Brevet FR2972769A1 — publié le 20120921

TURBOMACHINE A TRIPLE FLUX DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une turbomachine à triple flux qui présente un fort taux de dilution, ce taux de dilution étant défini par le rapport des débits massiques d'air des flux secondaires et tertiaire sur le débit massique du flux primaire. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Les turbomachines double flux comportent généralement une veine centrale dite « veine primaire » dans laquelle se trouve un compresseur basse pression, suivi d'un compresseur haute pression, d'une chambre de combustion, d'une turbine haute pression et d'une turbine basse pression. Chaque compresseur comporte généralement un rotor et un stator, de même que chaque turbine comporte généralement un rotor et un stator. Le rotor du compresseur basse pression est relié au rotor de la turbine basse pression par un arbre basse pression, de sorte que ces deux éléments sont solidaires en rotation. Le rotor du compresseur haute pression est relié au rotor de la turbine haute pression par un arbre haute pression de sorte que ces deux éléments sont solidaires en rotation. La veine primaire est parcourue par un flux primaire. La veine primaire est entourée par une veine secondaire qui est parcourue par un flux secondaire et une première soufflante est placée en entrée de la veine primaire et de la veine secondaire. Cette première soufflante est généralement solidaire de l'arbre basse pression de sorte qu'elle est entraînée en rotation par l'arbre basse pression, ce qui lui permet d'injecter le flux secondaire dans la veine secondaire. La présence du flux secondaire est particulièrement avantageuse car elle permet d'améliorer le rendement propulsif du moteur. En effet, plus le débit de flux secondaire est important par rapport au débit du flux primaire, plus le rendement propulsif du moteur est élevé. On cherche donc à améliorer le taux de dilution des turbomachines, c'est-à-dire le rapport du débit d'air en dehors de la veine primaire sur le débit d'air dans la veine 2 primaire, tout en ayant un nombre d'étages réduits, afin de réduire la masse de la turbomachine. Pour ce faire, l'art antérieur a proposé des turbomachines triple flux. Une telle turbomachine est par exemple décrite dans le document EP1988274. Une telle turbomachine comporte, outre les éléments déjà décrits, une veine tertiaire qui entoure la veine secondaire et qui est parcourue par un flux tertiaire. Afin d'augmenter encore le taux de dilution d'une telle turbomachine simple flux, le document FR n°1058810 propose d'ajouter une seconde soufflante solidaire d'une roue de turbine qui est libre en rotation montée entre la première soufflante et le compresseur basse pression. Cette deuxième soufflante permet d'augmenter le débit du flux tertiaire et donc le rendement propulsif du moteur. Le document US2010/0316488 décrit une turbomachine simple flux comprenant : - Une turbine qui travaille à une première température ; - Une source de flux, le flux étant à une deuxième température qui est supérieure à la première température ; - Un mélangeur apte à mélanger au moins une portion du flux issu de la source de flux et une portion du flux issu d'une chambre en amont de la turbine et à introduire ce mélange dans la turbine. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à améliorer le rendement propulsif d'une turbomachine triple flux sans en augmenter ni la taille, ni le nombre d'étage, ni la masse. Un autre objet de l'invention est de proposer une turbomachine qui présente une complexité technique limitée. Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention, une turbomachine comportant : Une veine primaire, dans laquelle circule un flux primaire ; Une veine secondaire dans laquelle circule un flux secondaire ; - Une veine tertiaire dans laquelle circule un flux tertiaire ; - Une chambre de combustion disposée dans la veine primaire ; la turbomachine comportant : - Une roue de turbine en rotation et solidaire dans son prolongement radial avec une deuxième soufflante localisée dans la veine tertiaire, - Un mélangeur disposé en aval de la chambre de combustion et en amont de la roue de turbine, le mélangeur étant apte à mélanger le flux primaire et le flux secondaire et à envoyer ce mélange à la roue de turbine. Dans ce document, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au sens d'écoulement des fluides dans la turbomachine, et en particulier au sens d'écoulement d'un flux primaire dans la veine primaire. En fonctionnement, la veine primaire est parcourue par un flux primaire et la veine secondaire est parcourue par un flux secondaire. La turbomachine ainsi obtenue présente un rendement amélioré car le fait de placer la roue de turbine en aval de la chambre de combustion permet à la roue de turbine de récupérer la puissance du flux primaire chaud après qu'il soit passé dans les compresseurs et dans la chambre de combustion et donc après qu'il ait subit un apport d'énergie. La roue de turbine ainsi placée bénéficie donc de la puissance du flux primaire après qu'il a subit un apport d'enthalpie lors de son passage à travers les compresseurs et la chambre de combustion de sorte qu'elle présente un rendement amélioré. Un gaz chaud donne un meilleur rendement. Ainsi, la roue de turbine bénéficie de l'énergie du flux primaire et de celle du flux secondaire, de sorte qu'elle présente un rendement amélioré. La turbomachine peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles décrites ci-après, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation, la roue de turbine présente un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur de la veine secondaire. Ainsi, la roue de 4 turbine est entraînée en rotation à la fois par le flux primaire issu de la veine primaire et par le flux secondaire issu de la veine secondaire. La puissance des flux primaire et secondaire est alors envoyée vers le flux tertiaire ce qui permet d'augmenter le taux de dilution. Selon un mode de réalisation préférentiel, la turbomachine comporte en outre une turbine haute pression en aval de la chambre de combustion et une turbine basse pression en aval de la turbine haute pression, la roue de turbine étant disposée en aval de la turbine basse pression. Le fait de placer la roue de turbine en aval de la turbine basse pression permet d'avoir un rendement optimal pour la roue de turbine. En effet, si la roue de turbine était placée en amont des turbines basse pression et/ou haute pression, elle serait trop proche de la chambre de combustion, de sorte que le flux primaire serait encore trop chaud. Avantageusement, le mélangeur est disposé entre la turbine basse pression et la roue de turbine. En effet, le mélangeur est de préférence placé en amont de la roue de turbine pour l'alimenter en un mélange des flux primaire et secondaire. Le fait d'avoir un mélangeur en amont de la roue de turbine permet d'avoir une roue de turbine plus grande et donc un meilleur taux de dilution. Selon un mode de réalisation préférentiel, la turbomachine comporte en outre une première soufflante apte à alimenter la veine secondaire en flux secondaire. La première soufflante permet d'augmenter le débit du flux secondaire dans la veine secondaire de façon à augmenter le taux de dilution dans la turbomachine. Avantageusement, la première soufflante est entraînée en rotation par le rotor de la turbine basse pression. Pour cela : - le rotor de la turbine basse pression peut entraîner en rotation la première soufflante par l'intermédiaire d'un arbre dit basse pression, le rotor de la turbine basse pression et la première soufflante étant tous les deux solidaires de l'arbre basse pression ; ou - la première soufflante peut être solidarisée directement sur le rotor de la turbine basse pression. Dans ce cas, la première soufflante est de préférence fixée en périphérie du rotor de la turbine basse pression. Selon différents modes de réalisation : - la première soufflante peut être disposée dans la veine secondaire, ce qui permet d'avoir une veine secondaire moins longue et donc un gain de poids. Dans ce cas, la première soufflante met en mouvement seulement le flux secondaire. Dans ce cas, la première soufflante est de préférence solidarisée directement au rotor de la turbine basse pression, ce qui permet de simplifier la conception de la turbomachine ; ou - la première soufflante peut être disposée en amont des veines primaire et secondaire, la première soufflante étant disposée de façon à alimenter la veine primaire en flux primaire et la veine secondaire en flux secondaire. Dans ce cas, la première soufflante contribue également à la compression du flux primaire dans la veine primaire, ce qui permet d'augmenter l'enthalpie du flux primaire préalablement à son passage dans la chambre de combustion. Dans ce cas, la première soufflante est de préférence reliée au rotor de la turbine basse pression par l'intermédiaire d'un arbre basse pression. Un deuxième aspect de l'invention concerne un avion comportant une turbomachine selon le premier aspect de l'invention. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - La figure 1, une représentation schématique d'une demi turbomachine en coupe selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2, une représentation schématique d'une demi turbomachine en coupe selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. 6 DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION La figure 1 représente schématiquement une demi-turbomachine selon un mode de réalisation. La turbomachine présentant une symétrie de révolution autour d'un axe de référence 1, seule la moitié de la turbomachine a été représentée. La turbomachine comporte une veine primaire 2 dans laquelle s'écoule un flux primaire 3 lorsque la turbomachine est en fonctionnement. La veine primaire 2 présente de préférence une symétrie de révolution autour de l'axe de référence 1. La turbomachine comporte, à l'intérieur de la veine primaire 2: - Un compresseur basse pression 4, qui comporte un rotor 4a et un stator 4b ; - Un compresseur haute pression 5, en aval du compresseur basse pression 4, qui comporte un rotor 5a et un stator 5b ; - Une chambre de combustion 6 en aval du compresseur haute pression ; - Une turbine haute pression 7 en aval de la chambre de combustion, la turbine haute pression 7 comportant un rotor 7a et un stator 7b ; - Une turbine basse pression 8 en aval de la turbine haute pression 7, la turbine basse pression comportant un rotor 8a et un stator 8b. Le rotor 4a du compresseur basse pression 4 est relié au rotor 8a de la turbine basse pression 8 par l'intermédiaire d'un arbre 9 dit « basse pression » de sorte que le rotor 4a du compresseur basse pression 4 est entraîné en rotation par le rotor 8a de la turbine basse pression 8. Le rotor 5a du compresseur haute pression 5 est relié au rotor 7a de la turbine haute pression 7 par l'intermédiaire d'un arbre 10 dit haute pression de sorte que le rotor 5a du compresseur haute pression 5 est entraîné en rotation par le rotor 7a de la turbine haute pression. La turbomachine comporte également une veine secondaire 12 qui entoure la veine primaire 2. La veine primaire 2 et la veine secondaire 12 sont séparées l'une de l'autre par un carter primaire 11. En fonctionnement, la veine secondaire 12 est parcourue par un flux secondaire 13. La veine secondaire 12 comporte des bras redresseurs 14 aptes à redresser le flux secondaire 13. 7 Dans ce mode de réalisation, la turbomachine comporte une première soufflante 15 placée en amont des veines primaire et secondaire. La première soufflante 15 présente un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur de la veine secondaire 12. La première soufflante 15 est agencée de façon à faire circuler un flux primaire dans la veine primaire et un flux secondaire dans la veine secondaire. La première soufflante 15 est, dans ce mode de réalisation, solidaire de l'arbre basse pression 9, de sorte qu'elle est entraînée en rotation par le rotor 8a de la turbine basse pression 8 par l'intermédiaire de l'arbre basse pression 9. La turbomachine comporte également une veine tertiaire 16 qui entoure au moins une partie de la veine secondaire 12. La veine tertiaire 16 est séparée de la veine secondaire 12 par un carter secondaire 17. En fonctionnement, la veine tertiaire est parcourue par un flux tertiaire 18. La veine tertiaire est délimitée par un carter extérieur 19. La veine tertiaire comporte de préférence des bras redresseurs 20 aptes à redresser le flux tertiaire 18. La turbomachine comporte un mélangeur 21 disposé en sortie des veines primaires et secondaires et agencé de façon à mélanger les flux primaire 3 et secondaire 13 issus respectivement des veines primaire 2 et secondaire 12. Le mélangeur 21 présente par exemple une géométrie telle que décrite dans le document EP1797310. La turbomachine comporte également une roue de turbine 22 disposée en aval du mélangeur 21. La roue de turbine 22 est disposée en aval de la chambre de combustion 6. La roue de turbine 22 est disposée en aval de la turbine basse pression 8. Le mélangeur 21 est donc situé entre la turbine basse pression 8 et la roue de turbine 22. La roue de turbine 22 présente un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur de la veine secondaire 12. La roue de turbine 22 est entraînée en rotation par le mélange du flux primaire et du flux secondaire qui est issu du mélangeur 21. La roue de turbine 22 est libre en rotation. Elle est notamment découplée de l'arbre basse pression et de l'arbre haute pression. 2972769 s La roue de turbine 22 est solidaire d'une deuxième soufflante 23 qui est disposée dans la veine tertiaire 16. La deuxième soufflante 23 est donc entraînée en rotation par la roue de turbine 22 de sorte qu'elle fait circuler le flux tertiaire dans la veine tertiaire 16. La deuxième soufflante 23 est de préférence fixée sur la périphérie de la 5 roue de turbine 22. Le fait de placer la roue de turbine 22 en aval de la turbine basse pression permet d'augmenter le rendement de la roue de turbine 22 et donc le rendement global de la turbomachine. La figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel la 10 première soufflante 15 n'est plus disposée en entrée des veines primaire 2 et secondaire 12, mais elle est disposée dans la veine secondaire 12. Plus précisément, dans ce mode de réalisation, la première soufflante 15 est de préférence disposée en aval de la chambre de combustion 6, c'est-à-dire sensiblement au même niveau que la turbine basse pression 8, de sorte que la 15 première soufflante 15 est directement solidarisée au rotor 8a de la turbine basse pression 8. La première soufflante 15 est de préférence fixée sur la périphérie du rotor 8a de la turbine basse pression. Dans ce mode de réalisation, la première soufflante 15 ne participe plus à la compression du flux primaire 3 dans la veine primaire 2, mais seulement à l'injection 20 du flux secondaire 13 dans la veine secondaire 12. Toutefois, ce mode de réalisation est avantageux car il permet d'avoir un carter secondaire 17 plus court : en effet, le carter secondaire ne s'étend plus sur toute la longueur de la veine primaire, mais seulement autour de la partie de la veine secondaire dans laquelle se trouve la première soufflante. Le fait de raccourcir la longueur du carter secondaire permet 25 d'avoir une turbomachine plus légère. En outre, dans ce mode de réalisation, la deuxième soufflante 23 est directement reliée au rotor 8a de la turbine basse pression 8. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Au lieu d'avoir seulement un étage haute pression et un étage 9 basse pression dans la veine primaire, on pourrait notamment avoir plus d'étages dans la veine primaire. REVENDICATIONS1. Turbomachine à triple flux comprenant : - Une veine primaire (2), dans laquelle circule un flux primaire (3) ; Une veine secondaire (12) dans laquelle circule un flux secondaire (13) ; - Une veine tertiaire (16) dans laquelle circule un flux tertiaire (18) ; - Une chambre de combustion (6) disposée dans la veine primaire (2) ; caractérisée en ce que la turbomachine comporte aussi : Une roue de turbine (22) en rotation et solidaire dans son prolongement radial avec une deuxième soufflante (23) localisée dans la veine tertiaire (16), Un mélangeur (21) disposé en aval de la chambre de combustion (6) et en amont de la roue de turbine (22), le mélangeur étant apte à mélanger le flux primaire (3) et le flux secondaire (13) et à envoyer ce mélange à la roue de turbine (22). 2. Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la roue de turbine (22) présente un diamètre extérieur sensiblement égal diamètre extérieur de la veine secondaire (12). 3. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une turbine haute pression (7) en aval de la chambre de combustion (6) et une turbine basse pression (8) en aval de la turbine haute pression (7), la roue de turbine (22) étant disposée en aval de la turbine basse pression (8). 4. Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le mélangeur (21) est disposé entre la turbine basse pression (8) et la roue de turbine (22). 5. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une première soufflante (15) apte à alimenter la veine secondaire (12) en flux secondaire (13).Il 6. Turbomachine selon la revendication 5 et l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la première soufflante (15) est entraînée en rotation par la turbine basse pression (8). 7. Turbomachine selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la première soufflante (15) est disposée dans la veine secondaire (12). 8. Turbomachine selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la première soufflante (15) est disposée en amont des veines primaire (2) et secondaire (12), la première soufflante (15) étant disposée de façon à alimenter la veine primaire (2) en flux primaire (3) et la veine secondaire (12) en flux secondaire (13). 9. Avion comportant une turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes.