Brevet FR3029608A1 — publié le 20160610

COURONNE D'ADMISSION D'AIR POUR SYSTÈME D'INJECTION DE CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE ET PROCÉDÉ D'ATOMISATION DE CARBURANT DANS UN SYSTÈME D'INJECTION COMPRENANT LADITE COURONNE D'ADMISSION D'AIR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines pour aéronef et concerne plus particulièrement une couronne d'admission d'air destinée à faire partie d'un système d'injection de carburant et d'air dans une chambre de combustion au sein d'une turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La figure 1 annexée illustre une turbomachine 10 pour aéronef d'un type connu, par exemple un turboréacteur à double flux, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire alimentant un coeur de la turbomachine et un flux secondaire contournant ce coeur. Le coeur de la turbomachine comporte, de manière générale, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. La turbomachine est carénée par une nacelle 24 entourant l'espace d'écoulement 26 du flux secondaire. Les rotors de la turbomachine sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 de la turbomachine. La figure 2 représente la chambre de combustion 18 de la turbomachine de la figure 1. De manière classique, cette chambre de combustion, qui est de type annulaire, comprend deux parois annulaires coaxiales, respectivement radialement interne 32 et radialement externe 34, qui s'étendent de l'amont vers l'aval, selon le sens 36 d'écoulement du flux primaire de gaz dans la turbomachine, autour de l'axe de la chambre de combustion qui se confond avec l'axe 28 de la turbomachine. Ces parois annulaires interne 32 et externe 34 sont reliées entre elles à leur extrémité amont par 3029608 2 une paroi annulaire de fond de chambre 40 qui s'étend sensiblement radialement autour de l'axe 28. Cette paroi annulaire de fond de chambre 40 est équipée de systèmes d'injection 42 répartis autour de l'axe 28 pour permettre l'injection d'un pré-mélange d'air et de carburant centré selon un axe d'injection 44. 5 En fonctionnement, une partie 46 d'un flux d'air 48 provenant du compresseur 16 alimente les systèmes d'injection 42 tandis qu'une autre partie 50 de ce flux d'air contourne la chambre de combustion en s'écoulant vers l'aval le long des parois coaxiales 32 et 34 de cette chambre et permet notamment l'alimentation d'orifices d'air prévus au sein de ces parois 32 et 34. 10 La figure 3 est une vue en demi-coupe axiale de l'un des systèmes d'injection 42. Celui-ci comporte, de manière générale, une tête 52 d'un injecteur de carburant, une douille 54, parfois dénommée « traversée coulissante », dans laquelle la tête 52 de l'injecteur est montée, une couronne d'admission d'air 56, et un bol 58, parfois dénommé « bol mélangeur ». Ces éléments sont centrés par rapport à l'axe d'injection 44 15 défini par la tête 52 de l'injecteur de carburant. La couronne d'admission d'air 56 présente une forme globalement de révolution autour de l'axe d'injection 44, cet axe constituant donc un axe de révolution pour la couronne d'admission d'air 56. La couronne d'admission d'air 56 comprend une paroi annulaire de 20 séparation 60 qui partage la couronne d'admission d'air en un espace de circulation d'air amont 62 et un espace de circulation d'air aval 64. Ces deux espaces sont couramment appelés « vrilles ». La paroi annulaire de séparation 60 se prolonge radialement vers l'intérieur en une paroi annulaire de déflection 66, couramment dénommée « venturi », 25 ayant un profil interne 68 de forme convergente-divergente présentant en particulier un col 70, ainsi qu'un profil externe 72. Chacun des espaces de circulation d'air amont 62 et aval 64 est traversé par des ailettes 74 permettant la giration de l'air autour de l'axe de révolution 44 de la couronne d'admission d'air. 3029608 3 En fonctionnement, une partie de l'air 46 alimentant le système d'injection pénètre dans les espaces de circulation d'air 62 et 64 de la couronne d'admission d'air 56 et poursuit son trajet sous la forme de flux d'air 76 et 78 le long des profils interne 68 et externe 72 de la paroi annulaire de déflection 66. 5 De plus, du carburant est éjecté par la tête 52 de l'injecteur, sous la forme d'un cône 80 d'angle 0 par rapport à l'axe d'injection 44. Une partie importante de ce carburant se dépose et forme un film 82 sur le profil interne 68 de la paroi annulaire de déflection 66. Entraîné par le flux d'air circulant vers l'aval le long de ce profil interne 10 68, le carburant ruisselle vers l'aval sur le profil interne 68. Arrivé à l'extrémité aval du profil interne 68, le carburant rencontre le flux d'air 78 circulant le long du profil externe 72 de la paroi annulaire de déflection 66. Ce flux d'air 78 induit un effet de cisaillement qui conduit le carburant à se détacher de la paroi annulaire de déflection en formant des gouttelettes en suspension dans l'air. 15 Il est à noter que la partie du profil interne 68 recouverte par le film de carburant 82 forme donc une région annulaire 83, qui s'étend jusqu'à l'extrémité aval du profil interne 68. Les gouttelettes de carburant détachées de la paroi annulaire de déflection ont vocation à s'évaporer dans l'air, de préférence avant d'atteindre l'entrée 20 du foyer de la chambre de combustion. L'évaporation des gouttelettes est favorisée, autant que possible, par la turbulence induite par la rencontre des flux d'air 76 et 78 circulant respectivement de part et d'autre de la paroi annulaire de déflection. Ce type de système d'injection n'est toutefois pas optimal du fait que les 25 gouttelettes de carburant formées à l'extrémité aval de la paroi annulaire de déflection sont de taille relativement grande, et bénéficient d'un volume relativement limité pour s'évaporer. De ce fait, le rendement de combustion demeure lui-même limité. 3029608 4 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème. Elle propose à cet effet une couronne d'admission d'air pour système 5 d'injection de chambre de combustion de turbomachine, présentant un axe de révolution, et comprenant une paroi annulaire de séparation qui partage la couronne d'admission d'air en un espace de circulation d'air amont et un espace de circulation d'air aval et qui se prolonge radialement vers l'intérieur en une paroi annulaire de déflection présentant un profil interne ayant une forme convergente-divergente. 10 Selon l'invention, le profil interne de la paroi annulaire de déflection présente un décrochement induisant un accroissement du rayon du profil interne en aval dudit décrochement. Le décrochement induit la présence d'une arrête au niveau de l'extrémité aval d'une portion amont du profil interne. 15 Le carburant ruisselant sur le profil interne tend donc à se détacher au niveau de cette arrête, entraîné en cela par le flux d'air circulant le long du profil interne, issu de l'espace de circulation d'air amont. La séparation du carburant en gouttelettes a donc lieu plus en amont qu'avec les couronnes d'admission d'air de type connu. 20 Les gouttelettes disposent ainsi d'un volume plus important pour s'évaporer avec de pénétrer dans la chambre de combustion. De plus, le décrochement crée une zone de recirculation en aval de celui-ci et induit de la turbulence, propice au mélange du carburant et de l'air, et rendant de surcroît possible un épaississement du front de flamme. 25 D'une manière générale, l'invention permet ainsi d'améliorer le rendement de combustion. De préférence, le décrochement est formé au niveau d'un col du profil interne de la paroi annulaire de déflection. De plus, ledit décrochement définit de préférence un épaulement s'étendant orthogonalement audit axe de révolution de la couronne d'admission d'air. 3029608 5 Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, chacun des espaces de circulation d'air amont et aval est traversé par des ailettes permettant la giration de l'air autour dudit axe de révolution de la couronne d'admission d'air. L'invention concerne également un système d'injection pour chambre 5 de combustion de turbomachine, comprenant une tête d'injecteur de carburant, ainsi qu'une couronne d'admission d'air du type décrit ci-dessus, dans lequel la tête d'injecteur de carburant est configurée pour pulvériser du carburant sur une région annulaire du profil interne de la paroi annulaire de déflection, et dans lequel le décrochement est formé en aval d'une extrémité amont de ladite région annulaire du profil interne. 10 L'invention concerne aussi une chambre de combustion pour turbomachine, comprenant au moins un système d'injection du type décrit ci-dessus. L'invention concerne également une turbomachine, notamment pour aéronef, comprenant au moins une chambre de combustion du type décrit ci-dessus. L'invention concerne enfin un procédé d'atomisation de carburant dans 15 un système d'injection du type décrit ci-dessus, équipant une chambre de combustion de turbomachine, dans lequel du carburant issu de la tête d'injecteur ruisselle sur le profil interne de la paroi annulaire de déflection, et se détache de ce profil interne au niveau du décrochement de ce dernier de manière à former des gouttelettes au sein d'un flux d'air issu de l'espace de circulation d'air amont de la couronne d'admission d'air et circulant le 20 long du profil interne de la paroi annulaire de déflection. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 25 la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbomachine d'un type connu ; la figure 2, déjà décrite, est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une chambre de combustion de la turbomachine de la figure 1; 3029608 6 la figure 3, déjà décrite, est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un système d'injection équipant la chambre de combustion de la figure 2 ; la figure 4 est une vue semblable à la figure 3, illustrant un système d'injection comprenant une couronne d'admission d'air selon un mode de réalisation préféré de 5 l'invention ; la figure 5 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 4. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ 10 Les figures 4 et 5 illustrent un système d'injection 42 qui est globalement semblable au système d'injection des figures 1 à 3 mais qui s'en distingue du fait qu'il comprend une couronne d'admission d'air 56 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Cette couronne d'admission d'air 56 présente la particularité que le 15 profil interne 68 de la paroi annulaire de déflection 66 présente un décrochement 90 induisant un accroissement du rayon cl) du profil interne en aval de ce décrochement 90. Ainsi, une partie aval du profil interne 68 se trouve en retrait, c'est-à- dire décalée radialement vers l'extérieur, par rapport à une partie amont de ce profil interne 68. 20 Le décrochement 90 induit la présence d'une arrête 92 au niveau de l'extrémité aval de la portion amont du profil interne. De plus, le décrochement 90 est formé en aval d'une extrémité amont 93 de la région annulaire 83 du profil interne 68, sur laquelle ruisselle le film de carburant 82. 25 En fonctionnement, le carburant formant le film de carburant 82 ruisselant sur le profil interne 68 tend à se détacher au niveau de cette arrête 92, entraîné en cela par le flux d'air 76 circulant le long du profil interne 68. La séparation du carburant en gouttelettes, ou atomisation, a donc lieu plus en amont qu'avec les couronnes d'admission d'air de type connu. Les gouttelettes 3029608 7 disposent ainsi d'un volume plus important pour s'évaporer avec de pénétrer dans la chambre de combustion. De plus, le décrochement 90 crée une zone de recirculation en aval de celui-ci et induit de la turbulence, propice au mélange du carburant et de l'air, et rendant 5 possible un épaississement du front de flamme. D'une manière générale, l'invention permet ainsi d'améliorer le mélange d'air et de carburant, et donc d'améliorer le rendement de combustion. A titre d'exemple préférentiel, comme cela apparaît sur la figure 4, le décrochement 90 est formé au niveau du col 70 du profil interne 68. 10 Ainsi, la séparation du carburant en gouttelettes a lieu à l'endroit où la vitesse du flux d'air 76 circulant le long du profil interne 68 est la plus importante. Cela permet de minimiser la taille des gouttelettes de carburant générées. De préférence, le décrochement définit un épaulement 94 s'étendant orthogonalement à l'axe de révolution 44 de la couronne d'admission d'air 56 (figure 5). 15 A titre illustratif, le système d'injection 42 équipe une chambre de combustion semblable à la chambre de combustion de la figure 2 au sein d'une turbomachine semblable à la turbomachine de la figure 1. Le système d'injection permet donc la mise en oeuvre d'un procédé d'atomisation de carburant, dans lequel du carburant issu de la tête d'injecteur 52 20 ruisselle sur le profil interne 68 de la paroi annulaire de déflection 66, et se détache de ce profil interne 68 au niveau du décrochement 90 de ce dernier de manière à former des gouttelettes au sein du flux d'air 76 issu de l'espace de circulation d'air amont 62 de la couronne d'admission d'air 56 et circulant le long du profil interne 68. D'une manière générale, l'invention permet de diminuer la richesse 25 d'extinction pauvre et de réduire les émissions CO/CH. REVENDICATIONS1. Couronne d'admission d'air (56) pour système d'injection (42) de chambre de combustion (18) de turbomachine (10), présentant un axe de révolution (44), et comprenant une paroi annulaire de séparation (60) qui partage la couronne d'admission d'air en un espace de circulation d'air amont (62) et un espace de circulation d'air aval (64) et qui se prolonge radialement vers l'intérieur en une paroi annulaire de déflection (66) présentant un profil interne (68) ayant une forme convergente-divergente, caractérisée en ce que le profil interne (68) de la paroi annulaire de déflection présente un décrochement (90) induisant un accroissement du rayon (ck) du profil interne en aval dudit décrochement. 2. Couronne d'admission d'air selon la revendication 1, dans laquelle ledit décrochement (90) est formé au niveau d'un col (70) du profil interne (68) de la paroi annulaire de déflection. 3. Couronne d'admission d'air selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit décrochement (90) définit un épaulement (94) s'étendant orthogonalement audit axe de révolution (44) de la couronne d'admission d'air. 4. Couronne d'admission d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chacun des espaces de circulation d'air amont (62) et aval (64) est traversé par des ailettes (74) permettant la giration de l'air autour dudit axe de révolution (44) de la couronne d'admission d'air. 5. Système d'injection (42) pour chambre de combustion (18) de turbomachine (10), comprenant une tête d'injecteur de carburant (52), ainsi qu'une couronne d'admission d'air (56) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 25 3029608 9 dans lequel la tête d'injecteur de carburant (52) est configurée pour pulvériser du carburant (82) sur une région annulaire (83) du profil interne (68) de la paroi annulaire de déflection (66), et dans lequel ledit décrochement (90) est formé en aval d'une extrémité amont (93) de 5 ladite région annulaire (83) du profil interne. 6. Chambre de combustion (18) pour turbomachine, comprenant au moins un système d'injection (42) selon la revendication 5. 10 7. Turbomachine (10), notamment pour aéronef, comprenant au moins une chambre de combustion (18) selon la revendication 6. 8. Procédé d'atomisation de carburant dans un système d'injection (42) selon la revendication 5 équipant une chambre de combustion (18) de turbomachine, 15 dans lequel du carburant (82) issu de la tête d'injecteur (52) ruisselle sur le profil interne (68) de la paroi annulaire de déflection (66), et se détache de ce profil interne au niveau du décrochement (90) de ce dernier de manière à former des gouttelettes au sein d'un flux d'air (76) issu de l'espace de circulation d'air amont (62) de la couronne d'admission d'air (56) et circulant le long du profil interne (68) de la paroi annulaire de déflection. 20