Brevet FR2527266A1 — publié le 19831125

Propulseur à turbine à gaz pour missile ". L'invention concerne un propulseur à turbine à gaz pour missile avec un compresseur, un arbre de rotor et au moins une turbine, dans lequel est disposé, entre le com- presseur et la turbine, un générateur, entraîné par l'ar- bre du rotor, pour alimenter en énergie des appareils auxiliaires du missile, générateur constitué d'un bottier de nénérateur, d'un stator de générateur et d'un rotor de générateur, ce générateur étant susceptible d'être refroidi par l'intermédiaire du combustible de la turbine. Les propulseurs à turbine à gaz qui sont mis en oeuvre pour un fonctionnement de courte durée dans des missiles sans pilote, se caractérisent par une construc- tion très simple Ils comportent un générateur, directe- ment entraîné par l'arbre prolongé du rotor, pour alimen- ter en courant les appareils auxiliaires du missile, ce générateur étant disposé devant le compresseur dans le moyeu de celui-ci De ce fait, le propulseur à turbine à gaz se trouve prolongé et le générateur influence, de façon négative, du point de vue de la technique de l'écou- lement, la section transversale d'aspiration du compres- seur. En conséquence, il a déjà été proposé, dans le cas d'un propulseur à turbine à gaz connu, (ZTL-Studie 1978) de la Société KLOCKNER-HUMBOLDTDEUTZ AG "Schubtriebwerk fur kurze Lebensdauer ohne Getriebe fur Hilfsgerate", chapitres 3 5 2 et figure 12) de disposer le générateur entre le compresseur et la turbine et de le refroidir avec le combustible de la turbine Cette disposition et ce refroidissement du générateur, qui ne seront abordés dans ce cas que comme solutions de principe, impliquent d'importantes difficultés En effet, les coûts de réali- sation du propulseur à turbine à gaz ne doivent pas être augmentés par cette construction d'ensemble ainsi modi- fiée et le refroidissement qui est alors nécessaire, et il ne doit s'en suivre aucune influence négative sur l'ali- mentation en carburant de la chambre de combustion. Le but de l'invention est, en conséquence, d'éviter ces problèmes, c'est-à-dire d'assurer, avec une construc- tion simple et économique du propulseur à turbine à gaz, un refroidissement intense du stator du générateur, du rotor du générateur ainsi qu'éventuellement d'autres par- ties constitutives du propulseur à turbine à gaz dans la zone de l'arbre du rotor. Ce but est atteint, sur un propulseur à turbine à gaz du type indiqué, grâce à un propulseur caractérisé en ce que le bottier du générateur est entouré d'un échangeur thermique, lequel est subdivisé en deux espaces parcourus par le fluide de refroidissement, par l'inter- médiaire d'une paroi intermédiaire s'étendant dans l'en- semble, coaxialement par rapport à l'arbre de rotor, l'un de ces espaces étant un espace primaire interne par- couru par le combustible de la turbine, tandis que l'au- tre est un espace secondaire externe parcouru par l'air du compresseur, l'air refroidi du compresseur étant sus- ceptible d'être amené, par l'intermédiaire d'un disposi- tif déflecteur, au rotor du générateur, et éventuellement au moins à un palier de l'arbre du rotor. L'échangeur thermique conforme à l'invention, qui entoure radialement le générateur, refroidit de façon intense le stator du générateur au moyen de son espace primaire parcouru par le carburant de la turbine Par ailleurs, cet espace primaire est contigu, par l'entre- mise de la paroi intermédiaire, à l'espace secondaire à travers lequel passe une partie de l'écoulement de l'air du compresseur, si bien que cet air du compresseur sous l'influence de la transmission de chaleur par convection au combustible peut se refroidir et est ensuite disponi- ble pour le refroidissement du rotor du générateur et éventuellement des paliers de l'arbre du rotor. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la transmission de chaleur à la paroi intermédiaire peut être améliorée en prévoyant des nervures Ces nervures peuvent constituer, aussi bien dans l'espace primaire que dans l'espace secondaire, des canaux de refroidissement en forme d'hélices. Pour simplifier la réalisation et le montage, la paroi-intermédiaire peut comporter, des deux côtés, des nervures appropriées Le bottier lisse du générateur est introduit dans cette paroi intermédiaire lors de l'assem- blage du propulseur à turbine à gaz, de sorte que des canaux de refroidissement sont constitués entre le bol- tier du générateur, la paroi intermédiaire et les nervu- res En outre, la paroi intermédiaire est coiffée par un recouvrement isolant, si bien que, entre ce recouvrement et la paroi intermédiaire, des canaux de refroidissement pour l'air du compresseur sont, de cette façon, consti- tués. Mais il existe également la possibilité de munir le boîtier du générateur de nervures et de prévoir la paroi intermédiaire lisse sur sa face interne, de sorte qu'entre le boîtier du générateur et la paroi intermé- diaire, des canaux de refroidissement sont disponibles pour le combustible. Il est, en outre, proposé d'amener ensuite l'écou- lement partiel de l'air du compresseur, qui a déjà servi à refroidir le générateur et les paliers de l'arbre du rotor, à la roue mobile de la turbine pour la refroidir. On obtient ainsi une possibilité particulièrement avanta- geuse de refroidissement de cette roue mobile. Un exposé plus complet d'un exemple de réalisation de l'objet de l'invention est décrit avec l'aide du des- sin unique représentant ce dernier de façon simplifiée. La figure montre, en vue partielle, un propulseur à tur- bine à gaz avec une coupe longitudinale du bottier de la turbine à gaz, les paliers de l'arbre du rotor ainsi qu'un générateur représenté schématiquement. La référence 1 désigne un arbre de rotor d'un pro- pulseur à turbine à gaz, arbre sur lequel sont disposés, l'un derrière l'autre, une roue mobile 2,-partiellement représentée, d'un compresseur, un générateur 3 pour ali- menter en courant des appareils auxiliaires, et une roue mobile, non représentée, d'une turbine Le générateur 3 comporte un bottier de générateur 4, un stator de généra- teur 5 et un rotor de générateur 6 L'arbre 1 du rotor est, entre autres, monté par l'intermédiaire d'un palier 7 de l'arbre du rotor dans le bottier 4 du générateur. En-outre, le bottier 4 du générateur est entouré d'un échangeur thermique 8, lequel est subdivisé par une paroi intermédiaire 9 en un espace primaire 10 parcouru par le combustible de la turbine et en un espace secondaire 11 parcouru par l'air du compresseur Aussi bien dans l'es- pace primaire 10 que dans l'espace secondaire 11, pénè- trent des nervures 12 venues d'une seule pièce avec la paroi intermédiaire 9, ces nervures délimitant respecti- vement des canaux de refroidissement l Oa ou bien lla. Comme cela ressort en outre de la figure, la paroi inter- médiaire 9 est une partie constitutive d'un bottier de turbine à gaz 13 dans lequel est introduit le boîtier 4 du générateur Les nervures 12 sur la face externe de la 2 D 27266 paroi intermédiaire 9 sont fermées par un recouvrement isolant 4 en vue de constituer les canaux de refroidisse- ment lia Le boîtier 13 de la turbine à gaz et le boîtier 4 du générateur, constituent ensemble un dispositif déflecteur 15 pour orienter l'air refroidi du compresseur en direction du rotor 6 du générateur. Une partie de l'écoulement de l'air du compresseur, désignée par A au dessin, circule à travers l'espace annulaire 11 de l'échangeur thermique 8 et est refroidie par le combustible de la turbine s'écoulant à travers l'espace primaire 10, ce combustible s'écoulant depuis une pompe à combustible et par l'intermédiaire de l'es- pace primaire, vers une chambre de combustion, non repré- sentée L'air ainsi refroidi du compresseur est ensuite canalisé par le dispositif déflecteur dans l'intérieur du boîtier 4,du générateur o il refroidit le palier 7 de l'arbre du rotor, le rotor 6 du générateur et, éven- tuellement, une roue mobile, non représentée de la tur- bine De cette façon, il est possible d'obtenir un refroi- dissement particulièrement intense du générateur, des paliers de l'arbre du rotor, et éventuellement, de la roue mobile de la turbine avec une dépense de construc- tion réduite. 2 D 27266 R E V E N D I C A T I O N S ) Propulseur à turbine à gaz pour un missile avec un compresseur, un arbre de rotor et au moins une turbine, dans lequel est disposé entre le compresseur et la turbi- ne, un générateur, entraîné par l'arbre du rotor, pour alimenter en énergie des appareils auxiliaires du missile. générateur constitué d'un bottier de générateur, d'un stator de générateur et d'un rotor de générateur, ce générateur étant susceptible d'être refroidi par l'inter- médiaire du combustible de la turbine, propulseur caracté- risé en ce que le boîtier du générateur ( 4) est entouré diun échangeur thermique ( 8), lequel est subdivisé en d.eux espaces ( 10 et 11) parcourus par le fluide de refroi- dissement, par l'intermédiaire d'une paroi intermédiaire ( 9) s'étendant dans l'ensemble, coaxialement par rapport à l'arbre de rotor ( 1), l'un de ces espaces étant un es- pace primaire interne ( 10) parcouru par le combustible de la turbine, tandis que l'autre est un espace secondaire externe ( 11) parcouru par l'air du compresseur, l'air refroidi du compresseur étant susceptible d'être amené, par l'intermédiaire d'un dispositif déflecteur ( 15), au rotor ( 6) du générateur, et éventuellement au moins à un palier ( 7) de l'arbre du rotor. 2 ) Propulseur à turbine à gaz selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que des nervures ( 12) sont disposées dans l'espace primaire ( 10) et/ou dans l'espace secondaire ( 11) de l'échangeur thermique ( 8). ) propulseur à turbine à gaz selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi intermédiaire ( 9) est une partie du boîtier ( 13) de la turbine à gaz, dans lequel le bottier ( 4) du générateur est susceptible d'être introduit, cette paroi intermé- diaire ( 9) comportant, vers l'intérieur et vers l'exté- rieur, des nervures ( 12) faisant saillie radialement, qui, vers l'intérieur sont contigues au boîtier du générateur et qui vers l'extérieur, sont circonscrites par un recou- vrement isolant ( 14), de sorte que des deux côtés de la paroi intermédiaire ( 9) sont constitués, de préférence, des canaux de refroidissement (l Oa et la) en forme d'hélices. ) propulseur à turbine à gaz selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi intermédiaire ( 9) est lisse sur sa face interne, tandis que le bottier du générateur ( 4) comporte des nervures ( 12) faisant saillie radialement qui aboutissent contre la paroi intermédiaire lisse ( 9). ) Propulseur à turbine à gaz selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'air du compresseur circulant à travers le rotor ( 6) du géné- rateur, est susceptible d'être amené à une roue mobile de la turbine pour la refroidir.