Brevet FR2502696A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne un moteur à turbine à gaz présentant une immunité accrue aux dommages cau- sés par l'ingestion de corps étrangers Les moteurs à turbine à gaz sont très sensibles aux dommages causés par l'ingestion de corps étrangers Les corps habituellement ingérés par ces moteurs sont nombreux mais ceux qui causent le plus de dommages sont les objets durs, incassables, de petites dimen- sions Ces objets peuvent être des pierres, des grains de sable, ou même des écrous, boulons, rivets, joints, qui se sont détachés du moteur ou de la struc- ture environnante. Ces objets ont tendance à franchir les divers étages du compresseur du moteur o les dommages qu'ils causent vont en augmentant à mesure qu'ils rencontrent les aubes aval, de plus petites dimensions, du compresseur * Ces dommages peuvent àtre aggravée ai ces objets brisent des fragmente des aubes du compresseur car ces fragments peuvent, à leur tour, endommager les autres aubes de ce compresseur Ia présente invention a pour objet de réaliser un moteur à turbine à gaz présentant une immunité accrue aux dommages causés par l'ingestion d'objets étrangers durs et de petites dimensions Le moteur à turbine à gaz selon la présente invention comprend un compresseur dont le carter renferme une pluralité d'aubes, fixes et mobiles, profilées aéro- dynamiquement, une partie au moins de la paroi in- terne dudit carter étant revêtue d'une garniture com- portant une feuille continue en matière métallique, un support approprié à porter ladite feuille en matiè- re métallique et à la tenir éloignée de ladite paroi interne dudit carter, et une couche de matière 4lasto- mère liée à ladite feuille en matière métallique, la- dite couche de matière élastomère et ledit support é- tant placés sur des faces opposées de ladite feuille en matière métallique, ladite feuille en matière mé- tallique et ladite couche de matière élastomère liée à la première ayant ensemble une épaisseur leur per- mettant de ralentir et d'absorber tous les objets 4- trangers durs *t de petites dimensions ingérés par le moteur et venanlt les frapper, ledit support étant ap- proprié à capturer et à retenir tous objets étrangers durs et de petites dimensions pénétrant dans ladite feuille en matière métallique et dans ladite couche de matière élastomère De préférencea, ladite matière &laetomère contiendra une pluralité de particules finement divisées, dis- persées. Les dites particules finement diviséae pourront #tre des microsphères creuses de silice. Ledit support pourra Stre une structure en nid d'a- beille. Ladite structure en nid d'abeille sera, de préférence, métallique Ladite feuille en matière métallique pourra être faite d'un alliage d'aluminium. 3 2502696 Ladite matière élastomère pourra *tre un caoutchouc de silicone Ladite garniture pourra *tre placée dans ledit carter de façon à entourer au moins quelques-unes desdites aubes mobiles L'invention est décrite ci-après en détail en se ré- férant à un exemple préféré, non limitatif, de réa- lisation représenté sur les dessins annexés dans les- quels - la figure l est une vue de c8té, en partie écorchée, d'un turboréacteur équipé conformément à l'invention; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle, d'une partie du turboréacteur de la figure 1; et la figure 3 est une vue schématique, en coupe axiale, d'un appareil utilisé pour essayer le dispositif selon l'invention Le turboréacteur 10, représenté à la figure 1, com- prend, dans le sens d'écoulement des gaz, un compres- seur 11, un appareillage de combustion 12, une turbine 13 entraînée par le compresseur 11, et une tuyère d'é- chappement 14. Ce moteur 10 fonctionne de la façon habituelle, l'air pénétrant dans le compresseur étant comprimé par des couronnes d'aubes mobiles alternant avec des couronnes d'aubes de guidage, respectivement lia et 11b, toutes profilées aérodynarniquement, avant de pénétrer dans l'appareillage de combustion 12 o il se mélange au carburant qui est enflammé pour don- ner des gaz d'échappement qui entraîneront la turbine 13 avant de s'échapper dans l'atmosphère par la tuyère d'échappement 14. L'air pénétrant dans le compresseur 11 véhicule quel- quefois de petits objets étrangers durs tels que des pierres, des écrous, des boulons, etc., qui viennent en général frapper les premier ou second étages d'au- bes lia à l'intérieur du compresseur 11. Ils tendent ensuite à venir frapper la paroi interne 15 du carter 16 du compresseur et causent, en progressant, des dom- mages de plus en plus grands. Maie les parties de la paroi interne 15 dudit carter 16 qui entourent les aubes mobiles sont pourvues d'une garniture 17 apiro- priée à capturer et à retenir ces objets étrangers lorsqu'ils viennent la frapper, donc à les empêcher de causer de plus grande dommages au moteur La garniture 17, représentée plus en détail sur la figure 2, consiste en une feuille continue 18 en al- liage d'aluminium à une face de laquelle est liée une couche 19 de caoutchouc de silicone et à l'autre face de laquelle est fixée une structure en nid d'a- beille 20. Cette dernière constitue un support pour la feuille 18 et est fixée à la paroi interne 15 du carter 16 du compresseur en sorte que la feuille 18 et le carter 16 sont espacés l'un de l'autre. A l'intérieur de la couche en caoutchouc de silicone 19 sont disposées de nombreuses microsphères creuses de silice, bien qu'on puisse utiliser à leur place d'autres matières particulaires. Cette couche de caoutchouc de silicone (19) ainsi remplie assume deux fonctions. En premier lieu, étant contiguë aux poin- tes des aubes mobiles lia du compresseur, elle cons- titue une couche ou garniture érodable, c'est i; dire qu'au cours du fonctionnement du moteur ces pointes d'aubes provoquent une abrasion de la couche 19 jus- qu'à ce qu'apparaisse, entre ces pointes et cette cou- che, un faible jeu réduisant au minimum possible la fuite d'air se produisant entre les deux. Ces garni- tures érodables sont bien connues dans la construc- tion des compresseurs de moteurs à turbine à gaz La seconde fonction assumée par la couche 19 est de ralentir la vitesse de tous objets durs, de petites dimensions, pouvant venir la frapper mais cette cou- che 19 est d'une épaisseur telle que, bien qu'elle ralentisse la vitesse de l'objet étranger, elle n'en est pas moins pénétrée par lui en sorte que l'objet frappe ensuite la feuille métallique 18. L'épaisseur de cette dernière est pareillement fixée de façon que, bien qu'elle accentue la décélération de l'objet é- tranger, elle soit assez épaisse pour que ce dernier y pénètre. La couche de caoutchouc de silicone 19, emplie de microsphères, et la feuille d'alliage d'a- luminium 18 produisent donc, conjointement, la décé- lération des objets étrangers venant les frapper Après avoir traversé la couche 19 et la feuille 18, l'objet étranger rencontre la structure en nid d'a- beille en acier inoxydable 20 et la paroi du carter 16 du compresseur Au moment o l'objet étranger at- teint ce point, sa vitesse a suffisamment diminué pour assurer qu'il ne traversera pas le carter 16 Au contraire il se mettra à ricocher entre le carter 16 et la feuille 18 à mesure que sa vitesse sera de plus en plus ralentie par les parois des cellules de la structure en nid d'abeille 20 jusqu'à ce qu'il vienne s'immobiliser A l'intérieur de ce dernier La structure en nid d'abeille 20 capture donc et re- tient l'objet étranger et l'empêche ainsi de causer plus de dommages à l'intérieur du compresseur Il. L'aptitude de la garniture 17 à capturer et A retenir les objets étrangers a été testée à l'aide de l'appa- reil représenté Aà la figure 3 À Cet appareil 21 com- porte une fosse 22 contenant les deux prenmiers étages d'un compresseur classique de moteur à turbine à gas enfermés dans un carter 26. Plus spécifiquement,elle contient un premier et un second étages, respective- ment 23 et 24, d'aubes mobiles séparés par un étage d'aubes directrices fixes 25 Chacun des étages d'aubes mobiles 23 et 24 est *ntou- ré d'une garniture 27 dont la structure correspond A celle de la garniture 17 de la figure 2. Cette gar- niture 27 consiste en une feuille continue en alliage d'aluminium de 0, 254 mm d'épaisseur, une couohe de caoutchouc de silicone de 5,08 mm d'épaisseur dans laquelle sont dispersées des microsphères creuses en silice, et une structure en nid d'abeille en acier inoxydable de mailles carrées de 12,7 mm et de 12,7 mm de profondeur, fixée au carter 26. Le caoutchouc de silicone est celui distribué par la Société Dow Corn- ing Corporation sous la référence 93-118 À La fosse 22 est fermée par un couvercle29 et l'on y a fait le vide pour éliminer les effets de vent. Un canon à air comprimé 28, traversant le couvercle 29 de la fosse, projette, dans le premier étage 7 2502696 d'aubes mobiles 23, des projectiles constitués chacun par un lingot ou balle de 6,35 mm de diamètre, 7,62 mm de longueur et pesant 1,9 g. Au cours des essais, les étages d'aubes mobiles 23 et 24 sont entra nés en rotation à 7.000 tr/mn par une source motrice extérieure (non représentée). On lance des projectiles dans le premier étage d'aubes mobiles 23 en diverses positions radiales (par rapport à l'axe de rotation des étages mobiles 23 et 24) et à diverses vitesses. Les positions radiales réelles et les vi- tesses réelles des projectiles furent les suivantes Rayon Vitesse des Projectiles 228,6 mm 15,240 m/s - 45,72 m/e 304,8 mm 15,240 m/s ,72 m/s 406,4 mm 15,240 m/s ,72 m/s Cette gamme de conditions d'essai a été choisie de façon à représenter les conditions typiques dans les- quelles se produit l'ingestion d'objets étrangers par des moteurs à turbine à gaz équipant des aéronefs. Des deux vitesses de projectiles choisies, celle de ,240 m/s correspond à celle des fragments provenant d'une piste d'aérodrome, captés pendant la manoeuvre au sol ou l'atterrissage, tandis que celle de 45,72 m/s correspond à la vitesse des fragments captés pen- dant le décollage. Au total, 26 projectiles ont été lancés dans l'étage d'aubes mobiles 23, 13 en ont ricoché vers le haut et n'ont pas été ingérés.. Des 13 autres projectiles ingérés, 9 ont été capturés et retenus par la garni- ture 26 entourant le premier étage d'aubes mobiles 25, 2 ont été capturés et retenus par la garniture 26 en- tourant le second étage d'aubes mobiles 24, un a fran- chi les deux étages 23 et 24 et a été retrouvé au fond de la fosse 22, et un n'a pas été retrouvé. Donc, en termes de rendement global, 50;9 des projec- tiles n'ont pas été ingérée, 85 % n'ont pas franchi le premier étage d'aubes mobiles 23, et 92 ? n'ont ras franchi le second étage d'aubes mobiles 24. Inverse- ment, si l'on ne tient compte que des projectiles ingérés, 69 % d'entre eux n'ont pas franchi le premier étage d'aubes mobiles 23 et 85 % d'entre eux n'ont pas franchi le second étage d'aubes mobiles 24, On comprendra que, bien que la présente invention ait été décrite en se basant sur une garniture 17 n'entou- rant que les étages d'aubes mobiles, elle pourrait en fait être disposée en d'autres pointe o elle pourrait capturer et retenir des objets étrangers durs et de petites dimensions. En outre, bien que la couche de caoutchouc de silicone chargée de microsphères 19 puisse servir de couche érodable, ceci peut ne pas Otre souhaitable dans certaines circonstances et, dans ce cas, une seconde feuille en alliage d'aluminium semblable à la feuille 18 pourra être placée sur la couche de caoutchouc de silicone chargée 19 en vue d'accentuer la decélération des objets étrangers. REVENDICATIONS 1. Moteur à turbine à gaz comprenant un compresseur dont le carter renferme une pluralité d'aubes, fixes et mobiles, profilées aérodynamiquement, une partie au moins de la paroi interne dudit car- ter étant revêtue d'une garniture, caractérisé en ce que ladite garniture (17) comporte une feuille continue en matière métallique (18), un support (20) approprié à porter ladite feuille en matière métallique (18) et à la tenir éloignée de ladite paroi interne (15) dudit carter (16), et une cou- che de matière élastomère (19) liée à ladite feuille en matière métallique (18), ladite couche de matière élastomère (19) et ledit support (20) étant placés sur des faces opposées de ladite feuille en matière métallique (18), ladite feuille en matière métallique (18) et ladite couche de ma- tière élastomère (19) liée à ladite feuille ayant ensemble une épaisseur leur permettant de ralentir et de laisser pénétrer en elles tous les objets étrangers durs et de petites dimensions ingérés par ledit moteur (10) et venant les frapper, ledit support (20) étant approprié à capturer et à rete- nir tous objets étrangers durs et de petites di- mensions pénétrant dans ladite feuille en matière métallique (18) et dans ladite couche de matière élastomère (19) 2. Moteur à turbine à gaz selon la Revendicoation 1, caractérisé en ce que ladite matière élastomère (19) contient une pluralité de particules finement divisées, dispersées 3. Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 2, caractérisé en ce que lesdites particules finement diviséeo sont des microsphères creuses en verre 4. Moteur à turbine à gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit support (20) est une structure en nid d'a- beille 5. Moteur à turbine à gaz selon la Revendication 4, caractérisé en ce que ladite etruoture en nid d'a- beille (20) est métallique À 6. Moteur A turbine à gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, oaractérisé en ce que ladite feuille en martière métallique (18) est faite d'un alliage d'aluminium. 7. Moteur à turbine A gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractériosé en ce que ladite matière élastomère (19) est un ca- outchouc de silicone 8. Moteur à turbine à gaz selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite garniture (17) est placée dans ledit carter (16) de façon à entourer au moins quelques unes desdites aubes mobiles (11a)