Brevet FR2690712A1 — publié le 19931105

DESCRIPTION La présente invention concerne un moteur de propulsion à cycle variable, notamment destiné à un avion militaire de combat ainsi qu'une méthode avantageuse pour son utilisation. Une évolution connue des avions de combat modernes correspond à une tendance à l'augmentation de la puissance installée En effet, les exigences de manoeuvrabilité imposent des avions à forte motorisation Les recherches de réduction du rayonnement infra-rouge des appareils sans diminution des performances conduisent à une augmentation de puissance installée sans réchauffe C'est également une conséquence des recherches de polyvalence telles que dans les applications à15 décollage/atterrissage court ou vertical. Il en résulte pour une niveau de développement technologique donné une augmentation de la masse des moteurs qui impose une diminution de la consommation globale de carburant atteignant20 20 à 25 % afin de conserver une masse totale au décollage de l'avion constante. Dans les moteurs connus et actuellement utilisés, du type turboréacteur à double flux, la suppression de la réchauffe25 permet d'obtenir lors d'un fonctionnement à régime dit de plein gaz une réduction importante de la consommation, qui peut être supérieure à 100 %, mais, à poussée en croisière constante, la consommation spécifique en croisière augmente avec la taille du moteur. On a ainsi représenté sur la figure 1 des dessins joints en annexe une courbe montrant la variation du rapport Cs/Csm reporté en ordonnées des consommations spécifiques à régime partiel et à régime maximal en fonction du rapport F/Fm35 reporté en abscisses des poussées correspondantes à régime partiel et à régime maximal Sur cette courbe, le point A correspond à un moteur équipé d'une réchauffe et le point B à un moteur sans réchauffe procurant la même poussée au décollage et donc de taille plus importante On constate que pour une augmentation de taille de moteur permettant d'obtenir un accroissement de poussée AX F/F de 50 %, l'augmentation correspondante de la consommation spécifique en croisière dl Cs / Cs est de 26,5 %. En fait, des exigences qui paraissent difficilement conciliables se dégagent des analyses effectuées: pour obtenir une forte poussée au régime de plein gaz, il faut obtenir un fonctionnement à faible taux de dilution et utiliser un moteur à gros corps à haute pression,15 tandis que pour obtenir une faible consommation en croisière, il faut obtenir un fonctionnement à grand taux de dilution et utiliser un moteur à petit corps à haute pression.20 Un ensemble propulsif comprenant au moins deux moteurs de base, répondant aux conditions précédemment exposées sans encourir les inconvénients des moteurs à cycle variable actuellement connus est caractérisé en ce que le compresseur25 à basse pression de chaque moteur comprend deux parties liées par un arbre, une première partie composée d'un premier étage d'aubes mobiles de rotor et une deuxième partie composée d'au moins un second étage d'aubes mobiles de rotor précédé d'un étage d'aubes fixes de redresseur d'entrée et suivi d'un étage d'aubes fixes de redresseur de sortie et en ce que le flux d'air comprimé sortant dudit premier étage de rotor de première partie du compresseur à basse pression d'un premier moteur de base alimente l'entrée de ladite deuxième partie du compresseur à basse pression d'un second moteur de base et de même, le flux d'air comprimé sortant dudit premier étage de rotor de première partie du compresseur à basse pression dudit second moteur de base alimente l'entrée de ladite deuxième partie du compresseur à basse pression dudit premier moteur de base, réalisant ainsi un croisement permanent des flux entre les deux moteurs constituant ledit ensemble propulsif. Avantageusement, lesdites première partie du compresseur à basse pression de l'un des deux moteurs et deuxième partie du compresseur à basse pression de l'autre moteur sont reliées respectivement par une canalisation disposée entre deux volutes toriques, un simple pivotement de 180 degrés autour de l'axe moteur de l'ensemble des volutes permettant de rendre deux moteurs identiques et interchangeables. L'invention concerne également une méthode d'utilisation dudit ensemble propulsif qui est caractérisée en ce que d'une part, lors d'un fonctionnement dit à régime de plein gaz, les chambres de combustion des deux moteurs associés sont allumées et fonctionnent respectivement avec chaque corps à25 haute pression associé, correspondant à un fonctionnement à faible taux de dilution et gros corps à haute pression et, d'autre part, lors d'un fonctionnement à régime réduit, un premier moteur est arrêté et sa chambre de combustion éteinte, tandis que le deuxième moteur reste en fonctionnement normal et notamment la première partie du compresseur à basse pression dudit deuxième moteur alimente en air le premier moteur qui tourne en moulinet, ce qui correspond à un fonctionnement à grand taux de dilution et petit corps à haute pression.35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 précédemment décrite représente une courbe montrant la variation du rapport des consommations spécifiques à régime partiel et à régime maximal du moteur Cs/Csm'en fonction du rapport des poussée correspondantes du moteur à régime partiel et à régime maximal F/Fm; la figure 2 représente, selon une vue schématique en coupe par un plan passant par l'axe longitudinal de rotation des moteurs, un ensemble propulsif conforme à l'invention, constitué de deux moteurs de base associés en tandem; la figure 3 représente, selon une vue partielle suivant les coupes II-II pour le moteur 1 et III-III pour le moteur la, la partie avant de l'ensemble propulsif montrant un exemple schématisé de réalisation des volutes reliées des deux moteurs;20 la figure 4 représente, selon une vue de l'avant de l'ensemble propulsif suivant la direction de la flèche F de la figure 3, un exemple schématisé des liaisons entre les deux moteurs; 25 la figure 5 représente schématiquement selon une vue analogue à celle de la figure 3 la modification introduite sur un moteur unique pour réaliser un premier essai de développement en simulation du fonctionnement au régime30 maximal; la figure 6 représente schématiquement selon une vue analogue à celle de la figure 5 la modification introduite sur un moteur unique pour réaliser un second essai de35 développement en simulation du fonctionnement à régime partiel. Un ensemble propulsif destiné à un avion militaire de combat et conforme à l'invention est constitué d'un nombre pair de moteurs de base associés par deux Dans le mode de réalisation décrit et tel que représenté sur les figures 2 à 4, l'ensemble propulsif est constitué de deux moteurs de base associés Chaque moteur est du type turboréacteur à double flux Un premier moteur 1 comporte ainsi, de manière classique et connue en soi, un ensemble primaire à haute pression comprenant un compresseur à haute pression 2, une chambre de combustion 3 et une turbine à haute pression 4 et de manière analogue, un second moteur la comporte un compresseur à haute pression 2 a, une chambre de combustion 3 a et une turbine à haute pression 4 a Ledit ensemble primaire est entouré d'un canal secondaire annulaire, respectivement 5 et 5 a pour chaque moteur, dit de flux froid et chaque moteur comporte du côté aval, amont et aval ou avant et arrière15 étant définis par rapport au sens normal de circulation des veines fluides, un ensemble d'éjection à tuyère, respectivement 6 et 6 a, de définition connue en soi et qui n'a pas été représenté en détails sur les dessins. Le turboréacteur peut être du type monocorps, ou comme dans l'exemple représenté sur les dessins du type double corps. Dans ce dernier cas, comme cela est schématisé sur la figure 2, le compresseur à haute pression 2 ou 2 a et la turbine à haute pression 4 ou 4 a sont reliés par un arbre 7 ou 7 a, respectivement pour chaque moteur de base. Un corps à basse pression est entraîné par une turbine à basse pression 8 ou 8 a relié par un arbre 9 ou 9 a à un compresseur 10 ou l Oa à basse pression Un des buts de l'invention précédemment rappelé étant d'éviter une augmentation du rayonnement infrarouge, de préférence, l'ensemble propulsif conforme à l'invention n'est pas muni d'un système de réchauffe Toutefois, sans que ce système devienne trop important, un tel système de réchauffe, de définition connue en soi et qui ne fera pas l'objet d'une35 description plus détaillée ni d'une illustration par un exemple représenté sur les dessins, peut être adjoint à l'ensemble propulsif conforme à l'invention. Un aspect essentiel et remarquable de l'invention concerne la définitiondudit compresseur à basse pression, respectivement et 10 a, de chaque moteur de base de l'ensemble propulsif. Ledit compresseur à basse pression 10 et loa est réalisé en deux parties Une première partie 11 ou lia composée de la partie avant de l'ensemble tournant comporte un premier étage 12 ou 12 a d'aubes mobiles de rotor et une deuxième partie 13 ou 13 a comporte au moins un second étage 14 ou 14 a d'aubes mobiles rotor qui est précédé d'un étage 15 ou 15 a d'aubes fixes constituant un redresseur d'entrée et est suivi d'un étage 16 ou 16 a d'aubes fixes constituant un redresseur de sortie Une partie du flux d'air ainsi comprimé, symbolisé par la flèche 17, alimente le canal secondaire 5 avant d'être éjecté et une autre partie du flux d'air, symbolisé par la flèche 18, alimente le compresseur à haute pression 2 et l'ensemble primaire correspondant. Les deux parties, respectivement 11, lla et 13, 13 a de compresseur à basse pression sont axialement écartées l'une de l'autre et les roues mobiles de premier étage 12, 12 a et de second étage 14, 14 a sont liées par un arbre,20 respectivement 19 et 19 a le montage en tandem des deux moteurs de base 1 et la constituant l'ensemble propulsif conforme à l'invention est assuré au niveau desdits compresseurs à basse pression 10 et l Oa par un croisement permanent de leurs flux respectifs En effet, le flux d'air, symbolisé par la flèche 20, comprimé par la première partie 11 du compresseur à basse pression 10 du premier moteur 1 est acheminé à l'entrée de la deuxième partie 13 a du compresseur à basse pression loa du second moteur la et selon la disposition symétrique retenue pour les deux moteurs, le flux d'air, symbolisé par la flèche 21, comprimé par la première partie lla du compresseur à basse pression l Oa du second moteur la est acheminé à l'entrée de la deuxième partie 13 du compresseur à basse pression 10 du premier moteur 1. Selon la représentation schématisée des figures 3 et 4 d'un exemple de réalisation, lesdits flux d'air 20 et 21 sont respectivement acheminés par deux canalisations, 22 et 23 respectivement Lesdites roues mobiles 12, 12 a de la première partie 11, lla de compresseur à basse pression débitent chacune dans une volute torique 24, 24 a qui collecte l'ensemble du débit jusqu'à un orifice de sortie, soit dans l'exemple représenté sur les figures 3 et 4, un orifice 25 situé à gauche et en haut pour le premier moteur 1 dit moteur droit et un orifice 25 a situé à droite et en bas pour le second moteur 2 dit moteur gauche. La deuxième partie 13,13 a de compresseur à basse pression comporte une volute d'alimentation 26,26 a disposée en amont du redresseur 15,15 a et dont un orifice d'entrée 27 situé à10 gauche et en bas pour le premier moteur 1 est relié par ladite canalisation 23 à l'orifice 25 a de sortie de la première partie lia de compresseur à basse pression du second moteur 2 et un orifice d'entrée 27 a situé à droite et en haut pour le second moteur 2 est relié par ladite canalisation 2215 à l'orifice Z 5 de sortie de la première partie 11 de compresseur à basse pression du premier moteur 1 Les deux canalisations 22 et 23 sont prévues démontables et peuvent notamment être réalisées en un matériau souple L'ensemble des deux volutes 24 et 26 du moteur droit 1 est identique à20 celui des deux volutes 24 a et 26 a du moteur gauche 2 La transformation d'un moteur droit en moteur gauche et réciproquement s'obtient simplement en opérant un pivotement de 1800 autour de l'axe moteur de l'ensemble des volutes. L'ensemble propulsif pour avion militaire de combat, conforme à l'invention, qui vient d'être décrit en référence aux figures 2 à 4, permet d'atteindre les buts de l'invention et d'obtenir les avantages recherchés qui ont été précédemment exposés, notamment en appliquant le principe de30 fonctionnement ou la méthode d'utilisation conforme à l'invention et qui va maintenant être décrite. Deux modes principaux de fonctionnement dudit ensemble propulsif conforme à l'invention sont utilisés D'une part,35 lors d'un fonctionnement dit à régime de plein gaz, les deux moteurs associés 1 et la ont le fonctionnement d'un turboréacteur à double flux classique Chaque compresseur à haute pression 2,2 a est alimenté par la deuxième partie correspondante de compresseur à basse pression 10,l Oa et alimente les chambres de combustion 3,3 a qui sont allumées et envoient les gaz brûlés vers les turbines 4,4 a,8,8 a et vers les ensembles d'éjection 6,6 a Ce mode de fonctionnement5 intervient chaque fois qu'une forte poussée est demandée, notamment lors du décollage ou en phase de combat L'ensemble propulsif peut dans ce cas être considéré comme équivalent à un moteur unique qui aurait des caractéristiques de faible taux de dilution et gros corps à haute pression.10 D'autre part, lors d'un fonctionnement à régime réduit correspondant notamment à des phases de vol en convoyage, en croisière ou en attente, l'un des deux moteurs, par exemple le premier moteur 1, est arrêté et la chambre de combustion 315 est éteinte tandis que le second moteur la est en fonctionnement normal, comme décrit ci-dessus Dans ce cas, la première partie lla du compresseur à basse pression l Oa dudit second moteur la alimente normalement la deuxième partie 13 du compresseur à basse pression 10 du premier20 moteur 1 qui débite ainsi un flux froid La première partie 11 du compresseur à basse pression 10 du premier moteur 1 continue à tourner en moulinet et assure ainsi l'alimentation de la deuxième partie 13 a du compresseur à basse pression i Qa du second moteur 2 ainsi que son corps primaire Afin25 d'assurer la compatibilité des débits entre les premières parties 11 et lia et les deuxièmes parties 13 et 13 a de compresseur à basse pression 10 et l Oa, un dispositif de réglage 28, 28 a et 29, 29 a du calage des aubes fixes est en outre adjoint de manière connue en soi et respectivement sur30 chaque étage de redresseur 15, 15 a et 16, 16 a desdits compresseurs à basse pression 10 et l Oa En variante, un dispositif de décharge, de définition connue en soi, peut également être utilisé pour régler les débits des compresseurs à basse pression 10 et l Oa Selon ce mode de fonctionnement, l'ensemble propulsif peut dans ce cas être considéré comme équivalent à un moteur unique qui aurait des caractéristiques de grand taux de dilution et de petit corps à haute pression puisque de taille réduite de moitié par rapport au mode de fonctionnement précédant. Ce mode de fonctionnement permet notamment d'obtenir un taux de compression en basse pression plus faible, un taux de 5 dilution plus élevé et un taux de compression global plus faible Un des buts poursuivis concernant l'abaissement du niveau de consommation spécifique est notamment atteint par ce moyen Suivant le type de moteur avec ou sans réchauffe pris comme base de comparaison, les gains obtenus peuvent10 notamment aller de 25 à 30 % jusqu'à 40 ou 45 %, en consommation spécifique. On peut relever un autre avantage de la solution qui fait l'objet de la présente invention En effet, il n'est pas15 indispensable de coupler les deux moteurs pour assurer les essais de développement de l'ensemble propulsif Quelques modifications de faible importance sont en effet suffisantes pour assurer à partir d'un seul moteur une simulation de fonctionnement à régime de plein gaz et une simulation de20 fonctionnement à régime réduit Pour l'obtenir, d'une part, comme schématisé sur la figure 5, le fonctionnement en régime de plein gaz est assuré en montant un conduit 30 entre la sortie de la première partie 11 et l'entrée de la deuxième partie 13 du compresseur à basse pression 10 du moteur.25 D'autre part, comme schématisé sur la figure 6, pour simuler un fonctionnement à régime réduit, une première adaptation 31 montée à l'entrée de la deuxième partie 13 du compresseur à basse pression 10 assure dans ce cas l'alimentation en air et simule une perte de charge équivalente à celle qui résulte du30 premier étage de compresseur et une deuxième adaptation 32 montée à la sortie de la première partie il du compresseur à basse pression 10 simule la perte de charge correspondant à la circulation dans le second moteur associé. REVENDICATIONS 1 Ensemble propulsif, du type turboréacteur à cycle variable notamment pour un avion militaire de combat, comprenant au moins deux moteurs de base ( 1, la) comportant chacun, en allant de l'amont vers l'aval qui sont définis par rapport au sens normal de circulation des gaz dans le moteur, au moins un compresseur à basse pression ( 10, 1 Oa) un compresseur à haute pression ( 2,2 a) une chambre de combustion ( 3, 3 a) au10 moins une turbine ( 4, 4 a) d'entraînement de compresseur et un ensemble d'éjection à tuyère ( 6, 6 a), chaque moteur étant du type à double flux et comportant un canal annulaire secondaire ( 5, 5 a) dit de flux froid entourant au moins en partie un canal de flux primaire,15 caractérisé en ce que le compresseur à basse pression ( 10, 1 Oa) de chaque moteur comprend deux parties liées par un arbre, une première partie ( 11, la) composée d'un premier étage ( 12, 12 a) d'aubes mobiles de rotor et une deuxième partie ( 13, 13 a) composée d'au moins un second étage ( 14, 14 a) d'aubes mobiles de rotor précédé d'un étage d'aubes fixes de redresseur d'entrée ( 15, 15 a) et suivi d'un étage d'aubes fixes de redresseur de sortie ( 16, 16 a) et en ce que le flux d'air comprimé ( 20) sortant dudit premier étage ( 12) de rotor de première partie ( 11) du compresseur à basse25 pression ( 10) d'un premier moteur de base ( 1) alimente l'entrée de ladite deuxième partie ( 13 a) du compresseur à basse pression (l Oa) d'un second moteur de base (la) et de même, le flux d'air comprimé ( 21) sortant dudit premier étage ( 12 a) de rotor de première partie (lla) du compresseur à basse pression (l Oa) dudit second moteur de base (la) alimente l'entrée de ladite deuxième partie ( 13) du compresseur à basse pression ( 10) dudit premier moteur de base ( 1), réalisant ainsi un croisement permanent des flux ( 20, 21) entre deux moteurs ( 1, la) constituant ledit ensemble propulsif. 2 Ensemble propulsif selon la revendication 1 dans lequel ledit premier étage ( 12, 12 a) d'aubes mobiles de compresseur il à basse pression ( 10, loa), de chaque moteur ( 1, la) débite directement dans une première volute torique ( 24, 24 a) reliée par une canalisation ( 21, 22) à une deuxième volute torique ( 26, 26 a) précédant la deuxième partie ( 13, 13 a) du compresseur à basse pression ( 10, loa) du moteur associé ( 1, la) respectivement, notamment si on définit la position relative de deux moteurs associés par moteur gauche et moteur droit en regardant de l'arrière vers l'avant, ladite première volute ( 24) de moteur droit ( 1) a un orifice de sortie ( 25)10 situé à gauche et en haut et la première volute ( 24 a) de moteur gauche (la) a un orifice de sortie ( 25 a) situé à droite et en bas tandis que ladite deuxième volute ( 26) de moteur droit ( 1) a une entrée ( 27) située à gauche et en bas et la deuxième volute ( 26 a) de moteur gauche (la) a une entrée ( 27 a) située à droite et en haut. 3 Ensemble propulsif selon la revendication 2 dans lequel lesdites liaisons entre sortie ( 25, 25 a) de première partie ( 11, lia) de compresseur à basse pression ( 10, l Oa) et entrée ( 27, 27 a) de deuxième partie ( 13, 13 a) de compresseur à basse pression ( 10, 1 Oa) sont respectivement réalisées d'un moteur à l'autre par une canalisation souple démontable ( 21, 22). 4 Ensemble propulsif selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel les moteurs droit ( 1) et gauche (la) sont rendus identiques et interchangeables par un simple pivotement de 1800 autour de l'axe moteur de l'ensemble desdites volutes de compresseur à basse pression ( 10, l Oa). 5 Ensemble propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel lesdits étages ( 15, 15 a, 16, l 6 a) d'aubes fixes de la deuxième partie ( 13, 13 a) des compresseurs à basse pression ( 10, l Oa) sont munis d'un dispositif de réglage du calage angulaire des aubes.35 6 Ensemble propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la partie fixe ou stator de la deuxième partie ( 13, 13 a) desdits compresseurs à basse pression ( 10, 10 a) est munie d'un dispositif de décharge à débit réglable de manière à assurer la compatibilité à tous les régimes de moteur entre les débits respectifs des5 première ( 11, lia) et deuxième partie ( 13, 13 a) de compresseur à basse pression ( 10, 10 a). 7 Méthode d'utilisation d'un ensemble propulsif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que d'une part, lors d'un fonctionnement dit à régime de plein gaz, les chambres de combustion ( 3, 3 a) des deux moteurs ( 1, la) associés sont allumées et fonctionnent respectivement avec chaque corps à haute pression associé, correspondant à un fonctionnement à faible taux de dilution et gros corps à haute pression et, d'autre part, lors d'un fonctionnement à régime réduit, un premier moteur ( 1) est arrêté et sa chambre de combustion ( 3) éteinte tandis que le deuxième moteur (la) reste en fonctionnement normal et notamment la première partie (lia) du compresseur à basse20 pression (l Oa) dudit deuxième moteur (la) alimente en air le premier moteur ( 1) qui tourne en moulinet, ce qui correspond à un fonctionnement à grand taux de dilution et petit corps à haute pression.