FR2645590A1 - Dispositif de ventilation pour turbine de puissance - Google Patents

Abstract

On décrit un mécanisme de commande de l'air dans la section à turbine de puissance d'un moteur à turbine à gaz. Cette section comporte un rotor et au moins une ailette 22; 24 d'hélice à pas variable. L'ailette est accouplée au rotor et s'étend vers l'extérieur de celui-ci. Un premier carénage annulaire 46 tourne avec l'ailette et est interposé entre l'ailette et le rotor. Un second carénage 48 est placé longitudinalement à un endroit contigu au premier carénage. Les premier et second carénages ont des vitesses de rotation différentielles. Le mécanisme de commande de l'air comporte une plate-forme 70 fixée à une extrémité radialement intérieure de l'ailette. La plate-forme est généralement placée dans une première ouverture et un premier carénage. La plate-forme et le premier carénage définissent un espace extérieur. Dans une première position correspondant à un premier pas de l'ailette, la plate-forme épouse pratiquement le contour du premier carénage. Dans une seconde position correspondant à un second pas, le bord de la plate-forme est déplacé dans le sens radial de l'extérieur par rapport au premier carénage. Lorsque les ailettes se trouvent dans la seconde position et tournent autour de l'axe du moteur, le déplacement du bord par rapport au premier carénage permet la circulation de l'air entre l'espace extérieur et la cavité annulaire. Application aux moteurs à turbine à gaz.

Description

La présente invention concerne les systèmes de venti-

lation en général pour moteurs à turbine à gaz et, en particulier, des systèmes de ventilation fournissant de l'air de refroidissement à la zone du moyeu d'une ailette d'hélice pouvant tourner. Il existe deux types de moteurs à turbine à gaz qu'on utilise généralement pour entraîner les avions, à savoir les réacteurs à double flux et les turbopropulseurs. L'ensemble

générateur d'énergie est commun à ces deux moteurs, et celui-

ci est généralement appelé générateur de gaz. Cet ensemble comporte en général une section à compresseur, une chambre de combustion, une section à turbine, tous ces éléments étant placés de façon à obtenir un écoulement sériel. L'air pressurisé provenant de la section à compresseur est mélangé au carburant et brûlé dans la chambre de combustion pour produire un courant gazeux présentant une énergie élevée. Le courant gazeux se dilate dans une première section à turbine dans laquelle l'énergie est extraite pour faire fonctionner le compresseur. De tels moteurs comportent en outre une seconde turbine, qu'on appelle turbine de puissance, située en aval de la première section à turbine. La turbine de puissance extrait l'énergie du courant gazeux pour entraîner les ailettes de propulsion, à savoir les ailettes d'une

soufflante ou d'une hélice.

-2 - Les températures le3 plus élevées rencontrées dans le moteur sont celles de la chambre de combustion et des turbines. Il y a lieu de refroidir tous les composants du moteur se trouvant à proximité de ces zones à haute température qui peuvent être endommagées par une chaleur excessive. On obtient en général de l'air pressurisé pour refroidir ces composants à partir du compresseur, d'une conduite provenant de la soufflante, ou sinon on l'extrait de

l'atmosphère extérieure.

Dans la plupart des moteurs entraînés par soufflante ou hélice, les ailettes sont en général situées à l'avant du

générateur de gaz. Dans de telles applications, les struc-

tures des moyeux des ailettes (base des ailettes) fonction-

nent dans un environnement à température relativement basse,

ce qui exclut la nécessité de les refroidir.

On trouve un récent perfectionnement des turboréac-

teurs et des turbopropulseurs décrits ci-dessus dans le moteur à soufflante non-canalisée qui est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 071 594. Dans le moteur à soufflante non canalisée, la turbine de puissance comporte des ailettes de soufflante non canalisée tournant dans des sens opposés. Les ailettes sont généralement à pas

variable de manière à obtenir le rendement optimum du moteur.

Pour faire varier le pas de chaque ailette, chaque structure

de moyeu comporte un roulement ou autre coupleur anti-

friction. Si le moteur est muni d'ailettes à pas variable, il doit comporter un mécanisme permettant de faire varier leur pas. On a décrit des mécanismes faisant varier le pas des ailettes, ces mécanismes étant à un endroit contigu à chaque

moyeu, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 738 591.

Dans la demande de brevet mentionnée ci-dessus, l'emplacement des ailettes de la soufflante (ailettes de propulsion) se trouve généralement à l'arrière du générateur de gaz et radialement vers l'extérieur de la section à turbine de puissance. Par suite de l'étroite proximité des ailettes de -3- la soufflante et de la turbine de puissance dans une telle configuration, les structures des moyeux des hélices seront soumises, dans certaines conditions du vol, à des taux

d'échauffement relativement élevés (charges thermiques).

La température de l'air dans la zone du moyeu, c'est- à-dire dans la zone de la turbine de puissance proche de la base de chaque ailette, variera en fonction des conditions du vol. Par exemple, pendant les périodes o la demande de puissance est relativement élevée, par exemple lors du décollage, les températures de la turbine et de la chambre de

combustion sont élevées, ce qui se traduit par des tempéra-

tures plus hautes dans la zone du moyeu de l'ailette. Les structures des moyeux d'ailettes et les mécanismes faisant varier le pas sont généralement constitués de matériaux légers, de prix élevé. De tels matériaux sont généralement limités en matière de tenue à la température. Par conséquent, il peut s'avérer nécessaire de procéder à un refroidissement plus grand des zones des moyeux lors des demandes de puissance élevée, par exemple au décollage, que cela n'est normalement requis pendant le vol en croisière. Une plus grande ventilation de la zone du moyeu de l'ailette peut

s'avérer également bénéfique ou indispensable lors du fonc-

tionnement à vide ou lors de l'inversion de la poussée même si la charge thermique est généralement inférieure à celle du décollage. Par contraste, les températures se stablisent à une valeur plus faible pendant le fonctionnement en croisière à l'état constant et il faut alors un refroidissement moins

important. Comme tout système de refroidissement sera péna-

lisé en matière de performances pendant son utilisation, il

est avantageux de ne procéder au refroidissement nécessaire.

Ainsi, il est souhaitable de disposer d'un moyen permettant de faire varier automatiquement l'air de refroidissement

dirigé sur la zone du moyeu des ailettes.

Il est possible que certains composants de la zone du moyeu soient plus sensibles aux températures élevées que les - 4 - autres composants. Par exemple, les composants hydrauliques d'un mécanisme de variation du pas pourraient supporter moins bien les températures que le moyeu. Par conséquent, il peut être souhaitable d'assurer un refroidissement plus grand de ces composants. En conséquence, la présente invention a pour objet un système de ventilation perfectionné pour la section à turbine

de puissance d'un moteur à turbine à gaz.

La présente invention a pour autre objet un système de ventilation pour la zone du moyeu d'une ailette de propulsion

dans un moteur à turbine à gaz à soufflante non canalisée.

La présente invention a encore pour objet un système de ventilation automatique pour commander la ventilation de

la zone du moyeu d'un moteur à soufflante non canalisée.

La présente invention a pour autre objet un système de ventilation pour moteur à soufflante non canalisée qui

répartit la ventilation entre différents endroits.

Dans un mode de réalisation donné à titre d'illustra-

tion, la présente invention comprend un dispositif de contrôle de l'air ou de ventilation pour la section à turbine

à gaz d'un moteur à turbine à gaz à soufflante non canalisée.

La section à turbine à gaz comprend des premier et second

rotors accouplés en relation motrice avec une hélice respec-

tive parmi des première et seconde hélices contrarotatives.

Chacune des hélices comporte une multitude d'ailettes à pas variable. Les ailettes sont accouplées au rotor associé par

des moyeux correspondants, les ailettes s'étendant radiale-

ment vers l'extérieur du rotor. Un premier carénage annulaire peut tourner avec la première hélice et être interposé entre les ailettes et son rotor associé. Un second carénage annulaire est situé dans l'axe du premier carénage et peut tourner avec la seconde hélice. Le premier carénage et le second carénage ont des vitesses de rotation différentielles et ont un profil conforme à la nacelle ou logement entourant le moteur. Le dispositif de ventilation comporte un mécanisme

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- 5 - de contrôle de l'air comportant des plates-formes accouplées de façon fixe à l'extrémité radialement intérieure d'au moins

une partie des ailettes de la première hélice. Chaque plate-

forme est généralement placée dans des ouvertures corres-

pondantes du premier carénage. Dans une première position correspondant à un premier pas des ailettes d'hélice, la

plate-forme épouse pratiquement le contour du premier caré-

nage. Dans une second position correspondant à un second pas des ailettes, une partie du bord de la plate-forme est déplacée dans le sens radial de l'extérieur par rapport au premier carénage. Lorsque les ailettes se trouvent dans la seconde position et tournent autour de l'axe du moteur, le déplacement de la partie du bord par rapport au premier carénage définit une ouverture pour que l'air s'écoule à partir de l'extérieur du carénage jusqu'à la cavité annulaire dans laquelle les moyeux sont placés. Ainsi, une ventilation est assurée lorsque les ailettes se trouvent dans la seconde position. L'air peut sortir de la cavité par l'intermédiaire d'une ouverture ménagée dans la nacelle entre les premier et second carénages de sorte que l'air circulant sur les moyeux de la première hélice n'est pas utilisé pour refroidir les moyeux de la seconde hélice, évitant l'emploi d'air chaud pour assurer la ventilation. Les ailettes de la seconde hélice sont refroidies par l'air de ventilation entrant autour des plates-formes des ailettes de la seconde hélice en aval des ailettes, ou par l'air passant par des trous ménagés dans la nacelle à l'arrière de la seconde hélice. L'air de ventilation circule vers l'avant dans la cavité ménagée à l'intérieur du second carénage et sort par l'ouverture unique pratiquée entre les carénages. Comme les courants d'air de ventilation ne se mélangent pas, il n'y a aucun gain thermique dans l'une des hélices par rapport à l'autre. On peut remarquer que l'air sortant de l'ouverture située entre les carénages se mélange avec l'air extérieur, et se trouve refroidi par celui-ci, de sorte que l'air aspiré dans les -6-

trous arrière est pratiquement de l'air frais.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue en élévation de côté, partiellement en coupe, d'un moteur à turbine à gaz du type à soufflante

non canalisée incorporant la présente invention; -

figure 2, une présentation isométrique du carénage tournant et de l'ailette représentés en figure 1 avec le jeu d'ailettes à un pas de marche; figure 3, une vue en élévation de côté de la zone du moyeu de l'ailette représentée en figure 2; figure 4, une représentation isométrique similaire à celle de la figure 2, avec le jeu d'ailettes à un pas plus proche d'un pas nul; figure 5, une vue en coupe partielle simplifiée d'une zone du moyeu d'ailette, illustrant la cavité tournante de ventilation; figure 6, un graphique illustrant la pression l'air le long de la surface extérieure de la nacelle du moteur de la figure 3; figure 7, les trajets de l'écoulement de l'air dans la cavité de ventilation de la figure 3, et figure 8, une vue prise à partir de l'extrémité d'une ailette dans le sens radial de l'intérieur pour montrer son

moyeu.

En figure 1, on a représenté de façon partielle et simplifiée un mode de réalisation d'un moteur 20 à turbine à gaz à soufflante non canalisée. Des ailettes 22 et 24 d'hélices avant et arrière tournant dans des sens opposés sont disposées radialement à l'extérieur d'une section 25 à turbine de puissance. La turbine de puissance 25 comporte des premier et second rotors 26 et 28 tournant dans des directions opposées. Des premier et second jeux d'aubes de turbine 30 et 32 contrarotatives sont accouplés. aux premier et second rotors 26 et 28, respectivement. Les ailettes 22 et -7-

24 des hélices avant et arrière sont accouplées respective-

ment aux premier et second rotors 26 et 28 et tournent avec eux. Le moteur 20 comporte en outre un trajet annulaire 42 d'écoulement de gaz, trajet formé à travers les premier et second rotors 26 et 28. L'air pressurisé provenant d'une section à compresseur 34 est chauffé dans une chambre de combustion 36 pour former un courant gazeux de grande énergie (pression et température élevées), représenté dans son ensemble par la flèche 44. Le courant gazeux 44 de haute énergie traverse les rotors 26 et 28 pour mettre en rotation les aubes contrarotatives de la turbine et entraîner les ailettes 22 et 24, respectivement, les ailettes tournant dans des directions opposées. Un logement ou nacelle 40 renferme le moteur 20. Des premier et second capots ou carénages 46 et 48 sont placés radialement à l'intérieur des ailettes 22 et

24, et sont montées pour tourner avec les rotors contrarota-

tifs 26 et 28, respectivement. Les premier et second carénages 46 et 48 ont un contour épousant la forme de la nacelle 40 de manière à rendre optimum les caractéristiques

d'écoulement de l'air passant sur le moteur 20.

Comme on le voit plus clairement dans les sections partielles des figures 2 et 3, le moyeu 50 de chaque ailette d'hélice est disposé radialement vers l'intérieur du carénage

46, 48 correspondant. Pour optimiser encore plus les perfor-

mances du moteur 20 à soufflante non canalisée, des mécani-

smes (non représentés) permettant de faire varier le pas des ailettes, tels que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 738 591 mentionné ci-dessus, sont accouplés à chacun des moyeux 50. Chaque ailette a un axe 54 de changement du pas autour duquel elle peut tourner de manière à faire varier son pas. Chaque moyeu 50 est accouplé à un support d'ailette correspondant, lequel est à son tour fixé à un rotor correspondant. Des éléments de roulement et des dispositifs de retenue, représentés dans leur ensemble en 56, -8- accouplent le moyeu 50 de l'ailette à son support, de sorte

que le moyeu peut tourner autour de l'axe 54 de l'ailette.

Les éléments de roulement et le dispositif de retenue d'ailette 56, en ce qui concerne les ailettes 22 de l'hélice avant, sont situés au-dessous d'une cavité tournante 72 délimitée par un élément annulaire tournant 68. Les éléments de roulement et le dispositif de retenue 56, pour les ailettes 24 de l'hélice arrière, sont situés à l'intérieur d'une cavité primaire 64 délimitée par la nacelle 40, la structure 62 des rotors 26, 28 de la turbine de puissance, le

capot 41, la tuyère d'échappement 43 et une cloison 101.

Les figures 2 et 3 représentent le dispositif de ventilation avec le jeu des ailettes de l'hélice au pas

correspondant au vol en croisière du moteur 20. Une plate-

forme 70 ayant la forme générale d'un disque est fixée à chaque ailette. AInsi, alors que les ailettes changent de pas par rotation autour leurs axes 54, les plates-formes 70 se trouvent amenées à se déplacer. Les plates-formes 70 et la

nacelle 40 ont une forme telle que la rotation des plates-

formes alors que le pas des ailettes passe à un angle prédéterminé, par exemple un pas nul, un bord 76 soit amené à s'élever au-dessus de la surface du carénge de manière à créer de multiples trous d'air. Les plates-formes 70 sont

placées à l'intérieur d'ouvertures correspondantes 74 ména-

gées dans chacun des premier et second carénages 46 et 48.

Comme on peut le voir en figure 5, l'élément annulaire 68 est accouplé au dispositif 56 de retenue d'ailette de manière à tourner autour de l'axe du moteur avec le rotor 26. En outre, l'élément annulaire 68 est fixé à la plate-forme 70 et tourne autour de l'axe 54 de l'ailette. Ainsi, la plate-forme 70 et l'élément annulaire 68 définissent une cavité annulaire 72 entourant la zone 52 du moyeu de l'ailette. Dans un mode de réalisation préféré, la plate-forme 70 et l'élément annulaire 68 sont fractionnés en deux sections pour montage autour du -9- moyeu de l'ailette. La cavité avant 72 est isolée de la cavité arrière 72A par un élément structurel de division. On utilise les expressions "avant" et "arrière" par rapport au sens normal de déplacement du moteur 20 lorsque celui-ci est monté sur un avion. Cependant, on pourrait éliminer l'élément de division ou le perforer de manière à permettre l'entrée d'air dans la cavité arrière 72A dans lequel on souhaite avoir un écoulement d'air supplémentaire. On remarquera que la cavité 72 est essentielement une cavité en demi-anneau qui tourne autour de l'axe 54 du bloc et avec la cavité 64 autour de l'axe du moteur. Une multitude d'ouvertures ou trous 88 de distribution d'air s'étendent à travers l'élément annulaire 68 à partir de la cavité avant 72 (qu'on voit le mieux en figure 5) et dirigent l'air de ventilation vers le bas et autour de la zone 52 du moyeu. Les trous 88 sont placés de manière à répartir l'air autour de la structure du moyeu tout en fournissant de bonnes caractéristiques d'écoulement même dans le cas o il n'y a qu'un petit différentiel de la

pression statique entre la cavité 72 et la cavité 64.

La température dans la cavité 64 variera en fonction de l'état de marche du moteur 20. Par exemple, la turbine de puissance fonctionne à une température plus élevée pendant le

décollage que lors d'un vol de croisière à l'état constant.

Le mécanisme de ventilation de la présente invention fournit des quantités variables de l'air de refroidissement à la zone 52 du moyeu en fonction du réglage du pas de l'ailette 22 de l'hélice. Comme représenté en figures 2 et 3, la plate-forme présente une section en coupe généralement circulaire lorsqu'on la voit radialement. Dans la position du vol de croisière, la plate-forme 70 épouse pratiquement la forme contour du carénage 46. Ainsi, dans la direction circonférentielle, la surface au droit du périmètre de la plate-forme 70 suit généralement le contour du carénage 46. En figure 2, le carénage 46 est généralement cylindrique. Cependant, la présente invention s'applique aussi à des surfaces coniques

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ainsi qu'à des surfaces inclinées de manière non linéaire.

Les plates-formes 70 sont également dimensionnées de façon que les trous ou creux qu'elles forment soient situés dans une zone telle qu'il y a une maximalisation de la haute pression statique afin de réduire au minimum la confiance placée sur la pression dynamique, c'est-à-dire la traînée

dynamique, pour pressuriser les cavités de refroidissement.

Les figures 4 et 5 représentent le mécanisme de ventilation des figures 2 et 3 avec les plates-formes 70 dans le carénage 46 ayant tourné pour exposer un bord 76 de chaque plate-forme 70. La plate-forme est mise en rotation par variation du pas jusqu'à une configuration représentative d'une demande de puissance au décollage. Comme la géométrie le fait ressortir, le bord 76 est déplacé dans la direction radiale de l'extérieur par rapport au carénage 46 et une

ouverture 78 est définie entre le bord 76 et le carénage 46.

L'ouverture 78 permet la communication du fluide entre l'extérieur de la nacelle 40 et la zone 52 du moyeu. Cela permet à l'air de refroidissement d'entrer dans la zone 52 du moyeu et de refroidir le moyeu ainsi que les éléments de

roulement et le dispositif de retenue 56 associés.

La figure 5 représente dans une section transversale l'effet de la rotation d'une plate-forme 70 pour définir un creux ou ouverture d'air 78. On remarquera que l'élément annulaire 68 est un élément qui s'étend autour de la surface intérieure de la plate-forme 70 et présente une ouverture centrale 58 dans laquelle s'étend le moyeu 50. La zone 72 apparaît ainsi à deux emplacements dans la vue partielle en coupe même s'il n'y a qu'une seule zone 52. En figure 5, on peut voir que l'élément annulaire 68 est rendu étanche par un joint torique 60 de manière à maîtriser les différentielles de pression et l'écoulement de l'air dans la cavité 64 en empêchant les fuites d'air autour de l'élément annulaire et

de la plate-forme 70.

Pendant la marche en croisière à l'état constant du

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moteur 20, le pas de chaque ailette d'hélice sera tel que la plate-forme correspondante 70 et le bord 76 épouseront

sensiblement la forme du carénage 46. Cependant, la tempéra-

ture de la turbine est sensiblement réduite et une ventila-

tion provenant de l'extérieur n'est généralement pas néces-

saire pendant ce type de fonctionnement. Pendant le décol-

lage, chaque ailette sera mise à un pas nul, d'o l'exposi-

tion du bord 76 et de l'ouverture 78. Ainsi, bien que l'ouverture 78 soit sensiblement fermée pendant le vol en croisière, une quantité d'air de refroidissement plus grande est disponible pour les périodes o le moteur fonctionne aux températures les plus élevées. La plate-forme 70 peut être agencée de manière à fournir de l'air de refroidissement pendant le vol en croisière. Le carénage 46 tourne dans le sens indiqué par la flèche 80. Ainsi, le sens de l'écoulement d'air par rapport au carénage 46 dû à la rotation de ce carénage est représenté par la flèche 82. Le sens de l'air circulant sur le carénage 46 par suite du déplacement du moteur 20 vers l'avant est généralement axialement en arrière comme cela est représenté par la flèche 84. Le mouvement relatif de l'air par rapport à la plateforme 70 est représenté par la flèche 86, somme vectorielle des flèches 82 et 84. On remarquera d'après ce qui précède que l'ouverture 78 est dirigée pratiquement vers l'avant par rapport à la

direction 86 de l'air. Cette orientation fournit une augmen-

tation de la pression totale de l'air disponible, qui contribue à des débits d'air plus élevés pour la zone du moyeu.

En liaison momentanée avec la figure 6, on a repré-

senté une courbe typique de la distribution axiale de la pression sur la surface extérieure de la nacelle pour la section à turbine du moteur 20. La pression statique, ligne 92, ne change que légèrement entre l'avant et l'arrière du moteur et dépend de la forme de la nacelle et de la puissance de fonctionnement. La pression totale ou pression dynamique,

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ligne 90, a des valeurs plus élevées qu'on peut attribuer à

la rotation de l'hélice. La pression différentielle relative-

ment faible dans la cavité 64 limite l'aptitude de l'air de ventilation à traverser la cavité. En outre, il n'est pas souhaitable que l'air ayant circulé sur l'hélice avant et s'étant trouvé chauffé par l'hélice avant soit utilisé pour procéder au refroidissement de l'hélice arrière. L'élévation de la chaleur sur l'hélice avant peut atteindre une valeur aussi élevée que 50 C. Par conséquent, il est souhaitable que l'air de ventilation entrant dans la cavité 72 soit éloigné des

éléments associés aux ailettes de l'hélice arrière.

On se reportera maintenant aux figures 7 et 8 pour illustrer l'écoulement de l'air dans une forme de dispositif de ventilation selon la présente invention. L'air, désigné par la flèche 96, pénètre par l'ouverture 78 et entre dans la cavité 72. L'élément annulaire 68 limite le débit de l'air 96 et augmente la pression statique tant à l'ouverture 78 que dans la cavité 72 tout en diminuant la vitesse de l'air entrant dans l'ouverture 78. L'air 96 se trouvant dans la cavité 72 entre dans la cavité 64 et est distribué dans les éléments se trouvant dans la zone 88. L'air sort alors de la cavité 64 par un interstice 98 défini entre le premier carénage 46 et le second carénage 48. L'interstice 98 est suffisamment grand pour qu'il y ait une chute de pression très faible dans sa traversée. De cette façon, la pression de l'air dans la cavité 64 est sensiblement équivalente à la pression de l'air dans la direction radiale de l'extérieur de l'interstice 98. De plus, les dimensions de l'interstice 98 sont suffisamment grandes pour que, quel que soit le débit d'air dans les ouvertures 78 et 78A, la pression de l'air régnant dans la cavité 64 soit sensiblement équivalente à la pression de l'air dans la direction radiale de l'extérieur de l'interstice 98. Ainsi, l'écoulement de l'air dans le dispositif est presque proportionnel à la surface de la seule

ouverture 78.

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Pour une surface donnée de l'ouverture 78, le débit de l'air dans l'ensemble du dispositif est quelque peu déterminé par les ouvertures 88 en plus de la surface des ouvertures 78. S'il y a beaucoup d'ouvertures 88 et/ou si les ouvertures ont de grandes dimensions, le débit sera élevé mais la pression statique à l'intérieur de la zone 52 du moyeu sera faible. S'il y a peu d'ouvertures 88 et/ou si les ouvertures ont de petites dimensions, le débit sera relativement faible mais la pression statique dans la zone 52 sera relativement élevée. Il est en général souhaitable que le débit soit élevé car cela permet d'augmenter l'efficacité du refroidissement d'un élément. Cependant, si aucune résistance n'est opposée par l'élément annulaire 68, l'air traversant le dispositif suivra le trajet le plus court possible et éventuellement ne procédera pas au refroidissement d'une partie du moyeu 50 ou mécanisme 56. L'élément annulaire 68 et les ouvertures associées de la zone 88 diminuent le débit, mais permettent la sélection précise des zones à refroidir. Plus la pression statique est grande dans la cavité 72, plus grande est la régulation de la direction de l'air de refroidissement vers des emplacements précis. Cela est dû au fait que plus la pression statique est élevée, plus la chute de pression est uniforme dans chacune des ouvertures. En d'autres termes, s'il y a une pression statique relativement élevée dans la zone et un débit relativement faible, le différentiel de pression dans une ouverture à proximité du dispositif 56 sera pratiquement équivalent au différentiel de pression dans une ouverture proche du moyeu 50. Ainsi, le débit dans chaque ouverture sera sensiblement uniforme. Cependant,- si les ouvertures sont trop petites, ou s'il n'y en a pas assez, le débit dans chaque ouverture ne sera pas suffisant pour procéder à un refroidissement convenable du moyeu 50 et du dispositif 56. Ainsi, on doit choisir les dimensions et le nombre des ouvertures 88 de manière à satisfaire un équilibre convenable entre le débit et la pression statique. Comme le

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moteur 20 est le plus chaud pour le pas des ailettes correspondant au décollage, on doit choisir la pression statique et le débit pour satisfaire les besoins au décollage en matière de refroidissement. De plus, s'il faut un refroidissement plus important dans des zones spécifiques contiguës au mécanisme 56, par exemple, alors on peut prévoir un nombre d'ouvertures plus grand dans ces zones. De cette manière, on peut choisir l'emplacement précis pour le refroidissement. Les éléments du moyeu de l'hélice arrière sont ventilés d'une manière quelque peu différente. L'hélice arrière tourne dans un sens opposé à celui de l'hélice avant

et nécessite un changement du pas dans une direction opposée.

La pression statique le long de la surface extérieure du carénage 48 contigu à ses plates-formes 70 pendant un fonctionnement à puissance élevée est telle qu'on a constaté que l'air peut être aspiré à partir des ouvertures arrière 78A proches du bord arrière des ailettes 24. Comme indiqué par la flèche 96A, l'écoulement de l'air s'effectue de

l'arrière vers l'avant du moyeu de l'hélice arrière. L'inter-

stice 98 entre les carénages 46 et 48 fournit un trajet de sortie pour ce trajet avant. Même si la pression statique dans la cavité 64 peut augmenter légèrement entre l'avant et l'arrière, l'agencement des entrées d'air 78 et 78A et de la sortie 98 et la rotation de l'hélice provoque une pression dynamique qui permet de créer un écoulement entre l'arrière et l'avant de l'hélice arrière. Alors que les ouvertures arrière ououvertures d'entrée 78A pourraient être disposées de la même manière que pour l'hélice avant, les besoins réduits en matière d'écoulement qu'on peut attribuer aux températures plus faibles de la turbine arrière et à la pression statique locale permettent l'utilisation de trous ou de creux simples de dosage. On remarquera que les ouvertures 78A peuvent être définies par celles qui sont représentées en figure 3 ou peuvent être des trous ou des creux ménagés dans

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nacelle tournante à l'arrière de l'hélice arrière. Il n'est pas nécessaire que les creux soient formés par la rotation des plates-formes 70. La grande étendue de la cavité 64 peut nécessiter des creux multiples, c'est-à-dire davantage de creux qu'il n'y a d'ailettes. Les creux ou les trous peuvent également être placés à l'intérieur du carénage tournant 48

contigus ou à l'arrière des ailettes 24.

Le dispositif de ventilation qu'on vient de décrire répartit l'écoulement de l'air de ventilation 72 et 64 par l'intermédiaire d'une multitude d'entrées ménagées dans chacun des carénages tournants 46 et 48. Le dispositif de ventilation qu'on vient de décrire répartit l'écoulement de l'air de ventilation dans les deux cavités 72 et 64 par l'intermédiaire d'une multitude d'entrées ménagées dans chacun des carénages tournant 46 et 48. L'air de ventilation est déchargé par un seul orifice ou puits de décharge 98 qui est suffisamment grand pour que la pression dans la cavité 64 soit presque identique à sa pression statique de décharge, d'o il résulte que la pression dans la cavité est insensible aux dimensions de la fente de décharge et au débit. La fente de décharge comprend un interstice 98 placé entre les deux carénages contrarotatifs 46 et 48. En général, le dispositif comprend une multitude d'entrées d'air 78 ménagées dans le carénage 46 et une autre multitude d'entrées d'air 78A pratiquées dans le carénage 48 ou dans la partie à tuyère d'échappement de la nacelle 40 juste à l'arrière des ailettes de l'hélice arrière. Dans l'agencement décrit, il y a une entrée d'air 78 pour chaque emplacement d'ailette dans l'hélice avant et une ou plusieurs entrées 78A pour chaque

emplacement d'ailette dans l'hélice arrière. L'air de venti-

lation aspiré dans les cavités 72 et 64 sort par un puits commun formé par la fente naturelle 98 entre les deux

carénages contrarotatifs. L'écoulement de l'air de ventila-

tion de la cavité tournante est séparé de celui de la nacelle

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statique par l'élément annulaire tournant 101 et le carénage 46. L'écoulement de l'air de ventilation provenant des creux ou entrées avant 78 s'effectue vers l'arrière en passant par la cavité avant tournante ou zone 52 du moyeu et sort par la fente unique 98. L'écoulement à travers les creux ou entrées arrière 78A s'effectue vers l'avant et sort également par la fente commune 98. Cet agencement assure que les écoulements de l'air de ventilation ne passent jamais d'une cavité tournante à l'autre et donc ne provoquent jamais le gain thermique résultant du mélange, lequel se produirait si l'air de ventilation circulant autour de l'un des ensembles à moyeu devait se mélanger avec l'air circulant autour de l'autre ensemble. La fente de sortie 98 est rendue suffisamment grande pour ne provoquer qu'une très faible chute de pression. On choisit la chute de pression pour qu'elle soit juste suffisante pour créer un écoulement relativement uniforme à la sortie de la fente 98. De cette manière, la pression régnant dans la cavité 64 est presque toujours identique à la pression statique de l'écoulement extérieur à la fente. La pression régnant dans la cavité est relativement insensible au débit de l'air de ventilation. Cela assure que le rapport de pression dans les entrées 78 ou 78A est toujours maintenus independant de l'écoulement de l'air de ventilation dans la

cavité. Cet écoulement est par conséquent presque propor-

tionnel à la seule surface de l'entrée. On peut contrôler étroitement la surface de l'entrée 78 dans le présent dispositif alors que la pression régnant dans la cavité 64 est relativement insensible aux variations de la surface de sortie de la fente 98, laquelle est beaucoup plus difficile à contrôler. Un autre avantage du dispositif décrit est que l'utilisation de la seule fente 98 rend la pression régnant dans la cavité fonction de la seule pression dans cette fente. La déterminantion de la pression régnant dans la cavité 64 serait plus difficile si on utilisait des fentes

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multiples ayant des pressions statiques de sortie différen-

tes. L'emploi d'emplacements multiples pour les entrées 78 et 78A et d'une fente 98 de grandes dimensions assure la ventilation autour des ensembles à moyeu des hélices là o cela est nécessaire tout en assurant l'obtention d'une

ventilation stable.

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Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de ventilation dans un moteur (20) à turbine à gaz comportant une section à rotors (26, 28) espacée d'une nacelle extérieure (40) afin de former entre elles une première cavité (72), des première et seconde hélices contrarotatives comportant chacune une multitude d'ailettes (22; 26) s'étendant vers l'extérieur de la nacelle à un endroit contigu à la section à rotor, les ailettes ayant chacun des moyeux (50) s'étendant jusque dans la cavité, des premier et second carénages rotatifs (46, 48) associés respectivement aux première et seconde hélices, les carénages assurant le prolongement de la nacelle, au moins une partie des ailettes des hélices ayant une plate-forme (70) fixée à son extrémité radialement intérieure, avec la

plate-forme placée en général dans une ouverture correspon-

dante ménagée dans le carénage associé et pouvant tourner

avec l'ailette afin d'établir une première position corres-

pondant au pas des ailettes pour un fonctionnement à une puissance de croisière à l'état constant du moteur dans lequel le bord (76) de la. plate-forme épouse pratiquement la forme de la surface du carénage, et une seconde position correspondant à un pas des ailettes pour le fonctionnement à la puissance de décollage du moteur dans lequel le bord est déplacé dans la direction radiale de l'extérieur par rapport à la surface du carénage afin de permettre une communication fluidique entre l'extérieur du moteur et la première cavité, caractérisé en ce qu'il comprend:

un moyen pour définir une seconde cavité (64) entou-

rant les moyeux de la première hélice, ce moyen comportant un élément annulaire (68) fixé à la plate-forme d'une ailette correspondante de la première hélice pour tourner avec elle, cet élément annulaire comprenant une multitude d'ouvertures

(88) s'étendant à travers lui pour une communication fluidi-

que entre la seconde cavité et la première cavité, les ouvertures étant dimensionnées de manière à établir une chute

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de pression prédéterminée du fluide dans l'élément annulaire, et un moyen de sortie d'air pour faire passer l'air de la première cavité à l'extérieur du moteur, ce moyen de sortie comportant une fente (98) entre les carénages contrarotatifs, la fente étant dimensionnée de façon à établir une chute de pression suffisante pour produire un débit de ventilation uniforme, d'o il résulte que la pression régnant dans la première cavité est relativement insensible au débit de l'air

de ventilation.

2. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, - caractérisé en ce que des ailettes ayant une plate-forme sont situées dans la seconde hélice, les plates-formes pouvant tourner avec un mécanisme de changement du pas des ailettes afin de définir une entrée d'air à l'arrière des ailettes lorsque celles-ci sont placées pour le fonctionnement au décollage, l'air entrant dans les entrées arrière circulant vers l'avant du moteur pour pénétrer dans la première cavité et sortant de cette première cavité par l'intermédiaire de la

fente ménagée entre les premier et second carénages.

3. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une multitude d'ouvertures (78A) espacées circonférentiellement les unes des autres autour du moteur à l'arrière de la seconde hélice, les ouvertures étant placées dans une zone à pression statique telle que l'air entre dans les ouvertures et s'écoule vers l'avant du moteur pour entrer dans la première cavité et sort de la première cavité en passant par la fente ménagée (98)

entre les premier et second carénages (46, 48).

4. Dispositif de ventilation de moyeu d'ailette dans un moteur à turbine à gaz comportant une section à rotor accouplée en relation motrice à des hélices avant et arrière contrarotatives, chacune comprenant une multitude d'ailettes (22, 24) non canalisées qui s'étendent radialement vers l'extérieur du moteur et comportant des moyeux contigus au

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moteur, une nacelle (40) entourant le moteur et définissant une première cavité (72) dans laquelle les moyeux sont situés, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen pour définir une multitude de secondes cavités annulaires, chacune des secondes cavités entourant un moyeu correspondant des hélices avant, cavité ayant une multitude de trous de distribution d'air qui s'étendent à travers le moyen de définition contigu à des parties sélectionnées du moyeu correspondant; un moyen associé fonctionnellement à l'hélice avant pour établir un creux d'air afin de diriger l'air dans les secondes cavités lorsque l'hélice avant se trouve à un angle prédéterminé du pas et; un moyen de sortie d'air placé entre les hélices avant et arrière pour l'échappement de l'air à partir de la

première cavité.

5. Dispositif de ventilation selon la revendication 4,

caractérisé en ce qu'il comprend un moyen associé fonction-

nellement à l'hélice avant pour établir une multitude d'entrées d'air (78A) lorsque l'hélice arrière se trouve à un angle prédéterminé pour le pas, les entrées d'air étant à l'arrière de l'hélice arrière, l'air entrant dans les entrées d'air étant dirigé vers l'avant au-dessus des moyeux de

l'hélice arrière dans la direction du moyen de sortie d'air.

6. Dispositif de venatilation selon la revendication , caractérisé en ce que chacune des hélices avant et arrière comporte un carénage annulaire tournant correspondant qui épouse la forme de la surface extérieure de la nacelle, le

moyen de sortie d'air comportant un interstice circonféren-

tiel (98) entre les carénages.

7. Dispositif de ventilation selon la revendication 5,

caractérisé en ce que le moyen de sortie d'air est dimen-

sionné de manière à minimiser la chute de pression entre

l'intérieur et l'extérieur de la nacelle.

8. Dispositif de ventilation selon la revendication 6,

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caractérisé en ce que chacun des carénages comporte une multitude de plates-formes circulaires (70), chacune des plates-formes étant placée dans une ouverture correspondante des carénages centrée autour d'un moyeu d'une ailette correspondante, la nacelle étant façonnée suivant le rayon des ailettes de façon qu'une rotation pour changement du pas d'une ailette jusqu'à l'angle prédéterminé du pas établisse une élévation du bord (76) des plates-formes au-dessus des

carénages de manière à créer une ouverture d'air.