Brevet FR2482199A1 — publié le 19811113

La présente invention concerne une tuyère pour les turbomoteurs à double flux, notamment ceux de la classe destinée à motoriser les aéronefs bimoteurs, dits "bimoteurs d'affaires". On sait que, dans les turbomoteurs de cette classe, le flux chaud présente un débit rEaxi"al de l'ordre de 14 à 15 kg d'air par seconde,avec une pression totale de l'ordre de 1,6 à 1,7 atmosphère et une tempérautre de 500 à 5500C, alors que le flux froid présente un débit maximal de l'ordre de 37 à 39 kg d'air par seconde, avec une pression totale de l'ordre de l'ordre de 1,4 à 1,5 atmosphère et une température de 50 à 709C, lorsque lesdits moteurs sont fixes et disposés au niveau de la mer, la température ambiante étant de 15 0C. Des turbomoteurs bien connus de cette classe sont ceux des types GARRETT TFE 731-2 et 731-3. Sur les recommandations de leur constructeur, ces turbomoteurs ont été équipés de tuyères à séparation de flux, c'est-à-dire dans lesquelles la tuyère du flux chaud central fait saillie vers l'extérieur au-delà de la tuyère du flux froid périphérique. Une telle structure de tuyère est désavantageuse au point de vue du poids (puisqu'elle oblige à prolonger exagérèment la tuyère du flux chaud) . De plus, elle est source de nombreuses difficultés, lorsque l'on désire monter sur la nacelle du turbomoteur un inverseur de poussée. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé de remplacer la tuyère à séparation de flux par une tuyère à flux confluents (tuyère souvent désignée par "tuyère compound") c'est-à-dire dans laquelle la tuyère du flux chaud central est plus courte que celle du flux froid. Cependant, tous les essais effectués jusqu'à présent avec une tuyère à flux confluents ont montré que celle-ci influençait de façon défavorable les nerformances desdits turbomoteurs,au moins dans une partie du doaiine de vol,par exemple au décollage lorsque la tuyère est optimisée pour la croisière à haute altitude. La Demanderesse a trouvé que, à condition de satisfaire à certaines exigences, il était possible d'équiper les turbomoteurs mentionnés ci-dessus de tuyères à flux confluents, non seulement sans influer défavorablement sur les performances desdits turbomoteurs , mais encore en améliorant ces performances dans l'ensemble du daine de vol A cette fin, selon l'invention, l'agencement de tuyère à flux confluents pour turbomoteur à double flux, dans lequel le flux chaud présente un débit maximal de l'ordre de 14 à 15 kg d'air par seconde,avec une pression totale de sortie de l'ordre de 1,6 et 1,7 atmosphère et une tenq-ature de sortie de 500 à 5500C , alors que le flux froid présente un débit maximal de l'ordre de 37 à 39 kg d'air par seconde, avec une pression totale de sortie de l'ordre de 1,4 à 1,5 atmos phère et une température de sortie de 50 à 700C,lorsque ledit turbomoteur est fixe et disposé au niveau de la mer, la température ambiante étant de 150C , est remarquable en ce que l'aire de l'orifice de sortie extrême de la 2 tuyère est comprise entre 1850 et 2000 cm , alors que l'aire de l'orifice de sortie du flux chaud central est 2 comprise entre 700 et 775 cm et que l'aire de l'orifice annulaire du flux froid, au droit de l'orifice de sortie du flux chaud central, est comprise entre 1650 et 2 1850 cm De préférence, l'aire de l'orifice de sortie extrême de la tuyère périphérique est supérieure à 1900 cm2, alors que l'aire de l'orifice de sortie de la tuyère est 2 supérieure à 740 cm et que l'aire annulaire de la tuyère périphérique, au droit de l'orifice de sortie de la tuyère centrale, est au moins égal à 1700 cm2. Par ailleurs, on a remarqué qu'il était avantageux que la distance entre l'orifice de sortie du flux chaud et l'orifice de sortie extreme de la tuyère mesurée parallèlement à l'axe du turbomoteur, soit comprise entre 20 et 50 cm. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre, en coupe schématique axiale, l'agencement de tuyère selon l'invention. La figure 2 est un diagramme comparatif donnant la consommation spécifique en fonction-de la poussée nette corrigée pour un moteur GARETT TFE 731-2 équipé de plusieurs agencements de tuyère différents. L'agencement de tuyère 1 selon l'invention, -montré par la figure 1, est du type à flux confluents. I1 comporte une tuyère centrale 2, entourée et prolongée par une tuyère périphérique 3. Cet agencement de tuyère est destiné à un turbomoteur à double flux (non représenté) dont le flux chaud, illustré par les flèches 4, sort de la tuyère centrale 2. Le turbomoteur est enfermé dans une enveloppe 5 se raccordant à la tuyère centrale 2, et, entre cette enveloppe 5 et la tuyère 3, est forme le canal de fan (ou canal de dérivation) 6, dans lequel circule le flux froid, illustré par les flèches 7. L'orifice de sortie 8 de la tuyère centrale 2 est en retrait d'une distance L par rapport à l'orifice de sortie extrême 9 de la tuyère 3, de sorte qu'entre les deux orifices se trouve formée une chambre de mélange 10. L'agencement de tuyère 1 de la figure 1 est destiné à un turbomoteur à double flux, tels que ceux connus commercialement sous les noms GAR-RETT TFE 731-2 et 731-3 et, à cet effet, l'aire de l'orifice de sortie extrême 9 de l'agencement 1 est comprise entre 1850 et 2000 cm2, alors que l'aire de l'orifice de sortie 8 de la tuyère centrale 2 est comprise entre 700 et 775 cm2 et que l'aire de la zone annulaire 11 de la tuyère périphérique 3, dans le plan de l'orifice de sortie 8 de la tuyère centrale 2, est comprise entre 1650 et 1850 cm2. La distance L séparant les orifices 8 et 9,mesurée parallèlement à l'axe X-X de l'agencement de la tuyère 1, est comprise entre 20 et 50 cm. Par ailleurs, de façon à limiter les variations de débits de la tuyère centrale 2 en fonction des vàriations du rapport de pression de flux chaud par rapport à l'ambiance, il est avantageux que, du côté de l'orifice de sortie 8, la tuyère centrale 2 comporte une partie cylindrique ou pratiquement cylindrique 12 raccordée à la partie conique 13 par une partie de raccordement arrondie 14. La figure 2 illustre le résultat d'essais mesurant la variation de la consommation spécifique C (en kg de carburant par kg de poussée et par heure) d'un moteur GARRETT TFE 731-2 en fonction de la poussée nette corrigée PNc(en daN) , c'est-à-dire de la poussée du moteur stationnaire corrigée en fonction de la densité de l'air ambiant, ce moteur étant équipé successivement de quatre agencements de tuyères différents. Dans le premier cas (courbe L) , le moteur est équipé d'un agencement de tuyère à séparation de flux, c'està-dire dans lequel la tuyère centrale fait saillie à l'extérieur de l'orifice de la tuyère enveloppante. Dans les trois autres essais (courbes M, N et O), le moteur est équipé d'un agencement de tuyère selon 1'invention, ces agencements présentant les particularités suivantes Aire de Aire de la zone Aire de l'orifice 8 annulaire 11 en l'orifice 9 2 2 2 en cm en cm en cm Essai correspondant à la courbe M 710 1763 Essai correspcndant à la courbe N 710 1763 1926 Essai correspondant la courbe O 748 1722 1926 . La figure 2 montre que les résultats de l'essai M sont meilleurs que ceux de l'essai L, que ceux de l'essai N sont meilleurs que ceux de l'essai M et enfin que ceux de l'essai O sont meilleurs que ceux de blessai N, puisque pour une poussée donnée, la consommation spécifique décroît d'un ces essais au suivant. Les essais de la figure 2 montrent donc que le rendement du turbcooteur est amélioré par 1 'agen- cement de tuyère selon l'invention. Si l'on compare, pour une poussée de 1270 daN,la tuyère classique du moteur (courbe L) à la tuyère selon l'invention de la courbe O, on s'aperçoit que la consommation spécique passe de 0,476 à 0,462 , soit donc une amélioration de rendement de l'ordre de 3 %. Cette amélioration mesurée dans les conditions de décol lage a été confirmée lors d'essais en vol exécutés à haute altitude et à grande vitesse. Par ailleurs, les portions de courbe I indiquent les isothermes qui s'appliquent au moteur et qui correspondent à des températures croissantes de la gauche vers la droite de la figure 2. On voit donc que, à cause de l'inclinaison de ces isothermes, l'amélioration du rendement selon l'invention s'accompagne d'une baisse de la température du flux chaud du moteur, de sorte que la durée de vie de celui-ci en est augmentée. En effet, pour une valeur donnée PO de la poussée nette corrigée PNC' l'invention fait passer par exemple le point de fonctionnement de la position A, à l'intersection des courbes L et IA, à la position B, à l'intersection des courbes O et IB, l'isotherme 1B correspondant à une température inférieure à celle associée à l'isotherme lA REVENDICATIONS 1.- Agencement de tuyère comportant -une tuyère centrale entourée et prolongée par une tuyère périphérique et destiné à un turbomoteur à double flux, dont le flux chaud sortant de la tuyère centrale présente un débit maximal de l'ordre de 14 à 15 kg d'air par seconde, avec une pression totale de sortie de l'ordre de 1,-6 à 1,7 atmos phère et une température de sortie de 500 à 5500C,et dont le flux froid passant par la tuyère périphérique présente un débit maximal de l'ordre de 37 à 39 kg d'air par seconde, avec une pression totale de sortie de l'ordre de 1,4 à 1,5 atmosphère et une température de sortie de 50 à 700C,lorsque ledit turbomoteur est fixe et disposé au niveau de la mer, la température ambiante étant de 150C , est caractérisé en ce que l'aire de l'orifice de sortie extrême de la tuyère périphérique est comprise entre 2 1850 et 2000 cm , alors que l'aire de l'orifice de sortie de la tuyère centrale est comprise entre 700 et 775 cm2 et que l'aire annulaire de la tuyère périphérique, au droit de l'orifice de sortie de la tuyère centrale, est comprise entre 1650 et 1850 cm2. 2.- Agencement de tuyère selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire de l'orifice de sortie extrême de la tuyère périphérique est supérieure à 1900 cm2, alors que l'aire de l'orifice de sortie de 2 la tuyère centrale est supérieure à 740 cm et que l'aire annulaire de la tuyère périphérique, au droit de l'orifice de sortie de la tuyère centrale, est 2 au moins égal à 1700 cm 3.- Agencement de tuyère selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance entre l'orifice de sortie de la tuyère centrale et l'orifice de sortie extrême de la tuyère périphérique, mesurée parallèlement à l'axe du turbomoteur , est comprise entre 20 et 50 cm. 4.- Agencement de tuyère selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la tuyère centrale présente une forme générale conique convergeant vers son orifice de sortie, caractérisé en ce que, du côté de son orifice de sortie ladite tuyère centrale comporte une partie cylindrique ou pratiquement cylindrique raccordée au reste de ladite tuyère conique par une partie de raccordement arrondie.