Brevet FR3039220A1 — publié le 20170127

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine des dispositifs de postcombustion pour turboréacteurs. Dans le domaine technique de la propulsion aéronautique, on entend par « turboréacteur » un moteur comprenant un groupe générateur de gaz et une tuyère pour produire une poussée en réaction à l'accélération, dans cette tuyère, de gaz de combustion à haute enthalpie générés par le groupe générateur de gaz. Par « groupe générateur de gaz » on entend, dans ce contexte, un ensemble comprenant au moins un compresseur pour comprimer un flux primaire d'air atmosphérique, une chambre de combustion pour brûler un carburant dans ce flux primaire après son passage par le compresseur de manière à générer, dans ce flux primaire, des gaz de combustion à haute enthalpie, et au moins une première turbine, couplée au compresseur, dans laquelle ce flux primaire comprenant des gaz de combustion à haute enthalpie est partiellement détendu pour générer de l'énergie mécanique servant à actionner le compresseur. Dans la description qui suit les termes "amont" et "aval" sont définis par rapport au sens de circulation normal de l'air à travers le turboréacteur. On inclut, parmi les turboréacteurs, aussi les turboréacteurs dits « à double flux », comprenant aussi une soufflante, couplée à une deuxième turbine du groupe générateur de gaz pour son actionnement, et un carter annulaire séparant le flux primaire traversant le groupe générateur de gaz d'un flux secondaire d'air accéléré par la soufflante et contournant le groupe générateur de gaz. Par rapport aux turboréacteurs à simple flux, dans lesquels tout l'air passe à travers le groupe générateur de gaz, les turboréacteurs à double flux permettent en général d'obtenir une plus forte poussée avec une consommation de carburant moindre. On peut caractériser les turboréacteurs à double flux notamment par leur « taux de dilution », c'est-à-dire par le rapport entre le débit massique du flux secondaire et celui du flux primaire. Dans certains turboréacteurs à double flux à taux de dilution relativement bas, notamment pour usage militaire, 3039220 2 les flux primaire et secondaire peuvent se mélanger en aval du générateur de gaz avant de se détendre ensemble dans une tuyère commune. Dans certaines applications, notamment militaires, la possibilité 5 d'obtenir temporairement un supplément de poussée peut être souhaitée, même au prix d'une augmentation momentanée importante de la consommation de carburant. Pour cela, les turboréacteurs à simple ou double flux peuvent comprendre des dispositifs de postcombustion. Le principe de la postcombustion, dans le domaine des turboréacteurs, est 10 basé sur l'injection et combustion d'un supplément de carburant, dans le flux primaire et/ou dans le flux secondaire, directement en amont de la tuyère du turboréacteur. L'enthalpie supplémentaire des gaz avant leur détente dans la tuyère permet d'obtenir un supplément de poussée considérable. 15 Toutefois, l'allumage du carburant injecté dans les dispositifs de postcombustion peut parfois être difficile. Des tels retards ou défauts d'allumage peuvent être particulièrement indésirables justement dans les situations de vol dans lesquelles le pilote peut souhaiter activer la 20 postcombustion, notamment en combat. Pour contrer ce problème, on a notamment proposé, dans la publication de demande de brevet européen EP 1 621 817 A1, un dispositif de postcombustion comprenant une chambre de postcombustion ouverte en aval, une rampe d'injection de carburant, une bougie d'allumage, et un injecteur aéromécanique 25 d'allumage connecté à des moyens spécifiques d'alimentation en carburant et situé, dans la chambre de postcombustion, en regard de la bougie d'allumage. Bien qu'effective, cette solution peut être difficile à intégrer dans un turboréacteur existant, puisque l'injecteur aéromécanique d'allumage présente un certain encombrement et exige des moyens 30 spécifiques d'alimentation en carburant. Par ailleurs, cette solution introduit aussi une hétérogénéité dans la distribution de carburant, et donc dans la combustion de celui-ci, dans la chambre de postcombustion après l'allumage. Cette hétérogénéité, qui peut provoquer des pics locaux de température dans la chambre de combustion, n'est généralement pas 35 souhaitable. 3039220 3 Objet et résumé de l'invention La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un dispositif de postcombustion pour turboréacteur comprenant 5 une chambre de postcombustion ouverte en aval, une rampe d'injection de carburant, située dans ladite chambre de postcombustion, apte à être connectée à une source de carburant, et présentant une pluralité d'orifices d'injection de carburant, et une bougie d'allumage dont au moins une extrémité est située dans une région de ladite chambre de 10 postcombustion, qui permette un allumage rapide et certain du carburant dans la chambre de postcombustion, tout en permettant son intégration plus facile dans un turboréacteur. Ce but est atteint grâce au fait que le dispositif comprend en outre 15 au moins un gicleur connecté à la rampe d'injection de carburant, et configuré de manière à injecter du carburant, dans une pluralité de directions présentant chacune au moins une composante axiale, une composante radiale et une composante tangentielle par rapport à un axe central dudit gicleur, vers la région de la chambre de postcombustion dans 20 laquelle est située l'extrémité de la bougie d'allumage. Grâce à ces dispositions, on obtient une bonne pulvérisation du carburant à proximité de la bougie d'allumage, ce qui facilite son allumage, avec un gicleur à l'encombrement relativement faible et 25 alimenté par la même source de carburant que la rampe, ce qui facilite son intégration dans un turboréacteur, et en particulier un turboréacteur déjà existant. Par ailleurs, cette configuration permet de maintenir une plus grande homogénéité dans la combustion du carburant dans la chambre de postcombustion. 30 Pour simplifier l'alimentation du gicleur et de la rampe, le dispositif de postcombustion peut notamment comprendre un conduit d'arrivée de carburant directement connecté audit gicleur, et la rampe d'injection de carburant être connectée audit conduit d'arrivée de carburant à travers au 35 moins un raccord latéral du gicleur. 3039220 4 Afin de protéger la rampe contre l'échauffement, de manière notamment à éviter l'ébullition du carburant à l'intérieur de la rampe, le dispositif peut comprendre un bouclier thermique autour de la rampe d'injection de carburant, avec des ouvertures en regard des orifices 5 d'injection de carburant. Pour obtenir une distribution encore plus homogène du carburant dans la chambre de postcombustion, le dispositif de postcombustion peut contenir une pluralité de gicleurs pour injecter du carburant vers la région 10 de la chambre de postcombustion dans laquelle est située l'extrémité de la bougie d'allumage. La chambre de postcombustion peut notamment être annulaire, et plus spécifiquement être délimitée par un anneau accroche-flamme. Le 15 dispositif de postcombustion peut alors comprendre aussi une pluralité de bras accroche-flamme s'étendant radialement vers l'intérieur par rapport à l'anneau accroche-flamme, afin d'étendre la postcombustion dans le flux primaire d'un turboréacteur à double flux. 20 La présente divulgation concerne aussi un turboréacteur à double flux comprenant au moins un groupe générateur de gaz, une soufflante, une tuyère, un carter annulaire pour séparer un flux primaire traversant le groupe générateur de gaz d'un flux secondaire, accéléré par la soufflante, et qui contourne le groupe générateur de gaz, et un dispositif de 25 postcombustion tel que susmentionné, situé sur une extrémité aval dudit carter annulaire, en amont de la tuyère. Le groupe générateur de gaz comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion, une première turbine couplée au compresseur, et une deuxième turbine à laquelle la soufflante est couplée. 30 Afin de permettre une postcombustion alimentée par l'air frais du flux secondaire, ladite chambre de postcombustion peut être située radialement à l'extérieur par rapport audit carter annulaire. Toutefois, il est également envisageable de la situer radialement à l'intérieur par 35 rapport audit carter annulaire. 3039220 5 Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, 5 à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un turboréacteur à double flux avec un dispositif de postcombustion 10 suivant un premier mode de réalisation ; - la figure 2A est une vue de détail du turboréacteur de la figure 1; - la figure 2B est une vue de détail d'un turboréacteur suivant un mode de réalisation alternatif ; - la figure 3A est une vue partielle, sur un plan transversal, du 15 dispositif de postcombustion des figures 1 et 2A; - la figure 3B illustre un dispositif de postcombustion suivant un autre mode de réalisation alternatif ; - la figure 3C illustre encore un autre mode de réalisation alternatif ; et 20 - la figure 4 est une vue en perspective partiale du dispositif de postcombustion des figures 1 et 2A. Description détaillée de l'invention 25 Un turboréacteur 1 à double flux, équipé d'un dispositif de postcombustion 2, est illustré schématiquement sur la figure 1. Successivement dans le sens d'écoulement à travers le turboréacteur 1, ce turboréacteur 1 comprend une soufflante 3, un premier compresseur 4, un deuxième compresseur 5, une chambre de combustion 6, une première 30 turbine 7, une deuxième turbine 8, et une tuyère 9. Dans l'exemple illustré, la première turbine 7 est couplée au deuxième compresseur 5 à travers un premier arbre rotatif, et la deuxième turbine 8 est couplée à la soufflante 3 à travers un deuxième 35 arbre rotatif. Ces deux arbres rotatifs sont coaxiaux. 3039220 6 En aval du premier compresseur 4, le turboréacteur 1 présente une dérivation par laquelle un flux secondaire d'air peut contourner le deuxième compresseur 5, la chambre de combustion 6, et la première et deuxième turbines 7,8, qui forment ensemble un groupe générateur de 5 gaz. Un carter annulaire 10 sépare ce flux secondaire F2 d'un flux primaire F1 traversant le groupe générateur de gaz jusqu'en aval de celui-ci. Ainsi, en fonctionnement, de l'air admis en amont de la soufflante est d'abord accéléré par celle-ci, pour être ensuite comprimé par le premier 10 compresseur, en aval duquel il est divisé en un flux primaire et un flux secondaire. L'air du flux primaire F1 est alors comprimé encore dans le deuxième compresseur 5, avant d'arriver à la chambre de combustion 6, dans laquelle du carburant est injecté et brûlé dans ce flux primaire F1 pour y générer des gaz de combustion à enthalpie élevée. 15 Le flux primaire F1 comprenant alors ces gaz de combustion à enthalpie élevée arrive alors aux première et deuxième turbines 7,8, dans lesquelles il fait l'objet de détentes partielles successives, par lesquelles il actionne, à travers ces turbines 7,8 et les arbres rotatifs correspondants, 20 les compresseurs 4, 5 et la soufflante 3. En aval de la deuxième turbine 8, le flux secondaire F2 se réincorpore au flux primaire Fi, dont l'enthalpie reste élevée malgré les détentes partielles dans les turbines 7,8. Ainsi, la détente et accélération 25 des deux flux dans la tuyère 9 peut produire une importante poussée en réaction. Bien que, dans l'exemple illustré, la dérivation du flux secondaire se fasse en aval d'un premier compresseur, il est également envisageable de 30 faire cette dérivation directement en aval de la soufflante. Par ailleurs, même si, dans l'exemple illustré, les flux primaire et secondaire sont expulsés à travers une même tuyère, il serait également envisageable de les expulser par des tuyères séparées. 35 Dans certains cas, on peut néanmoins souhaiter un supplément temporaire de poussée, même au prix d'une consommation de carburant 3039220 7 sensiblement plus élevée. Pour cela, le turboréacteur 1 dispose du dispositif de postcombustion 2 qui est situé, dans le mode de réalisation de l'invention illustré, sur une extrémité aval du carter annulaire 10, en amont de la tuyère 9. 5 Ce dispositif de postcombustion 2 est illustré en plus grand détail sur les figures 2A, 3A et 4. Il comprend un conduit d'alimentation 11, un anneau accroche-flammes 12 délimitant une chambre de postcombustion 20 située, dans le mode de réalisation illustré, dans le flux secondaire F2, 10 radialement à l'extérieur par rapport au carter annulaire 10, des bras radiaux 13, s'étendant radialement vers l'intérieur, jusque dans le flux primaire F1, depuis l'anneau accroche-flammes 12, un gicleur 14, situé dans la chambre de postcombustion 20, et connecté directement au conduit d'alimentation 11, deux rampes d'injection de carburant 15, 15 situées également dans la chambre de postcombustion 20, et connectées à des raccords latéraux de part et d'autre du gicleur 14, de manière à être alimentées en carburant par le conduit d'alimentation 11 à travers le gicleur 14, deux boucliers thermiques 16, en forme de fourreaux protégeant des rampes d'injection de carburant 14 respectives, et une 20 bougie d'allumage 17, traversant une paroi de l'anneau accroche-flammes 12 à travers un orifice 18, de telle manière qu'une extrémité de cette bougie d'allumage 17 soit située dans la chambre de postcombustion 20. Bien que dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2A la 25 chambre de postcombustion 20 soit située radialement à l'extérieur du carter annulaire 10, de manière à initier la postcombustion dans le flux secondaire F2, plus riche en oxygène que le flux primaire mais aussi plus froid, il est également envisageable de situer la chambre de postcombustion 20 radialement à l'intérieur par rapport audit carter 30 annulaire 10, comme illustré sur la figure 2B de manière à initier la postcombustion dans le flux primaire Fi. L'anneau accroche-flammes 12 présente une section en C, de telle manière que la chambre de postcombustion 20 est ouverte en aval. La 35 paroi de l'anneau accroche-flammes 12 comporte par ailleurs des orifices d'entrée d'air du côté amont. 3039220 8 Chaque rampe d'injection 15 comporte des orifices d'injection de carburant (non illustrés), distribués autour de l'axe central du turboréacteur 1, et orientés vers l'aval. Dans le mode d'illustration illustré, 5 ces orifices sont obliques par rapport à la direction aval. Pour laisser passer les jets de carburant injectés dans la chambre de postcombustion 20 à travers ces orifices d'injection, les boucliers thermiques 16 présentent des ouvertures 19 plus larges en regard de ces orifices d'injection. 10 Le gicleur 14 est formé de manière à injecter du carburant dans la chambre de postcombustion 20 dans une pluralité de directions ayant chacune une composante axiale, suivant un axe central X du gicleur 14, qui dans le mode de réalisation illustré est sensiblement parallèle à l'axe central du turboréacteur 1, mais aussi des composantes radiale et 15 tangentielle dans un plan perpendiculaire à cet axe central X du gicleur 14. Pour cela, le gicleur 14 comprend des conduits vrillés autour de son axe central X pour le passage du carburant. Grâce à la pulvérisation effective du carburant par le gicleur 14, l'allumage quand on procède à une décharge électrique entre électrodes de la bougie d'allumage 17 à 20 l'intérieur de la chambre de postcombustion 20 est ainsi facilité. Par ailleurs, le gicleur 14 est situé à proximité de la bougie d'allumage 17, en amont de celle-ci, de manière à injecter le carburant dans la région de la chambre de postcombustion 20 dans laquelle la bougie d'allumage 17 est située. Le gicleur 14 peut être légèrement décalé 25 latéralement par rapport à la bougie d'allumage 17, comme illustré sur les figures 3A et 4, ou aligné avec celle-ci, comme illustré sur la figure 3B. Par ailleurs, bien que dans ces deux modes de réalisation le dispositif de postcombustion ne dispose que d'un seul gicleur, il est également envisageable d'avoir une pluralité de gicleurs pour injecter du carburant 30 vers la région de la chambre de postcombustion dans laquelle est située l'extrémité de la bougie d'allumage, comme dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3C avec deux gicleurs 14 situés d'un et d'autre côté de la bougie d'allumage 17. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des 35 exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples 3039220 9 sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, les caractéristiques individuelles de ces modes de réalisation peuvent être combinées sans sortir de la portée générale de l'invention. L'invention n'est par ailleurs nullement limitée 5 dans son application aux seuls turboréacteurs à double flux, mais serait aussi applicable aux turboréacteurs à flux simple. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif de postcombustion (2) pour turboréacteur comprenant : une chambre de postcombustion (20) ouverte en aval, une rampe (15) d'injection de carburant, située dans ladite chambre de postcombustion (20), apte à être connectée à une source de carburant, et présentant une pluralité d'orifices d'injection de carburant, et une bougie d'allumage (17) dont au moins une extrémité est 10 située dans une région de ladite chambre de postcombustion (20), caractérisé en ce que le dispositif (2) comprend en outre au moins un gicleur (14) connecté à la rampe (15) d'injection de carburant, et configuré de manière à injecter du carburant, dans une pluralité de directions présentant chacune au moins une composante axiale, une 15 composante radiale et une composante tangentielle par rapport à un axe central (X) dudit gicleur, vers la région de la chambre de postcombustion dans laquelle est située l'extrémité de la bougie d'allumage (17). 2. Dispositif de postcombustion (2) suivant la revendication 1, 20 comprenant un conduit (11) d'arrivée de carburant directement connecté audit gicleur (14), la rampe (15) d'injection de carburant étant connectée audit conduit (11) d'arrivée de carburant à travers au moins un raccord latéral du gicleur (14). 25 3. Dispositif de postcombustion (2) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un bouclier thermique (16) autour de la rampe (15) d'injection de carburant, avec des ouvertures (19) en regard des orifices d'injection de carburant. 30 4. Dispositif de postcombustion (2) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de gicleurs (14) pour injecter du carburant vers la région de la chambre de postcombustion (20) dans laquelle est située l'extrémité de la bougie d'allumage (17). 35 3039220 11 5. Dispositif de postcombustion (2) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chambre de postcombustion (20) est annulaire. 5 6. Dispositif de postcombustion (2) suivant la revendication 5, dans lequel ladite chambre de postcombustion (20) est délimitée par un anneau accroche-flamme (12). 7. Dispositif de postcombustion (2) suivant la revendication 6, comprenant en outre une pluralité de bras accroche-flamme (13) s'étendant radialement vers l'intérieur par rapport à l'anneau accroche-flamme (12). 8. Turboréacteur (1) à double flux comprenant au moins : un groupe générateur de gaz avec au moins un compresseur (5), une chambre de combustion (6), une première turbine (7) couplée au compresseur (5), et une deuxième turbine (8) ; une soufflante (3) couplée à la deuxième turbine (8) ; une tuyère (9) ; un carter annulaire (10) pour séparer un flux primaire (F1) traversant le groupe générateur de gaz d'un flux secondaire (F2), accéléré par la soufflante (3), et qui contourne le groupe générateur de gaz ; et un dispositif de postcombustion (2) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, situé sur une extrémité aval dudit carter 25 annulaire (10), en amont de la tuyère (9). 9. Turboréacteur (1) suivant la revendication 8, dans lequel ladite chambre de postcombustion (20) est située radialement à l'extérieur par rapport audit carter annulaire (10). 30 10. Turboréacteur (1) suivant la revendication 8, dans lequel ladite chambre de postcombustion (20) est située radialement à l'intérieur par rapport audit carter annulaire (10).