Brevet FR2554169A1 — publié le 19850503

La présente invention concerne de manière générale un système de commande d'air dans un moteur à turbine pour fournir de l'air à pression élevée pour une utilisation dis- tincte de celle du moteur. Plus particulièrement, l'inven- tion concerne un nouveau compresseur de bout de pale pour fournir cet air à pression élevée. Le développement d'avions capables d'atterrissages et de décollages courts ou verticaux (ADAV ou ATAC) a pré- senté un nombre important de problèmes à résoudre. L'un de ceux-ci est le maintien d'une commande efficace de tangage, de lacets et de roulis pendant les décollages et les atter- rissages lorsque les surfaces de commande normales ne peu- vent fonctionner du fait du manque de déplacement vers l'avant. S15 Un des moyens de commande de l'avion pendant de telles périodes est obtenu en plaçant à des endroits straté- giques sur ce dernier des petites tuyères ou jets. En four- nissant de l'air à pression relativement élevée à ces tuyè- res on peut obtenir une commande suffisante de l'avion. Dans le passé, on a obtenu de l'air pour cette l tuyère à- partir du compresseur. Classiquement, on a placé une rampe de collecteur autour d'ouvertures dans l'enveloppe de compresseur pour soutirer de l'air haute pression à par- tir du flux d'air du compresseur. Ce système de soutirage du compresseur est adéquat quand de relativement faibles volu- mes sont nécessaires. Cependant, à mesure que la quantité d'air nécessaire augmente, une détérioration significative des performances du moteur a lieu, La présente invention a pour buts de réaliser: - un moyen efficace pour obtenir de l'air à pres- sion élevée à partir d'un courant d'air; une nouvelle configuration améliorée de pale de soufflante; - un nouveau compresseur de bout de pale amélioré. Selon un mode de réalisation de la présente inven- tion, un système de commande d'air dans un moteur à turbine à gaz fournit de l'air à pression relativement élevée à par- tir d'un courant d'air pour une utilisation distincte de celle du moteur. Le système de commande d'air comporte une S15 série de pales intérieures reliées à un rotor, un carter fi- xé à l'extrémité extérieure de chacune des pales intérieu- res, et une série de pales extérieures s'étendant vers l'ex- térieur à partir du carter. Le carter divise le courant d'air en un trajet intérieur et en un trajet extérieur avec le trajet extérieur contenant de l'air à pression élevée. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - figure 1, une vue schématique d'un système de commande selon un mode de réalisation de la présente inven- tion; - Figure 2, une vue prise suivant la ligne 2-2 de la figure 1; Figure 3, une vue similaire à celle de la figure 2 selon un autre mode de réalisation. La figure 1 représente une vue de l'extrémité avant d'un moteur à turbine à gaz 10 comportant un système de commande d'air 12. Le système de commande d'air 12 com- prend une soufflante 14 avec des pales intérieures 16 re- liées à un rotor 25. Le système 12 comprend en outre un car- ter 18 fixé à l'extrémité extérieure 20 des pales 16 et un - 3 - compresseur d'extrémité de soufflante 22 avec des pales ex- térieures 24. Les pales extérieures 24 s'étendent vers l'ex- térieur à partir du carter 18 et sont fixées à ce dernier de sorte que la soufflante 14, le carter 18, et le compresseur 22 sont entraînés par le rotor 25. Le carter 18 divise le courant d'air 26 en un tra- jet intérieur 28 et un trajet extérieur 30. Les trajets 28 et 30 peuvent être séparés en amont du carter 18 par le ca- rénage 32 comme représenté dans le mode de réalisation de la figure 1. En aval du carter 18 ces trajets sont séparés par le capot extérieur 34 du moteur. Le trajet 28 est en outre divisé en aval de la soufflante 14 en un conduite de dériva- tion 36 et en une conduite de générateur de gaz 38. Cepen- dant, il apparaîtra que de nombreuses configurations aval différentes du trajet 28 sont possible sans pour cela s'éloigner du domaine de la présente invention. Le système de commande d'air 12 peut en outre com- porter des aubes directrices d'entrée à calage variable 40 situées à l'intérieur du trajet intérieur 30 et en amont du compresseur d'extrémité de soufflante 22. De manière analo- gue, des aubes directrices de sortie 42 peuvent être inclu- ses dans le trajet extérieur 30 à l'arrière du compresseur 22. La rampe de collecteur 44 est située dans le trajet ex- térieur 30 en aval des pales extérieures 24 et des aubes di- rectrices de sortie 42. Des moyens de sorties 46 envoient l'air dans le trajet extérieur 30 pour une utilisation dis- tincte de celle du moteur 10. Par exemple, cet air peut être dirigé vers des tuyères placées sur une aile d'avion pour commander les lacets, le tangage et le roulis. La figure 2 est une vue prise suivant la ligne 2-2 de la figure 1 et représente de manière détaillée l'agence- ment d'aube de la soufflante 14 et du compresseur d'extrémi- té 22. Des pales intérieures 16, représentées par des lignes en traits discontinus, ont une légère courbure ou cambrure. Lorsque les pales 16 tournent dans la direction représentée - 4 - par la flèche 48, la pression de l'air dans le trajet inté- rieur 28 augmente. Une mesure quantitative de l'augmentation de la pression provenant de la rotation de l'aube se traduit par la différence entre la pression de l'air à l'arrière de l'aube et la pression de l'air à l'avant de l'aube. Cette élévation de pression est classiquement de l'ordre de 0,3 à 1 atmosphère 0,31.105 à 1,01.10S5Pa. Les pales extérieures 24 ont plus de cambrure que les pales intérieures 16, particulièrement à proximité du bord de fuite 50. Une cambrure augmentée de ce type, combi- née avec la vitesse plus élevée des pales extérieures 24 par rapport aux pales extérieures 16, fournit une augmentation de pression plus importante dans le trajet extérieur 30. Cette augmentation de pression due au compresseur d'extrémi- té 22 dépasse l'augmentation de pression dans le trajet in- térieur 28 due à la soufflante 14. Dans le but de fournir de l'air à pression relativement élevée aux tuyères d'extrémité selon un mode de réalisation de la présente invention, l'augmentation dans le trajet extérieur 30 est au moins su- périeur de 25 % à l'augmentation de pression dans le trajet intérieur 28. La figure 2 représente un mode de réalisation dans lequel les pales intérieures 16 et les pales extérieures 24 sont reliées à un carter annulaire continu 18. Suivant l'application les pales 24 et 16 peuvent être soit amovibles du carter 18, soit être d'une seule pièce avec ce dernier. On remarquera que la figure 2 représente un nombre corres- pondant de pales intérieures 16 et extérieures 24 avec la même projection axiale 62. Cependant, le nombre de pales et leur projection axiale peut varier. De manière à augmenter encore l'accroissement de pression dans le trajet extérieur 30, la longueur totale de corde des pales extérieures 24 peut être supérieure à la longueur totale de corde des pales intérieures 16. Il existe deux manières d'augmenter la longueur totale de corde, soit - 5 - en augmentant la longueur de corde 64 de chacune des pales 24, soit en augmentant le nombre de pales extérieures 24. La figure 3 représente un autre mode de réalisa- tion dans lequel le nombre de pales extérieures est augmen- té. De plus, chaque carter 18 est divisé en segments de car- ter 52. Chaque segment 52 contient une pale intérieure 16, représentée en trait discontinu, et une première pale exté- rieure 24a. Le centre de gravité de la pale intérieure 16 est situé en une première position 54. La position 54 peut être située dans l'espace par rapport à l'axe central du mo- teur dans un système de coordonées axiales radiales circu- laires. De même, la première pale extérieure 24a a un centre de gravité situé à la position 56. Dans la mesure o la soufflante 14, le carter 18, et le compresseur d'extrémité 22 tournent, un moment de flexion dû au décalage de la posi- tion 56 du centre de gravité par rapport au centre de gravi- té en position 54 apparaîtra. Puisque le carter 18 est divi- sé, tous ces moments de flexion sont transmis au moyen des pales intérieures 16. Ainsi, dans le cas d'un carter divisé selon le mo- de de réalisation représenté figure 3, une deuxième pale ex- térieure 24b ajoutée pour augmenter la longueur totale de corde, peut être placée de manière avantageuse par rapport aux pales 16 et 24a. La pale 24b aura un centre de gravité placé en 58. La première pale extérieure 24a et la seconde pale extérieure 24b prises ensemble ont un centre de gravité situé à une deuxième position 60. Par un placement correct des pales extérieures 24a et 24b, on peut pratiquement faire correspondre la seconde position 60 avec la première posi- tion 54 ou avec la corde de la pale 16 minimisant ainsi le moment de flexion sur les pales intérieures 16. En fonctionnement, le système de commande d'air 12 est capable de fournir de l'air à pression relativement éle- vée à partir d'un courant d'air 26 pour une utilisation dis- tincte de l'utilisation principale de propulsion du moteur. -6- Le nombre et la forme aérodynamique des pales extérieures 24 du compresseur d'extrémité de soufflante 22 sont tels qu'ils peuvent founir une augmentation de pression supérieure à celle que l'on peut obtenir par la soufflante 14. Si on le souhaite, des aubes directrices d'entrée à calage variable , ainsi qu'un carénage 32, peuvent être utilisés pour mo- duler l'augmentation de pression et les caractéristiques d'écoulement dans le trajet extérieur 30. Après avoir atteint la rampe de collecteur 44, l'air est ensuite dispo- nible pour fournir un travail ou produire une poussée o cela est nécessaire. De manière à incorporer la présente invention sur un moteur à turbosoufflante existant, des modifications ex- térieures des conduites de dérivation et de générateur de gaz sont nécessaires. Cependant, il n'est pas nécessaire d'effectuer des modifications structurelles internes du mo- teur. Par conséquent, le compresseur d'extrémité 22 est un moyen économique grâce auquel on peut fournir de l'air à re- lativement haute pression pour des buts tels que ceux décrits ici. De plus, on peut fournir de manière plus effi- cace un air à pression élevé que par les systèmes de souti- rage de compresseur qui nécessitaient une canalisation plus importante. Il apparaîtra de manière claire à l'homme de l'art que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifique décrits et représentés ici. Pas plus que la présente invention n'est limitée aux compresseurs d'extrémité sur les pales de soufflante ou à l'application aux moteurs à turbosoufflante. En fait, elle s'applique éga- lement aux compresseurs d'extrémité sur toute pale rotative quelle qu'elle soit, comme celles, que l'on peut trouver sur les moteurs turbo-jet. On admettra que les dimensions, les proportions et les relations structurelles représentées dans les dessins ne sont données ici qu'à titre d'exemple et qu'elles ne doivent - 7 - pas étre prises comme étant les dimensions réelles ou les relations structurelles proportionnelles utilisées dans le compresseur d'extrémité de soufflante de-la présente inven- tion. RENVENDICATIONS 1. Dans un moteur à turbine à gaz, un système de commande d'air (12) pour fournir de l'air à pression relati- vement élevée à partir d'un courant d'air pour une utilisa- tion distincte de celle du moteur, caractérisé en ce que le système de commande d'air comprend: une série de pales in- térieures (16) reliée à un rotor (25); un carter (18) fixé à l'extrémité extérieure de chacune des pales intérieures et une série de pales extérieures (24) s'étendant vers l'exté- rieur à partir du carter; dans lequel le carter divise le courant d'air (26) en un trajet intérieur (28) et un trajet extérieur (30), le trajet extérieur (30) contenant l'air à haute pression. 2. Système de commande d'air selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la rotation des pales inté- rieures et extérieures (16, 24) induisent une augmentation de pression de l'air dans les trajets intérieur et extérieur (28, 30) respectivement; et en ce que l'augmentation de pression dans le trajet extérieur (30) est supérieure à l'augmentation de pression dans le trajet intérieur (28). 3. Système de commande (12) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'augmentation de pression dans le trajet extérieur (30) est au moins 25 % supérieur à l'aug- mentation de pression dans le trajet intérieur (28). 4. Système de commande d'air selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la longueur totale de corde des pales extérieures (24) est supérieure à la longueur to- tale de corde des pales intérieures (16). 5. Système de commande d'air selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend une série d'aubes directrices d'entrée à calage variable (40) situées à l'in- térieur du trajet extérieur et en amont des pales extérieu- res (24). 6. Système de commande d'air selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une rampe -9 - de collecteur (44) située dans le trajet extérieur (30) en aval des pales extérieures (24); 7. Dans un moteur à turbine à gaz comportant une soufflante (14) avec une série de pales intérieures (16) re- liées à un rotor (25) et un carter (18) fixé à l'extrémité extérieure de chacune des pales intérieures (16), un com- presseur d'extrémité de soufflante (22) caractérisé en ce qu'il comporte: une série de pales extérieures (24) s'éten- dant vers l'extérieur à partir du carter (18). 8. Compresseur d'extrémité de soufflante selon la revendication 7, caractérisé en ce que la longueur totale de corde des pales extérieures (24) est supérieure à la lon- gueur totale de corde des pales intérieures (16); 9. Dans un moteur à turbine à gaz comportant une soufflante 14 avec une pale intérieure reliée à un rotor (25) et un segment de carter (52) fixé à l'extrémité exté- rieure de la pale intérieure, la pale intérieure ayant son centre de gravité situé en une première position (54), un compresseur d'extrémité de soufflante (22), caractérisé en ce qu'il comprend une première pale extérieure (24a) s'éten- dant vers l'extérieur à partir du segment de carter (52) et une deuxième pale extérieure (24b) s'étendant vers l'exté- rieur à partir du segment de carter (52), les premières et deuxièmes pales extérieures (24a, 24b) ayant un centre de gravité situé en une deuxième position (60). 10. Compresseur d'extrémité de soufflante selon la revendication 9, caractérisé en ce que la deuxième position (60) correspond pratiquement avec la première position (54).