Brevet FR3087847A1 — publié le 20200501

MELANGEUR A LOBES FAVORISANT LE MELANGE DE FLUX CONFLUENTS 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines, notamment des turbomachines à double flux comprenant un mélangeur de flux gazeux confluents. Elle vise plus particulièrement les mélangeurs comprenant plusieurs lobes. 2. Etat de la technique Une turbomachine à double flux comporte de manière générale une tuyère de sortie dans laquelle un flux primaire traversant la chambre de combustion de la turbomachine conflue avec un flux secondaire qui est propulsé par les aubes d'une soufflante et qui circule autour d'un carter intérieur enveloppant la chambre de combustion. Une telle tuyère à flux gazeux confluents se compose d'un capot primaire centré sur l'axe longitudinal de la turbomachine, d'un capot secondaire disposé concentriquement au capot primaire de façon à définir une portion de veine secondaire annulaire pour l'écoulement du flux secondaire, et d'un corps central définissant avec le capot primaire une portion de veine primaire annulaire pour l'écoulement du flux primaire. Le capot primaire prolonge un carter intérieur de la turbomachine et le capot secondaire prolonge généralement la nacelle de la turbomachine, le capot secondaire s'étendant au-delà du capot primaire. Généralement un mélangeur est monté à l'extrémité aval du capot primaire pour favoriser, voire forcer le mélange entre le flux primaire et le flux secondaire avant leur éjection en sortie de la tuyère. Il est bien connu que des gains acoustiques sont obtenus en proposant des mélangeurs de formes différentes de manière à favoriser le mélange entre les flux primaire et secondaire sortant de la turbomachine avant leur éjection. Parmi les mélangeurs pour tuyères à flux confluents, il est connu, en particulier, le mélangeur de type marguerite qui se présente sous la forme d'une partie sinusoïdale définissant des lobes intérieurs et des lobes extérieurs répartis sur toute la circonférence du capot primaire de la tuyère. Avec un mélangeur de type marguerite, les lobes intérieurs forment des goulottes guidant radialement le flux secondaire vers la veine primaire dans laquelle circule le flux primaire, et les lobes extérieurs forment des goulottes guidant radialement le flux primaire vers la veine secondaire dans laquelle circule le flux secondaire. Ainsi, à la sortie du mélangeur, le flux secondaire et le flux primaire se mélangent par cisaillement selon une direction essentiellement radiale. Ce mélange permet de générer des tourbillons dont l'axe de rotation est globalement axial et dont l'intensité dépend 2 principalement des conditions d'éjection des deux flux et des conditions d'alimentation du fond des lobes du mélangeur. Cependant, la majeure partie des tuyères et des mélangeurs développés jusqu'à présent cherche essentiellement à réduire l'intensité du bruit sans tenir compte des 5 performances de la turbomachine comme c'est le cas dans le document W02015/036684 qui propose l'ajout de chevron sur la bordure aval de la tuyère en coopération avec le mélangeur ou encore le document EP1870588 qui ajoute une composante de vitesse tangentielle sur le mélangeur. Une ligne de mélange unique apparaît sur ces types de mélangeurs avec des configurations plus ou moins complexes. 10 3. Objectif de l'invention La présente invention a notamment pour objectif de proposer une alternative aux solutions existantes en vue de poursuivre l'efficacité d'un mélangeur à lobes pour améliorer la performance de la turbomachine. 4. Exposé de l'invention 15 On parvient à réaliser ces objectifs, conformément à l'invention grâce à un mélangeur à lobes de turbomachine présentant un axe longitudinal LL et destiné à être placé à l'extrémité aval d'un carter intérieur de séparation de deux veines coaxiales primaire et secondaire dans lesquelles circulent respectivement un flux primaire et un flux secondaire, le mélangeur comprenant un bord de fuite et un alternance de lobes intérieurs 20 destinés à rentrer dans le flux primaire et de lobes extérieurs destinés à rentrer dans le flux secondaire, chaque lobe intérieur et extérieur formant une goulotte avec un fond relié à des parois latérales, lesdits fonds des lobes intérieurs présentant une ligne de fond s'étendant radialement, vers l'intérieur, suivant une première direction générale pour guider le flux secondaire vers l'intérieur et les fonds des lobes extérieurs présentant une 25 ligne de fond s'étendant radialement, vers l'extérieur, suivant une deuxième direction générale pour guide le flux primaire vers l'extérieur, le mélangeur comprenant une pluralité d'orifices configurés de manière à assurer un mélange du flux primaire et du flux secondaire en amont du bord de fuite. Ainsi, cette solution permet d'atteindre l'objectif susmentionné. En particulier, les 30 orifices ménagés dans le mélangeur permet de favoriser le mélange entre le flux primaire et le flux secondaire bien avant le bord de fuite suivant la circulation des flux dans la turbomachine puisqu'au moins un des flux peut traverser la paroi du mélangeur. Le flux secondaire serait par exemple partiellement injecté dans le flux primaire et le flux primaire pourrait être injecté dans le flux secondaire sous forme de jet. Les flux sont encore 35 beaucoup mieux mélangés et ceci améliore les performances de la turbomachine. L'agencement de ces orifices engendre également un retrait de masse non négligeable 3 qui permet d'alléger le mélangeur. Une réduction de mase comprise entre 1 et 5% a été constatée ce qui influe de manière positive sur les performances de la turbomachine. D'autre part, étant donné que le mélangeur est exposé aux températures du flux primaire (chaud) et du flux secondaire (froid), l'agencement des orifices permet de diminuer le 5 gradient thermique radial (différentiel de température entre le flux primaire et le flux secondaire) et d'allonger la durée de vie du mélangeur du fait du gain sur l'épaisseur nominale du mélangeur. Enfin, ces orifices sont une solution économique, simple et efficace puisqu'une seule étape supplémentaire de perçage est nécessaire pour finaliser la réalisation d'un tel mélangeur. 10 Le mélangeur comprend également l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : les orifices sont ménagés dans les parois des lobes intérieurs, les orifices sont agencés suivant une rangée alignée avec la ligne de fond des lobes intérieurs, 15 chaque lobe intérieur comprend au moins deux rangées d'orifices qui sont chacune orientée suivant l'axe longitudinal LL, les orifices de chaque rangée sont répartis régulièrement et de manière azimutale, chaque orifice présente une inclinaison par rapport à la première direction 20 générale de la ligne de fond d'un lobe intérieur, chaque orifice présente une inclinaison par rapport à l'axe longitudinal LL, les inclinaisons des axes centraux des orifices sont identiques dans une même rangée, chaque orifice présente une paroi périphérique dont la section varie de 25 manière croissante ou décroissante entre un premier bord et un deuxième bord, chaque orifice présente un profil de type NACA, chaque lobe intérieur comprend au moins trois orifices. L'invention concerne également un arrière corps de turbomachine comprenant un 30 mélangeur présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées. L'invention concerne en outre une turbomachine comprenant un arrière corps comprenant les caractéristiques susmentionnées. 5. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et 35 avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples 4 purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : - La figure 1 présente une vue schématique et en coupe axiale d'un arrière corps d'une turbomachine double flux selon l'invention ; 5 La figure 2 est une vue en perspective et schématique de l'arrière d'un exemple d'arrière corps de turbomachine selon l'invention; La figure 3 représente un exemple de mélangeur comprenant une pluralité de lobes radiaux intérieurs et extérieurs suivant une vue de côté selon l'invention ; La figure 4 est une vue en perspective du mélangeur de la figure 3 selon 10 l'invention ; - La figure 5 est une vue arrière du mélangeur de la figure 3 selon l'invention ; La figure 6 est une représentation très schématique et suivant une coupe axiale passant par un lobe intérieur d'un mélangeur équipant un arrière corps de turbomachine selon l'invention ; et, 15 - La figure 7 est une vue très schématique d'orifices susceptibles d'être ménagés dans une paroi de lobe d'un mélangeur de turbomachine selon l'invention. 6. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 et 2 représentent un arrière corps 1 de turbomachine ayant un axe de central L-L. La turbomachine est une turbomachine double flux dont l'axe de symétrie 20 de révolution est coaxial avec l'axe LL. La turbomachine non représentée comprend typiquement une nacelle entourant une soufflante et un générateur de gaz en aval de la soufflante. Dans la présente description, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à l'axe longitudinal LL en référence au sens principal des écoulements des gaz dans la turbomachine. Le 25 générateur de gaz est enveloppé par un carter intérieur 31 (ou carter inter-veine) centré sur l'axe longitudinal LL. Un flux d'air entrant dans la turbomachine est entraîné par la soufflante en sortie de laquelle celui-ci se divise en un flux primaire H, passant dans le générateur de gaz et un flux d'air secondaire F2, passant entre la nacelle et le carter intérieur. Le carter intérieur comprend en amont de celui-ci un bec de séparation (non 30 représenté) qui divise le flux d'air entrant en flux primaire et en flux secondaire. Le flux primaire traversant le générateur de gaz rencontre le flux secondaire F2 à l'extrémité aval du carter intérieur. Le carter intérieur et un carter central centré sur l'axe longitudinal forment une veine primaire dans laquelle circule le flux primaire et ayant une forme annulaire, tandis que le carter intérieur et la nacelle forment une veine secondaire dans 35 laquelle circule le flux secondaire F2, également annulaire. De même, ici, la confluence entre les veines primaire et secondaire se fait dans une tuyère. 5 L'arrière corps 1 de la turbomachine comporte plus précisément dans le présent exemple : la tuyère 2 dont une paroi interne 3, de section transversale par rapport à l'axe central LL de la turbomachine, définit une portion de surface périphérique de la veine 5 secondaire 4 dans laquelle s'écoule le flux primaire F2 et dont une paroi externe 5 est en contact avec l'air extérieur; une portion de veine primaire 6 pour le flux primaire F1 dans la tuyère 2, de section essentiellement axisymétrique dans un plan transversal d'entrée dans la tuyère 2, d'abscisse XO sur l'axe LL ; 10 une portion de veine secondaire 4 de flux secondaire F2 dans la tuyère entourant la portion de veine primaire 6 dans le même plan transversal d'entrée dans la tuyère, également de section essentiellement axisymétrique dans ce plan; un mélangeur à lobes 7 disposé dans la tuyère 1 à la confluence entre la portion de veine primaire 6 et la portion de veine secondaire 4. 15 Dans l'exemple représentée, la tuyère 2 comprend une partie terminale 8 conformée pour former, à la confluence du jet de sortie de la tuyère avec l'écoulement d'air extérieur, des chevrons antibruit 9 combinés avec des déformations de la paroi interne 3 de la tuyère 2 dans le sens circonférentiel. Bien entendu, la partie terminale de la tuyère peut être dépourvue de ces chevrons. 20 Par ailleurs, ainsi que c'est représenté sur les figures 1 et 2, l'arrière corps comprend un corps central 10 limitant l'extension radiale de la veine primaire 6 à l'intérieur de la tuyère 1. Dans la présente description, les termes « radial » et « radialement » sont définis par rapport à un axe radial R perpendiculaire à l'axe longitudinal LL. Le corps central 10 prolonge vers l'aval le carter central. Ce corps central 10 n'est pas concerné 25 par l'invention. Sa forme, s'il existe, est prise en compte dans la géométrie de la tuyère et du mélangeur à lobes pour adapter la géométrie de la veine de passage du mélange des flux primaire et secondaire, à l'intérieur de la tuyère, au fonctionnement de la turbomachine. Nous intéressons plus particulièrement au mélangeur à lobes 7, placé ici à la 30 confluence entre la veine primaire 6 et la veine secondaire 4. En référence aux figures 1 et 3 à 5, le mélangeur à lobes 7 est une pièce profilée prolongeant à l'intérieur de la tuyère 2, les parois 30a, 30b séparant l'arrivée de flux primaire et l'arrivée de flux secondaire. Ici, il s'agit des parois 30a, 30b du carter intérieur 31 enveloppant le générateur de gaz. Le mélangeur à lobes 7 comporte plus précisément 35 une partie sensiblement cylindrique 11 (cf. figure 3) se raccordant à l'extrémité aval du carter intérieur 31. Cette partie sensiblement cylindrique 11 est placée en aval d'une 6 section transversale S11 comme cela est illustré sur la figue 3. Le mélangeur 7 présente à son extrémité aval un bord de fuite 12 dont l'épaisseur est généralement faible pour éviter un effet de culot entre les flux primaire et secondaire. Le mélangeur 7 s'arrête généralement à une distance significative de la partie terminale 8 de la tuyère pour 5 permettre au mélange de flux de s'homogénéiser. Dans le présent exemple de réalisation, le mélangeur comprend des lobes symétriques et périodiques en azimut autour de l'axe LL de la turbomachine. De manière alternative, les lobes sont inclinés, c'est-à-dire que chaque lobe présente une inclinaison par rapport à un axe radial passant par le centre de la turbomachine. De même, les lobes 10 peuvent présenter des formes différentes des uns des autres et des tailles différentes de manière à s'adapter à la configuration de la turbomachine. Certains lobes peuvent être par exemple plus larges ou plus étroits circonférentiellement que les autres. La ligne de bord de fuite 12 a une forme tridimensionnelle ondulée en azimut et régulière qui passe périodiquement par un point bas 13 de rayon minimum et un point 15 haut 14 de rayon maximum. La forme du mélangeur est préférentiellement obtenue en rejoignant cette ligne de bord de fuite 12 par des surfaces régulières lisses, d'un côté à la section circulaire de la paroi extérieure de la veine primaire, de l'autre côté à la section circulaire de la paroi intérieur de la veine secondaire. Les évolutions du bord de fuite 12 du mélangeur sont périodiques. De cette manière, la surface moyenne entre la paroi 20 radialement externe et la paroi radialement interne du mélangeur fait des ondulations périodiques en azimut autour de l'axe LL qui créent, du côté du flux primaire des lobes radiaux divergents dits lobes extérieurs 15, sous les points hauts 14 du bord de fuite 12, et du côté du flux secondaire des lobes convergents dit lobes intérieurs 16, au-dessus des points bas 13 du bord de fuite 12. 25 Les lobes intérieurs et extérieurs sont du type marguerite. Dans la description qui suit, les termes « intérieur » et « extérieur » désignent un élément du mélangeur ou de son environnement respectivement proche ou éloigné de l'axe longitudinal LL. De même, les termes « inférieur » et REVENDICATIONS1. Mélangeur à lobes (7) de turbomachine présentant un axe longitudinal LL et destiné à être placé à l'extrémité aval d'un carter intérieur de séparation de deux veines coaxiales primaire et secondaire (6, 4) dans lesquelles circulent respectivement un flux primaire et un flux secondaire (F1, F2), le mélangeur (7) comprenant un bord de fuite (12) et un alternance de lobes intérieurs (16) destinés à rentrer dans le flux primaire et de lobes extérieurs (15) destinés à rentrer dans le flux secondaire, chaque lobe intérieur et extérieur (16, 15) formant une goulotte avec un fond relié à des parois latérales, lesdits fonds des lobes intérieurs (16) présentant une ligne de fond (19) s'étendant radialement, vers l'intérieur, suivant une première direction générale (X1), pour guider le flux secondaire vers l'intérieur et les fonds des lobes extérieurs (15) présentant une ligne de fond (22) s'étendant radialement vers l'extérieur, suivant une deuxième direction générale (X2), pour guide le flux secondaire, vers l'extérieur, caractérisé en ce que le mélangeur (7) comprend une pluralité d'orifices (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c) configurés de manière à assurer un mélange du flux primaire et du flux secondaire en amont du bord de fuite. 2. Mélangeur (7) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les orifices (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c) sont ménagés dans les parois des lobes intérieurs (16). 3. Mélangeur (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c) sont agencés suivant une rangée alignée avec la ligne de fond (19) des lobes intérieurs (16). 4. Mélangeur (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce chaque lobe intérieur (16) comprend au moins deux rangées d'orifices (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c) qui sont chacune orientée suivant l'axe longitudinal LL. 5. Mélangeur (7) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les orifices (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c) de chaque rangée sont répartis régulièrement et de manière azimutale. 6. Mélangeur (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque orifice (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c) présente une inclinaison par rapport à la première direction générale de la ligne de fond (19) d'un lobe intérieur (16). 12 7. Mélangeur (7) selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que les orifices (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c) présentent une paroi périphérique (26) dont la section varie de manière croissante ou décroissante entre un premier bord (27) et 5 un deuxième bord (28). 8. Mélangeur (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque lobe intérieur (16) comprend au moins trois orifices (25, 25', 25", 25a, 25b, 25c). 9. Arrière corps (1) comprenant un mélangeur (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Turbomachine comprenant un arrière corps (1) selon la revendication précédente. 10 15