Brevet FR2712962A1 — publié le 19950602

Les turboréacteurs multiflux propulsant les avions militaires sont équipés d'une chambre de post-combustion ou de "réchauffe" constituant une deuxième chambre de combustion. Cette deuxième chambre de combustion permet d'injecter une deuxième fois de l'énergie calorifique aux gaz entre le moment o ils sortent de la turbine et le moment o ils sont injectés par la tuyère. Les gaz du flux primaire sortant de la chambre de combustion principale traversent les aubages d'une turbine, pénètrent dans la chambre de postcombustion et sont éjectés par la tuyère. Les gaz du flux secondaire, d'une part, servent au refroidissement de la chambre de post- combustion, d'autre part, constituent un apport d'air, non brûlé, dans cette chambre de post-combustion. Le dispositif de post-combustion permet d'augmenter la vitesse d'éjection des gaz et d'augmenter par conséquent la poussée des turboréacteurs. En outre, le dispositif de post-combustion comprend une série de systèmes d'injection de carburant et de dispositifs accroche-flammes constitués, par exemple, par des bras radiaux. Ces dispositifs accroche- flammes ont pour rôle de créer une turbulence à l'intérieur de la chambre de post-combustion, afin d'augmenter le temps de séjour du mélange air et carburant à l'intérieur de cette chambre. La combustion est ainsi stabilisée, et les rendements obtenus sont plus élevés. La poussée supplémentaire réalisée lorsque la post-combustion fonctionne est utile au pilote, soit au décollage, soit en combat aérien. Le reste du temps, le turboréacteur fonctionne en "régime sec", c'est-à-dire en un régime pendant lequel il n'y a plus d'apport de carburant dans la chambre de post-combustion et donc pendant lequel il n'y a plus de combustion dans la chambre de post-combustion. Si les bras accroche-flammes sont indispensables lors du fonctionnement en "régime de post-combustion", ils sont par contre inutiles, et même générateurs de pertes de charge lors du fonctionnement en "régime sec". Ces bras généralement radiaux, se présentent par exemple sous la forme de V dont les pointes sont dirigées vers l'amont, les ailes du V favorisant la turbulence en "régime de post-combustion". Des dispositifs susceptibles d'escamoter les bras ont été proposés pour le fonctionnement en "régime sec". Mais ces dispositifs sont complexes, encombrants et 2 2712962 pesants; de plus, travaillant dans une zone très chaude, ils sont soumis à des dilatations qui peuvent engendrer des blocages de certains bras et, par là même, être néfastes aux fonctionnements aussi bien en "régime de post-combustion" qu'en "régime sec". La présente invention propose un système simple de stabilisation de la flamme qui offre une traînée très faible en fonctionnement "en régime sec" et capable, en fonctionnement "en régime de post-combustion", de créer de façon aérodynamique une turbulence dans la chambre de post-combustion. L'invention est donc relative à un dispositif de post-combustion pour turboréacteur double flux comprenant: une enceinte annulaire externe, qui est délimitée par une première paroi externe et par une deuxième paroi interne possédant, chacune, un axe de sensible révolution, qui leur est commun, ladite enceinte externe constituant un canal d'écoulement de comburant secondaire; une enceinte interne d'échappement, qui est contenue à l'intérieur de la deuxième paroi interne en étant séparée de l'enceinte externe par ladite deuxième paroi interne, et qui, disposée en aval d'aubages de turbine, constitue un canal d'échappement des gaz s'échappant desdits aubages; une chambre de post- combustion, qui est délimitée par une troisième paroi disposée axialement en aval desdites première et deuxième parois et qui constitue un prolongement axial vers l'aval desdites enceintes externe et d'échappement; et, un dispositif accroche-flammes comprenant notamment des bras accroche-flammes, qui sont sensiblement indéformables, et symétriques par rapport à des plans radiaux contenant l'axe de révolution, et, qui sont sensiblement fixes par rapport à la deuxième paroi. Selon l'invention, d'une part, chaque bras accroche-flammes possède une section transversale profilée, effilée à son extrémité amont, courbe convexe à son extrémité aval, d'autre part, lesdits aubages comprennent un dernier aubage aval d'aubes, dont certaines au moins comportent deux parties, une première partie, amont, de chaque aube en deux parties, qui est fixe par rapport à la deuxième paroi, et, une deuxième partie, aval, de ladite aube, qui est montée pivotante par rapport à la deuxième paroi autour d'un axe contenu dans un plan radial passant par ledit axe de révolution, et, qui est mobile entre une première configuration, dans laquelle elle s'étend sensiblement dans un plan radial contenant l'axe de révolution, et, une 3 2712962 deuxième configuration dans laquelle elle possède une orientation oblique par rapport audit plan radial. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: - lesdits bras accroche-flammes s'étendent radialement par rapport audit axe de révolution; - l'axe de pivotement de la deuxième partie de chaque aube en deux parties est sensiblement perpendiculaire à l'axe de révolution; - chaque bras accroche-flammes est ventilé afin d'assurer le refroidissement nécessaire à l'obtention d'une tenue thermique satisfaisante, notamment durant les phases de post- combustion; cette ventilation peut être assurée par des canaux internes, formant labyrinthes, débouchant dans la partie de la face externe la plus exposée au rayonnement thermique, soit de manière simple, le bras accroche-flammes étant creux et étant délimité par une paroi, par une multitude de trous traversant cette paroi, orientés transversalement par rapport à l'axe de révolution, ou orientés de l'amont vers l'aval, l'intérieur dudit bras communiquant, en outre, par une ouverture d'admission avec ladite enceinte externe; - ledit bras accroche-flammes s'étendant radialement présente une extrémité radiale externe de la paroi le délimitant, qui est fixée sur ladite deuxième paroi, la périphérie de ladite extrémité délimitant ladite ouverture d'admission; La carburation du bras accroche-flammes peut alors être assurée suivant les dispositions alternatives suivantes: - des conduits de carburant sont ménagés superficiellement dans les faces d'extrados des premières parties de certaines au moins des aubes en deux parties, et sont traversés par des trous orientés transversalement par rapport audit axe de révolution et formant orifices d'injection de carburant; - des conduits de carburant sont interposés entre les bords de fuite des deuxièmes parties des aubes en deux parties et les bras accroche-flammes, sont disposés radialement et sont traversés chacun par des trous orientés sensiblement parallèlement à l'axe de révolution et formant orifices d'injection de carburant. L'avantage principal de l'invention réside dans le fait que la traînée de bras profilés situés dans la chambre de post-combustion est très faible, alors même que les aubages, générateurs de turbulence lors du fonctionnement en "régime de post- 4 2712962 combustion, ont été placés hors de la chambre de post-combustion, dans une zone o les contraintes thermiques sont inférieures à celles existant dans la zone de post- combustion, et, par conséquent dans une zone o les risques de déformation, notamment des pièces mobiles et de leur système de commande, et les risques de coincements sont réduits. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description de réalisations donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un turboréacteur muni d'un dispositif de postcombustion conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue partielle "développée" du turboréacteur" de la figure 1; - la figure 4 est une section droite d'un bras accroche-flammes du turboréacteur de la figure 1; et, - les figures 5 et 6 sont des vues, analogues à celle de la figure 3, de deux variantes de dispositifs de post-combustion conformes à l'invention. Le turboréacteur de la figure 1 comporte: - un axe général de révolution 1; - une première paroi externe 2, de révolution d'axe 1, qui s'étend de l'amont A vers l'aval B jusqu'à sensiblement un plan transversal T perpendiculaire à l'axe 1; - une chambre de combustion annulaire 3, de révolution d'axe 1; - des aubages 4, fixes par rapport à la première paroi externe 2, et des aubages mobiles 5, fixés sur le corps d'un rotor 6 monté rotatif par rapport à la première paroi externe 2, et notamment un dernier aubage 7 monté sur une deuxième paroi interne 8, qui est fixe par rapport à la première paroi externe 2, lesdits aubages de turbine 4, 5 et 7 étant placés en aval de la chambre de combustion 3, et ladite deuxième paroi interne 8 s'étendant jusqu'au plan transversal T; 2712962 - une troisième paroi externe 9, qui prolonge vers l'aval la première paroi externe 2 et définit une chambre de post-combustion 18; - une pluralité de bras 10, qui sont creux, délimités, chacun, par une paroi 11, en étant fixé sur l'extrémité aval de la deuxième paroi interne 8 par l'une, 11A, de leurs extrémités longitudinales, l'autre extrémité 11B étant constituée par un fond d'obturation de l'enceinte intérieure 10A de chaque bras, et ladite extrémité 11A constituant une ouverture du bras, ménagée dans ladite extrémité aval de la deuxième paroi interne 8, établissant la communication entre l'espace 12 délimité entre la première paroi externe 2 et la deuxième paroi interne 8; - une paroi 13 délimitant le rotor 6, s'étendant jusqu'à proximité des extrémités 11B des bras 10; un anneau 14, d'axe 1, fixé sur l'extrémité aval de la deuxième paroi interne 8, dont la section transversale est conformée en un V ayant sa pointe 15 orientée vers l'amont; - un conduit de carburant 16, annulaire, contenu à l'intérieur du V de l'anneau 14, comportant une pluralité d'orifices d'injection de carburant 17 débouchent dans la chambre de postcombustion 18, orientés parallèlement à l'axe 1, vers l'aval B, le conduit 16 étant relié à un conduit d'alimentation en carburant 19. L'espace 12 constitue un canal d'écoulement de comburant secondaire, qui est relié, en amont, à une source de comburant comprimé schématisée par les flèches F, généralement constituée par un compresseur d'air, et, qui, en aval, débouche dans la chambre de post-combustion 18. De manière connue, la chambre de combustion 3 communique également avec ladite source de comburant comprimé (flèches G). Les gaz d'échappement, qui s'échappent des aubages 4, 5, 7, en traversant le dernier d'entre eux 7, sont guidés par le canal d'échappement des gaz 20, délimité par la deuxième paroi interne 8 et la paroi 13 du rotor 6, et débouchant dans la chambre de post-combustion 18, jusqu'aux bras 10. Il y a lieu de noter que chaque bras 10 s'étend radialement par rapport à l'axe 1, sa paroi 11 présentant un plan de symétrie Pll qui contient l'axe 1. En outre, cette paroi 11 est profilée d'amont en aval, sa section droite formant une pointe 22 orientée vers l'amont A, et, ayant une face 23 arrondie, convexe, vers l'aval B. De plus, cette 6 2712962 paroi est traversée par une pluralité de trous 21, qui sont avantageusement orientés de l'amont vers l'aval. Il convient enfin d'observer que le dernier aubage 7 est constitué par des aubes, dont certaines au moins présentent, chacune, une partie amont 24, fixée sur la face interne de la deuxième paroi interne 8, et, une partie aval 25, qui est montée pivotante par rapport à la deuxième paroi interne 8 autour d'un arbre 26 contenu dans un plan radial P26. Dans la réalisation représentée, toutes les aubes de l'aubage 7 ont cette constitution, l'arbre de pivotement 26 de chacune d'elles étant sensiblement perpendiculaire à l'axe 1. Chaque arbre de pivotement 26 est en outre attelé à un dispositif 27 de réglage du pivotement, apte à placer la deuxième partie 25 soit dans une première configuration représentée en traits continus sur la figure 3, et en traits interrompus sur la figure 5, dans laquelle la face d'intrados 25A est sensiblement contenue dans un plan radial 28, soit dans une deuxième configuration représentée en traits interrompus sur la figure 3 et en traits continus sur la figure 5, dans laquelle ladite face d'intrados 25A forme un angle A25 par rapport audit plan radial 28, et par conséquent aussi avec la direction générale H d'écoulement des gaz. A noter que l'aubage 7 est situé en amont des bras radiaux 10. En regard de la figure 5, il peut-être observé que la face d'extrados 24B de la première partie 24 de chaque aube 24-25 de l'aubage 7 comporte un conduit de carburant 29 qui y est ménagé, qui s'étend sensiblement radialement, et qui débouche dans le canal d'échappement 20 des gaz par une pluralité d'orifices 30 d'injection de carburant, tous orientés sensiblement dans un plan transversal T30, perpendiculaire à l'axe 1. En regard de la figure 6, il est noté que, à l'aval des bords de fuite 25C des deuxièmes parties 25 des aubes 24-25, dans la première configuration (représentée en traits interrompus) de ces deuxièmes parties, s'étendent sensiblement radialement des conduits de carburant 31 qui débouchent dans le canal d'échappement des gaz par une pluralité d'orifices d'injection de carburant 32, tous orientés sensiblement parallèlement à l'axe 1. Les conduits 31 sont axialement disposés entre les bords de fuite 25C des deuxièmes parties 25 des aubes (24-25) en deux parties et les bras accroche-flammes 10. 7 2712962 Dans les trois réalisations des figures 3, 5 et 6, la direction constituant l'intersection du plan perpendiculaire au plan radial 28 et parallèle à l'axe 1, avec le plan de la face d'intrados 25A de la partie 25 de chaque aube 24-25, placée dans sa deuxième configuration, est repérée par les flèches K. Enfin, partant de l'arête 22 de chaque bras radial 10, est figuré un tourbillon 33 des gaz. L'ensemble des aubes en deux parties 24-25 et des bras radiaux 10 constitue le dispositif accroche-flammes du turboréacteur. Lorsque les deuxièmes parties 25 des aubes 24-25 sont placées dans leur première position (traits continus de la figure 3), les gaz d'échappement guidés par les faces d'intrados 25A des deuxièmes parties 25 desdites aubes s'échappent du dernier aubage 7 parallèlement aux plans radiaux 28, c'est-à-dire aussi sensiblement parallèlement aux plans radiaux de symétrie Pll des bras 10. Il s'agit de la configuration dans laquelle la post-combustion n'est pas en service, et dans laquelle d'une part, il n'est pas nécessaire de créer dans la chambre de post- combustion 18 de tourbillons prolongeant le temps de séjour et augmentant le brassage des gaz, d'autre part, il faut au contraire faciliter l'écoulement des gaz sans perte de charge. Cest précisément ce qui est obtenu, les gaz, s'écoulant parallèlement à la direction H, abordant les bras 10 sans incidence et s'écoulant le long de ces bras avec des frottements minimes, compte-tenu du profil aérodynamique desdits bras 10. Lorsque les deuxièmes parties 25 des aubes 24-25 sont placées dans leur deuxième configuration (traits continus des figures 5 et 6), la postcombustion est en service, il est nécessaire de créer des tourbillons 33 pour faciliter le brassage des gaz, notamment avec le carburant injecté à travers les orifices 17 et 30, ou, 17 et 32, et ainsi pour augmenter le rendement de la combustion. Les gaz s'échappent des aubes 24-25 selon les directions K, qui sont obliques par rapport aux plans Pll de symétrie des bras 10. Lorsque ces gaz atteignent lesdits bras 10, ils provoquent les tourbillons 33 désirés. Bien entendu, les conduits 29 et 31 permettent une injection de carburant, qui est en outre correctement répartie à l'intérieur du canal d'échappement 18, ce qui est favorable à l'obtention d'une combustion complète et d'un bon rendement. Il convient également d'effectuer les observations suivantes: 8 2712962 - il est essentiel, pour l'invention, de supprimer les mécanismes mobiles à l'intérieur, ou, à proximité de la chambre de post-combustion 18, compte-tenu des températures très élevées qui peuvent y régner, sur ce point, la fixation des bras 10, sans mécanismes mobiles, sur la deuxième paroi interne 8 est une disposition capitale; - si les bras 10 sont avantageusement creux, ce qui, à la fois, en permet un refroidissement améliorant leur durée de vie, et permet en outre un apport d'air secondaire réparti, favorable à l'obtention d'une combustion complète du carburant injecté, en variante, les bras pourraient ne pas être creux, ou ne pas comporter de trous 21; - en variante, afin de limiter l'angle de giration induit par les aubages mobiles braqués en phase de post-combustion, des bras radiaux de profils légèrement dissymétriques pourront être adoptés, afin de réaliser un bon compromis entre pertes de charge en "régime sec", pertes de charge avec déviation du flux et efficacité de la stabilisation de la flamme en régime de post-combustion; - en variante, la ventilation de chaque bras-accroche flammes, qui en permet une tenue thermique satisfaisante, notamment en régime de post-combustion, peut être assurée en munissant le bras accroche-flammes de canaux internes débouchant dans la face externe du bras accroche-flammes, notamment dans la partie de cette face externe la plus exposée au rayonnement thermique; dans cette variante, lesdits canaux internes communiquent avec ladite enceinte externe et forment avantageusement des labyrinthes; - également en variante, dans la disposition comportant une multitude de trous (21) traversant la paroi de chaque bras creux 10, lesdits trous peuvent être orientés transversalement par rapport à l'axe de révolution. Au reste, l'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de leur esprit. 9 2712962 REVENDICATIONS 1. Dispositif de post-combustion pour turboréacteur double flux comprenant: une enceinte annulaire externe (12), qui est délimitée par unc première paroi externe (2) et par une deuxième paroi interne (8) possédant, chacune, un axe de sensible révolution (1), qui leur est commun, ladite enceinte externe constituant un canal d'écoulement de comburant secondaire; une enceinte interne d'échappement (20), qui est contenue à l'intérieur de la deuxième paroi interne (8) en étant séparée de l'enceinte externe (12) par ladite deuxième paroi interne (8), et qui, disposée en aval d'aubages (4, 5, 7) de turbine, constitue un canal d'échappement des gaz s'échappant desdits aubages. une chambre de post-combustion (18), qui est délimitée par une troisième paroi (9) disposée axialement en aval desdites première (2) et deuxième (8) parois et qui constitue un prolongement axial vers l'aval desdites enceintes externes (12) et d'échappement (20), et; un dispositif accroche-flammes comprenant notamment des bras accroche- flammes (10), qui sont sensiblement indéformables, et symétriques par rapport à des plans radiaux (Pll) contenant l'axe de révolution (1), et, qui sont sensiblement fixes par rapport à la deuxième paroi (8); caractérisé en ce que: A- chaque bras accroche-flammes (10) possède une section transversale profilée, effilée à son extrémité amont (22), courbe convexe à son extrémité aval (23); B- lesdits aubages comprennent un dernier aubage aval (7) d'aubes (24-25), dont certaines au moins comportent deux parties (24, 25), une première partie (24), amont, de chaque aube en deux parties, qui est fixe par rapport à la deuxième paroi (8), et, une deuxième partie (25), aval, de ladite aube, qui est montée pivotante par rapport à la deuxième paroi autour d'un axe (26) contenu dans un plan radial passant par ledit axe de révolution (1), et, qui est mobile entre une première configuration, dans laquelle elle s'étend sensiblement dans un plan radial (28) contenant l'axe de révolution (1), et, une deuxième configuration dans laquelle elle possède une orientation oblique (A25) par rapport audit plan radial (28). 2. Dispositif de post-combustion selon la revendication 1, 2712962 caractérisé en ce que lesdits bras accroche-flammes (10) s'étendent radialement (Pl1) par rapport audit axe de révolution (1). 3. Dispositif de post-combustion selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (26) de la deuxième partie (25) de chaque aube (24-25) en deux parties est sensiblement perpendiculaire à l'axe de révolution (1). 4. Dispositif de post-combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque bras accroche-flammes comporte des canaux internes de ventilation de réfrigération, qui débouchent dans la partie de la face externe la plus exposée au rayonnement thermique. 5. Dispositif de post-combustion selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits canaux internes forment des labyrinthes. 6. Dispositif de post-combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque bras accroche-flammes (10) est creux (1OA) et est délimité par une paroi (11) traversée par une multitude de trous (21), l'intérieur (10A) dudit bras communiquant en outre, par une ouverture d'admission (11A), avec ladite enceinte externe (12). 7. Dispositif de post-combustion selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits trous (21) sont orientés transversalement par rapport à l'axe de révolution. 8. Dispositif de post-combustion selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits trous (21) sont orientés (A21) de l'amont vers l'aval. 9. Dispositif de post-combustion selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit bras accroche-flammes s'étendant radialement présente une extrémité radiale externe (11A) de la paroi (11) le délimitant, qui est fixée sur ladite deuxième paroi (8), la périphérie de ladite extrémité délimitant ladite ouverture d'admission. 11 2712962 10. Dispositif de post-combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que des conduits de carburant (29) sont ménagés superficiellement dans les faces d'extrados (24B) des premières parties (24) dc certaines au moins des aubes en deux parties (24-25) et sont traversés par des trous (30) orientés transversalement (30) par rapport audit axe de révolution (1) et formant orifices d'injection de carburant. 11. Dispositif de post-combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que la deuxième partie (25) de chaque aube (24-25) en deux parties possédant un bord de fuite (25C), des conduits de carburant (31) sont interposés entre les bords de fuite desdites dexuièmes parties (25) des aubes en deux parties et les bras accroche- flammes, s'étendent sensiblement radialement, et sont traversés par des trous (32) orientés sensiblement parallèlement à l'axe de révolution (1) et formant orifices d'injection de carburant.