FR2604480A1 - AUXILIARY GAS TURBINE FOR USE ON AN AIRCRAFT AND INCREASING ITS FLOW AT LARGE FLIGHT ALTITUDES - Google Patents
AUXILIARY GAS TURBINE FOR USE ON AN AIRCRAFT AND INCREASING ITS FLOW AT LARGE FLIGHT ALTITUDES Download PDFInfo
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Abstract
A. TURBINE A GAZ AUXILIAIRE DESTINEE A ETRE UTILISEE SUR UN AVION ET A AUGMENTER SON DEBIT A DE GRANDES ALTITUDES DE VOL. B. TURBINE A GAZ AUXILIAIRE CARACTERISEE EN CE QU'ELLE ASPIRE A PARTIR DE LA CABINE DE L'AVION, DE L'AIR AU NIVEAU DE PRESSION DE LA CABINE, TANDIS QUE L'ECOULEMENT DE GAZ SORTANT DE LA TURBINE MOTRICE EST EVACUE DANS L'ENVIRONNEMENT.A. AUXILIARY GAS TURBINE INTENDED FOR USE ON AN AIRPLANE AND TO INCREASE ITS FLOW AT HIGH FLIGHT ALTITUDES. B. AUXILIARY GAS TURBINE CHARACTERIZED IN THAT IT INTAKES FROM THE AIRCRAFT CABIN, AIR TO THE PRESSURE LEVEL OF THE CABIN, WHILE THE GAS FLOW FROM THE ENGINE TURBINE IS DRAINED INTO THE CABIN THE ENVIRONMENT.
Description
"Turbine à gaz auxiliaire destinée à être utilisée sur un avion et à"Auxiliary gas turbine intended for use on an airplane and for
augmenter son débit à de grandes altitudes de vol. " L'_invention concerne une turbine à gaz auxiliaire destinée à être utilisée sur un avion, dont la turbine mo- increase its flow at high flight altitudes. The invention relates to an auxiliary gas turbine for use on an aircraft, including a small turbine.
trice entraine au moins un alimentateur d'air. trice drives at least one air supply.
Par le document DE-OS 23 25 592, on connatt un By the document DE-OS 23 25 592, one knows a
dispositif avec une turbine à gaz auxiliaire qui est uti- device with an auxiliary gas turbine which is used
lisée pour démarrer les propulseurs de l'avion et pour en- to start the propellers of the aircraft and to
tra ner des appareils auxiliaires de l'avion. Dans ce cas, le dispositif est maintenu en fonctionnement pendant la totalité du vol, par exemple pour alimenter la cabine de train auxiliary equipment on the aircraft. In this case, the device is kept in operation during the entire flight, for example to power the cabin of
l'avion en air climatisé. L'air nécessaire pour le fonction- the plane in air conditioning. The air necessary for the function-
nement de la turbine à gaz auxiliaire est prélevé sur le of the auxiliary gas turbine is taken from the
compresseur du propulseur principal. Ceci présente l'incon- main thruster compressor. This presents the incon-
vénient que ce propulseur principal, notamment aux grandes altitudes de vol, doit fonctionner avec une puissance plus élevée que cela n'est nécessaire pour des raisons techniques de vol, afin de fournir suffisamment d'air à la turbine à gaz auxiliaire. Cela se produit notamment lorsqu'après avoir The main thruster, especially at high flight altitudes, has to operate at a higher power than is necessary for technical flight reasons, in order to supply enough air to the auxiliary gas turbine. This is especially the case when after
atteint le plafond d'utilisation de l'avion, le ou les propul- the ceiling of use of the airplane, the propulsion
seurs principaux doivent fonctionner au cours de la phase de descente, uniquement pour l'aération de la cabine, à une puissance plus élevée que celle qui serait nécessaire pour des raisons techniques de vol. 2.- Il est en outre connu d'alimenter la turbine à gaz auxiliaire exclusivement avec l'air environnant. Dans The main engines must operate during the descent phase, only for cabin ventilation, at a higher power than would be required for technical flight reasons. 2. It is further known to supply the auxiliary gas turbine exclusively with the surrounding air. In
ce type de fonctionnement également, la turbine à gaz auxi- this type of operation also, the gas turbine
liaire doit fonctionner, lorsque l'altitude s'accroit, avec une puissance fortement croissante, car la pression interne de la cabine doit être maintenue constante, tandis que le débit fourni par la turbine à gaz auxiliaire, décroît du fait As the altitude increases with increasing power, the air pressure of the cabin must be kept constant, while the flow rate supplied by the auxiliary gas turbine decreases because
de la décroissance de la densité de l'air. of the decrease of the density of the air.
L'invention a pour but d'augmenter le débit d'une turbine à gaz auxiliaire à de grandes altitudes de vol. Ce but est atteint, conformément à l'invention The invention aims to increase the flow rate of an auxiliary gas turbine at large flight altitudes. This object is achieved according to the invention
en ce que la turbine à gaz auxiliaire aspire de l'air à par- in that the auxiliary gas turbine sucks air in
tir de la cabine de l'avion au niveau de pression de cette shot of the aircraft cabin at the pressure level of this
cabine et le détend dans l'atmosphère. GrAce à cette disposi- cabin and relaxes it in the atmosphere. Thanks to this
tion, le débit de la turbine à gaz auxiliaire est considéra- the flow rate of the auxiliary gas turbine is consid-
blement augmenté, par rapport à celui de turbines à gaz auxi- increased compared to that of gas turbines
liaires qui est alimenté en air provenant de l'atmosphère li- which is supplied with air from the atmosphere
bre. Si l'on veut obtenir le même débit en altitude avec ber. If you want to get the same airspeed at altitude with
une turbine à gaz auxiliaire aspirant à partir de l'atmos- an auxiliary gas turbine aspiring from the atmosphere
phère, cette turbine à gaz auxiliaire devrait, selon l'altitu- this auxiliary gas turbine should, according to the
de o elle est exploitée, être dimensionnée pour un débit al- where it is exploited, be dimensioned for a flow rate
lant jusqu'à 5 fois le débit dans le cas d'exploitation au sol. Indépendamment du poids important de la turbine qui en résulterait, la turbine devrait également fonctionner dans up to 5 times the flow in the case of ground exploitation. Regardless of the significant weight of the turbine that would result, the turbine should also operate in
des cas d'utilisation défavorables, car une zone d'exploita- cases of unfavorable use, because a zone of exploitation
tion plus importante devrait être couverte. Selon un com- greater importance should be covered. According to a
plément de l'invention, la turbine à gaz auxiliaire est réa- of the invention, the auxiliary gas turbine is
lisée sous la forme d'une installation à deux arbres. Ainsi, la turbine génératrice de gaz fonctionne avantageusement à un point de fonctionnement constant, ce qui, du fait de la pression d'air constante de la cabine avec laquelle le compresseur de la turbine génératrice de gaz est alimenté, in the form of a two-shaft installation. Thus, the gas-generating turbine advantageously operates at a constant operating point, which, because of the constant air pressure of the cabin with which the compressor of the gas-generating turbine is fed,
est possible sans problème.is possible without problem.
L'adaptation à la pression atmosphérique s'effec- Adaptation to atmospheric pressure is
tue, conformément à l'invention, grâce à la turbine motrice 3.- kills, according to the invention, thanks to the driving turbine 3.-
qui est ainsi la seule à fonctionner dans des zones de char- which is the only one to operate in areas of
ge partielles différentes. Dans le cas d'une telle commande, la turbine génératrice de gaz est touJours exploitée à son partial different ge. In the case of such a control, the gas-generating turbine is still operated at its
point de fonctionnement.Working point.
D'autres formes de réalisation conformes à l'invention de la turbine à gaz auxiliaire découlent de la Other embodiments according to the invention of the auxiliary gas turbine derive from the
description des dessins, description dans laquelle un exem- description of the drawings, description in which an example
ple de réalisation de l'invention, représenté sur les figures embodiment of the invention, shown in FIGS.
est décrit.is described.
- les figures 1 à 7 montrent sous forme de dia- FIGS. 1 to 7 show in the form of diagrams
grammes différentes influences sur le besoin de puissance de l'alimentateur d'air, ainsi qu'une caractéristique de puissance d'une turbine à gaz auxiliaire classique, et d'une different influences on the power demand of the air supply, as well as a power characteristic of a conventional auxiliary gas turbine, and a
turbine à gaz auxiliaire fonctionnant conformément à l'in- auxiliary gas turbine operating in accordance with the
vention, - la figure 8 montre un ensemble de turbines à Figure 8 shows a set of turbines
gaz auxiliaires conformes à l'invention. auxiliary gases according to the invention.
Sur la figure 1 est représenté, en fonction de l'altitude, le rapport de puissance de l'alimentateur air In Figure 1 is shown, according to the altitude, the power ratio of the air feeder
rapporté à la puissance au niveau du sol. On voit que ce rap- related to the power at ground level. We see that this report
port de puissance augmente fortement lorsque l'altitude de power port increases sharply when the altitude of
vol croit.flight believes.
La figure 2 montre en fonction de l'altitude, le rapport du débit de l'air pour la cabine, rapporté au débit Figure 2 shows, as a function of altitude, the ratio of the air flow rate for the cabin to the flow rate
au niveau du sol.at ground level.
La figure 3 montre en fonction de l'altitude de Figure 3 shows depending on the altitude of
vol, le rapport de pression de l'alimentateur d'air. flight, the pressure ratio of the air feeder.
Sur la figure 4 sont reportées, en fonction de l'altitude de vol, la "pression du compresseur d'alimentation" (courbe 1), la pression dans la cabine (courbe 2), et la In FIG. 4, the "pressure of the supply compressor" (curve 1), the pressure in the cabin (curve 2), and the
pression environnante (courbe 3).surrounding pressure (curve 3).
La figure 5 montre en fonction de l'altitude de Figure 5 shows according to the altitude of
vol, la température environnante.flight, the surrounding temperature.
Sur la figure 6, est reportée, en fonction de l'altitude de vol, la consommation spécifique de carburant 4.- pour une turbine à gaz auxiliaire exploitée avec de l'air In FIG. 6, the specific fuel consumption 4.- for an auxiliary gas turbine operated with air is plotted against the flight altitude.
en provenance de l'atmosphère (courbe 1), et pour une tur- from the atmosphere (curve 1), and for a
bine à gaz auxiliaire qui, conformément à l'invention, est exploitée avec l'air de la cabane. Dans ce cas, les deux courbes de consommation de carburant se rapportent à une tur- bine auxiliaire à gaz avec un débit d'air en fonctionnement auxiliary gas beam which, according to the invention, is operated with the air of the hut. In this case, the two fuel consumption curves relate to a gas auxiliary turbine with an operating air flow.
au sol, de 1 kg par seconde.on the ground, 1 kg per second.
La courbe de puissance 1 sur la figure 7, est la courbe en fonction de l'altitude de vol, de la puissance exigée de l'alimentateur d'air. On voit que la puissance exigée de l'alimentateur d'air, qui détermine la pression de la cabine de l'avion, augmente lorsque l'altitude de vol The power curve 1 in FIG. 7 is the curve as a function of the flight altitude of the power required of the air supply. It can be seen that the power demand of the air handler, which determines the pressure of the cabin of the aircraft, increases when the flight altitude
augmente. Par contre, la puissance délivrée par une turbi- increases. On the other hand, the power delivered by a turbine
ne à gaz auxiliaire classique exploitée à la pression at- conventional auxiliary gas operated at the pressure
mosphèrique, est fortement tombante, conformément à la cour- mosphere, is strongly falling, in accordance with the
be 2, lorsque l'altitude de vol augmente. Le point de puis- be 2, when the flight altitude increases. The point of
sance pour une hauteur de vol nulle, c'est-à-dire en fonc- for a flight height of zero, that is to say,
tionnement au sol, est supposé être le même dans le cas de on the ground, is assumed to be the same in the case of
la courbe caractéristique de la turbine à gaz auxiliaire ex- the characteristic curve of the auxiliary auxiliary gas turbine
ploitée de façon conventionnelle, que dans le cas de la conventionally, that in the case of the
turbine à gaz auxiliaire exploitée conformément à l'inven- auxiliary gas turbine operated in accordance with
tion, et qui est représentée dans la courbe de puissance 3. tion, and which is represented in the power curve 3.
On peut déduire de ce diagramme de puissance, que la tur- It can be deduced from this power diagram that the tur-
bine à gaz auxiliaire entraînée de façon conventionnelle, auxiliary gas engine driven in a conventional manner,
n'apporte déjà plus, à partir d'une altitude de vol d'en- does not bring any more, from an altitude of flight of
viron 6 km, la puissance exigée. Pour obtenir à une altitude Viron 6 km, the power required. To get to an altitude
maximale de vol de 45.000 pieds une puissance encore suffisan- the maximum flight speed of 45,000 feet
te, la turbine à gaz auxiliaire entraînée de façon conven- the auxiliary gas turbine driven in a conventional manner
tionnelle, devrait fournir au sol, à peu près cinq fois la should provide the ground with approximately five times the
puissance de la turbine à gaz auxiliaire entraînée confor- power of the auxiliary gas turbine driven in accordance
mément à l'invention. La courbe caractéristique 3a montre l' évolution de la puissance de la turbine à gaz auxiliaire in accordance with the invention. The characteristic curve 3a shows the evolution of the power of the auxiliary gas turbine
entrainée conformément à l'invention, en supposant des per- in accordance with the invention, assuming
tes par fuites à la cabine, d'environ 30 %. Dans un tel cas, la puissance délivrée par la turbine auxiliaire à gaz, 5.- couvre exactement la puissance exigée de l'alimentateur by cabin leaks of about 30%. In such a case, the power delivered by the auxiliary gas turbine, 5.- exactly covers the power required of the power supply unit.
d'air à l'altitude de vol maximale suposée de 45 000 pieds. at the maximum flight altitude of 45,000 feet.
La surface hachurée entre les courbes caractéristiques 1 et 3a, et qui représente un potentiel de puissance, peut, dans le cas de la turbine à gaz auxiliaire exploitée con- The shaded area between the characteristic curves 1 and 3a, which represents a power potential, can, in the case of the auxiliary gas turbine
formément à l'invention, *tre prélevée en tant, par exem- according to the invention, to be taken as, for example,
ple que puissance électrique supplémentaire, et être uti- more electrical power, and be used
lisée pour l'entralnement d'autres appareils. used to train other devices.
Dans la cabine 1 (figure 8) d'un avion, règne une pression correspondant à la courbe caractéristique 2 de la figure 4. On admet en outre, qu'un certain écoulement In the cabin 1 (FIG. 8) of an aircraft, there is a pressure corresponding to the characteristic curve 2 of FIG. 4. It is furthermore admitted that a certain flow
de gaz s'échappe sous forme de débit de fuite dans l'envi- gas escapes as a leakage flow into the environment.
ronnement, c'est-à-dire dans l'atmosphère libré. De la ca- that is, in the liberated atmosphere. From the
bine 1 est extrait, pour le fonctionnement de la turbine à 1 is extracted, for the operation of the turbine
gaz auxiliaire 4, le débit d'air représenté par la flèche 3. auxiliary gas 4, the air flow represented by the arrow 3.
Ce débit d'air 3, est amené à un compresseur 5 de la tur- This air flow 3 is fed to a compressor 5 of the turbo
bine à gaz auxiliaire 4 et envoyé par le compresseur 5 dans une chambre de combustion 6. De cette chambre de combustion 6, le débit de gaz 3 arrive dans une turbine génératrice à gaz 7 qu'il entraîne. La turbine génératrice à gaz 7, est reliée par un arbre 13 au compresseur 5 et entraîne ainsi 4 and auxiliary gas sent by the compressor 5 in a combustion chamber 6. From this combustion chamber 6, the gas flow 3 arrives in a gas-generating turbine 7 that it drives. The gas-generating turbine 7 is connected by a shaft 13 to the compressor 5 and thus causes
celui-ci. De débit de gaz 3' sortant de la turbine généra- this one. 3 'gas flow leaving the general turbine
trice à gaz 7, est envoyé dans une turbine motrice 8 qu'il gas turbine 7, is sent to a power turbine 8 that it
entraine indépendamment de l'arbre 13. L'échappement du dé- independently of the shaft 13. The exhaust of the
bit de gaz 3' de la turbine motrice 8, débouche dans l'en- 3 'gas bit of the power turbine 8, leads into the
vironnement libre. La turbine motrice 8 entra ne, par l'in- free environment. The driving turbine 8 enters, through the
termédiaire d'un arbre 9, un alimentateur d'air 10. Cet the medium of a shaft 9, an air supply 10. This
alimentateur d'air 10 revêt alors la forme d'un compresseur. air feeder 10 then takes the form of a compressor.
L'alimentateur d'air 10, aspire de l'air à partir de l'at- The air supply 10 sucks air from the air
mosphère libre et refoule le débit aspiré 11 dans une ins- free atmosphere and represses the flow sucked 11 into an
tallation de climatisation 12, à partir de laquelle, ce air-conditioning system 12, from which,
débit 11 arrive à l'intérieur de la cabine 1. flow 11 arrives inside the cabin 1.
6.-6.-
Claims (2)
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