Brevet FR2560642A1 — publié le 19850906

L'invention concerne les moteurs à turbine à gaz et plus particulièrement une turbosoufflante comportant un système basse pression à contre-rotation. Cette invention se rapporte à la demande française n 83 17 250 dont la description est incorporée ici par ré- férence. La demande N 83 17250 décrit une turbosoufflante à contrerotation entraînée par une turbine de travail à contre-rotation. Une caractéristique de cette demande tient à la conception de la turbine de travail et au rapport entre le rayon du trajet d'écoulement moyen de cette turbine et le rayon de trajet d'écoulement moyen du générateur de gaz. Ceci est nécessaire en partie pour obtenir une vitesse en bout d'aube de soufflante plus faible et/ou une vitesse en bout d'aube de turbine plus élevée. Dans certaines conditions de conception, il peut être souhaitable de diminuer le rayon du trajet d'écoulement moyen de la turbine de travail. Selon un mode de réalisation décrit dans la demande française, une telle réduction du rayon du trajet d écoulement moyen de la turbine de travail augmente la vitesse en bout d'aube de la soufflante dimi- nuant ainsi le rendement du moteur. La présente invention a pour objets de: - réaliser un moteur à turbosoufflante à contre rotation à taux de dilution élevé; - 2 - réaliser un moteur à turbosoufflante nouveau et amélioré avec un compresseur de gavage à contre-rotation; - réaliser un moteur à turbosoufflante nouveau et amélioré ayant la soufflante et le compresseur de gavage tournant en sens inverse montés à l'avant et entraînés par deux arbres tournant en sens inverse; - réaliser un moteur à turbosoufflante à contre rotation qui comporte des moyens de manoeuvre de pas d'aube ayant pour effet d'inverser le flux de la soufflante. La présente invention décrit un moteur à turbine à gaz. Le moteur comporte un générateur de gaz qui engendre des gaz de combustion, une turbine de travail, une section de propulseur, et un compresseur de gavage. La turbine de travail comporte des première et deuxième grilles d'aubes de turbine tournant en sens inverse qui ont pour effet de faire tourner un premier arbre et un deuxième arbre d'entraînement respectivement. La section de propulseur comporte une pre- mière grille d'aubes de propulseur reliée au premier arbre d'entraînement et une deuxième grille d'aubes de propulseur reliée au deuxième arbre d'entraînement. Le compresseur de gavage comporte une première grille d'aubes de compresseur reliée au premier arbre d'entraînement et une deuxième gril- le d'aubes de compresseur reliée au deuxième arbre d'entraî- nement. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention le moteur à turbine à gaz comporte en outre des moyens de manoeuvre de pas d'aube pour modifier le pas de la deuxième grille d'aubes de propulseur. Les moyens de manoeu- vre ont pour effet d'inverser le flux du propulseur. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - figure 1, une vue du moteur à turbosoufflante à contre rotation et à taux de dilution élevé selon un mode de réalisation de la présente invention; - figure 2, une vue d'un compresseur de gavage - 3 pour un moteur à turbosoufflante à taux de dilution élevé selon un autre mode de réalisation de la présente invention; - figure 3, une vue prise le long de la ligne 3-3 de la figure 1; - figure 4, une vue des aubes de soufflante repré- sentées figure 3, manoeuvrées de manière à obtenir un flux de soufflante inversé; - figure 5, une vue d'une deuxième grille d'aubes de soufflante et des moyens de manoeuvre selon un mode de réalisation de la présente invention; - figure 6, une vue prise dans le sens de la flè- che 6 de la figure 5. La figure 1' représente un moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation de la présente invention. Le moteur 10 comporte un axe central longitudinal 12 et un car- ter annulaire placé coaxialement autour de l'axe 12. Le mo- teur 10 comporte aussi un générateur de gaz 16 qui comprend un compresseur 18, une chambre de combustion 20 et une tur- bine haute pression 22, chaque élément comportant un ou plu- sieurs étages, et tous placés coaxialement autour de l'axe longitudinal 12 en une disposition relative en série à écou- lement axial. Un arbre d'entraînement annulaire 24 relie ri- gidement le compresseur 18 et la turbine haute pression 22. Le générateur de gaz 16 engendre des gaz de com- bustion. L'air comprimé provenant du compresseur 18 est mé- langé avec du combustible dans la chambre de combustion 20 et enflammé, engendrant ainsi des gaz de combustion. On extrait un certain travail de ces gaz au moyen de la turbine haute pression 22 qui entraîne le compresseur 18. Le reste des gaz de combustion sont déchargés à partir du générateur de gaz 16 vers la poutrelle 26 de l'élément de support 28 et dans la turbine de travail 30. La poutrelle 26 peut compor- ter les aubes distributrices d'entrée de la turbine. La turbine de travail 30 comporte un premier tam- bour annulaire de rotor 32 monté en rotation à l'aide de -4- roulements appropriés 34 sur le moyeu 36. Le premier rotor 32 comporte une série de premières grilles d'aubes de turbi- ne 38 s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du rotor et réparties axialement. La turbine de travail 30 comporte aussi un deuxiè- me rotor en tambour annulaire 40 placé radialement vers l'intérieur du premier rotor 32 et des premières grilles d'aubes 38. Le second rotor 40 comporte une série de deuxiè- mes grilles d'aubes de turbine 42 s'étendant radialement vers l'extérieur et réparties axialement. Le deuxième rotor est monté en rotation sur le premier arbre 44 par des roulements différentiels 46. Chacune des premieres et secondes grilles d'aubes de turbine 38 et 42 comprend plusieurs aubes de turbine ré- parties circulairement, les premières grilles d'aubes 38 al- ternant avec les secondes grilles d'aubes respectives 42. Les gaz de combustion s'écoulant à travers les grilles d'aubes 38 et 42 entrainent les premier et deuxième rotors 32 et 40 en rotation suivant des directions opposées. Les premier et deuxième arbres d'entraînement 44 et 48 sont rigidement fixés, respectivement, au premier et deuxième rotor 32 et 40. Ainsi les premier et deuxième ro- tors 32 et 40 ont pour effet d'entraîner les premier et deu- xième arbres d'entraînement 44 et 48 respectivement. Les arbres d'entraînement 44 et 48 sont placés coaxialement par rapport à l'axe central 50 du moteur 10 et s'étendent vers l'avant à travers le générateur de gaz 16. Le moteur 10 comporte en outre une section de soufflante avant 52. La soufflante 52 est placée radialement vers l'intérieur d'un conduit annulaire de soufflante 54 qui est fixé de manière appropriée par la poutrelle 56 au carter 14. La soufflante 52 comporte une première grille d'aubes de soufflante 58 reliée à l'extrémité avant 60 du premier arbre d'entraînement 44. De la même manière, la soufflante 52 com- porte une deuxième grille d'aubes de soufflante 62 reliée à -5- l'extrémité avant 64 du deuxième arbre d'entraînement 48. Chacune des première et deuxième grilles d'aubes de soufflante 58 et 62 comporte une série d'aubes réparties circulairement. Les grilles d'aubes de soufflante 58 et 62 sont à contre-rotation, ce qui réalise un rendement de souf- flante et un rendement de propulsion relativement élevé avec de manière générale une vitesse absolue en bout d'aube fai- ble pour chaque grille d'aubes de soufflante. Le moteur 10 comporte en outre un compresseur de gavage 66. Le compresseur de gavage 66 comporte un premier rotor annulaire 68 comprenant une première série de grilles d'aubes de compresseur 66 s'étendant radialement vers l'extérieur et réparties axialement. Le compresseur de gava- ge 66 comprend aussi un deuxième rotor annulaire 72 placé radialement vers l'extérieur du rotor 68 et des premières grilles d'aubes de compresseur 70. Le rotor 72 comprend une série de secondes grilles d'aubes de compresseur 74 s'éten- dant radialement vers l'intérieur et réparties axialement. Le rotor 68 est fixé rigidement à la grille d'aubes de souf- flante 58 et à une extrémité avant 60 du premier arbre d'en- traînement 44. De la même manière le rotor 72 est fixé rigi- dement à la grille d'aubes de soufflante 62 et à l'extrémité avant 64 du deuxième arbre d'entraînement 48. Chacune des première et deuxième grilles d'aubes de compresseur 70 et 74 comporte une série d'aubes de com- presseur réparties circulairement, avec les premières gril- les d'aubes 70 alternant avec les secondes grilles d'aubes 74 respectives. Les grilles d'aubes de compresseur 70 et 74 tournent en rotation dans des directions opposées et sont situées à l'intérieur de la conduite de générateur de gaz 76 se dirigeant dans le compresseur 18 du générateur de gaz 16. Le compresseur de gavage à contre rotation 66 per- met de réaliser une élévation significative de la pression de l'air pénétrant dans le coeur du générateur de gaz 16. L'avantage d'avoir la grille d'aubes de soufflante et les - 6 - grilles d'aubes de compresseur entraînées par le même arbre d'entraînement est que l'on extrait l'énergie de manière optimale de la turbine de travail 30. Si les étages du com- presseur de gavage n'étaient pas entraînés par la turbine de travail à partir des arbres 44 et 48, un compresseur séparé avec un arbre supplémentaire et une turbine d'entraînement seraient nécessaires. En outre, si les étages du compresseur de gavage n'existaient pas, le moteur aurait un rapport glo- bal de pression limité avec pour résultat un rendement plus faible. Du fait des grilles d'aubes de compresseur 70 et 74 tournant dans des directions opposées, il -est possible d'utiliser un nombre inférieur de grilles d'aubes que celui nécessaire pour un compresseur unique basse vitesse entraîné avec un seul arbre. La figure 2 représente un autre mode de réalisa- tion de la soufflante 52 et du compresseur de gavage 66. Le compresseur de gavage 66 est conçu de manière à avoir le ro- tor 68 placé radialement vers l'extérieur du rotor 72. Ain- si, les premières grilles d'aubes de compresseur 70 s'éten- dent radialement vers l'intérieur à partir du rotor 68 et les grilles d'aubes de compresseur 74 s'étendent radialement vers l'extérieur à partir du rotor 72. La figure 3 est une vue prise le long de la ligne 3-3 de la figure 1. Elle représente un angle de pas classi- que des aubes de soufflante des première et deuxième grilles d'aubes de soufflante 58 et 62 respectivement. Le sens du déplacement de la grille d'aubes de soufflante 58 est repré- senté par la flèche 78 et le sens du déplacement de la gril- le d'aubes 62 est représenté par la flèche 80. La contre ro- tation des grilles d'aubes de soufflante 58 et 62 a pour ef- fet de produire un flux 82 dirigé axialement vers l'arrière fournissant ainsi une poussée avant. En modifiant le réglage du pas pour chacune ou pour les deux grilles d'aubes de soufflante 58 et 62 il est possible d'inverser le flux 82. La figure 4 représente une - 7 - configuration dans laquelle les aubes de la seconde grille d'aubes de soufflante ont été-manoeuvrées pour avoir un pas différent permettant d'inverser le flux de soufflante. On remarquera qu'une telle manoeuvre des aubes dans la seconde grille d'aubes de soufflante 62 peut produire un flux suffi- sant pour inverser la direction 78 de la première grille d'aubes de soufflante 58. Cependant, le déplacement des grilles 58 et 62 doit demeurer différentiel comme représenté par les grandeurs relatives des flèches 78 et 80 de la figure 4. Il est possible d'utiliser différents mécanismes pour manoeuvrer les aubes de soufflante.Les figures 5 et 6 représentent l'un de ces mécanismes. La figure 5 représente une aube de soufflante 84 comportant un moyeu 86. En figure 6 on a représenté de manière détaillée des moyens de réglage de pas d'aube 88. Les moyens de réglage de pas d'aube 88 comportent un segment de piston 90, une chape 92, des pre- mier et deuxième bras de manoeuvre 94 et 96 et un anneau de commande 98. La chape 92 est fixée rigidement à une extrémi- té du segment de piston 90 et est reliée en pivotement à son autre extrémité au premier bras de manoeuvre 94. Les bras de manoeuvre 94 et 96 sont accouplés et le deuxième bras de ma- noeuvre 96 est relié en pivotement à l'anneau de commande 98. Le moyeu 86 de l'aube 84 est fixé rigidement au premier bras de manoeuvre 94. Lorsque l'on manoeuvre pneumatiquement le segment de piston 90 et qu'il se déplace de manière géné- ralement axiale le long de l'axe 100 vers une position re- présentée par les traits discontinus 101, l'aube dé souf- flante 84 tournera autour de son axe. En même temps l'anneau de commande 98 tournera jusqu'à une position représentée par les traits discontinus 102 assurant par là que toutes les autres aubes de la grille d'aubes de soufflante sont dépla- cées de la même manière. Il apparaîtra de manière évidente à l'homme de l'art que la présente invention n'est pas limitée aux réali- sations spécifiques représentées ici, ni que l'invention n'est limitée à une turbosoufflante. En fait, l'invention s'applique dans un sens plus large à tous les moteurs com- portant des aubes de propulseur à contre-rotation telles qu'une soufflante non carénée ou une hélice. On admettra aussi que les dimensions et les rela- tions proportionnelles et structurelles représentées sur les figures ne sont données ici qu'à titre d'exemple et que ces illustrations ne représentent pas les dimensions réelles ou les relations structurelles ou proportionnelles réelles uti- lisées dans le moteur à turbosoufflante à contre-rotation de la présente invention. 9 - REVENDICATIONS 1. Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comprend: un générateur de gaz (16) produisant des gaz de S combustion; une turbine de travail (30) comportant des premiè- re (38) et seconde (42) grilles d'aubes de turbine tournant en sens inverse ayant pour effet de faire tourner des pre- mier (44) et deuxième (48) arbres d'entraînement respective- ment; une section de propulseur (52) comportant une pre- mière grille d'aubes de propulseur reliées au premier arbre d'entraînement et une deuxième grille d'aubes de propulseurs reliées au deuxième arbre d'entraînement; un compresseur de gavage (66) comprenant une pre- mière grille d'aubes de compresseur (70) reliées au premier arbre d'entraînement (44) et une seconde grille d'aubes de compresseur (74) reliées au second arbre d'entraînement (48). 2. Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comprend: un générateur de gaz (16) engendrant des gaz de combustion; une turbine de travail (30) comportant des premiè- re (38) et deuxième (42) grilles d'aubes de turbine tournant en sens inverse ayant pour effet de faire tourner un premier (44) et un deuxième (48) arbre d'entraînement respectivement; une section de soufflante (52) comportant une pre- mière grille d'aubes de soufflante (58) reliée au premier arbre d'entraînement (44) et une deuxième grille d'aube de soufflante (62) reliée au deuxième arbre d'entraînement (48); et un compresseur de gavage (66) comportant une pre- mière grille d'aubes de compresseur (70) reliée au premier arbre d'entraînement (44) et une seconde grille d'aubes de compresseur (74) reliées au second arbre d'entraînement (48). - 10 - 3. Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comprend: un générateur de gaz (16) produisant des gaz de combustion; une turbine de travail (30) comportant un premier rotor (32) comportant plusieurs premières grilles d'aubes de turbine (38) s'étendant radialement vers l'intérieur à par- tir du rotor et un deuxième rotor (40) ayant plusieurs deu- xièmes grilles d'aubes de turbine (42) s'étendant radiale- ment vers l'extérieur à partir du rotor, les premier (32) et deuxième (40) rotors de turbine tournant en sens inverse et ayant pour effet d'entraîner, respectivement, le premier (44) et le deuxième arbre (48) d'entraînement; une section de propulseur comportant une première grille d'aubes de propulseur reliée au premier arbre d'en- traiînement et une deuxième grille d'aubes de propulseur re- liée au deuxième arbre d'entraînement; et un compresseur de gavage (66) comportant une pre- mière grille d'aubes de compresseur (70) reliées au premier arbre d'entraînement (44) et une deuxième grille d'aubes de compresseur (74) reliée au deuxième arbre d'entraînement (48). 4. Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comporte: un générateur de gaz (16) produisant des gaz de combustion; une turbine de travail (30) comportant un premier rotor (3.2) ayant plusieurs premières grilles d'aubes de tur- bine (38) s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du rotor et un deuxième rotor (40) ayant une série de deu- xième grilles d'aubes de turbine (42) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du rotor, les premier et deuxième rotors (32) et (40) tournant en sens opposé et ayant pour effet d'entraîner, respectivement, le premier (44) et deu- xième (48) arbre d'entraînement; - il - une section de soufflante (52) comportant une pre- mière grille d'aubes de soufflante (58) reliée au premier arbre d'entraînement (44) et une deuxième grille d'aubes (62) reliée au deuxième arbre d'entraînement (48); et un compresseur de gavage (66) comportant une pre- mière grille d'aubes de compresseur (70) reliée au premier arbre d'entraînement (44) et une deuxième grille d'aubes (74) reliée au deuxième arbre d'entraînement (48). 5.Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comporte: un générateur de gaz (16) ayant pour effet d'en- gendrer des gaz de combustion; une turbine de travail (30) comportant un premier rotor (32) ayant plusieurs premières grilles d'aubes de tur- bine (38) s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du rotor et un deuxième rotor (40) ayant plusieurs deuxièmes grilles d'aubes de turbine (42) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du rotor, les premier et deuxième ro- tors (32) et (40) tournant en sens opposé et ayant pour ef- fet d'entraîner, respectivement, le premier (44) et deuxième arbre d'entraînement (48); une section de soufflante (52) comportant une pre- mière grille d'aubes de soufflante (58) reliée au premier arbre d'entraînement (44) et une deuxième grille d'aubes (62) reliée au deuxième arbre d'entraînement (48); et un compresseur (66) comportant un premier rotor de compresseur (68) relié au premier arbre d'entraînement (44) ayant plusieurs premières grilles d'aubes de compresseur (70) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du rotor, et un deuxième rotor de compresseur (72) relié au deuxième arbre d'entraînement (48) et ayant une série de deuxième grilles d'aubes de compresseur (74) s'étendant ra- dialement vers l'intérieur à partir du rotor. 6. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième grille d'aubes de souf- - 12 - flante (62) est située axialement vers l'arrière de la pre- mière grille d'aubes de soufflante (58), la soufflante (52) ayant pour effet de produire un flux de soufflante (82). 7. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de réglage de pas d'aube (88) pour modifier le pas de la secon- de grille d'aubes de soufflante (62), ces moyens ayant pour effet d'inverser le flux de soufflante.