Brevet FR2570765A1 — publié le 19860328

La présente invention concerne les groupes turbo-réacteurs et, en p) articulier, ceux applic;-bles aux aéronefs du type à décollage vertical ou court. On sait équiper ces aéronefs d'un turbo-réacteur unique coinm- portant une pluralité de tuyères d'éjection pivotanteSpermeL- tant de faire varier la direction de la poussée produite par le moteur. L'aéronef peut être propulsé vers l'avant pour un vol normal,les tuyèresdéchargeant vers l'arrière, ou flotter ou se déplacer verticalement, les tuyères déchargeant vers le bas. Les tuyères peuvent être réglées de façon à donner i la Pois une certaine portance verticale et une certaine propul- sion horizontale pour assurer la transition entre le vol nor- mal vers l'avant et la sustentation. Le mieux connu de ces moteurs comporte quatre tuyères d'éjec- tion pivotantes dont les deux situées en aval sont alimentées en gaz d'échappement chauds et dont les deux situées en amont sont alimentées en air dérivé relativement froid. On a proposé plusieurs solutions pour augmenter la poussée de ces moteurs, mais toutes présentent des inconvénients. Ces types de moteurs possèdent un faible taux de dérivation et on a songé à augmenter proportionnellement les caractéristiques d'un tel moteur ou à augmenter son taux de dérivation. Mais ceci oblige à donner aux tuyères antérieures et à la tuyaute- rie associée des dimensions exagérées pour admettre le débit important d'air dérivé à basse pression. Ceci augmente le poids du moteur et complique l'installation de l'aéronef. On a également proposé d'augmenter la poussée des deux tuyères antérieures par une combustion de carburant supplémentaire dans l'air dérivé gagnant les tuyères (solution habituellement dcdnomriwe réchauffage ou combustion en chambre d'accumulation). Cette solution présente deux inconvénients principaux: la combustion du carburant dans l'air dérivé d'assez faible 2570 7 6 5 pression est insuffisante et entraine une consorn.iation spéci- fique d carburarit élevée. 2 l'augmentation de la puissance de poussée des tuyères anlérieures pose des problèmes d'équi- librage de poussée. Pour qu'un moteur le ce type fonctionne de façon satisfaisante dans une cellule d'aéronef, on doit s'assurer que la poussée de bas en haut résultante de toutes les tuyères passe par le centre de gravité de l'ensemble mo- teur/cellule quand les tuyères sont pointées vers le bas. Donc, à moins d'appliquer aux tuyères antérieures un réchauf- fage permanent, l'équilibre de la poussée n'est pas maintenu. La présemte invention a pour objet de réaliser un groupe turbo-réacteur pour aéronef a décollage vertical ou court éliminant les inconvénients ci-dessus. Le groupe turbo-réacteur selon l'invention comprend un moteur à turbine à gaz principal ayant au moins une tuyère propulsive, et au moins un moteur à turbine à gaz auxiliaire pouvant être alimenté en air pressurisé, comme fluide moteur, provenant du moteur principal, ce moteur auxiliaire au moins unique ayant au moins une tuyère d'éjection veetoriellement orientable. De préférence, le dispositif comportera deux moteurs auxiliai- res disposés dans le canal de soufflante du moteur principal d'o ils seront alimentés en air pressurisé, le reliquat d'air pressurisé du canal de soufflante se mêlant au courant de gaz chaud quittant la turbine du moteur principal. En outre, la tuyère propulsive du moteur principal pourra comporter deux tuyères vectoriellement orientables de section variable, l'une de chaque côté de l'axe du moteur. Les tuyères d'éjection vectoriellemient orientables des moteurs auxiliaires pourront être disposées, une de chaque côté de ]'axe du moteur, en avant des tuyères propulsives du moteur principal. De préférence, des organes d(e guidage d'écou]ement seront dis- posés dans le canal de soufflante afin de diri :er vers les mo- teurs auxiliaires une fraction déterminée de l'air pressurisé traversant le canal de soufflante. De préférence, ces organes de guidage d'écoulement comprennent un diviseur annulaire disposé dans le canal de soufflante en amont des prises d'air des moteurs auxiliaires. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels: - - la Figure 1 est une vue perspective schématique, en coupe partielle, d'un groupe turbo-réacteur selon l'invention; --la Figure 2 est une coupe axiale schématique du groupe turbo-réacteur selon l'invention; - la Figure 3 est une coupe transversale schématique du groupe turbo-réacteur selon la ligne 2-2 de la Figure 2; et - la Figure 4 est un graphique comparatif de la courbe de consommation de carburant en fonction de la poussée, dans un moteur classique réchauffé à poussée vectoriellement o- rientée et dans un moteur conforme à la présente invention. Le groupe turbo-réacteur 10 représenté comporte, dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante. avant 12 montée rotative sur un arbre basse pression 13 et logée dans le canal de souf- flante 14; un compresseur moyenne pression 15 calé sur un arbre moyenne pression 13a; et un compresseur haute pression 16 disposé en aval du compresseur moyenne pression 15 et monté rotatif sur un arbre haute pression 17. Une chambre de com- bustion annulaire 18 est disposée en aval du compresseur haute pression 16 avec des organes d'alimentation en carburant et des brûleurs non représentés. Z570765 En aval de la chambre de combustion est disposée une turbine haute pression 19 montée sur l'arbre haute pression 17. Une turbine moyenne pression 19a est disposée sur l'arbre moyenne pression 13a en aval de la turbine haute pression 19 et une turbine basse pression 20 est disposée en aval de la turbine 19a. Une pluralité de conduits mélangeurs, dont l'un 21 est représenté, sont disposés en aval de la turbine basse pression L'air pénétrant dans le moteur est pré-pressurisé en totalité par la soufflante 12 puis se divise en trois écoulements Le premier écoulement d'air pénètre dans le compresseur moy- enne pression 15 puis gagne le compresseur haute pression 16, la chambre de combustion 18 et lems turbines 19, 19a et 20. Le second écoulement pénètre dans l'espace situé radialement en dehors du compresseur 15 mais radialement en dedans du diviseur d'écoulement 26 et émerge à la partie aval du canal de soufflante 14a o les conduits mélangeurs 21 le mélangent à l'écoulement de gaz chauds sortant de la turbine basse pres- sion 20. Ce flot mixte franchit une tubulure en forme de culotte d'o il est conduit à des tuyères d'éjection de section variable 22 et 23 À Ces dernières comportent en outre des or- ganes permettant de les faire pivoter d'au moins 90 afin de pouvoir permettre tant le décollage vertical que le vol hori- zontal. Les parties pivotantes ou vectoriellement orientables des deux tuyères 22 et 23 ne sont représentées schématiquement sur la Figure 2 que par les traits 22a et 23a Le troisième écoulement pénètre dans la partie annulaire déli- mitée radialement entre le diviseur d'écoulement 26 et l'enve- loppe externe du moteur et s'y divise en deux branches péné- trant dans les deux moteurs à turbine à gaz auxiliaires 24 et disposés dans le canal de soufflante 14. Ces moteurs peu- vent être des moteurs à réaction à un ou deux arbres dont le débit volumétrique combiné sera nettement supérieur à celui de la partie principale du moteur principal identifiée par les compresseurs 15 et 16. 2570765 L'échappement des deux moteurs auxilaires 24 et 25 est conduit aux tuyères d'éjec- tion 27 et 28. Les deux tuyères d'éjection antérieure 27 et 28 sont toutes deux montées pivotantes par rapport au reste du groupe turbo- réacteur de façon à être vectoriellement orientables pour permettre tant le décollage vertical que le vol horizontal. En marche, les moteurs auxiliaires 24 et 25 fonctionnent sous divers régimes selon la poussée que nécessite l'aéronef. Chacune des deux tuyères aval comporte des organes permettant d'en faire varier la section. Les tuyères à section variable du moteur principal ont pour but de permettre de régler cette section, quand on modi- fie la vitesse des moteurs à turbine à gaz auxiliaires pour accroitre la poussée, afin que la pression de sortie de la soufflante se déchargeant dans le canal 14 soit conforme au rapport théorique préétabli: taux de pression de soufflante/vitesse. Ces tuyères à section variable seront donc accouplées, par un système approprié d'asservissement, aux distributeurs ou papillons des moteurs auxiliai res pour satis- faire à ce rapport pression de soufflante/vitesse. La Figure 4 est un graphique comparatif du rendement d'un moteur à turbine à gaz à poussée vectoriellement orientée, équipé d'un système de réchauffage, avec le rendement d'un moteur selon la présente invention, faisant ressortir l'économie de carburant rendue possible. La légende de ce graphique est la suivante A = moteur classique. B = moteur selon l'invention. C = consommation de carburant. E = économie de carburant. P = poussée en vol. R = renfort par réchauffage. X = renfort par moteur auxiliaire. Il est bien entendu que, bien que le moteur principal décrit ci-dessus soit un moteur à dérivation, à soufflante et à trois arbres, l'invention n'est pas limitée à un tel moteur et qu'il pourra aussi bien être dutypeà soufflante à deux arbres ou en fait à un nombre quelconque d'arbres. RI V tNDICAlIvNS 1. Groupe turbo-réacteur comprenant un moteur à turbine à gaz principal ayant au moins une tuyère propulsive, et au moins un moteur à turbine à gaz auxiliaire, caractérisé en ce que ledit moteur à turbine à gaz auxiliaire au moins unique est approprié à être alimenté en air pressui sé comme fluide mo- teur provenant du moteur principal, ledit moteur auxiliaire au moins unique ayant au moins une tuyère d'éjection vecto- riellement orientable. 2. Groupe turbo-réacteur belon lJe Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux moteurs auxiliaires disposés dans le canal de soufflante du moteur principal d'o ils sont alimentés en air pressurisé, le reliquat d'air pressurisé du canal de soufflante se mêlant au courant de gaz chaud quittant la turbine du moteur principal. 3. Groupe turbo-réacteur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère propulsive du moteur principal comporte deux tuyères vectoriellement orientables de section variable disposées à raison d'une de chaque côté de l'axe du moteur. 4. Groupe turbo-réacteur selon une quelconque des Revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur auxiliaire au moins unique comporte deux tuyères d'éjection de moteur auxiliaire vectoriellement orientables disposées à raien d'une de chaque côté de l'axe du moteur principal, en avant des tuyères propulsives du moteur principal. 5. Groupe turbo-réacteur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que des organes de guidage d'écoulement sont disposés dans le canal de soufflante afin de diriger vers les moteurs auxiliaires une fraction déterminée de l'air pressurisé traversant le canal du soufflante. 6. Groupe turbo-réacteur selon la Revendication 5, caractérisé en ce que ces organes de guidage d'écoulenlent com:>rennent un diviseur annulaire disposé dans le canal de soufi'lante en amont des prises d'air des moteurs auxiliaires. 7. Groulpe turbo-réacteur selon une quelconque des levendica- tions 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est ap- pr,prié à la propulsion d'un aéronef à décollage vertical ou sur distance réduite.