Brevet FR3042023A1 — publié le 20170407

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne une chambre de combustion annulaire, et plus particulièrement une chambre de combustion annulaire comportant une première paroi annulaire et une deuxième paroi annulaire coaxiales autour d'un axe, un fond de chambre reliant les première et deuxième parois, et une pluralité d'injecteurs, la première paroi comportant des premiers trous d'alimentation en air en aval des injecteurs. Une telle chambre de combustion peut être une chambre de combustion de turbomachine. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Des chambres de combustion de ce type sont connues, par exemple du document EP 0 569 300 qui décrit un dispositif de guillotines permettant de modifier la position axiale d'un organe d'obturation de trous primaires d'alimentation. Ainsi, la distance entre les passages d'alimentation en air et le fond de chambre peut être pilotée au cours du fonctionnement de la chambre de combustion, ce qui permet de réaliser une chambre de combustion peu polluante. Cependant, un tel système est complexe et ne permet pas de bien maîtriser le champ de température en sortie de la chambre de combustion. Or, ce champ de température est très important pour s'assurer que les gaz brûlés qui sortent de la chambre de combustion n'endommagent pas la turbine adjacente à ladite chambre. Il existe donc un besoin pour un nouveau type de chambre de combustion. PRÉSENTATION DE L'INVENTION Ce but est atteint grâce au fait que pour au moins un premier desdits injecteurs, au moins quatre des premiers trous ayant en commun le premier injecteur comme injecteur le plus proche sont situés le long d'une courbe strictement convexe, en vue radiale, la concavité de la courbe étant tournée vers le premier injecteur. En d'autres termes, la courbe définit, en projection radiale, une surface strictement convexe, 3042023 2 l'injecteur étant situé dans ladite surface. On rappelle qu'une surface convexe est telle que quels que soient deux points appartenant à la surface convexe, le segment de droite reliant ces deux points appartient intégralement à ladite surface convexe. De plus, une surface est 5 strictement convexe si la courbe qui la délimite ne contient aucune portion droite. Ainsi, contrairement à l'approche habituelle qui consiste à dimensionner la position des premiers trous par rapport au fond de chambre et à les aligner, le présent exposé propose de dimensionner la 10 position des premiers trous par rapport à l'injecteur le plus proche desdits trous. Il s'ensuit une meilleure maîtrise de l'écoulement et du champ de température dans la chambre de combustion. Le premier injecteur, et de préférence tous les injecteurs, peut être placé sur le fond de chambre ou sur l'une des parois annulaires, 15 notamment sur la première paroi. On appelle axe de la chambre de combustion, l'axe de symétrie (ou quasi-symétrie) de celle-ci. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la chambre de combustion et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion et coupant 20 cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la chambre de combustion et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Une circonférence s'entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l'axe de la chambre de combustion. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à 25 une circonférence ; elle est perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion mais ne passe pas par l'axe. Dans certains modes de réalisation, les premiers trous peuvent être des trous primaires, c'est-à-dire des trous configurés pour introduire de l'air frais, par exemple en provenance du compresseur, de façon à 30 délimiter par des turbulences, entre les injecteurs et lesdits trous, une 3042023 3 zone d'ancrage de la flamme pour assurer sa stabilité et une bonne combustion. Cette zone est appelée zone primaire. Dans certains modes de réalisation, les premiers trous peuvent être des trous de dilution, c'est-à-dire des trous configurés pour introduire de 5 l'air frais, par exemple en provenance du compresseur, au coeur de la chambre de combustion, à distance, en aval, de la flamme de l'injecteur. Dans certains modes de réalisation, la courbe est un arc de cercle. Ainsi, les au moins quatre premiers trous sont équidistants d'un point donné. L'arc de cercle peut être centré sur le premier injecteur. 10 Dans certains modes de réalisation, tous les premiers trous ayant en commun un même injecteur le plus proche sont situés à égale distance de cet injecteur. Ainsi, dans toute la chambre de combustion, les premiers trous sont positionnés en fonction de leur distance par rapport à l'injecteur le plus proche, ce qui permet de contrôler les zones de recirculation et par 15 conséquent le champ de température dans la chambre de combustion. Dans certains modes de réalisation, la deuxième paroi comporte des deuxièmes trous d'alimentation en air en aval des injecteurs. Les deuxièmes trous peuvent être positionnés de manière similaire aux premiers trous, ou de manière différente. 20 Dans certains modes de réalisation, les deuxièmes trous ayant en commun un même injecteur le plus proche sont situés à égale distance de cet injecteur. Ainsi, la position des deuxièmes trous peut également être contrôlée non pas par rapport au fond de chambre, mais par rapport aux injecteurs qui leur sont respectivement les plus proches. En outre, la 25 position des deuxièmes trous peut être contrôlée indépendamment de la position des premiers trous. Dans certains modes de réalisation, les premiers trous et les deuxièmes trous ayant en commun un même injecteur le plus proche sont situés à égale distance de cet injecteur. Cela permet d'avoir un champ de 30 température radialement homogène. 3042023 4 Dans certains modes de réalisation, tous les premiers et/ou deuxièmes trous sont respectivement situés à une même distance de l'injecteur qui leur est le plus proche. Grâce à ces dispositions, le champ de température est à symétrie de révolution autour de l'axe de la chambre 5 de combustion. Il est donc plus stable et plus facile à contrôler. Dans certains modes de réalisation, les premiers trous et/ou les deuxièmes trous sont disposés selon des arcs de cercles centrés sur les injecteurs respectivement les plus proches. Dans certains modes de réalisation, la première paroi est une paroi 10 radialement externe et la deuxième paroi est une paroi radialement interne. L'inverse est également possible. Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant une chambre de combustion annulaire telle que précédemment décrite. 15 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : 20 - la figure 1 représente une section longitudinale d'un secteur d'une chambre de combustion ; - la figure 2 est une vue radiale d'une partie de la première paroi selon un premier mode de réalisation, dans la direction II de la figure 1 ; - la figure 3 représente schématiquement une section longitudinale 25 d'un secteur d'une chambre de combustion ; - la figure 4 est une vue radiale d'une partie de la première paroi selon un deuxième mode de réalisation, dans la direction IV de la figure 3. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION La figure 1 montre une section longitudinale d'un secteur d'une 30 chambre de combustion 10 d'une turbomachine aéronautique. La chambre 3042023 5 de combustion 10 est annulaire d'axe longitudinal X. Elle est délimitée par une première paroi 12 sensiblement annulaire autour de l'axe X, ici une paroi radialement externe, par une deuxième paroi 13 sensiblement annulaire autour de l'axe X, ici une paroi radialement interne, et par un 5 fond de chambre 14 qui relie une extrémité de la première paroi 12 et l'extrémité en regard de la deuxième paroi 13 de façon à fermer l'extrémité amont de la chambre de combustion 10. Le fond de chambre 14 est ici annulaire. La chambre de combustion annulaire 10 comprend en outre 10 plusieurs injecteurs 16 de carburant qui injectent le carburant dans la chambre de combustion 10. Les injecteurs 16 sont répartis autour de l'axe longitudinal X. Dans le présent mode de réalisation, les injecteurs sont disposés à travers le fond de chambre 14. Chaque injecteur 16 définit une direction d'injection I. 15 L'air pénètre dans la chambre de combustion 10 par le fond de chambre 14, par des premiers trous primaires 18, éventuellement des premiers trous de dilution 20, et des trous de refroidissement (non représentés), tous ces trous étant sur la première paroi 12, ainsi que par des deuxièmes trous primaires 19, éventuellement des deuxièmes trous de 20 dilution 21 et des trous de refroidissement (non représentés), tous ces trous étant sur la deuxième paroi 13. En d'autres termes, la première paroi 12 comprend des premiers trous formés par les premiers trous primaires 18 et éventuellement les premiers trous de dilution 20. La deuxième paroi 13 comprend des deuxièmes trous formés par les 25 deuxièmes trous primaires 19 et éventuellement les deuxièmes trous de dilution 21. Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, pour au moins un premier injecteur 16, au moins quatre des premiers trous 18 ayant en commun le premier injecteur 16 comme injecteur le 30 plus proche sont situés le long d'une courbe C strictement convexe, en 3042023 6 vue radiale, la concavité de la courbe C étant tournée vers le premier injecteur 16. Ces premiers trous 18 peuvent être des trous consécutifs, adjacents les uns aux autres, en particulier dans une direction circonférentielle. Plus précisément, on a représenté ici six premiers trous 5 18, qui sont dans cet exemple des premiers trous primaires 18, disposés le long de la courbe C strictement convexe. Dans cet exemple, la courbe C est un arc de cercle, en l'occurrence centré sur le premier injecteur 16 et typiquement sur le point d'injection A dudit premier injecteur 16. Ainsi, les premiers trous 18 ayant en commun le même injecteur le plus proche, à 10 savoir le premier injecteur 16, sont situés à égale distance D de cet injecteur. Grâce à ces dispositions, la flamme 24 est stabilisée par la zone de recirculation 26 et alimentée par le carburant en suspension 22. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2 par rapport à 15 l'orientation du fond de chambre, la direction d'injection I est coplanaire avec l'axe X de la chambre de combustion. Les figures 3 et 4 sont des vues respectivement analogues à celles des figures 1 et 2, dans un deuxième mode de réalisation. Sur ces figures, les éléments correspondant ou identiques à ceux du premier mode de 20 réalisation recevront le même signe de référence, au chiffre des centaines près, et ne seront pas décrits à nouveau. Dans le deuxième mode de réalisation, les injecteurs 116 ne sont pas disposés sur le fond de chambre 114. En l'occurrence, les injecteurs 116 sont disposés sur la première paroi 112. Les injecteurs 116 sont en 25 outre en aval du fond de chambre 114. Par ailleurs, comme il ressort de la figure 3 par rapport à l'orientation du fond de chambre, la direction d'injection I est non-coplanaire avec l'axe X de la chambre de combustion. Ainsi, la direction d'injection I possède une composante non-nulle dans la direction circonférentielle autour de l'axe X. Par ailleurs, la direction 3042023 7 d'injection I possède une composante axiale en direction du fond de chambre 114. Dans une chambre de combustion selon le deuxième mode de réalisation, on a représenté le flux d'air par des flèches. L'air provient 5 d'une sortie 130 d'un compresseur et entre dans la chambre de combustion 110 par les injecteurs 116, les premiers trous primaires 118, les deuxièmes trous primaires 119, les premiers trous de dilution 120 et les deuxièmes trous de dilution 121. Les gaz de combustion sont évacués vers l'entrée 132 d'une turbine. 10 Dans ce mode de réalisation, comme le montre la figure 4, pour au moins un premier injecteur 116, au moins quatre des premiers trous 118 ayant en commun le premier injecteur 116 comme injecteur le plus proche sont situés le long d'une courbe C strictement convexe, en vue radiale, la concavité de la courbe C étant tournée vers le premier injecteur 116. Plus 15 précisément, on a représenté ici six premiers trous 118, qui sont dans cet exemple des premiers trous primaires 118, dont quatre sont disposés le long de la courbe C strictement convexe. Les trois premiers trous 118 représentés dans le coin inférieur droit de la figure 4 étant alignés, ils ne peuvent se trouver tous les trois sur une même courbe strictement 20 convexe. Grâce à ces dispositions, la localisation des amenées d'air (ici les premiers trous 118) est optimisée, les premiers trous étant positionnés en cohérence avec les phénomènes physiques au sein de la chambre de combustion 110. Ainsi, malgré l'orientation désaxée de l'injecteur 116, la 25 flamme 124 est stabilisée par la zone de recirculation 126 et alimentée par le carburant en suspension 122. La position des trous primaires 118 le long d'une courbe strictement convexe et dont la concavité est tournée vers le premier injecteur 116, telle que la courbe C sur la figure 4, permet de stopper la zone de recirculation 126 et assure une meilleure 3042023 8 recirculation des gaz brûlés ainsi qu'une homogénéisation du champ de température dans la chambre de combustion 110. Bien que les modes de réalisation décrits aient été détaillés dans le cas d'un seul injecteur 16, 116 et pour les premiers trous 18, 118 de la 5 première paroi 12, 112, des exemples similaires pourraient décrire la répartition des deuxièmes trous sur la deuxième paroi. Comme indiqué précédemment, les deuxièmes trous 19, 119 ayant en commun un même injecteur 16, 116 le plus proche peuvent être situés à égale distance de cet injecteur. Cette distance peut être différente de la distance D qui 10 sépare les premiers trous 18, 118 de l'injecteur 16, 116, ou bien égale comme cela est représenté sur la figure 1. En outre, la distance entre les premiers et/ou deuxièmes trous et leur injecteur le plus proche peut varier d'un injecteur à l'autre, ou être identique pour tous les injecteurs. Bien que l'agencement des premiers trous 18 selon le premier 15 mode de réalisation ait été décrit en référence à une chambre de combustion du type de la figure 1 et que l'agencement des premiers trous 118 selon le deuxième mode de réalisation ait été décrit en référence à une chambre de combustion du type de la figure 3, le premier mode de réalisation pourrait s'appliquer à une chambre de combustion du type de 20 la figure 3 ayant des injecteurs situés sur l'une des parois annulaires, et le deuxième mode de réalisation pourrait s'appliquer à une chambre de combustion du type de la figure 1 ayant des injecteurs situés sur le fond de chambre. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des 25 exemples de réalisation spécifiques, des modifications peuvent être apportées à ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par 3042023 9 conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion annulaire (10, 110) comportant une première paroi annulaire (12, 112) et une deuxième paroi annulaire (13, 113) coaxiales autour d'un axe (X), un fond de chambre (14, 114) reliant les première et deuxième parois (12, 13, 112, 113), et une pluralité d'injecteurs (16, 116), la première paroi (12, 112) comportant des premiers trous (18, 118) d'alimentation en air en aval des injecteurs (16, 116), la chambre de combustion (10, 110) étant caractérisée en ce que pour au moins un premier desdits injecteurs (16, 116), au moins quatre des premiers trous (18, 118) ayant en commun le premier injecteur comme injecteur le plus proche sont situés le long d'une courbe (C) strictement convexe, en vue radiale, la concavité de la courbe étant tournée vers le premier injecteur (16, 116). 2. Chambre de combustion (110) selon la revendication 1, dans laquelle le premier injecteur (116) est placé sur la première paroi (112). 3. Chambre de combustion (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la courbe (C) est un arc de cercle. 4. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle tous les premiers trous (18) ayant en commun un même injecteur (16) le plus proche sont situés à égale 25 distance (D) de cet injecteur. 5. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, la deuxième paroi (13) comportant des deuxièmes trous (19) d'alimentation en air en aval des injecteurs (16), et dans 3042023 11 laquelle les deuxièmes trous (19) ayant en commun un même injecteur (16) le plus proche sont situés à égale distance (D) de cet injecteur. 6. Chambre de combustion (10) selon la revendication 5, dans laquelle les premiers trous (18) et les deuxièmes trous (19) ayant en commun un même injecteur (16) le plus proche sont situés à égale distance (D) de cet injecteur. 7. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 6, dans laquelle tous les premiers et/ou deuxièmes trous (18, 19) sont respectivement situés à une même distance de l'injecteur (16) qui leur est le plus proche. 8. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 7, dans laquelle les premiers trous (18) et/ou les deuxièmes trous (19) sont disposés selon des arcs de cercles centrés sur les injecteurs respectivement les plus proches. 9. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 8, dans laquelle la première paroi (12) est une paroi radialement externe et la deuxième paroi (14) est une paroi radialement interne. 10. Turbomachine comprenant une chambre de combustion (10) selon 25 l'une quelconque des revendications 1 à 9.