Brevet FR2906313A1 — publié le 20080328

Domaine de l'invention La présente invention concerne un réacteur à double flux comprenant : - un générateur de gaz qui génère une force de propulsion par l'éjection des gaz vers l'arrière et - une soufflante qui génère une force de propulsion en poussant l'air vers l'arrière et en éliminant le bruit du jet de sortie du générateur de gaz. Ce réacteur à double flux est notamment destiné à pro- pulser un avion en vol de croisière à vitesse supersonique. Etat de la technique Pour un avion supersonique, il est préférable que le réacteur présente une faible surface frontale à cause de la réduction de la traînée car l'onde de traînée qui se développe seulement à vitesse su- personique dépend fortement de la surface frontale totale de l'avion y compris de la surface frontale des réacteurs. De plus, pour un tel réacteur à faible surface frontale, il faut que la vitesse d'éjection du jet soit relativement élevée et que le taux de dilution soit faible par comparai-son aux moteurs actuels à taux de dilution élevé pour les avions subso- niques, à condition de fournir la même poussée. Le jet sortant à vitesse élevée crée un problème de bruit autour des aéroports car le niveau de bruit augmente en général proportionnellement à la puissance 8 de la vitesse du jet sortant. Pour réduire le bruit du jet on a développé des dispositifs de suppression de bruit qui sont ajoutés en aval du réacteur tels que par exemple un mélangeur de lob ou un mélangeur éjecteur. Bien que de telles solutions assurent certains effets de suppression de bruit, elles ne peuvent pas être facilement utilisées en pratique car ces moyens sont trop longs et trop lourds par comparaison à la taille totale du réacteur et du poids même si l'effet de suppression de bruit est important. Pour obtenir la poussée nécessaire à un vol supersonique tout en supprimant le bruit généré au moment du décollage, on a pro-posé des moteurs à cycles variables et on a examiné comment les incor- porer dans un mécanisme variable permettant de modifier le taux de 2906313 2 dilution. Le brevet US 3 841 091 propose un système configuré avec deux turbo-jets à l'avant et à l'arrière du système et une alimentation d'air de dilution de l'un des turbo-jets en commutant le conduit d'air. But de l'invention 5 La présente invention a pour but de partir des problèmes des techniques classiques et de développer un réacteur à double flux pour avion supersonique, permettant d'avoir la poussée nécessaire tout en réduisant le bruit généré au moment du décollage, au prix d'une faible traînée additionnelle liée à l'installation du réacteur en vol de croisière supersonique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un réacteur à double flux du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la soufflante se compose d'une soufflante avant, au voisinage ou en amont d'un compresseur du 15 générateur de gaz, un conduit de soufflante avant logeant la soufflante avant, une soufflante arrière, au voisinage ou en aval d'une turbine et un conduit de soufflante arrière logeant la soufflante arrière, au moins le conduit de soufflante ou le conduit de soufflante arrière peut tourner et la surface de chevauchement entre la sortie du conduit de soufflante 20 avant et l'entrée du conduit de soufflante arrière change en fonction de la rotation du conduit de soufflante avant ou du conduit de soufflante arrière, de façon à modifier le taux de dilution du réacteur. Dans le réacteur à double flux selon l'invention, les deux soufflantes, c'est-à-dire la soufflante avant et la soufflante arrière, sont 25 logées dans le générateur de gaz. La soufflante avant et la soufflante arrière sont entraînées en parallèle au moment du décollage et l'air extérieur arrive à la fois dans les deux entrées, celle de la soufflante avant et celle de la soufflante arrière pour être respectivement éjecté vers l'arrière. D'autre part, au cours du vol de croisière supersonique, les 30 soufflantes avant et arrière sont entraînées en série. Au moins l'un des conduits, celui de la soufflante avant ou celui de la soufflante arrière, est pivoté pour que la surface de chevauchement entre la sortie du con-duit de soufflante avant et l'entrée du conduit de la soufflante arrière soit au maximum, de façon que l'air extérieur soit principalement intro- 35 duit dans l'entrée d'air de la soufflante avant et l'air comprimé par la 2906313 3 soufflante avant alimente la soufflante arrière par son entrée d'air pour être comprimé de nouveau par la soufflante arrière et être finalement éjecté par la tuyère. Ainsi, le rapport de dilution du réacteur au décalage est 5 plus élevé qu'en vol de croisière supersonique. Cela signifie que le moteur décrit ci-dessus a tendance à générer moins de bruit de jet au dé-collage que le moteur dont les conduits de soufflante sont fixes et dont les soufflantes fonctionnent toujours en série. En outre, le réacteur ci-dessus n'engendre qu'une faible onde de traînée supersonique liée à 10 l'installation du réacteur à cause du faible rapport de dilution en vol de croisière supersonique qui correspond à une faible surface frontale du réacteur aussi longtemps que la poussée demandée est constante. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le con-duit de soufflante avant et le conduit de soufflante arrière ont chacun 15 une entrée d'air et une sortie d'air distinctes lorsque la dimension de la surface de chevauchement est réduite au minimum. Dans le réacteur à double flux, comme le conduit de soufflante avant et le conduit de soufflante arrière ont chacun une entrée d'air et une sortie d'air distinctes, le débit d'air de dilution est aug- 20 menté et ainsi le taux de dilution est augmenté par comparaison au cas où de l'air externe est introduit seulement par la soufflante avant. Ainsi, la vitesse de sortie du jet est réduite, ce qui permet de supprimer le bruit du jet. Suivant une autre caractéristique, le conduit de souf- 25 fiante avant et le conduit de soufflante arrière sont configurés de façon que l'entrée du conduit de soufflante arrière et la sortie du conduit de soufflante avant soient couplées l'une à l'autre si la dimension de la surface de chevauchement est maximale, l'air comprimé par la soufflante avant entrant dans la soufflante arrière pour être comprimé en- 30 core plus par la soufflante arrière puis être éjecté vers l'arrière. Le réacteur à double flux comparé comme indiqué ci-dessus, permet d'introduire l'air externe seulement par l'entrée d'air du conduit de soufflante avant pour comprimer l'air extérieur par la soufflante avant et alimenter avec cet air comprimé, la soufflante arrière 2906313 4 pour comprimer l'air encore plus et ensuite l'éjecter par la tuyère. La poussée requise s'obtient ainsi avec un rapport de dilution plus faible. En d'autres termes, en vol de croisière supersonique, on peut fournir la poussée requise avec un réacteur dont la surface de la 5 face avant est relativement faible. Il en résulte que le vol supersonique se fera avec une traînée additionnelle réduite liée à l'installation du réacteur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le réacteur est configuré de façon à commuter en cours de vol de l'avion entre 10 une première configuration dans laquelle la soufflante avant et la soufflante arrière prennent séparément l'air extérieur et fonctionnent en parallèle et une seconde configuration dans laquelle la soufflante avant et la soufflante arrière fonctionnent en série, de sorte que l'air comprimé par la soufflante avant entre dans la soufflante arrière pour être encore 15 plus comprimé par la soufflante arrière puis être éjecté vers l'arrière. Le réacteur à double flux ci-dessus permet de supprimer le bruit du jet au moment du décollage et de réaliser le vol supersonique avec une traînée supplémentaire réduite liée à l'installation du réacteur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, une par- 20 tie ou la totalité du réacteur à double flux est intégrée à l'intérieur de l'avion et la surface en saillie correspondant à la seconde configuration est inférieure à celle de la première configuration, lorsque l'avion est vu de face. Ce réacteur permet de réduire la traînée en vol superso- 25 nique. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la sortie du conduit de soufflante avant et l'entrée du conduit de la soufflante arrière ont la même forme ou une forme différente avec des phases différentes l'une de l'autre et la première et la seconde configuration peu- 30 vent être commutées en changeant la phase de l'un ou des deux conduits, le conduit de soufflante avant et le conduit de soufflante arrière. Ainsi, dans ce réacteur à double flux, la zone de chevauchement entre la sortie du conduit de soufflante avant et l'entrée du 35 conduit de soufflante arrière peut être modifiée de manière appropriée. 2906313 5 Dans ce réacteur à double flux, on obtient les effets suivants lorsqu'il équipe un avion volant à une vitesse de croisière super-sonique. En premier lieu, au décollage, la soufflante avant et la 5 soufflante arrière fonctionnent pour que l'air extérieur puisse alimenter séparément la soufflante avant et la soufflante arrière et que le flux d'air de dilution soit augmenté augmentant ainsi le rapport de dilution par comparaison à un flux d'air externe arrivant seulement par la soufflante avant. La vitesse de sortie du jet ainsi obtenu pour la poussée néces- 10 saire au décollage est réduite et en résultat le bruit du jet disparaît. D'autre part, au cours du vol de croisière supersonique, l'air externe arrive seulement par le conduit de la soufflante avant. Dans ces conditions, l'entrée d'air du conduit de soufflante arrière et la sortie d'air du conduit de soufflante avant sont couplées, si bien que l'air comprimé 15 par la soufflante avant arrive dans la soufflante arrière pour être de nouveau comprimé par la soufflante arrière et être éjecté par la tuyère. Le rapport de dilution est alors faible par comparaison à la configuration au moment du décollage lorsque l'air externe arrive séparément dans la soufflante avant et la soufflante arrière. La poussée requise 20 pour le vol de croisière supersonique peut ainsi être assurée avec une surface frontale relativement faible du réacteur, supprimant l'augmentation de traînée additionnelle liée à l'installation du réacteur en vol de croisière supersonique. L'avion équipé d'un tel réacteur à double flux est configu- 25 ré pour que la surface projetée de la configuration en vol de croisière supersonique soit inférieure à celle du décollage lorsque l'avion est en vue de face dans sa totalité. La traînée totale de l'avion en vol de croisière supersonique est ainsi réduite. Dessins 30 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'une vue en coupe d'un réacteur à double flux selon l'invention, - la figure 2 est un schéma explicatif de la coupe du réacteur à double 35 flux selon l'invention, et dans cette figure 2906313 6 - la figure 2A représente la première configuration au moment du dé-collage, lorsque le rapport de dilution est élevé, - la figure 2B représente la seconde configuration en vol de croisière supersonique lorsque le rapport de dilution est faible, 5 - la figure 3 est un schéma explicatif d'une vue en perspective du réacteur à double flux selon l'invention et montre - à la figure 3A, la première configuration avec un taux de dilution élevé au décollage, - la figure 3B montre la configuration avec un second taux de dilution, 10 faible, en vol de croisière supersonique, - la figure 4 est un schéma explicatif de la section du réacteur à double flux selon l'invention, lorsque celui-ci est installé dans une aile et dans cette figure - la figure 4A montre la configuration au moment du décollage, 15 - la figure 4B montre la configuration en vol de croisière supersonique. Description de modes de réalisation préférentiels La figure 1 est un schéma explicatif montrant une coupe d'un réacteur à double flux 100 selon la présente invention. Le réacteur à double flux 100 comprend une soufflante 20 frontale 10 qui comprime l'air entrant et fournit une partie de l'air comprimé à un générateur de gaz 20, l'autre partie de l'air étant éjectée dans la conduite de dérivation ; le conduit de soufflante 40 loge la soufflante frontale 10 ; le générateur de gaz 20 est formé d'un compresseur 21, d'une chambre de combustion 22, d'une turbine 23 et d'une tuyère 25 d'échappement 24 ; la soufflante arrière 30 comprime le débit d'air reçu ; le conduit de soufflante arrière 50 loge la soufflante arrière 30 et est conçu pour tourner. La soufflante frontale ou avant 10 est entraînée par une turbine basse pression 23b située derrière une turbine haute pression 30 23a. Le compresseur 21 est entraîné par la turbine haute pression 23a. La soufflante avant 30 est à l'extrémité de la périphérie extérieure d'une turbine 23c et elle est entraînée en synchronisation totale avec la rotation de la turbine 23c. La conduite de soufflante avant 40 décrite ci-après de 35 manière plus détaillée en référence aux figures 2 à 4, a une entrée de 2906313 7 forme circulaire alors que la sortie de celle-ci a une forme rectangulaire allongée, horizontale, avec un rapport d'allongement important. De même, la paroi intérieure du conduit entre l'entrée et la sortie a une forme aérodynamique lisse. La soufflante avant 10 et la soufflante ar- 5 rière 30 sont entraînées en parallèle de façon que la sortie du conduit de soufflante avant 40 ne chevauche pas l'entrée du conduit de la soufflante arrière 30 au moment du décollage. Le rapport de dilution est ainsi augmenté au moment du décollage et une quantité importante d'air de dilution passe à la périphérie du flux de sortie du générateur de 10 gaz 20. Par ailleurs, au cours du vol de croisière supersonique, la sortie du conduit de soufflante avant 15 et l'entrée du conduit de soufflante arrière 50 sont couplées, l'air comprimé par la soufflante avant 10 arrivant dans la soufflante arrière 30 pour être de nouveau comprimé puis rejeté vers l'arrière. Non seulement cela réduit de manière appropriée le 15 bruit du jet mais crée également une poussée par le réacteur dont la surface frontale est étroite puisque le rapport de dilution diminue en vol de croisière supersonique se traduisant par la réduction de la traînée supplémentaire occasionnée par l'installation du moteur en vol de croisière supersonique. 20 Le conduit de soufflante arrière 50 décrit en détail ci-après en référence aux figures 2 à 4 a une entrée de forme rectangulaire verticale allongée à faible rapport d'allongement au décollage ; mais cette forme change et prend une forme rectangulaire horizontale allongée en tournant de 90 de sorte que l'entrée est couplée à la sortie du 25 conduit de soufflante avant 40 au cours du vol de croisière supersonique. On remarque que la partie de sortie du conduit de soufflante arrière 50 a une forme circulaire. Ce réacteur à double flux 100 est intégré dans une aile comme le montre la figure 4. La figure 4A montre une configuration de 30 la soufflante de conduit avant 40 et du conduit de soufflante arrière 50 au moment du décollage ; la figure 4B montre la configuration des mêmes éléments pendant le vol de croisière supersonique. Il est à remarquer que ce réacteur à double flux peut être intégré dans un pylône, dans le fuselage ou autre partie constitutive de l'avion ; il peut égale- 2906313 8 ment être simplement fixé à une partie supérieure ou une partie inférieure de l'avion Comme représenté à la figure 3, l'entrée du conduit de soufflante avant 40 a une forme circulaire alors que la sortie de ce 5 même conduit a une forme rectangulaire ; l'entrée du conduit de soufflante arrière 50 a une forme rectangulaire et sa sortie a une forme circulaire. Au décollage, le conduit de soufflante avant 40 et le conduit de soufflante arrière 50 ont une configuration a taux de dilution élevé et ces conduits de soufflante reçoivent séparément de l'air comme le montre la figure 3A. En vol de croisière supersonique, le conduit de soufflante avant 40 et le conduit de soufflante arrière 50 ont une configuration de taux de dilution faible. Dans cette configuration, la sortie du conduit de soufflante avant 40 est couplée à l'entrée du con-duit de soufflante arrière 50 ; l'air externe est seulement introduit par le 15 conduit de soufflante avant 40 pour être comprimé à la fois par la soufflante avant 10 et la soufflante arrière 30 comme le montre la figure 3B. La comparaison des figures 3A et 3B montre que la surface frontale du moteur est plus faible en vol de croisière supersonique qu'au moment du décollage. 20 La figure 4 montre l'état dans lequel le moteur est incorporé dans l'aile. La surface de la face frontale de l'ensemble de l'avion est ainsi faible lorsque l'entrée d'air du conduit de soufflante avant 40 se chevauche avec l'aile. La forme de la section d'entrée du conduit de soufflante 25 arrière 50 est conçue pour que ce conduit reçoive l'air sortant du con-duit de soufflante avant d'une manière aussi calme que possible. La sortie du conduit de soufflante avant 40 et l'entrée du conduit de soufflante arrière 50 n'ont pas à se rejoindre complètement. Par exemple, si le débit d'air demandé par la soufflante arrière 30 est plus grand que le 30 débit d'air sortant du conduit de soufflante avant 40, l'entrée du con-duit de soufflante arrière 50 sera fixée à un niveau plus faible que la sortie du conduit de soufflante avant 40. En revanche, si le débit d'air demandé par la soufflante arrière 30 est plus faible que le débit d'air sortant du conduit de soufflante avant 40, alors l'entrée du conduit de 35 soufflante arrière 50 sera plus grande que la sortie du conduit de souf- 2906313 9 flante avant 40 pour introduire de l'air externe supplémentaire pour alimenter la soufflante arrière. Le conduit de soufflante avant 40 est configuré pour avoir une forme de conduit aérodynamiquement lisse en aval des lames de la 5 soufflante, lorsque la forme de la section change doucement pour passer d'une section circulaire à une section rectangulaire et elle est également configurée pour avoir une forme telle que la perte totale de charge due à la séparation des flux ou à un flux secondaire autour du coin soit réduite au minimum. Si l'on souhaite réduire la longueur du 10 conduit, on peut régler la couche limite par la paroi du conduit interne en positionnant des générateurs de vortex aspirant l'air de la surface de la paroi et l'éjectant. En outre, si un écoulement turbulent secondaire intense se produit à cause d'une variation rapide de la forme de la section de la conduite, la mise en place d'ailettes de guidage supplémentai- 15 res permet de supprimer la turbulence. En outre, le conduit de soufflante arrière 50 est configuré pour avoir une forme de conduit aérodynamiquement lisse en amont de la section du rotor de la soufflante pour que cette forme de section varie en douceur pour passer d'une section rectangulaire à une section cir- 20 culaire ; elle est également configurée pour avoir une forme évitant une perte totale de pression liée à la séparation ou à un flux secondaire au-tour d'un coin. Pour réduire la longueur de la conduite on peut contrôler la couche limite sur la paroi interne du conduit en plaçant des générateurs de vortex qui aspirent l'air à la surface de la paroi et 25 l'éjectent. En outre, si un écoulement turbulent intense se produit à cause d'une variation rapide de la forme de la section de la conduite, on peut prévoir des ailettes de guidage supplémentaires pour régler le flux en amont de la section du rotor de la soufflante. Le conduit de soufflante arrière 50 est configuré pour 30 tourner pendant le vol. Au décollage, comme représenté à la figure 3A, la forme de l'entrée du conduit de soufflante arrière est une forme rectangulaire allongée verticalement en vue de face et l'air qui sort du con-duit de soufflante avant 40 est évacué sur le côté alors que le conduit de soufflante arrière 50 est réglé pour prendre de l'air extérieur et 35 l'éjecter vers l'arrière. 2906313 10 Au cours du vol supersonique, comme représenté à la figure 3B, la forme de l'entrée du conduit de soufflante arrière 50 correspond à une forme rectangulaire allongée horizontale en vue de face ; l'air sortant du conduit de soufflante avant 40 passe dans l'entrée du 5 conduit de soufflante arrière 50. De manière précise, la surface de la face frontale du réacteur est réglée pour être réduite pour le vol de croisière supersonique. Au cas où le réacteur à double flux 100 est installé dans un avion qui effectue des vols de croisière à des vitesses supersoniques, 10 on obtient les effets suivants : Au décollage, la soufflante avant frontale 10 et la soufflante arrière 30 prélèvent séparément l'air extérieur et fonctionnent ainsi ; le débit d'air de dilution augmente et c'est pourquoi le rapport de dilution augmente par comparaison au cas de l'air externe qui entre 15 uniquement par la soufflante frontale 10. Cela réduit la vitesse de sortie du jet et ainsi on supprime le bruit du jet. Par ailleurs, pendant le vol en croisière supersonique, l'entrée d'air du conduit de soufflante arrière 50 et la sortie d'air du conduit de soufflante avant 40 sont couplées, si bien que l'air comprimé par la soufflante avant 10 entre dans la souffiante arrière 30 pour être de nouveau comparé en passant dans la soufflante arrière 30 et être éjecté par la tuyère. Le taux de dilution est ainsi faible par comparaison à celui du décollage, ce qui permet d'avoir la poussée requise par le réacteur avec une faible surface frontale, ce qui se traduit par la réduction de la traînée supplémentaire liée à 25 l'installation du réacteur pour le vol supersonique. Le réacteur à double flux selon l'invention peut être utilisé de façon appropriée comme réacteur à double flux d'avion et notamment de réacteur à double flux de propulsion d'avion volant à des vitesses supersoniques en vol de croisière. 30 35 REVENDICATIONS 1 ) Réacteur à double flux comprenant : - un générateur de gaz (20) qui génère une force de propulsion par l'éjection des gaz vers l'arrière et -une soufflante qui génère une force de propulsion en poussant l'air vers l'arrière et en éliminant le bruit du jet de sortie du générateur de gaz (20), caractérisé en ce que la soufflante se compose d'une soufflante avant (10), au voisinage ou en amont d'un compresseur (21) du générateur de gaz (20), un conduit de soufflante avant (40) logeant la soufflante avant (10), une soufflante arrière (30), au voisinage ou en aval d'une turbine et un conduit de soufflante arrière (50) logeant la soufflante arrière (30), au moins le conduit de soufflante (40) ou le conduit de soufflante ar- rière (50) peut tourner et la surface de chevauchement entre la sortie du conduit de soufflante avant (40) et l'entrée du conduit de soufflante arrière (50) change en fonction de la rotation du conduit de soufflante ava t (40) ou du conduit de soufflante arrière (50), de façon à modifier le taux de dilution du réacteur. 2 ) Réacteur à double flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de soufflante avant (40) et le conduit de soufflante arrière (50) ont chacun une entrée d'air et une sortie d'air distinctes lorsque la dimension de la surface de chevauchement est réduite au minimum. 3 ) Réacteur à double flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de soufflante avant (40) et le conduit de soufflante arrière (50) sont configurés de façon que l'entrée du conduit de soufflante arrière (50) et la sortie du conduit de soufflante avant (40) soient couplées l'une à l'autre si la dimension de la surface de chevauchement est maximale, l'air comprimé par la soufflante avant (10) entrant dans la soufflante 2906313 12 arrière (30) pour être comprimé encore plus par la soufflante arrière (30) puis être éjecté vers l'arrière. 4 ) Réacteur à double flux selon la revendication 1, 5 caractérisé en ce qu' il est configuré de façon à commuter en cours de vol de l'avion entre une première configuration dans laquelle la soufflante avant (10) et la soufflante arrière (30) prennent séparément l'air extérieur et fonctionnent en parallèle et une seconde configuration dans laquelle la soufflante avant (10) et la soufflante arrière (30) fonctionnent en série, de sorte que l'air comprimé par la soufflante avant (10) entre dans la soufflante arrière (30) pour être encore plus comprimé par la soufflante arrière (30) puis être éjecté vers l'arrière. 15 5 ) Réacteur à double flux selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' une partie ou la totalité du réacteur à double flux est intégrée à l'intérieur de l'avion et la surface en saillie correspondant à la seconde configuration est inférieure à celle de la première configuration, lorsque 20 l'avion est vu de face. 6 ) Réacteur à double flux selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sortie du conduit de soufflante avant (40) et l'entrée du conduit de la 25 soufflante arrière (50) ont la même forme ou une forme différente avec des phases différentes l'une de l'autre et la première et la seconde configuration peuvent être commutées en changeant la phase de l'un ou des deux conduits, le conduit de soufflante avant (40) et le conduit de soufflante arrière (50). 30