Brevet FR2560639A1 — publié le 19850906

Cette invention concerne de manière générale des moyens de commande d'air pour moteur à turbine à gaz et, plus particulièrement, un moyen pour fournir de l'air au moyeu d'un profil aérodynamique rotatif. Deux types de moteurs sont couramment disponibles et utilisés pour propulser les avions: la turbosoufflante et le turbopropulseur. L'unité fournissant de l'énergie est commune aux deux moteurs. Cette unité comporte classiquement un compresseur, une chambre de combustion, et une turbine le tout disposé en série. L'air comprimé provenant du compres- seur est mélangé avec le combustible et brûlé dans la cham- bre de combustion pour fournir un courant de gaz à vitesse élevée qui se dilate dans la turbine et dont on extrait de l'énergie. Une partie de cette énergie est utilisée pour mettre en oeuvre le compresseur et le reste entraîne la soufflante ou l'hélice. Bien que les augmentations de température soient un résultat du travail effectué dans le compresseur, les températures les plus élevées rencontrées dans le moteur sont celles de la chambre de combustion et de la turbine. L'air comprimé pour refroidir ces composants est obtenu classiquement à partir du compresseur, de la canalisation de soufflante ou autrement est soutiré de l'atmosphère. Dans la plupart des moteurs entraînés par turbo- soufflante ou turbopropulseurs, la soufflante ou l'hélice 2 - est située généralement en avant du générateur de gaz. Ain- si, dans de telles applications, la structure de moyeu des aubes de ces propulseurs fonctionne dans un environnement à température relativement faible éliminant ainsi la nécessité d'un refroidissement de la structure de moyeu. Cependant, il est connu de situer le propulseur généralement à l'arrière du générateur de gaz selon une con- figuration dénommée "pusher". On a décrit de nouvelles con- figurations "pusher" pour des moteurs entraînés par turbo- soufflante ou turbopropulseur. Du fait de la proximité étroite des aubes de propulseur avec la turbine et la cham- bre de combustion dans ces configurations, les structures de moyeu d'aube dans certaines conditions de vol seront soumi- ses à des températures relativement élevées; Les températures de l'air dans la zone du moyeu varieront suivant les conditions de vol. Par exemple, pen- dant les périodes de demandes en énergie relativement éle- vées, telles que le décollage, les températures dans la tur- bine et la chambre de combustion sont élevées avec pour ré- sultat des températures de structure de moyeu d'aube éle- vées. Les matériaux légers et peu coûteux et les structures de moyeu d'aube à pas variable ont fréquemment des limites de température relativement basses. Ainsi,. le refroidisse- ment d'une structure de moyeu peut être nécessaire pendant les conditions de décollage à puissance élevée. A l'inverse, les températures se stabilisent à un niveau inférieur pen- dant les conditions de fonctionnement de croisière en régime permanent et le refroidissement peut ne pas être nécessaire. Puisque chaque fois qu'on utilise un système de refroidisse- ment le rendement est diminué, l'utilisation du refroidisse- ment seulement lorsque nécessaire présente un intérêt cer- tain. Ainsi, des moyens pour faire automatiquement varier la quantité d'air de refroidissement nécessaire au moyeu de telles aubes est souhaité. La présente invention a pour objet de réaliser: - 3 - - un nouveau moyen de commande d'air perfectionné; un nouveau moyen perfectionné de refroidissement de structu- re de moyeu d'une aube de propulseur; - un moyen automatique de variation de la quantité S d'air de refroidissement du moyeu d'une aube de propulseur. Selon la présente invention on décrit des moyens de commande d'air utilisés dans un moteur à turbine à gaz comportant un profil aérodynamique rotatif à pas variable et des moyens de variation de pas du profil. Les moyens de com- mande d'air comportent une plate-forme fixée rigidement à une extrémité radialement intérieure du profil aérodynami- que. Cette plate-forme est placée de manière générale sur une surface rotative, laquelle définit des espaces extérieur et intérieur. Dans une première position un bord de la pla- te-forme épouse pratiquement toute la surface. Dans une deu- xième position, le bord est déplacé radialement vers l'exté- rieur à partir de la surface, permettant ainsi au fluide s'écouler entre les espaces extérieur et intérieur. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - figure 1, une vue d'un moteur turbopropulseur de type "pusher" comportant un mode de réalisation de la pré- sente invention; - figure 2, une vue en perspective d'une nacelle rotative et des aubes représentées figure 1 avec les aubes réglées à un grand pas; - figure 3, une vue du moyeu d'une aube représen- tée figure 2; - figure 4, une vue en perspective semblable à celle de la figure 2 avec les aubes réglées à un petit pas; - figure 5, une vue du moyeu de l'aube représentée figure 4. On peut utiliser cette invention dans tout moteur à turbine à gaz qui comporte un profil aérodynamique rotatif à pas variable là o l'on souhaite régler le flux d'air à - 4 - travers une surface rotative annulaire par rapport à laquel- le le profil est positionné. A titre d'illustration, l'in- vention sera décrite pour une aube de propulseur sur une na- celle rotative. Figure 1 on a représenté un turbopropulseur du ty- pe "pusher" 10. Le mode de-réalisation représente des pales d'hélice tournant en sens opposé 12 et 14 placées, respecti- vement, sur des surfaces ou nacelles 16 et 18 tournant en sens opposé respectivement, et reliées à des turbines tour- nant en sens opposées 22 et 24. Il apparaîtra clairement de la discussion qui va suivre que la présente invention s'ap- plique également aux moteurs à turbine à gaz avec un seul étage d'aube de propulseur. La configuration à contre-rota- tion décrite ici ne l'est qu'à titre d'exemple seulement. Le moteur 10 comporte un générateur de gaz pour produire des gaz de combustion qui entraînent en contre rotation les turbines 22 et 24. Chaque turbine 22 et 24 est reliée aux surfaces annulaires rotatives 16 et 18 respecti- vement. Chaque aube 12 et 14 comporte des moyens de varia- tion de pas de manière à améliorer le rendement du moteur pendant toutes les phases de fonctionnement. Les figures 2 et 3 représentent de manière détaillée le moyen de commande d'air avec les aubes 12 réglées au pas convenant pour le mo- de de fonctionnement en croisière du moteur. Une plate-forme en forme générale de disque 26 est fixée rigidement à l'aube 12 par le pied d'aubes 28 formant une partie, ou zone, des surfaces 16 et 18. Ainsi, lorsque lorsque l'aube 12 change de pas par rotation autour d'un axe radial 50, la plate-for- me 26 se déplace avec elle. Des moyens 30 pour modifier le pas d'un profil aérodynamique rotatif sont bien connus de la technique. Par exemple, des moyens mécaniques, hydrauliques ou électriques ou pneumatiques sont disponibles pour provo- quer un couple sur la structure du moyeu 32 de l'aube 12 pour fournir la force de manoeuvre nécessaire. Les figures 2 et 3 représentent la plate-forme étant placée de manière générale sur la surface annulaire rotative 16. La surface 16 ainsi que la plate-forme 26 défi- nit des espaces extérieur 34 et intérieur 36. La température dans l'espace 36 est généralement chaude du fait de sa pro- ximité avec la turbine 22. La température dans la zone 36 dépendra du mode de fonctionnement du moteur 10. Par exem- ple, la turbine 22 fonctionne à une température plus élevée pendant le décollage que pendant le fonctionnement en régime permanent de croisière. A l'inverse de l'espace 36 qui com- porte des températures élevées, l'espace 34 est généralement à la température ambiante beaucoup plus faible. Les moyens de commande d'air de la présente inven- tion fournissent des quantités variables d'air de refroidis- sement à la structure de moyeu 32 selon le réglage de pas de l'aube 12. Comme représenté figures 2 et 3, la plate-forme 26 a une forme de section droite généralement circulaire lorsqu'on la regarde radialement et est placée par rapport à la surface annulaire rotative 16. Dans cette première posi- tion, la plate-forme 26 épouse pratiquement la surface 16. Ainsi, dans le sens périphérique, la surface au périmètre de la plateforme 26 suit généralement le contour de la surface 16. Dans le mode de réalisation représenté figure 2, la sur- face 16 est de manière générale cylindrique. Cependant, l'invention s'applique également aux surfaces coniques ainsi qu'aux surfaces ne comportant pas de pente linéaire. Les figures 4 et S représentent -les moyens de com- mande tels que représentés en figure 2 et 3 avec la plate forme 26 que l'on a fait tourner au moyen d'une modification du pas de l'aube 12 de manière à exposer le bord 38 de la dite plate-forme. Ainsi qu'il apparaîtra de manière évidente de la géométrie, le bord 38 est déplacé radialement vers l'extérieur à partir de la surface 16 et définit une ouver- ture 40 entre eux. L'ouverture 40 permet ainsi au fluide depasser entre les espaces extérieur 34 et intérieur 36. - 6 - Ceci permet à l'air de refroidissement 41 de pénétrer dans l'es- pace 36 et de refroidir la structure de moyeu 32. Lors du fonctionnement en régime permanent du mo- teur 10, comme par exemple pendant le régime de croisière, le pas de l'aube 12 sera tel que la plate-forme 26 et le bord 38 épouseront pratiquement la surface 16. Pendant le mode de fonctionnement à puissance plus élevée du moteur 10, on réglera l'aube 12 avec un pas plus petit, représenté en figure 4, exposant ainsi le bord 38 et l'ouverture 40. Ain- si, alors que l'ouverture 40 est pratiquement fermée pendant le régime de croisière, une quantité accrue d'air de refroi- dissement est disponible pendant les périodes de fonctionne- ment du moteur à température plus élevée. La nacelle 16 tourne dans le sens indiquée par la flèche 42. Ainsi, la direction du flux d'air par rapport à la nacelle 16 du fait de la rotation de la nacelle 16 est représentée par la flèche 44. La direction de l'air sur la nacelle 16 du fait du déplacement vers l'avant du moteur 10 est généralement axialement vers l'arrière comme représentée par la flèche 43. Le déplacement relatif de l'air par rap- port à la plate-forme 26 est représenté par la flèche 46, qui est le vecteur-somme des flèches 43 et 44. Il apparaîtra clairement de ce qui vient d'être dit précédemment que l'ou- verture 40 regarde pratique vers l'avant par rapport à la direction 46 de l'air. Cette orientation permet d'obtenir une augmentation de la pression de l'air disponible contri- buant ainsi à augmenter les vitesses d'écoulement d'air pour refroidir le moyen. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion spécifiques décrits et représentés ici. Pas plus que l'invention n'est limitée aux moyens de commande d'air pour hélices ou aubes de turbosoufflante. Plutôt l'invention s'applique aussi aux moyens de commande d'air pour tous pro- fils aérodynamiques rotatifs à pas variable. -7- REVENDICATIONS - 1. Dans un moteur à turbine à gaz ayant un profil aérodynamique rotatif à pas variable, comprenant des moyens pour faire varier le pas dudit profil, des moyens de comman- de d'air, caractérisés en ce qu'ils comportent: - une plate forme (26) fixée rigidement à une ex- trémité radialement intérieure (28) du profil aérodynamique; - la plateforme (26) étant généralement placée sur une surface annulaire rotative (16), et cette surface définissant des espaces extérieur (34) et intérieur (36), de sorte que dans une première position un bord (38) de la pla- te-forme (26) épouse la surface (16) et dans une seconde po- sition le bord (38) est déplacé radialement vers l'extérieur de la surface (16) permettant ainsi au fluide de communiquer entre les espaces extérieur (34) et intérieur (36). 2. Moyen de commande d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil aérodynamique est une au- be de propulseur et que la première position correspond pra- tiquement à un pas d'aube pour le fonctionnement en régime permanent du moteur. 3. Moyen de commande d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord (38) et la surface (16) dé- finissent entre eux une ouverture (40), laquelle est prati- quement fermée dans la première position et ouverte dans la seconde position. 4. Moyen de commande d'air selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil aérodynamique est une au- be de propulseur et en ce que la seconde position correspond pratiquement à un pas d'aube pour le fonctionnement à régime élevé du moteur. 5. Dans un moteur à turbine à gaz ayant un profil aérodynamique rotatif à pas variable, et des moyens pour faire varier le pas de ce profil, des moyens de commande d'air, caractérisés en ce qu'ils comportent: È,5 - une plate-forme (26) fixée rigidement à une ex- - 8 - trémité radialement intérieure (28) du profil aérodynamique; - la plate-forme étant généralement placée sur une surface annulaire rotative (16), la surface définissant des espaces extérieur (34) et intérieur (36) de sorte que dans une première position la plate-forme (26) épouse pratique ment la surface (16), et dans une seconde position un bord (38) de la plate-forme (26) est déplacé radialement vers l'extérieur à partir de la surface (16) permettant ainsi l'écoulement de l'air de l'espace extérieur (34) vers l'espace intérieur-(36). 6. Moyen de commande d'air selon la revendication , caractérisé en ce que le profil aérodynamique est une au- be de propulseur et en ce que le bord (38) et la surface (16) définissent entre eux une ouverture (40) qui est prati- quement fermée dans la première position et ouverte dans la seconde position. 7. Moyen de commande d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ouverture (40) dans la seconde position regarde pratiquement vers l'avant par rapport au déplacement relatif de l'air.