Brevet FR3150250A1 — publié le 20241227

L’invention concerne un arrière-corps de turboréacteur comprenant : – un carter d’échappement (9) portant une tôle de confluence (11) qui entoure un flux primaire et est entourée par un flux secondaire ; – une chambre de post-combustion (12) comprenant un carter (13) et une chemise (16) délimitant avec ce carter (13) un espace annulaire (17) s’étendant selon un axe (AX), cette chemise (16) ayant un diamètre supérieur à celui de la tôle de confluence (11) ; – une virole fixe (22) s’étendant de la tôle de confluence (11) à la chemise interne (16), cette virole fixe (22) comportant des fenêtres (27) ; – une virole mobile (23) longeant la virole fixe (22) et qui comporte des fenêtres (28), cette virole (23) étant mobile en rotation autour de l’axe (AX) entre une position d’ouverture dans laquelle les fenêtres (27) de la virole fixe sont ouvertes et une position de fermeture dans laquelle les fenêtres (27) de la virole fixe (22) sont obturées par la virole mobile (23). Figure pour abrégé : Figure 2 Arrière-corps de turboréacteur comportant une virole fixe et une virole mobile en rotation qui sont pourvues de fenêtres pour ajuster un débit de fluide L’invention s'applique au domaine de la propulsion aéronautique militaire, et plus particulièrement aux turboréacteurs à double flux 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. Les flux primaire et secondaire traversent ensuite un carter d’échappement situé en aval de la turbine basse pression, qui est prolongé par une tôle de confluence s’étendant à son aval. Dans le cas d’un turboréacteur à post-combustion, une tuyère de post-combustion située en aval du carter d’échappement collecte les flux primaire et secondaire pour y injecter du carburant et 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. Dans un tel moteur, le taux de dilution qui correspond au rapport du débit de flux secondaire sur le débit de flux primaire, conditionne notamment la consommation de carburant et la poussée générée. Le moteur peut être conçu pour correspondre à un taux de dilution optimal pour un régime donné, mais il n’est alors pas optimal aux autres régimes. Le moteur peut aussi être conçu pour correspondre à un compromis acceptable de taux de dilution pour une plage de régimes donnée, ce qui n’est pas non plus complètement satisfaisant. Quoi qu’il en soit, cette problématique est d’autant plus critique que le moteur doit pouvoir fonctionner dans une plage étendue de régimes de fonctionnement (qui sont généralement désignés par l’appellation « domaines de vol »). Dans ce cadre, l’invention a pour objet d’apporter une solution pour ajuster dynamiquement le taux de dilution selon le régime de fonctionnement du moteur. A cet effet, l’invention a pour objet un arrière-corps de turboréacteur comprenant : – un carter d’échappement portant une tôle de confluence sous forme d’une paroi de révolution qui entoure un flux primaire traversant le turboréacteur, et qui est entourée par un flux secondaire traversant le turboréacteur ; – une chambre de post-combustion comprenant un carter arrière et une chemise interne délimitant avec ce carter un espace annulaire s’étendant selon un axe longitudinal du moteur, cette chemise interne ayant un diamètre supérieur à celui de la tôle de confluence ; – une virole fixe s’étendant de la tôle de confluence à la chemise interne cette virole fixe comportant des fenêtres de passage de fluide ; – une virole mobile couvrant la virole fixe et qui comporte des fenêtres de passage de fluide, cette virole mobile étant déplaçable en rotation autour de l’axe longitudinal entre une position d’ouverture dans laquelle les fenêtres de la virole mobile coïncident avec les fenêtres de la virole fixe, et une position de fermeture dans laquelle les fenêtres de la virole mobile sont décalées pour obturer les fenêtres de la virole fixe. L’ajustement de la position angulaire de la virole mobile autour de l’axe longitudinal permet de modifier le débit de flux secondaire entrant dans la chambre de post-combustion, ce qui permet de modifier le taux de dilution du moteur et de l’adapter à son régime de fonctionnement pour que ce taux soit optimal à tous les régimes du moteur. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la virole mobile entoure la virole fixe. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la virole mobile a une forme identique à la forme de la virole fixe. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la virole mobile s’étend autour de la tôle de confluence et autour de la chemise. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel la virole fixe et/ou la virole mobile comporte une portion conique dans laquelle sont formées les fenêtres de passage de fluide. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel les fenêtres ont des formes de portions de couronnes dont les côtés longs s’étendent circonférentiellement autour de l’axe longitudinal. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, dans lequel ces fenêtres sont espacées circonférentiellement les unes des autres d’une valeur correspondant à leur longueur circonférentielle. L’invention concerne également un arrière-corps ainsi défini, comportant des moyens d’actionnement pour déplacer la virole mobile en rotation pendant que le moteur est en service. L’invention concerne également turboréacteur comportant un arrière-corps ainsi défini. est une vue générale en coupe longitudinale d’un turboréacteur à post-combustion ; est une vue en coupe longitudinale montrant schématiquement une portion de chambre de combustion selon l’invention ; est une vue locale en coupe longitudinale montrant les viroles entourant la tôle de confluence et la chemise ; est une vue de face partielle des viroles lorsque la virole mobile est en position d’ouverture ; est une vue de face partielle des viroles lorsque la virole mobile est en position de fermeture ; est une vue de face partielle des viroles lorsque la virole mobile occupe une position intermédiaire ; est une vue de face partielle d’une virole mobil comportant des fenêtres rondes ; est une vue de face partielle d’une virole mobil comportant des fenêtres oblongues ; est une vue de face partielle d’une virole mobil comportant des fenêtres carrées. 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 à son aval. 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. Comme visible sur la , la chemise 16 comporte un bord amont circulaire 19 ayant un diamètre supérieur au bord aval circulaire 21 de la tôle de confluence 11. La section de passage des flux F1 et F2 vers la chambre de post-combustion 12 est ainsi divisée en une section externe SE correspondant à une couronne délimitée par l’espace annulaire 17, une section intermédiaire SI correspondant à une couronne s’étendant entre la tôle 11 et la chemise 16, et une section centrale SC délimitée intérieurement par le cône 14 et extérieurement par la tôle 11. Selon l’invention, le moteur comporte deux viroles 22 et 23 masquant la section intermédiaire SI en étant pourvues de fenêtres de passage de fluide, de manière à moduler le débit traversant cette section intermédiaire. Ces deux viroles, qui sont concentriques, entourent la tôle de confluence 11 au niveau de leurs extrémités amont et elles entourent la chemise 16 au niveau de leurs extrémités aval. Comme visible plus en détail sur la , la virole 22, qui est fixe comporte un bord amont 24 au niveau duquel elle entoure la face externe de la tôle de confluence 11, et elle s’évase vers l’aval jusqu’à un bord aval 26 au niveau duquel elle entoure la face externe de la chemise 16. Cette virole fixe 22 qui est par exemple rigidement solidarisée à la tôle 11 et à la chemise 16 qu’elle entoure, comporte des fenêtres 27 permettant le passage de flux secondaire F2 à travers la section intermédiaire SI vers l’espace interne que délimite la chemise 16. Ces fenêtres 27 sont formées dans la portion d’évasement de la virole 22, qui est une portion sensiblement conique dans l’exemple des figures, cette virole 22 étant quant à elle un élément de révolution en tôle. La virole mobile 23 a une forme générale identique ou similaire à celle de la virole fixe 22, en présentant des dimensions sensiblement supérieures, et elle entoure la virole fixe 22 pour être radialement superposée à celle-ci. Elle comporte aussi des fenêtres, repérées par 28, s’étendant aussi dans sa partie en évasement, qui est ici sensiblement conique. La virole mobile 23 est déplaçable en rotation autour de l’axe AX, entre une position d’ouverture et une position de fermeture. Dans la position d’ouverture qui correspond à la situation de la , les fenêtres mobiles 28 coïncident avec les fenêtres fixes 27 de la virole fixe 22, de sorte que le débit à travers la section intermédiaire SI est maximal. En position de fermeture, comme dans la , les fenêtres mobiles 28 sont circonférentiellement décalées par rapport aux fenêtres fixes 27 de la virole 22 pour que la virole mobile 23 obture entièrement ces fenêtres fixes 27, afin que le débit à travers la section intermédiaire SI soit sensiblement nul. La virole mobile 23 peut également occuper toute position intermédiaire, comme par exemple sur la , dans laquelle les fenêtres mobiles 28 sont partiellement décalées par rapport aux fenêtres fixes 27, de sorte que le débit traversant la section intermédiaire SI est de l’ordre de la moitié du débit maximal possible. Dans l’exemple des figures 4 à 6, les fenêtres 27 ont des formes de portions de couronne, s’apparentant à des rectangles, dont les côtés longs s’étendent selon la direction circonférentielle. Ces fenêtres sont espacées circonférentiellement les unes des autres d’une valeur correspondant à leur longueur selon la direction circonférentielle dans l’exemple des figures 2 à . Ainsi, lorsque la virole mobile est à sa position d’ouverture maximale, la section de passage correspond à la moitié de la section de passage s’étendant entre la tôle de confluence 11 et la chemise 16. D’autres formes de fenêtres peuvent être envisagées, les fenêtres pouvant être rondes comme représenté sur la , elles peuvent être oblongues en ayant des orientations obliques par rapport à la direction radiale comme dans l’exemple de la , ou encore carrées comme représenté sur la . La virole mobile 23 peut occuper toute position entre sa position d’ouverture maximale et sa position de fermeture complète, de manière à moduler le débit de flux secondaire admis dans la chambre de post-combustion en fonction du régime du moteur. Avantageusement, cette virole mobile 23 est déplacée par un système de commande du même type que ceux utilisés pour ajuster la position angulaire d’un agencement d’aubes fixes à calage variable. Dans ce cas, un actionneur implanté au niveau de la face externe du carter comporte un organe d’actionnement relié à la virole mobile, pour pouvoir la placer à toute position angulaire entre la position d’ouverture maximale et la position de fermeture maximale. Un tel actionneur peut être un moteur équipé d’un pignon engrené dans une denture externe de la virole mobile, ou bien un vérin ayant une tige mobile par laquelle il est relié à la virole externe. Cet actionneur est alors piloté par un système de commande du turboréacteur pour ajuster la position angulaire de la virole mobile autour de l’axe AX, en temps réel en fonction du régime de fonctionnement du moteur. Arrière-corps de turboréacteur comprenant : – un carter d’échappement (9) portant une tôle de confluence (11) sous forme d’une paroi de révolution qui entoure un flux primaire traversant le turboréacteur, et qui est entourée par un flux secondaire traversant le turboréacteur ; – une chambre de post-combustion (12) comprenant un carter arrière (13) et une chemise interne (16) délimitant avec ce carter (13) un espace annulaire (17) s’étendant selon un axe (AX) longitudinal du moteur, cette chemise interne (16) ayant un diamètre supérieur à celui de la tôle de confluence (11) ; – une virole fixe (22) s’étendant de la tôle de confluence (11) à la chemise interne (16) cette virole fixe (22) comportant des fenêtres (27) de passage de fluide ; – une virole mobile (23) couvrant la virole fixe (22) et qui comporte des fenêtres (28) de passage de fluide, cette virole mobile (23) étant déplaçable en rotation autour de l’axe longitudinal (AX) entre une position d’ouverture dans laquelle les fenêtres (28) de la virole mobile (23) coïncident avec les fenêtres (27) de la virole fixe (22), et une position de fermeture dans laquelle les fenêtres (28) de la virole mobile (23) sont décalées pour obturer les fenêtres (27) de la virole fixe (22). Arrière-corps selon la revendication 1, dans lequel la virole mobile (23) entoure la virole fixe (22). Arrière-corps selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la virole mobile (23) a une forme identique à la forme de la virole fixe (22). Arrière-corps selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la virole mobile (23) s’étend autour de la tôle de confluence (11) et autour de la chemise (16). Arrière-corps selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la virole fixe (22) et/ou la virole mobile (23) comporte une portion conique dans laquelle sont formées les fenêtres (27, 28) de passage de fluide. Arrière-corps selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les fenêtres (27, 28) ont des formes de portions de couronnes dont les côtés longs s’étendent circonférentiellement autour de l’axe longitudinal (AX). Arrière-corps selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ces fenêtres (27, 28) sont espacées circonférentiellement les unes des autres d’une valeur correspondant à leur longueur circonférentielle. Arrière-corps selon l’une des revendications précédentes, comportant des moyens d’actionnement pour déplacer la virole mobile (23) en rotation pendant que le moteur est en service. Turboréacteur comportant un arrière-corps selon l’une des revendications précédentes.