Brevet FR2970745A1 — publié le 20120727

MELANGEUR POUR TUYERE A DOUBLE FLUX DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le sujet de l'invention est un mélangeur pour tuyère à double flux. De nombreux turboréacteurs modernes comprennent des flux de gaz parallèles et concentriques qui doivent être mélangés avant de quitter la tuyère de sortie. Deux conceptions principales existent aujourd'hui pour la construction de l'extrémité aval de des parois de séparation des flux, disposée devant le lieu de leur mélange. Dans la première d'entre elles, aucun dispositif complexe n'est utilisé et les parois de séparation s'effilent simplement vers l'aval pour donner un bec de confluence : les flux entrent alors en contact par des écoulements à peu près tangents et se mélangent lentement et mal, ce qui est désavantageux. Avec la seconde, exposée par exemple dans le document EP-A-1 797 310, on cherche au contraire à favoriser le mélange des flux en employant un mélangeur à lobes à l'extrémité des parois de séparation. Ce mélangeur a une forme circulaire vers l'amont de la tuyère, mais une forme sinueuse, aux lobes de plus en plus importants, vers l'aval. Une partie du flux intérieur emprunte donc les lobes s'épanouissant vers l'extérieur, et réciproquement une partie du flux extérieur emprunte les lobes qui s'épanouissent vers l'intérieur, avec donc des composantes d'écoulement radiales et opposées. Les écoulements étant enchevêtrés à la sortie du mélangeur à lobes, le mélange des flux 2 est meilleur que dans la conception précédente ; on observe aussi que le turboréacteur est plus silencieux. Les mélangeurs à lobes ont toutefois l'inconvénient d'être beaucoup plus encombrants et pesants que les becs de confluence, et ils sont impossibles à fabriquer par des procédés simples ; ils sont donc fabriqués par morceaux s'étendant sur des secteurs de cercle et comprenant chacun quelques-uns des lobes, et que l'on assemble les uns aux autres en devant lisser le profil d'ensemble, ce qui est long et désavantageux. L'objet de l'invention est de proposer un mélangeur pour tuyère à double flux qui favorise le mélange à un degré important, tout comme le mélangeur à lobes, mais qui soit de structure et de fabrication beaucoup plus simples. Pour résumer, un aspect de l'invention est un mélangeur pour tuyère à double flux, disposé sur la tuyère à un lieu de jonction des flux et comprenant une virole circulaire séparant les flux, caractérisé en ce qu'il comprend des écopes séparées érigées sur la virole, les écopes étant formées d'évidements à travers la virole et de capotages couvrant les évidements, les capotages se raccordant à des bords des évidements en convergeant vers la virole dans un sens aval de la tuyère, et formant avec la virole une ouverture dans un sens amont de la tuyère. La pièce de base du mélangeur est donc une virole simple, de forme souvent conique, sur laquelle sont érigés des reliefs séparés, au lieu de la virole complexe, elle-même en relief, des mélangeurs à lobes. La fabrication du mélangeur de l'invention est d'autant 3 plus facile que les capotages peuvent faire partie intégrante de la virole et provenir d'elle par une opération d'emboutissage ou de poinçonnage. Un avantage important de l'invention est que les écopes peuvent être profilées pour donner un mélange meilleur que les lobes : alors que les capotages, barrant l'écoulement, le canalisent en l'infléchissent véritablement, les lobes correspondent à des agrandissements de la section de l'écoulement et se dérobant à lui, et suscitent son infléchissement sans l'imposer. La conséquence est que les capotages des écopes peuvent avoir des pentes plus importantes que les lobes par rapport à la virole et à la direction primitive des écoulements, à savoir jusqu'à 40° environ, alors que des décollements de l'écoulement apparaîtraient avec des lobes plus inclinés que 20° environ ; les écoulements déviés par les écopes ayant une composante radiale plus importante, ils se mêlent mieux à l'autre écoulement après avoir traversé le mélangeur. Un autre avantage encore de l'invention est que le mélangeur peut être plus court qu'un mélangeur à lobes. L'invention concerne encore un turboréacteur pourvu de ce mélangeur, et un aéronef pourvu de ce turboréacteur. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures : - la figure 1 est une vue générale d'une tuyère ; 4 - la figure 2 représente le mélangeur en perspective ; la figure 3, le mélangeur en vue de face ; - et la figure 4, une coupe d'une écope. La figure 1 représente une tuyère conforme à l'invention, avec un corps (1) de séparation d'un flux extérieur (2) et d'un flux intérieur (3) de gaz, les flux (2 et 3) étant parallèles, concentriques et respectivement délimités par un carénage extérieur (4) et un carénage intérieur (5) entre lesquels s'étend le corps de séparation (1). Le carénage extérieur (4) et le carénage intérieur (5) se prolongent au-delà du corps de séparation (1) pour former une chambre (6) de mélange des flux. Le mélangeur (7) de l'invention est situé au bout du corps de séparation (1). La figure 2 montre qu'il comprend une virole (8) de section avantageusement plate et de forme conique, éventuellement cylindrique. La virole (8) est toutefois pourvue d'écopes (9) sur son pourtour, les écopes (9) étant séparées les unes des autres et à une répartition régulière. Elles comprennent (figures 2 et 3) un évidement (10) creusé à travers la virole (8) et un capotage (11 ou 12) établi sur chaque évidement (10). Les capotages (11 et 12) sont semblables entre eux sauf que les uns (11) font saillie à l'extérieur du mélangeur (7), dans le flux extérieur (2), et les autres (12) à l'intérieur dans le flux intérieur (3) ; les capotages (11 et 12) des deux sortes alternent autour du mélangeur (7). Les évidements (10) s'amenuisent vers l'aval de la tuyère en s'étrécissant. Les capotages (11 et 12) se raccordent aux bords des évidements (10) et sont inclinés en convergeant vers la virole (8) dans le 5 sens aval de la tuyère. Le bord arrière des capotages (11 et 12) constitue une exception, puisqu'il ne se raccorde pas au bord amont de l'évidement (10) mais forme une ouverture (13) donnant sur le flux intérieur (3) ou extérieur (2). L'ouverture (13) peut être de section semi-elliptique. L'angle A (figure 4) que fait le capotage (11 ou 12) avec la surface de la virole (8) peut prendre favorablement, dans une coupe centrale du capotage (11 ou 12) orientée dans l'axe de la tuyère, une valeur de 18° à 61° environ au raccordement de la virole (8), et de façon optimale, une valeur de 37° à 42° envion. Ces valeurs importantes, supérieures à 20° environ, sont préférées puisqu'elles imposent une composante radiale plus importante aux courants de gaz qui passe par les écopes (9) et favorisent donc le mélange des flux. Il est à noter que des inclinaisons de 20° constituent approximativement la limite d'inclinaison des lobes des mélangeurs connus, puisqu'au-delà de cette valeur des décollements d'écoulement pourraient se produire. Les écopes (9) obligent une portion assez importante des flux intérieur (3) et extérieur (2) à traverser le mélangeur (7) pour être projetée dans l'autre flux avec une composante radiale importante qui favorise un mélange énergique par tourbillonnement. D'excellents résultats ont été obtenus quant à la qualité du mélange et à la discrétion acoustique. Le 6 mélangeur (7) illustré ici a été formé par emboutissage ou poinçonnage d'une virole de forme régulière, sans relief à l'origine, les capotages (11, 12) correspondant à la matière située auparavant aux évidements (10). Il serait envisageable de prévoir des écopes seulement d'un côté de la virole (8).10 REVENDICATIONS1. Mélangeur (7) pour tuyère à double flux, disposé sur la tuyère à un lieu de jonction des flux (2, 3) et comprenant une virole (8) circulaire séparant les flux, caractérisé en ce qu'il comprend des écopes (9) séparées érigées sur la virole, les écopes étant formées d'évidements (10) à travers la virole et de capotages (11, 12) couvrant les évidements, les capotages se raccordant à des bords des évidements en convergeant vers la virole dans un sens aval de la tuyère, et formant avec la virole une ouverture dans un sens amont de la tuyère. 2. Mélangeur pour tuyère à double flux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les capotages donnent alternativement sur les deux flux (2, 3) autour de la virole. 3. Mélangeur pour tuyère à double flux suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la virole est conique. 4. Mélangeur pour tuyère à double flux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les évidements (10) s'amenuisent dans le sens aval de la tuyère. 5. Mélangeur pour tuyère à double flux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capotage fait un angle compris entre 18° et 61° avec la virole dans une coupe centrale 8 de l'écope en direction axiale de la tuyère, à une région aval de raccordement à la virole. 6. Mélangeur pour tuyère à double flux suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle est de 37° à 42°. 7. Mélangeur pour tuyère à double flux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par emboutissage ou poinçonnage de la virole, qui est continue est régulière originellement. 8. Turboréacteur, caractérisé en ce qu'il comprend le mélangeur (7) suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un turboréacteur suivant la revendication précédente.