FR2987078A1 - Ensemble d'arriere-corps de moteur aeronautique a turbine a gaz - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble d'arrière-corps de moteur aéronautique à turbine à gaz, comprenant un carter (40), une tuyère annulaire (38) disposée dans le prolongement aval du carter, et une pluralité de tubes (42) disposés autour de la tuyère et destinés à injecter un fluide à l'extrémité aval de la tuyère, la tuyère étant fixée sur le carter par l'intermédiaire des tubes.
Description
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des arrière-corps de moteurs aéronautiques à turbine à gaz, et notamment de turboréacteurs d'avion du type à double corps et double flux. Un turboréacteur d'avion à double corps et double flux comprend notamment un corps central, un capot primaire entourant le corps central en lui étant coaxial et un capot secondaire entourant le capot primaire en lui étant coaxial. Le corps central et le capot primaire délimitent entre eux un canal annulaire d'écoulement d'un flux primaire, tandis que les capots primaire et secondaire délimitent entre eux un canal annulaire d'écoulement d'un flux secondaire.
Au niveau de la section d'éjection du turboréacteur, les flux primaire et secondaire convergent au niveau d'une tuyère primaire fixée sur un carter de turbine dans le prolongement de celui-ci. La partie externe de cette tuyère primaire constitue l'arrière-corps du moteur. Les exigences acoustiques amènent aujourd'hui à utiliser divers dispositifs aérodynamiques visant à accélérer en sortie de la tuyère primaire le mélange des flux primaire et secondaire sans dégradation des performances propulsives. Ainsi, il est connu de munir la tuyère primaire d'une section d'éjection non circulaire présentant des motifs périodiques appelés chevrons et qui créent des tourbillons en aval du bord de fuite de la tuyère. Il est également connu de mettre en place sur cette tuyère primaire des moyens fluidiques, tels que des tubes d'injection de micro-jets de fluide, qui créent une structure d'écoulement en aval du bord de fuite de la tuyère primaire du même type que les chevrons. On pourra se référer par exemple au document WO 2006/013243 qui en décrit un exemple de réalisation. L'invention concerne plus précisément un arrière-corps dont la tuyère primaire présente de tels moyens fluidiques visant à accélérer le mélange des flux. Par ailleurs, afin de réduire la masse des arrière-corps de turboréacteur, il est connu de réaliser une ou plusieurs pièces de l'arrière- corps, telles que la tuyère primaire par exemple, en matériau composite à matrice céramique (CMC) plutôt qu'en alliage métallique. En effet, par rapport à des alliages métalliques, de tels matériaux présentent une tenue améliorée aux températures et ont une moindre masse. Les pièces en CMC (telles que la tuyère primaire) présentant un faible coefficient de dilatation thermique par rapport aux pièces en alliage métallique (telles que le carter de turbine sur lequel est fixée la tuyère primaire), il est nécessaire d'assurer une compensation de ces dilatations différentielles. A cet effet, une tuyère primaire en CMC est généralement fixée sur un carter de turbine en alliage métallique par l'intermédiaire de pattes de fixation élastiquement souples qui sont capables d'assurer à la fois une compensation des dilatations différentielles entre la tuyère primaire et le carter de turbine et la tenue mécanique de l'ensemble. La présence de pattes souples de fixation entre la tuyère primaire et le carter de turbine, ainsi que l'ajout sur la tuyère primaire de tubes d'injection de fluide pour accélérer le mélange des flux conduisent toutefois à une augmentation de la masse de l'ensemble qui est en contradiction avec les objectifs de gain de masse visés par l'utilisation de pièces en CMC.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une fixation entre un carter de turbine et une tuyère primaire munie de tubes d'injection de fluide qui respecte à la fois les objectifs de souplesse de la liaison entre ces deux pièces et les objectifs de gain de masse. Ce but est atteint grâce à un ensemble d'arrière-corps de moteur aéronautique à turbine à gaz, comprenant un carter, une tuyère annulaire disposée dans le prolongement aval du carter, et une pluralité de tubes disposés autour de la tuyère et destinés à injecter un fluide à l'extrémité aval de la tuyère, et dans lequel, conformément à l'invention, la tuyère est fixée sur le carter par l'intermédiaire des tubes. L'invention prévoit ainsi d'utiliser les tubes destinés à injecter un fluide pour accélérer le mélange des flux comme uniques moyens de fixation de la tuyère sur le carter. En d'autres termes, la tuyère est fixée sur le carter uniquement par l'intermédiaire des tubes d'injection de fluide.
En particulier, il n'est prévu aucune liaison directe entre la tuyère et le carter. L'invention s'affranchit donc de l'utilisation de pattes souples pour la fixation de la tuyère sur le carter. Il en résulte un gain de masse important pour l'ensemble d'arrière-corps. De plus, de par leur structure intrinsèque, les tubes d'injection de fluide confèrent à cette fixation une certaine souplesse qui permet d'assurer une compensation des dilatations thermiques différentielles pouvant exister entre la tuyère et le carter. Avantageusement, la tuyère est réalisée en matériau composite à matrice céramique choisie parmi au moins : un oxyde, un nitrure, un carbure et un siliciure, ce qui réduit davantage la masse de l'ensemble d'arrière-corps. La différence de dilatation thermique existant entre ce matériau et un alliage métallique dans lequel peut être réalisé le carter est alors compensée par la souplesse intrinsèque des tubes d'injection de fluide assurant la fixation entre ces deux éléments. Chaque tube peut être fixé sur une surface extérieure du carter par l'intermédiaire d'un pontet de fixation. De même, chaque tube est avantageusement fixé sur le carter par l'intermédiaire d'un organe de fixation distant axialement des pontets de fixation. La distance (dans le sens axial) entre les pontets de fixation et les organes de fixation permet de régler le degré de souplesse de la fixation entre la tuyère et le carter. Plus cette distance est élevée, plus la souplesse de la fixation sera importante. Chaque organe de fixation d'un tube sur le carter peut 25 comprendre un actionneur connecté à une extrémité du tube pour commander l'injection de fluide à l'intérieur du tube. De préférence, la tuyère est munie sur une face intérieure d'un revêtement de traitement passif du bruit. Un tel revêtement permet d'atténuer davantage le bruit de jet émis par la tuyère. 30 Les tubes destinés à injecter un fluide à l'extrémité aval de la tuyère peuvent être réalisés dans un matériau métallique. L'invention a également pour objet un moteur aéronautique à turbine à gaz comprenant un ensemble d'arrière-corps tel que défini précédemment. 35 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue très schématique d'un turboréacteur à double corps et double flux muni d'un ensemble d'arrière-corps conforme à l'invention ; - la figure 2 est une loupe de la figure 1 montrant plus en détails l'ensemble d'arrière-corps ; et - la figure 3 est une vue en perspective de l'ensemble d'arrière-corps des figures 1 et 2. Description détaillée de l'invention La figure 1 illustre de façon très schématique un turboréacteur d'avion 10 du type à double corps et double flux auquel s'applique en particulier l'invention. De façon bien connue, un tel turboréacteur 10 comprend, d'amont en aval dans le sens d'écoulement des flux le traversant, une soufflante 12, un compresseur basse-pression 14, un compresseur haute- pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute-pression 20 et une turbine basse-pression 22. La soufflante délivre un flux d'air alimentant d'une part un canal annulaire d'écoulement de flux primaire 24 (également appelé flux chaud), et d'autre part un canal annulaire d'écoulement de flux secondaire 26 (également appelé flux froid) formé autour du canal d'écoulement de flux primaire en lui étant coaxial. Le canal d'écoulement de flux secondaire 26 est délimité radialement entre un capot primaire annulaire 28 (à l'intérieur) et un capot secondaire annulaire 30 (à l'extérieur) disposé concentriquement autour du capot primaire et formé notamment par la nacelle du turboréacteur. Quant au canal d'écoulement de flux primaire 24, il est délimité radialement, à l'extérieur par le capot primaire 28 et, à l'intérieur par un corps central annulaire 32 ou cône d'échappement (encore appelé « plug »).
Le corps central et les capots primaire et secondaire du turboréacteur sont centrés sur l'axe longitudinal 34 de celui-ci et présentent une géométrie axisymétrique par rapport à cet axe. Au niveau de la section d'éjection du turboréacteur, les flux primaire 24 et secondaire 26 convergent au niveau d'une tuyère primaire 38 fixée sur un carter de turbine 40 dans le prolongement de celui-ci. La tuyère primaire 38 et le corps central 32 forment l'arrière-corps du turboréacteur. La tuyère primaire 38 peut être réalisée en matériau CMC. De façon connue, un tel matériau est formé par un renfort fibreux en fibres réfractaires, notamment de carbone ou de céramique, qui est densifié par une matrice céramique, notamment choisie parmi au moins : un oxyde, un nitrure, un carbure et un siliciure. Quant au carter de turbine 40, il peut être réalisé en alliage métallique, notamment en Inconel®.
Par ailleurs, comme représenté de façon plus précise sur les figures 2 et 3, la tuyère primaire 38 comprend, au niveau de sa surface extérieure, une pluralité de tubes 42, par exemple métalliques, qui sont répartis autour de l'axe longitudinal 34 et qui sont destinés à injecter un fluide à l'extrémité aval de la tuyère primaire.
De façon connue, ces tubes 42 sont regroupés par paires, chaque paire de tubes injectant un fluide dans le prolongement du bord de fuite de la tuyère primaire selon des directions convergentes pour créer une structure d'écoulement du même type que des chevrons (c'est-à-dire de forme triangulaire). Un tel écoulement a pour but de favoriser le mélange entre les flux primaire et secondaire en sortie de la tuyère primaire, et ainsi atténuer le bruit de jet émis par la tuyère. En pratique, chaque tube 42 d'injection de fluide peut être relié à son extrémité amont à un actionneur 44 pour commander l'injection de fluide à l'intérieur de celui-ci. Par exemple, un tel actionneur peut comprendre un boîtier 46 dans lequel débouche à la fois l'extrémité amont du tube d'injection de fluide 42 et un tube de prélèvement de fluide 47 (par exemple un tube prélevant de l'air plus en amont dans le moteur). Une vanne 48 permet de mettre en communication ces deux tubes 42, 47. Typiquement, l'ouverture des vannes 48 permettant d'injecter du fluide dans le prolongement du bord de fuite de la tuyère primaire par l'intermédiaire des tubes 42 est commandée pendant les phases de décollage, d'approche et d'atterrissage de l'avion. Selon l'invention, la tuyère primaire 38 est fixée sur le carter de turbine 40 uniquement par l'intermédiaire des tubes 42 d'injection de fluide. En d'autres termes, il n'existe aucune fixation (ou autre type de liaison) directe entre la tuyère primaire 38 et le carter de turbine 40. A cet effet, chaque tube 42 d'injection de fluide est fixé sur la surface extérieure du carter de turbine 40 par l'intermédiaire d'un pontet de fixation 50. Comme représenté plus précisément par la figure 3, ces pontets 50 sont par exemple des bagues métalliques entourant les tubes et fixées par des pattes sur la surface extérieure de la tuyère primaire 38. Chaque tube 42 d'injection de fluide est également fixé sur le carter de turbine 40 par l'intermédiaire des actionneurs 44. Comme illustré sur la figure 2, cette fixation peut être obtenue en fixant le boîtier 46 des actionneurs sur une bride 52 du carter de turbine, par exemple par l'intermédiaire d'équerres et de systèmes 54 à vis/écrou. Selon une disposition avantageuse, les pontets de fixation 50 sont espacés axialement vers l'aval par rapport aux actionneurs 44. Ainsi, la distance d séparant les points de fixation des tubes, d'une part avec le carter de turbine et d'autre part avec la tuyère primaire, donne à cet assemblage une certaine souplesse (due à la souplesse intrinsèque des tubes) pour permettre d'assurer une compensation des dilatations thermiques différentielles pouvant exister entre la tuyère primaire et le carter de turbine, notamment lorsque la tuyère primaire est réalisée en CMC et le carter de turbine en alliage métallique. En particulier, plus cette distance d sera élevée, plus la souplesse de la fixation de la tuyère primaire sur le carter de turbine (et donc la compensation des dilatations différentielles entre ces éléments) sera importante. Selon une autre disposition avantageuse, la tuyère primaire 38 est munie sur une face intérieure d'un revêtement 56 de traitement passif du bruit, par exemple une structure en nid d'abeille. Un tel revêtement permet d'atténuer davantage le bruit de jet émis par la tuyère primaire, notamment aux hautes fréquences.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Ensemble d'arrière-corps de moteur aéronautique à turbine à gaz, comprenant un carter (40), une tuyère annulaire (38) disposée dans le prolongement aval du carter, et une pluralité de tubes (42) disposés autour de la tuyère et destinés à injecter un fluide à l'extrémité aval de la tuyère, caractérisé en ce que la tuyère est fixée sur le carter par l'intermédiaire des tubes.
- 2. Ensemble d'arrière-corps selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est dépourvu de liaison directe entre la tuyère (38) et le carter (40).
- 3. Ensemble d'arrière-corps selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tuyère (38) est réalisée en matériau composite à matrice céramique choisie parmi au moins : un oxyde, un nitrure, un carbure et un siliciure.
- 4. Ensemble d'arrière-corps selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque tube (42) est fixé sur une surface extérieure du carter (40) par l'intermédiaire d'un pontet de fixation (50).
- 5. Ensemble d'arrière-corps selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque tube (42) est fixé sur le carter (40) par l'intermédiaire d'un organe de fixation distant axialement des pontets de fixation.
- 6. Ensemble d'arrière-corps selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque organe de fixation comprend un actionneur (44) 30 connecté à une extrémité du tube (42) pour commander l'injection de fluide à l'intérieur du tube.
- 7. Ensemble d'arrière-corps selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tuyère (38) est munie sur 35 une face intérieure d'un revêtement (56) de traitement passif du bruit.
- 8. Ensemble d'arrière-corps selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le carter (40) est réalisé dans un alliage métallique.
- 9. Ensemble d'arrière-corps selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les tubes (42) sont réalisés dans un matériau métallique.
- 10. Moteur aéronautique à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il 10 comprend un ensemble d'arrière-corps selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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