fait que la paroi externe du rotor-canal constitue une paroi de chambre de combustion; paroi mobile favorable à la création dans ladite chambre de turbulences souhaitables. 8.- Turbo-moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la tuyère de sortie comporte une turbine motrice. 9.- Turbo-moteur selon ltune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le rotor canal est attelé à une prise de puissance mécanique. 10.- Turbo-moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le rotor-canal est monté sur paliers à fluide comprimé.