Brevet FR2504983A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne les dispositifs de réchauffe (ou de postcombustion) pour moteurs à turbine à gaz Dans les moteurs à turbine à gaz destinés à des aéronefs con- çus pour voler à des vitesses très élevées ou supersoniques, S il est d'usage de prévoir des moyens d'augmenter sensiblement la poussée du moteur quand l'aéronef doit voler à ces vitesses élevées ou supersoniques Ce résultat est normalement obtenu en augmentant la poussée du moteur au moyen d'un dispositif de post-combustion Après le 0 passage des gaz de combustion de la turbine dans le canal d'é- jection, il subsiste une certaine poussée potentielle addition- nelle du fait que-la totalité de l'oxygène disponible n'a pas été consumée En augmentant ltarrivée de carburant dans le canal d'éjection et en prévoyant des organes d'allumage, cette poussée potentielle peut 4 tre rendue effective par consommation de l'oxygène restant Comme un tel système appelle un débit de carburant supplémentaire assez important, il n'est pas nor- maleinent utilisé en permanence mais seulement pendant des pé- riodes de temps assez brèves de façon à ne pas avoir à trans- porter des quantités considérables de carburant et/ou à ne pas limiter sensiblement le rayon d'action de l'aéronef Un dispositif de postcombustion caractéristique est constitué par une série de gouttières annulaires de section en U, dispo- sées à l'extrémité amont du canal d'éjection et un ensemble de collecteurs d'alimentation de carburant immédiatement en amont des gouttières Les gouttières servent à stabiliser les flammes engendrées dans le canal d'éjection lors de l'amorçage de la circulation de carburant et de l'allumage du mélange d'air et de carburant qui en résulte Mais avec ces gouttières la stabilisation des flammes peut poser des problèmes du fait que les flammes sont souvent é- teintes par des variations rapides de pression dans le canal d'éjection et du fait, également, qu'il importe que les parois 2 2504983 du canal d'éjection n'atteignent pas des températures excessi- ves entraînant leur déformation ou même leur fusion La présente invention a donc pour objet de réaliser un dispo- sitif de post-combustion pour moteur à turbine à gaz amélio- rant la stabilité des flammes et emp&chant les parois du canal d'éjection d'atteindre des températures excessives Le dispositif de post-combustion pour moteur à turbine à gaz selon l'invention comprend une pluralité de gouttières annu- laires disposées coaxialement, montées dans le canal d'éjec- tion, des appareils d'injection-de carburant dans le canal d'é- jection en amont des gouttières, les gouttières radialement les plus extérieures étant placées contre la paroi du canal d'é- Jection et ayant une section transversale es entiellement en ô, la paroi externe de la gouttière la plus extérieure s'étendant axialement dans le sens longitudinal du canal d'éjection sur une distance essentiellement plus grande que la paroi interne de ladite gouttière la plus extérieure La longueur axiale de la paroi externe de la gouttière la plus extérieure sera, de préférence, au moins le double de la lon- gueur de la paroi interne et pourra être plus du triple de cette longueur Une couronne de renforcement pourra être disposée contigument à une partie au moins de la paroi externe de la gouttière la plus extérieure et être appropriée à supporter cette paroi externe De préférence, la section transversale essentiellement en V de la gouttière la plus extérieure sera asymétrique, la paroi interne de la gouttière faisant avec l'axe du canal d'éjection un plus grand angle que la paroi externe En coupe, la paroi externe de la gouttière la plus extérieure pourra être rectiligne ou comporter une partie incurvée ou 3 2504983 coudée De préférence, la partie amont de la paroi externe fera un petit angle aigu avec l'axe du canal d'éjection tan- dis que sa partie aval sera essentiellement parallèle à cet axe a La gouttière la plus extérieure pourra être munie intérieure- ment d'un conduit d'alimentation de carburant pour débiter le carburant primaire, et la paroi amont de ladite gouttière sera percée d'orifices d'admission du mélange d'air et de carburant dans cette gouttière De préférence, la gouttière la plus extérieure sera placée en amont des autres gouttières L'invention concerne également un moteur à turbine à gaz équi- pé d'un dispositif de post-combustion tel que défini ci-dessus. Ltinvention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en partie écorchée d'un moteur à turbine à gaz équipé d'un dispositif de post-combustion selon l'invention; la figure 2 est une vue à plus grande échelle du système de gouttières du dispositif de post-combustion; la figure 3 est une vue transversale du dispositif de post- combustion vu dans le sens de la flèche 3 de la figure 2; et la figure 4 est une coupe axiale à plus grande échelle de la gouttière la plus extérieure du dispositif La figure 1 montre un moteur à turbine à gaz 10 comportant une entrée d'air 12, un compresseur 14, un appareillage de combus- tion 16, une turbine 18, et un canal d'éjection 20 à l'inté- rieur duquel est disposé un dispositif de post-combustion 24 et à l'extrémité aval duquel est disposée une tuyère à section variable 22 4 2504983 Le dispositif de post-combustion 24, représenté plus en détail aux figures 2 et 3, comprend essentiellement un conduit d'ali- mentation de carburant 26 alimentant une pluralité de collec- teurs annulaires coaxiaux 28 (dont deux seulement sont repré- sentés) en courant principal de carburant, et une pluralité de collecteurs annulaires coaxiaux en courant primaire de carbu- rant Le conduit d'alimentation 26 est approvisionné depuis un appareil de réglage de carburant de post-combustion (non représenté) et il est raccordé, à son extrémité inférieure, à un système d'évacuation de carburant (non représenté non plus) - Immédiatement en aval du conduit d'alimentation de carburant 26 est disposé un assemblage de gouttières annulaires coaxia- les, stabilisatrices de flammes, 32 L'exemple représenté com- porte quatre gouttières annulaires 34, 36, 38 et 40 raccordées ensemble par des gouttières radiales 41 (figure 3) pour l'a- morçage de l'allumage Chacune des gouttières 34, 36 et 38 a une section transversale essentiellement en U à parois latérales légèrement divergentes. Les gouttières 34 et 36 sont disposées de façon essentiellement concentrique, la gouttière 38 est légèrement en amont des gout- tieres 34 et 36, et la gouttière la plus extérieure 40 est dis- posée légèrement en amont de la gouttière 38 La gouttière 40 est pourvue d'une pluralité de conduits d'alimentation de car- burant primaires 29 disposés circonférentiellement dans la gouttière et à l'extrémité amont de la gouttière La gouttiè- re 40 comporte également une pluralité d'orifices ou de fentes 31 ménagés circonférentiellement dans sa paroi amont pour l'admission du mélange d'air et de carburant dans la gouttière. La figure 3 montre un conduit d'alimentation de carburant pri- maire 29 et plusieurs orifices 31 La gouttière 40 -ossède également une section transversale es- sentiellement en U avec parois divergentes, coini e les autres, mais sa paroi externe 42, c'est à dire celle la plus proche de la paroi 44 du canal d'éjection, s'étend sur plus de trois fois la longueur axiale de sa paroi interne 46 La longueur de la paroi externe 42 pourra n'être, au minimum, que de deux fois celle de la paroi interne 46 En outre, la partie amont de la paroi externe 42 est disposée de façon à faire, avec l'axe 48 du canal d'éjection, un angle aigu X Lorsque le dispositif fonctionne, les gouttières de forme nor- male 34, 36, 38 engendrent des tourbillons doubles à l'inté- rieur de leurs parois, mais l#kouttière 40 n'engendrera qu'un tourbillon unique du fait de la présence de la paroi prolongée 42 Ceci entra Ine l'augmentation du tourbillon qui aboutit à améliorer la stabilité fondamentale de la combustion tout en diminuart le risque d'extinction de la flamme lorsque la pres- sion varie dans le canal d'éjection Le collecteur principal d'alimentation de carburant le plus extérieur est disposé de façon à amener le carburant vers la paroi radialement interne de la gouttière 40 ce qui réduit le risque d'une projection de carburant sur la paroi 44 du canal d'éjection suivie d'une combustion de ce carburant à proximité de cette paroi et par conséquent d'une élévation excessive de la température La paroi externe prolongée 42 de la gouttière contribue également à empêcher le carburant d'atteindre la paroi 44 du canal d'éjection ainsi qu'à maintenir éloignée de ladite paroi la flamme sortant de la gouttière Le dispositif permet donc de maintenir la paroi 44 du canal d'éjection et la tuyère 22 relativement froides, circonstance très importante avec un canal d'éjection de faible longueur axiale et de faible diamètre extérieur 6 2504983 1 Dispositif de pont-combustion pour moteur à turbine à gaz comprenant une pluralité de gouttières annulaires disposées coaxialement, montées dans le canal d'éjection, des appa- reils d'injection de carburant dans le canal d'éjection en amont des gouttières, les gouttières radialement les plus extérieures étant placées contre la paroi du canal d'éjec- tion et ayant une section transversale essentiellement en U, caractérisé en ce que la paroi externe de la gouttière la plus extérieure s'étend axialement dans le sens longi- tudinal ctu canal d'éjection sur une distance exxentielle- ment plus grande que la paroi interne de ladite gouttière la plus extérieure 2 Dispositif de post-combustion selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la longueur axiale de la paroi ex- terne de la gouttière la plus extérieure est au moins le double de la longueur de sa paroi interne 3 Dispositif de post-combustion selon une quelconque dos Revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur axiale de la paroi externe de la gouttière la plus exté- rieure est plus du triple de la longueur de sa paroi in- terne 4 Dispositif de post-combustion selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une couronne de renforcement est disposée contigument à une partie au moins de la paroi externe de la gouttière la plus extérieu- re de façon à pouvoir supporter cette paroi externe Dispositif de postcombustion selon une quelconque des Re- vendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la section transversale essentiellement en U de la gouttière la plus extérieure est asymétrique 7 2504983 6 Dispositif de post-combustion selon la Revendication 5 caractérisé en ce que la paroi interne de la gouttière la plus extérieure fait un plus grand angle avec l'axe du canal d'éjection que sa paroi externe 7 Dispositif de post-combustion selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que la paroi externe de la gouttière la plus extérieure est rectiligne en section 8 Dispositif de post-combustion selon une quelconque des Re- vendicrations 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que la paroi externe de la gouttière la plus extérieure comporte, sur sa longueur, une partie incurvée ou coudée 9 Dispositif de post-combustion selon la Revendication 8, caractérisé en ce que la partie amont de la paroi externe de la gouttière la plus extérieure fait un petit angle aigu avec l'axe du canal d'éjection, tandis que sa partie aval est essentiellement parallèle à cet axe Dispositif de post-combustion selon une quelconque des Re- vendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que 1 + outtière la plus extérieure contient un conduit d'alimentation de carburant pour débiter le carburant pri- maire 11 Dispositif de post-combustion selon une quelconque des Re- vendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que la paroi amont de la gouttière la plus extérieure est percée d'orifices d'admission du mélange d'air et de carburant dans ladite gouttière 12 Dispositif de post-combustion selon une quelconque des Re- vendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracté- risé en ce que la gouttière la plus extérieure est placée en amont des autres gouttières