Brevet FR3005107A1 — publié le 20141031

Turbomachine à double flux La présente invention concerne une turbomachine à double flux, telle par exemple qu'un turboréacteur d'avion. La demande de brevet EP 1 801 389 divulgue une turbomachine de ce type comportant une soufflante en aval de laquelle sont formées une veine d'écoulement d'un flux primaire et une veine d'écoulement d'un flux secondaire, lesdites veines étant coaxiales et séparées l'une de l'autre par des moyens de séparation dont l'extrémité amont comporte un bec de séparation annulaire profilé. La paroi externe du bec de séparation est prolongée à l'aval par une virole constituée de secteurs ou panneaux contigus, agencés circonférentiellement bout-à-bout. Chaque secteur comporte deux bords latéraux s'étendant suivant l'axe de la virole ou de la turbomachine. Les parois externes du bec de séparation et des panneaux délimitent intérieurement une partie de la veine d'écoulement du flux primaire, également appelée veine primaire. En fonctionnement, la soufflante est entraînée en rotation, soit dans le sens horaire, soit dans le sens anti-horaire, vu depuis l'amont. Le flux d'air généré par la soufflante et s'écoulant dans la veine primaire a une trajectoire en forme d'hélice orientée, de l'amont vers l'aval, dans le sens horaire ou dans le sens anti-horaire, en fonction du sens de rotation de la soufflante. Les zones de jonction ou d'interface entre les bords latéraux des secteurs forment des discontinuités de surface orientées axialement, qui perturbent l'écoulement du flux dont la trajectoire est en forme d'hélice. Ceci peut avoir un effet néfaste sur le rendement de la turbomachine et/ou sur le bruit généré lors du fonctionnement de la turbomachine. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 30 efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une turbomachine à double flux comportant une soufflante en aval de laquelle sont formées une veine d'écoulement d'un flux primaire et une veine d'écoulement d'un flux secondaire, lesdites veines étant coaxiales et séparées l'une de l'autre par des moyens de séparation dont l'extrémité amont comporte un bec de séparation annulaire profilé, dont la surface radialement externe est prolongée à l'aval par une virole annulaire comprenant des secteurs contigus, caractérisée en ce que les bords latéraux des secteurs de virole s'étendent le long de lignes hélicoïdales. De cette manière, il est possible d'orienter les discontinuités formées par les zones de jonction entre les secteurs de virole contigus en conformité avec la trajectoire du flux d'air issu de la soufflante. Cette trajectoire peut varier en fonction du régime de fonctionnement du moteur. D'une manière générale, on distingue trois régimes de fonctionnement, à savoir le régime au décollage, le régime à l'atterrissage et le régime de croisière. L'invention permet d'adapter la forme des bords latéraux hélicoïdaux des secteurs de virole au régime que l'on souhaite favoriser. De préférence, on cherchera à favoriser le régime de croisière. Ainsi, quand la soufflante est conçue pour tourner dans le sens horaire, respectivement anti-horaire, vu depuis l'amont, les lignes hélicoïdales sont orientées dans le sens horaire, respectivement antihoraire, de l'amont vers l'aval. En outre, les lignes hélicoïdales sont inclinées d'un angle compris entre 5° et 25° par rapport à l'axe de la virole. Cet angle peut ou non être constant le long des bords latéraux des secteurs de virole, en fonction des applications. Dans tous les cas, cet angle peut être compris dans la plage de valeurs précitée, en tout point de chaque bord latéral précité. Selon une caractéristique de l'invention, chaque secteur de virole comporte successivement, vu depuis l'amont et dans le sens de rotation horaire, respectivement anti-horaire, un premier bord latéral et un second bord latéral, la surface externe de chaque secteur de virole, au niveau du premier bord latéral correspondant, étant située radialement à l'extérieur ou affleurant la surface externe du secteur de virole adjacent, au niveau de son second bord latéral. De cette manière, le flux d'air issu de la soufflante et circulant dans la veine primaire ne peut rencontrer, lors de son écoulement d'amont vers l'aval, que des discontinuités formées par des marches descendantes, c'est-à-dire en renfoncement, et non des marches montantes, c'est-à-dire des saillies. Ces marches sont formées par les bords latéraux correspondants des secteurs de virole. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bec de séparation comporte une paroi externe tronconique, délimitant intérieurement une partie de la veine d'écoulement du flux primaire et dont l'extrémité aval comprend un rebord radial, une paroi interne délimitant extérieurement une partie de la veine d'écoulement du flux secondaire étant fixée sur ledit rebord radial. Dans ce cas, le bec peut comporter un rebord cylindrique s'étendant vers l'aval depuis ledit rebord radial, l'extrémité amont de chaque secteur de virole venant en appui radial sur le rebord cylindrique. En outre, l'extrémité amont de chaque secteur de virole peut être fixée au rebord cylindrique, par exemple par vissage ou boulonnage. Enfin, l'extrémité amont de chaque secteur de virole peut comporter une partie de plus grande épaisseur reposant sur le rebord cylindrique du bec de séparation, ladite partie de plus grande épaisseur étant traversée par une vis de fixation du secteur correspondant sur ledit rebord cylindrique, la tête de la vis étant logée dans un lamage ménagé dans ladite partie de plus grande épaisseur. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique et en coupe axiale d'une turbomachine selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie des moyens de séparation des flux primaire et secondaire de la turbomachine selon l'invention, - la figure 3 est une demi-vue en coupe axiale, d'une partie des moyens de séparation, - la figure 4 est une vue en perspective du bec de séparation, - la figure 5 est une vue en perspective de la virole située en aval dudit bec de séparation, - les figures 6 et 7 sont respectivement des vues de côté et de l'amont, de la virole de la figure 5, - la figure 8 est une vue en coupe d'une partie de la virole, montrant la zone de jonction entre deux bords latéraux opposés de deux secteurs de virole contigus. La figure 1 représente un turboréacteur 1 à double flux selon l'invention comportant une nacelle 2 dans laquelle une soufflante 3 est montée en amont d'un corps de moteur 4 comprenant, d'amont en aval, un compresseur basse pression 5, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9. La soufflante 3 est entraînée en rotation par la turbine basse pression 9, dans le sens de rotation horaire, vu depuis l'amont. Pendant le fonctionnement du turboréacteur 1, la soufflante 3 génère un flux d'air dont une majeure partie forme le flux dit secondaire B, qui s'écoule vers l'aval autour du corps de moteur 4 et qui fournit une majeure partie de la poussée du turboréacteur 1. Une autre partie de l'air, appelée flux primaire A, entre dans le corps de moteur 4, traverse le compresseur basse pression 5, le compresseur haute pression 6, puis est mélangée à du carburant dans la 3005 107 5 chambre de combustion 7. Les gaz de combustion sortant de la chambre de combustion 7 entraînent la turbine haute pression 8 et la turbine basse pression 9, puis sont éjectés à l'aval au niveau d'un cône d'éjection. La veine primaire est délimitée par des parois annulaires radialement 5 interne 11 et externe 12, appelées respectivement I.F.D (Inner Fan Duct) et O.F.D. (Outer Fan Duct). La paroi externe 12 est entourée par la nacelle 2 et est reliée à la paroi interne 11 par des bras structuraux 13. Les flux primaire A et secondaire B sont séparés l'un de l'autre par l'intermédiaire de moyens de séparation 14. 10 Comme cela est mieux visible aux figures 2 à 8, les moyens de séparation 14 comportent, à l'amont, un bec de séparation 15 profilé de manière à séparer les flux A, B précités, dont la surface externe 16 est prolongée à l'aval par une virole sectorisée 17, c'est-à-dire formée de secteurs ou panneaux contigus 18, agencés circonférentiellement bout-à- 15 bout. Les secteurs 18 de virole sont par exemple au nombre de trois. La surface externe 16 du bec de séparation 15 et la surface externe 19 de la virole 17 forment une partie de la paroi 11. Comme cela est connu en soi, le bec 15 comporte une paroi externe tronconique 20, délimitant intérieurement une partie de la veine 20 d'écoulement 10 du flux primaire A et dont l'extrémité aval comprend un rebord radial 21 s'étendant vers l'intérieur. Un rebord cylindrique 22 s'étend en outre vers l'aval depuis le rebord radial 21. Le rebord cylindrique 22 est décalé radialement vers l'intérieur par rapport à l'extrémité aval de la paroi externe tronconique 20 (figure 3). 25 La paroi interne délimitant extérieurement une partie de la veine de circulation du flux secondaire B est formée d'au moins deux éléments 23, 24 comportant chacun un rebord radial 25, 26 s'étendant vers l'extérieur, fixé au rebord radial du bec de séparation, par exemple par l'intermédiaire de boulons 27 représentés schématiquement à la figure 3 par un trait 30 hachuré. 3005 107 6 L'extrémité amont de chaque secteur 18 comporte une partie 28 de plus grande épaisseur que le reste du secteur 18, venant en appui radial sur le rebord cylindrique 22 du bec de séparation 15. En outre, les extrémités amont des différents secteurs 18 sont fixées audit rebord 5 cylindrique 22, par l'intermédiaire de vis ou de boulons 29 représentés schématiquement par un trait en tirets à la figure 3. Plus particulièrement, les têtes des vis sont logées dans des lamages 30 ménagés dans les parties de plus grande épaisseur 28 des secteurs 18. La position radiale du rebord cylindrique 22 est telle que les surfaces 10 externes 19 des secteurs 18 affleurent la surface externe 16 du bec de séparation 15, la partie de plus grande épaisseur 28 étant logée dans le renfoncement formé par le décalage radial entre le rebord cylindrique 22 et l'extrémité aval de la paroi externe 20 du bec de séparation 15. La surface d'extrémité amont 31 de chaque secteur 18 de la virole 15 17 peut venir en appui sur le rebord radial 21 ou être décalée de ce rebord d'un léger jeu de dilatation. Par ailleurs, comme cela est visible aux figures 2 et 5 à 7, chaque secteur 18 comporte successivement, vu depuis l'amont et dans le sens de rotation horaire, un premier bord latéral 31 et un second bord latéral 32. Le 20 premier bord latéral 31 de chaque secteur 18 est donc disposé en vis-à-vis du second bord latéral 32 du secteur 18 contigu. Les bords latéraux 31, 32 s'étendent le long de lignes hélicoïdales orientées dans le sens horaire, de l'amont vers l'aval. Les lignes hélicoïdales sont inclinées d'un angle compris entre 25 50 et 25° par rapport à l'axe de la virole 17. Cet angle peut ou non être constant le long des bords latéraux 31, 32 des secteurs 18 de la virole 17, en fonction des applications. Dans tous les cas, cet angle peut être compris dans la plage de valeurs précitée, en tout point de chaque bord latéral 31, 32. 30 Par ailleurs, la surface externe 19 de chaque secteur 18 de la virole 17, au niveau du premier bord latéral 31 correspondant, est située radialement à l'extérieur ou affleure la surface externe 19 du secteur de virole 18 adjacent, au niveau de son second bord latéral 32. Un jeu j, compris entre 0 et 0.5 mm, est donc formé entre les bords latéraux 31, 32 des surfaces externes 19 de deux secteurs contigus 18. En fonctionnement, la soufflante 3 tournant dans le sens de rotation horaire, vu de puis l'amont, génère un flux d'air ayant une trajectoire hélicoïdale, tournant dans le même sens et dirigé de l'amont vers l'aval. Cette trajectoire peut varier avec le régime de fonctionnement du moteur. D'une manière générale, on distingue trois régimes de fonctionnement, à savoir le régime au décollage, le régime à l'atterrissage et le régime de croisière. L'angle des bords latéraux 31, 32 des secteurs 18 de la virole 17 est adapté au régime que l'on souhaite favoriser, par exemple le régime de croisière. En particulier, on oriente ces bords latéraux 31, 32 de façon à ce qu'ils s'étendent sensiblement parallèlement à la trajectoire du flux d'air primaire A, pour le régime ainsi favorisé. En outre, compte tenu du décalage radial entre les premier et second bords latéraux 31, 32 des secteurs 18 contigus, le flux d'air primaire A ne peut rencontrer, lors de son écoulement d'amont vers l'aval, que des discontinuités formées par des marches descendantes, c'est-à-dire en renfoncement, et non des marches montantes, c'est-à-dire des saillies. Les discontinuités de surfaces formées par les zones d'interfaces entre ces bords latéraux 31, 32 perturbent donc peu le flux d'air primaire, ce qui permet d'améliorer le rendement de la turbomachine 1 ainsi que le bruit généré. REVENDICATIONS1. Turbomachine (1) à double flux comportant une soufflante (3) en aval de laquelle sont formées une veine d'écoulement d'un flux primaire (A) et une veine d'écoulement (10) d'un flux secondaire (B ), lesdites veines étant coaxiales et séparées l'une de l'autre par des moyens de séparation (14) dont l'extrémité amont comporte un bec de séparation annulaire profilé (15), dont la surface radialement externe est prolongée à l'aval par une virole annulaire (17) comprenant des secteurs contigus (18), caractérisée en ce que les bords latéraux (31, 32) des secteurs (18) de virole s'étendent le long de lignes hélicoïdales. 2. Turbomachine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soufflante (3) étant conçue pour tourner dans le sens horaire, respectivement anti-horaire, vu depuis l'amont, les lignes hélicoïdales (31, 32) sont orientées dans le sens horaire, respectivement anti-horaire, de l'amont vers l'aval. 3. Turbomachine (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les lignes hélicoïdales (31, 32) sont inclinées d'un angle compris entre 50 et 25° par rapport à l'axe de la virole (17). 4. Turbomachine (1) selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que chaque secteur (18) de virole (17) comporte successivement, vu depuis l'amont et dans le sens de rotation horaire, respectivement antihoraire, un premier bord latéral (31) et un second bord latéral (32), la surface externe (19) de chaque secteur (18) de virole (17), au niveau du premier bord latéral correspondant (31), étant située radialement à l'extérieur ou affleurant la surface externe (19) du secteur (18) de virole (17) adjacent, au niveau de son second bord latéral (32). 5. Turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le bec de séparation (15) comporte une paroi externe (16) tronconique, délimitant intérieurement une partie de la veine d'écoulement (10) du flux primaire (A) et dont l'extrémité aval comprend un 3005 107 9 rebord radial (21), une paroi interne (23, 24) délimitant extérieurement une partie de la veine d'écoulement du flux secondaire (B) étant fixée sur ledit rebord radial (21). 6. Turbomachine (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce 5 que le bec (16) comporte un rebord cylindrique (22) s'étendant vers l'aval depuis ledit rebord radial (21), l'extrémité amont de chaque secteur (18) de virole (17) venant en appui radial sur le rebord cylindrique (22). 7. Turbomachine (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'extrémité amont de chaque secteur (18) de virole (17) est fixée au 10 rebord cylindrique (22), par exemple par vissage ou boulonnage (29). 8. Turbomachine (1) selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'extrémité amont de chaque secteur (18) de virole (17) comporte une partie de plus grande épaisseur (28) reposant sur le rebord cylindrique (22) du bec de séparation (15), ladite partie de plus grande épaisseur (28) étant 15 traversée par une vis de fixation du secteur correspondant (18) sur ledit rebord cylindrique (22), la tête de la vis étant logée dans un lamage (30) ménagé dans ladite partie de plus grande épaisseur (28).