Brevet FR2604480A1 — publié le 19880401

"Turbine à gaz auxiliaire destinée à être utilisée sur un avion et à augmenter son débit à de grandes altitudes de vol. " L'_invention concerne une turbine à gaz auxiliaire destinée à être utilisée sur un avion, dont la turbine mo- trice entraine au moins un alimentateur d'air. Par le document DE-OS 23 25 592, on connatt un dispositif avec une turbine à gaz auxiliaire qui est uti- lisée pour démarrer les propulseurs de l'avion et pour en- tra ner des appareils auxiliaires de l'avion. Dans ce cas, le dispositif est maintenu en fonctionnement pendant la totalité du vol, par exemple pour alimenter la cabine de l'avion en air climatisé. L'air nécessaire pour le fonction- nement de la turbine à gaz auxiliaire est prélevé sur le compresseur du propulseur principal. Ceci présente l'incon- vénient que ce propulseur principal, notamment aux grandes altitudes de vol, doit fonctionner avec une puissance plus élevée que cela n'est nécessaire pour des raisons techniques de vol, afin de fournir suffisamment d'air à la turbine à gaz auxiliaire. Cela se produit notamment lorsqu'après avoir atteint le plafond d'utilisation de l'avion, le ou les propul- seurs principaux doivent fonctionner au cours de la phase de descente, uniquement pour l'aération de la cabine, à une puissance plus élevée que celle qui serait nécessaire pour des raisons techniques de vol. 2.- Il est en outre connu d'alimenter la turbine à gaz auxiliaire exclusivement avec l'air environnant. Dans ce type de fonctionnement également, la turbine à gaz auxi- liaire doit fonctionner, lorsque l'altitude s'accroit, avec une puissance fortement croissante, car la pression interne de la cabine doit être maintenue constante, tandis que le débit fourni par la turbine à gaz auxiliaire, décroît du fait de la décroissance de la densité de l'air. L'invention a pour but d'augmenter le débit d'une turbine à gaz auxiliaire à de grandes altitudes de vol. Ce but est atteint, conformément à l'invention en ce que la turbine à gaz auxiliaire aspire de l'air à par- tir de la cabine de l'avion au niveau de pression de cette cabine et le détend dans l'atmosphère. GrAce à cette disposi- tion, le débit de la turbine à gaz auxiliaire est considéra- blement augmenté, par rapport à celui de turbines à gaz auxi- liaires qui est alimenté en air provenant de l'atmosphère li- bre. Si l'on veut obtenir le même débit en altitude avec une turbine à gaz auxiliaire aspirant à partir de l'atmos- phère, cette turbine à gaz auxiliaire devrait, selon l'altitu- de o elle est exploitée, être dimensionnée pour un débit al- lant jusqu'à 5 fois le débit dans le cas d'exploitation au sol. Indépendamment du poids important de la turbine qui en résulterait, la turbine devrait également fonctionner dans des cas d'utilisation défavorables, car une zone d'exploita- tion plus importante devrait être couverte. Selon un com- plément de l'invention, la turbine à gaz auxiliaire est réa- lisée sous la forme d'une installation à deux arbres. Ainsi, la turbine génératrice de gaz fonctionne avantageusement à un point de fonctionnement constant, ce qui, du fait de la pression d'air constante de la cabine avec laquelle le compresseur de la turbine génératrice de gaz est alimenté, est possible sans problème. L'adaptation à la pression atmosphérique s'effec- tue, conformément à l'invention, grâce à la turbine motrice 3.- qui est ainsi la seule à fonctionner dans des zones de char- ge partielles différentes. Dans le cas d'une telle commande, la turbine génératrice de gaz est touJours exploitée à son point de fonctionnement. D'autres formes de réalisation conformes à l'invention de la turbine à gaz auxiliaire découlent de la description des dessins, description dans laquelle un exem- ple de réalisation de l'invention, représenté sur les figures est décrit. - les figures 1 à 7 montrent sous forme de dia- grammes différentes influences sur le besoin de puissance de l'alimentateur d'air, ainsi qu'une caractéristique de puissance d'une turbine à gaz auxiliaire classique, et d'une turbine à gaz auxiliaire fonctionnant conformément à l'in- vention, - la figure 8 montre un ensemble de turbines à gaz auxiliaires conformes à l'invention. Sur la figure 1 est représenté, en fonction de l'altitude, le rapport de puissance de l'alimentateur air rapporté à la puissance au niveau du sol. On voit que ce rap- port de puissance augmente fortement lorsque l'altitude de vol croit. La figure 2 montre en fonction de l'altitude, le rapport du débit de l'air pour la cabine, rapporté au débit au niveau du sol. La figure 3 montre en fonction de l'altitude de vol, le rapport de pression de l'alimentateur d'air. Sur la figure 4 sont reportées, en fonction de l'altitude de vol, la "pression du compresseur d'alimentation" (courbe 1), la pression dans la cabine (courbe 2), et la pression environnante (courbe 3). La figure 5 montre en fonction de l'altitude de vol, la température environnante. Sur la figure 6, est reportée, en fonction de l'altitude de vol, la consommation spécifique de carburant 4.- pour une turbine à gaz auxiliaire exploitée avec de l'air en provenance de l'atmosphère (courbe 1), et pour une tur- bine à gaz auxiliaire qui, conformément à l'invention, est exploitée avec l'air de la cabane. Dans ce cas, les deux courbes de consommation de carburant se rapportent à une tur- bine auxiliaire à gaz avec un débit d'air en fonctionnement au sol, de 1 kg par seconde. La courbe de puissance 1 sur la figure 7, est la courbe en fonction de l'altitude de vol, de la puissance exigée de l'alimentateur d'air. On voit que la puissance exigée de l'alimentateur d'air, qui détermine la pression de la cabine de l'avion, augmente lorsque l'altitude de vol augmente. Par contre, la puissance délivrée par une turbi- ne à gaz auxiliaire classique exploitée à la pression at- mosphèrique, est fortement tombante, conformément à la cour- be 2, lorsque l'altitude de vol augmente. Le point de puis- sance pour une hauteur de vol nulle, c'est-à-dire en fonc- tionnement au sol, est supposé être le même dans le cas de la courbe caractéristique de la turbine à gaz auxiliaire ex- ploitée de façon conventionnelle, que dans le cas de la turbine à gaz auxiliaire exploitée conformément à l'inven- tion, et qui est représentée dans la courbe de puissance 3. On peut déduire de ce diagramme de puissance, que la tur- bine à gaz auxiliaire entraînée de façon conventionnelle, n'apporte déjà plus, à partir d'une altitude de vol d'en- viron 6 km, la puissance exigée. Pour obtenir à une altitude maximale de vol de 45.000 pieds une puissance encore suffisan- te, la turbine à gaz auxiliaire entraînée de façon conven- tionnelle, devrait fournir au sol, à peu près cinq fois la puissance de la turbine à gaz auxiliaire entraînée confor- mément à l'invention. La courbe caractéristique 3a montre l' évolution de la puissance de la turbine à gaz auxiliaire entrainée conformément à l'invention, en supposant des per- tes par fuites à la cabine, d'environ 30 %. Dans un tel cas, la puissance délivrée par la turbine auxiliaire à gaz, 5.- couvre exactement la puissance exigée de l'alimentateur d'air à l'altitude de vol maximale suposée de 45 000 pieds. La surface hachurée entre les courbes caractéristiques 1 et 3a, et qui représente un potentiel de puissance, peut, dans le cas de la turbine à gaz auxiliaire exploitée con- formément à l'invention, *tre prélevée en tant, par exem- ple que puissance électrique supplémentaire, et être uti- lisée pour l'entralnement d'autres appareils. Dans la cabine 1 (figure 8) d'un avion, règne une pression correspondant à la courbe caractéristique 2 de la figure 4. On admet en outre, qu'un certain écoulement de gaz s'échappe sous forme de débit de fuite dans l'envi- ronnement, c'est-à-dire dans l'atmosphère libré. De la ca- bine 1 est extrait, pour le fonctionnement de la turbine à gaz auxiliaire 4, le débit d'air représenté par la flèche 3. Ce débit d'air 3, est amené à un compresseur 5 de la tur- bine à gaz auxiliaire 4 et envoyé par le compresseur 5 dans une chambre de combustion 6. De cette chambre de combustion 6, le débit de gaz 3 arrive dans une turbine génératrice à gaz 7 qu'il entraîne. La turbine génératrice à gaz 7, est reliée par un arbre 13 au compresseur 5 et entraîne ainsi celui-ci. De débit de gaz 3' sortant de la turbine généra- trice à gaz 7, est envoyé dans une turbine motrice 8 qu'il entraine indépendamment de l'arbre 13. L'échappement du dé- bit de gaz 3' de la turbine motrice 8, débouche dans l'en- vironnement libre. La turbine motrice 8 entra ne, par l'in- termédiaire d'un arbre 9, un alimentateur d'air 10. Cet alimentateur d'air 10 revêt alors la forme d'un compresseur. L'alimentateur d'air 10, aspire de l'air à partir de l'at- mosphère libre et refoule le débit aspiré 11 dans une ins- tallation de climatisation 12, à partir de laquelle, ce débit 11 arrive à l'intérieur de la cabine 1. 6.- R E V E N D I C A T I ONS 1.- Turbine à gaz auxiliaire (4) destinée à être utilisée sur un avion, dont la turbine motrice (8) entra ne au moins un alimentateur d'air (10), turbine à gaz auxiliaire caractérisée en ce qu'elle aspire à partir de la cabine (1) de l'avion, de l'air au niveau de pression de la cabine, tandis que l'écoulement de gaz (3) sortant de la turbine motrice (8) est évacué dans l'environnement. 2.- Turbine à gaz auxiliaire (4) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle revêt la forme d'une installation à deux arbres.