FR2616886A1 - Chambre de combustion annulaire pour une turbine a gaz - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une chambre annulaire de combustion à utiliser avec un moteur à turbine à gaz de faible diamètre. La chambre annulaire comporte un corps 52 en forme de cloche, un manchon axial 66 à l'intérieur du corps, un garnissage annulaire 74 à l'intérieur du corps et autour du manchon, ce garnissage comprenant des parois intérieure, extérieure et radiale 80, 76, 78, espacées du manchon et du corps. Tous ces éléments sont réalisés en tôle. Un collecteur circulaire 108 de combustible est disposé entre le corps et la paroi extérieure et plusieurs tubes allongés 112, ouverts à leurs extrémités, traversent la paroi extérieure et communiquent avec le collecteur 108 pour introduire de l'air et du combustible à peu près tangentiellement dans le garnissage 74. Domaine d'application : moteurs à turbine à gaz pour missiles, etc.

Description

261 6886

L'invention concerne des chambres de combustion annulaires nouvelles, du domaine de l'aérothermodynamique, à utiliser dans des moteurs à turbine a gaz, et plus particulièrement des chambres de combustion annulaires de ce type pouvant brûler des combustibles "difficiles" tels que des carburants Diesel ainsi que des combustibles relativement faciles, cette combustion ayant lieu à des vitesses très élevées de libération de chaleur dans un volume très faible, lesquelles chambres de combustion peuvent être fabriquées à très bon marché et/ou sont adaptées à une utilisation en tant que parties de moteur à turbine à gaz dans des environnement qui exigent des

moteurs de diamètres extrêmement faibles.

La plupart des missiles relativement petits actuellement en service sont propulsés par des fusées à

combustible solide et non, par exemple, par des turboréac-

teurs. Le choix d'une fusée à combustible solide comme dispositif de propulsion a été largement imposé par deux facteurs. Tout d'abord, dans de nombreux cas, un moteur à turbine ne peut pas être fabriqué de façon suffisamment économique pour être compétitif avec un moteur a fusée à combustible solide. Ensuite, dans des missiles de faibles dimensions, par exemple ceux ayant un diamètre relativement petit, de l'ordre d'environ 15 cm, il était jusqu'à présent très difficile de fabriquer un turboréacteur efficace s'ajustant dans l'enveloppe de 15 cm demandée pour l'unité

de propulsion d'un tel missile.

Une conséquence de l'utilisation de moteurs-

fusées à combustible solide est la perte d'un certain degré de maîtrise de la ligne ou trajectoire de vol du missile par rapport à celle dont on disposerait s'il était possible de propulser le missile au moyen d'un moteur à turbine à gaz dont on peut faire aisément varier la puissance de sortie. En outre, même si le moteur à turbine à gaz

fonctionne de façon relativement peu efficace, l'utilisa-

tion d'un tel moteur augmente notablement la portée du missile. La difficulté de la production à bon marché de moteurs à turbine à gaz de faible diamètre ne réside pas surtout dans la fabrication de la partie à compresseur et/ou à turbine du moteur, mais peut plutôt être attribuée au travail important demandé pour la fabrication de la chambre de combustion. En outre, lorsque les dimensions des chambres de combustion diminuent pour se loger dans certaines petites enveloppes souhaitées telles que l'enveloppe de 15 cm d'un missile relativement petit, mentionné précédemment, la difficulté de l'obtention d'une

combustion efficace du combustible croit de façon asympto-

tique. En particulier, lorsque la dimension de volume d'une chambre de combustion est réduite, le volume peut être insuffisant pour permettre au combustible d'être totalement

vaporisé, brûlé efficacement puis mélangé uniformément.

L'invention vise a résoudre un ou plusieurs

problèmes ci-dessus.

L'invention a pour objet principal de proposer un moteur à turbine à gaz nouveau et perfectionné qui peut être fabriqué à bon marché et/ou qui peut être logé dans une enveloppe inhabituellement petite. Un objet de l'invention est plus particulièrement de proposer une chambre de combustion nouvelle et perfectionnée, de construction peu coûteuse et qui, bien que d'un volume inhabituellement petit, favorise une vaporisation et une combustion à la fois complètes et efficaces du combustible et un mélange complet pour une température uniforme de

sortie vers une roue de turbine.

Conformément à un autre aspect de l'invention, il est proposé une chambre annulaire de combustion pour une turbine à gaz, comprenant un corps en forme de cloche définissant un axe. Un garnissage toroïdal, ayant des parois annulaires intérieure et extérieure, est disposé à l'intérieur du corps duquel il est espacé pour définir une entrée d'air comprimé, située radialement à l'extérieur, entre le corps et le garnissage, et un espace annulaire, axialement allongé, pour l'air comprimé entre le corps et la paroi extérieure et un espace annulaire, s'étendant radialement, pour l'air comprimé, en communication de fluide avec l'espace annulaire axialement allongé, en opposition à l'entrée. Le garnissage comprend en outre une sortie annulaire orientée globalement axialement entre les parois et située juste radialement vers l'intérieur de l'entrée. Un collecteur d'injection de combustible, habituellement circulaire, est disposé dans l'espace annulaire axialement allongé et présente plusieurs ouvertures espacées angulairement, dirigées axialement, d'une façon générale, par lesquelles un combustible peut s'écouler. Plusieurs injecteurs tubulaires passent à travers la paroi extérieure pour pénétrer dans l'espace compris entre les parois, à peu près tangentiellement à cet espace. Chacun des injecteurs comprend une entrée d'air située à l'intérieur de l'espace annulaire allongé axialement et une entrée de combustible alignée avec l'une,

associée, des ouvertures du collecteur de combustible.

L'invention prévoit en outre que le garnissage comporte une paroi globalement radiale reliant les parois

intérieure et extérieure en face de la sortie annulaire.

Selon une forme de réalisation de l'invention, plusieurs ouvertures d'air sont ménagées dans la paroi extérieure à proximité immédiate de la paroi radiale afin de diriger de l'air comprimé se trouvant dans l'espace annulaire allongé axialement pour'le faire passer dans le

garnissage et contre la paroi radiale.

L'invention prévoit aussi plusieurs ouvertures d'air ménagées dans la paroi radiale, à proximité immédiate de la paroi intérieure, pour diriger de l'air comprimé se trouvant dans l'espace annulaire radial afin de le faire passer dans le garnissage et de l'appliquer contre la paroi intérieure. Dans une forme particulièrement avantageuse de réalisation, des ouvertures de passage d'air sont ménagées à la fois dans la paroi extérieure et dans la paroi radiale

comme mentionné précédemment.

Pour parvenir à un faible coût, dans une forme préférée de réalisation, le corps et les parois extérieure et radiale sont en tôle emboutie et des ouvertures d'air

sont des trous réalisés par poinçonnage.

Dans une forme préférée de réalisation, le corps comprend en outre un manchon central situé dans la paroi intérieure du garnissage afin de définir un autre

espace annulaire allongé axialement qui est en communica-

tion de fluide avec l'espace annulaire radial et qui débouche à l'intérieur de la sortie annulaire pour assurer le refroidissement de la paroi intérieure et l'introduction

de l'air de dilution à la sortie annulaire.

L'autre espace annulaire axialement allongé est de préférence étroit par rapport à l'espace annulaire axialement allongé, cité en premier, afin d'accroître la vitesse de l'air s'y écoulant et donc d'améliorer la

transmission de chaleur a la paroi intérieure.

Lorsque la paroi extérieure est formée en tôle métallique, elle peut comporter une série circonférentielle de pattes pliées vers l'intérieur, dirigées vers l'entrée afin de permettre à l'air de dilution d'entrer dans le

garnissage à proximité de la sortie.

L'invention prévoit aussi que les injecteurs se

présentent sous la forme de tubes ouverts à leurs ex-

trémités et que le collecteur et les tubes soient disposés côte à côte. Les tubes ont une extrémité débouchant vers l'espace compris entre la paroi extérieure et le corps et l'autre extrémité débouchant vers l'espace compris entre les parois intérieure et extérieure du garnissage, et une communication de fluide entre les ouvertures du collecteur et l'intérieur des tubes est établie par un trou ménagé dans le côté de chaque tube, en alignement avec l'ouverture associée de distribution de combustible située dans le collecteur. Le collecteur est de préférence placé sur le côté d'aval des injecteurs afin de minimiser toute interférence avec l'écoulement d'air se produisant dans

l'espace compris entre le garnissage et le corps.

Dans une forme préférée de réalisation, une conduite à combustible s'étend jusqu'au collecteur de combustible et se trouve totalement à l'intérieur de la

chambre de combustion, entre le corps et la paroi ex-

térieure, afin d'aider à minimiser la dimension de la

turbine à gaz.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un moteur à turbine à gaz, en particulier un turboréacteur, comportant une chambre de combustion annulaire réalisée conformément & l'invention; - la figure 2 est une coupe longitudinale de la chambre de combustion; - la figure 3 est une vue en bout d'un garnissage utilisé dans la chambre de combustion; - la figure 4 est une vue partielle à échelle agrandie d'un détail d'un ensemble à collecteur et

injecteur de combustible utilisé dans la présente inven-

tion; - la figure 5 est une vue partielle à échelle agrandie de l'ensemble à injecteur et collecteur de combustible vu sous un autre angle; - la figure 6 est une vue partielle a échelle agrandie d'une entrée d'air de dilution vers la chambre de combustion; et - la figure 7 est une coupe transversale partielle de l'entrée d'air de dilution. Un exemple de réalisation d'une chambre de combustion conforme à l'invention est illustré dans un moteur à turbine à gaz sur la figure 1. Le moteur à turbine à gaz se présente sous la forme d'un turboréacteur et effectue un travail en produisant une poussée. Cependant, il est évident à l'homme de l'art que l'invention peut s'appliquer à d'autres formes de moteurs a turbine à gaz, y compris ceux dont la puissance de sortie est prise sur un

arbre tournant.

Dans la plupart des cas, le moteur à turbine à gaz comprend un corps 10 d'entrée d'air. Plusieurs entretoises 12, espacées angulairement et dirigées radialement vers l'intérieur (une seule étant représentée),

montent fixement un corps 14, de configuration aérodynami-

que convenable, centralement dans une ouverture circon-

férentielle 16 d'entrée d'air du corps ou de l'enceinte 10.

Le corps 14 comporte des paliers 18 dans lesquels touril-

lonne un arbre 20 qui est relié au moyeu 22 d'un rotor dit

"monorotor", indiqué globalement en 24.

L'arbre 20, à l'intérieur du corps 14, peut être relié à une pompe à combustible 26 de construction classique, ayant une entrée 28 et une conduite de

sortie 30.

La conduite de sortie 30 s'élève le long du bord avant de l'entretoise 12, puis s'étend axialement comme indiqué en 32 afin d'être raccordée à une partie 34 qui, elle-même, s'étend jusqu'à un collecteur 36 de combustible à l'intérieur d'une chambre de combustion

annulaire, désignée globalement en 38 et réalisée conformé-

ment à l'ihvention.

En ce qui concerne de nouveau le rotor 24, ce dernier comporte, sur l'un de ses côtés, plusieurs aubes 40 de compresseur en communication de fluide avec l'entrée 16 et qui dirigent l'air comprimé radialement à travers un diffuseur classique 42. Après être passé dans le diffuseur, l'air comprimé est dirigé axialement dans une entrée de la

chambre de combustion 38, comme décrit plus en détail ci-

après. Sur le côté du moyeu 22 opposé à celui des aubes 40 du compresseur, le rotor 24 comporte des ailettes 44 de turbine à flux radial. Les gaz chauds de combustion provenant de la chambre 38 de combustion sont dirigés contre les ailettes 44 par une structure 46 à buses pour entraîner le rotor suffisamment pour comprimer l'air nécessaire au fonctionnement de la turbine, ainsi que pour l'entraînement de la pompe à combustible 26 et de tous autres systèmes auxiliaires le nécessitant. Les gaz chauds de combustion sortent ensuite du moteur par une tuyère 48

d'éjection produisant une poussée dans ce processus.

Dans la plupart des cas, des aubes 50 dites anti-turbulence sont interposées entre le diffuseur 42 et l'entrée de la chambre 38 de combustion. Ainsi qu'il est bien connu, ces aubes ont pour but de réduire la composante

hélicoidale du flux d'air provenant du diffuseur 42.

L'homme de l'art appréciera aussi que, dans de

nombreuses turbines à gaz, la géométrie des aubes anti-

turbulence correspondant aux aubes 50 peut être très complexe pour minimiser la composante hélicoidale du flux d'air. Cependant, conformément & l'invention, les aubes anti-turbulence 50 peuvent être relativement simples et donc peu coûteuses, car à la différence de la technique classique, un degré élevé de turbulence est toléré dans la

chambre 38 de combustion et est même avantageux.

Comme on y a fait allusion d'une façon générale précédemment, la chambre 38 de combustion de l'invention

est non seulement prévue pour être peu coûteuse à fabri-

quer, mais est également prévue pour convenir idéalement à une utilisation dans des environnements à petite enveloppe pour la turbine à gaz et dans lesquels on brûle tous

combustibles concevables. A cet égard, dans la description

qui suit, il convient de noter que la structure est une structure qui a été réellement éprouvée et dans laquelle le diamètre extérieur du moteur, comprenant la chambre de combustion 38, n'est que de 15 cm, avec une hauteur de

l'espace annulaire d'environ 2,5 cm.

Ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 2, la chambre de combustion 38 comprend un corps ou une enveloppe 52 en forme de cloche ayant une paroi cylindrique 54 aboutissant à un bord 56 recevant un anneau 58 a des fins de montage. La surface cylindrique 54 se prolonge par une surface 60 dirigée globalement radialement vers l'intérieur qui, elle-même, se prolonge par une courte surface cylindrique 62 s'étendant axialement, de faible diamètre, qui reçoit un anneau de montage 64 pour la tuyère

48 d'éjection de gaz.

Un manchon globalement cylindrique 66 est monté

à l'intérieur du tronçon cylindrique 62 auquel il est fixé.

Le manchon 66 s'étend sensiblement vers l'anneau 58 de montage, mais non jusqu'à celui-ci, afin d'aboutir à une extrémité 68 legèrement agrandie qui, comme montré sur la figure 1, est destinée à être reçue sur l'extrémité ouverte d'une pièce annulaire moulée 72 reliée à la structure. 48

à buses.

Un garnissage, indiqué globalement en 74, est disposé à l'intérieur du corps 52 en forme de cloche et à distance de ce dernier, ainsi que du manchon 66. Le garnissage 74 comprend une paroi cylindrique, radialement

extérieure 76, reliée à une paroi 78 qui s'étend globale-

ment radialement et qui, elle-même, est reliée à une paroi radialement intérieure 80. Ainsi qu'on peut le discerner sur la figure 2, les parois 76, 78 et 80 sont des pièces séparées qui sont convenablement reliées les unes aux autres. A cet égard, dans une forme préférée de réalisation

de l'invention et pour des raisons d'économie de construc-

tion, les parois 76, 78 et 80 du garnissage 74, ainsi que le corps 52 en forme de cloche et le manchon 66, sont tous formés en tôle métallique, par exemple par emboutissage ou

analogues.

La disposition du garnissage 74 à l'intérieur

du corps 52 en forme de cloche, comme mentionné précédem-

ment, donne un espace annulaire axialement allongé 82 qui aboutit à proximité immédiate de l'anneau 58 de montage dans une ouverture annulaire 84 d'entrée d'air comprimé. A cet égard, une extrémité 86 de la paroi radialement extérieure 76 du garnissage 74 est conçue pour s'ajuster contre une pièce moulée fixe 88 qui est interposée entre le diffuseur 42 et la tuyère 46 pour établir l'étanchéité avec elle. Ainsi, l'air comprimé provenant du diffuseur 42, après avoir franchi les aubes anti-turbulence 50, est dirigé vers l'intérieur de l'espace annulaire 82 compris

entre le corps 52 en forme de cloche et la paroi radiale-

ment extérieure 76.

Un espace annulaire radialement allongé 90, en communication de fluide avec l'espace annulaire 82, est présent entre la paroi radiale 78 de garnissage 74 et la surface 60 du corps 50 en forme de cloche. Cet espace annulaire 90 se prolonge lui-même par un espace annulaire très étroit 92, allongé axialement, situé radialement à l'intérieur et défini par un intervalle compris entre le manchon 66 et la paroi radialement intérieure 80 du garnissage 74. Pour maintenir la concentricité entre le manchon 66 et la paroi 80, a proximité immédiate de

l'extrémité.68, le garnissage 74 porte plusieurs entretoi-

ses 94. Les entretoises 94 portent fixement contre l'extrémité élargie 68 du manchon 66 et contre l'extrémité élargie du manchon 80 afin de permettre un mouvement

relatif entre les pièces 'sous l'effet des forces thermi-

ques.

En des emplacements espacés circonférentielle-

ment le long de la paroi radialement extérieure 76 du garnissage et immédiatement adjacents à la paroi radiale 78, la paroi 76 représente plusieurs trous 96 réalisés par poinçonnage. L'air s'écoulant dans l'espace annulaire 82 peut entrer dans les trous 96 et effectuer un balayage à la manière d'une couche le long de la face intérieure de la

paroi radiale 78 a des fins de refroidissement. L'écoule-

ment d'air est indiqué par des flèches 98. Un refroidisse-

ment supplémentaire de la paroi radiale 78 est évidemment effectué par l'air circulant dans l'espace annulaire

radial 90.

A proximité de la périphérie radialement intérieure de la paroi radiale 78, cette dernière présente une série d'ouvertures 100 réalisées par poinçonnage, permettant à l'air comprimé provenant de l'espace annulaire radial 90 d'entrer à l'intérieur du garnissage 74 et de s'écouler à la manière d'une couche le long de la surface intérieure de la paroi intérieure 80, comme indiqué par les

flèches 102, également à des fins de refroidissement.

L'air qui continue de circuler dans l'espace annulaire 90 au-delà des ouvertures 100 entre dans l'espace annulaire 92. Etant donné la largeur extrêmement faible de cet espace annulaire 92, l'air augmente de vitesse en s'écoulant dans cet espace. La vitesse accrue signifie bien entendu une élévation du nombre de Reynolds et du nombre de Nusselt qui, évidemment, accroît la transmission de chaleur

& la paroi radialement intérieure 80.

La structure venant d'être décrite assure efficacement un refroidissement externe par convexion, complété par un refroidissement par couche rudimentaire afin d'éviter des gradients thermiques indésirables qui réduisent la durée de vie. Dans le même temps, la structure permet le maintien d'une température relativement élevée du garnissage ce qui, associé à l'air de refroidissement, agit

de façon à minimiser les dépôts de carbone sur ce garnis-

sage. Comme l'homme de l'art l'appréciera, les moyens

utilisés pour réaliser ce refroidissement sont peu coûteux.

Le faible coût de la structure utilisée pour ce refroidis-

sement est favorisé par la conception inédite, du point de vue de l'aérothermodynamique, de la chambre de combustion à décrire plus en détail ci-après. Des essais de la chambre de combustion ont montré une combustion à flamme bleue avec, pour résultat, un faible échauffement par rayonnement des parois du garnissage 74, ce qui rend possible le

refroidissement venant d'être décrit.

Après refroidissement de la paroi radialement intérieure 80, l'air sort par une ouverture annulaire 104 pour se mélanger complètement et efficacement.avec les gaz de combustion à l'intérieur de la chambre de combustion 74

et pour agir comme air de dilution.

En un emplacement, un tube 106 dirigé axiale-

ment s'étend à travers à la fois le corps 52 et la paroi radiale 70 vers l'intérieur du garnissage 74. Le tube 106

peut être muni d'un allumeur ou d'un dispositif pyro-

technique convenable quelconque afin d'amorcer la combus-

tion à l'intérieur du garnissage 74.

Comme montré sur les figures 2 et 3, un collecteur circulaire 108 de combustible s'étend le long de

la périphérie de la paroi extérieure 76 du garnissage 74.

Plusieurs équerres 110 fixent le collecteur 108 dans un

plan transversal à l'axe de la chambre de combustion 38.

Des tubes 112 ouverts à leurs extrémités, fixés en plusieurs emplacements espacés angulairement et qui servent de buses, s'étendent a travers la paroi extérieure

76 du garnissage 74. Dans la forme de réalisation il-

lustrée, onze tubes 112 sont utilisés. Il est évident à l'homme de l'art que des nombres supérieurs ou inférieurs de tubes pourraient également être utilisés si cela était souhaité. Chacun des tubes présente une extrémité ouverte 114 & l'intérieur de l'espace annulaire 82, dirigée de façon à s'ouvrir vers le flux d'air arrivant. Autrement dit, les extrémités ouvertes 114 des tubes 112 sont dirigées de façon à permettre a l'air tourbillonnant à l'intérieur de l'espace annulaire 82 d'entrer dans les tubes 112 sans changer notablement de direction. Bien que cela ne soit pas représenté, les extrémités 114 peuvent être évasées afin de réduire les pertes de pression en ce point. Les extrémités ouvertes opposées 116 des tubes 12 sont disposées à l'intérieur du garnissage 74 et on peut voir sur la figure 3 que les axes des tubes 112 sont globalement tangents à l'espace compris entré les parois intérieure et extérieure 76 et 80 du garnissage 74. On appréciera aussi sur la figure 2 que l'axe de chaque tube 112 s'étend dans un plan transversal à l'axe de la chambre de combustion 38 et immédiatement adjacent au plan occupé

par le collecteur de combustible 108.

En référence aux figures 4 et 5, chacun des tubes 112 présente une ouverture circulaire 120 ménagée

dans sa paroi latérale, au voisinage de l'extrémité 114.

L'ouverture 120 est alignée sur une petite ouverture correspondante 122 située dans le collecteur de combustible 108. Les ouvertures 122 sont de Préférence formées par un procédé de perçage quelconque de manière que leur dimension puisse être aisément ajustée en fonction de l'écoulement de

combustible souhaité et de manière que toutes les ouver-

tures 122 soient relativement uniformes les unes par rapport aux autres. Cependant et dans le même temps, il a été reconnu que ce type d'injecteur est notablement plus tolérant aux trous "mal ajustés" que les injecteurs classiques. Grâce à cette configuration, le combustible provenant du collecteur 108 est injecté par les ouvertures 122 et 120 à l'intérieur de chacun des tubes 112. L'air comprimé passant dans les tubes 112 et entrant dans le garnissage 74 dans une direction tangentielle provoque une évaporation rapide du combustible, suivie de sa combustion à l'intérieur du garnissage 74. Etant donné que la trajectoire du mouvement à la fois du combustible et de l'air comburant à l'intérieur du garnissage 74 possède une composante tangentielle relativement élevée, le combustible et l'air restent dans le garnissage 74 pendant un temps assez long pour favoriser à la fois une vaporisation efficace et une combustion complète, malgré le fait que le diamètre extérieur du garnissage 74 est inférieur à 15 cm

et malgré une hauteur de l'espace annulaire de 2,5 cm.

Il convient de noter que le collecteur 108 de combustible peut être disposé d'un côté ou de l'autre des

tubes 112 si cela est souhaité. Cependant, il est avanta-

geux de placer le collecteur 108 du côté d'aval des tubes 112, car le volume d'air circulant à l'intérieur de l'espace annulaire 82 en cet emplacement est moindre du fait qu'un volume important de l'air entrant dans l'entrée 84 est dévié de l'espace annulaire 82 dans les tubes 112 eux-mêmes. Par conséquent, en aval, le collecteur 108 engendre moins d'interférence avec le flux d'air autour du

garnissage 74.

A cet égard, étant donné qu'un degré relative-

ment élevé de turbulence est souhaité dans l'espace annulaire 82, la conduite de combustible 34 peut avoir une configuration partiellement hélicoidale afin de minimiser l'interférence avec l'air tourbillonnant à sa sortie des

aubes anti-turbulence 50.

La paroi radialement extérieure 76 du garnis-

sage 74 comporte également une série circonférentielle de pattes 130 pliées vers l'intérieur. Les pattes 130 sont disposées entre les tubes 112 et l'extrémité 86 et servent & admettre de l'air de dilution à l'intérieur du garnissage 74 à partir de l'espace annulaire 82. Ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 6, chacune des pattes 130 est formée par poinçonnage d'une fente 132 de forme en U à l'emplacement souhaité dans la paroi extérieure 76, puis par pliage de la patte vers l'intérieur afin de former une ouverture 134 comme montré sur la figure 7. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'extrémité radialement intérieure de chacune des pattes 130 est dirigée vers l'extrémité 86

de la paroi 76 du garnissage.

On appréciera, d'après ce qui précède, qu'une chambre de combustion réalisée conformément à l'invention possède un certain nombre de particularités inédites et/ou présente un certain nombre d'avantages. Le fait que l'air d'entrée tourbillonne fortement permet d'utiliser des aubes anti-turbulence minimales 50, ce qui minimise le coût. En outre, la turbulence importante favorise un mélange circonférentiel du combustible et de l'air comburant à l'intérieur du garnissage 74, tandis que la vitesse élevée provenant de la turbulence favorise un refroidissement peu coûteux par convection de la paroi du garnissage sans

nécessiter d'ailettes coûteuses de refroidissement.

L'addition de l'air de dilution est réalisée simplement et à bon marché par l'utilisation d'orifices à

air de dilution réalisés à bon marché par poinçonnage.

L'injection de combustible s'effectue au moyen de tubes peu coûteux, orientés tangentiellement, qui agissent à la manière de jets d'air d'atomisation. Des orifices de dosage du combustible sont réalisés de façon

fiable et uniforme par un perçage relativement bon marché.

L'utilisation de trous réalisés par poinçonnage en des points stratégiques dans le garnissage produit un refroidissement analogue à un film ou une couche de la

paroi du garnissage, tandis que l'utilisation des entretoi-

ses 94 permet une croissance thermique à la fois radiale et

axiale sans soumettre des pièces à des contraintes.

Les diagrammes d'écoulement d'air décrits permettent en outre de donner à la chambre annulaire de combustion un diamètre extérieur et une hauteur de l'espace annulaire extrêmement faibles. A cet égard, il est apparu

qu'une chambre de combustion annulaire réalisée conformé-

ment à l'invention a atteint, dans un essai de moteur, un accroissement de plus de 30% de la charge thermique par rapport à des chambres de combustion annulaires classiques

(à 66,15 x 107 kJ/m3, à la pression atmosphérique).

La combustion efficace obtenue dans une forme de réalisation de l'invention produit un échappement souhaitable sans fumée, tandis que la chambre de combustion peut être fabriquée à suffisamment bon marché pour pouvoir être jetée après usage si cela est souhaité. Atrement dit, la chambre de combustion peut n'être utilisée qu'une fois, d'une façonéconomiquement efficace, par exemple dans la propulsion d'un missile au moyen d'un moteur à turbine à gaz. L'invention propose donc une chambre de combustion annulaire qui est à la fois peu coûteuse et adaptée idéalement & une utilisation dans des milieux nécessitant une petite enveloppe. En conséquence, elle convient idéalement à une utilisation en tant que partie

d'un moteur à turbine à gaz mis en oeuvre dans la propul-

sion de missiles relativement petits et elle peut être

utilisée aussi bien avec efficacité dans d'autres environ-

nements.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Chambre de combustion annulaire pour une turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (52) en forme de cloche définissant un axe, un garnissage toroïdal (74) ayant des parois annulaires intérieure (80) et extérieure (76) à l'intérieur du corps et espacées de celui-ci pour définir une entrée radialement extérieure (84) d'air comprimé entre le corps et le garnissage, un espace annulaire, axialement allongé (82) d'air comprimé entre le corps et la paroi extérieure et un espace annulaire (90) d'air comprimé, s'étendant radialement, en communication de fluide avec l'espace annulaire axialement allongé, en opposition à ladite entrée, ledit garnissage comprenant en outre une sortie annulaire, orientée à peu près axialement, entre lesdites parois et située juste radialement à l'intérieur de ladite entrée, la chambre de

combustion comportant en outre un collecteur (108) d'injec-

tion de combustible, habituellement circulaire, situé dans ledit espace annulaire allongé axialement et présentant plusieurs ouvertures (122), espacées anulairement, dirigées globalement axialement et par lesquelles un

combustible peut s'écouler, et plusieurs buses habituelle-

ment tubulaires (112) s'étendant à travers la paroi extérieure afin de pénétrer dans l'espace compris entre les parois, à peu près tangentiellement à celles-ci, chaque buse comprenant une entrée d'air (114) à l'intérieur dudit espace annulaire allongé axialement et une entrée de combustible (120) alignée avec l'une, associée, desdites ouvertures.

2. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le garnissage comprend en outre une paroi globalement radiale (78) reliant entre elles les parois intérieure et extérieure, en

opposition à ladite sortie annulaire.

3. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente en outre plusieurs ouvertures (96) de passage d'air dans la paroi extérieure, à proximité immédiate de la paroi radiale, afin de diriger de l'air comprimé, se trouvant dans ledit espace annulaire allongé axialement, vers

l'intérieur du garnissage et contre ladite paroi radiale.

4. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente en outre plusieurs ouvertures (100) de passage d'air ménagées dans la paroi radiale, à proximité immédiate de la paroi intérieure, afin de diriger de l'air comprimé, se trouvant dans l'espace annulaire radial, vers l'intérieur du

garnissage contre ladite paroi intérieure.

5. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente en outre plusieurs premières ouvertures (96) de passage d'air ménagées dans la paroi extérieure, a proximité immédiate de la paroi radiale, afin de diriger de l'air comprimé, se trouvant dans ledit espace annulaire allongé' axialement, vers l'intérieur de la garniture et contre la paroi radiale, et plusieurs secondes ouvertures (100) de passage d'air ménagées dans la paroi radiale, a proximité immédiate de la paroi intérieure, afin de diriger de l'air comprimé,

se trouvant dans l'espace annulaire radiale, vers l'inté-

rieur du garnissage et contre ladite paroi intérieure.

6. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que les parois extérieure et radiale sont réalisées en tôle métallique emboutie et en ce que lesdites ouvertures de passage d'air

sont des trous réalisés par poinçonnage.

7. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps comprend en outre un manchon central (66) situé à l'intérieur de la paroi intérieure afin de définir un autre espace annulaire, allongé axialement (92), en communication de fluide avec ledit espace annulaire radial, et débouchant juste à l'intérieur de la sortie annulaire pour assurer le refroidissement de la paroi intérieure et l'introduction d'air de dilution à ladite sortie annulaire.

8. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit autre espace annulaire allongé axialement est étroit par rapport audit espace annulaire allongé axialement, mentionné en premier, afin d'augmenter la vitesse de l'air s'écoulant à travers lui et d'accroître ainsi la transmission de chaleur à

ladite paroi intérieure.

9. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure est réalisée en tôle métallique et comporte, entre ladite entrée et lesdites buses, une série circonférentielle de pattes (130) pliées vers l'intérieur, dirigées vers l'entrée afin de permettre à de l'air de dilution d'entrer

dans ledit garnissage à proximité de la sortie.

10. Chambre de combustion annulaire pour une turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (52) en forme de cloche ayant un axe, un manchon (66) s'étendant axialement à l'intérieur du corps, un garnissage annulaire (74) à l'intérieur du corps et autour du manchon,

ce garnissage comportant des parois annulaires concentri-

ques intérieure (80) et extérieure (76), allongées axialement, espacées respectivement du manchon et du corps, et une paroi extrême (78) s'étendant radialement et reliant entre elles lesdites parois intérieure et extérieure, à l'une de leurs extrémités, le corps, le manchon et les parois intérieure, extérieure et extrême étant réalisés en tôle métallique, un collecteur circulaire (36, 108) de combustible présentant des ouvertures (122), espacées angulairement, de distribution de combustible et disposé entre le corps et la paroi extérieure, dans un premier plan transversal audit axe, plusieurs tubes allongés (112) ouverts à leurs extrémités, situés dans la paroi extérieure et adjacents au collecteur, les tubes s'étendant dans un second plan parallèle au premier plan et étant dirigés à peu près tangentiellement vers l'espace compris entre les parois intérieure et extérieure, une extrémité (114) de chaque tube étant placée dans ledit espace et l'autre extrémité de chaque tube étant placée entre le corps et la paroi extérieure, un tube étant associé à chaque ouverture de distribution de combustible, et des moyens établissant une communication de fluide entre chaque ouverture de

distribution de combustible et l'intérieur du tube associé.

11. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que le collecteur et les tubes sont disposés côte à côte et en ce que les moyens d'établissement d'une communication de fluide comprennent un trou (120) ménagé dans le côté de chaque tube et aligné

avec l'ouverture associée de distribution de combustible.

12. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que le premier plan

est plus proche de ladite paroi extrême que le second plan.

13. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une conduite (30, 32) & combustible s'étendant jusqu'au collecteur de combustible et disposée en totalité

entre le corps et la paroi extérieure.

14. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle présente en outre plusieurs ouvertures (96) de passage d'air ménagées dans la paroi extérieure, à proximité immédiate de la paroi radiale, afin de diriger de l'air comprimé, se trouvant

dans l'espace annulaire allongé axialement, vers l'inté-

rieur du garnissage et contre ladite paroi radiale.

15. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle présente en outre plusieurs ouvertures (100) de passage d'air ménagées dans la paroi radiale a proximité immédiate de la paroi intérieure afin de diriger de l'air comprimé, se trouvant dans l'espace annulaire radial, vers l'intérieur du garnissage et contre ladite paroi intérieure.

16. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle présente en outre plusieurs premières ouvertures (96) de passage d'air ménagées dans la paroiextérieure, a proximité immédiate de la paroi radiale, afin de diriger de l'air comprimé, se trouvant dans l'espace annulaire allongé axialement, vers l'intérieur du garnissage et contre ladite paroi radiale, et plusieurs secondes ouvertures (100) de passage d'air ménagées dans la paroi radiale, a proximité immédiate de la paroi intérieure, afin de diriger de l'air comprimé, se

trouvant dans ledit espace annulaire radial, vers l'inté-

rieur du garnissage et contre ladite paroi intérieure.

17. Chambre de combustion annulaire selon la revendication 10, caractérisé en ce que les parois extérieure et radiale sont réalisées en tôle métallique emboutie et en ce que les ouvertures de passage d'air sont

des trous réalisés par poinçonnage.

18. Chambre de combustion annulaire pour une turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (52) en forme de cloche ayant un axe, un manchon (66) s'étendant axialement à l'intérieur du corps, un garnissage annulaire (74) à l'intérieur du corps et autour du manchon,

ce garnissage comportant des parois annulaires concentri-

ques intérieure (80) et extérieure (76), allongées axialement, espacées respectivement du manchon et du corps, et une paroi extrême (78) s'étendant radialement reliant entre elles les parois intérieure et extérieure, à l'une de leurs extrémités, le corps, le manchon et les parois intérieure, extérieure et extrême étant réalisées en tôle métallique, des moyens (108) destinés à introduire un combustible à brûler dans le garnissage, en plusieurs emplacements espacés circonférentiellement, une première série de trous (96) réalisés par poinçonnage dans la paroi extérieure, à proximité immédiate de la paroi radiale, et une seconde série de trous (100) réalisés par poinçonnage

dans la paroi radiale, à proximité de la paroi intérieure.

19. Chambre de combustion interne selon la revendication 18, caractérisée en ce que le manchon -et la paroi intérieure sont faiblement espacés afin d'obliger l'air, passant entre euxr à s'écouler à une vitesse élevée pour produire ainsi un refroidissement accru de la paroi intérieure.