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MOTEUR A PROPULSION A TUYERE.
La présente invention concerne un moteur à propulsion à tuyère comprenant un compresseur et une turbine, tous deux à plusieurs étages.
Suivant l'invention, au moins deux roues de compresseur, ainsi qu'au moins deux roues de turbine, juxtaposées, tournent en sens contraires.
La disposition adoptée peut être celle de deux arbres co-axiaux, tournant en sens contraires, sur lesquels sont calées les roues, tournant en sens contraires, et les éventuelles roues additionnelles, de compresseur ou de turbine, tournant dans le même sens. En outre, l'arbre externe en particulier peut dans sa longueur, être conçu au moins démontable, pour permettre de dimensionner l'arbre interne plus généreusement aux endroits exposés à de plus grands efforts et en particulier aux paliers. Il est possible de réaliser de façon entièrement indépendants les paliers de l'arbre interne et ceux de l'arbre externe, les uns étant par exemple placées aux deux extrémités du moteur à propulsion, tandis que les autres seraient situés plus vers l'intérieur.
On peut cependant faire reposer l'arbre externe entièrement sur l'arbre interne, tournant en sens contraire, ou bien, l'arbre interne ayant extérieurement au moins un appui fixe et l'arbre externe aussi au moi-ns un appui fixe extérieurement, ces deux arbres pourront, étant de sens contraires, avoir entre eux au moins un palier co-axial commun. L'huila servant au graissage des paliers peut provenir de l'extérieur, ou bien leur parvenir @ travers l'arbre interne ou l'arbre externe.
Pour faciliter l'écoulement de l'huile de graissage, l'arbre externe peut présenter une cavité ainsi que des orifices de sortie et des dispositifs d'écoulement appropriés, l'huile étant recueillie le long des parois d'un carter.
Afin de retenir l'huile sur les paliers, de l'air comprimé pour+ ra être envoyé aux joints, depuis l'un quelconque des étages du compresseur.
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Les deux arbres,interne et externe, sont maintenus chacun en un point au. moins, par un palier de butée à l'égard des sollicitations axiales.
Les roues de turbine, au nombre de deux au moins, tournant en sens contraires et portant chacune au moins une rangée d'ailettes, peuvent ne servir qu'à l'entrainement des roues de compresseur, suivant par exemple une disposition où l'arbre de turbine interne entraîne une ou plusieurs roues de compresseur axiales devant, entre ou après lesquelles sont disposées des ailettes directrices fixes, montées dans l'enveloppe externe du compresseur, tandis que l'arbre externe peut également entraîner une ou plusieurs roues de compresseur axiales devant, entre ou après lesquelles sont disposées des ailettes directrices fixes.
La disposition adoptée peut toutefois également être telle qu'en un point au moins du compresseur axial se trouvent juxtaposées une roue solidaire de l'arbre interne et une roue solidaire de l'arbre externe, ces deux roues axiales tournant alors en sens contraires. Ceci permet d'atteindre la seconde roue, traversée par le fluide de compression, des vitesses et des augmentations de compression plus élevées que dans une roue à ailettes axiales non précédée d'une roue axiale tournant en sens contraire. La vitesse de sortie du fluide hors de la seconde roue axiale, tournant en sens contraire, est également plus élevée, déterminant ainsi dans les ailettes directrices qui lui font suite, par transformation en pression de cette vitesse d'écoulement,une compression plus élevée.
Un compresseur axial ainsi conçu produit donc, avec un même nombre de roues à ailettes, davantage de pression qu' un compresseur ne comportant que des roues tournant dans le même sens.
Suivant une autre forme de réalisation de la présente invention, l'arbre de turbine interne, mis en mouvement par la roue de turbine externe qui comporte au moins une rangée d'ailettes, entraîne une ou plusieurs roues de compresseur axiales. Dans l'intervalle entre chacune de ces roues axiales ou bien autour d'elles,pourront être disposées des roues axiales entraînées par l'arbre de turbine externe et par la roue de turbine interne. Ces roues pourront porter, sur le pourtour de leurs ailettes, des éléments annulaires s'étendant au-dessus des ailettes des roues axiales qui tournent en sens inverses.
Ces éléments annulaires, qui seront de préférence en matériau extrêmement résistant, forment avec les ailettes et avec leurs prolongements internes qui, aux fins de renforcement et d'étanchéité, prennent appui sur l'arbre interne tournant en sens inverse, un ensemble résistant bien aux efforts centrifuges. Tous lesdits éléments annulaires pourront se visser l'un dans l'autre, en sorte de former ensemble un unique tambour. L'arbre externe pourra, entre la roue de turbine interne et les roues de compresseur, reposer sur un palier au moins, tandis que de l'autre côté du compresseur pourra être disposé un second palier fixe au moins, sur lequel prend appui le moyeu de la première roue de compresseur axiale, tournant avec la roue de turbine interne.
Intérieurement ou extérieurement à ce moyeu, l'arbre interne pourra lui aussi disposer de paliers, par exemple situés sensiblement aux mêmes points. L'arbre interne peut d'un autre côté prendre appui, derrière la dernière roue de turbine, sur la partie postérieure du bâti-moteur. Outre à entraîner des roues de compresseur, l'arbre interne pourra également entrainer une hélice à travers un réducteur. Suivant une variante de cette disposition, l'arbre interne et l'arbre externe pourront, chacun par un engrenage séparé, actionner chacun une hélice tournant en sens contraire. L'arbre interne et l'arbre externe de turbo-compresseur pourront, tout à fait indépendamment l'un de l'autre, avoir des vitesses périphériques optima.
Mais ils peuvent aussi, au contraire, se trouver liés ensemble de façon permanente ou temporaire, par exemple au moyen d'engrenages ou d'accouplements. Cette liaison peut être aisément réalisée, s'il's'agit d'entraîner en sens contraires deux hélices, en accouplant les deux réducteurs, par exemple au moyen de pignons.
Le tambour entourant les roues axiales de compresseur, au lieu d'être formé d'éléments annulaires vissés ensemble, pourra également être constitué par un capotage d'une seule pièce fixé directement ou par frettage par-dessus la rangée des roues axiales qu'entraîne la roue de turbine in-
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terne. Dans ce cas, le pourtour de ces roues axiales sera avantageusement réalisé cylindrique, de manière à faciliter la pose du frettage.
Au lieu de comporter des roues axiales, le compresseur pourra être muni, par exemple, d'ailettes radiales tournant les unes dans les autres.
Plusieurs exemples de réalisation de la présente invention sero décrits plus avant, référence étant faite aux dessins annexés; sur lesquels des chiffres ou des lettres;identiques ou équivalents désignent des parties identiques ou ayant les mêmes fonctions, et dans lesquels
Fig. 1 illustre la mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'un moteur à propulsion à tuyère simple à compresseur et turbine tous deux du type axial ;
Fig. 2 représente un moteur à propulsion à tuyère simple suivant l'invention , comprenant un compresseur radial et une turbine radiale ;
Fig. 3 représente un moteur à propulsion à tuyère suivant l'in- ' vention, comprenant un compresseur axial et actionnant une hélice aérienne ;
Fig. 4 représente un moteur à propulsion à tuyère suivant l'invention, comprenant un compresseur axial et une turbine axiale à quatre étages, et actionnant deux hélices aeriennes tournant en sens contraires.
Sur toutes ces figures, la lettre A désigne l'enveloppe du moteur à propulsion à tuyère, la lettre B son entrée d'air, la lettre C les chambres de combustion, et la lettre D l'orifice de la tuyère.
Sur la Fig. l, la référence numérique 1 désigne la roue de turbi- ne interne, pourvue d'ailettes axiales 2. Cette roue 1 est calée sur l'élément d'arbre externe 3 moyennant une clavette 4. Cet élément d'arbre 3 reposé dans un palier 5 par ses coussinets 6 et 7. L'élément d'arbre 3 se visse dans un élément d'arbre 8 sur lequel sont montées, par exemple au moyen de cannelures, les roues de compresseur axiales 9,9', 9" et 9,"'. Cet élément d'arbre 8 est maintenu, à travers la couronne 10, d'ailettes directrices fixes, par la coussinet 11. Les projections d'huile en provenance du coussinet 11 sont recueillies par les carters de moyeu 12 et 13, aux fins d'évacuation.
A chacune des roues à ailettes axiales 14, 14', 14" et 14 " ' fait suite une couronne d'ailettes directrices fixes 15, 15', 15" et 15'''. La roue de turbine extérieure 30, portant les ailettes axiales 31, est calée sur l'arbre 32 moyennant la clavette 33 assurée par l'écrou 34. Cet arbre 32 s'appuie sur le palier 35 dudit élément d'arbre externe 3, et sur le palier 36 de l'élément exteme d'arbre 8, situé sensiblement au droit du palier 11 qui l'entoure.
Les références 37 et 38 désignent les joints à chicanes qui empêchent l'huile de s'échapper des l'espace compris entre les arbres 3,8 et 32. De l'air comprimé, provenant du compresseur, est fourni à ces joints à chicanes à travers des alésages non représentés. L'huile servant à la lubrification des paliers 35 et 36, quittant l'arbre 8 à travers les alésages 39, parvient dans le collecteur 40 pour être réutilisée après refroidissement et filtrage. La référence numérique 41 désigne un amortisseur de pression prévu pour absorber une partie de la poussée axiale exercée par le compresseur. La roue de turbine 1 comporte, elle aussi, un amortisseur 42 visant au même effet.
La couronne d'ailettes directrices 10 peut être réalisée en une ou deux parties, comme indiqué ci-joint. L'extrémité antérieure de l'arbre interne 32 porte un manchon 50 maintenu par une vis 51. Ce manchon 50 porte lui-même deux roues à ailettes axiales 52 et 52' munies d'ailettes axiales 53 et 53'.
Entre ces ailettes axiales, est intercalée une rangée d'ailettes directrices 54 fixées au carter A du moteur à propulsion. Les roues 52 et 52' tournent en sens contraire des roues 9,9',9" et 9 "'. En avant de la roue 52' est en outre placée une couronne 55, munie d'ailettes directrices 56, fixée à l'enveloppe A du moteur à propulsion. Cette courent ' fixe 55 porte en sa partie centrale un coussinet à billes 57 assurant le guidage de l'élément d'arbre 50 et par conséquent de l'arbre interne 32. La bague de roulement interne du coussinet à billes 57 est tenue appliquée par la vis 51 et le chapeau 58 contre le manchon 50 et par conséquent contre l'arbre 32. L'huile parvient
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aux paliers 57,35 et 36 par la tubulure 59 et la boîte à huile 60.
Les pa- liers 35 et 36 sont alimentés par des conduits 61 pratiqués dans l'arbre interne 32.
Dans un moteur à propulsion suivant la Fig. 1, l'air pénétrant en B traverse d'abord les ailettes directrices 56, puis successivement les autres étages du compresseur, avant de parvenir à la chambre de combustion C.
Il traverse ensuite les roues, tournant en sens contraires, de la turbine 2 et parvient en D à la tuyère où la poussée due à l'échappement des gaz pro- pulse en sens contraire l'aérodytie portant ledit moteur à propulsion. La division du travail dans la turbine à aubages tournant en sens contraires, la vitesse de rotation des aubages, leur incidence d'entrée et de sortie et leurs dimensions, sont choisies de manière à fournir des puissances cor- respondant le mieux possible aux besoins des roues de compresse à entraî- ner.
La Fig. 2 présente un moteur à propulsion simple comportant un compresseur radial à roues tournant en sens contraires, accouplé à une tur- bine, également radiale, dont les roues tournent dans des sens opposés. La référence numérique 1 y désigne la roue de turbine radiale, munie d'ailet- tes radiales 2. La roue 1 est calée sur l'arbre interne 3 au moyen de la cla- vette 4 assurée par l'écrou 4'. Périphériquement à la roue 1 tourne une se- conde roue radiale 30 munie d'ailettes radiales 31. Les gaz actionnant cette roue 30 proviennent des chambres de combustion C et sont guidés vers les ailettes 31 par des ailettes directrices fixes 31'. La roue de turbine 30 est munie d'un amortisseur 30' servant à réduire la pression axiale qui s'y exerce.
La roue 30 est fixée à l'arbre creux 8 qui est monté dans le carter 6 sur deux paliers 5 et 5'. La carter 6 est fixé à l'enveloppe A du moteur à propulsion. Le palier 5' est conçu pour résister à la poussée axia- le des roues calées sur l'arbre 8. L'arbre interne 3 prend appui en 7 et 7' sur l'arbre externe 8. Chacun de ces paliers porte, vers l'extérieur, un joint à chicanes 8' et 8" interposé entre l'arbre externe 8 et l'arbre inter- ne 3. L'huile sortant des arbres 7 et 7' parvient, à travers les orifices 8''', au carter d'huile 6 d'où elle sort par la tubulure 6' pour être réuti- lisée. Les paliers 5 et 5' sont isolés chacun de la turbine et du compres- seur respectivement par les joints à chicanes 51 et 52. La référence numé- rique 9 désigne la roue interne du compresseur radial, munie d'ailettes radia- les 10.
Périphériquement à cet aubage sont disposées d'autres ailettes radia- les 12 appartenant à une seconde roue de compresseur 11. La référence numé- rique 13 désigne le carter de compresseur, dans lequel un joint à chicanes 10' est monté extérieurement à un amortisseur 11'. La roue 11 est vissée sur l'arbre externe 8, tandis que la roue 9 est montée sur l'arbre interne 3, moyennant une clavette 40 assurée par l'écrou 41. A proximité de cette roue, l'arbre interne 3 entraîne également une pompe de graissage 42 dont l'huile, arrivant par la tubulure 43, parvient aux paliers internes 7 et 7' à travers un alésage 44 pratiqué au centre de l'arbre interne 3.
L'arbre interne 3 est axialement maintenu dans le corps de la pompe de graissage 42. Ce dispositif de lubrification peut également être combiné avec le démarreur 45 du moteur à propulsion.
Au lieu d'être actionné par une turbine radiale, le compresseur radial peut également être actionné par une turbine axiale, et réciproque- ment une turbine radiale peut entraîner un compresseur axial de type quel- conque.
Dans une forme de réalisation suivant la Fig. 3, la référence numérique.1 désigne la roue interne, à ailettes axiales 2 et 2', d'une tur- bine. Entre les ailettes 2 et 2' est intercalée une couronnne d'ailettes directrices fixes 2 . La roue de turbine 1 entraîne un arbre 8 reposant sur des paliers 5 et 5' fixés à enveloppe du moteur à, propulsion. L'arbre 8 porte à son extrémité antérieure une roue 9 munie d'un aubage 14 dont la périphérie comporte un élément annulaire 16. La roue de turbine postérieure 30 porte deux rangées d'ailettes axiales 31 et 31'-. entre lesquelles est disposée une couronne d'ailettes directrices fixes 31 . La roue de turbine 30
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entraîne l'arbre interne creux 32.
Cet arbre repose, à, son extrémité postéri- eure, sur un palier 6 où il est maintenu également en direction axiale. A son extrémité antérieure, l'arbre interne 32 prend appui sur le moyeu ,de,la roue 9 Cette roue est conçue de façon analogue à la roue 9 et porte un aubage axial 14 '''' se terminant par un élément annulaire 16
Entre la roue 9 et la roue 9 """ se succèdent cinq autres roues 9', 9",
9"', 9"", 9''' également conçues de façon analogue à la roue 9, qui portent cinq aubages axiaux 14', 14", 14''', 14''' et 14'''''' se terminant par cinq éléments annulaires 16', 16 " , 16"', 16'''' et 16""'. Tous ces éléments annulaires 16 à 16""", vissés ensemble,
forment un seul tambour auquel aboutissent vers l'extérieur les aubages 14 à 14""". Intercalés entre les aubages 14 à 14""" se succèdent également d'autres aubages 15,
15', 15", 15"', 15"" et 15 ''''' tournant en sens contraire. Ces auba- ges sont montés chacun sur une roue 17,17' 17", 17"', 17"", 17''''' et
17 """ pourvue chacune, en sa partie centrale, d'un moyeu permettant de la fixer sur l'arbre 32. Par contre, les roues 9', 9", 9''', 9"", 9""' ont un moyeu qui intérieurement n'atteint que le pourtour du moyeu des roues
17, 17', 17", 17'', 17"" et s'y raccorde par des joints à chicanes ser- vant à conserver la pression qui règne en avant et en arrière de chaque roue.
La machine comporte done deux séries d'aubages mutuellement intercalés, tour- nant en sens contraires, dont l'une, comprenant les roues 17 à 17''', tour- ne avec l'arbre interne 32, tandis que l'autre, qui comprend les roues 9 à 9""", est camée sur l'arbre 8. Il existe donc dans cette machine douze en- droits où intervient un changement du sens de rotation des aubes, ce qui permet, avec un nombre d'étages relativement faible, d'atteindre une pression élevée. En avant du premier aubage mobile 9""" se place une couronne 18 d'ailettes directrices fixes, montée dans l'enveloppe du moteur à propulsion dont les ailettes axiales 19 sont enveloppées d'un élément annulaire 20.
Dans cette couronne 18 est logé un palier à billes 21 sur lequel est monté le moyeu de la roue de compresseur 9""". Ce moyeu renferme aussi, comme on l'a vu, le palier 36 de l'arbre interne 32. Dans la forme de réalisation de l'invention ici considérée, cet arbre interne 32 entraîne au surplus, à travers au moins un réducteur 22, 23 une hélice 24.
Sur la fig. 4, la référence 1 désigne également la première roue de turbine, comportant deux rangées d'ailettes axiales 2 et 2' entre lesquelles est insérée une couronne d'ailettes directrices fixes 21. La roue de turbine 1 est calée sur l'arbre 8 porté par les paliers 5 et 5'. La référence 30 désigne la seconde roue de turbine, tournant en sens contraire, qui porte deux rangées d'ailettes axiales 31 et 31'. La référence 311 désigne la couronnne d'ailettes directrices fixes intercalée entre ces deux rangées d'ailettes mobiles. La roue 30 est calée sur l'arbre interne 32 que guide le palier denté 6. L'arbre externe 8 est solidaire de la dernière roue de compresseur 9 dont les ailettes 14 se terminent par un élément annulaire 16. Cet élément annulaire 16 entoure également la roue 17 portant les ailettes axiales 15.
Par son moyeu, cette roue 17 est calée sur l'arbre interne 32. La roue 17 est suivie d'une roue 9' à laquelle fait suite une roue 17' suivie elle-même d'une roue 9", d'une roue 17" et enfin d'une roue 9'''. La roue 9' porte un aubage axial 14', la roue 9" un aubage axial 14", et la roue 9 " ' un aubage axial 14" '. On a donc quatre roues à ailettas 9,9',9'',9''' tournant ensemble et réunies à leur périphérie, ayant entre elles trois roues 17,17' et 17" tournant en sens contraire. Les roues 17 et 17' portent, au contact des moyeux des roues 9 et 9', des joints qui ne laissent subsister que de faibles pertes de charge entre ces roues. Toutes les roues externes sont terminées par des éléments annulaires 16,16', 16" et 16'''.
Ces éléments annulaires 16 à 16"' sont vissés l'un sur l'autre. En avant de la roue 9'''. une couronnne d'ailettes directrices fixes 18, munie d'ailettes 19, est montée dans l'enveloppe du moteur à propulsion.
Dans cette couronnne 18 est logé un palier 21 dont l'un des éléments est constitué par le moyeu de la roue 9'''. L'arbre interne 32 s'appuie également à proximité et intérieurement au moyeu de la roue 9''', par exemple en 36.
Le moyeu de la roue 9 " ' se prolonge vers l'avant par une roue dentée 22 qui entraine, à travers la roue dentée de plus grand diamètre 23, l'arbre 25 sur lequel est calée l'hélice 24. L'extrémité antérieure de l'arbre
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interne 32, prolongée, porte également un pignon 22' entraînant une roue dentée 23' qui entraîne à son tour l'arbre creux 25' de l'hélice arrière 24' L'arbre 25' tourne en sens contraire de l'arbre 25. Ces deux arbres pourront être portés en 26 et 27 par des paliers montés sur le bâti du moteur à propulsion.