Brevet FR2747738A1 — publié le 19971024

La présente invention concerne des groupes moteurs de propulsion à réaction du type à double flux comprenant un générateur de gaz a turbine et une soufflante disposée en amont du générateur et, plus particulièrement mais non exclusivement, un avion incorporant des groupes moteurs de ce type. Des groupes moteurs de propulsion à réaction à double flux sont connus dans l'art, a une partie du courant de fluide sortant de la soufflante est acheminée autour du générateur de gaz et mélangée aux gaz chauds de ce générateur pour s'échapper en traversant des moyens de sortie. Dans ces types, si l'on souhaite augmenter la poussée par réchauffage ou post-combustion - c'est-à-dire par mélange du carburant dans les gaz sortant du générateur - l'ouverture effective des moyens de sortie doit avoir des dimensions plus grandes pendant le réchauffage de façon à permettre un échappement plus efficace du courant gazeux devenu plus important. Selon l'un des aspects de la présente invention, on prévoit un groupe moteur de propulsion à réaction comportant un générateur de gaz à turbine, une soufflante disposée en amontdu générateur et des moyens de conduite de dérivation délivrant une partie du courant froid sortant de la soufflante afin qu'elle soit mélan.qeze:au courant chaud sortant du générateur, des premiers moyens de sortie pour provoquer l'échappement du courant mélangé,des moyens de réchauffage du courant chaud sortant du générateur et des moyens destinés à au moins réduire sensiblement la quantité du courant froid sortant de la soufflante qui est mélangée au courant chaud sortant du générateur lorsque les moyens de réchauffage fonctionnent. L'agencement précédent permet l'utilisation d'une tuyère à géométrie fixe. De préférence, des première et seconde conduites de dérivation sont prévues, la première fournissant un trajet pour le courant froid sortant de la soufflante qui doit être mélangé au courant chaud sortant du générateur, la seconde un trajet pour le courant froid sortant de la soufflante devant s'échapper en passant par les seconds moyens de sortie, des moyens étant prévus qui permettent de réduire le courant traversant la première conduite de dérivation lorsque les moyens de réchauffage fonctionnent, d'où il résulte qu'au moins une partie du courant froid sortant de la soufflante qui lors du fonctionnement normal du groupe moteur aurait été mélangée au courant chaud sortant du générateur s'échappe maintenant en traversant les seconds moyens de sortie. Dans un mode de réalisation de l'invention, les première et seconde conduites de dérivation comprennent des parties en amont ayant des sections concentriques, de forme généralement annulaire, qui se fondent en aval de la soufflante, des moyens d'obturateur pouvant fonctionner pour ouvrir ou fermer cette seconde conduite de dérivation. En variante, la seconde conduite de dérivation peut se fondre avec une partie en aval de la première conduite, des moyens d'obturateur pouvant fonctionner pour ouvrir ou fermer les seconds moyens de sortie. De façon à obtenir la réduction de la quantité du courant froid sortant de la soufflante qui se mélange avec le courant chaud sortant du générateur dans la marche avec réchauffage, des moyens peuvent être prévus qui régissent la quantité de carburant fournie aux moyens de réchauffage de fanon que la pression existant en aval de ces moyens soit suffisante au moins pour réduire sensiblement la quantité du courant froid sortant de la soufflante qui se mélange avec le courant sortant du générateur. La présente invention s'étend également à un avion comportant un groupe moteur de propulsion à réaction, tel que décrit ci-dessus, monté à l'intérieur d'une partie de fuselage, les premiers moyens de sortie du groupe moteur ayant la forme de deux premières sorties jumelées à ouverture fixe, une sortie étant montée de chaque côté de la partie de fuselage, les seconds moyens de sortie ayant la forme de deux secondes sorties jumelées, interposées chacune entre la partie de fuselage et la première sortie conjuguée. Cet agencement présente l'avantage que, pendant le réchauffage, les secondes sorties fournissent un courant d'air relativement froid pour isoler thermiquement la partie de fuselage du courant traversant les premières sorties. L'avion peut être du type à vol stationnaire, les premières sorties étant mobiles pour diriger le courant gazeux soit vers le bas afin qu'il y ait portance, soit vers l'arrière. Dans ce cas, une autre partie du courant froid sortant de la soufflante peut être prélevée et s'échapper par une sortie pour provoquer un effet de compensation. A titre d'exemple seulement, on procèdera maintenant à la description de deux modes de réalisation spécifiques de la présente invention en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en plan d'un premier mode de réalisation d'un groupe moteur de propulsion à réaction en vol normal; La figure 2 est une vue semblable à la figure 1, mais avec une partie de l'enveloppe extérieure ainsi que les sorties de courant gazeux secondaires fixes enlevées afin de rendre la figure plus claire; La figure 3 est une vue schématique en plan du groupe moteur de la figure 1 en vol stationnaire: La figure 4 est une yue schématique en plan du groupe moteur de la figure 1 dans l'état de réchauffage; La figure 5 est une vue schématique de côté du groupe moteur de la figure 1 lors d'un réchauffage; La figure 6 est une vue détaillée d'une partie du groupe moteur de la figure 1; La figure 7 est une vue en perspective d'une autre partie du groupe moteur de la figure 1; La figure 8 est un schéma sous forme de blocs représentant le fonctionnement du mode de réalisation du groupe moteur de la figure 1; La figure 9 représente sous forme schématique un second mode de réalisation d'un groupe moteur de propulsion à réaction; et La figure 10 est une vue schématique en plan du groupe moteur de la figure 9. En liaison tout d'abord avec les figures 1 à 8, un groupe moteur 10 est représenté, qui comprend une soufflante 11 montée en amont d'un générateur de gaz à turbine 12 l'entrainant et comportant un étage de compression 13, un étage de combustion 14 et une turbine 15. Le générateur de gaz est entouré par une enveloppe intérieure 16 s'étendant vers l'aval entre l'étage de compression et l'étage à turbine de façon à constituer une conduite intérieure pour le courant sortant du générateur. Une enveloppe intermédiaire 17 entoure l'enveloppe intérieure 16 en s'étendant vers l'aval à partir d'une position longeant l'étape de combustion 14 pour se terminer en aval de l'étage à turbine par une conduite 18 à deux branches, comme on peut le voir facilement en figure 2 Des moyens de réchauffage sous forme de gouttières 19 sont placés à l'intérieur de chaque limbe de la conduite 18, en aval de l'étage à turbines L'enveloppe intérieure 16 et l'enveloppe intermédiaire 17 définissent ensemble une première conduite de dérivation 20 dans laquelle le courant gazeux froid sortant de la soufflante peut être acheminé pour se mélanger au courant chaud sortant du générateur de gaz. Une sortie de tuyère primaire 21 à ouverture fixe est montée en rotation sur ltextrémité libre de chaque limbe de la conduite 18 de manière à recevoir et provoquer l'échappe- ment du courant sortant du générateur avec tout courant froid circulant dans la première conduite de dérivation 20. Une enveloppe extérieure 22 entoure la soufflante et s'étend vers l'arrière de manière à entourer l'enveloppe intermédiaire 17 et à définir avec la lèvre en amont de - l'enveloppe 17 une rainure annulaire 23' et une seconde conduite de dérivation 23 allant vers l'arrière à partir de la rainure qui se termine par une conduite secondaire 24 à deux branches comportant des sorties de tuyère secondaire fixes jumelées 25 disposées de manière à provoquer l'échappement en un endroit situé à l'intérieur et le long de chaque sortie de tuyère 21. L'agencement de la seconde conduite de dérivation 23 par rapport à l'enveloppe intermédiaire 17 et à l'enveloppe extérieure 22 est représenté dans les figures 5 et 7, où l'on verra que les première et seconde conduites de dérivation sont isolées l'une de l'autre par l'enveloppe intermédiaire 17 et sa conduite associée 18. L'enveloppe extérieure 22 comprend un manchon de soutirage 26 disposé immédiatement en aval de la soufflante 11 pour alimenter en air provenant de la soufflante une tuyère d'équilibrage 27. Le courant froid sortant de la soufflante et entrant dans le manchon 26 est contrôlé, comme représenté en détail en figure 6, par un élément de vanne annulaire 28 pouvant coulisser axialement par rapport au groupe moteur et destiné à ouvrir ou à fermer l'ouverture d'entrée du manchon 26. L'élément de vanne 28 est actionné par quatre vérins 29 (seul un vérin est représenté) situés à égale distance les uns des autres sur la périphérie de l'enveloppe extérieure 22 et disposés de manière à provoquer un mouvement axial d'ouverture et de fermeture de l'élément annulaire de vanne 28, D'une manière équivalente, le courant traversant la rainure 23' pour entrer dans la seconde conduite de dérivation 23 est commandé par un autre élément de vanne annulaire 30, pouvant être actionné au moyen de quatre autres vérins. Les deux agencements de vanne peuvent fonctionner de maniere indépendante. Une application du premier mode de réalisation du groupe moteur décrit et illustré concerne un avion du type à vol stationnaire où les sorties primaires de tuyère 21 sont mobiles entre une position dirigée vers l'arrière dans laquelle elles produisent une poussée pour la marche avant, et une position dirigée vers le bas dans laquelle elles produisent une poussée de portance. Les sorties de tuyère sont dans ce cas disposées de façon que, lorsqu'elles sont dirigées vers le bas, leurs lignes de poussée soient situées dans un plan contenant le centre de gravité disponible le plus en arrière de l'avion. Comme le centre de gravité se déplace vers l'avant à cause de la consommation de carburant, des produits emmagasinés, etc., une composante de poussée est produite par émission d'un fluide de propulsion vers le bas par l'intermédiaire de la tuyère d'équilibrage 27 montée en tête du centre de gravité le plus en avant. Des exemples récemment publiés de ce type de configuration peuvent être trouvés dans les demandes de brevet anglais publiées au nom de la demanderesse nO 2.090,209A et nb 2.090.210A que l'on supposera connues. Trois modes de fonctionnement d'un avion de ce type incorporant le mode de réalisation de groupe moteur représenté dans les figures 1 à 8 seront maintenant décrits. Vol normal vers l'avant (figure 1) Dans ce mode, les deux éléments annulaires de vanne 28, 30 sont dans la position fermée. Une partie du courant froid sortant de la soufflante traverse le générateur de gaz 12, puis s'échappe sous forme de courant gazeux chaud passant par les sorties primaires de tuyère 21. Le reste du courant froid traverse la première conduite de dérivation 20 pour être mélangé avec le courant chaud sortant du générateur de gaz avant de s'échapper par les sorties primaires de tuyère 21, Dans ce mode de marche, on peut trouver avantageux d'ouvrir la vanne annulaire 30 de manière à permettre à l'air prélevé d'etre évacué par les sorties secondaires de tuyère 25 de manière à réduire la traînée de l'agencement de sortie. Marche en vol stationnaire (figure 3) Dans ce mode, les sorties primaires de tuyère 21 sont généralement dirigées vers le bas, et la vanne annulaire 28 est actionnée par les vérins 29 de manière à permettre à l'air prélev,contralé de manière à fournir une composante de poussée d'équilibrage par la tuyère 27 d'avoir une valeur suffisante pour compenser tout mouvement du centre de gravité yers l'avant. A tous les autres égards, le fonctionnement du groupe moteur dans le présent mode est semblable à celui d'un vol normal en marche avant. Vol vers l'avant avec réchauffage (partiel) (figure 4) Dans ce cas, les moyens de réchauffage 19 sont actionnés de manière à réchauffer le courant du générateur de gaz, et l'élément annulaire de vanne 30 est retiré de manière à ouvrir la rainure 23', l'élément annulaire de vanne 28 restant fermé. L'actionnement des moyens de réchauffage provoque la dilatation du courant en aval de ces moyens avant qu'il s'cchappe par les sorties primaires de tuyère 21, et la dilatation produit une pression plus grande dans la première conduite de dérivation 20, ce qui provoque à son tour une réduction du courant froid sortant de la soufflante et traversant cette conduite. La partie du courant froid sortant de la soufflante qui n'a pu entrer dans la première conduite de dérivation 20 se trouvera déviée pour traverser la seconde conduite de dérivation 23 et s'échapper par les sorties secondaires fixes 25. Le courant de carburant vers les moyens de réchauffage 19 pourrait être avantageusement contrôlé de façon que le fluide se trouvant dans la première conduite de dérivation soit à une pression de stagnation de sorte que le reste du courant froid sortant de la soufflante qui ne traverse par le générateur de gaz 12 serait amené à passer par la seconde conduite de dérivation 23. Cela peut être obtenu par des moyens connus de l'homme de l'art, par exemple par contrôle de la pression en aval des moyens de réchauffage 19 et commande de l'alimentation en carburant en fonc tion de la pression contrôlée. Une représentation symbolique d'un état de stagnation dans la première conduite de dérivation fait l'objet de la figure 32. Deux avantages de cet agencement sont les suivants : tout d'abord on peut éviter la nécessité d'avoir à faire appel à une tuyère à géométrie variable car on peut empêcher qu'une quantité suffisante du courant froid sortant de la soufflante n'atteigne les moyens de réchauffage (afin de s'échapper par les sorties secondaires 25), et le courant réchauffé est totalement dilaté par les sorties primaires 21. De plus, là où les sorties primaires de tuyère 21 procèdent à l'échappement du courant chaud vers l'un et l'autre côté du fuselage d'un avion, les sorties secondaires 25 peuvent être disposées de manière à provoquer l'echap- pement d'un courant froid entre le courant chaud et le côté du fuselage de manière à assurer une isolation thermique. En liaison maintenant avec le second mode de réalisation de la présente invention représenté dans les figures 9 et 10, les parties semblables à celles des figures précédentes auront le même numéro de référence. Le second mode de réalisation comprend une soufflante 11 disposée en amont d'un générateur de gaz à turbine 12 qui l'entraîne, générateur comportant un étage de compression 13,un étage de combustion 14 et un étage à turbine 15. Le générateur de gaz est entouré par une enveloppe intérieure 40 qui s'étend vers l'aval à partir de l'éta- ge de compression 14 et se termine par une conduite à deux branches 41. Une enveloppe extérieure 42 entoure la soufflante 11 et s'étend vers l'aval pour se terminer par une conduite à deux branches 43. A partir sensiblement d'un endroit contigu à l'étage de combustion et en aval de celui-ci, les enveloppes intérieure et extérieure 40 et 42 ont sensiblement la mEme forme,mais l'enveloppe extérieure 42 est plus grande, Les enveloppes 4Q et 42 définissent une conduite de dérivation 44, comportant une entrée annulaire contiguë à l'étage de compression et des sorties annulaires jumelées respectives 45 qui procèdent à l'echap- pement par passage dans des sorties primaires de tuyère à ouverture fixe 21. Vers l'extrémité arrière de l'enveloppe extérieure 42 se trouve une autre conduite à deux branches 46 qui est disposée de façon à recevoir le courant provenant de la conduite de dérivation 44 en amont des sorties de tuyère 21 et à procéder à son échappement par passage dans des sorties secondaires de tuyère 25, sous la commande de vannes respectives de volet 47 actionnées, par exemple, par des vérins 48. La figure 9 représente de fait une version simplifiée du mode de réalisation de la figure 10; en figure 10, l'autre conduite à deux branches 46 est effilée dans l'enveloppe extérieure 42,mais les trajets du courant gazeux entre les sorties de tuyère et la conduite de dérivation sont sensiblement identiques; le fonctionnement de ce mode de réalisation sera maintenant décrit. En vol normal vers l'avant, les vannes de volet 47 se trouvent dans leur position fermée, empêchànt le passage d'un courant dans les sorties secondaires de tuyère 25; une partie du courant froid sortant de la soufflante traverse le générateur de gaz 12 et passe sous forme de courant chaud dans la conduite à deux branches 4 1 le reste du courant froid sortant de la soufflante traverse la conduite de dérivation 44 et s'échappe par les sorties annulaire 45 pour être mélangé au courant chaud avant de s'échapper par les sorties primaires de tuyère 21. Lors d'un chauffage, les moyens de réchauffage 19 sont actionnés et les vannes de volet 47 sont ouvertes. La fourniture de carburant aux moyens de réchauffage est commandée de façon que le courant froid traversant les sorties annulaires 45 soit au moins sensiblement réduit, une partie principale du courant froid sortant de la soufflante et traversant la conduite de dérivation s'échappant en traversant les sorties secondaires de tuyère 25. Au lieu d'employer les vérins 48 pour provoquer l'ouverture et la fermeture des vannes de volet 47, un moyen de sollicitation à ressort peut être utilisé pour maintenir les vannes dans la position fermée jusqu'au mo ment où la pression dans la conduite de dérivation 44 augmente (par suite du réchauffage en aval) jusqu'à une valeur suffisante pour vaincre la sollicitation exercée par le ressort et ouvrir ainsi les vannes de volet. Dans les modes de réalisation précédents, les sor ties primaires de tuyère peuvent avoir une géométrie fixe, adaptée à la fois au courant gazeux normal et au courant gazeux réchauffé, l'augmentation du courant lors d'un réchauffage étant compensée en dérivant une partie du courant froid sortant de la soufflante qui circulerait normalement dans le générateur, de manière à ce qu'il s'échappe par les sorties secondaires de tuyère 25. Les modes de réalisation précédents peuvent être perçus en variante comme des agencements dans lesquels le courant froid sortant de la soufflante est soutiré du courant de dérivation du groupe moteur, la chute du rapport de pression de la soufflante et la poussée principale de sortie étant contrariées par remplissage des sorties primaires de tuyère à géométrie fixe avec le courant réchauffé du générateur de gaz. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaetront à l'homme de l'art. REVENDICATIONs 1 - Groupe moteur de propulsion à réaction comportant un générateur de gaz à turbine (12), une soufflante (11) disposée en amont du générateur, un moyen de conduite de dérivation (20) délivrant une partie du courant froid sortant de la soufflante pour qu'elle soit mélangée au courant chaud sortant du générateur, des premiers moyens de sortie (21) pour procéder à l'échappement du courant mélangé, des moyens de réchauffage (19) pour réchauffer le courant chaud sortant du générateur de gaz, et des moyens pour au moins réduire sensiblement la quantité du courant froid sortant de la soufflante qu est mélangée au courant chaud sortant du générateur lorsque les moyens de réchauffage fonctionnent. 2 - Groupe moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des première et seconde conduites de dérivation(20 et 23) sont prévues, la première conduite de dérivation (20) fournissant un trajet pour le courant froid sortant de la soufflante qui doit être mélangé au courant chaud sortant du générateur de gaz, la seconde conduite de dérivation(23) fournissant un trajet pour le courant froid sortant de la soufflante et devant s'échapper en passant par des seconds moyens de sortie (25), des moyens étant prévus pour réduire le courant gazeux dans la première conduite de dérivation (20) lorsque les moyens de réchauffage (29) fonctionnent, d'où il résulte qu'au moins une partie du courant froid sortant de la soufflante qui en fonctionnement normal du groupe moteur serait mélangé au courant chaud sortant du générateur de gaz s'échappe en passant par les seconds moyens de sortie (25). 3 - Groupe moteur selon la revendication 2,caractérisé en ce que les première et seconde conduites de dérivation (20 et 23) présentent des parties en amont ayant des sections généralement annulaires, concentriques, qui se fondent en aval de la soufflante, des moyens d'obturateur (30) étant prévus pour ouvrir ou fermer la seconde conduite de dérivation, 4 - Groupe mateur selon la revendication 2,ca ractérisé en ce que la seconde conduite de dérivation (23) se fonde avec une partie en aval dé la première conduite de dérivation, des moyens d'obturateur étant prévus qui peuvent ouvrir ou fermer les seconds moyens de sortie. 5 - Groupe moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour commander la quantité de carburant fournie aux moyens de réchauffage (19) de façon que pendant le réchauffage la pression régnant en aval de ces moyens soit suffisante Pcur au moins réduire sensiblement la quantité du courant gazeux froid sortant de la soufflante qui se mélange au courant du générateur de gaz. 6 - Groupe moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des moyens de soutirage (26) sont prévus qui soutirent une autre partie du courant gazeux froid sortant de la soufflante. 7 - Avion comportant un groupe moteur de propulsion à réaction selon la revendication 2 ou l'une quelconque des revendications dépendantes, et une partie de fuselage,le groupe moteur étant monté généralement à l'intérieur de la partie de fuselage, les premiers moyens de sortie (21) du groupe moteur ayant la forme de premières sorties jumelées à ouverture fixe, une sortie étant prévue de chaque côté de la partie de fuselage, les seconds moyens de sortie (25) ayant la forme de secondes sorties jumelées, une sortie étant interposée entre la partie de fuselage et la première sortie associée. 8 - Avion selon la revendication 7, caractérisé en ce que les premières sorties jumelées à ouverture fixe (21) sont mobiles entre une position où elles procèdent à l'échappement en général vers l'arrière et une position où elles procèdent à l'échappement en général vers le bas pour fournir une portance,