INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Chaque aube de turbine 28 présente un bord d’attaque 28a et un bord de fuite 28b. Le bord d’attaque 28a est configuré pour s’étendre en regard de l'écoulement des gaz entrant dans la turbine haute pression 7. Il correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'intrados et en un écoulement extrados. Le bord de fuite 28b quant à lui correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados. L’aube de turbine 26 présente en outre une corde, qui correspond au segment de droite raccordant le bord d’attaque 28a et le bord de fuite 28b de l’aube, au niveau de la surface externe 27 du disque 26.
Le découplage de l’arbre basse pression 11 et du rotor de soufflante 9 grâce au mécanisme de réduction 19 permet d’obtenir un système propulsif 1 efficace dont le taux de compression de soufflante est inférieur à 1,7. Par conséquent, la quantité d’énergie pour entrainer le rotor de soufflante 9 est réduite de sorte que le débit en entrée du compresseur haute pression 5 et donc la section d’entrée du compresseur haute pression 5 peuvent être réduits. Cela a cependant pour conséquence de limiter l’espace disponible pour l’arbre basse pression 11 (puisque l’arbre basse pression 11 est logé au sein de l’arbre haute pression 10). De plus, la diminution du débit dans le compresseur haute pression 5 a également pour effet de réduire également le débit dans la turbine basse pression 8, ce qui permet d’augmenter la vitesse de rotation de l’arbre basse pression 11 et de réduire le couple transmis par l’arbre basse pression 11 et son diamètre. Toutefois, la diminution du diamètre de l’arbre basse pression 1 nécessite d’optimiser le comportement dynamique de l’arbre basse pression 11 pour éviter une situation dynamique (vitesse critique) inacceptable. En effet, plus le diamètre de l’arbre basse pression 11 est grand, plus ses modes propres sont élevés et plus les modes de déformation de l’arbre sont décalés vers les fréquences hautes). Toutefois, plus le diamètre de l’arbre basse pression 11 est grand, plus le rayon minimum de l’alésage de la turbine haute pression 7 doit être grand (afin de permettre le passage de l’arbre basse pression 11 dans l’arbre haute pression 10) et donc plus le disque 26 de la turbine haute pression 7 est chargé mécaniquement.
Afin d’optimiser le chargement mécanique de la turbine haute pression 7 tout en maîtrisant le comportement dynamique de l’arbre basse pression 11, le système propulsif 11 est dimensionné de sorte qu’un rapport Rmin/R1 entre le rayon minimum Rmin d’un alésage de la turbine haute pression 7 et le rayon de moyeu R1 de la turbine haute pression 7 est supérieur à 0,20 et inférieur ou égal à 0,26, par exemple supérieur ou égal à 0,23 et inférieur ou égal à 0,26, où : le rayon minimum Rmin correspond à la distance minimum, dans un plan normal à l’axe de rotation X, entre l’alésage de la turbine haute pression 7 et l’axe de rotation X et est exprimé en millimètres (mm) ; et le rayon de moyeu R1 de la turbine haute pression 7 correspond à la distance, dans un plan normal à l’axe de rotation X s’étendant à égale distance du bord d’attaque 28a et du bord de fuite 28b de l’aube de turbine 28 au niveau de la surface externe 27 du disque de turbine 26 (c’est-à-dire à 50% de la corde de l’aube 26), entre la surface externe 27 du disque de turbine 26 et l’axe de rotation X, et est exprimé en millimètres (mm).
Lorsque le rapport Rmin/R1 est supérieur à 0,20, et même supérieur à 0,23, l’extension radiale (distance, dans un plan normal à l’axe de rotation X, entre l’alésage et la surface externe 27 du disque de turbine 26) du disque de turbine 26 est alors suffisante pour permettre au disque de turbine 26 de supporter les contraintes en centrifuge.
Le procédé peut comprendre le transfert de 350 à 450 kJ/m 3 de chaleur au carburant à partir de l’huile dans l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire dans des conditions de croisière.
Le procédé peut comprendre le transfert de 400 kJ/m 3 de chaleur au carburant à partir de l’huile dans lʼéchangeur de chaleur carburant-huile primaire dans des conditions de croisière.
Le procédé peut en outre comprendre le transfert de 40 à 170 kJ/m 3 de chaleur au carburant à partir de l’huile dans l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire dans des conditions de croisière (le transfert de chaleur pour le second échangeur de chaleur étant mesuré par m 3 de carburant traversant l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire), en plus de la chaleur transférée à l’aide de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire.
Dans certaines mises en œuvre, le carburant qui traverse l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire n’est pas passé à la chambre de combustion, mais plutôt utilisé dans un ou plusieurs systèmes auxiliaires (par exemple, systèmes hydrauliques à carburant telles que ceux mentionnés ci-dessus) et ensuite renvoyé vers un réservoir de carburant. Dans de telles mises en œuvre, au moins sensiblement toute la montée en température du carburant du réservoir à la chambre de combustion (et donc au moins sensiblement toute la chaleur transférée au carburant) peut être attribuée à l’échangeur de chaleur primaire. Le système d’alimentation en carburant peut donc fournir du carburant à tous les composants du moteur qui utilisent du carburant, pas seulement à la chambre de combustion.
Comme pour l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire, l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire peut être dénommé simplement comme échangeur de chaleur secondaire, dans un souci de concision.
Dans certains autres mises en œuvre, du carburant qui traverse l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire peut être passé à la chambre de combustion. Dans de telles mises en œuvre, comme l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire transfère de la chaleur supplémentaire de lʼhuile au carburant aux conditions de croisière, la quantité de chaleur transférée dans lʼéchangeur de chaleur carburant-huile primaire peut être vers lʼextrémité inférieure des plages listées. Dans de telles mises en œuvre, une proportion de la montée en température du carburant du réservoir à la chambre de combustion (et donc une proportion de la chaleur transférée au carburant) peut être attribuée à l’échangeur de chaleur primaire et le reste à l’échangeur de chaleur secondaire – la connaissance du système d’échange de chaleur et des débits et températures actuels, comportant éventuellement des mesures de température prises à la sortie de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire et à l’entrée de la chambre de combustion par un ou plusieurs capteurs de température, peut permettre de déterminer ces proportions. Le nombre et la position des capteurs peuvent varier entre des mises en œuvre. On aura à l’esprit que, pour un échangeur de chaleur connu, une température de sortie peut être calculée en fonction d’une température d’entrée et d’un débit du premier écoulement (par exemple du carburant) et des propriétés d’écoulement du fluide de transfert de chaleur (par exemple, de l’huile) et que l’emplacement de capteur est donc réglable.
Le système d’alimentation en carburant peut comprendre une conduite de remise en circulation agencée pour permettre au carburant sortant de l’échangeur de chaleur primaire de revenir à un point du trajet d’écoulement de carburant avant l’échangeur de chaleur primaire. Le procédé peut comprendre l’ajustement d’une proportion de carburant remise en circulation par l’intermédiaire de la conduite de remise en circulation en fonction de la quantité de chaleur toujours destinée à être transférée au carburant avant qu’il n’atteigne la chambre de combustion. Le carburant peut donc traverser plusieurs fois l’échangeur de chaleur primaire pour assurer que suffisamment de chaleur lui est transférée.
un système d’alimentation en carburant agencé pour fournir du carburant ;
dans lequel lʼéchangeur de chaleur carburant-huile primaire est agencé pour transférer de 200 à 600 kJ/m 3 de chaleur au carburant à partir de l’huile dans des conditions de croisière.
Le moteur à turbine à gaz peut comprendre un cœur de moteur comprenant une turbine, un compresseur, la chambre de combustion agencée pour brûler un carburant, et un arbre de cœur reliant la turbine au compresseur.
Le moteur à turbine à gaz peut comprendre en outre une soufflante située en amont du cœur de moteur et agencée pour être entraînée, directement ou indirectement (par exemple par l’intermédiaire d'un arbre de soufflante), par rotation de l’arbre de cœur.
Le moteur à turbine à gaz peut comprendre en outre une ou plusieurs pompes, soupapes, conduites de remise en circulation, et/ou conduites de contournement pour permettre à des écoulements d’huile et/ou de carburant à travers et autour de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire et/ou secondaire qui peuvent y être associés d’être commandés de manière à adapter le transfert de chaleur entre l’huile et le carburant.
Le système d’échange de chaleur peut être agencé pour transférer 300 à 500 kJ/m 3 de chaleur au carburant à partir de l’huile dans l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire dans des conditions de croisière.
Le système à boucle d’huile primaire peut comprendre une soupape de modulation agencée pour ajuster l’écoulement d’huile entre les branches du système à boucle d’huile primaire. Cela permet une variation du rapport de transfert de chaleur entre l'échangeur de chaleur air-huile et l'échangeur de chaleur carburant-huile primaire. Le niveau d’écoulement d’huile (et donc le transfert de chaleur de l’huile vers l’air ou le carburant) peut être modifié en fonction de la température du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire, ou entrant dans la pompe ou la chambre de combustion (par ex. en fonction de l’emplacement d’un ou plusieurs capteurs de température), et ainsi permettre le contrôle de la température de carburant, par exemple au sein de limites supérieure et inférieure définies. Cela peut aider à assurer un rendement amélioré du moteur à turbine (par ex., en élevant la température de carburant) sans risquer d’endommager inutilement la pompe à carburant en aval de l’échangeur de chaleur carburant-huile en utilisant une température trop élevée pour la durabilité de la pompe à carburant.
L'échangeur de chaleur carburant-huile primaire peut être qualifié d'échangeur de chaleur carburant-huile principal car la majorité du transfert de chaleur entre l'huile et le carburant peut se produire dans l'échangeur de chaleur carburant-huile primaire. La fonction primaire de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire peut être de chauffer le carburant avant qu’il ne soit fourni à la chambre de combustion. Au moins sensiblement tout le carburant peut passer à travers l’échangeur de chaleur carburant-huile principal.
Un rapport du transfert de chaleur de l'huile au carburant pour les échangeurs de chaleur carburant-huile primaire et secondaire peut être approximativement compris entre 70:30 et 90:10, par ex. l'échangeur de chaleur carburant-huile primaire peut être responsable de 70 à 90 % du chauffage du carburant par l'huile, avec l'échangeur de chaleur carburant-huile secondaire responsable du reste.
Un rapport du transfert de chaleur de l’huile au carburant pour les échangeurs de chaleur carburant-huile primaire et secondaire peut être d’approximativement 80:20.
Dans d'autres exemples, la proportion du transfert de chaleur de l'huile au carburant entraînée par l'échangeur de chaleur carburant-huile secondaire peut être plus élevée.
La combinaison du système d’échange de chaleur et de la pompe à carburant peut ici être dénommée système de gestion de carburant.
La pompe à carburant du système de gestion de carburant peut être décrite ici en tant que pompe à carburant principale ou pompe à carburant moteur, car, à la différence de la pompe d’alimentation en carburant, c’est une partie du moteur lui-même. La pompe à carburant principale est située en aval d'au moins un échangeur de chaleur du système d'échange de chaleur – cet au moins un échangeur de chaleur peut être l'échangeur de chaleur carburant-huile primaire. Une ou plusieurs pompes à carburant auxiliaires peuvent être situées au niveau de l’une quelconque position appropriée le long du trajet d’écoulement de carburant.
Dans certains exemples de mises en œuvre, un troisième, un quatrième ou un quelconque nombre approprié d’autres échangeurs de chaleur carburant-huile peut être présent, facultativement avec une soupape de carburant pouvant fonctionner pour contrôler un débit de carburant à travers celui-ci.
L’écoulement d’huile à l’intérieur du moteur à turbine à gaz peut suivre une ou plusieurs boucles fermées. Le système d’huile à boucle primaire peut être considéré comme un système d’huile à boucle fermée et peut être conçu pour alimenter un écoulement de remise en circulation d’huile au sein du moteur et être décrit comme un système de lubrification et/ou de refroidissement à remise en circulation, ou en tant que système d’huile à remise en circulation. L'échangeur de chaleur carburant-huile primaire peut être décrit comme faisant partie du système d'huile à boucle fermée primaire. Le système de lubrification et/ou de refroidissement à remise en circulation peut être décrit comme un système de gestion de chaleur à huile, car de la chaleur est retirée de l’huile après qu’elle a été chauffée dans le processus de lubrification et/ou de refroidissement du réducteur.
Le système à boucle d’huile primaire peut comprendre au moins une première pompe à huile conçue pour pomper un écoulement d’huile autour d’au moins une partie du système d’huile à remise en circulation. La première pompe à huile peut être située au niveau de l’une quelconque position appropriée autour du système d’huile à remise en circulation. Le système d’huile à remise en circulation peut être conçu de telle sorte que l’écoulement d’huile s’écoule à travers des composants de moteur (par ex., la chambre de palier de moteur et le réducteur) et peut ensuite être collecté dans un carter. La première pompe à huile peut être conçue pour pomper de l’huile du carter vers un premier réservoir d’huile. À ce titre, la première pompe à huile peut être décrite comme une pompe de récupération.
Le réservoir d’huile peut être approprié pour contenir un volume d’huile. Le réservoir d’huile peut être conçu pour contenir l’un quelconque volume approprié d’huile. Le réservoir d’huile peut être agencé pour éliminer les gaz de l’huile dans le premier réservoir d’huile, par exemple comprenant un dégazeur. L’huile sortant du réservoir d’huile peut traverser un filtre, une crépine ou analogue.
Une seconde pompe à huile peut être située entre le premier réservoir d’huile et l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire. La seconde pompe à huile peut être décrite comme une pompe d’alimentation. La seconde pompe à huile peut être conçue pour pomper de l’huile du premier réservoir d’huile vers l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire et (lorsqu’il est présent) l’échangeur de chaleur air-huile.
Aux conditions de croisière, et pour tous les aspects décrits ici, l’écoulement d’huile entrant dans n’importe lequel des échangeurs de chaleur carburant-huile peut avoir une température moyenne plus élevée que l’écoulement de carburant entrant dans le même échangeur de chaleur carburant-huile aux conditions de croisière. De cette manière, l’énergie thermique peut être transférée de l’écoulement d’huile vers l’écoulement de carburant s’écoulant à travers le ou les échangeurs de chaleur carburant-huile aux conditions de croisière. Ainsi, l’huile sortant de chaque échangeur de chaleur peut avoir une température plus basse que l’huile entrant dans cet échangeur de chaleur aux conditions de croisière.
Le système à boucle d’huile secondaire peut avoir une architecture similaire au système à boucle d’huile primaire (par ex. un réservoir d’huile, une ou plusieurs pompes), mais peut fournir de l’huile au générateur d’entraînement intégré (au lieu d’un réducteur principal), et à travers l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire (au lieu de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire).
Dans le cas où les systèmes à boucle fermée primaire et/ou secondaire comprennent au moins un échangeur de chaleur carburant-huile et au moins un échangeur de chaleur air-huile, au moins une partie de l’écoulement d’huile peut ne pas s’écouler à travers l’échangeur de chaleur carburant-huile et/ou l’échangeur de chaleur air-huile.
Il est envisagé que toutes les caractéristiques décrites pour le cinquième aspect puissent également s’appliquer au sixième aspect.
En outre, n’importe quelle caractéristique ou toutes les caractéristiques des premier à quatrième aspects peuvent être utilisées conjointement avec celles des cinquième et sixième aspects.
Dans n’importe quel ou tous les aspects ci-dessus, le moteur à turbine à gaz peut comprendre en outre :
Le système d’échange de chaleur peut comprendre un échangeur de chaleur huile-huile agencé pour transférer la chaleur entre l’huile du système à boucle primaire et l’huile du système à boucle secondaire.
L’huile du système à boucle d’huile primaire peut être physiquement séparée de l’huile du système à boucle d’huile secondaire ; en tant que tels les systèmes à boucle d’huile primaire et secondaire peuvent être des boucles fermées distinctes, séparées. En tant que tel, le système à boucle d’huile primaire peut être dénommé système d’huile à boucle fermée primaire et le système à boucle d’huile secondaire peut être dénommé système d’huile à boucle fermée secondaire. L’huile du système à boucle d’huile primaire peut être ou non chimiquement similaire, ou identique, à l’huile du système à boucle d’huile secondaire. C’est-à-dire que les systèmes à boucles d’huile primaire et secondaire peuvent être isolés fluidiquement de telle sorte que l’huile ne se mélange jamais entre les deux, et l’huile en chacune peut être chimiquement distincte et/ou peut être pompée à un débit différent.
L’échangeur de chaleur huile-huile peut être positionné en aval de l’un ou des deux échangeurs de chaleur air-huile et carburant-huile du système à boucle d’huile primaire. Le système à boucle d’huile primaire peut comprendre deux branches à travers lesquelles s’écoule d’huile, pour fournir la configuration d’échangeur de chaleur parallèle décrite ci-dessus, et l’échangeur de chaleur huile-huile peut être sur la même branche que l’échangeur de chaleur air-huile (à savoir en parallèle avec l’échangeur de chaleur carburant-huile).
Dans des mises en œuvre avec un système à boucle d’huile secondaire, les un ou plusieurs échangeurs de chaleur du système d’échange de chaleur peuvent en outre comprendre un échangeur de chaleur carburant-huile secondaire agencé pour recevoir le carburant et l’huile provenant du système d’huile secondaire. La chaleur peut être transférée entre l’huile du système d’huile secondaire et le carburant en utilisant l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire. L’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire peut être dénommé échangeur de chaleur de générateur d’entraînement intégré (IDG).
L’échangeur de chaleur carburant-huile à travers lequel s’écoule de l’huile du système à boucle d’huile primaire peut être dénommé échangeur de chaleur carburant-huile primaire. Le carburant peut s’écouler à travers l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire avant l’écoulement à travers l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire, de telle sorte que de la chaleur est transférée de l’huile dans le système d’huile secondaire au carburant avant que de la chaleur soit transférée de l’huile dans le système d’huile primaire au carburant.
La commande du système d’échange de chaleur de manière à élever la température de carburant ou à affecter d’autres paramètres peut en outre ou en variante comprendre l’ajustement d’une quantité de carburant envoyée à travers l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire et l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire. Ce réglage peut comprendre l’ajustement de la proportion de carburant envoyée vers le bas d’une conduite de contournement passant l’échangeur de chaleur respectif, plutôt que d’être envoyée à travers l’échangeur de chaleur. Alternativement ou en complément, cet ajustement peut comprendre l’ajustement de la proportion de carburant qui est remise en circulation depuis une sortie d’un échangeur de chaleur en retour vers une entrée de cet échangeur de chaleur, par exemple à l’aide d’une conduite de remise en circulation. On aura à l’esprit qu’une conduite de remise en circulation pourrait être utilisée de manière interchangeable en tant que conduite de contournement dans des mises en œuvre dans lesquelles la direction d’écoulement à travers ce tuyau peut être inversée, mais qu’il est possible d’utiliser autrement des conduites séparées.
Le système à boucle d’huile primaire peut comprendre une soupape de modulation agencée pour ajuster l’écoulement d’huile entre les branches du système à boucle d’huile primaire. Cette soupape de modulation peut être commandée en tant que partie d’un système de rétroaction pour ajuster une propriété de carburant souhaitée pour qu’elle se situe dans une plage souhaitée, comme décrit précédemment.
Un rapport du transfert de chaleur de l’huile au carburant pour les échangeurs de chaleur carburant-huile primaire et secondaire peut être approximativement entre 70:30 et 90:10. L’échangeur de chaleur carburant-huile primaire peut donc être responsable de 70 à 90 % du transfert de chaleur – il peut être appelé « primaire » car il est responsable de la plupart du transfert de chaleur – à savoir étant la source primaire de chaleur pour chauffer le carburant avant l’entrée dans la chambre de combustion.
Dans d’autres exemples, le rapport du transfert de chaleur de l’huile au carburant pour l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire peut être plus élevé.
un réducteur agencé pour recevoir une entrée provenant de l’arbre de cœur et pour délivrer en sortie un entraînement à la soufflante par l’intermédiaire de l’arbre de soufflante ;
un système à boucle dʼhuile primaire agencé pour fournir de lʼhuile pour lubrifier le réducteur ; et
un système dʼéchange de chaleur agencé pour transférer la chaleur entre lʼhuile et le carburant, le système à boucle dʼhuile primaire étant agencé de telle sorte que lʼhuile a une température moyenne dʼau moins 180 °C à l’entrée du système dʼéchange de chaleur aux conditions de croisière,
dans lequel le système dʼéchange de chaleur est agencé pour transférer de 200 à 600 kJ/m 3 de chaleur au carburant à partir de l’huile dans des conditions de croisière.
Le système d’échange de chaleur peut donc être agencé pour contrôler la température d’huile à l’entrée du réducteur, comme décrit plus en détail ci-dessus par rapport au troisième aspect.
Le moteur à turbine à gaz peut comprendre en outre un réducteur auxiliaire. L’huile du système de lubrification à remise en circulation peut être agencée pour refroidir le réducteur auxiliaire, augmentant ainsi en température. Une partie de la chaleur transférée au carburant peut donc provenir d’un réducteur auxiliaire.
Le moteur à turbine à gaz peut comprendre en outre une ou plusieurs chambres de palier. L’huile dans le système de lubrification à remise en circulation peut être agencée pour refroidir la ou les chambres de palier, augmentant ainsi en température. Une partie de la chaleur transférée au carburant peut donc provenir d’une chambre de palier.
Le système d’échange de chaleur peut comprendre plusieurs échangeurs de chaleur. Le système d’échange de chaleur peut comprendre une ou plusieurs pompes, soupapes, conduites de remise en circulation, et/ou conduites de contournement pour permettre de contrôler des écoulements d’huile et/ou de carburant à travers et autour des échangeurs de chaleur de manière à adapter le transfert de chaleur, et ainsi ajuster la viscosité.
L’appareil du quatrième aspect peut être utilisé pour mettre en œuvre le procédé du troisième aspect, et peut avoir n’importe laquelle des caractéristiques décrites par rapport au troisième aspect.
Selon un cinquième aspect, un procédé de fonctionnement d’un moteur à turbine à gaz est fourni, le moteur à turbine à gaz comprenant :