Brevet FR2662782A1 — publié le 19911206

La présente invention a trait à une feuille perforée qui améliore le refroidissement par film d'air ainsi qu'à une méthode pour réaliser une telle feuille perforée. L'invention a particulièrement trait à l'utilisation de telles feuilles perforées dans une chambre de combustion de moteur à turbine à gaz. Il est connu de refroidir les parois d'une chambre de combustion d'un moteur à turbine à gaz par un refroidissement par film d'air Un film d'air de refroidissement est amené à s'écouler le long des parois internes de la chambre de combustion Il sert à isoler les parois des gaz chauds de combustion à lintérieur de la chambre de combustion. Un procédé traditionnel pour refroidir par film d'air les parois d'une chambre de combustion consiste à faire passer un écoulement d'air de refroidissement au travers d'une série d'ouvertures cylindriques pratiquées dans les parois L'air s'écoule au travers des ouvertures cylindriques dans les parois de combustion et est dirigé le long de sa surface intérieure pour donner un film d'air de refroidissement Avec cette méthode de refroidissement par film, l'air dirigé à partir des ouvertures a une grande vitesse qui s'oppose à la création d'un film de refroidissement efficace La grande vitesse de l'air dirigé a pour conséquence de détacher le film de la surface intérieure des parois de la chambre de combustion Il peut s'ensuivre l'échauffement de la surface intérieure des parois de la chambre de combustion puisque les gaz chauds de combustion sont à même de venir au contact de cette surface intérieure. On a obtenu un refroidissement par film d'air amélioré en utilisant des ouvertures de refroidissement dans les parois de la chambre de combustion en forme de soufflante Chaque ouverture présente une partie cylindrique initiale et une partie divergente à partir de laquelle l'air sort le long de la paroi interne de la chambre de combustion La partie divergente des ouvertures en forme de soufflante peut réduire la vitesse de l'air qu'elle dirige de sorte qu'est créé un film d'air de refroidissement plus efficace L'épaisseur du film d'air issu de chaque ouverture en forme de soufflante est aussi accrue de sorte qu'une plus faible quantité d'air peut être utilisée pour refroidir une surface donnée La partie divergente des ouvertures peut faire un coude afin de garantir que le film de refroidissement reste sur les surfaces intérieures des parois de la chambre de combustion. Si les ouvertures de refroidissement en forme de soufflante donnent un film de refroidissement efficace, elles sont toutefois difficiles et longues à réaliser et des techniques de réalisation spéciales doivent être employées. La présente invention vise à donner une feuille perforée qui améliore efficacement le refroidissement par film d'air tout en étant relativement aisée à réaliser. Conformément à la présente invention, une feuille perforée pour améliorer le refroidissement par film d'air comprend une première et une seconde couches d'un matériau stratifié, chaque couche ayant une série d'ouvertures, la première et la seconde couches étant disposées l'une contre l'autre de façon superposée de sorte que chaque ouverture de la première couche communique avec au moins une ouverture de la seconde couche pour former des passages au travers de la feuille perforée, les surfaces des sections transversales de chaque ouverture dans la seconde couche étant plus grandes que la surface de la section transversale de l'ouverture de la première couche avec laquelle elle communique. De préférence, les ouvertures dans les première et seconde couches de matériau stratifié peuvent avoir des côtés parallèles. Les première et seconde couches de matériau stratifié peuvent avoir des épaisseurs différentes et sont de préférence liées l'une à l'autre pour donner une bonne conduction thermique entre les couches. Les ouvertures de la première couche de matériau stratifié peuvent former un angle de façon à déterminer en fonctionnement un écoulement de masse du fluide de refroidissement au travers De même, les ouvertures de la seconde couche de matériau stratifié peuvent former un angle afin de déterminer l'angle selon lequel l'écoulement du fluide de refroidissement est dirigé au travers en fonctionnement. Un procédé pour réaliser une feuille perforée pour améliorer le refroidissement par film d'air comprend les étapes de créer une série d'ouvertures de surface de section transversale donnée selon un dessin prédéterminé dans un matériau stratifié, créer une série d'ouvertures selon un dessin correspondant dans une seconde couche d'un matériau stratifié, les ouvertures dans les secondes couches ayant des surfaces de section transversale plus grandes que celles des ouvertures correspondantes de la première couche, placer l'une contre l'autre de façon superposée les deux couches de matériau stratifié de sorte que chaque ouverture de la première couche communique avec au moins une ouverture correspondante de la seconde couche pour former des passages au travers de la feuille perforée. L'invention va à présent être décrite au moyen d'exemples et en faisant référence aux dessins joints sur lesquels: la figure 1 montre une illustration d'une feuille perforée qui forme une partie d'une paroi de chambre de combustion conformément à la présente invention, la figure 2 est une coupe d'une partie d'une feuille perforée qui forme une partie d'une paroi de chambre de combustion conformément à une forme de réalisation de la présente invention, la figure 3 est une coupe d'une partie d'une feuille perforée qui forme une partie d'une paroi d'une chambre de combustion conformément à une autre forme de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, une feuille perforée 10 qui forme une partie d'une paroi d'une chambre de combustion possède une série de passages 12 s'étendant au travers elle. Les passages 12 permettent à un écoulement d'air de refroidissement de passer depuis une surface extérieure 13 à une surface intérieure 15 de la feuille perforée 10. L'écoulement d'air de refroidissement sort des passages 12 pour former un film d'air de refroidissement à la surface intérieure 15 de la feuille perforée 10 Les passages 12 sont disposés selon un dessin prédéterminé qui garantit qu'un film uniforme d'air de refroidissement est créé sur la surface intérieure 15 Le film d'air de refroidissement dirigé sur la surface intérieure 15 agit tel une barrière afin d'éviter que les gaz chauds de combustion ou leurs équivalents ne soient en contact avec la paroi intérieure 15. La feuille perforée 10 comprend deux couches 14 et 16 séparées d'un matériau stratifié et qui sont disposées l'une contre l'autre de façon superposée Dans les modes de réalisation montrés sur les figures 2 et 3, les deux couches 14 et 16 de matériau stratifié ont la même épaisseur bien qu'on conçoive que l'épaisseur de chaque couche puisse être modifiée selon l'application particulière de la feuille perforée 10 Chacune des couches 14 et 16 présente une série d'ouvertures 12 a et 12 b Les ouvertures 12 a et 12 b dans les couches 14 et 16 respectivement sont disposées rune par rapport à lautre de telle sorte qu'elles communiquent lorsque les deux couches 14 et 16 sont l'une contre l'autre de façon superposée Les deux couches 14 et 16 de matériau stratifié sont ensuite liées ensemble afin de garantir qu'il y a une bonne conduction thermique entre elles Les ouvertures 12 a et 12 b communiquent entre elles afin de former des passages 12 au travers de la feuille perforée 10. Dans la forme de réalisation de la figure 2, la première couche 14 de matériau stratifié possède une série d'ouvertures 12 a qui s'étendent perpendiculairement à la surface 13 La seconde couche 16 possède aussi une série d'ouvertures 12 b s'étendant au travers et dont les surfaces de section transversale sont plus grandes que celles des ouvertures 12 a correspondantes de la première couche 14 Les ouvertures 12 b de la seconde couche 16 forment un angle par rapport à la surface 15 de façon à diriger l'air qui en sort, sur la feuille 10, selon une direction en aval de l'écoulement des produits de combustion Le fait de diriger l'air sortant selon une direction aval favorise radhérence du film d'air qui est créé à la surface intérieure 15 de la feuille perforée 10. L'homme de lart conçoit que l'angle selon lequel l'air est dirigé, peut être modifié afin de déterminer l'angle selon lequel l'air sort et d'optimiser ainsi l'efficacité du film pour une application particulière. En fonctionnement, un écoulement d'air s'écoule selon la direction indiquée par la flèche A le long de la surface extérieure 13 de la feuille perforée 10 Une partie de l'air s'écoule par l'ouverture 12 a vers la plus grande ouverture 12 b o il est diffusé. Cette diffusion de lair entraîne une diminution de sa vitesse Grâce à la réduction de la vitesse, l'air sortant des ouvertures 12 b a davantage tendance à adhérer à la surface intérieure 15 de sorte qu'un film d'air de refroidissement efficace est créé sur la surface intérieure 15 L'épaisseur du film d'air sortant des ouvertures 12 b augmente également si bien qu'une plus faible quantité d'air peut être utilisée pour refroidir la surface intérieure 15. Un autre avantage de la forme de réalisation montrée sur la figure 2 est que l'air passant depuis les ouvertures 12 a vers les ouvertures 12 b plus grandes rejaillit sur la paroi intérieure 12 c de l'ouverture 12 b Il s'ensuit un refroidissement par collision de la paroi 12 c, qui améliore encore l'efficacité du refroidissement de l'écoulement d'air passant au travers de la feuille perforée 10. La figure 3 montre une autre forme de réalisation de la présente invention dans laquelle les ouvertures 12 a de la première couche 14 stratifiée forment un angle par rapport à la surface 13 L'entrée de l'ouverture 12 a à la surface 13 est tournée dans une direction amont afin de permettre à une grande portion de lécoulement d'air de passer au travers L'homme de l'art concevra que l'angle des ouvertures 12 a peut être modifié afin de déterminer la masse d'air s'écoulant au travers pour une application particulière. L'avantage offert par cette forme de réalisation d'une feuille perforée 10 est que les ouvertures 12 a et 12 b, dans chaque couche 14 et 16 respectivement, sont réalisées indépendamment pour donner un passage 12 De cette façon, les ouvertures 12 a et 12 b dans chaque couche 14 et 16 peuvent être aisément usinées à la taille, la forme et l'angle désirés pour optimiser l'efficacité du film de refroidissement et le contrôle de l'écoulement d'air quelle que soit l'application particulière. 2662782 Dans les formes de réalisation décrites, on montre une seule ouverture dans chaque couche en communication avec l'autre L'homme de l'art concevra cependant que chacune des ouvertures 12 a de la première couche 14 stratifiée peut être en communication avec une ouverture 12 b correspondante de la seconde couche 16 stratifiée qui est divisée ellemême en une série d'ouvertures. Revendications: 1. Feuille peforée pour améliorer le refroidissement par film d'air, la feuille perforée définissant une surface d'un moteur à turbine à gaz et comprenant une première et une seconde couches d'un matériau stratifié, chaque couche ayant une série d'ouvertures dans la feuille perforée, caractérisée en ce que les première et seconde couches ( 14, 16) sont disposées l'une contre l'autre de façon superposée de sorte que les ouvertures ( 12 a) de la première couche ( 14) communiquent avec au moins une des ouvertures ( 12 b) dans la seconde couche ( 16) pour former des passages au travers de la feuille perforée ( 10), les surfaces de section transversale de chaque ouverture ( 12 b) de la seconde couche ( 16) étant plus grandes que la surface de section transversale de l'ouverture ( 12 a) de la première couche ( 14) avec laquelle elle correspond. 2. Feuille perforée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures ( 12 a, 12 b) dans les première et seconde couches ( 14, 16) de matériau stratifié ont des côtés parallèles. 3. Feuille perforée selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les première et seconde couches ( 14, 16) de matériau stratifié ont des épaisseurs différentes. 4. Feuille perforée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les première et seconde couches ( 14, 16) de matériau stratifié sont liées ensemble pour donner une bonne conduction thermique entre elles. 5 Feuille perforée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ouvertures ( 12 a) dans la première couche ( 14) de matériau stratifié forment un angle de façon à déterminer en fonctionnement un écoulement principal du fluide de refroidissement au travers elle. 6. Feuille perforée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ouvertures ( 12 b) dans la seconde couche ( 16) de matériau stratifié forment un angle de façon à déterminer l'angle selon lequel l'écoulement de fluide de refroidissement en sort en fonctionnement. 7. Feuille perforée selon l'une quelconque des revendications précédentes servant à former une paroi d'une chambre de combustion d'un moteur à turbine à gaz. 8 Procédé pour réaliser une feuille perforée pour améliorer le refroidissement par film d'air comprenant les étapes de créer une série d'ouvertures de surface de section transversale donnée selon un dessin prédéterminé dans un matériau stratifié, créer une série d'ouvertures selon un dessin correspondant dans une seconde couche d'un matériau stratifié, caractérisé en ce que les ouvertures ( 12 b) dans la seconde couche ( 16) ont des surfaces de section transversale plus grandes que les ouvertures ( 12 a) correspondantes dans la première couche ( 14), les deux couches ( 14, 16) de matériau stratifié étant placées l'une contre rautre de façon superposée de sorte que chaque ouverture ( 12 a) dans la première couche ( 14) communique avec au moins une ouverture ( 12 b) correspondante dans la seconde couche ( 16) pour former des passages au travers de la feuille perforée ( 10).