Brevet FR3150249A1 — publié le 20241227

L’invention a pour objet un arrière-corps de turboréacteur (1), comprenant un carter (13) s’étendant autour d’un axe longitudinal (AX) et une chemise (16) de protection thermique coaxiale au carter (13) et qui s’étend à l’intérieur de ce carter (13) pour délimiter une chambre de post-combustion (12), caractérisé en ce qu’il comporte un élément cylindrique anti-crissement qui s’étend coaxialement à la chemise (16) le long d’une face radialement interne de cette chemise (16) et à distance de cette face radialement interne. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Arrière-corps de turboréacteur comprenant une chemise interne et une plaque perforée anti crissement longeant cette chemise L’invention s'applique au domaine de la propulsion aéronautique militaire, et plus particulièrement aux turboréacteurs équipés d’une chambre de post-combustion. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un turboréacteur, l'air est admis dans une manche d'entrée pour traverser un compresseur basse pression avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire est ensuite compressé dans un compresseur haute pression avant d'arriver dans une chambre de combustion, après quoi il est détendu dans une turbine haute pression puis dans une turbine basse pression avant d'être évacué vers l'arrière. Le flux secondaire est quant à lui propulsé vers l'arrière sans être compressé. Dans le cas d’un turboréacteur à post-combustion, un arrière-corps comportant une chambre de post-combustion s’étend en aval de la turbine basse pression. Cette chambre de post-combustion collecte les flux primaire et secondaire pour y injecter du carburant pour engendrer une combustion additionnelle permettant d’accroître temporairement la poussée totale. Dans cette chambre de post-combustion, le carburant est introduit par des injecteurs, en aval desquels des bras accroche-flamme s’étendant radialement et des bougies, sont prévus pour enflammer le carburant injecté. Un tel moteur peut ainsi fonctionner en régime dit sec dans lequel la post-combustion n’est pas activée, ou en régime de post-combustion dans lequel la chambre de post-combustion est alimentée en carburant. La chambre de post-combustion comporte un carter sensiblement cylindrique équipé d’une chemise interne, et une portion du flux secondaire circule entre la chemise et le carter pour le refroidir afin de limiter son échauffement. En régime de post-combustion, des instabilités de combustion peuvent exciter des modes acoustiques de vibration par dégagement instationnaire de chaleur. Ceci peut mettre en résonnance des modes propres de vibration de la chambre de post-combustion pouvant endommager la chemise, voire de la détruire. Ces modes propres de vibration qui sont situés dans le domaine des hautes fréquences sont généralement désignés par l’appellation « crissement », ou « screech » en langue anglaise. Une solution peut consister à équiper la portion amont de la chemise d’un agencement de type résonnateur de Helmholtz pour amortir ces modes vibratoires afin de protéger cette chemise. Dans ce cas, un compartiment ou caisson torique est formé à la face externe de la chemise dans sa région amont, et des trous débouchant dans ce compartiment sont formés à travers la chemise. L’épaisseur radiale du compartiment et le diamètre des trous sont alors déterminés en fonction des fréquences des modes de vibration à absorber. La mise en œuvre d’un tel caisson introduit cependant une complexité importante puisqu’elle nécessite son intégration dans l’espace restreint s’étendant entre la chemise et le carter qui l’entoure et qui est lui-même soumis à des contraintes thermiques sévères. En pratique, il est possible de s’affranchir d’un tel caisson en formant uniquement des trous traversant la chemise dans sa région amont, ces trous ayant des diamètres déterminés sur la base des fréquences à absorber. Une telle solution se rapproche d’un agencement de type résonnateur de Helmholtz, de sorte qu’elle permet en pratique d’absorber les modes de vibrations. Cependant, avec une telle solution, une portion significative de la part de flux secondaire admise dans l’espace s’étendant entre la chemise et le carter est évacuée vers la chambre de post-combustion, à travers les trous prévus pour absorber les modes de vibration propre, ce qui pénalise le refroidissement du carter et/ou la consommation du moteur. Dans ce cadre, l’invention a pour objet d’apporter une solution pour éviter l'apparition du phénomène de crissement (screech) lorsque la post-combustion du turboréacteur est activée, sans pénaliser le refroidissement du carter de post-combustion ni la consommation du moteur. A cet effet, l’invention a pour objet un arrière-corps de turboréacteur, comprenant un carter s’étendant autour d’un axe longitudinal et une chemise de protection thermique coaxiale au carter et qui s’étend à l’intérieur de ce carter pour délimiter une chambre de post-combustion, caractérisé en ce qu’il comporte un élément anti-crissement qui est une tôle de révolution perforée s’étendant coaxialement à la chemise le long d’une face radialement interne de cette chemise et à distance de cette face radialement interne en étant située au niveau d’une portion amont de cette chemise. L’invention permet une intégration très simple d’un dispositif anti-crissement. Ce dispositif pouvant être une tôle cylindrique perforée, il ne perturbe pas l’écoulement et n’introduit quasiment pas de perte de charge dans cet écoulement. L’invention permet en outre d’accroître le débit dans l’espace annulaire entourant la chemise de refroidissement, pour éventuellement améliorer le refroidissement d’une tuyère située en aval du carter arrière. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la tôle de révolution est portée par des pontets fixés à la chemise et situés à l’extrémité amont de cette tôle de révolution. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la tôle de révolution est portée par des pontets fixés à la chemise et situés à l’extrémité aval de cette tôle de révolution. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la chemise comporte une portion cylindrique au niveau des pontets de maintien de la tôle de révolution. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la tôle de révolution est cylindrique. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la tôle de révolution est fixée par rivetage. L’invention concerne également un turboréacteur comportant un arrière-corps ainsi défini. L’invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, comportant un carter d’échappement portant une tôle de confluence, et dans lequel la tôle de révolution perforée s’étend dans le prolongement de la tôle de confluence. L’invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, dans lequel la tôle de révolution perforée est formée par une portion aval de la tôle de confluence. La est une vue en coupe longitudinale schématique d’un turboréacteur selon l’invention ; La est une vue en coupe longitudinale partielle et schématique de l’arrière-corps du turboréacteur selon l’invention ; La est une vue en coupe longitudinale partielle de l’arrière-corps du turboréacteur selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la , le turboréacteur 1 selon l’invention a une forme générale de révolution s’étendant autour d’un axe longitudinal AX, il comporte à son amont AM une manche d’entrée par laquelle l'air est admis pour traverser un compresseur basse pression 2 avant d’être scindé en un flux primaire central F1 et un flux secondaire F2 entourant le flux primaire. Le flux primaire F1 est ensuite compressé dans un compresseur haute pression 3 avant d'arriver dans une chambre de combustion 4, après quoi il est détendu à travers une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par le compresseur basse pression 2 dans une veine délimitée extérieurement par un carter principal 8. Les flux primaire F1 et secondaire F2 traversent ensuite un carter d’échappement 9 situé en aval de la turbine basse pression, qui est prolongé par une tôle de confluence 11 s’étendant en aval de ce carter d’échappement. Ce turboréacteur est équipé en aval de la turbine 7 d’une chambre de post-combustion 12 délimitée par un carter arrière 13, dans laquelle le flux secondaire F2 rejoint le flux primaire F1 pour former le flux de propulsion Fp. Les deux flux se rejoignent en aval de la tôle de confluence 11 qui prolonge la séparation entre le flux primaire F1 et le flux secondaire F2. Après avoir traversé la turbine basse pression 7, le flux primaire F1 circule ainsi entre la tôle de confluence 11 et un cône de sortie 14 entouré par cette tôle 11 pour atteindre la chambre de post-combustion 12. La paroi du carter arrière 13 est doublée au niveau de la chambre 12 par une chemise interne 16 délimitant avec celui-ci un espace annulaire 17. Une partie du flux secondaire est dirigée dans cet espace annulaire 17 pour le ventiler afin de limiter l’échauffement du carter 13. La chambre de post-combustion correspond à l’arrière-corps du turboréacteur qui peut aussi comporter une tuyère comprenant une portion convergente et une portion divergente qui s’étendent alors dans le prolongement de la chambre de post-combustion. Des injecteurs non représentés situés en aval de la turbine basse pression 7 sont prévus pour introduire du carburant additionnel afin d’engendrer une combustion supplémentaire dans la chambre 12 lorsque le moteur est en régime de post-combustion. Complémentairement, des bras accroche-flamme 18 situés en aval de la tôle de confluence 11 enflamment le carburant introduit par les injecteurs, lorsque le moteur fonctionne en régime de post-combustion. Selon l’invention, on prévoit un élément cylindrique anti-crissement qui s’étend coaxialement à la chemise le long d’une face radialement interne de cette chemise. Comme visible plus clairement sur la , cet élément anti-crissement est une tôle de révolution perforée 19 qui est cylindrique et coaxiale à l’axe AX. Cette tôle de révolution 19 s’étend radialement à distance de la face interne de la chemise 16. Elle s’étend longitudinalement depuis l’extrémité amont de cette chemise 16 sur une longueur de l’ordre du tiers ou de la moitié de la longueur de cette chemise 16. Cette tôle de révolution 19 délimite ainsi avec la chemise 16 qui l’entoure un espace de révolution 21 qui est ouvert vers l’amont AM et vers l’aval AV au lieu d’être clos. Une part du flux secondaire F2 issu du moteur circule ainsi à travers cet espace de révolution 21 en entrant par son extrémité amont 22 et en sortant par son extrémité aval 23. Une autre part du flux secondaire F2 circule d’une manière analogue dans l’espace annulaire 17. Comme visible sur la , cette tôle de révolution 19 comporte des trous traversants 24 qui sont régulièrement répartis sur l’essentiel de sa surface, de sorte qu’elle constitue avec l’espace de révolution 21 qu’elle délimite un ensemble de résonnateurs de Helmholtz. Les trous 24 et l’épaisseur radiale de l’espace de révolution 21 sont dimensionnés en fonction de la plage de fréquences de crissement devant être absorbée. Cette plage de fréquences qui est déterminée par la géométrie du moteur et par son régime de fonctionnement peut être déterminée à partir d’essais réalisés sur le moteur et/ou par simulation numérique de son fonctionnement. Le dimensionnement des trous 24 (leur diamètre) et leur nombre, ainsi que le diamètre de la tôle 19 (qui conditionne l’épaisseur radiale de l’espace 21) sont déterminés en se basant sur le dimensionnement des résonnateurs de Helmholtz, et en réalisant complémentairement des essais ou simulations numériques pour ajuster ces valeurs. Comme visible sur la , la tôle de révolution 19 s’étend avantageusement dans le prolongement de la tôle de confluence 11, de manière à ne pas perturber l’écoulement du flux F2 entrant et circulant dans l’arrière-corps. La tôle de révolution 19 présente alors le même diamètre que la tôle de confluence 11. Cette tôle de révolution 19 est maintenue par des pontets 26 qui sont portés par la chemise 16, comme visible sur la . Plus particulièrement, le carter arrière 13 est terminé à son extrémité amont par une bride 27, au moyen de laquelle il est solidarisé au carter principal 8 par boulonnage. Ce carter arrière 13 a sa face interne équipée de pontets 28 par l’intermédiaire desquels il porte la chemise 16, chaque pontet 28 ayant une section transversale ayant une forme correspondant à celle de la lettre I. Chaque pontet 28 comporte une semelle radialement externe fixée à la face interne du carter 13, et cette semelle radialement externe est raccordée par une âme s’étendant radialement à une semelle interne recevant la face externe de la chemise 16. De manière analogue, la chemise 16 a sa face interne équipée de pontets 26 par l’intermédiaire desquels elle porte la tôle de révolution 19. Chaque pontet 26 a une section transversale ayant une forme correspondant à celle de la lettre I, qui comporte une semelle radialement externe fixée à la face interne de la chemise 16, cette semelle radialement externe étant raccordée par une âme s’étendant radialement à une semelle interne recevant la face externe de la tôle de révolution 19. La tôle de révolution 19 est fixée à la semelle interne des pontets 26 par exemple par rivetage, les pontets 26 pouvant eux aussi être fixés par leurs semelles radialement externes à la chemise 16 par rivetage. Les pontets 26 et 28 sont régulièrement répartis à la circonférence de la portion amont de la chemise 16. Comme visible sur la , la chemise 16 comporte une portion amont cylindrique 29 par laquelle elle est fixée aux pontets 26 et 28, et qui est prolongée par une portion comportant des ondulations 31 prévues pour engendrer des turbulences dans l’écoulement du flux traversant l’espace annulaire 17, de manière à accroître les échanges thermiques avec ce flux de refroidissement. La tôle de révolution 19 comporte une partie amont 32 qui est dépourvue de trous 24, prolongée par une partie aval dans laquelle sont formés les trous 24 qui sont uniformément répartis sur cette partie aval. Dans l’exemple des figures, la tôle de révolution 19 est fixée à son amont à la chemise 16 par des pontets 26, mais elle peut aussi, alternativement ou complémentairement être fixée au niveau de son extrémité aval à la chemise 16, par des pontets, selon un agencement du même type que celui des pontets 26. Dans l’exemple des figures, la tôle 19 a une forme cylindrique, mais elle peut avoir une forme différente, comme par exemple une forme sensiblement conique qui s’évase pour donner à l’espace de révolution 21 une épaisseur radiale plus faible à son extrémité aval qu’à son extrémité amont, de manière à amortir des plages de fréquences différentes à son extrémité amont et à son extrémité aval. D’une manière générale, l’invention permet une intégration très simple d’un dispositif anti-crissement à un arrière-corps de turbo réacteur. Ce dispositif se présentant sous forme d’une tôle cylindrique s’étendant à l’intérieur de la chambre de post-combustion, il ne perturbe pas l’écoulement dans celle-ci et présente une section transversale négligeable (limitée à l’épaisseur de la tôle de révolution), de sorte qu’il n’introduit quasiment pas de perte de charge dans cet écoulement. La masse additionnelle très faible que représente une telle tôle de révolution constitue un atout supplémentaire pour son intégration. Le placement de cette tôle de révolution dans le prolongement de la tôle de confluence permet de réduire encore les très faibles perturbations pouvant qu’elle peut introduire. L’invention permet ainsi d’accroître le débit dans l’espace annulaire entourant la chemise de refroidissement, pour améliorer ce refroidissement. Elle permet par là-même d’accroître le flux de refroidissement disponible pour refroidir une tuyère située en aval de la chambre de post-combustion. Arrière-corps de turboréacteur (1), comprenant un carter (13) s’étendant autour d’un axe longitudinal (AX) et une chemise (16) de protection thermique coaxiale au carter (13) et qui s’étend à l’intérieur de ce carter (13) pour délimiter une chambre de post-combustion (12), caractérisé en ce qu’il comporte un élément anti-crissement qui est une tôle de révolution (19) perforée s’étendant coaxialement à la chemise (16) le long d’une face radialement interne de cette chemise (16) et à distance de cette face radialement interne. Arrière-corps selon la revendication 1, dans lequel la tôle de révolution (19) est portée par des pontets (26) fixés à la chemise (16) et situés à l’extrémité amont de cette tôle de révolution (19). Arrière-corps selon la revendication 1, dans lequel la tôle de révolution (19) est portée par des pontets fixés à la chemise (16) et situés à l’extrémité aval de cette tôle de révolution (19). Arrière-corps selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la chemise (16) comporte une portion cylindrique au niveau des pontets (26) de maintien de la tôle de révolution (19). Arrière-corps selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la tôle de révolution (19) est cylindrique. Arrière-corps selon la revendication 2, dans lequel la tôle de révolution (19) est fixée par rivetage. Turboréacteur comportant un arrière-corps selon l’une des revendications précédentes. Turboréacteur selon la revendication 7, comportant un carter d’échappement (9) portant une tôle de confluence (11), et dans lequel la tôle de révolution (19) perforée s’étend dans le prolongement de la tôle de confluence (11). Turboréacteur selon la revendication 8, dans lequel la tôle de révolution (19) perforée est formée par une portion aval de la tôle de confluence (11).