Brevet FR2902150A1 — publié le 20071214

L'invention concerne le domaine des turboréacteurs avec un canal de réchauffe du flux de gaz primaire, comportant un dispositif injecteur de carburant. Les turboréacteurs dits "à post combustion" comprennent généralement, d'amont en aval dans le sens d'écoulement des gaz, un ou plusieurs étages de compresseur, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, un canal de réchauffe ou canal de post-combustion, et une tuyère d'éjection. La post- combustion consiste à réinjecter du carburant dans la veine de gaz du flux primaire, afin d'obtenir une combustion supplémentaire û grâce à l'oxygène encore présent au sein de ce gaz û et ainsi augmenter la poussée du turboréacteur. En sortie des étages de turbine, le carburant est injecté par des dispositifs injecteurs de carburant, qui s'étendent radialement au sein de la veine de gaz. En aval de ces dispositifs injecteurs de carburant, s'étendent des dispositifs accroche-flammes. Ces derniers se présentent sous la forme de bras radiaux et/ou d'anneaux. Leur géométrie est configurée pour stabiliser les flammes et de la sorte les "accrocher". Les dispositifs accroche-flammes comprennent également généralement des rampes d'injection supplémentaire de carburant. En référence à la figure 1, qui représente un turboréacteur de l'art antérieur, d'axe A, un dispositif injecteur de carburant se présente généralement sous forme d'un bras radial 1. Un tel bras s'étend à la fois dans la veine de gaz du flux secondaire 6 et dans la veine de gaz du flux primaire 7. Par externe et interne, on entend, dans la suite de la demande, externe et interne par rapport à l'axe A du turboréacteur. La veine du flux secondaire 6 s'étend du côté externe de la veine du flux primaire 7. Ces deux flux sont séparés par une virole 2 dite de confluence. La veine du flux secondaire est délimitée, du côté externe, par un carter 8 dit de réchauffe. A l'extrémité aval de la virole de confluence 2, une partie du gaz du flux secondaire est mélangée au gaz du flux primaire, tandis que l'autre partie n'est pas mélangée au gaz du flux primaire et est guidée, en aval de l'anneau accroche-flammes 3, dans un canal 9, pour remplir d'autres fonctions. Ce canal 9 est un canal annulaire délimité, du côté externe par le carter de réchauffe 8, du côté interne par une chemise 10 dite de protection thermique, puisqu'elle doit supporter, de son côté interne, la proximité des flammes de la post-combustion. Le bras 1 injecteur de carburant comporte un tube 4 d'alimentation en carburant, en amont duquel s'étend un tube 5 de prélèvement d'air du flux secondaire vers le flux primaire. Le tube 5 de prélèvement d'air remplit deux fonctions. La première fonction est de ventiler et refroidir le tube 4 d'alimentation en carburant, car l'air du flux secondaire n'a pas subi de combustion et est donc à une température lui permettant de remplir une telle fonction. La deuxième fonction est de faciliter la combustion, grâce à l'injection, dans le flux primaire et au niveau de l'injection de carburant, d'air du flux secondaire, plus chargé en oxygène que le gaz du flux primaire. Le bras 1 est alimenté en carburant depuis l'extérieur de la veine de gaz du flux secondaire 6, le carburant étant injecté dans la veine de gaz du flux primaire 7. Il existe un risque de fuite de carburant au niveau du tube 4 d'alimentation en carburant. Si une telle fuite se produit dans la veine de gaz du flux primaire 7, elle 20 n'est pas dommageable, dans la mesure où le carburant est en tout état de cause destiné à être injecté dans cette veine 7. En revanche, si une fuite de carburant se produit dans la veine de gaz du flux secondaire, ce carburant est entraîné vers l'aval dans la veine de gaz du flux 25 secondaire 6. Au niveau de l'anneau accroche-flammes 3, une partie de ce carburant entre en combustion, ce qui n'est pas problématique. L'autre partie du carburant est entraînée dans le canal 9, entre la chemise de protection thermique 10 et le carter de réchauffe 8. Une telle propagation peut avoir des conséquences désastreuses. En effet, il existe un risque d'inflammation de l'air du flux 30 secondaire avec le carburant à ce niveau. Une telle inflammation donne naissance à un feu moteur dans le canal 9. Or, le carter de réchauffe 8, habituellement réalisé à base de titane, ne supporte pas de températures supérieures à 400 C et est donc fortement endommagé par une telle combustion. 35 L'invention vise à pallier ces inconvénients et à proposer un dispositif injecteur de carburant agencé de telle sorte qu'une fuite de carburant ne puisse se faire dans le canal susmentionné, bien qu'en tout état de cause il soit nécessaire que le bras injecteur de carburant s'étende au sein de la veine du flux secondaire, afin d'alimenter le carburant depuis l'extérieur de cette veine jusqu'à la veine du flux primaire. C'est ainsi que l'invention concerne un dispositif injecteur de carburant pour un système de post-combustion d'un turboréacteur à double flux, comportant une veine de flux primaire et une veine de flux secondaire, le dispositif étant agencé pour s'étendre radialement au travers de la veine du flux secondaire et de la veine du flux primaire et comportant un tube d'alimentation en carburant, caractérisé par le fait que le dispositif comprend, dans sa portion agencée pour s'étendre au sein de la veine du flux secondaire, une paroi formant une cavité de prélèvement du carburant agencée pour, en cas de fuite de carburant, guider le carburant vers la veine du flux primaire, le tube d'alimentation en carburant étant agencé pour s'étendre au sein de ladite cavité de prélèvement. Grâce à l'invention, en cas de fuite de carburant dans la portion du tube d'alimentation en carburant s'étendant dans la veine du flux secondaire, ce carburant n'est pas transporté jusqu'au canal délimité par la chemise de protection thermique et le carter de réchauffe. En effet, le carburant est prélevé dans la cavité de prélèvement et guidé vers la veine de flux primaire ; il ne risque donc pas d'engendrer un feu moteur mais participe simplement à la combustion qui se produit dans la veine du flux primaire. On note que par "radialement" dans la définition ci-dessus du dispositif de l'invention, on entend sensiblement radialement, c'est-à-dire que l'axe principal du dispositif peut présenter un angle différent de 90 avec l'axe du turboréacteur. De préférence, la pression du gaz du flux secondaire étant supérieure à la pression du gaz du flux primaire, ladite cavité de prélèvement comporte des ouvertures communicant, dans la veine du flux secondaire, avec le gaz du flux secondaire, dans la veine du flux primaire, avec le gaz du flux primaire. Ainsi, le guidage du carburant est simplement assuré par différence de pression. Cette différence de pression interdit par ailleurs toute remontée du carburant depuis le flux primaire vers le flux secondaire. Avantageusement dans ce cas, le dispositif comportant un tube de prélèvement d'air de la veine du flux secondaire vers la veine du flux primaire, ladite cavité de prélèvement de carburant est formée par ledit tube de prélèvement d'air. Dans ce cas, on utilise un élément du dispositif déjà existant dans l'art antérieur, conformé de sorte à remplir une deuxième fonction, de prélèvement de carburant. Il s'ensuit un moindre coût de mise en place et une meilleure compacité de l'ensemble. Selon une forme de réalisation, le tube d'alimentation en carburant est agencé pour déboucher de la cavité de prélèvement de carburant par un alésage ménagé dans la paroi formant ladite cavité, l'alésage débouchant dans le flux primaire. De préférence dans ce cas, un jeu est ménagé entre le tube d'alimentation en carburant et l'alésage. L'invention concerne également un système de post-combustion d'un turboréacteur à double flux, comportant un dispositif injecteur de carburant tel que présenté ci-dessus. L'invention concerne encore un turboréacteur à double flux, comportant 25 système de post-combustion avec un dispositif injecteur de carburant tel que présenté ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée du dispositif de l'invention, en référence aux 30 planches annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe axiale du canal de réchauffe d'un turboréacteur de l'art antérieur ; - la figure 2 représente une vue en coupe axiale du dispositif injecteur de carburant selon la forme de réalisation préférée de l'invention ; 35 - la figure 3 représente une vue en coupe axiale de la portion externe du dispositif de la figure 2, s'étendant au sein de la veine du flux secondaire et - la figure 4 représente une vue en coupe radiale du dispositif de la figure 3, selon le plan I-I. Le turboréacteur de l'invention comprend un ou plusieurs étages de compresseur, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, un canal de réchauffe du flux primaire et une tuyère d'éjection. En entrée du canal de réchauffe s'étendent des dispositifs 10 injecteurs de carburant. Les autres éléments du système de post-combustion du turboréacteur, bien connus de l'homme du métier, ne seront pas décrits précisément. Ils comprennent notamment des bras et/ou anneaux accroche-flammes, des moyens d'alimentation en carburant, des organes de contrôle, etc. Le turboréacteur est un turboréacteur à double flux, c'est-à-dire, avec un flux de gaz primaire et un flux de gaz secondaire. Le flux de gaz primaire se définit comme étant la partie de l'air, absorbé par le turboréacteur, qui subit une combustion dans la chambre de combustion du turboréacteur. Le flux de gaz secondaire se définit comme étant la partie de l'air comprimé qui contourne le noyau du turboréacteur et ne subit pas de combustion. Ce flux d'air secondaire est guidé tout au long du turboréacteur, à l'extérieur de la chambre de combustion et des étages de turbine. Il est notamment utilisé à des fins de refroidissement de divers éléments du turboréacteurs, mais aussi pour alimenter le canal de réchauffe en air, riche en oxygène, permettant une meilleure combustion. Au niveau du canal de réchauffe, les veines de gaz des flux primaire 13 et secondaire 14 sont séparées par une virole annulaire 11 à leur confluence. La veine du flux secondaire 14 est délimitée, du côté externe, par un carter 12 dit de réchauffe. Comme énoncé précédemment en référence à la figure 1 concernant l'art antérieur, une partie des flux se mélange à l'extrémité de la virole de confluence 11, qui comprend un anneau accroche-flammes et/ou des bras accroche-flammes. Une partie de l'air du flux secondaire 14 n'est pas mélangée au gaz du flux primaire 13 et est guidée, en aval de l'extrémité de la virole de confluence 11, dans un canal, qui est un canal annulaire délimité par une chemise de protection thermique et le carter de réchauffe, de la même manière que dans l'art antérieur présenté plus haut en relation avec la figure 1. En référence à la figure 2, les dispositifs injecteurs de carburant 10 sont ici des bras injecteurs de carburant 10. Il s'agit de bras radiaux 10 répartis angulairement autour de l'axe du turboréacteur. Ils sont en l'espèce au nombre de neuf. Un bras injecteur de carburant 10 comporte un tube 15 d'alimentation en carburant et un tube 16 de prélèvement d'air du flux secondaire 14 vers le flux primaire 13. Le tube 15 d'alimentation en carburant est alimenté en carburant depuis l'extérieur de la veine de gaz du flux secondaire 14, le carburant étant injecté dans la veine de gaz du flux primaire 13, par exemple par des orifices percés du côté aval du tube 15, tels par exemple que l'orifice 15' que l'on voit sur la figure 3. Ce tube 15 est en l'espèce de section cylindrique, mais cela n'est pas nécessaire. Le tube 16 de prélèvement d'air dans le flux secondaire pour le guider jusqu'au flux primaire, que l'on nommera dans la suite "tube de prélèvement d'air", forme une dérivation au flux d'air secondaire. Ce tube 16 n'a pas nécessairement la forme classique d'un tube, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessairement de section circulaire. En l'espèce, sa section est, comme on le voit sur la figure 4, de forme oblongue. Le tube 16 comporte une portion externe 16a, qui s'étend au sein de la veine de gaz du flux secondaire 14, et une portion interne 16b, qui s'étend au sein de la veine de gaz du flux secondaire 13. Les dimensions de la section du tube de prélèvement d'air 16 sont plus grandes dans sa portion externe 16a que dans sa portion interne 16b. Les dimensions de la section de la portion interne 16b décroissent régulièrement, depuis son extrémité de liaison avec la portion externe 16a jusqu'à son extrémité libre. Le tube de prélèvement d'air 16 est creux. Il comporte une ouverture 17, située sur la face amont de sa portion externe 16a, de prélèvement de l'air du flux secondaire. Par ailleurs, sa portion interne 16b comporte une pluralité d'ouvertures 18, ménagées sur sa face aval, de sortie de l'air du flux secondaire pour être injecté dans la veine de gaz du flux primaire. En référence à la figure 3, la circulation de l'air du flux secondaire 14 est la suivante. En amont des bras injecteurs de carburant 10, l'air du flux secondaire 14 est guidé entre le carter de réchauffe 12 et la virole de confluence 11, comme indiqué par la flèche 19. Une portion de l'air du flux secondaire 14 passe par les ouvertures de prélèvement 17 des tubes de prélèvement 16, comme indiqué par la flèche 20 ; cet air est alors guidé dans les tubes de prélèvement 16 et rejeté dans la veine de gaz du flux primaire 13 au niveau des ouvertures de sortie 18 desdits tubes 16, comme indiqué par les flèches 21. L'autre portion de l'air de flux secondaire ne passe pas dans les tubes de prélèvement 16 et est guidée, en aval, entre le carter de réchauffe 12 et la virole de confluence 11, comme indiqué par la flèche 22. Le tube d'alimentation en carburant 15 s'étend, dans sa portion s'étendant au sein du flux secondaire 14, à l'intérieur de la cavité 25 définie par les parois du tube de prélèvement d'air 16. Plus précisément, le tube d'alimentation en carburant 15 s'étend à l'intérieur du tube de prélèvement d'air 16, dans sa portion externe 16a, jusqu'à la limite interne de la virole de confluence 11. La virole de confluence 11 est à cet endroit en deux parties concentriques avec un joint d'étanchéité 23 (qui correspond à ladite limite interne). La structure précise de la virole n'est pas très importante ici. Ce qui importe, c'est que le tube d'alimentation en carburant 15 ne débouche de la cavité 25 formée par le tube de prélèvement d'air 16 que dans la veine de gaz du flux primaire 13. A l'extérieur du flux secondaire, le tube d'alimentation en carburant 15 comporte une tête 24 destinée à être connectée à une alimentation en carburant. Dans sa portion s'étendant à l'intérieur du flux primaire 13, le tube d'alimentation en carburant 15 s'étend à l'extérieur du tube de prélèvement d'air 16, parallèlement et en aval de celui-ci. On note qu'ainsi, l'air du flux secondaire est éjecté par les orifices de sortie d'air 18 du tube de prélèvement d'air 16 directement sur le tube d'alimentation en carburant 15, pour remplir leur double fonction : refroidir le tube d'alimentation en carburant 15 et favoriser la combustion, par l'apport d'air plus riche en oxygène que le gaz du flux primaire 13. La pression au sein de la portion externe 16a du tube de prélèvement d'air 16 est égale à la pression du flux secondaire 14, puisque la cavité 25 formée par le tube 16 est en communication avec le flux secondaire 14 via l'ouverture de prélèvement 17. La pression en aval des orifices de sortie de l'air 18 du tube de prélèvement d'air 16 est égale à la pression du flux primaire 13, puisque la cavité 25 (formée par le tube 16) et le flux primaire 13 sont en communication à ce niveau. Or, à ce niveau d'un turboréacteur, la pression du gaz du flux secondaire est toujours supérieure à celle du flux primaire, quel que soit le mode de fonctionnement du turboréacteur. Par conséquent, en cas de fuite de carburant dans la portion du tube d'alimentation en carburant 15 se situant dans la veine de gaz du flux secondaire, le carburant est récupéré dans la cavité 25 définie par les parois du tube de prélèvement d'air 16, dans la portion externe 16a de ce tube 16. Du fait de la différence de pression entre les veines des flux primaire 13 et secondaire 14, et de la communication de la cavité 25 avec ces deux flux, le carburant est nécessairement transporté depuis la portion externe de la cavité 25 vers la portion interne de cette cavité 25 et éjecté dans la veine de gaz du flux primaire 13 par les orifices de sortie 18 du tube de prélèvement d'air 16. La cavité 25 formée par les parois du tube de prélèvement d'air 16 forme ainsi une cavité 25 de prélèvement du carburant en cas de fuite, agencée pour guider le carburant vers la veine de gaz du flux primaire 13. On pourrait également dire que cette cavité remplit la fonction d'une écope de carburant, le prélevant dans le flux secondaire pour le déverser dans le flux primaire. Ce prélèvement et ce guidage sont assurés grâce à la géométrie de l'ensemble et à la différence de pressions entre les flux secondaire et primaire. On note que le tube de prélèvement d'air 16 remplit déjà, dans l'art antérieur, une fonction d'écope pour l'air, puisqu'il prélève de l'air dans le flux secondaire pour le guider et le déverser dans le flux primaire. Ainsi, avec l'invention, on a transformé une écope d'air en une écope d'air et de carburant. Selon un mode de réalisation avantageux, le tube d'alimentation en carburant 15 sort de la cavité du tube de prélèvement d'air 16 par un alésage 26 ménagé dans ce tube 16. Plus précisément, cet alésage 26 est ménagé dans la portion de raccordement entre la portion externe 16a du tube de prélèvement d'air 16 et la portion interne 16b du tube 16, qui est de plus petite section que la portion externe 16a. Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, un jeu est prévu entre le tube d'alimentation en carburant 15 et l'alésage 26 du tube de prélèvement d'air 16. Un tel jeu remplit une double fonction. Tout d'abord, il autorise des dilatations différentielles entre le tube d'alimentation en carburant 15 et l'alésage 26. Ensuite, il autorise le passage d'une partie du carburant en cas de fuite. Ainsi, au lieu de sortir par les orifices de sortie 18, le carburant est directement guidé depuis son point de fuite jusqu'à l'alésage 26, d'où il s'échappe, grâce au jeu, directement dans la veine de gaz du flux primaire 13. En effet, l'alésage 26 est agencé pour déboucher, d'une part dans la cavité 25 formée par le tube de prélèvement d'air 16, du côté de sa portion externe 16a, d'autre part dans la veine de gaz du flux primaire 13. Plus précisément, on peut dire que le carburant qui fuit "suinte" par cet alésage, si le jeu n'est pas très grand. Son passage est facilité par la différence de pression entre les flux primaire et secondaire. On note que, de préférence, le tube d'alimentation en carburant 15 est centré par rapport à l'alésage 26 au niveau de l'extrémité interne de la portion interne 16b du tube de prélèvement d'air 16, où est ménagé un plot de centrage 27 du tube d'alimentation en carburant 15. Revendications 1- Dispositif injecteur de carburant pour un système de post-combustion d'un turboréacteur à double flux, comportant une veine de flux primaire (13) et une veine de flux secondaire (14), le dispositif étant agencé pour s'étendre radialement au travers de la veine du flux secondaire (14) et de la veine du flux primaire (13) et comportant un tube (15) d'alimentation en carburant, caractérisé par le fait que le dispositif comprend, dans sa portion agencée pour s'étendre au sein de la veine du flux secondaire (14), une paroi (16) formant une cavité (25) de prélèvement du carburant agencée pour, en cas de fuite de carburant, guider le carburant vers la veine du flux primaire (13), le tube d'alimentation en carburant (15) étant agencé pour s'étendre au sein de ladite cavité de prélèvement (25). 2- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel, la pression du gaz du flux secondaire (14) étant supérieure à la pression du gaz du flux primaire (13), ladite cavité de prélèvement (25) comporte des ouvertures (17 ; 18) communicant, dans la veine du flux secondaire (14), avec le gaz du flux secondaire (14), dans la veine du flux primaire (13), avec le gaz du flux primaire (13). 3- Dispositif selon la revendication 2 dans lequel, le dispositif comportant un tube (16) de prélèvement d'air de la veine du flux secondaire (14) vers la veine du flux primaire (13), ladite cavité de prélèvement de carburant (25) est formée par ledit tube de prélèvement d'air (16). 4- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le tube d'alimentation en carburant (15) est agencé pour déboucher de la cavité de prélèvement de carburant (25) par un alésage (26) ménagé dans la paroi (16) formant ladite cavité (25), l'alésage (26) débouchant dans le flux primaire (13). 5- Dispositif selon la revendication 4, dans lequel un jeu est ménagé entre le tube d'alimentation en carburant (15) et l'alésage (26). 6- Système de post-combustion d'un turboréacteur à double flux, 35 comportant un dispositif injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 5. 30 7- Turboréacteur à double flux, comportant système de post-combustion avec un dispositif injecteur de carburant selon l'une des revendications 1 à 6.