FR2873167A1 - Dispositif de refroidissement de la tuyere primaire d'un turboreacteur a double flux - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapport à un turboréacteur (1 ) à double flux (4, 5) comprenant un moteur (3) logé dans une nacelle (2), ledit moteur comportant un carter définissant avec la nacelle un passage annulaire dans lequel peut s'écouler un flux secondaire (5) délivré par une soufflante (3a) située en amont du moteur, une tuyère primaire (6) étant fixée sur le carter en aval du moteur et comportant, d'une part, une paroi interne (9) apte à canaliser un flux principal chaud (4) délivré par le moteur, et d'autre part, une paroi externe (10) au contact du flux secondaire, caractérisé en ce que des moyens d'atténuation acoustique (43) équipent au moins une partie de la paroi interne, et en ce que la paroi externe comporte des moyens pour refroidir la paroi interne.
Description
La présente invention se rapporte, d'une part, à un turboréacteur à double
flux utilisé dans le domaine de l'aéronautique, et d'autre part, à une tuyère primaire équipant un tel turboréacteur.
II est déjà connu, d'après le document FR 2 834 533, de réaliser un turboréacteur à double flux comportant un moteur logeant complètement dans une nacelle tubulaire dont la paroi interne définit avec le carter du moteur un passage annulaire dans lequel s'écoule un flux secondaire délivré par une soufflante. Cette nacelle présente une entrée d'air en amont du moteur, des moyens d'inversion de poussée dans sa section médiane, et une tuyère commune d'éjection du flux primaire et du flux secondaire dont la sortie est située en aval du moteur. Des moyens pour refroidir la tuyère commune sont prévus, notamment lorsque les moyens d'inversion de poussée sont dans la position durant laquelle le flux secondaire est dévié vers l'extérieur et vers l'avant de la nacelle, ce flux ne balayant plus la paroi externe de ladite tuyère commune. Un tel aménagement permet en finalité de choisir un matériau moins dense pour réaliser la tuyère commune.
Cependant, si une solution a été proposée afin de réduire la masse globale de la tuyère commune employée dans un turboréacteur de ce type, il n'en demeure pas moins que, afin de se conformer aux normes internationales établies par les avionneurs, l'homme du métier est toujours à la recherche d'un turboréacteur équipé d'une tuyère primaire, positionnée en aval du moteur, dont l'atténuation acoustique est renforcée et la masse globale limitée autant que possible. En effet, les tuyères primaires habituellement employées sont constituées à l'aide d'une paroi externe et d'une paroi interne réalisées respectivement en titane et en inconel, un alliage de Ni-Cr-Fe austénitique, du fait de la bonne tenue en température et des bonnes caractéristiques mécaniques intrinsèques de ces matériaux. Cependant, la masse globale d'une telle tuyère primaire étant élevée, il en découle que l'incorporation de moyens d'atténuation acoustique supplémentaires est difficilement envisageable.
La présente invention a pour but de résoudre le problème évoqué précédemment, et pour cela consiste en un turboréacteur à double flux comprenant un moteur logé dans une nacelle, ledit moteur comportant un carter définissant avec la nacelle un passage annulaire dans lequel peut s'écouler un flux secondaire délivré par une soufflante située en amont du moteur, une tuyère primaire étant fixée sur le carter en aval du moteur et comportant, d'une part, une paroi interne apte à canaliser un flux principal 2873167 2 chaud délivré par le moteur, et d'autre part, une paroi externe au contact du flux secondaire, caractérisé en ce que des moyens d'atténuation acoustique équipent au moins une partie de la paroi interne, et en ce que la paroi externe comporte des moyens pour refroidir la paroi interne.
Ainsi, dans un turboréacteur selon l'invention, la présence de moyens pour refroidir la paroi interne autorise l'emploi de matériaux de densité plus faible mais moins résistant à la chaleur pour réaliser la tuyère primaire. Ceci permet en finalité de compenser la masse supplémentaire découlant de l'intégration des moyens d'atténuation acoustique dans la paroi interne.
Selon un mode de réalisation préférée, les moyens pour refroidir la paroi interne comprennent au moins un moyen de prélèvement d'air de refroidissement. De préférence, chaque moyen de prélèvement d'air de refroidissement est réalisé à l'aide d'une écope aménagée dans la paroi externe et conçue pour prélever un débit d'air provenant du flux secondaire.
De façon avantageuse, la paroi interne comprend une tôle pourvue d'un moyen de distribution d'air de refroidissement le long de la paroi interne. L'air capté par chaque moyen de prélèvement d'air de refroidissement est alors amené au niveau du moyen de distribution, avantageusement réalisé sous la forme d'un motif de perçage dans la tôle, pour ensuite venir lécher la surface de la paroi interne, ce qui en définitive permet de protéger cette dernière du flux principal chaud délivré par le moteur.
Préférentiellement, les moyens d'atténuation acoustique équipant la paroi interne sont réalisés sous la forme d'un panneau sandwich disposé en aval du moyen de distribution d'air de refroidissement.
Selon une variante de réalisation de l'invention, les moyens pour refroidir la paroi interne peuvent comprendre au moins un moyen de canalisation disposé entre un moyen de prélèvement d'air de refroidissement et un moyen de distribution d'air de refroidissement.
La présente invention se rapporte également à une tuyère primaire destinée à être positionnée en aval d'un moteur équipant un aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi externe dotée de moyens pour refroidir une paroi interne dotée de moyens d'atténuation acoustique.
Selon l'invention, les moyens pour refroidir la paroi interne comprennent avantageusement au moins un moyen de prélèvement d'air de refroidissement. De plus, ce dernier est de préférence réalisé à l'aide d'une écope aménagée dans la paroi externe et conçue pour prélever un débit d'air provenant du flux secondaire.
Préférentiellement, la paroi interne comprend une tôle pourvue d'un moyen de distribution d'air de refroidissement situé en amont des moyens 5 d'atténuation acoustique.
Par ailleurs, les moyens d'atténuation acoustique équipant la paroi interne sont avantageusement réalisés sous la forme d'un panneau sandwich disposé en aval du moyen de distribution d'air de refroidissement.
Selon une variante de réalisation de l'invention, les moyens pour refroidir la paroi interne comprennent au moins un moyen de canalisation disposé entre un moyen de prélèvement d'air de refroidissement et un moyen de distribution d'air de refroidissement.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-après en regard du dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un groupe turboréacteur équipé d'une tuyère primaire.
La figure 2 est une vue schématique partielle en coupe d'une tuyère primaire selon un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 est une vue partielle agrandie de la tuyère de la figure 2.
La figure 4 est une vue en perspective frontale d'une tuyère primaire selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 est une vue de côté de la tuyère de la figure 4.
La figure 6 est une vue en coupe transversale de la tuyère de la figure 4.
La figure 7 est une vue en perspective d'une écope équipant la tuyère de la figure 4.
La figure 8 est une vue de dessus de l'écope de la figure 7. La figure 9 est une vue en coupe de l'écope de la figure 7.
Un turboréacteur 1, tel que représenté à la figure 1, comprend de manière générale une nacelle 2 entourant un moteur 3 double flux comprenant une chambre de combustion 3b.
Par l'intermédiaire de pâles d'une soufflante 3a en rotation, ce moteur 3 génère à la sortie de la nacelle 2 deux flux d'air, à savoir un flux d'air chaud 4 issu de la chambre de combustion 3b, et un flux d'air froid 5, dit flux secondaire, qui circule à l'extérieur du moteur entre une paroi interne 7 de la nacelle 2 et une paroi externe d'un capot 8 entourant le moteur 3. Le flux d'air chaud 4 possède donc une température élevée, située aux alentours de 750 C, tandis que le flux froid 5 possède une température nettement inférieure, située aux alentours de 100 C.
Ces deux flux 4, 5 sont éjectés du turboréacteur 1 par l'arrière de la nacelle 2. Plus précisément, le flux d'air chaud 4 est éjecté à travers une tuyère d'éjection, appelée tuyère primaire 6, fixée en sortie de la chambre de combustion 3b.
Comme représenté aux figures 2, 3, la tuyère primaire 6 comprend une paroi interne 9, balayée par le flux d'air chaud 4, et une paroi externe 10, le long de laquelle s'écoule le flux d'air froid 5. La paroi interne 9 et la paroi externe 10 se rejoignent à l'arrière de la tuyère primaire 6 et sont reliées à l'avant par un raidisseur 11. Les parois 9, 10, 11 délimitent ainsi un espace intérieur 12.
La fixation de la tuyère primaire 6 à l'arrière du moteur 3 est réalisée au moyen d'une bride de fixation 13 prolongeant la paroi interne 9 et vissée à une bride de fixation 14 du moteur 3. Par ailleurs, la paroi externe 10 se prolonge légèrement ver l'amont au-delà du raidisseur 11 et est terminé par une cornière 15 non liée au raidisseur 11 et formée de lamelles flexibles destinées à assurer la jonction avec l'extrémité aval du capot 8.
La paroi externe 10 est réalisée sous la forme d'une tôle en beta2ls dans laquelle sont pratiquées des ouvertures 16 destinées à recevoir chacune une écope fixée par des écrous 17. Les ouvertures 16 sont réalisées de manière à être situées à environ 45 de part et d'autre du point d'ancrage de la nacelle 2 et du moteur 3.
Le beta21 s est un alliage de titane commercialement disponible sous le nom de TIMETAL2IS auprès de la société TIMET. Ce matériau est particulièrement adapté à la construction aéronautique en raison de ses bonnes propriétés mécaniques et de sa faible densité, environ égale à la moitié de la densité de l'inconel. L'utilisation de ce matériau permet donc un gain en masse très significatif. Cependant, les brides de fixation 13, 14 et le raidisseur 11 étant directement exposés au flux d'air chaud 4 en sortie de la chambre de combustion 3b, ils sont toujours réalisés en inconel. Par ailleurs, il doit être bien compris que l'inconel et le beta2ls sont des matériaux donnés uniquement à titre d'exemple car couramment utilisés dans ce domaine, le dispositif selon l'invention n'étant absolument pas limité à l'utilisation de ces matériaux.
Selon un premier mode de réalisation, tel que représenté aux figures 2, 3, les écopes sont des écopes statiques 20, ainsi appelées car elles ne dépassent pas des lignes aérodynamiques d'écoulement du flux d'air froid 5 le long de la paroi externe 10 de la tuyère primaire 6. Une telle écope statique 20 comprend, d'une part, un cadre 21 définissant une ouverture 22 et présentant deux pattes latérales 23 destinées à être traversées par les écrous 17 pour fixer l'écope statique 20 à la paroi supérieure 10, et d'autre part, une paroi inclinée 24 par rapport au plan du cadre 21 et destinée à orienter le flux d'air froid 5 pénétrant dans l'écope statique 20. Cette paroi inclinée 24 est reliée à l'avant du cadre 21, dans le sens de l'écoulement du flux d'air froid 5, et est bordée par des parois latérales 25. La longueur et l'inclinaison de cette paroi inclinée 24 sont bien entendues adaptées pour capter et orienter une quantité adéquate du flux d'air froid 5.
Selon un deuxième mode de réalisation, tel que représenté aux figures 4 à 9, les écopes sont des écopes dynamiques 30. Une écope dynamique 30 se différencie d'une écope statique 20 uniquement par le fait qu'elle présente un sommet 31 couvrant une partie aval du cadre 21 et dépassant des lignes aérodynamiques. Ce sommet 31 présente une arête 32 profilée de manière à faire obstacle au flux d'air froid 5 et l'orienter vers l'ouverture 22.
Le choix entre une écope statique 20 et une écope dynamique 30 s'effectuera en fonction de la quantité du flux d'air froid 5 qu'elles permettent de capter et du besoin de pressurisation de l'espace intérieur 12 de la tuyère primaire 6.
La paroi interne 9 est également réalisée à partir d'une tôle 40 en béta21 s, plus léger que l'inconel mais moins résistant aux températures élevées. Or, comme expliqué précédemment, la paroi interne 9 est destinée à être au contact du flux d'air chaud 4. II n'est donc pas souhaitable de l'exposer directement au contact du flux chaud sans prévoir de système de refroidissement.
Afin d'améliorer la résistance thermique de la paroi interne 9, la tôle présente, d'une part, une zone d'aération 41 dans laquelle sont pratiquées des ouvertures 42 selon un motif de perçage approprié. Ces ouvertures forment un moyen de distribution d'air de refroidissement. De plus, la tôle 40 présente également une zone d'atténuation acoustique 43, située en aval de la zone d'aération 41 par rapport au sens du flux d'air chaud 4, comprenant un panneau sandwich 44 acoustique orienté vers le flux d'air chaud 4. Le gain en masse réalisé en employant du béta21 s permet la mise en place de ce panneau sandwich 44 qui, s'il avait été réalisé en inconel, aurait trop alourdi la structure.
En fonctionnement, le flux d'air chaud 4 s'écoule, en sortie de la chambre de combustion 3b, à l'intérieur de la tuyère primaire 6 le long de la paroi inférieure 9 tandis que le flux d'air froid 5, après son passage passage entre la paroi interne 7 de la nacelle 2 et la paroi externe du capot 8, s'écoule à l'extérieur de la tuyère primaire 6 long de la paroi supérieure 10.
En s'écoulant le long de la paroi supérieure 10, le flux d'air froid 5 rencontre les écopes statiques 20 ou dynamiques 30, selon le mode de réalisation, et pénètre dans l'espace intérieur 12 dont il augmente la pression.
Au niveau de la paroi inférieure 9, l'écoulement du flux d'air chaud 4 créé une dépression au niveau des ouvertures 42 de la zone d'aération 41 causant l'échappement de l'air froid présent dans l'espace intérieur 12 à une pression plus élevée. Celui-ci est alors entraîné le long de la paroi inférieure 9 et forme une couche de fluide froid entre celle-ci et le flux d'air chaud 4.
Il convient de noter ici que le motif de perçage que forme les ouvertures 42 est conçu de manière à ce que l'air froid présent dans l'espace intérieur 12 s'échappe et s'écoule au plus près de la paroi inférieure 9.
De plus, dans le mode de réalisation décrit, c'est l'espace intérieur 12 qui remplit le rôle de moyen de canalisation entre les écopes statiques 20 ou dynamiques 30 et les ouvertures 42. Cependant, il est tout à fait possible de prévoir un moyen de canalisation spécifique tel qu'un tuyau réalisant cette connexion. Dans ce cas, le volume du moyen de canalisation étant plus faible, la mise en pression sera plus aisée et une écope statique 20 pourra suffire là où une écope dynamique 30 était nécessaire.
En outre, les modes de réalisation décrits présentent la réalisation d'un motif de perçage. Il doit être bien compris qu'il est également possible de prévoir d'autres formes d'ouvertures, tel que des fentes, ou encore de multiples ouvertures associées chacune à un moyen de canalisation propre. Le terme motif de perçage doit donc être défini globalement par rapport à la répartition de la totalité de l'air froid amené au niveau de la paroi inférieure 9 et non pas individuellement par rapport à un moyen de canalisation donné.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
Claims (12)
1.- Turboréacteur (1) à double flux (4, 5) comprenant un moteur (3) logé dans une nacelle (2), ledit moteur comportant un carter définissant avec la nacelle un passage annulaire dans lequel peut s'écouler un flux secondaire (5) délivré par une soufflante (3a) située en amont du moteur, une tuyère primaire (6) étant fixée sur le carter en aval du moteur et comportant, d'une part, une paroi interne (9) apte à canaliser un flux principal chaud (4) délivré par le moteur, et d'autre part, une paroi externe (10) au contact du flux secondaire, caractérisé en ce que des moyens d'atténuation acoustique (43) équipent au moins une partie de la paroi interne, et en ce que la paroi externe comporte des moyens pour refroidir la paroi interne.
2.- Turboréacteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour refroidir la paroi interne (9) comprennent au moins un moyen de prélèvement (20, 30) d'air de refroidissement.
3.- Turboréacteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque moyen de prélèvement d'air de refroidissement est réalisé à l'aide d'une écope (20, 30) aménagée dans la paroi externe (10) et conçue pour prélever un débit d'air provenant du flux secondaire (5).
4.- Turboréacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi interne (9) comprend une tôle (40) pourvue d'un moyen de distribution (42) d'air de refroidissement le long de la paroi interne.
5.- Turboréacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'atténuation acoustique (43) équipant la paroi interne (9) sont réalisés sous la forme d'un panneau sandwich (44) disposé en aval du moyen de distribution (42) d'air de refroidissement.
6.- Turboréacteur (1) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens pour refroidir la paroi interne (9) comprennent au moins un moyen de canalisation (12) disposé entre un moyen de prélèvement (20, 30) d'air de refroidissement et un moyen de distribution (42) d'air de refroidissement.
7.- Tuyère primaire (6) destinée à être positionnée en aval d'un moteur (3) équipant un aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi externe (10) dotée de moyens pour refroidir une paroi interne (9) dotée de moyens d'atténuation acoustique (43).
8.- Tuyère primaire (6) selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens pour refroidir la paroi interne comprennent au moins un moyen 5 de prélèvement (20, 30) d'air de refroidissement.
9.- Tuyère primaire (6) selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque moyen de prélèvement d'air de refroidissement est réalisé à l'aide d'une écope (20, 30) aménagée dans la paroi externe (10) et conçue pour prélever un débit d'air provenant du flux secondaire (5).
10.- Tuyère primaire (6) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la paroi interne (9) comprend une tôle (40) pourvue d'un moyen de distribution (42) d'air de refroidissement le long de la paroi interne.
11.- Tuyère primaire (6) selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens d'atténuation acoustique équipant la paroi interne (9) sont réalisés sous la forme d'un panneau sandwich (44) disposé en aval du moyen de distribution (42) d'air de refroidissement.
12.- Tuyère primaire (6) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que les moyens pour refroidir la paroi interne (9) comprennent au moins un moyen de canalisation (12) disposé entre un moyen de prélèvement (20, 30) d'air de refroidissement et un moyen de distribution (42) d'air de refroidissement.
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