Brevet FR3100287A1 — publié le 20210305

Description Titre de l'invention : Turboréacteur à double flux amélioré Domaine technique [0001] Le présent exposé concerne le domaine des turboréacteurs à double flux, et concerne plus précisément la structure des aubes définissant l'éjection du flux primaire. Technique antérieure [0002] Les turboréacteurs à double flux comprennent communément un flux primaire ou flux haute pression qui traverse un compresseur, une chambre (le combustion et une turbine, et un Ilux secondaire ou flux basse pression qui traverse la soufflante ou « fan » du turboréacteur. Le flux primaire forme la partie centrale ou interne de l'écoulement, tandis que le flux secondaire est positionné autour du flux primaire. La figure 1 présente ainsi une structure connue de turboréacteur 1 à double flux présentant un corps 10 s'étendant selon un axe principal Z-Z. Lc corps 10 présente un canal interne définissant un flux primaire FI traversant successivement un compresseur 12, une chambre de combustion 14, une turbine 16 et une pluralité d'aubes 18 (ou « couronne » selon le terme utilisé couramment). Le turboréacteur I comprend également une soufflante 22 ou « fan » ainsi que des redresseurs 24s'étendant autour du corps 10 et entourés par un carter externe 20. Le fluide s'écoulant entre le corps 10 et le carter externe 20 forme un écoulement secondaire F2. [0003] De manière conventionnelle, on cherche à minimiser la giration de l'écoulement à l'éjection, pour un point de fonctionnement spécifié du turboréacteur. Une telle configuration permet en effet de maximiser la poussée du flux primaire pour ce point de fonctionnement. [0004] Les figures 2 et 3 représentent ainsi schématiquement l'écoulement en aval du turbo- réacteur. La figure 2 représente une vue selon l'axe principal Z-Z de l'écoulement du flux primaire Fl et du flux secondaire F2 en aval du turboréacteur 1. La figure 3 symbolise l'action de redressement du flux primaire FI par les aubes 18. On voit notamment sur cette figure qu'e les aubes 18 présentent des profils configurés de manière à redresser le flux aval, c'est-à-dire orienter le flux aval de sorte que la direction de son écoulement soit sensiblement selon l'axe principal Z-Z. [0005] Le présent exposé vient ici proposer une approche se démarquant de cette pratique, en considérant des paramètres de fonctionnement de tels turboréacteurs qui n'ont pas été considérés à ce jour. Exposé de l'invention 100061 Le présent exposé concerne ainsi un turboréacteur comprenant un flux primaire et un flux secondaire, le flux primaire étant enveloppé par le flux secondaire, en aval du tur- 2 boréacteur, le turboréacteur présentant un axe principal et comprenant successivement un compresseur, une chambre de combustion et une turbine définissant le flux primaire, et une pluralité d'ensembles d'aubes positionnés successivement dans le flux primaire, en aval de la turbine, chaque ensemble d'aube comprenant une pluralité d'aubes s'étendant radialement autour de l'axe principal, entre un diamètre interne et un diamètre externe, caractérisé en ce que tout ou partie des ensembles d'aubes présente un segment interne et un segment externe, le segment interne étant configuré de manière à définir un écoulement. aval ayant un angle de giration inférieur à 5°, et le segment externe étant configuré de manière à définir un écoulement aval ayant un angle de giration supérieur à 5°. [0007] Selon un exemple, pour chaque ensemble d'aubes présentant un segment interne et un segment externe, une frontière entre le segment interne et le segment externe est située à une hauteur comprise entre 70% et 95% de la hauteur des aubes dudit ensemble d'aubes. [0008] Pour deux ensembles d'aubes disposés successivement dans le flux primaire, le posi- tionnement de la frontière est alors typiquement situé à un rayon par rapport à l'axe principal Z-Z croissant de l'amont vers l'aval. [0009] Selon un exemple, lesdits segments d'aubes présentent un segment externe ayant un angle de calage supérieur à 80°. [0010] Selon un exemple, lesdits segments d'aubes présentent un segment externe ayant un angle de cambrure supérieur à 160°. [0011] Selon un exemple, lesdits segments d'aubes présentent une loi de vrillage évoluant de façon continue sur toute la hauteur de chacune des aubes. [0012] Selon un exemple, lequel au moins l'ensemble d'aubes situé le plus en aval selon l'écoulement du flux primaire présente un segment interne et un segment externe configurés respectivement de manière à définir un écoulement aval ayant un angle de giration inférieur à 5° et un écoulement aval ayant un angle de giration supérieur à 5°. [0013] Les ensembles d'aubes sont alors typiquement configurés de manière à ce que l'angle de giration soit maximal pour un flux primaire s'écoulant à un rayon supérieur à 95% de la hauteur des aubes les plus en aval dans le flux primaire. [0014] Le présent exposé concerne également un aéronef comprenant un turboréacteur tel que mentionné précédemment. Brève description des dessins [0015] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. [0016] [fig.1] La figure 1 décrite précédemment présente un turboréacteur a double flux. 3 100171 Ifie.21 La figure 2 décrite précédemment schématise le flux en aval du turboréacteur. [0018] [fig.3] La figure 3 décrite précédemment schématise le redressement du flux primaire. [0019] [fig.4] La figure 4 schématise le flux en aval du turboréacteur selon un aspect du présent exposé. [0020] [fig.5] La figure 5 schématise l'effet des aubes sur le flux primaire selon un aspect du présent exposé. [0021] [fig.6] La figure 6 présente une vue axiale d'un ensemble d'aubes d'un turboréacteur selon un aspect du présent exposé. [0022] [fig.7] La figure 7 est un graphe symbolisant la modification du flux réalisée par un turboréacteur selon un aspect du présent exposé. [0023] [fig.8] La figure 8 représente schématiquement un effet de la succession d'ensembles d'aubes selon un aspect de l'exposé. [0024] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. Description des modes de réalisation [0025] On décrit à présent différents modes de réalisation d'un turboréacteur selon le présent exposé. La structure générale du turboréacteur 1 est similaire à celle déjà présentée sur en référence à la figure 1. [0026] On présente sur la figure 4 schématiquement l'effet d'un mouvement giratoire du flux primaire Fl en aval du turboréacteur, et plus précisément d'une portion radialement externe du flux primaire Fl . On représente sur cette figure l'orientation du vecteur vitesse de particules du flux primaire Fl et du flux secondaire F2 autour de l'axe principal Z-Z. [0027] On voir sur cette figure que le mouvement giratoire d'une portion radialement externe du flux primaire Fl va entraîner une propagation du flux primaire Fl dans le flux secondaire F2. Contrairement à la pratique établie, le demandeur a pu déterminer qu'une propagation et une pénétration du flux primaire Fl dans le flux secondaire F2 entrainc une augmentation de la performance générale du turboréacteur, et une diminution des niveaux de bruits rayonnés. [0028] La figure 5 illustre schématiquement l'effet des aubes sur le flux primaire selon un aspect du présent exposé. Comme on le voit sur cette figure, les aubes vont ici présenter des profils aérodynamiques au moins partiellement configurés de manière à ce qu'une portion du flux primaire Fl en aval des aubes considérées présente un angle de giration non nul, ou plus précisément supérieur à 5°. [0029] Par angle de giration, on entend l'angle formé entre le vecteur vitesse tangentiel d'une particule fluide et l'axe de révolution de la tuyère, pour un rayon donné, au niveau du plan d'éjection du flux primaire, et l'axe de la tuyère. [0030] On considère dans le présent exposé qu'un angle de giration ayant une valeur in- férieure à 5° est considéré comme négligeable ou nul. A l'inverse, un angle de giration supérieur à 5° est considéré non négligeable ou non-nul. [0031] Comme indiqué précédemment en référence à la figure 4, le turboréacteur 1 tel que proposé présente un flux primaire Fl ayant au moins partiellement un angle de giration non-nul (c'est-à-dire supérieur à 5°). [0032] Plus précisément, le flux primaire Fl présente une région interne et une région externe s'étendant radialement autour de la région interne. [0033] Le flux primaire Fl dans la région interne présente un angle de giration inférieur à 5', c'est-à-dire nul. Le flux primaire Fl dans la région externe présente un angle de giration supérieur à 5', c'est-à-dire non-nul. [0034] Afin d'obtenir une telle variation de l'angle de giration au sein du flux primaire Fl, on fait évoluer la géométrie des aubes 18 en fonction de la hauteur de l'aube considérée, la hauteur étant mesurée radialement par rapport à l'axe principal Z-Z. [0035] La figure 6 représente une vue d'une grille auhagée de turboréacteur 1 comprenant une pluralité d'auhages 18 s'étendant entre un moyeu de turbine 32 et un carter de turbine 34. La grille aubagée est typiquement l'ensemble d'aubagcs le plus en aval dans l'écoulement du flux primaire Fl . On y représente une frontière 30 ou interface entre un segment interne 18i et un segment externe 18x, cette frontière 30 étant positionnée sur un rayon Ri par rapport à l'axe principal Z-Z. [0036] Les aubes 18 sont ainsi configurées de manière à avoir une géométrie variable selon leur hauteur. Leur géométrie est réalisée de manière à ce que le flux primaire traversant le segment externe 18x de l'ensemble d'aubes présente un angle de giration supérieur à 5° en aval de l'ensemble d'aubes, et de manière à ce que le flux primaire traversant le segment interne 18i de l'ensemble d'aubes présente un angle de giration inférieur à 5° en aval de l'ensemble d'aubes. [0037] Cette fonction est représentée sur la figure 7, qui est un graphe représentant l'évolution de l'angle de giration a. du flux primaire FI en fonction du rayon R. Le rayon minimal Rmin correspond ici au pied des aubes 18, c'est-à-dire au diamètre externe du moyeu de la turbine 32, tandis que le rayon maximal Rmax correspond au diamètre interne du carter de la turbine 34, la différence entre le rayon minimal et le rayon maximal correspondant à la hauteur des aubes 18 considérées. On comprend que le diamètre interne et le diamètre externe du carter de la turbine 34 peuvent évoluer, et ne sont pas nécessairement constant. On voit que l'angle de giration a. est inférieur à 5° pour un rayon inférieur à Ri, et supérieur à 5° pour un rayon supérieur à Ri. [0038] Le rayon Ri est typiquement situé entre 70% et 95% de la hauteur des aubes 18 considérées, c'est-à-dire à un rayon mesuré depuis l'axe principal Z-Z égal à Rmin + (Rmax-Rmin) x Y, où Y est compris entre 0,7 et 0,95. [0039] Une telle configuration des aubes 18 permet ainsi d'obtenir un flux primaire Fl ayant une configuration telle que présentée en figure 4. [0040] La grille aubagée correspond à l'ensemble d'aubes le plus en aval dans le flux primaire Fl . La grille auhagée est ainsi configurée de manière à modifier l'angle de giration du flux primaire Fl. D'autres ensembles d'aubes situés en amont de la grille auhagée peuvent également être configurés de manière à modifier l'angle de giration du flux primaire FI afin d'obtenir un angle de giration supérieur à 5° dans une région externe du flux primaire Fl . [0041] Un ou plusieurs ensembles d'aubes peuvent ainsi être configurés de manière à modifier l'angle de giration du flux primaire FI. La figure 8 illustre un exemple de configuration dans laquelle trois ensembles d'aubes successifs réalisent une modification de l'angle de giration du flux primaire Fl . [0042] On représente sur cette figure la turbine 16, et trois ensembles d'aubes 18a, 18h et 18e situés en aval de la turbine 16. [0043] On symbolise pour chacun de ces ensembles d'aubes le rayon Ri de la frontière dé- limitant le segment interne 18i du segment externe 18x de l'ensemble d'aubes considéré, respectivement Ria, Rib et Ric. Les valeurs de Ria, Rib et Ric peuvent être identiques ou distinctes. Dans l'exemple présenté, elles sont distinctes, ce qui permet de faire évoluer progressivement la démarcation entre la région interne et la région externe du flux primaire Fl. Les valeurs Ri des différents ensembles d'aubes sont typiquement telles que pour deux ensembles d'aubes successifs, la valeur Ri de l'ensemble d'aubes en amont est inférieure ou égal à la valeur Ri de l'ensemble d'aubes en aval. Dans l'exemple illustré, on a donc la relation Ria REVENDICATIONS[Revendication 1] Turboréacteur (1)comprenant un flux primaire (F1) et un flux se- condaire (F2), le flux primaire (F1) étant enveloppé par le flux secondaire (F2), en aval du turboréacteur, le turboréacteur (1) présentant un axe principal (Z-Z) et comprenant successivement un compresseur (12), unc chambre dc combustion (14) et une turbine (16) définissant le flux primaire, et une pluralité d'ensembles d'aubes (18) positionnés successivement dans le flux primaire (F1), en aval dc la turbine (16), chaque ensemble d'aube (18) comprenant une pluralité d'aubes s'étendant radialement autour de l'axe principal (Z-Z), entre un diamètre interne (Rmin) et un diamètre externe (Rima() caractérisé en ce que tout ou partie des ensembles d'aubes (18) présente un segment interne (18i) et un segment externe (18x), le segment interne (18i) étant configuré de manière à définir un écoulement aval ayant un angle de giration (a) inférieur à 5°, et le segment externe (18x) étant configuré de manière à définir un écoulement aval ayant un angle de giration (a) supérieur à 5°. [Revendication 2] Turboréacteur (1) selon la revendication 1, dans lequel pour chaque ensemble d'aubes (18) présentant un segment interne (18i) et un segment externe (18x), une frontière (30) entre le segment interne (18i) et le segment externe (18x) est située à une hauteur comprise entre 70% et 95% de la hauteur des aubes dudit ensemble d'aubes (18). [Revendication 3] Turboréacteur (1) selon la revendication 2, dans lequel pour deux ensembles d'aubes (18) disposés successivement dans le flux primaire, le positionnement de la frontière (30) est situé à un rayon (Ri) par rapport à l'axe principal Z-Z croissant de l'amont vers l'aval. [Revendication 4] Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits ensembles d'aubes (18) présentent un segment externe (18x) ayant un angle de calage (o) supérieur à 80°. [Revendication 5] Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits ensembles d'aubes (18) présentent un segment externe (18x) ayant un angle de cambrure (y) supérieur à 160°. [Revendication 6] Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits ensembles d'aubes (18) présentent une loi de vrillage évoluant de façon continue sur toute la hauteur de chacune des aubes. 9 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel au moins l'ensemble d'aubes (18) situé le plus en aval selon l'écoulement du flux primaire (F1) présente un segment interne et un segment externe (18x) configurés respectivement de manière à définir un écoulement aval ayant un angle de giration (et) inférieur à 5° et un écoulement aval ayant un angle de giration (a) supérieur à 5°. Turboréacteur (1) selon la revendication 7, dans lequel les ensembles d'aubes (18) sont configurés de manière à ce que de giration (a) soit maximal pour un flux primaire s'écoulant à un rayon supérieur à 95% de la hauteur des aubes les plus en aval dans le flux primaire (F1). Aéronef comprenant un turboréacteur selon rune des revendications 1 à 8.