FR2932227A1 - Turboreacteur double flux - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un turboréacteur double flux qui comporte un capot externe OFD et un capot interne IFD (122) entre lesquels circule le flux secondaire, et un compresseur haute pression (116) comprenant un carter externe (124). De façon caractéristique, le capot interne IFD (122) est fixé sur le carter externe (124). Application à un turboréacteur avec compresseur haute pression (116) de type axialo-centrifuge.
Description
L'invention concerne un turboréacteur double flux qui comporte un capot externe OFD ( outer fan duct ) et un capot interne IFD ( inner fan duct ) entre lesquels circule le flux secondaire ou flux froid, ainsi qu'un compresseur haute pression comprenant un carter externe.
Le capot externe OFD et le capot interne IFD remplissent une fonction purement aérodynamique de guidage du flux secondaire, et éventuellement acoustique quand ils sont revêtus de traitements adaptés. En conséquence, ces capots OFD et IFD sont habituellement réalisés dans un matériau léger, de faible masse volumique comme l'aluminium ou les matériaux composites (par exemple résine époxyde chargée ou non de fibres). Le document FR2545538 illustre cette situation de l'art antérieur. Le capot externe OFD et le capot interne IFD présentent un 15 tronçon entourant le compresseur haute pression renfermé dans son carter externe. L'optimisation thermo-mécanique des structures du moteur conduit souvent à rechercher une rigidité importante au niveau du compresseur haute pression, afin de garantir les jeux en sommet d'aubes. 20 Il est donc nécessaire de trouver un compromis entre les objectifs de rigidité et de masse réduite. Ainsi, l'augmentation de l'épaisseur du carter externe conduisant à une augmentation de sa masse, cette voie de renforcement de la rigidité du carter est rapidement limitée. Ce compromis est particulièrement difficile à trouver dans le cas 25 des petits moteurs (diamètre de soufflante inférieur à 40" ou 1 mètre) avec compresseur de type axialo-centrifuge. En effet, dans ce cas, une portion du carter externe du compresseur haute pression se trouve à un rayon relativement élevé de sorte que l'épaisseur du carter externe impacte fortement le moment d'inertie du moteur. 30 La présente invention a pour objectif de fournir une solution permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur et en particulier offrant la possibilité de rigidifier le carter externe du compresseur haute pression sans porter préjudice à la masse. A cet effet, selon la présente invention, le turboréacteur est 35 caractérisé en ce que le capot interne IFD est fixé sur le carter externe, c'est-à-dire sur le stator aval, et de préférence sur l'extrémité aval du carter externe. De cette manière, on comprend que par le fait de prévoir une fixation réalisant un lien mécanique, entre le capot interne IFD et le carter externe, on utilise le capot interne IFD en tant qu'élément structurel d'un ensemble comportant le carter externe. Globalement, grâce à la solution selon la présente invention, il est possible d'améliorer la cohésion mécanique et la rigidité de l'ensemble comportant le carter externe sans porter préjudice à la masse de cet ensemble puisqu'on utilise le capot interne IFD, préexistant. Selon l'invention, on comprend que le capot interne IFD remplit une nouvelle fonction qui est de former un élément structurel de l'ensemble comportant le carter externe. On comprend de ce fait que le capot interne IFD doit être 15 réalisé dans un matériau lui conférant une résistance mécanique suffisante. Ainsi, de préférence, le capot interne IFD est réalisé essentiellement en un métal présentant un rapport entre la résistance à la rupture et la masse volumique qui est supérieur à 0.1 Mpa.m3.kg-1. 20 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-coupe axiale d'un exemple connu d'un turboréacteur double flux sur lequel sont représentés 25 schématiquement le capot externe OFD (outer fan duct) et le capot interne IFD (inner fan duct) ; - la figure 2 représente en demi-coupe axiale le compresseur, le diffuseur et le capot interne IFD selon un mode de réalisation de l'invention ; 30 - la figure 3 représente schématiquement en demi-coupe axiale le carter externe du compresseur, le capot interne IFD et les chambres axisymétriques délimitées entre eux, selon l'art antérieur (traits pointillés) et selon l'invention (traits pleins), et - la figure 4 est similaire à la figure 2 pour une variante de 35 réalisation.
Dans le présent texte, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz (de l'amont vers l'aval) à travers le turboréacteur. On appelle axe du turboréacteur l'axe de rotation du rotor du turboréacteur. La direction axiale correspond à la direction de l'axe du turboréacteur et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe. Les adjectifs externe et interne sont utilisés en rapport à une direction radiale en considérant qu'une face ou un élément interne est plus proche de l'axe du turboréacteur qu'une face ou un élément externe du même ensemble.
La figure 1 montre partiellement un turboréacteur double corps double flux 10 d'axe X-X' de l'art antérieur qui comporte classiquement un capot externe OFD 12 ( outer fan duct représenté schématiquement) encore dénommé nacelle périphérique et dans lequel sont situés, de gauche à droite sur la figure 1 (soit d'amont en aval -si l'on considère le flux d'air- ou d'avant en arrière), successivement une soufflante 14, un compresseur haute pression 16 de type axialo-centrifuge, une chambre de combustion 18 et une turbine haute pression 20. Le compresseur 16, la chambre de combustion 18 et la turbine 20 sont logés dans un capot interne IFD 22 ( inner fan duct représenté schématiquement) qui délimite, avec le capot externe OFD 12, le passage d'air annulaire externe pour le flux secondaire ou flux froid qui est détendu dans la tuyère (non représentée). Le carter externe HPCC 24 qui forme l'enveloppe extérieure du compresseur haute pression 16 est relié par son extrémité amont au moyen d'une bride annulaire à un carter intermédiaire 26. Ce carter intermédiaire 26 inclut le bec séparateur 28 qui sépare, en aval de la soufflante 14, le flux d'air en un flux d'air primaire et en un flux d'air secondaire. Le flux d'air primaire parcourt un passage d'air annulaire interne ou veine primaire en pénétrant dans le compresseur haute pression 16 au niveau des aubes directrices internes 32 (IGV pour inlet guide vanes ). Le flux d'air secondaire est dévié par le bec séparateur 28 dans un passage d'air annulaire externe (veine secondaire) en direction des aubes directrices externes 30 (OGV pour outlet guide vanes ) puis vers la tuyère et la sortie du moteur.
Le compresseur haute pression 16 de type axialo-centrifuge comporte une portion axiale 161, munie des disques aubagés alternativement fixes et mobiles, et une portion radiale 162 formée, d'amont en aval, d'un rouet 162a et d'un diffuseur 162b On remarque que le carter externe 24 porte quatre cavités ou chambres axisymétriques de prélèvement d'air 24a, 24b, 24c et 24d, jointives et attenantes entre elles deux à deux tout le long d'un tronçon aval du carter externe 24, qui recouvre les deux tiers de la portion axiale 161 et l'ensemble de la portion radiale 162. Comme il est visible sur la figure 1, le carter externe 24 et le capot interne IFD 22 sont indépendants l'une de l'autre et un espace annulaire existe entre l'extrémité externe de la portion radiale 162 du compresseur haute pression 16 et le capot interne IFD 22. Selon certaines configurations de l'art antérieur (cas non représenté), un contact peut exister entre la portion radiale 162 du compresseur haute pression 16 et le capot interne IFD 22.
On se reporte maintenant sur la figure 2 représentant un mode de réalisation de l'invention, selon une vue partielle en demi-coupe axiale s'étendant axialement sur toute l'étendue du compresseur haute pression 16, et s'étendant radialement depuis l'axe X-X' jusqu'au capot interne IFD 22.
Les éléments de la figure 2 qui se retrouvent à l'identique sur la figure 1 portent un signe de référence identique augmenté de la valeur 100. On retrouve le compresseur haute pression 116 de type axialocentrifuge avec une portion axiale 1161, munie des disques aubagés alternativement fixes et mobiles, et une portion radiale 1162 formée, d'amont en aval, d'un rouet 1162a et d'un diffuseur 1162b Le carter externe 124 du compresseur haute pression 116 comporte une portion axiale 1241, en amont, le long des disques aubagés, et une portion radiale 1242, en aval, le long du rouet 1162a et du diffuseur 1162b. Selon l'invention, le capot interne IFD 122 est fixé sur la portion radiale 1242 du carter externe 124, et plus particulièrement sur l'extrémité aval 1242a qui longe le diffuseur 1162b. La portion radiale 1242 du carter externe 124 externe présente 35 à son extrémité aval 1242a une bride aval 1243 qui relie classiquement la portion radiale 1242 du carter externe 124 à un carter 182 entourant la chambre de combustion 18, par une liaison boulonnée 134. Comme on peut le voir sur la figure 2, on prévoit avantageusement que le capot interne IFD 122 est fixé sur la bride aval 5 1243 au moyen d'un flasque 136. De cette manière, le capot interne IFD 122 est boulonné sur l'extrémité aval 1242a du carter externe 124. Ainsi, on profite de la proximité entre le capot interne IFD 122 et la bride aval 1243. 10 De plus, le peu de matière ajouté pour le flasque 136, qui peut être ajouré, ne va pas être significatif. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le capot interne IFD 122 est réalisé essentiellement en titane. Alternativement, on peut utiliser comme matériau constituant le 15 capot interne IFD 122 d'autres matériaux rigides, présentant de préférence un compromis satisfaisant entre la résistance à la rupture et la masse volumique (rapport entre la résistance à la rupture et la masse volumique supérieur à 0.1 Mpa.m3.kg-1) et qui supporte des températures avoisinant 300 ou 400°C, en particulier d'autres alliages métalliques. A 20 titre d'exemple, on peut citer les aciers fortement alliés martensitique (17-4 PH) ou même des alliages légers à base d'aluminium déjà utilisés pour l'OFD (AU2GN) accompagnés de calorifugeages. Comme dans l'état de l'art, le turboréacteur comporte en outre un carter intermédiaire 126 prolongeant, en amont, le carter externe 124 25 du compresseur haute pression 116 et le capot interne IFD 122 est fixé, de préférence il est boulonné, sur l'extrémité aval 126a dudit carter intermédiaire 126. De cette façon, on constitue, entre le capot interne IFD 122 et le carter externe 124 un ensemble structurel qui est jusqu'à deux fois plus 30 rigide que ne l'est le carter externe 24 de l'art antérieur. Par ailleurs, selon une disposition préférentielle de l'invention, le carter externe 124 porte plusieurs chambres axisymétriques 124a, 124b et 124c de prélèvement d'air, l'une au moins de ces chambres étant située à l'écart des autres chambres. 35 De préférence, le carter externe 124 porte trois chambres axisymétriques 124a, 124b et 124c de prélèvement d'air.
Dans l'art antérieur, comme il est visible sur la figure 1 et, en trait pointillés sur la figure 3, les chambres axisymétriques de prélèvement d'air 24a, 24b, 24c et 24d constituent avec le carter externe 24 un ensemble caissonné, à savoir des caissons. Dans ce cas, les quatre chambres 24a, 24b, 24c et 24d étant successivement attenantes au carter externe 24 et entre elles deux à deux, leur ligne extérieure 25 (voir en traits mixtes sur la figure 3) forme quasiment une ligne droite entre le premier tiers amont de la portion axiale 1241 du carter externe 124 et l'extrémité aval 1242a de la portion radiale 1242 du carter externe 124.
Ceci est possible par le fait que les deux premières chambres 24a et 24b, respectivement en forme de triangle et de quadrilatère, en section axiale, longent la portion axiale 241 du carter externe 24, et par le fait que les deux autres chambres 24c et 24d en forme de triangle, en section axiale, longent la portion radiale 242 du carter externe 24 alors que les deuxième, troisième et quatrième chambres 24b, 24c et 24d présentent un sommet en commun en section axiale. Un tel agencement des chambres 24a, 24b, 24c et 24d contribue à rigidifier le carter externe 24. Selon l'invention, du fait de l'augmentation de rigidité créée par la liaison entre le capot interne IFD 122 et l'extrémité aval 1242a du carter externe 124, un cloisonnement des chambres de prélèvement d'air qui rigidifie le carter externe 124 n'est plus nécessairement structurel, ou peut contribuer de façon moins importante à la rigidification de l'ensemble constitué par le capot interne IFD 122 et le carter externe 124.
C'est pourquoi, comme on le voit sur les figures 2 à 4, les trois chambres 124a, 124b et 124c ne sont pas toutes contiguës ou jointives entre elles et ne sont pas attenantes en se suivant le long de l'axe. Dans le mode de réalisation représenté, les trois chambres 124a, 124b et 124c comprennent une première chambre amont 124a séparée des deux autres chambres 124b et 124c et disposée le long de la portion axiale 241 du carter externe 24, une deuxième chambre intermédiaire 124b s'étendant le long de la portion axiale 241 du carter externe 24, à l'écart de la première chambre 124a, et une troisième chambre aval 124c qui est attenante à la deuxième chambre 124b et qui s'étend le long de la portion radiale 242 du carter externe 24.
En l'occurrence, la première chambre 124a est, en section axiale, de forme triangulaire et longe un tronçon central de la portion axiale 1241 du carter externe 24, la deuxième chambre 124b en forme de quadrilatère, en section axiale, longe un tronçon aval de la portion axiale 1241 du carter externe 24, la troisième chambre 124c en forme de triangle, en section axiale, longe un tronçon amont de la portion radiale 1242 du carter externe 24 avec, en section axiale, un côté jointif et un sommet commun avec la deuxième chambre 124b. En outre, ainsi qu'il ressort de la figure 3, la ligne extérieure 125 (voir en traits mixtes sur la figure 3) des ces trois chambres 124a, 124b et 124c délimitées par des nervures annulaires, est très proche de la ligne de carter 124 en distance et en profil : cette ligne extérieure 125 est beaucoup plus proche de la ligne de carter 124 que ne l'est la ligne extérieure 25 de l'art antérieur.
Selon l'invention qui réalise un ensemble structurel avec le capot interne IFD 122 et le carter externe 124, afin de maintenir une ligne extérieure 125 basse , donc très proche de la ligne de carter 124, on pourra être amenée à déplacer certains prélèvements d'air, et en particulier ceux (non représentés) situés au niveau du diffuseur 1162a du rouet. Si cette modification n'est pas possible, on peut alors toujours conserver les prélèvements prévus selon l'art antérieur et ajouter un collecteur d'air 140 comme indiqué sur la figure 4, à savoir en aval de la troisième chambre 124c, en regard de l'extrémité aval 1242a de la portion radiale 1242 du carter externe 124.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Turboréacteur double flux (10) qui comporte un capot externe OFD (12) et un capot interne IFD (122) entre lesquels circule le flux secondaire, et un compresseur haute pression (116) comprenant un carter externe (124), caractérisé en ce que le capot interne IFD (122) est fixé sur le carter externe (124).
- 2. Turboréacteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capot interne IFD (122) est fixé sur l'extrémité aval (1242a) du carter externe (124).
- 3. Turboréacteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capot interne IFD (122) est réalisé essentiellement en un métal présentant un rapport entre la résistance à rupture et la masse volumique supérieur à 0.1 Mpa.m3kg-1.
- 4. Turboréacteur (10) selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, caractérisé en ce que le capot interne IFD (122) est réalisé essentiellement en titane.
- 5. Turboréacteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capot interne IFD (122) est boulonné sur l'extrémité aval (1242a) du carter externe (124). 20
- 6. Turboréacteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un carter intermédiaire (126) prolongeant, en amont, le carter externe (124) du compresseur haute pression (116) et en ce que le capot interne IFD (122) est fixé sur l'extrémité aval dudit carter intermédiaire (126). 25
- 7. Turboréacteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter externe (124) porte plusieurs chambres axisymétriques de prélèvement d'air (124a-124c), l'une au moins de ces chambres étant située à l'écart des autres chambres. 30
- 8. Turboréacteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur haute pression (116) est de type axialo-centrifuge, en ce que le carter externe (124) comporte une portion axiale (1241), en amont, et une portionradiale (1242), en aval, et en ce que le capot interne IFD (122) est fixé sur la portion radiale (1242).
- 9. Turboréacteur (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la portion radiale (1242) du carter externe (124) présente à son extrémité située en aval une bride aval (1243) et en ce que le capot interne IFD (122) est fixé sur la bride aval (1243).
- 10. Turboréacteur (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le carter externe (124) porte trois chambres axisymétriques de prélèvement d'air (124a-124c).
- 11. Turboréacteur (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les trois chambres (124a-124c) comprennent une première chambre amont (124a) séparée des autres chambres, le long de la portion axiale, une deuxième chambre intermédiaire (124b) s'étendant le long de la portion axiale (1241), à l'écart de la première chambre (124a), et une troisième chambre aval (124c) qui est attenante à la deuxième chambre (124b) et qui s'étend le long de la portion radiale (1242).
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