Brevet FR2468751A1 — publié le 19810508

La présente invention concerne des turbines à gaz et, en particulier, des mélangeurs et/ou des inverseurs à circulation forcée à plusieurs lobes. Un mélangeur spécifique à lobes utilisé dans la section d'échappement d'un moteur à réaction à double flux est décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique 4.149.375 accordé le 17 avril 1979 aux noms de T.A. Wynosky, R.A. Streib et C.A. Campbell, ce brevet étant men- tionné ici -à titre de référence. La présente invention a pour objet d'améliorer le rendement du mélangeur et, par- tant, celui du moteur en redirigeant l'écoulement dans le mélangeur moyennant l'incorporation d'un carénage appro- prié aux emplacements distincts des lobes. On a constaté qu'en prévoyant des carénages ap- propriés à des emplacements distincts du mélangeur ou de l'inverseur, on pouvait réduire la perte de charge totale de l'écoulement à travers le mélangeur. Des essais réels effectués sur maquettes et sur moteurs conformément à la présente invention ont révélé un accroissement du rendement à la poussée. Dans le cadre de la présente invention, on envisage d'utiliser les carénages pour régler la distribu- tion superficielle des parcours d'écoulement dans le venti- lateur ou la partie centrale du moteur à l'entrée des lobes du mélangeur. Un objet de la présente invention est de fournir- un mélangeur ou un inverseur perfectionné à lobes pour un moteur à réaction à double flux. Selon une caractéristique de la présente inven- tion, on prévoit un carénage à l'entrée du lobe en vue de régler le parcours d'écoulement dans la zone située à l'en- trée des lobes du mélangeur qui définissent des conduits pour les écoulements à travers le ventilateur et la partie centrale du moteur. D'autres caractéristiques et avantages apparaî- tront à la lecture de la description et des revendications ci-après, en se référant aux dessins annexés qui illustrent une forme de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un mé- langeur à lobes de la technique antérieure; la figure 2 est une vue en perspective semblable à la figure 1, mais illustrant le mélangeur perfectionné de la présente invention; et la figure 3 est une vue schématique du mélangeur de l'invention, monté dans la section d'échappement d'un moteur à réaction à double flux. La figure 1 illustre un exemple de mélangeur de la technique antérieure dont on peut trouver une des- cription détaillée dans le brevet des Etats-Unis d'Améri- que précité 4.149.375 mentionné ici à titre de référence. Il suffit de mentionner que ce mélangeur est un corps d'- une seule pièce généralement cylindrique 10 fabriqué en t8- le métallique et dans lequel les lobes 12 ayant la confi- guration générale illustrée sont réalisés par estampage. Dans ce cas, les parois latérales entre les lobes sont échancrées, mais il ne s'agit pas là d'une limitation à l'application de la présente invention. De plus, comme le comprendra l'homme de métier, l'invention est tout aus- si applicable à des inverseurs. Il suffit de mentionner que, lors de l'estampage des lobes, le corps cylindrique 10 présente une dépres- SiOn à la jonction d'entrée 14 des lobes o ceux-ci com- mencent à s'étendre radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur. Pour les besoins de la description, les lo- bes s'étendant radialement vers l'extérieur seront appelés ci-après "couronnes 16", tandis que les lobes s'étendant radialement vers l'intérieur seront appelés "creux 18". Comme on peut le constater, dans le mélangeur de la technique antérieure, l'extrémité avant ou extrémité d'entrée de la couronne 16 s'étend radialement sur une im- portante distance à partir du fond de la dépression 14. En présence de cet obstacle, l'écoulement d'air de ventilateur a tendance à pénétrer dans l'entrée des creux adjacents comme indiqué par les flèches. Suite à cette tendance, l'écoulement de la couche limite est diri- gé dans les creux et cette couche limite devient relative- ment épaisse dans cette zone en y entravant ainsi l'écou- lement. Ce phénomène se traduit par une perte de charge et par une perte d'efficacité des mélanges avec, pour con- séquence, une altération du rendement du moteur. Suivant la présente invention, des carénages 20 sont ajoutés à la partie d'entrée de la couronne afin de rediriger l'écoulement de la couche limite pénétrant dans le mélangeur. C'est ainsi que, comme le montre la figu- re 2, le carénage 20 s'étend à partir de la partie avant 22 du corps cylindrique et passe par-dessus la dépression 14 pour aboutir à proximité de l'extrémité avant de la couronne 16. On obtient ainsi une transition uniforme pour l'écoulement d'entrée qui ne vient plus heurter l'ob- stacle que constitue la couronne en -saillie comme c'était le cas dans le mélangeur de la technique antérieure. On peut observer cette transition en figure 2 dans laquelle les flèches représentent le parcours d'écoulement à l'en- trée du mélangeur. Grâce à cet important écoulement di- rect, on évite l'écoulement de la couche limite dans le creux 18 des lobes du mélangeur et, par conséquent, une réduction de la partie de cet écoulement à travers le mé- langeur, empêchant ainsi l'accumulation excessive de la couche limite à l'entrée. En conséquence, l'épaisseur ré- duite de la couche limite dans les creux des lobes a ten- dance à réduire la séparation d'écoulement, assurant ainsi un écoulement plus uniforme à la sortie du mélangeur. Le carénage 20 sert également à définir un par- cours d'écoulement généralement direct pour l'air de ven- tilateur à l'entrée du lobe comme indiqué par le passage ménagé entre le mélangeur et le carter 32 du moteur. En absence de ce carénage 20, la dépression 14 et le car- ter du moteur forment un diffuseur, créant ainsi un effet de diffusion qui altère le rendement du mélangeur. Le pas- sage d'écoulement direct améliore la distribution superfi- cielle de l'air de ventilateur et, partant, le rendement du mélangeur. Le carénage peut être avantageusement fixé en place sur le mélangeur à lobes par soudage ou boulonnage par le dessous, ou encore par n'importe quel autre moyen de fixation mécanique. Il est entendu que l'invention n'est aucunement limitée aux formes de réalisation particulières illustrées et décrites dans la présente spécification, mais que di- verses modifications peuvent y être apportées sans se dé- partir de l'esprit et du cadre de son nouveau concept tels qu'ils sont définis par les revendications ci-après. REVENDICATlONS 1. Mélangeur à plusieurs lobes pour moteur à réaction à double flux, caractérisé en ce qu'il est réa- lisé à partir d'un seul organe généralement cylindrique comportant, à son extrémité arrière, des lobes espacés circonférentiellement et s'étendant de manière alternée radialement vers l'intérieur et radialement vers l'exté- rieur en formant des conduits pour diriger les écoulements pour le ventilateur et le moteur en une relation de mélan- ge mutuel, une dépression annulaire formée entre les ex- trémités de cet organe cylindrique à proximité de l'en- trée d'écoulement de ces lobes, ainsi qu'un carénage for- mé sur le lobe s'étendant radialement vers l'extérieur, ce carénage comblant la dépression et couvrant toute la largeur du lobe associé, de telle sorte qu'une partie de l'écoulement provenant du ventilateur soit dirigée prati- quement directement sur la surface supérieure des lobes s'étendant radialement vers l'extérieur. 2. Mélangeur à plusieurs lobes suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que le carénage est fixé mé- caniquement à l'organe cylindrique. 3. Mélangeur à lobes comprenant un organe creux de forme généralement cylindrique monté concentriquement dans un collecteur d'échappement d'une turbine à gaz en en étant espacé pour définir un passage annulaire, caractéri- sé en ce qu'il comporte plusieurs lobes espacés circonfé- rentiellement et s'étendant de manière alternée radiale- ment vers l'intérieur et vers l'extérieur sur l'extrémité de cet organe creux, ainsi qu'un carénage s'étendant de l'extrémité avant de l'organe creux jusqu'au lobe s'éten- dant radialement vers l'extérieur, en couvrant toute la largeur de ce dernier et en définissant, avec le collec- teur d'échappement, un passage d'écoulement pratiquement direct. UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION