FR2615906A1

FR2615906A1 - Reacteur combine, commutable, pour l'entrainement d'avions et d'engins speciaux

Info

Publication number: FR2615906A1
Application number: FR8807090A
Authority: FR
Inventors: Hubert Grieb
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1988-12-02
Anticipated expiration: 2008-05-27
Also published as: FR2615906B1; DE3738703C2; DE3738703A1; GB2205360A; GB8812678D0; GB2205360B; US4909031A

Abstract

a) Réacteur combiné, commutable, pour l'entraînement d'avions et d'engins spéciaux; b) caractérisé en ce que le fan possède des rotors 10, 7 sans aubes directrices, qui sont supportés indépendamment l'un de l'autre et travaillent à contre-sens lors du fonctionnement du fan, avec des aubes de fan qui sont réglables et qui ne bougent pas, en étant en drapeau, lors du fonctionnement en statoréacteur; c) l'invention concerne un réacteur combiné commutable, pour l'entraînement d'avions et d'engins spéciaux.

Description

"Réacteur combiné, commutable, pour l'entraînement

d'avions et d'engins spéciaux".-

- L'invention concerne -un réacteur combiné, commutable, pour l'entraînement d'avions et d'engins spéciaux opérant aussi bien dans la zone subsonique, qu'également supersonique ou hypersonique, composé d'un réacteur à turbine à gaz à deux circuits, avec un

compresseur à plusieurs étages, une chambre de combus-

tion, une turbine d'entraînement de compresseur à tur-

bine d'entraînement de compresseur à plusieurs étages

et une tuyère pour groupe de propulsion central, res-

pectivement de base, qui forme un premier circuit d'é-

coulement chaud et qui est combiné avec un front fan,

qui forme un deuxième circuit d'écoulement coaxial ex-

térieur et comprenant, en outre, un statoréacteur, dont le circuit d'écoulement correspond à celui du fan. Au cours de son histoire, l'avion a subi un développement allant toujours vers de plus grandes performances et vers des vitesses plus élevées,

jusqu'à arriver dans la zone hypersonique. Les entraî-

nements disponibles à ce jour ne sont pas en mesure de dominer de manière optimale les zones de performances et de vitesse issues de cette progression. Ainsi, par leur débit masse important, les groupe propulseurs à hélice sont appropriés pour des pistes de décollage et d'atterrissage courtes et travaillent avec un bon

rendement, pour des vitesses de vol relativement bas-

ses, alors que des groupes de propulsion à réaction pure apportent des puissances de poussée importantes, avec des poussées spécifiques élevées et des vitesses de vol relativement élevées, en garantissant des rendements satisfaisants. Les vitesses de vol les plus élevées, dans la zone hypersonique, ne peuvent être atteintes selon le principe de l'aspiration d'air

qu'avec des statoréacteurs, dont les poussées spécifi-

ques et la masse par rapport à la puissance sont extrêmement élevées, dont les rendements sont toutefois extrêmement mauvais pour les vitesses de vol relativement basses. Pour des raisons physiques et techniques, il n'est pas possible de remplir avec un

seul genre de groupe de propulsion et sous des condi-

- tions optimales, l'ensemble de conditions de vol, allant du décollage aux vitesse de vol élevées et les

plus élevées, en passant par des vitesse ascensionnel-

les et de croisières satisfaisantes.

C'est pourquoi il a été développé les grou-

pes de propulsion combinés commutables, qui se compo-

sent, ainsi que dans l'avion expérimental "Griffon" (Revue internationale du vol, Janvier 1967, page 15),

d'un réacteur central à turbine à gaz et d'un stato-

réacteur entourant celui-ci, avec une entrée d'air supersonique, le groupe de propulsion à turbine à gaz étant utilisé pour le vol de décollage et continental, ainsi que pour la zone des faibles vitesses, alors que

le statoréacteur est apte aux vitesses de vol élevées.

Afin de créer des conditions encore meilleures pour le vol de décollage et continental, ainsi que pour les

faibles vitesses de vol, il fut utilisé dans les étu-

des connues de groupe de propulsion, ainsi qu'on peut le voir dans la littérature mentionnée plus haut dans l'illustration 3, un réacteur à turbine à gaz à deux circuits, respectivement un propulseur à double flux, qui est placé centralement dans un statoréacteur, à savbir ici avec un propulseur à front fan à basse pression pour deuxième circuit d'écoulement froid, avec des étages de compresseur qui tournent dans le même sens, qui est entraîné par une turbine à basse pression de la turbine d'entraînement de compresseur

du groupe de propulsion central. Les groupes de pro-

pulsion à double flux présentent l'avantage de ce que

le débit d'air, respectivement le débit passe est re-

levé. Le groupe de propulsion à turbo fan apporte tou-

tefois également des inconvénients lors de son arrêt

pendant le fonctionnement en statoréacteur, c'est-à-

dire qu'avec un fan de ce type de construction conven-

tionnel, ayant des étages de compresseur tournant dans

le même sens et des grilles directrices fixes intermé-

diaires, il faut compter sur des pertes de puissance notables, même dans le cas d'utilisation importante de la géométrie variabie dans les grilles directrices, si, d'un côté, la capacité de débit traversant de l'espace annulaire doit être effectivement utilisée au

voisinage du fan et que, de l'autre côté, il faut évi-

ter des pertes de pression élevées du fait de décolle-

ment d'écoulement dans les grilles individuelles. Il résulte de cela qu'il existe une relation étroite dans

les fans de construction conventionnelle, entre la vi-

tesse de rotation du fan et le débit masse, de telle sorte qu'en même temps la puissance absorbée ne peut

être influencée que dans d'étroites limites.

En outre, dans les fans de construction conventionnelle, même dans le cas de l'utilisation de géométrie variable, il s'avère que sous des nombres de Mach de vol élevés, surtout dans la zone hypersonique

et avec des vitesses de rotations réduites N/ T dimi-

nuées malgré des vitesses périphériques maximales, le niveau des nombres de Mach et ainsi le débit réduit

M. T/P soit diminué. Du fait qu'à la sortie du com-

presseur et à l'entrée de la chambre de post- combustion, les nombres de Mach se tiennent dans un

rapport fixe, le compresseur qui est situé dan le sta-

toréacteur constitue une gêne extrême par rapport à la

pleine utilisation de la section d'écoulement disponi-

ble dans la chambre de post-combustion, au sens des nombres de Mach maximaux admissibles, respectivement

du débit maximum.

Les inconvénients des réalisations connues

de groupe de propulsion composés de groupes de propul-

sion à turbo fan et de groupes de propulsion à stato-

réacteur peuvent être globalement caractérisés de la sorte que, d'un côté, les groupes de propulsion à fan

ne procurent pas de puissances de groupes de propul-

sion et de rendements satisfaisants aux vitesses éle-

vées des vols supersoniques et que, d'un autre côté, de ces groupes de propulsion à fan représentent une gêne particulière pour l'écoulement, lorsqu'ils sont à

l'état déclenché pendant le fonctionnement en stato-

réacteur, qui sont un encombrement pour la pleine utilisation de la section disponible pour l'écoulement dans le circuit de statoréacteur, au sens des nombres de Mach maximum admissibles pour l'écoulement et d'un

débit maximum.

C'est pourquoi le but de l'invention réside dans le fait d'éviter les inconvénients survenant dans les groupes de propulsion combinés à fan conventionnel et se composant d'un groupe de propulsion à turbo fan et d'un statoréacteur et de proposer des mesures par

lesquelles de tels groupes de propulsion sont amélio-

35. rés de telle sorte, du point de vue de la conception, que dans les mêmes hypothèses concernant le moteur, respectivement avec les mêmes valeurs et conditions de détermination pour les deux groupes de propulsion

individuels, il soit obtenu un accroissement de puis-

sance et de rendement. Ce problème est résolu dans le cas d'un groupe de propulsion combiné du gendre indiqué au début, par un réacteur caractérisé en ce que le fan possède des rotors sans aubes directrices, qui sont

supportés indépendamment l'un de l'autre et travail-

lent à contre-sens lors du fonctionnement du fan, avec des aubes de fan qui sont réglables et qui ne bougent pas, en étant en drapeau, lors du fonctionnement en statoréacteur. L'avantage fondamental d'un fan à rotors contrarotatifs et sans aubes directrices variables et

d'aubes de fan tournant autour de leur axe longitudi-

nal réside en ce que, dans le cas d'un écoulement d'entrée axial et d'un écoulement de sortie qui est

également axial, il est possible de manoeuvrer les au-

bes du premier et du deuxième rotor, de telle sorte que pour une certaine vitesse de rotation, le rapport de compression et le débit puissent être désaccouplés dans une mesure importante (voir figure 9). Cette

flexibilité peut encore être améliorée supplémentaire-

ment par une grille de prérotation, faisant qu'il est

également possible d'améliorer des conditions d'écou-

lement dans les deux étages de rotor, au sens d'un rendement optimal du fan et d'un comportement optimal

en fonctionnement.

L'avantage accessible, par rapport à des groupes de propulsion conventionnels, réside en ce que

le groupe de propulsion combiné selon l'invention per-

met d'obtenir un spectre de bruit acceptable pendant

le décollage et en vol ascensionnel. Ici, en considé-

rant la limitation du bruit, on peut considérer que le décollage et la première phase ascensionnelle, jusqu'à une altitude de vol de 4 km, s'effectue à des nombres de Mach d'environ 0,6, en configuration en turbo fan et sans post-combustion, le rapport de compression du

fan restant limité à des valeurs d'environ 2,2 à 2,4.

Si par contre, on élimine la limitation de bruit -par

exemple lors de la suite de la montée,-, il est possi-

ble de réaliser pour un réglage correspondant du grou-

pe de propulsion, un rapport élevé de compression du

fan, dans la zone de 3,4 à 4,0,a fin de pouvoir at-

teindre une poussée spécifique élevée, sans, ou bien avec post-combustion, pour une consommation spécifique

de carburant favorable.

En mettant en drapeau les aubes de fan pen-

dant le fonctionnement en statoréacteur, on y diminue

leur résistance à l'écoulement et la chute de pres-

sion. En outre, du fait que le groupe de propulsion

central se trouve pratiquement dans la trace de l'é-

coulement du moyeu du groupe de propulsion à fan, on

obtient une condition particulière permettant d'opti-

miser les conditions d'écoulement dans le fonctionne-

ment en statoréacteur. S'ajoute à cela le fait que les compresseurs contrarotatifs et sans aubes directrices possèdent leur optimum de rendement, principalement

pour des régimes plus élevés que les compresseurs con-

ventionnels, c'est-à-dire pour des vitesses axiales plus importants, de telle sorte qu'il est obtenu des densités d'écoulement, respectivement des débits qui sont plus élevés pour une section donnée, par rapport aux compresseurs conventionnels, pour des vitesses périphériques admissibles aérodynamiquement et/ou bien mécaniquement. Du fait de la capacité de réglage des aubes de fan, il est, à cette occasion, possible de faire varier l'écoulement sur une zone importante, sans rotation, de telle sorte qu'en particulier pour les charges partielles, c'est-à-dire pour des vitesses périphériques importantes, la densité d'écoulement axiale nécessite une diminution moins forte que pour les compresseurs conventionnels. En outre, par la po- sition en drapeau des aubes de fan, surtout au-dessus du point de commutation, c'est-à-dire pour un débit d'air élevé véhiculé dans la zone de Mach 2,5 à 3,0 et pour une condition de poussée donnée et une section de groupe de propulsion donnée, cela permet d'obtenir une poussée spécifique basse, c'est-à-dire ensemble une

post-combustion suffisante pour les basses températu-

res de la tuyère et une consommation de carburant no-

tablement plus faible.

Un autre avantage du groupe de propulsion utilisé selon l'invention, réside en ce que dans le

fonctionnement hypersonique en statoréacteur, c'est-à-

dire également au-dessus du point de commutation évo-

qué ci-dessus, on peut atteindre en principe le même niveau de nombre de Mach que pour le fonctionnement

subsonique, c'est-à-dire au maximum 0,2 à 0,3 à l'en-

trée du stabilisateur de flamme, alors que pendant l'utilisation d'un fan précédent, le niveau du nombre

de Mach aurait été limité à environ 0,10 avec un fai-

ble niveau de débit correspondant.

La détermination aérodynamique d'un groupe de propulsion avec un rapport de compression usuel

compris entre 2,5 et 3,5 nécessite une rentrée impor-

tante du canal d'écoulement à la sortie de fan, de telle sorte qu'il y a, dans une certaine mesure, la section la plus étroite à cet endroit, ce qui est il est vrai favorable au fonctionnement en fan, mais a toutefois une action négative pour le fonctionnement en statoréacteur. En le considérant dans le détail, le problème se pose de la manière suivante: le groupe de propulsion combiné proposé, possédant une structure

fixe de canal dans la zone du fan et du canal d'écou-

lement qui est situé derrière lui, avec la chambre de post-combustion et la tuyère convergente-divergente qui est variable, peut effectivement fonctionner en

lui-même en statoréacteur, lorsque les sections d'é-

coulement sont déterminées de telle sorte qu'on at-

teint des nombres de Mach favorables en fonctionnement en turbo fan, à l'entrée et à la sortie du fan, ainsi qu'à l'entrée du stabilisateur de flamme. On peut, à cette occasion, considérer comme usuels des nombres de Mach de 0,7 à l'entrée du fan, 0,5 à 0,6 à la sortie

du fan et 0,2 à l'entrée du stabilisateur de flamme.

Toutefois, surtout dans le cas du fonctionnement en statoréacteur avec LH2- il peut se révéler favorable de maximiser le débit dans la zone des nombres de Mach

de vol élevés, situés au-dessus du point de commuta-

tion, c'est-à-dire pour des températures -d'entrées élevées avec une élévation de température modérée en conséquence dans la chambre de postcombustion, pour

élever la poussée et de telle sorte à admettre un nom-

bre de Mach qui est situé dans la zone 0,30 à 0,4, à l'entrée du stabilisateur de flamme. Dans ce cas, les

nombres de Mach à la sortie du fan mis à l'arrêt croî-

traient très fortement avec un contour extérieur fixe,

de telle sorte que des pertes de pression élevées ap-

paraîtraient dans le canal suivant.

Afin d'optimiser dans ce cas et au-dessus du point de commutation, l'ensemble du système d'entrée, de canal d'écoulement entre entrée de fan et entrée de stabilisateur de flamme, chambre de post-combustion et

tuyère, dans le sens d'un débit maximal, respective-

ment d'une poussée maximale, pour des pertes de pres-

sion que l'on considère globalement comme minimales, il est proposé de configurer le carter extérieur de groupe de propulsion de façon telle que pendant. le fonctionnement statoréacteur, l'espace intérieur du groupe de propulsion central qui se trouve à l'arrêt et est fermé vers l'extérieur, est rempli, ou bien soumis à un écoulement pour le refroidissement de celui-ci, à l'aide d'un fluide de refroidissement, en

particulier de l'air ou bien de l'hydrogène, qui pos-

sède une surpression correspondante, par rapport au circuit du statoréacteur qui l'entoure, - soit adapté au contour extérieur des aubes de fan et au voisinage de celles-ci, en respectant l'interstice de déplacement nécessaire et est conformé de manière divergente dans la zone située après les

aubes de fan, les deux zones qui ont été nommées pos-

sédant, à cette occasion, à peu près les mêmes lon-

gueurs axiales et que, dans le fonctionnement en sta-

toréacteur, les zones du carter extérieur de groupe de propulsion sont conformées en étant réglables vers

l'extérieur, en un contour de carter à peu près cylin-

drique, - ou de façon telle que la zone du carter extérieur de groupe de propulsion est formée, sur la longueur axiale des aubes de fan et la zone qui est située après celles-ci, de deux rangées lamelles de

clapet qui sont situées-l'une derrière l'autre et ac-

crochées chacune sur le carter extérieur de groupe de propulsion, par des paliers tournants respectivement qui sont des lamelles de clapet avant et des lamelles

- de clapet arrière qui sont actionnées par un ou plu-

39 sieurs servomoteurs, par des dispositifs de réglage de coulisseaux au moyen de coulisseaux qui entourent et guident les extrémités médianes voisines des lamelles de clapet avant et des lamelles de clapet arrière, de telle sorte que lors du fonctionnement du groupe de propulsion combiné en statoréacteur, les surfaces de

section du canal d'écoulement puissent être notable-

ment agrandies à la sortie du fan.

Le cloisonnement du groupe de propulsion

central vis-à-vis du canal d'écoulement du statoréac-

teur, tel que prévu dans le cadre de l'invention, pendant le fonctionnement en statoréacteur et qui s'effectue à son entrée d'air et à la tuyère, protège le groupe de propulsion central qui est mis à l'arrêt le fan, y compris ses aubes, contre toute surchauffe

provenant des gaz chauds provenant du canal de stato-

réacteur. Relativement au groupe de propulsion central y compris le fan, il est ainsi constitué un espace pratiquement fermé, qui est sujet à un écoulement d'un gaz de refroidissement de température correspondante

pour les nombres de Mach élevés, avec une légère sur-

pression vis-à-vis du canal d'écoulement du statoréac-

teur qui se trouve à l'extérieur. Il est évident que la qualité de la climatisation du groupe de propulsion central et du fan dépend de la manière dont ressort le

concept palier-lubrification, des matériaux sont uti-

lisés et du fluide de refroidissement mis en oeuvre.

Jusqu'aux nombres de Mach de 2,2 à 2,4, il devrait être possible en tous cas de se tirer d'affaire avec un système conventionnel à air, sans refroidissement artificiel de l'air à prélever à partir du groupe de propulsion, en considérant particulièrement que des températures dans les chambres de paliers d'environ 250* sont admissibles. Pour les nombres de Mach plus

élevés, qui correspondent en même temps au fonctionne-

ment en statoréacteur, on peut en rester à l'air comme fluide de refroidissement, air qui doit être toutefois

sous-refroidi au préalable à la température admissi-

ble, dans un groupe de refroidissement. Du fait que des débits d'air relativement petits sont nécessaires pour la climatisation du groupe de propulsion central il et'du fan, qui sont en mesure de neutraliser l'apport de chaleur venant de l'écoulement autour du groupe de

propulsion central, le coût du refroidissement néces-

saire pour cela se maintiendra dans les bonnes limi-

tes. Au reste, il est évident que des variantes de systèmes de refroidissement, qui peuvent par exemple

offrir l'utilisation de LH2, sont également appro-

priées dans leur principe, pour le concept qui est dé-

crit ici, d'un fan contrarotatif-en fonctionnement en statoréacteur, avec un groupe de propulsion central obturable. Le mode de fonctionnement est expliqué de

manière plus détaillée dans la description du dessin

ci-joint. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté par le dessin joint, dans lequel:

- la figure 1 représente de manière schéma-

tisée en coupe longitudinale, un groupe de propulsion

combiné, se composant d'un groupe de propulsion à tur-

bo fan à deux circuits, en réalisation à trois arbres et un statoréacteur, - la figure 2a représente un triangle des vitesses d'un turbo fan contrarotatif à deux étages, à pleine charge, - la figure 2b représente un triangle des vitesses du même turbo fan, à charge partielle,

- la figure 3 représente un groupe de pro-

pulsion combiné, tel que celui de la figure 1, toute-

fois avec un carter extérieur de groupe de propulsion qui est réglable dans la zone du fan, par des lamelles de clapets oscillantes, - la figure 4 représente les lamelles de clapets mobiles selon les figures 3 et 5, dans une coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal du groupe de propulsion,

- la figure 5 représente le dispositif d'ac-

tionnement des lamelles de clapet de la figure 3,

- la figure 6 représente un groupe de pro-

pulsion combiné, se composant d'un groupe de propul-

sion à turbo fan, en réalisation à deux arbres, avec des transmissions d'inversion entre un premier rotor de fan et un deuxième rotor de fan,

- la figure 7 représente un groupe de pro-

pulsion combiné, se composant d'un groupe de propul-

sion à fan, avec un groupe de propulsion à turbine et fusée à un arbre, avec une transmission d'inversion branchée en aval et d'un groupe de propulsion arrière à fusée,

- la figure 8 représente un groupe de pro-

pulsion combiné, selon la figure 7, toutefois avec un

groupe de propulsion fusée-turbine, à deux arbres con-

trarotatifs, - la figure 9a représente la caractéristique d'un fan conventionnel, et - la figure 9b représente la zone de travail du groupe de propulsion combiné selon l'invention,

avec une caractéristique qui est indiquée, correspon-

dant à un fan conventionnel, selon la figure 9a.

Le groupe de propulsion combiné qui est re-

présenté en figure 1 se compose d'un groupe de propul-

sion à réaction, à turbine à gaz Z, à deux circuits et

d'un statoréacteur S. Le groupe de propulsion à réac-

tion à turbine à gaz Z est réalisé en groupe de pro-

pulsion à trois arbres, avec un compresseur à haute

pression 1, qui est entraîné au moyen d'un premier ar-

bre 4, par une turbine à haute pression 3 qui tourne

derrière une chambre de -combustion 2. En suivant l'é-

coulement, une turbine moyenne pression 5 entraîne par un deuxieme arbre 6, un deuxième rotor de fan 7, et une turbine basse pression 8 entraîne par un troisième arbre 9, un premier rotor de fan 10. L'entrée d'air 11 du compresseur à haute pression 1 est obturable par un tiroir annulaire 12 qui est mobile longitudinalement, de même, la tuyère 13 qui est soumise à l'écoulement des gaz d'échappement de la turbine basse pression 8,

est obturable par un cône de tuyère 14, mobile longi-

tudinalement. Les composants principaux de groupe pro-

pulseur 1, 2, 3, 5, 8, 11 et 13 forment un groupe de

propulsion central, respectivement de base, dont l'en-

veloppe de groupe de propulsion 15 possède un diamètre D. La partie de moyeu du groupe de propulsion -à fan est désignée par K et possède un diamètre maximal DK,

qui est pratiquement identique au diamètre D de l'en-

veloppe du groupe de propulsion 15. La partie arrière convergente de la partie de moyeu de fan K suit dans

son contour l'entrée d'air 11.

Entre le carter extérieur 16 de groupe de propulsion et l'enveloppe de groupe de propulsion 15

se développe le deuxième circuit d'écoulement du grou-

pe de propulsion combiné, avec une entrée d'air 17, un canal d'écoulement 18, une chambre de combustion de

statoréacteur 21', avec une grille d'injection de car-

burant 21 et une tuyère de poussée 19 réglable, qui

est montée à la suite, en suivant le sens de l'écoule-

ment. Ce deuxième circuit de poussée sert alternative-

ment, aussi bien au statoréacteur S, qu'également au groupe de propulsion à fan, avec ses deux étages de

compresseur à basse pression, avec un rapport de com-

pression situé dans la zone de 2,5 à 3,5. Les deux ro-

tors 10 et 7 portent autour de leurs axes longitudi-

naux des aubes tournantes 10' et 7', pour lesquelles

une grille de prérotation 20 est branchée en amont.

Les triangles de vitesse des figures 2a et

2b, correspondant aux deux rotors 10 et 7 contrarota-

tifs, sont représentés d'une manière connue, pour un écoulement d'entrée et un écoulement de sortie axiaux, sans grille directrice intermédiaire, à savoir, dans le cas de fonctionnement à pleine charge en figure 2a et dans le cas de fonctionnement à charge partielle en figure 2b. A cette occasion, W1 et W2 sont les vites- ses relatives dans la première grille tournante, Wl' et W2' les vitesses relatives dans la deuxième grille tournante, Cl est la vitesse axiale d'entrée dans la première grille tournante et C2' est la vitesse axiale

de sortie hors de la deuxième grille tournante. En ou-

tre, C2 est la vitesse axiale de sortie hors de la première grille de rotor et Cl' est la vitesse axiale d'entrée dans la deuxième grille de rotor, ainsi que U1 et U2 sont les vitesses périphériques du premier rotor 10 et Ui' et U2' sont les vitesses périphériques

du deuxième rotor 7.

Dans le fonctionnement à pleine charge en vol subsonique (N {T élevé), il prédomine un rapport de compression élevé et la vitesse axiale C2' décroît

vers la sortie. Dans le fonctionnement à charge par-

tielle, en vol subsonique, respectivement dans le fonctionnement à pleine charge et en vol supersonique

(N/ {T faible), il prédomine un faible rapport de com-

pression et la vitesse axiale C2' croît vers la sor-

tie.

Les aubes mobiles peuvent être réglées de

manière correspondante.

La caractéristique FK d'un fan convention-

nel, qui est montrée par la figure 9a est représentée

dans un diagramme, sur lequel sont portés, en abscis-

* se, le débit masse relatif (M _T)rei., du débit d'air p qui est véhiculé par les aubes du fan et, en ordonnée, le rapport de compression du fan, ramené à son rapport de compression pour son point de détermination A. A

cette occasion, C désigne la limite de pompage du fan.

La zone de travail d'un fan a rotors 10 et 7 contrarotatifs et à aubes 10' et 7' réglables qui est

représentée à la figure 9b est portée sur le même dia-

gramme que celui de la figure 9a. Dans la zone de tra-

vail Ferf, les points de fonctionnement à pleine char-

ge M1,6, M2,0, M3,0, etc. sont mentionnés pour diffé-

rents nombres de Mach de vol M, dans la phase ascen-

sionnelle aussi bien que pour le fonctionnement en

turbo fan, qu'également pour le fonctionnement en sta-

toréacteur, avec le fan à l'arrêt. La caractéristique Fk du fan conventionnel, qui est en outre mentionnée, fait ressortir la flexibilité qui est atteinte avec le

fan selon l'invention, relativement à son mode de tra-

vail avantageux.

Les deux repères Mi et Ma qui sont portés sur l'abcisse démarquent les points de fonctionnement qui sont atteints selon l'invention, avec les lamelles de clapets 22a et 22b, pour le carter extérieur de

groupe propulseur 16 (figure 3). Mi concerne la posi-

tion "intérieure" de clapet et Ma concerne la position

"extérieure" de clapet.

Ainsi que le montrent les figures 2, 2a et

4, le carter extérieur 16 de groupe de propulsion pos-

sède dans la zone du turbo fan 10, 7 et derrière, une rangée avant de lamelles de clapets 22a et une rangée

arrière de lamelles de clapets 22b, qui sont accro-

chées de manière basculante sur le carter extérieur 16 de groupe de propulsion, par des articulations avant 23 et arrière 24. La liaison médiane des lamelles de crochets 22a et 22b s'effectue par des coulisseaux 25, qui peuvent être déplacés radialement vers l'extérieur et l'intérieur, au moyen de dispositifs de réglage de

coulisseau 26. Ceux-ci sont entraînés par un servomo-

teur 27 hydraulique. Le groupe de propulsion combiné fonctionne comme suit: Au décollage d'un

avion, ou bien à l'étage

d'entraînement de proximité du sol d'un véhicule spa-

5.tial, le groupe de propulsion à réaction à turbine à gaz à deux circuits Z est d'abord mis en service, le

tiroir annulaire 12 étant à cette occasion tiré en ar-

rière, de telle sorte que l'entrée d'air 11 du groupe de propulsion central soit ouverte et que le cône de tuyère 14 soit avancé, de telle sorte que la tuyère 13

du groupe de propulsion central soit également ouver-

te. En outre, les lamelles de clapets 22a avant et les lamelles de clapets 22b arrière sont placées vers l'intérieur, de telle sorte que celles-ci forment ici une section d'écoulement convergente-divergente pour le deuxième circuit de poussée, respectivement pour le circuit d'écoulement du fan, qui est ici utilisé sur

le groupe de propulsion à fan, comme circuit d'écoule-

ment froid, ou bien avec post-combustion en deuxième

circuit chaud de poussée.

Si l'avion, ou bien l'engin spatial, est porté à des nombres de Mach élevés (au-dessus de 2,5 à 3) à l'aide du stade d'entraînement de proximité de sol, on commute en fonctionnement en statoréacteur, le groupe de propulsion à réaction à turbine à gaz et à

deux circuits étant à cette occasion placé à l'arrêt.

A cette occasion, l'entrée d'air 11 est obturée par tirage en avant du tiroir annulaire 12 et la tuyère 13 est obturée par retour en arrière du cône de tuyère 14, tandis que les aubes de fan 10' et 7' sont mises

en drapeau, les rotors 10 et 7 étant à l'arrêt.

Le groupe de propulsion à réaction et turbi-

ne à gaz à deux circuits est spécifié en figure 6, le premier rotor 10 du groupe de propulsion à fan étant à

cette occasion entraîné par la turbine à haute pres-

sion 3 du compresseur à haute pression 1 du groupe de propulsion central et par une turbine basse pression 8', alors que son deuxième rotor 7 est entraîné par une transmission d'inversion et de démultiplication 37, à contre-sens et le cas échéant avec une vitesse

de rotation plus élevée.

La figure 7 représente un groupe de propul-

sion combiné commutable, composé premièrement d'un mo-

teur fusée à turbine, avec une chambre de combustion de fusée 40 produisant des gaz, une turbine à gaz à plusieurs étages 31, une transmission d'inversion et de démultiplication 42 et deux rotors de fan 10 et 7 contrarotatifs, le dernier rotor 7 pouvant le cas

échéant tourner à des vitesses de rotation plus éle-

vées. Les gaz d'échappement de la turbine sont amenés par un coude tubulaire 43 d'une ouverture de sortie d'écoulement 44, en forme de segment, qui débouchent

dans le deuxième canal d'écoulement 18. Lorsque le mo-

teur-fusée est arrêté, le deuxième circuit de poussée

fait à nouveau fonction de statoréacteur. Un moteur-

fusée 45 est prévu supplémentairement pour des mis-

sions dans le vide.

Un groupe de propulsion combiné identique à celui de la figure 7 est représenté en figure 8, la distinction consistant à cette occasion en une turbine contrarotative à la place d'une turbine à un arbre, c'est-à-dire dont le rotor 41a intérieur est prévu pour l'entraînement du premier rotor 10 de fan et le rotor 4lb extérieur est prévu pour l'entraînement du

deuxième rotor 7 de fan, qui est contrarotatif.

Les deux groupes de propulsion combinés des figures 7 et 8 sont appropriés du fait de leur rapport élevé de puissances et de poids et par le moteur-fusée

supplémentaire, pour l'entraînement dans les trans-

ports spatiaux.

La conception selon l'invention, satisfait à

l'objectif donné, qui est d'utiliser de manière opti-

male les sections du groupe de propulsion, aussi bien lors du fonctionnement en turbo fan, qu'également en statoréacteur, c'est-à-dire avec un débit masse maxi-

mal pour des pertes de pression minimales, afin d'ob-

tenir un maximum de poussée pour des dimensions trans-

versales de groupe de propulsion, avec une consomma-

tion de carburant minimale. L'utilisation de la post-

combustion s'oriente à cette occasion selon les exi-

gences spéciales en matière de poussée et les con-

traintes d'une consommation spécifique de carburant.

Dans tout ce qui précède il est à noter que les mots

"Fan" signifie soufflante, turbofan" signifie "turbo-

soufflante" et "front fan" signifie " souflante avant"

Claims

REVENDICATIONS

1) Réacteur combiné, commutable, pour l'en-

traînement d'avions et d'engins spéciaux opérant aussi

bien dans la zone subsonique, qu'également supersoni-

que ou hypersonique, composé d'un réacteur à turbine à gaz à deux circuits,- avec un compresseur à plusieurs

étages, une chambre de combustion, une turbine d'en-

traînement de compresseur à plusieurs étages et une

tuyère pour groupe de propulsion central, respective-

ment de base, qui forme un premier circuit d'écoule-

ment chaud et qui est combiné avec un front fan, qui

forme un deuxième circuit d'écoulement coaxial exté-

rieur, et comprenant en outre un statoréacteur, dont

le circuit d'écoulement correspond à celui du fan, ca-

ractérisé en ce que le fan possède des rotors (10, 7)

sans aubes directrices, qui sont supportés indépendam-

ment l'un de l'autre et travaillent à contre-sens lors du fonctionnement du fan, avec des aubes de fan qui

sont réglables et qui ne bougent pas, en étant en dra-

peau, lors du fonctionnement en statoréacteur.

2 ) Réacteur combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une entrée d'air (11) qui est située derrière le fan et conduisant vers l'intérieur et une tuyère (13) du groupe de propulsion de base sont fermées, respectivement recouvertes pendant le

fonctionnement en statoréacteur.

3') Réacteur combiné selon la revendication

1 ou 2, caractérisé en ce que, pendant le fonctionne-

ment en statoréacteur, l'espace intérieur du groupe de propulsion central (1, 2, 3, 5, 8, 11, 13) qui se trouve à l'arrêt et est fermé vers l'extérieur, est

rempli, ou bien soumis à un écoulement pour le refroi-

dissement de celui-ci, à l'aide d'un fluide de refroi-

dissement, en.particulier de l'air ou bien de l'hydro-

gène, qui possède une surpression correspondante, par

rapport au circuit du statoréacteur qui l'entoure.

4 ) Réacteur combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter extérieur (16) du groupe de propulsion est adapté au contour extérieur des aubes de fan (10' et 7') au voisinage de celles-

ci, en respectant l'interstice de déplacement néces-

saire et est conformé de manière divergente dans la zone située après les aubes de fan (10' et 7'), les

deux zones qui ont été nommées possédant, à cette oc-

casion, à peu près les mêmes longueurs axiales, et

que, dans le fonctionnement en statoréacteur, les zo-

nes du carter extérieur (16) de groupe de propulsion sont conformées en étant réglables vers l'extérieur en

un contour de carter à peu près cylindrique.

5 ) Réacteur combiné selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone du carter extérieur

(16) de groupe de propulsion est formée, sur la lon-

gueur axiale des aubes de fan (10' et 7') et la zone

qui est située après celles-ci, de deux rangées lamel-

les de clapet qui sont situées l'une derrière l'autre et accrochées chacune sur le carter extérieur (16) de groupe de propulsion, par des paliers tournants (23) respectivement (24), qui sont des lamelles de clapet avant (22a) et des lamelles de clapet arrière (22b), qui sont actionnées par un ou plusieurs servomoteurs (27), par des dispositifs de réglage de coulisseaux (26), au moyen de coulisseaux (25), qui entourent et guident les extrémités médianes voisines des lamelles de clapet (22a) avant et des lamelles de clapet (22b)

arrière.

6') Réacteur combiné selon la revendication

1, caractérisé en ce que seul un rotor de fan, en par-

ticulier le premier rotor de fan (10), est entraîné par une turbine à basse pression (8') du groupe de propulsion central, qui entraîne de son côté le

deuxième rotor de fan (7), en passant par une trans-

mission d'inversion et de démultiplication (37).

7 ) Réacteur combiné selon l'une quelconque

des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une

grille d'aubes (20) fixe ou réglable, est prévue

devant le premier rotor de fan (10), qui possède si-

multanément la fonction de porte-palier avant.

) Réacteur combiné selon la revendication

1, caractérisé en ce qu'un turbogroupe de propulsion-

fusée est prévu à la place d'un groupe de propulsion central basé sur un réacteur à turbine à gaz aspirant de l'air et dont des gaz propulseurs qui sont produits

dans une chambre de combustion de fusée (40) sollici-

tent une turbine (41) pour l'entraînement des rotors de fan (10 et 7), les gaz propulseurs étant après quoi, ainsi qu'il est connu, évacués dans le deuxième circuit de poussée (18), par un coude tubulaire (43), à travers des ouvertures de sortie d'écoulement (44)

en forme de segment.

9 ) Réacteur combiné selon la revendication

8, caractérisé en ce qu'un moteur-fusée (45) est dis-

posé supplémentairement, derrière le turbogroupe de propulsion-fusée.

') Réacteur combiné selon l'une des reven-

dications 8 ou 9, caractérisé en ce que la turbine

(41) entraîne une transmission d'inversion et de dé-

multiplication (42), qui entraîne de son côté les deux rotors de fan (10 et 7) tournant à contre-sens, avec des vitesses de rotation égales ou bien différentes,

en particulier avec une vitesse de rotation plus éle-

vée pour le deuxième rotor de fan (7).

) Réacteur ccmbiné selon l'une des reven-

dications 1 ou 9, caractérisé en ce qu'une turbine (41a et 41b) tournant à contre-sens est sollicitée par

les gaz de propulsion qui sont produits dans la cham-

bre de combustion de fusée (40), le rotor intérieur (41a) entraînant à cette occasion le premier rotor de

fan (10) et le rotor extérieur (41b) entraînant à cet-

te occasion le deuxième rotor de fan (7).

12 ) Réacteur combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre maximal (DK) du moyeu (K) de fan correspond au diamètre extérieur (D)

du groupe de propulsion central.

) Réacteur combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée d'air (11) du groupe propulseur central suit l'allure convergente de la

partie arrière du moyen (K) de fan.