Brevet FR3135111A1 — publié le 20231103

Turbomoteur (1) comprenant : - un générateur de gaz (3) comprenant un compresseur, une chambre de combustion (5) et une turbine de détente (6) ; - une turbine de puissance (7) ; - un échangeur de chaleur (9) sectorisé, chacun des secteurs (10) comportant: - un premier circuit (11) relié à une sortie (14) du compresseur (4) et à une entrée (15) de la chambre de combustion (5), - un second circuit (16) relié à une sortie (19) de la turbine de puissance (7) et à une sortie d’échappement (20) d’une tuyère (21), le turbomoteur (1) comprend pour chaque secteur (10) un premier conduit de dérivation (22) reliant la sortie (14) du compresseur (4) et l’entrée (15) de la chambre de combustion (5) tout en bypassant le premier circuit (11), le turbomoteur (1) comprenant au moins un second conduit de dérivation (23) disposé circonférentiellement entre deux secteurs (10) successifs, le second conduit de dérivation (23) reliant la sortie (19) de la turbine de puissance (7) et la sortie d’échappement (20) de la tuyère (21) tout en bypassant les seconds circuits (16). Figure pour l'abrégé : 1 TURBOMOTEUR COMPRENANT UN ECHANGEUR DE CHALEUR Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un turbomoteur comprenant un échangeur de chaleur. Arrière-plan technique La demande FR2962487A1 au nom de la demanderesse décrit un turbomoteur fonctionnant selon un « cycle récupéré ». Un turbomoteur comprend classiquement notamment, d’amont en aval suivant le sens de circulation des gaz dans le turbomoteur, une entrée d’air, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine de détente (turbine haute pression), une turbine de puissance (turbine basse pression), et enfin une tuyère d’échappement. Le compresseur, la chambre de combustion et la turbine de détente forment un générateur de gaz dans lequel le rotor du compresseur est entrainé mécaniquement par le rotor de la turbine de détente via un arbre de transmission. La turbine de puissance est indépendante du générateur de gaz, et est destinée à entrainer une prise de mouvement (ou prise de force) du turbomoteur sur laquelle sont par exemple connectés le ou les propulseurs de l’aéronef. L'air qui pénètre par l’entrée d’air est comprimé par le compresseur, puis injecté dans la chambre de combustion pour être mélangé avec du carburant. Le mélange air/carburant est brûlé et détendu dans la turbine de détente puis dans la turbine de puissance avant d’être évacué du turbomoteur par la tuyère d’échappement. Le turbomoteur décrit dans la demande FR2962487A1 fonctionne selon un « cycle récupéré » car l’énergie thermique résiduelle des gaz d’échappement est récupérée via des échangeurs de chaleur placés dans la tuyère d’échappement, puis réinjectée dans le turbomoteur pour optimiser son rendement. L’énergie thermique récupérée par les échangeurs de chaleur est par exemple utilisée pour réchauffer l’air comprimé sortant du compresseur avant son entrée dans la chambre de combustion. Les motoristes constatent qu’une telle utilisation de l’énergie thermique récupérée est favorable aux performances du turbomoteur sur certains régimes de fonctionnement, et notamment lorsque le turbomoteur fonctionne dans un régime de puissance partielle. Toutefois, une telle utilisation de l’énergie thermique récupérée est inadaptée ou défavorable sur d’autres régimes de fonctionnement, et notamment lorsque le turbomoteur fonctionne dans un régime d’accélération ou de décélération. L’objectif de la présente invention est donc d’apporter une solution simple, efficace et économique permettant d’adapter ou d’optimiser les performances d’un turbomoteur avec échangeur sur l’ensemble de ses régimes de fonctionnement. L’invention propose ainsi un turbomoteur pour un aéronef, le turbomoteur comprenant : - un générateur de gaz comprenant un compresseur, une chambre de combustion et une turbine de détente, le compresseur et la turbine de détente étant liés et mobiles autour d’un axe longitudinal X ; - une turbine de puissance qui entraine en rotation une prise de mouvement ; - un échangeur de chaleur annulaire autour de l’axe X et sectorisé comportant au moins deux secteurs annulaires, chacun des secteurs comportant: - un premier circuit comportant une entrée reliée à une sortie du compresseur et une sortie reliée à une entrée de la chambre de combustion, et - un second circuit comportant une entrée reliée à une sortie de la turbine de puissance et une sortie reliée à une sortie d’échappement d’une tuyère du turbomoteur, caractérisé en ce que le turbomoteur comprend pour chaque secteur un premier conduit de dérivation reliant la sortie du compresseur et l’entrée de la chambre de combustion tout en bypassant le premier circuit, le turbomoteur comprenant en outre au moins un second conduit de dérivation disposé circonférentiellement entre deux secteurs successifs, le second conduit de dérivation reliant la sortie de la turbine de puissance et la sortie d’échappement de la tuyère tout en bypassant les seconds circuits. De tels conduits de dérivation offrent la possibilité de bypasser (ou d’éviter) les premier et second circuits de l’échangeur de chaleur, de façon à adapter ou à optimiser les performances du turbomoteur sur l’ensemble de ses régimes de fonctionnement. Autrement dit, de tels conduits de dérivation offrent la possibilité de modifier le cycle de fonctionnement du turbomoteur en fonction de son régime, le turbomoteur pouvant notamment fonctionner selon un « cycle classique », ou un « cycle récupéré », ou bien encore un « cycle hybride ». En « cycle classique », l’air comprimé et les gaz d’échappement traversent respectivement les premier et second conduits de dérivation. L’écoulement de l’air comprimé et des gaz d’échappement est maximisé. Un tel cycle est par exemple utilisé sous un régime PMD (puissance maximale au décollage) ou d’accélération, de manière à maximiser ou prioriser la puissance mécanique délivrée par le turbomoteur via la prise de mouvement. En « cycle récupéré », l’air comprimé et les gaz d’échappement traversent respectivement les premier et second circuits de l’échangeur de chaleur. L’énergie thermique résiduelle des gaz d’échappement est ainsi récupérée via l’échangeur de chaleur, de manière à réchauffer l’air comprimé sortant du compresseur avant son entrée dans la chambre de combustion. Un tel cycle est par exemple utilisé sous un régime de puissance partielle, de manière à optimiser les performances du turbomoteur. En « cycle hybride », seuls les premiers circuits ou les seconds circuits de l’échangeur de chaleur sont traversés respectivement par l’air comprimé ou les gaz d’échappement. Un tel cycle est par exemple utilisé sous un régime de décélération où les gaz d’échappement traversent les seconds circuits de l’échangeur de chaleur, de manière à réduire la puissance mécanique délivrée par le turbomoteur. Le turbomoteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le nombre de seconds conduits de dérivation est égal au nombre de secteurs de l’échangeur de chaleur, chacun des seconds conduits de dérivation étant disposé circonférentiellement entre deux secteurs successifs ; - les secteurs de l’échangeur de chaleur sont disposés dans la tuyère annulaire du turbomoteur ; - au moins l’un des premiers conduits de dérivation comprend un premier élément d’obturation qui est mobile entre une position ouverte dans laquelle l’élément d’obturation autorise l’air comprimé sortant du compresseur à traverser le premier conduit de dérivation, et une position fermée dans laquelle le premier élément d’obturation empêche l’air comprimé sortant du compresseur de traverser le premier conduit de dérivation ; - au moins l’un des seconds conduits de dérivation comprend un second élément d’obturation qui est mobile entre une position ouverte dans laquelle le second élément d’obturation autorise les gaz d’échappement sortant de la turbine de puissance à traverser le second conduit de dérivation, et une position fermée dans laquelle le second élément d’obturation empêche les gaz d’échappement sortant de la turbine de puissance de traverser le second conduit de dérivation ; - les premier et second éléments d’obturation sont configurés pour occuper les positions suivantes dans au moins l’un des régimes de fonctionnement suivants du turbomoteur : - les premier et second éléments d’obturation sont dans une position ouverte lorsque le turbomoteur est dans un régime de puissance maximale au décollage dit PMD ; - les premier et second éléments d’obturation sont dans une position fermée lorsque le turbomoteur est dans un régime de puissance partielle ; - les premier et second éléments d’obturation sont dans une position ouverte lorsque le turbomoteur est dans un régime d’accélération ; - le premier élément d’obturation est dans une position ouverte et le second élément d’obturation est dans une position fermée lorsque le turbomoteur est dans un régime de décélération ; - le premier élément d’obturation et/ou le second élément d’obturation est un volet pivotant ; - chaque secteur est monobloc, et de préférence réalisé en fabrication additive ; - la sortie d’échappement de la tuyère est disposée à 12h par analogie au cadran d’une montre. La présente invention concerne également un aéronef comprenant un turbomoteur tel que décrit précédemment. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue schématique d’un turbomoteur comprenant un échangeur de chaleur selon l’invention ; la est une vue de détail schématique d’une tuyère du turbomoteur de la ; la est une vue en coupe transversale schématique de la tuyère illustrée sur la ; la est une vue de détail schématique d’un secteur de l’échangeur de chaleur dans lequel le volet d’un premier conduit de dérivation est dans une position ouverte ; la est une vue semblable à la dans laquelle le volet est dans une position intermédiaire ; la est une vue semblable à la dans laquelle le volet est dans une position fermée ; la est une vue de détail schématique de l’échangeur de chaleur dans lequel le volet d’un second conduit de dérivation est dans une position ouverte ; la est une vue semblable à la dans laquelle le volet est dans une position intermédiaire ; la est une vue semblable à la dans laquelle le volet est dans une position fermée. Turbomoteur (1) pour un aéronef (2), le turbomoteur (1) comprenant : - un générateur de gaz (3) comprenant un compresseur, une chambre de combustion (5) et une turbine de détente (6), le compresseur (4) et la turbine de détente (6) étant liés et mobiles autour d’un axe longitudinal (X) ; - une turbine de puissance (7) qui entraine en rotation une prise de mouvement (8) ; - un échangeur de chaleur (9) annulaire autour de l’axe (X) et sectorisé comportant au moins deux secteurs (10) annulaires, chacun des secteurs (10) comportant: - un premier circuit (11) comportant une entrée (12) reliée à une sortie (14) du compresseur (4) et une sortie (13) reliée à une entrée (15) de la chambre de combustion (5), et - un second circuit (16) comportant une entrée (17) reliée à une sortie (19) de la turbine de puissance (7) et une sortie (18) reliée à une sortie d’échappement (20) d’une tuyère (21) du turbomoteur (1), caractérisé en ce que le turbomoteur (1) comprend pour chaque secteur (10) un premier conduit de dérivation (22) reliant la sortie (14) du compresseur (4) et l’entrée (15) de la chambre de combustion (5) tout en bypassant le premier circuit (11), le turbomoteur (1) comprenant en outre au moins un second conduit de dérivation (23) disposé circonférentiellement entre deux secteurs (10) successifs, le second conduit de dérivation (23) reliant la sortie (19) de la turbine de puissance (7) et la sortie d’échappement (20) de la tuyère (21) tout en bypassant les seconds circuits (16). Turbomoteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de seconds conduits de dérivation (23) est égal au nombre de secteurs (10) de l’échangeur de chaleur (9), chacun des seconds conduits de dérivation (23) étant disposé circonférentiellement entre deux secteurs (10) successifs. Turbomoteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les secteurs (10) de l’échangeur de chaleur (9) sont disposés dans la tuyère (21) annulaire du turbomoteur (1). Turbomoteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins l’un des premiers conduits de dérivation (22) comprend un premier élément d’obturation (36) qui est mobile entre une position ouverte dans laquelle le premier élément d’obturation (36) autorise l’air comprimé (A) sortant du compresseur (4) à traverser le premier conduit de dérivation (22), et une position fermée dans laquelle le premier élément d’obturation (36) empêche l’air comprimé (A) sortant du compresseur (4) de traverser le premier conduit de dérivation (22). Turbomoteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins l’un des seconds conduits de dérivation (23) comprend un second élément d’obturation (37) qui est mobile entre une position ouverte dans laquelle le second élément d’obturation (37) autorise les gaz d’échappement (G) sortant de la turbine de puissance (7) à traverser le second conduit de dérivation (23), et une position fermée dans laquelle le second élément d’obturation (37) empêche les gaz d’échappement (G) sortant de la turbine de puissance (7) de traverser le second conduit de dérivation (23). Turbomoteur (1) selon les revendications 4 et 5 en combinaison, caractérisé en ce que les premier et second éléments d’obturation (36, 37) sont configurés pour occuper les positions suivantes dans au moins l’un des régimes de fonctionnement suivants du turbomoteur (1) : - les premier et second éléments d’obturation (36, 37) sont dans une position ouverte lorsque le turbomoteur (1) est dans un régime de puissance maximale au décollage dit PMD ; - les premier et second éléments d’obturation (36, 37) sont dans une position fermée lorsque le turbomoteur (1) est dans un régime de puissance partielle ; - les premier et second éléments d’obturation (36, 37) sont dans une position ouverte lorsque le turbomoteur (1) est dans un régime d’accélération ; - le premier élément d’obturation (36) est dans une position ouverte et le second élément d’obturation (37) est dans une position fermée lorsque le turbomoteur (1) est dans un régime de décélération. Turbomoteur (1) selon les revendications 4 et 5 en combinaison, caractérisé en ce que le premier élément d’obturation (36) et/ou le second élément d’obturation (37) est un volet pivotant. Turbomoteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque secteur (10) est monobloc, et de préférence réalisé en fabrication additive. Turbomoteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie d’échappement (20) de la tuyère (21) est disposée à 12h par analogie au cadran d’une montre. Aéronef (2) comprenant un turbomoteur (1) selon l’une des revendications précédentes.