FR2994461A1

FR2994461A1 - Cone d'echappement biconique pour un turboreacteur d'avion civil

Info

Publication number: FR2994461A1
Application number: FR1357314A
Authority: FR
Inventors: Pierrick Mouchoux; Vulpillieres Eric De; Gaetan Jean Mabboux; Mathieu Ange Poisson; Jackie Raymond Julien Prouteau
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2014-02-14
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: FR2994460B1; FR2994460A1; US20150028129A1; FR2994461B1

Abstract

Cône d'échappement (4) biconique pour un turboréacteur d'avion civil, ce cône délimitant extérieurement une veine annulaire d'échappement de gaz de combustion et comportant une partie tronconique amont (6) s'étendant d'amont en aval vers l'extérieur et une partie tronconique aval (8) s'étendant d'amont en aval vers l'intérieur, caractérisé en ce que la partie tronconique aval comporte un tronçon (10) qui définit une surface annulaire extérieure dont une tangente (12, 14) en tout point (X1, X2) le long de l'axe longitudinal (X) du cône, est inclinée d'un angle (alpha, alpha') supérieur à 40° et inférieur à 90° par rapport à cet axe longitudinal.

Description

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un cône d'échappement biconique pour un turboréacteur d'avion civil.

ETAT DE L'ART De manière classique, en référence à la figure 1, un turboréacteur d'avion civil, du type à double flux, permet d'accélérer un flux de gaz d'amont en aval afin de générer une poussée. Traditionnellement, le flux de gaz d'échappement est conduit à l'air libre dans la partie aval du turboréacteur par un cône d'échappement ou plug qui est monté sur l'axe du turboréacteur. Comme illustré sur la figure 1, un cône d'échappement 3 se présente sous la forme d'une enveloppe de section transversale circulaire dont la concavité est tournée vers l'amont. Le terme amont fait référence au sens de circulation de l'écoulement d'air dans le turboréacteur. Le cône d'échappement 3 est du type biconique et est spécifique à un turboréacteur d'avion civil. Le cône d'échappement 3 est classiquement placé à la confluence entre un flux primaire F1 circulant dans une veine primaire intérieure V1 et un flux secondaire F2 circulant dans une veine secondaire extérieure V2, les veines V1, V2 étant séparées par une paroi de séparation terminée en aval par un mélangeur 2. Le flux secondaire F2 est délimité extérieurement par une nacelle 1 du turboréacteur. La fonction principale du cône d'échappement consiste à assurer une partie de la récupération de pression constituant la poussée du moteur et à guider l'écoulement du flux de gaz d'échappement afin d'éviter tout décollement. En effet, un tel décollement affecte les performances du turboréacteur, ce qui présente un inconvénient. Pour limiter le risque de décollement, il est connu de prévoir un cône d'échappement 3 de longueur axiale importante et de pente faible (de l'ordre de 25°), comme représenté sur la figure 1. Néanmoins, du fait de sa longueur, un tel cône d'échappement 3 présente une masse importante ce qui pénalise le rendement du turboréacteur. Par ailleurs, la tendance actuelle consiste à augmenter le diamètre d'un moteur de turboréacteur, ce qui amplifie le problème de masse du cône d'échappement. Un des buts de l'invention est de proposer un cône d'échappement qui est spécifiquement conçu pour un turboréacteur d'avion civil et dont la masse est relativement faible. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose un cône d'échappement biconique pour un turboréacteur d'avion civil, ce cône délimitant extérieurement une veine annulaire d'échappement de gaz de combustion et comportant une partie tronconique amont s'étendant d'amont en aval vers l'extérieur et une partie tronconique aval s'étendant d'amont en aval vers l'intérieur, caractérisé en ce que la partie tronconique aval comporte un tronçon qui définit une surface annulaire extérieure dont une tangente en tout point le long de l'axe longitudinal du cône, est inclinée d'un angle supérieur à 400 et inférieur à 900 par rapport à cet axe longitudinal. La présente invention propose ainsi un cône d'échappement ou plug « court », c'est-à-dire un cône d'échappement dont la longueur a été réduite par rapport à la technique antérieure, cette réduction de longueur ayant été réalisée par la modification de la pente définie par la surface extérieure du cône. Cette pente est nettement supérieure à celle de la technique antérieure. Dans la technique antérieure, cette pente est en général inférieure à 400 et peut être égale à 900 lorsque le cône est tronqué, c'est-à-dire lorsque son extrémité aval est formée par une paroi plane perpendiculaire à l'axe longitudinal du cône. Des analyses modales ont démontré que le raidisseur nécessaire sur un cône d'échappement long de la technique antérieure, pour placer les modes à diamètre hors des plages de fonctionnement du moteur, peut être supprimé sur un cône d'échappement court selon l' invention. La suppression de ce raidisseur participe au gain de masse. De plus, la fabrication du cône est ainsi facilitée et son coût de fabrication est nettement diminué. Bien que le cône selon l'invention soit qualifié de biconique, ses parties amont et aval ne sont pas parfaitement coniques ou tronconiques mais peuvent avoir une forme générale proche d'un cône ou d'un tronc de cône. Le terme « biconique » qualifie donc la forme générale du cône qui comprend une partie amont évasée vers l'aval et une partie aval évasée vers l'amont. La valeur de l'angle d'inclinaison de la tangente précitée varie de préférence d'un point à l'autre le long de l'axe longitudinal du cône. Le tronçon du cône d'échappement a ainsi en section une courbure non nulle en tout point, c'est-à-dire que cette section ne présente pas de partie rectiligne. Le tronçon est de préférence situé au voisinage de l'extrémité aval du cône. Le tronçon peut s'étendre au moins de 75 à 95% de la dimension axiale du cône, mesuré depuis son extrémité amont. Le tronçon peut avoir un diamètre amont au moins égal à Dm/2 et un diamètre aval au plus égal à Dm/8, Dm étant le diamètre maximal du cône.

Le cône d'échappement selon l'invention est de préférence du type non tronqué. Il peut être formé d'une seule pièce. La présente invention concerne également un turboréacteur d'avion civil, comportant un cône d'échappement tel que décrit ci-dessus. Ce turboréacteur peut être du type à double flux. Préférentiellement, il est dépourvu de système de postcombustion. Les systèmes de postcombustion sont propres aux turboréacteurs d'avion militaire. Par ailleurs, un turboréacteur d'avion civil a en général un taux de dilution supérieur à celui d'un turboréacteur d'avion militaire. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe axiale d'un turboréacteur à double flux d'avion civil, un cône d'échappement selon l'art antérieur étant représenté par un trait discontinu tandis qu'un cône d'échappement selon l'invention est représenté par un trait plein; - la figure 2 est une représentation en perspective de dessus d'un cône d'échappement selon l'invention ; et - la figure 3 est une représentation en perspective de côté du cône d'échappement de la figure 2. DESCRIPTION DETAILLEE L'invention concerne un cône d'échappement 4 pour un turboréacteur d'avion civil, ce cône 4 étant de longueur raccourcie (en trait plein sur la figure 1) par comparaison à un cône d'échappement 3 selon l'art antérieur (en trait discontinu sur la figure 1). Le cône d'échappement 4 selon l'invention va être présenté pour une utilisation dans un turboréacteur dans lequel circulent axialement des flux d'air d'amont en aval (de gauche à droite sur la figure 1). Le turboréacteur représenté est du type à double flux et comporte une veine intérieure primaire V1 et une veine extérieure secondaire V2 dans lesquels circulent respectivement un flux primaire F1 et un flux secondaire F2. Un cône d'échappement 4 selon l'invention est fixé au turboréacteur, sur son axe X, à la confluence du flux primaire FI et du flux secondaire F2 qui forment, après mélange, un flux d'échappement FE. Dans cet exemple, le cône d'échappement 4 est monté de manière solidaire à un carter d'échappement du turboréacteur. En référence aux figures 2 et 3, un cône d'échappement 4 selon l'invention est du type biconique et comporte une partie tronconique amont 6 s'étendant d'amont en aval radialement vers l'extérieur (par rapport à l'axe X) et une partie tronconique aval 8 s'étendant d'amont en aval radialement vers l'intérieur.

De préférence, le cône d'échappement 4 est formé d'une paroi métallique monobloc de faible épaisseur, par exemple de l'ordre de 1 mm. Le cône 4 comporte une extrémité amont 4A apte à être fixée au turboréacteur et une extrémité aval 4B de forme pointue. Par la suite, la longueur L du cône d'échappement 4 est définie entre ses extrémités amont 4A et aval 4B. Le cône 4 a en section, dans un premier plan transversal de référence P1, un diamètre Dm12 égal à la moitié du diamètre maximal D, du cône, ce diamètre maximal correspondant au diamètre de l'extrémité amont de sa partie 8 ou de l'extrémité aval de sa partie 6. Le cône 4 a en section, dans un deuxième plan transversal de référence P2, un diamètre Dm/8 égal à un huitième du diamètre maximal D, du cône. La partie du cône 4 s'étendant entre les plans P1 et P2 définit un tronçon axial 10. Selon l'invention, la surface annulaire extérieure définie par ce tronçon 10 a une pente importante. La référence 12 désigne une tangente en un point de cette surface ayant pour abscisse X1 le long de l'axe X et correspondant au point d'intersection d'une demi section axiale du cône 4 avec le plan P1, et la référence 14 désigne une tangente en un point de la surface ayant pour abscisse X2 et correspondant au point d'intersection d'une demi section axiale du cône 4 avec le plan P2. Selon l'invention, chaque angle cc, a' formé entre une tangente 12, 14 et l'axe X, ainsi qu'entre la tangente en tout point Xi (d'abscisse Xi), compris entre les points X1 et X2, est supérieur à 400 et inférieur à 90°. Dans l'exemple représenté, chaque angle cc, a' est de l'ordre de 500 environ, et l'angle 12' est supérieur à l'angle a. Le tronçon 10 s'étend ici au moins de 75 à 95% de la longueur L du cône 4, mesuré depuis son extrémité amont 4A.

Claims

REVENDICATIONS1. Cône d'échappement (4) biconique pour un turboréacteur d'avion civil, ce cône délimitant extérieurement une veine annulaire (V1) d'échappement de gaz de combustion et comportant une partie tronconique amont (6) s'étendant d'amont en aval vers l'extérieur et une partie tronconique aval (8) s'étendant d'amont en aval vers l'intérieur, caractérisé en ce que la partie tronconique aval comporte un tronçon (10) qui définit une surface annulaire extérieure dont une tangente (12, 14) en tout point (X1, X2) le long de l'axe longitudinal (X) du cône, est inclinée d'un angle (a, a') supérieur à 400 et inférieur à 900 par rapport à cet axe longitudinal.
2. Cône d'échappement (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de l'angle (a, a') d'inclinaison de la tangente (12, 14) précitée varie d'un point à l'autre le long de l'axe longitudinal (X) du cône.
3. Cône d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tronçon (10) est situé au voisinage de l'extrémité aval (4B) du cône.
4. Cône d'échappement (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon (10) s'étend au moins de 75 à 95% de la dimension axiale du cône, mesuré depuis son extrémité amont.
5. Cône d'échappement (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon (10) a un diamètre amont au moins égal à Dm/2 et un diamètre aval au plus égal à Dm/8, Dm étant le diamètre maximal du cône.
6. Cône d'échappement (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est du type non tronqué.
7. Cône d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé d'une seule pièce.
8. Turboréacteur d'avion civil, comportant un cône d'échappement (4) selon l'une des revendications précédentes.
9. Turboréacteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est du type à double flux.
10. Turboréacteur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est dépourvu de système de postcombustion.