Brevet FR2601078A1 — publié le 19880108

i 1 2601078 La présente invention a trait a des moteurs à turbine à gaz à soufflante carénée (turboventilateur, réacteur à double flux) et en particulier à un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée dans lequel l'ensemble de soufflante est positionné en amont du noyau moteur. Les moteurs à turbine à gaz à soufflante carénée qui sont du type à taux de dérivation elevé présentent des variations importantes dans la taille du tube de courant d'air rentrant entre les conditions d'une part de croisière et statiques d'autre part lorsqu'il est installé sur un avion. 1 o Dans les moteurs à turbine à gaz à soufflante carénée à taux de dérivation élevé conventionnels, dans lesquels l'ensemble de soufflante est positionné en amont du noyau moteur, la variation dans la taille du tube de courant d'air entrant s'écoulant dans l'admission du conduit de soufflante est assurée par la présence d'une lèvre profilée 15 épaisse suivie d'une longue enveloppe de soufflante conçue pour empêcher la séparation de l'écoulement d'air depuis l'enveloppe de soufflante. La lèvre a une profondeur interne suffisante pour empêcher la séparation de l'écoulement depuis la surface d'intérieur de la lèvre de 20 I'enveloppe de soufflante durant les conditions statiques lorsque le tube de courant d'air entrant est infini et que de l'air est tiré depuis tout autour de la lèvre, et a une profondeur externe suffisante pour empêcher la séparation de l'écoulement depuis la surface extérieure de la lèvre de l'enveloppe de soufflante durant les conditions de croisière lorsque le 25 tube de courant d'air entrant est plus petit et qu'un peu d'air doit déborder par dessus la surface extérieure de l'admission. 2) Dans un moteur à turbine à soufflante carénée à taux élevé de dérivation, les courants d'air plus importants et les tailles de moteur plus importantes produisent des valeurs de traînée plus importantes qui décalent considérablement les gains de performance du cycle moteur. La présente invention tente de proposer un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée dans lequel l'ensemble de soufflante est positionné en aval du noyau moteur et dans lequel l'enveloppe de soufflante est relativement plus courte pour réduire les valeurs de la trainée et le poids de l'enveloppe de soufflante. Dans ce but, la présente invention propose un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée comprenant un noyau moteur ayant une enveloppe de noyau, un ensemble de soufflante positionné à l'extrémité d'aval du moteur ou en aval du noyau moteur, l'ensemble de soufflante ayant au moins une soufflante tournant à l'intérieur d'un conduit de 15 soufflante défini en partie par une enveloppe de soufflante, l'enveloppe de noyau ayant une forme externe en amont de l'entrée du conduit de soufflante qui, au moins dans un mode de fonctionnement, modifie les lignes de courant de l'écoulement d'air au voisinage de l'entrée du conduit de soufflante de façon à lui faire prendre un trajet d'écoulement 20 qui soit presque en alignement avec la longueur de l'enveloppe de soufflante avant d'atteindre ladite enveloppe de soufflante. Le noyau moteur a une forme présentant un étranglement, dont le diamètre minimum est sensiblement dans le même plan que l'entrée du conduit de soufflante. L'enveloppe de soufflante peut avoir une lèvre positionnée à son extrémité d'amont, la lèvre peut avoir- une profondeur externe relativement petite. L'ensemble de soufflante peut comprendre une soufflante d'amont et une soufflante d'aval entraînées par une turbine de puissance. Les soufflantes d'amont et d'aval peuvent être arrangées pour être entraînées en rotation dans des sens inverses par la turbine de puissance. La présente invention sera décrite plus complètement au moyen de référence aux dessins ci-joints, sur lesquels: les figures 1 et 2 sont des vues partiellement en coupe d'un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée de l'art antérieur, montrant les lignes de courant de l'écoulement d'air pour des conditions respectivement statiques et de croisière; les figures 3 et 4 sont des vues partiellement en coupe d'un autre moteur à turbine à gaz à soufflante carénée de l'art antérieur représentant les lignes de courant de l'écoulement d'air pour les conditions respectivement statiques et de croisière; la figure 5 représente une, vue partiellement en coupe d'un 15 moteur à turbine à gaz à soufflante carénée selon la présente invention. Les figures 6 et 7 représentent des vues partiellement en coupe d'un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée tel que représenté sur la figure 5 montrant les lignes de courant de l'écoulement d'air pour les conditions respectivement statiques et de 20 croisière. Une soufflante carénée conventionnelle 110 est représentée sur les figures 1 et 2 et comprend une soufflante 112 et un noyau moteur 114, la soufflante 112 étant positionnée en amont du noyau moteur 114. Le noyau moteur est d'un type courant et entraîne la 25 soufflante. Les pales de la soufflante sont arrangées pour tourner avec un conduit de soufflante 116 qui a une entrée 118 et une sortie 120 et est défini par une enveloppe de soufflante 122. L'enveloppe de soufflante 122 est portée depuis le noyau moteur par une pluralité d'entretoises ou aubes 124 qui s'étendent radialement depuis l'enveloppe de noyau moteur 30 vers l'enveloppe de soufflante. En fonctionnement, un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée qui a. un taux de dérivation élevé, tel que représenté sur les figures 1 et 2, présente une variation importante dans la taille du tube de courant rentrant requise par l'ensemble de soufflante entre les 5 conditions de croisière et statique ou basse vitesse. Les lignes de courant d'écoulement d'air entrant dans l'entrée du conduit de soufflante 1 18 sont notées par A pour la condition statique sur la figure 1 lorsque la taille du tube de courant entrant est infinie, et par B pour la condition de croisière sur la figure 2 lorsqu'un tube de courant beaucoup plus petit JO o est requis par la soufflante. L'entrée est notée par C et le courant d'air s'écoulant par-dessus l'enveloppe de soufflante est noté par D. La variation dans la taille du tube de courant de soufflante est assurée par la présence d'une lèvre profilée interne épaisse 126 suivie par un avant-corps 128 de l'enveloppe de soufflante 122. La lèvre a une 15 profondeur suffisante pour empêcher la séparation d'écoulement- depuis la surface intérieure de la lèvre de l'enveloppe de soufflante pendant le fonctionnement en statique, lorsque de l'air est tiré tout autour de l'admission et passeulement depuis immédiatement en amont de l'entrée de soufflante. L'avant-corps 128 a une profondeur externe 20 suffisante et est profilé de façon à empêcher la séparation de l'écoulement depuis la surface extérieure de l'enveloppe de soufflante - pendant les conditions de croisière lorsque de l'air déborde ou s'échappe par-dessus l'admission. L'avant-corps est conçu pour garantir que l'écoulement d'air 25 débordant D reste colle à la surface extérieure de l'enveloppe de soufflante 122 pour empêcher la séparation donc des valeurs de traînée importantes en particulier pendant les conditions de croisière. Il en résulte que l'avant-corps et l'enveloppe de soufflante sont relativement longs et épais à cause de la nécessité de changer la direction 30 d'écoulement doucement et progressivement, et ceci augmente le poids du moteur, et a pour résultat des valeurs de traînée importantes qui décalent considérablement les gains en performances du cycle du moteur à turbine à gaz à soufflante carénée. Une soufflante carénée. 210 à taux de dérivation élevé, dans laquelle un ensemble de soufflante 214 est positionné à l'extrémité 5 d'aval du moteur, et peut être positionné en aval du noyau moteur 212, est représentée sur les figures 3 et 4. Les pales de la soufflante sont arrangées pour tourner à l'intérieur du conduit de soufflante 220, qui a une entrée 222 et une sortie 224 et est délimité par une enveloppe de soufflante 226. L'enveloppe de soufflante 226 est fixé au noyau moteur 10 212 par une pluralité d'entretoises ou aubes 232 qui s'étendent radialement depuis l'enveloppe de noyau moteur jusqu'à l'enveloppe de soufflante. En fonctionnement, les lignes de courant d'écoulement d'air entrant dans l'admission du conduit de soufflante sont notées par E pour 15 les conditions statiques sur la figure 3 lorsqu'un tube de courant infini est requis pour la soufflante, et par F pour les conditions de croisière sur la figure 4, lorsqu'une taille de tube de courant plus petite est requise pour la soufflante. La lèvre de l'enveloppe de soufflante a une profondeur interne suffisante pour empêcher la séparation de 20 l'écoulement interne au décollage, et une profondeur externe suffisante pour empêcher la sépration de l'écoulement externe en croisière. Le tube de courant de limite de l'air s'écoulant dans l'entrée de l'enveloppe de soufflante est noté par G, et l'écoulement débordant par dessus l'enveloppe de soufflante est noté par H pour les conditions de 25 croisière. - Ceci aussi conduit à une enveloppe de soufflante relativement longue et épaisse, et ces problèmes augmentent à cause de l'utilisation de débits d'air plus importants et de diamètres de moteur plus grands. - Un moteur à turbine à gaz à soufflante carénée 10 selon 30 l'invention est représenté sur les figures 5, 6 et 7 et comprend un noyau moteur 12, et un ensemble de soufflante 14, l'ensemble de soufflante 26 0 1 0 7 8 étant positionné à l'extrémité d'aval du moteur à turbine à gaz et étant positionné, par exemple, en aval du noyau moteur. Le noyau moteur 12 est d'un type courant et peut comprendre en série par rapport à l'écoulement un compresseur ou des compresseurs, un brûleur et une turbine ou des tubines. Le noyau moteur fournit des gaz brûlants pour entraîner l'ensemble de soufflante, qui comprend une ou plusieurs soufflantes, dans cet exemple une soufflante d'amont 16 et une soufflante d'aval 18 qui sont entraînées par une turbine de puissance. La turbine de puissance est entraînée par les gaz d'échappement depuis le 10 noyau moteur et peut être arrangée pour entraîner les soufflantes dans le même sens de rotation ou dans des sens de rotation opposés, les gaz d'échappement s'écoulant à travers la sortie 36. Les pales des soufflantes d'amont et d'aval 16, 18 respectivement, sont arrangées pour tourner à l'intérieur d'un conduit 20 qui a une entrée 22 et une 15 sortie 24 et est délimité en partie par une enveloppe de soufflante 26. Le noyau moteur 12 a une enveloppe de noyau 28 qui enferme le noyau moteur 12 et a une entrée 34 Le noyau moteur 12 est en partie supporté depuis l'enveloppe de soufflante 26 par une pluralité d'entretoises ou aubes 30 s'étendant depuis l'extrémité d'amont de 20 l'enveloppe de soufflante. L'ensemble de soufflante 14 est supporté depuis l'enveloppe de soufflante 26 par une pluralité d'entretoises ou aubes 32 s'étendant depuis l'extrémité d'aval de l'enveloppe de soufflante. L'enveloppe de noyau 28 a une première partie 36 positionnée 25 en amont de l'entrée de conduit de soufflante 22, qui est aérodynamiquement profilée et qui a un diamètre relativement important, et une deuxième partie 38 positionnée en aval de la première partie 36 sensiblement dans le même plan que l'entrée de conduit de soufflante 22, et qui a un diamètre relativement petit. Les première et 30 deuxième portions fusionnent doucement pour retenir l'écoulement d'air. Ainsi, l'enveloppe de noyau a une forme présentant un étranglement dont 26 0 1 0 78 le diamètre minimum est dans le même plan que l'entrée du conduit de soufflante. L'enveloppe de soufflante 26 a une lèvre 40 à son extrémité d'amont pour s'assurer que les lignes de courant d'écoulement d'air 5 restent collées à l'enveloppe de soufflante aux conditions statiques et de croisière. En fonctionnement, les lignes de courant de l'écoulement d'air entrant dans l'entrée du conduit de soufflante 22 et l'entrée du noyau moteur 34 (figure 5) sont notées par I et J, respectivement, pour les 1 0 conditions statiques, sur la figure 6, lorsqu'un tube de courant infini est requis pour la soufflante ou les soufflantes, et les lignes de courant d'écoulement d'air entrant dans l'entrée de conduit de soufflante 22 et l'entrée de noyau moteur 34 sont notées par K et N. respectivement pour les conditions de croisière, sur la figure 7, lorsqu'une taille de tube de 15 courant plus petite est requise pour la soufflante ou les soufflantes et le noyau moteur. Les tubes de courant limite de l'écoulement d'air entrant dans l'entrée du conduit de soufflante et l'entrée du noyau moteur sont notées par L et O respectivement, et l'écoulement débordant par dessus l'enveloppe de soufflante est noté par M pour les conditions 20 de croisière. La deuxième partie 38 de. l'enveloppe de noyau 28 est réduite à un diamètre minimum pour permettre la plus grande profondeur de lèvre interne possible dans l'enveloppe de soufflante pour empêcher la séparation de l'écoulement interne aux conditions statiques, et pour 25 permettre un diamètre d'enveloppe de soufflante externe minimal. La première partie 36 profilée de l'enveloppe de noyau 28 a un diamètre relativement important de façon à ce que la forme externe de l'enveloppe de noyau en amont de l'entrée de conduit de soufflante 22 modifie le tube de courant entrant s'écoulant à travers l'entrée du 30 conduit de soufflante de façon à lui faire prendre un trajet d'écoulement qui soit presque en alignement avec la longueur de l'enveloppe de $ 260 1 078 soufflante avant d'atteindre l'enveloppe de soufflante pendant les conditions de croisière Le tube limite de courant L du tube de courant entrant s'écoulant dans l'entrée du conduit de soufflante pendant les conditions 5 de croisière est plus proche de l'alignement avec la longueur de l'enveloppe de soufflante que dans l'art antérieur, et fournit une ligne de courant de division plus droite en avant de la lèvre de l'enveloppe de soufflante entre les lignes de courant d'écoulement d'air 1 courte, les valeurs de traînée seront considérablemerit réduites. La première partie profilée du noyau moteur permet aux performances maximales d'être obtenues avec un diamètre extérieur hors tout de l'enveloppe de soufflante plus petit. - 9 2601078 REVENDICATIONS 1. Moteur à turbine à gaz à soufflante carénée comprenant un noyau moteur ayant une enveloppe de noyau, un ensemble de soufflante positonné à l'extrémité d'aval du noyau moteur ou en aval du noyau moteur, l'ensemble de soufflante ayant au moins une soufflante 5 fonctionnant à l'intérieur d'un conduit de soufflante délimite en partie par une enveloppe de soufflante, caractérisé en ce que le noyau moteur (28) a une forme externe (36) en amont de l'entrée du conduit de soufflante (22) qui, au moins dans un mode de fonctionnement, rmodifie les lignes de courant d'écoulement d'air (K) au voisinage de l'entrée (22) o10 du conduit de soufflante de façon à lui faire prendre un trajet d'écoulement qui soit presque en alignement avec la longueur de l'enveloppe de soufflante (26) avant d'atteindre ladite enveloppe de soufflante (26). 2. Moteur à turbine à gaz à soufflante carénée selon la 15 revendication 1, caractérisé en ce que le noyau moteur (28) a une forme présentant un étranglement (38) dont le diamètre minimal est sensiblement dans le même plan que l'entrée du conduit de soufflante (22). 3. Moteur à turbine à gaz à soufflante carénée selon la 20 revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe de soufflante (26) a une lèvre (40) positionnée à son extrémité d'amont, la lèvre (40) ayant une profondeur externe relativement petite. 4. Moteur à turbine à gaz à soufflante carénée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de soufflante (14) 25 comprend une soufflante d'amont (16) et une soufflante d'aval (18), chacune entraînée par une turbine de puissance. 5. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que la soufflante d'amont (16) et la soufflante d'aval (18) sont arrangées pour être entraînées en rotation dans des sens opposés par la turbine de puissance,