Brevet FR2521639A1 — publié le 19830819

MOTEUR DE PROPULSION D' -JION A HELICE DE HAUTE PERFORMIANCE La présente invention se rapporte à une hélice de hafte performance ou "propfan" entraînée par une turbine à gaz,,o la turbine à gaz comprend un gazogène et une certaine forme de turbine de puissance pour entraîner l'hélice au moyen d'un réducteur, et l'hélice est montée en aval de la turbine à gaz. Le terme npropfan" peut être défini comme une forme d'hélice à haute performance ayant un certain nombre de pales, typiquement environ 8 à 10, chaque pale étant mince et ayant un degré élevé de courbure Cet agencement retarde la formation d'une onde de choc et permet aux pales de fonction- ner O de fortes charges de puissance Un avion entraîné par un moteur à "propfan" peut fonctionner à environ MACH 0,8 contrairement à un turbopropulseur conventionnel qui limite la vitesse de vol à environ MACH 0,6 parce que les vitesses du bout de l'hélice ne doivent pas dépasser la vitesse du son, autrement l'efficacité de propulsion baisse rapidement et les niveaux de bruit augmentent De même, en comparaison à un moteur à ventilateur auxiliaire, un moteur à propfan" consommera jusqu'à 20 % moins de carburant. Des propositions ont été faites pour divers agence- ments de "propfan" et d'un gazogène o une hélice en amont est entrainée au moyen d'une boîte de vitesse, par un arbre qui s'étend du gazogène De tels agencements nécessitent une admission du moteur en aval de l'hélice et ces admissions doivent,être soit annulaire ou bien du type en menton Les deux types d'admission créent des pénalités aérodynamiques et des conditions correctes à l'entrée du moteur sont difficiles à obtenir En particulier, quand le moteur doit produire une poussée inverse, le pas des pales de l'hélice s'inverse, et les bases des pales peuvent efficacement bloquer l'admission du moteur à moins que des mesures spéciales ne soient prises pour éviter cette condition. La présente invention permet d'éviter ces problèmes en localisant l'hélice ou "propfan" en aval de la turbine à gaz d'entraînement, pour permettre à la turbine à gaz d'avoir une 2 2521639 admission normale De même, le moteur à "propfan" monté à l'arrière permet au moteur d'être placé à l'arrière de l'avion, donc le bruit latéral de l'hélice ou "propfan" ne fait pas impact sur le fuselage de l'avion ou bien uniquement sur la partie de celui-ci ne contenant pas de cabine de pas- sagersa Un moteur de propulsion d'avion comprenant un gazogèe ne, un moyen formant turbine pouvant être entraîné par le gazogène avait au moins une hélice ou 'propfan" pouvant être entrainé par le moyen formant turbine au moyen d'un réduc- teur, l'hélice ou wpropfanu étant monté pour une rotation coaxialement avec le moteur et le moyen formant turbine, et en aval du moyen formant turbine, le gazogène et le moyen formant turbine ayant une gaine d'échappement qui comprend un certain nombre de chutes adjacentes, et à travers une sur deux d'entre elles s'écoulent les gaz d'échappement et dans les autres s'écoule l'air ambiant, l'hélice a une structure de moyeu rotatif oë sont prévus des passages axiaux entre des pales adjacentes de l'hélice, les écoulements alternés des gaz d'échappement du gazogène et du moyen formant turbine et de l'air ambiant étant agencés pour traverser les passages axiaux vers l'atmosphères. Le moyen formant turbine peut comprendre un surpres- seur placé en amont du gazogène couplé à une turbine en aval du gazogène ou bien une turbine autonome. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, donné à titre in- dicatif mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 montre une demi-vue en élévation latérale, sous forme partiellement schématique, d'un type de moteur à propulsion par "propfan" selon la présente invention; et La figure 2 est un ensemble de coupes faites suivant les lignes AA, BB et CC de la figure 1. Sur les figures, un moteur à propulsion par "propfan" comprend un gazogène 12, dont les détails ne sont pas représentés, mais qui comprendra typiquement un compresseur, 2 2521639 un dispositif de combustion recevant de l'air comprimé du compresseur et du carburant, et une turbine entraînant le compresseur, entraînée par les gaz à haute vitesse et haute température du dispositif de combustion Dans l'agencement illustré, les gaz à l'échappement du gazogène 12 entraînent une turbine 14 à trois étages qui, à son tour, entraîne un surpresseur 16 à deux étages qui est placé en amont du compresseur du gazogène, le surpresseur recevant son air d'entrée par une admission conventionnelle 18 La turbine 14 fonctionne comme une turbine de puissance et entraîne une hélice ou "propfan" à plusieurs pales 20 au moyen d'un arbre 22, qui a un accouplement pouvant être déconnecté (non représenté), et un réducteur 24. L'échappement de la turbine 14 s'écoule dans une gaine 26 qui se termine par un certain nombre de chutes équi- distantes 28, 30 qui sont formées par une succession de plis périphériques à l'extrémité de la gaine 26, comme on peut le voir par la coupe AA de la figure 2 Les chutes 28 contien- nent les gaz d'échappement de la turbine et sont fermées par la paroi interne de la gaine 26, tandis que les chutes 30 sont ouvertes pour recevoir un écoulement d'air ambiant. Ainsi, les écoulements alternés des gaz d'échappement de la turbine et d'air ambiant quittent la gaine 26 et s'écoulent vers une structure de moyeu annulaire rotatif 32 qui contient les bases 33 des pales de l'hélice. La structure annulaire 32 comprend une structure interne 34 en forme de bague ou d'anneau qui est entraînée par la sortie du réducteur 24, et o sont attachés des monta- ges 36 des pales dans lesquels les pales de l'hélice peuvent être entraînées en rotation dans des paliers 38, 40 par un mécanisme 42 pour faire varier le pas des pales Une gaine axiale 44 est formée entre chaque montage 36 et elle est définie par une paroi externe 46 et une paroi interne 48, et un évasement 50 est prévu en amont de chaque montage qui se fond avec les parois latérales de gaines adjacentes 44 Les gaines 44 peuvent avoir des sorties distinctes, ou bien les parois latérales de gaines adjacentes peuvent se confondre en aval de chaque montage pour former une sortie annulaire. 2 2521639 Les écoulements alternés des gaz à l'échappement de la turbine et de l'air ambiant s'échappent ainsi du moteur vers l'atmosphère par les gaines axiales 44 dans la structure annulaire rotative 32 Autant d'énergie utile que possible est extraite par la turbine, mais les gaz ont une énergie résiduelle suffisante pour leur permettre de quitter finale- ment le moteur sans produire une force inutile de traînée. Le réducteur 24 comprend un certain nombre d'arbres intermédiaires 52 qui sont supportés dans des paliers 54 avec une roue dentée 56 entraînée par un pignon 58 monté dans des paliers 60 et fixé à l'arbre 22 Un pignon 62 sur chaque arbre intermédiaire entraîne la structure 34 de forme annu- laire qui est rotative dans des paliers 64. Les pales de l'hélice ou "propfan" 20, qui peuvent être au nombre de huit à dix ont un degré élevé de courbure et ont une section mince qui augmente la corde effective de la pale et retarde la formation de l'onde de choc Ce type de construction de pale permet d'obtenir des vitesses supérieu- res de l'avion en comparaison à un avion entraîné par un turbo-propulseur, les vitesses étant comparables aux vites- ses d'un réacteur pur et d'un avion civil à ventilateur auxiliaire avec une plus grande économie de carburant que l'avion à ventilateur auxiliaire. Comme on l'aura noté, l'agencement du moteur de propulsion décrit en montant l'hélice ou "propfan" à l'arriè- re de moteur d'entraînement de l'hélice, permet au moteur d'avoir une admission conventionnelle qui'n'est pas gênée par la présence d'une hélice ou "propfan" et d'une boîte de vitesse, et offre un procédé approprié pour conduire l'échap- pement du moteur vers l'atmosphère sans produire aucun effect néphaste sur la performance du moteur L'accouplement pouvant être déconnecté, dans l'arbre 22, permet également au moteur entraînant l'hélice d'être facilement retiré pour sa répara- tion ou son remplacement En plaçant de façon appropriée un moteur selon l'invention par rapport au fuselage de l'avion, il sera possible de réduire ou de minimiser le bruit dans la cabine, produit par le moteur Par exemple, si le moteur ou les moteurs doivent être montés à l'arrière de l'avion sur 22521639 une structure appropriée de support comme une ou plusieurs ailettes, les bruits latéraux de l'hélice peuvent éviter le fuselage, dans l'ensemble, ou bien n'affecter que la partie du fuselage qui ne contient pas de cabine de passagers. Divers modifications sont possibles dans le cadre de l'invention, par exemple la turbine entraînant l'hélice peut être une turbine autonome, le réducteur peut avoir toute forme appropriée et les chutes à la sortie de la gaine 26 peuvent avoir une forme différente. 2 2521639 REVENDICATIONS 1 Moteur de propulsion d'un avion caractérisé en ce qu'il comprend un gazogène ( 12), un moyen formant turbine ( 14) pouvant être entraîné par le gazogène et au moins une hélice ( 20) pouvant être entraînée par le moyen formant tur- bine à travers un réducteur ( 24), ladite hélice étant montée pour une rotation coaxialement avec le moteur et le moyen *formant turbine, et en aval dudit moyen formant turbine, le- dit gazogène et ledit moyen formant turbine ayant une gaine d'échappement ( 26) comprenant un certain nombre de chutes adjacentes ( 28), ( 30) et à travers une sur deux desdites chutes, s'écoulent les gaz d'échappement, à travers les autres s'écoule l'air ambiant, ladite hélice ayant une structure de moyeu rotatif ( 32) o sont prévus des passages axiaux entre des pales adjacentes de l'hélice, les écoule- ments alternés des gaz d'échappement du gazogène et du moyen formant turbine et de l'air ambiant étant agencés pour passer à travers les passages axiaux vers l'atmosphère. 2 Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen formant turbine précité comprend un surpresseur ( 16) ayant un ou plusieurs étages en amont du gazogène, couplé à une turbine ayant un ou plusieurs étages en aval du gazogène. 3 Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen formant turbine précité comprend une turbine autonome ayant un ou plusieurs étages. 4 Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen précité formant turbine est fixé de façon motri- ce à l'entrée du réducteur précité par un arbre ( 22) qui a un accouplement pouvant être déconnecté.