Brevet FR3146711A1 — publié le 20240920

L’invention concerne un turboréacteur comportant un compresseur et une chambre de postcombustion (12) s’étendant autour d’un axe longitudinal et dans laquelle un flux de gaz circule de l’amont vers l’aval lorsque le turboréacteur est en service, cette chambre de postcombustion (12) comprenant : – un carter (8) ; – une chemise interne (13) délimitant avec ce carter (8) un espace annulaire (14), cette chemise ayant son extrémité amont rigidement solidarisée au carter (8), son extrémité aval étant mobile en translation selon l’axe longitudinal sous l’effet de dilatations thermiques ; – un diaphragme (31) en forme de couronne, ce diaphragme (31) s’étendant à l’intérieur de l’espace annulaire (14) en ayant une partie aval rigidement solidarisé au carter et une partie amont comportant des pontets qui maintiennent radialement la chemise (13). Figure pour abrégé : Figure 2 Turboréacteur comportant une chambre de postcombustion ayant une chemise maintenue radialement par des pontets intégrés à un diaphragme L'invention s'applique au domaine de la propulsion aéronautique militaire, et plus particulièrement aux turboréacteurs équipés d'une tuyère convergente ou convergente et divergente. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turboréacteur comporte une manche d’entrée par laquelle l'air est admis pour traverser un compresseur basse pression avant d’être scindé 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’atteindre dans une chambre de combustion, après quoi il est détendu à travers une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par le compresseur basse pression dans une veine délimitée extérieurement par un carter externe. Les flux primaire et secondaire traversent ensuite un carter d’échappement situé en aval de la turbine basse pression. Dans le cas d’un moteur militaire, une chambre de postcombustion située en aval du carter d’échappement reçoit le flux secondaire rejoignant le flux primaire. En régime dit de postcombustion, du carburant est injecté dans cette chambre pour engendrer une combustion additionnelle, alors qu’un régime dit sec aucun carburant n’est injecté dans la chambre de postcombustion. Pour limiter l’échauffement, la paroi du carter est doublée au niveau de la chambre de postcombustion par une chemise interne délimitant avec celui-ci un espace intermédiaire annulaire. Une partie du flux secondaire est dirigée dans cet espace annulaire pour le ventiler afin de limiter l’échauffement du carter. La chambre de postcombustion est prolongée par une tuyère avec laquelle elle constitue l’arrière-corps du turboréacteur. Cette tuyère comporte une portion convergente pouvant être prolongée par une portion divergente, la jonction de la portion convergente avec la portion divergente constituant le col de cette tuyère. En fonctionnement, l’air ayant parcouru l’espace annulaire est évacué au niveau d’une sortie de cet espace située longitudinalement au niveau du bord aval de la chemise interne, l’air issu de cette sortie permettant de refroidir les volets. Il peut arriver que la pression du flux circulant dans l’espace annulaire soit trop faible par rapport à celle du flux de propulsion circulant dans la chambre de postcombustion et dans la tuyère. Dans ce cas, des gaz chauds du flux de propulsion peuvent remonter dans la sortie de l’espace annulaire et y circuler à contre-courant, ce qui conduit à un réchauffement de la partie aval du carter qui est préjudiciable notamment aux composants qui l’entourent. Dans ce cadre, un diaphragme est monté dans l’espace annulaire, au voisinage de sa sortie, pour réduire la section de passage en sortie de cet espace annulaire, afin d’accroître la pression dans celui-ci pour réduire les risques de remontée de gaz chauds. Cependant, l’intérieur de l’espace annulaire est également pourvu de pontets portés par le carter qui assurent le maintien radial de la chemise tout en lui permettant de se dilater axialement sous l’effet des variations de température. L’espace disponible est ainsi très réduit dans la sortie de l’espace annulaire. Le but de l’invention est d’apporter une solution pour faciliter l’intégration des éléments montés dans la partie aval de l’espace annulaire. A cet effet, l’invention a pour objet un arrière-corps de turboréacteur comportant une chambre de postcombustion s’étendant autour d’un axe longitudinal et dans laquelle circule un flux de gaz de l’amont vers l’aval lorsque le turboréacteur est en service, cette chambre de postcombustion comprenant : – un carter ; – une chemise interne délimitant avec ce carter un espace annulaire, cette chemise ayant son extrémité amont rigidement solidarisée au carter, son extrémité aval étant mobile en translation selon l’axe longitudinal sous l’effet de dilatations thermiques ; – un diaphragme en forme de couronne s’étendant à l’intérieur de l’espace annulaire, ce diaphragme étant rigidement solidarisé au carter et comportant des pontets qui maintiennent radialement la chemise, les pontets étant circonférentiellement espacés les uns des autres pour délimiter des lumières de circulation de flux à travers le diaphragme. Grâce à l’invention, le diaphragme assure le maintien radial de la chemise en plus de réguler l’écoulement et la pression dans l’espace annulaire. Il permet ainsi de maintenir l’extrémité aval de la chemise, tout en évitant la remontée de gaz chauds dans la sortie de l’espace annulaire. Les pontets intégrés à ce diaphragme autorisent des déplacements longitudinaux de l’extrémité aval de la chemise résultant de sa dilatation thermique. L’invention concerne également un arrière-corps de turboréacteur ainsi défini, dans lequel le diaphragme s’étend dans l’extrémité aval de l’espace annulaire. L’invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, dans lequel le diaphragme comporte une partie amont de forme généralement conique qui est prolongée par une partie aval cylindrique. L’invention concerne également un arrière-corps de turboréacteur ainsi défini, dans lequel le carter est équipé d’une virole de protection thermique située à l’extrémité aval de l’espace annulaire, le diaphragme ayant sa partie aval fixée à cette virole de protection thermique pour être rigidement solidarisé au carter. L’invention concerne également un arrière-corps de turboréacteur ainsi défini, dans lequel la partie aval du diaphragme est fixée à la virole de protection thermique par rivetage ou par boulonnage de sa partie aval. L’invention concerne également un arrière-corps de turboréacteur ainsi défini, dans lequel la partie amont du diaphragme présente un bord amont qui est ondulé, chaque ondulation correspondant à un pontet. L’invention concerne également un arrière-corps de turboréacteur ainsi défini, dans lequel le diaphragme comporte entre chaque paire de pontets circonférentiellement consécutifs un panneau ayant une fente s’étendant selon la direction longitudinale. L’invention concerne également un arrière-corps de turboréacteur ainsi défini, dans lequel chaque pontet comporte une fenêtre de passage. L’invention concerne également un arrière-corps de turboréacteur ainsi défini, dans lequel la partie de la chemise en contact avec les pontets du diaphragme est cylindrique. L’invention concerne également un turboréacteur comportant un arrière-corps ainsi défini. La est une vue schématique en coupe longitudinale du turboréacteur selon l’invention ; La est une vue schématique en coupe longitudinale partielle montrant l’arrière-corps du turboréacteur selon l’invention en régime sec ; La est une vue schématique en coupe transversale d’une attache de chemise ; La est une vue schématique en coupe transversale d’un pontet ; La est une vue schématique en coupe longitudinale partielle montrant l’arrière-corps du turboréacteur selon l’invention en régime postcombustion ; La est une vue en coupe transversale du diaphragme représenté seul au niveau d’un pontet lorsque le moteur est en régime sec ; La est une vue en coupe transversale du diaphragme représenté seul au niveau d’un pontet lorsque le moteur est en régime de postcombustion ; La est une vue de dessus d’une portion du diaphragme représenté seul ; La est une vue générale en perspective du diaphragme représenté seul ; La est une vue en coupe transversale selon un plan de coupe situé en amont du diaphragme montrant un pontet du diaphragme ; La est une vue en coupe transversale selon un plan de coupe situé en amont du diaphragme montrant trois pontets du diaphragme ; La est une vue en perspective de la partie arrière de la chambre de postcombustion avec son diaphragme. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE DE L’INVENTION Sur la , le turboréacteur 1 selon l’invention comporte 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. Ces deux flux circulant dans le turboréacteur parallèlement à son axe longitudinal AX qui correspond à son axe de révolution, de son amont AM vers son aval AV. Le flux primaire est ensuite compressé dans un compresseur haute pression 3 avant d’atteindre 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 externe 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 à son aval. Ce carter d'échappement comprend un moyeu entouré par une enveloppe solidarisés l’un à l’autre par des bras radiaux, l’enveloppe étant portée par une structure de révolution intégrée au carter externe 8, au moyen de chapes radiales. Le flux primaire s’écoule entre le moyeu et l’enveloppe alors que le flux secondaire s’écoule autour de l’enveloppe. Ce turboréacteur est équipé en aval du carter 9 d’une chambre de postcombustion 12, dans laquelle le flux secondaire F2 rejoint le flux primaire F1 en constituant un flux de propulsion noté Fp, et dans laquelle du carburant est injecté pour générer une combustion additionnelle. Pour limiter l’échauffement, la paroi du carter 8 est doublée au niveau de la chambre 12 par une chemise interne 13 délimitant avec celui-ci un espace annulaire 14. Une partie du flux secondaire est dirigée dans cet espace annulaire pour le ventiler afin de limiter l’échauffement du carter 8. Cette chemise 13 assure une protection thermique du carter 8 : en abaissant la température de cette chemise, son rayonnement thermique vers la paroi du carter 8 est diminué. Complémentairement, une circulation d’air est établie autour du moteur, c’est-à-dire entre le moteur et des éléments structurels de l’aéronef qui le portent, pour contribuer à son refroidissement, cet flux additionnel, dénommé air tunnel, étant noté Ft. Comme visible sur la , la chambre de postcombustion est prolongée par une tuyère 16 avec laquelle elle constitue l’arrière-corps du turboréacteur. Cette tuyère comporte une portion convergente 17 pouvant être prolongée par une portion divergente 18, la portion située à l’extrémité aval de la portion convergente 17 constituant le col 20 de la tuyère 16. La portion convergente 17 est délimitée par une série de volets convergents 19 répartis autour de l’axe AX et s’étendant selon une direction oblique par rapport à cet axe AX pour délimiter conjointement une forme conique. Chaque volet 19 a une extrémité amont solidarisée à un bord aval du carter externe 8 par une articulation 21 d’axe orthoradial par rapport à l’axe AX. De manière analogue, lorsque la tuyère comporte une portion divergente 18, cette portion divergente est délimitée par une série de volets divergents 22 répartis autour de l’axe AX d’orientation oblique par rapport à l’axe AX pour constituer une forme conique. Chaque volet divergent 22 a alors son extrémité amont solidarisée à un bord aval d’un volet convergent 19 correspondant par une articulation 23 d’axe orthoradial par rapport à AX. Ces volets sont actionnés par des vérins hydrauliques pour modifier leurs inclinaisons, de façon à augmenter ou diminuer la section du col de tuyère, en étant pilotés par un système de commande non représenté. Ce moteur peut ainsi fonctionner à un régime dit sec correspondant aux figures 2 et 6, dans lequel la chambre de postcombustion n’est pas alimentée en carburant, et dans lequel le col de tuyère 20 présente une section minimale. Il peut également fonctionner à un régime dit de postcombustion correspondant aux figures 5 et 7 dans lequel l’alimentation en carburant de la chambre de postcombustion permet d’accroître temporairement sa poussée, et dans lequel le col 20 présente une section maximale. Comme visible sur la , le flux d’air Fs circulant dans l’espace annulaire 14 est évacué par des trous 24 formés dans la chemise 13 et par la sortie 26 de cet espace annulaire qui correspond à la couronne délimitée intérieurement par le bord aval de la chemise 13 et extérieurement par celui d’une virole de protection thermique 27. Cet air traverse les trous 24 en suivant des trajectoires obliques pour refroidir la chemise 13, et il traverse la sortie 26 en suivant une trajectoire longitudinale pour quitter l’espace annulaire 14 avant d’assurer un refroidissement des volets. La sortie 26 expose la partie arrière du carter 8 au rayonnement thermique du flux sortant de la chambre de postcombustion, de sorte que la virole de protection thermique 27 est prévue pour protéger cette partie arrière du carter 8. La virole 27 comporte un corps cylindrique 28 de diamètre inférieur à celui du carter 8, prolongé à son amont par un rebord 29 s’étendant radialement vers l’extérieur pour rejoindre le carter 8 par lequel cette virole 27 est portée. Elle constitue ainsi une réduction de la section de passage de l’espace annulaire 14 au niveau de sa sortie 26. L’espace annulaire 14 est équipé d’un diaphragme 31 sous forme d’une couronne de tôle délimitant des ouvertures qui réduisent encore la section de passage. Ce diaphragme 31 permet d’accroître la pression dans l’espace annulaire 14 pour réduire le risque de remontée de gaz chauds par la sortie 26. Le diaphragme 31 comporte une partie amont 33 généralement conique pourvue d’ondulations s’étendant radialement vers l’intérieur pour être en contact avec la chemise 13, prolongée par une partie aval 34 de fixation. Cette partie aval 34 est cylindrique et présente un diamètre correspondant à celui de la virole 27, et elle est fixée à cette virole 27 par exemple par rivetage ou bien par boulonnage. En régime de postcombustion, la température augmente dans la chambre de postcombustion, de sorte que la chemise 13 se dilate essentiellement longitudinalement, et dans une moindre mesure radialement. Cette chemise 13 est rigidement solidarisée au carter 8 à son extrémité amont par des attaches 36, et elle est maintenue radialement dans sa région longitudinalement médiane par des pontets 37 portés par le carter 8. Ces pontets 37 assurent ainsi le maintien radial de la chemise tout en constituant une liaison glissante permettant sa dilatation longitudinale. Ces attaches 36 sont réparties circonférentiellement dans l’entrée de l’espace annulaire 14 c’est-à-dire à son extrémité amont. Chaque attache 36 a son extrémité radialement externe fixée au carter 8 et son extrémité radialement interne fixée à la chemise 13 comme visible sur la , par exemple par rivetage ou par boulonnage. Les pontets 37 sont eux aussi répartis circonférentiellement à l’intérieur de l’espace 14, dans sa région longitudinalement médiane, en étant eux aussi fixés au carter 8 par rivetage ou par boulonnage. Selon l’invention, le diaphragme 31 comporte des pontets 38 assurant le maintien radial de l’extrémité aval de la chemise 13. Comme visible sur les à 9, la partie amont 33 du diaphragme 31, qui a une forme globalement de tronc de cône dont le diamètre diminue vers l’amont AM, comporte des ondulations s’étendant radialement vers l’intérieur, c’est-à-dire vers l’axe AX. Ces ondulations sont en contact avec la face externe de la chemise 13 pour constituer les pontets 38 de ce diaphragme 31. Chaque pontet 38 est ainsi constitué par une portion de paroi 42 de la partie amont 33 qui est incurvée vers l’axe AX, l’extrémité aval de cette portion de paroi 42 se raccordant à la partie aval cylindrique 34, alors que l’extrémité amont de cette portion de paroi 42 est terminée par une portion ondulée du bord amont 39. Chaque portion de paroi 42 qui est contiguë au bord amont 39 constitue une touche 44 en contact avec la chemise 13, comme visible sur les figures 6 et 7. Lorsque cette chemise 13 s’allonge, elle glisse longitudinalement sur ces touches 44 tout en restant radialement en appui sur celles-ci, ce qui correspond à la situation des figures 5 et 7. Dans ce cadre, et comme visible sur les figures 3, 4, 6 et 7, la chemise 13 présente avantageusement une forme cylindrique dépourvue d’ondulations dans sa partie aval par laquelle elle est en contact avec les pontets du diaphragme. Les pontets 38 de chaque paire de pontets circonférentiellement consécutifs sont reliées l’un à l’autre par un panneau 43 de la partie amont 33, chaque panneau 43 ayant une orientation oblique se rapprochant de l’axe AX vers l’amont, et une forme de portion de cône. Comme visible sur les figures 10 et 11, chaque région s’étendant entre deux pontets 38 consécutifs constitue ainsi une lumière 46 permettant le passage d’air à travers le diaphragme. Chaque lumière 46 est délimitée extérieurement par le bord amont 39 d’un panneau 43, intérieurement par la face externe de la chemise 13, et latéralement par les bords amonts des deux pontets 38 consécutifs qu’elle sépare. Le diaphragme 31 définit ainsi une alternance de pontets 38 et de lumières 46 sur toute sa circonférence, les pontets 38 ayant une étendue angulaire autour de l’axe AX significativement inférieure à celle des lumières 46. Complémentairement, chaque portion de paroi incurvée 42 comporte une fenêtre 47 qui permet à l’air circulant dans l’espace annulaire 14 de traverser le pontet 38 qu’elle constitue. Le diamètre externe du bord amont 39 (qui est ondulé) est inférieur au diamètre du carter 8, ce diamètre externe correspondant par exemple à la moyenne du diamètre interne de la virole 27 et du diamètre externe de la chemise 13. Les ouvertures de passage que délimite le diaphragme 31, c’est-à-dire les lumières 46 et les fenêtres 47, définissent ainsi une section de passage dont l’aire est de l’ordre de la moitié de celle de la section de passage de l’espace annulaire 14 au niveau de la virole 27. Le dimensionnement de l’aire des ouvertures de passage est un compromis entre un besoin de débit suffisant pour le refroidissement, et la réduction du risque de remontées de gaz chauds. Il conditionne l’écart de pression entre l’espace annulaire et la chambre de postcombustion, et il est choisi pour que cet écart reste inférieur à un maximum admissible conditionnant le risque de remontée de gaz chauds. La présence des fenêtres 47 assure quant à elle une répartition du débit d’air traversant le diaphragme 31, qui est uniforme sur toute sa circonférence. Comme visible sur la , chaque panneau 43 comporte une fente 49 s’étendant longitudinalement depuis le bord amont 39 jusqu’à une région qui jouxte la partie aval cylindrique 34. Grâce à ces fentes 49, les pontets sont indépendants les uns des autres, de sorte que chaque pontet est radialement flexible pour supporter la dilatation radiale de la chemise 13. Le diaphragme 31 qui est formé d’une seule pièce de tôle dans l’exemple des figures peut aussi être constitué de plusieurs secteurs de diaphragme distincts, comportant chacun un ou plusieurs pontets. Ces secteurs sont alors fixés indépendamment les uns des autres à la virole 27, par rivetage ou par boulonnage, pour constituer conjointement un ensemble ayant essentiellement la même forme géométrique et les mêmes caractéristiques que le diaphragme 31 des figures. Comme illustré sur la , une bride 51 peut avantageusement être rapportée à l’extrémité aval de la chambre de postcombustion 12 en étant fixée au bord aval du carter 8 pour fermer l’espace annulaire délimité par la virole 27 et le carter 8. Cette bride 51 comporte alors avantageusement un rebord interne cylindrique 52 s’étendant vers l’amont et longeant la face interne de la partie aval 34 du diaphragme 31, le diaphragme 31 pouvant alors être fixé par sa partie aval 34 à ce rebord interne cylindrique 52, par exemple par boulonnage ou bien par rivetage. D’une manière générale, l’invention permet de réunir en un seul composant les fonctions de réduction du risque de remontée de gaz chauds dans l’espace annulaire, de maintien radial de l’extrémité aval de la chemise tout en permettant sa dilatation longitudinale et radiale. Elle permet ainsi d’assurer à la fois la protection thermique et le maintien de la chemise au niveau de la partie aval de la chambre de postcombustion. Dans l’exemple des figures, le diaphragme est monté à l’extrémité aval de l’espace annulaire, pour assurer à la fois la régulation du flux et le maintien de l’extrémité aval de la chemise 13. Alternativement ou complémentairement, un tel diaphragme peut aussi être installé dans la région longitudinalement médiane de l’espace annulaire pour y assurer une régulation de flux et le maintien de la région médiane de la chemise, à la place des pontets 37. Arrière-corps de turboréacteur comportant une chambre de postcombustion (12) s’étendant autour d’un axe longitudinal (AX) et dans laquelle circule un flux de gaz de l’amont (AM) vers l’aval (AV) lorsque le turboréacteur est en service, cette chambre de postcombustion (12) comprenant : – un carter (8) ; – une chemise interne (13) délimitant avec ce carter (8) un espace annulaire (14), cette chemise ayant son extrémité amont rigidement solidarisée au carter (8), l’extrémité aval de la chemise (13) étant mobile en translation selon l’axe longitudinal (AX) sous l’effet de dilatations thermiques ; – un diaphragme (31) en forme de couronne s’étendant à l’intérieur de l’espace annulaire (14), ce diaphragme (31) étant rigidement solidarisé au carter (8) et comportant des pontets (38) qui maintiennent radialement la chemise (13), les pontets (38) étant circonférentiellement espacés les uns des autres pour délimiter des lumières (46) de circulation de flux à travers le diaphragme (31). Arrière-corps de turboréacteur selon la revendication 1, dans lequel le diaphragme (31) s’étend dans l’extrémité aval de l’espace annulaire (14). Arrière-corps de turboréacteur selon la revendication 1, dans lequel le diaphragme (31) comporte une partie amont (33) de forme généralement conique qui est prolongée par une partie aval (34) cylindrique de fixation. Arrière-corps de turboréacteur selon la revendication 3, dans lequel le carter (8) est équipé d’une virole de protection thermique (27) située à l’extrémité aval de l’espace annulaire (14), le diaphragme (31) ayant sa partie aval (34) fixée à cette virole de protection thermique (27) pour être rigidement solidarisé au carter (8). Arrière-corps de turboréacteur selon la revendication 4, dans lequel la partie aval (34) du diaphragme (31) est fixée à la virole de protection thermique (27) par rivetage ou par boulonnage de sa partie aval (34). Arrière-corps de turboréacteur selon la revendication 1, dans lequel la partie amont (33) du diaphragme (31) présente un bord amont (39) qui est ondulé, chaque ondulation correspondant à un pontet (38). Arrière-corps de turboréacteur selon la revendication 1, dans lequel le diaphragme (31) comporte entre chaque paire de pontets (38) circonférentiellement consécutifs un panneau (43) ayant une fente (49) s’étendant selon la direction longitudinale (AX). Arrière-corps de turboréacteur selon la revendication 1, dans lequel chaque pontet (38) comporte une fenêtre (47) de passage. Arrière-corps de turboréacteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la partie de la chemise (13) en contact avec les pontets (38) du diaphragme (31) est cylindrique. Turboréacteur comportant un arrière-corps selon l’une des revendications précédentes.