Brevet FR2697289A1 — publié le 19940429

i TURBOREACTEUR A DOUBLE FLUX AVEC SYSTEME DE RECHAUFFEMENT D'AIR SUR LA TUYERE PRIMAIRE DE(CRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne la fourniture d'air chaud à l'intérieur des avions par prélèvement d'air chaud sur le ou les turboréacteurs L'invention concerne également l'utilisation d'un échangeur de chaleur sur le turboréacteur. ART ANTERIEUR ET PROBLEME POSE Des prélèvements d'air chaud sont nécessaires à bord des aéronefs pour différentes utilisations qui sont le dégivrage de la cellule ou des bords d'attaque des ailes, la climatisation de la cabine, le contrôle actif des jeux à l'intérieur du turboréacteur, etc Concernant cette dernière utilisation, on précise que certains jeux existant au niveau du compresseur et de la turbine du turboréacteur doivent être constants Or, compte tenu des très grandes différences de température engendrées à l'intérieur du turboréacteur, les différentes pièces et assemblages constitutifs du compresseur et de la turbine subissent par dilatation différentes variations de dimensions Il s'ensuit des variations des différents jeux, notamment du jeu existant entre l'extrémité des aubes du rotor avec la paroi interne du stator Bien entendu, le rendement du compresseur et de la turbine sont fonction de l'importance de ce jeu On éprouve donc le besoin d'essayer de garder minimums de tels jeux au niveau du compresseur et de la turbine. De manière générale, ces prélèvements d'air chaud sont effectués au niveau du compresseur haute pression du turboréacteur L'air délivré par le compresseur atteint sous l'effet de la compression une température de l'ordre de 300 à 6000 C De tels prélèvements d'air chaud sont très pénalisants pour le rendement du compresseur haute pression En effet, un prélèvement effectué à l'intérieur d'un dispositif fonctionnant à haute pression a tendance à faire chuter de manière substantielle la pression; le rendement du dispositif s'en trouve facilement affecté. Ces types de prélèvements sont donc très coûteux De plus, lorsque le turboréacteur fonctionne à bas régime, le compresseur haute pression ne fonctionne pas à un régime élevé et ne permet pas de fournir la quantité nécessaire d'air chaud à la température requise à l'intérieur d'un avion On fait remarquer à ce sujet, qu'un tel besoin d'air chaud existe à l'intérieur d'un aéronef, même lorsque celui-ci est à l'arrêt, les turboréacteurs fonctionnant à très bas régime On pense entre autres à la climatisation ou à la mise en température de différents dispositifs. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de production d'air chaud sans utiliser de prélèvement au niveau du compresseur haute pression du ou des turboréacteurs. D'autre part, on connaît par le brevet américain US-A-4 333 309 un turbomoteur à gaz fournissant de la vapeur Un tel dispositif possède une tuyère de sortie sur la paroi interne de laquelle se trouve un échangeur de chaleur sous la forme de plusieurs enroulements tubulaires Par contre, cet échangeur de chaleur sert à chauffer un liquide qui est envoyé ensuite dans un autre échangeur de chaleur pour produire ladite vapeur. OBJET DE L'INVENTION A ce sujet, l'invention propose un turboréacteur à double flux comprenant: une tuyère primaire possédant une paroi intérieure et une paroi extérieure, la tuyère étant équipée d'au moins un échangeur de chaleur tubulaire ayant une entrée de fluide et une sortie de fluide; un canal de flux secondaire entourant la tuyère primaire. Selon l'invention, on prévoit de capter de l'air, de préférence dans le canal de flux secondaire, pour l'envoyer à l'entrée de l'échangeur de chaleur pour l'alimenter et produire de l'air chaud, la sortie de fluide étant reliée vers différents dispositifs extérieurs consommateurs de l'air chaud L'échangeur de chaleur est placé entre les deux parois intérieure et extérieure de la tuyère primaire. Deux réalisations principales de l'échangeur de chaleur sont prévues La première consiste à utiliser un échangeur de chaleur dont les spires sont hélicoïdales et placées entre les deux parois, la deuxième consiste à utiliser un échangeur de chaleur dont les spires sont disposées longitudinalement entre les deux parois de la tuyère primaire. LISTE DES FIGURES L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de trois figures représentant: figure 1, en coupe, un turboréacteur selon l'invention; figure 2, un premier mode de réalisation de l'échangeur de-chaleur utilisé dans l'invention; et figure 3, un deuxième mode de réalisation de l'échangeur de chaleur utilisé dans l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE DEUX MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Sur la figure 1, au milieu du turboréacteur, on peut distinguer le compresseur haute pression 1, constitué d'une partie externe du rotor 3 et d'une partie interne du stator 8 C'est à ce niveau que, selon l'art antérieur, des prélèvements d'air chaud sont effectués dans plusieurs types de turboréacteurs, dans le but de fournir de l'air chaud à l'intérieur des avions propulsés à l'aide de tels turboréacteurs. On peut aussi distinguer sur la partie gauche de la figure 1 les aubes de soufflante 16 qui débitent dans le canal de flux secondaire 11 de l'air assurant selon le type de moteur une partie plus ou moins importante de la propulsion. Le compresseur basse pression 17 recueille de l'air à l'arrière des aubes de soufflante 16 et alimente le compresseur haute pression 1 par l'intermédiaire du canal 18. Les caractéristiques techniques de l'invention sont localisées dans la partie droite de la figure On y distingue principalement au niveau de la tuyère primaire 2 entourant le rotor 3 un échangeur de chaleur 6. Celui-ci est représenté sur cette figure 1 par plusieurs tubes 7 coupés par la figure et placés à l'intérieur de la tuyère primaire 2 Cette figure montre que l'échangeur de chaleur peut être placé entre une paroi interne 9 et une paroi externe 10 de la tuyère primaire 2. L'alimentation en air d'un tel échangeur de chaleur 6 peut s'effectuer de manière rationnelle en disposant une entrée de fluide 4 de cet échangeur de chaleur 6 au niveau du canal de flux secondaire 11, par exemple à sa sortie Une telle entrée de fluide 4 est donc placée aux alentours des tubes 7 de l'échangeur de chaleur 6 Bien entendu, le réseau de tube 7 de l'échangeur de chaleur se termine par une sortie de fluide 5 qui doit être reliée aux alimentations en air chaud de différents dispositifs équipant l'avion propulsé. On comprend ainsi qu'en n'effectuant aucun prélèvement au niveau du compresseur haute pression 1, on ne pénalise pas les performances de ce dernier et donc, les performances du turboréacteur De plus, le réchauffement de l'air froid au niveau de la turbine primaire est efficace aussi-bien en haut régime qu'en bas régime du turboréacteur En effet, l'air expulsé par la tuyère primaire 2 atteint rapidement en bas régime une température suffisante pour réchauffer l'air circulant dans un réseau de tubes 7 placé derrière la paroi interne 9 de la tuyère primaire 2 Ceci permet de fournir avant le départ de l'avion une quantité d'air chaud suffisante pour alimenter les différents dispositifs consommateurs de chaleur, tels que la climatisation de l'intérieur de la cabine, et le contrôle actif permanent des jeux des turbines des turboréacteurs de l'avion. Concernant ces jeux de turbines, on comprend aisément que, dès que les turboréacteurs tournent, les différences de température apparaissent au niveau des différentes pièces et qu'il est indispensable de réguler ces jeux dès le début du fonctionnement de ces turboréacteurs, c'est-à-dire à bas régime En particulier, le jeu existant entre l'extrémité des aubes 12 du rotor 3 et la paroi interne 13 du stator 8 peut ainsi être régulé dès le début du fonctionnement du turboréacteur Le débit de fuite à ce niveau est ainsi maîtrisé et le fonctionnement de la turbine haute pression en est donc améolioré. L'utilisation de cet air chaud au niveau des turbines n'a pas été représentée Néanmoins, il consiste à réchauffer le carter fixe du stator 8 en même temps que les aubes 12 et le rotor 3 se déforment par dilatation sous l'effet des hautes températures issues de la chambre de combustion. En référence à la figure 2, une première réalisation de l'échangeur de chaleur prévoit d'utiliser un long tube enroulé à l'intérieur de la tuyère primaire 2, entre ces parois interne et externe En d'autres termes, l'échangeur de chaleur se trouve sous la forme d'un tube hélicoïdal qui suit l'enveloppe de la forme de la tuyère primaire qui est en général conique L'entrée de fluide 4 peut être prolongée par une partie droite 4 A permettant de venir capter l'air froid à la sortie du canal de flux secondaire au début de la tuyère primaire. La figure 3 montre une deuxième réalisation de l'échangeur de chaleur utilisé dans le turboréacteur selon l'invention Le tube de l'échangeur de chaleur est représenté avec des spires longitudinales 7 B parcourant toute la longueur de la tuyère primaire Bien entendu, compte tenu de la conicité de cette dernière, les parties courbes 14 placées au niveau du plus grand diamètre de la tuyère primaire ont un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure des courbes 15 placées à l'autre extrémité de la tuyère primaire. Ces échangeurs de chaleur ont été représentés avec un seul tube 7 A ou 7 B, une seule entrée de fluide 4 et une seule sortie de fluide 5 Ceci n'est qu'un exemple de réalisation Il est bien entendu possible de prévoir plusieurs entrées d'air pour plusieurs tubes constituant un ensemble de plusieurs échangeurs de chaleur. D'autres dispositions ou formes de circuits tubulaires peuvent être utilisées pour constituer l'échangeur de chaleur. On peut également prévoir au niveau de la tuyère primaire plusieurs échangeurs de chaleur associés chacun à un mode de prélèvement déterminé d'air adapté à une utilisation bien particulière de température et de pression. Il est également possible de capter de l'air à des pressions et températures plus élevées à l'arrière des aubes de soufflante, ou bien sur le compresseur basse pression, ou bien à l'arrière du compresseur basse pression. L'invention permet donc de fournir de l'air chaud en prélevant de l'air froid dans un endroit du turboréacteur à grand débit, à faible pression et à faible température. Ceci permet donc de ne pas pénaliser le rendement du turboréacteur par des prélèvements d'air chaud au niveau du compresseur haute pression. De plus, un bénéficiant de la possibilité de fournir de l'air chaud lorsque le turboréacteur fonctionne à bas régime, l'invention permet de réguler les jeux de fonctionnement du turboréacteur, notamment au niveau des turbines. REVEND ICAT IONS 1 Turboréacteur à double flux comprenant une tuyère primaire ( 2) possédant une paroi interne ( 9) et une paroi externe ( 10), la tuyère primaire ( 2) étant équipée d'au moins un échangeur de chaleur ( 6) ayant une entrée de fluide ( 4) et une sortie de fluide ( 5); et un canal de flux secondaire ( 11) entourant la tuyère primaire ( 2), caractérisé en ce que le ou les échangeurs de chaleur ( 6) sont placés entre les parois intérieure ( 9) et extérieure ( 10) de la tuyère primaire ( 2), et en ce qu'une prise d'air est reliée à l'entrée de fluide ( 4) de chaque échangeur de chaleur ( 6) pour l'alimenter et produire de l'air chaud, la sortie de fluide ( 5) étant reliée vers différents dispositifs extérieurs consommateurs de l'air chaud. 2 Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la prise d'air pour alimenter un échangeur ( 6) est effectuée dans le canal de flux secondaire ( 11). 3 Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur ( 6) a des spires hélicoïdales ( 7 A) entre les deux parois ( 9, 10) de la tuyère primaire ( 2). 4 Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur ( 6) a des spires ( 7 B) disposées longitudinalement entre les deux parois ( 9, 10) de la tuyère primaire ( 2).