Brevet FR2735214A1 — publié le 19961213

L'invention se rapporte à un procédé pour alimenter en carburant un système d'injection aérodynamique d'une chambre de combustion et à un système d'injection adapté pour la mise en oeuvre du procédé. La grande plage de fonctionnement et les spécifications de plus en plus sévères concernant les diverses performances de la chambre de combustion des turbomachines aéronautiques conduisent à des compromis de plus en plus délicats à réaliser. Un exemple typique de performances antagonistes est celui de la stabilité de la combustion au ralenti ou allumage, opposé à la faible propension à fumer et à polluer à haut régime. Ainsi le système d'injection doit assurer une combustion correcte à des régimes et dans des conditions très diverses: autorotation, ralenti, plein gaz. Malgré une optimisation toujours possible, la plupart des systèmes d'injection ont des faiblesses intrinsèques auxquelles il est difficile de pallier. Ces faiblesses existent également dans les systèmes d'injection dits aérodynamiques. Ce système d'injection est basé sur le principe du cisaillement d'un film de carburant par l'air d'alimentation de la chambre, l'alimentation en carburant se faisant sous faible pression. Ce mode d'injection présente une nette amélioration par rapport aux modes d'injection antérieurs comme l'injection mécanique ou l'injection par cannes de prévaporisation. Dans l'injection mécanique, on pulvérise le carburant sous une pression élevée en le faisant tourbillonner en sortant de l'injecteur. Ce mode de pulvérisation présente l'inconvénient d'être très sensible à la pression d'injection du carburant. L'injection par cannes de prévaporisation consiste à réaliser une vaporisation partielle du carburant avant qu'il ne pénètre dans le foyer. Ce mode d'injection présente l'avantage d'accepter des pressions d'injection faibles. L'inconvénient est la difficulté d'assurer la tenue thermique à pression élevée. L'injection aérodynamique présente l'avantage d'une bonne tenue thermique et accepte une injection sous faible pression de carburant. Cependant, du fait que les chambres de combustion futures seront soumises à des cycles de plus en plus sévères, la faible pression de carburant dans les injecteurs qui était jusqu'ici un avantage risque de devenir un inconvénient. Cet inconvénient est le phénomène de vaporisation du carburant dans le circuit de carburant avant sa pénétration dans le foyer. Ce phénomène est connu sous le vocable anglo-saxon de "vapor-lock". Le but de la présente invention est de proposer un procédé pour alimenter en carburant un système d'injection aérodynamique qui évite le phénomène de vaporisation et qui permette une alimentation en carburant correcte à tous les régimes. L'invention concerne donc un procédé pour alimenter en carburant un système d'injection aérodynamique d'une chambre de combustion, ledit système d'injection comportant une tête d'injection alimentée en carburant par un circuit de carburant et délivrant une nappe annulaire de carburant qui est cisaillée à la sortie de la tête d'injection par un flux interne et un flux externe d'air mis en rotation par des aubages de tourbillonnement. Selon l'invention, le procédé est caractérisé par le fait qu'on alimente le circuit de carburant avec un carburant sous forte pression afin d'éviter le phénomène de vaporisation du carburant dans le circuit de carburant, on provoque une perte de charge au niveau de la pression d'alimentation régnant dans le circuit de carburant immédiatement en amont de la tête d'injection afin de délivrer un carburant à basse pression dans la tête d'injection, et on homogénéise l'écoulement du carburant à basse pression dans la tête d'injection. Avantageusement, la perte de charge est obtenue au moyen d'au moins un diaphragme disposé dans le circuit de carburant. On homogénéise l'écoulement du carburant au moyen d'une chambre de tranquillisation disposée entre le diaphragme et la sortie de la tête d'injection. L'invention concerne également un système d'injection aérodynamique pour une chambre de combustion, qui comporte une tête d'injection alimentée en carburant par un circuit de carburant et délivrant une nappe annulaire de carburant qui est cisaillée à la sortie de la tête d'injection par un flux interne et un flux externe d'air mis en rotation par des aubages de tourbillonnement. Ce système d'injection est caractérisé par le fait qu'il est prévu au moins un diaphragme disposé dans le circuit de carburant immédiatement en amont de la tête d'injection, ainsi qu'une chambre de tranquillisation disposée entre le diaphragme et la sortie de la tête d'injection. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un système d'injection aérodynamique ; et - la figure 2 est une vue en coupe axiale et à grande échelle de l'injecteur aérodynamique de la figure 1. Sur les dessins, on a représenté par la référence 1 un système d'injection monté dans le fond 2 d'une chambre de combustion 3 d'une turbomachine. Ce système d'injection 1 de type aérodynamique comporte une tête d'injection 5 alimentée en carburant par un conduit de carburant 6 relié de manière conventionnelle à une source de carburant non représentée par l'intermédiaire d'un dispositif de commande 7 destiné à réguler le débit de carburant délivré à la tête d'injection 5 en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine, et alimenté en air par le compresseur de la turbomachine. La tête d'injection 5 comporte une cavité cylindrique 10 située dans l'axe 11 de la tête d'injection 5 et destinée à délivrer un flux interne d'air, une cavité annulaire 12 entourant la cavité cylindrique 10 et destinée à délivrer une nappe annulaire 13 de carburant, et un passage annulaire 14 extérieur, entourant la cavité annulaire 12 et destiné à délivrer un flux externe d'air. La cavité cylindrique 10 est délimitée par une paroi annulaire 15 d'axe 11 et un fond 16, et elle est alimentée en air par une première série d'aubage 17 de tourbillonnement formés dans le corps 18 de la tête d'injection 5. La cavité annulaire 12 est délimitée par la paroi annulaire 15 et une paroi externe 19 qui s'étend vers le foyer de la chambre de combustion 3 au-delà de l'extrémité aval 20 de la paroi annulaire 15. Le passage annulaire 14 extérieur est défini par deux viroles 21 et 22 entre lesquelles est montée une deuxième série d'aubages 30 de tourbillonnement. La première virole 21 est raccordée en aval à l'extrémité aval 24 de la paroi externe 19, et la deuxième virole 22 est raccordée au fond de la chambre 2. Le flux extérieur d'air tourbillonnant délivré par le passage annulaire 14 est dirigé vers l'axe 1 1 de la tête d'injection 5. La cavité annulaire 12 est alimentée en carburant par des orifices axiaux 23 ménagés dans le corps 18 dans les aubages 17 de la première série d'aubages. Une chambre de tranquillisation 24 annulaire est prévue dans le corps 18 en amont du fond 16. Cette chambre de tranquillisation 24 est en communication directe avec les orifices axiaux 23. Un diaphragme 25 est disposé dans le circuit de carburant 6 immédiatement en amont du fond 16 de la tête d'injection 5. L'espace 26 situé entre le diaphragme 25 et la face amont du fond 16 est en communication directe avec la chambre de tranquillisation 24. Le diaphragme 25 réalise une perte de charge au niveau de la pression d'alimentation régnant dans le circuit de carburant 6. Par rapport à une tête d'injection aérodynamique traditionnelle, qui est alimentée par un carburant à basse pression, il est nécessaire de maintenir dans le circuit de carburant 6 équipé du diaphragme 25 une forte pression de carburant. Cette disposition permet d'éviter le phénomène de vaporisation dans le circuit de carburant 6 dû aux fortes températures régnant dans la chambre de combustion 3. La chambre de tranquillisation 24 permet d'homogénéiser l'écoulement de carburant. Une autre variante consiste à installer des diaphragmes dans les orifices axiaux 23 de façon à maintenir la forte pression de carburant dans le circuit de carburant 6 et la tête d'injection aussi en aval que possible. Bien entendu, la section de ces diaphragmes serait équivalente au diaphragme unique 25 défini dans la version précédente. REVENDICATIONS 1. Procédé pour alimenter en carburant un système d'injection aérodynamique (1) d'une chambre de combustion (3), ledit système d'injection (1) comportant une tête d'injection (5) alimentée en carburant par un circuit de carburant (6) et délivrant une nappe annulaire de carburant qui est cisaillée à la sortie de la tête d'injection par un flux interne et un flux externe d'air mis en rotation par des aubages de tourbillonnement (17, 30), ledit procédé étant caractérisé par le fait que:: on alimente le circuit de carburant (6) avec un carburant sous forte pression afin d'éviter le phénomène de vaporisation du carburant dans le circuit de carburant (6), on provoque une perte de charge au niveau de la pression d'alimentation régnant dans le circuit de carburant (6) immédiatement en amont de la tête d'injection (5) afin de délivrer un carburant à basse pression dans la tête d'injection (5), et on homogénéise l'écoulement du carburant à basse pression dans la tête d'injection (5). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on provoque la perte de charge au moyen d'au moins un diaphragme (25) disposé dans le circuit de carburant (6). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on homogénéise l'écoulement du carburant au moyen d'une chambre de tranquillisation (24) disposée entre le diaphragme (25) et la sortie de la tête d'injection (5). 4. Système d'injection aérodynamique pour une chambre de combustion (3), comportant une tête d'injection (5) alimentée en carburant par un circuit de carburant (6) et délivrant une nappe annulaire de carburant qui est cisaillée à la sortie de la tête d'injection (5) par un flux interne et un flux externe d'air mis en rotation par des aubages de tourbillonnement (17, 30), caractérisé par le fait qu'il est prévu au moins un diaphragme (25) disposé dans le circuit de carburant (6) immédiatement en amont de la tête d'injection (5), et une chambre de tranquillisation (24) disposée entre le diaphragme (25) et la sortie de la tête d'injection (5).