FR3052493A1

FR3052493A1 - Reacteur combine et les moyens de permutation entre ses deux modes de fonctionnement

Info

Publication number: FR3052493A1
Application number: FR1600951A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Thomas Pelcot
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-15

Abstract

L'invention concerne un réacteur combiné (1) se constituant d'un turboréacteur (20) entouré concentriquement d'un statoréacteur (10). Le réacteur combiné (1) selon l'invention est notamment remarquable en ce que l'admission d'air comporte la manche à air générale (2) qui se divise en une manche d'entrée d'air centrale (24) du turboréacteur (20) de type annulaire et constituée d'un cône fixe axial (21) puis en une manche d'entrée d'air (14) du statoréacteur (10), concentrique par rapport à la manche d'entrée d'air centrale (24) et de type conique puis annulaire; et en partie amont du réacteur combiné (1), le dispositif de permutation entre les modes de fonctionnement de type turboréacteur (20) ou de type statoréacteur (10) se constitue d'un sélecteur mobile unique (31). Les dispositifs de permutation de l'invention sont particulièrement destinés à un réacteur combiné.

Description

La présente invention se rapporte à un réacteur combiné et les moyens de permutation entre ses deux modes de fonctionnement, soit un fonctionnement en mode turboréacteur, soit un fonctionnement en mode statoréacteur.

Afin de bien comprendre l'objectif de l'invention, il convient de rappeler les deux modes principaux de fonctionnement des réacteurs combinés. Puis, il s'avère nécessaire d'évoquer brièvement, les systèmes permettant de basculer du mode de fonctionnement du turboréacteur au mode de fonctionnement du statoréacteur et inversement.

Le réacteur combiné est constitué d'un turboréacteur disposé de façon coaxial à l'entrée d'air centrale entouré de manière concentrique par une entrée d'air périphérique alimentant un statoréacteur. Le fonctionnement en mode turboréacteur s'effectue de la vitesse nulle de l'aéronef jusqu'à au moins une fois la vitesse du son (Mach 1) de l'aéronef et pouvant aller jusqu'à trois fois la vitesse du son (Mach 3) de l'aéronef. Le fonctionnement en mode statoréacteur se réalise à partir de l'amorçage du col sonique précédent la chambre de combustion du statoréacteur jusqu'à six fois la vitesse du son (Mach 6) de l'aéronef. Lors du fonctionnement du statoréacteur, la vitesse de l'aéronef est supérieure à au moins 0,6 fois la vitesse du son (Mach 0,6) et jusqu'à six fois la vitesse du son (Mach 6).

Dans l'état de la technique antérieure, on emploie différents moyens pour la partie amont du réacteur combiné, c'est à dire l'admission d'air du réacteur combiné. Ces différents moyens permettent un fonctionnement en mode turboréacteur et, ou, un fonctionnement en mode statoréacteur. Pour cela, on commande alternativement l'ouverture ou la fermeture soit de l'entrée d'air du turboréacteur soit de l'entrée d'air du statoréacteur. Généralement, ces différents moyens se composent de deux dispositifs indépendants.

Pour la veine d'air centrale du turboréacteur, un premier dispositif de permutation d'ouverture et de fermeture de la veine centrale est constitué par l'intermédiaire d'un cône mobile situé sur l'axe longitudinal du turboréacteur. En position avant, le cône mobile laisse passer l'air autour de son pourtour. En position arrière, le cône mobile prend appui sur un contour circulaire ou conique et empêche l'air d'entrer dans le turboréacteur.

Pour la veine d'air périphérique du statoréacteur, un second dispositif de permutation d'ouverture et de fermeture de la veine périphérique est constitué par l'intermédiaire de volets ou de tiroirs annulaires situés concentriquement sur l'axe longitudinal du turboréacteur ou, et, du statoréacteur. Dans une position à l'extrémité initiale, le dispositif laisse passer l'air dans la veine d'air périphérique par l'ouverture des volets ou des tiroirs annulaires. Dans une position à l'extrémité finale, la fermeture du dispositif empêche l'air d'entrer dans le statoréacteur par la fermeture des volets ou des tiroirs annulaires.

Dans l'état de la technique antérieure, on emploie différents moyens pour la partie aval du réacteur combiné, c'est à dire soit l'échappement des gaz de combustion du turboréacteur soit l'admission d'air du statoréacteur précédemment à sa chambre de combustion. Ces différents moyens permettent un fonctionnement en mode turboréacteur et, ou, un fonctionnement en mode statoréacteur. Pour cela, on commande alternativement l'ouverture ou la fermeture soit de la sortie des gaz d'échappement de combustion du turboréacteur soit de l'entrée d'air d'admission du statoréacteur précédemment à sa chambre de combustion. Généralement, ces differents moyens se composent de l'un ou l'autre de ces dispositifs.

Durant le fonctionnement en mode turboréacteur, les dispositifs de permutation d'ouverture et de fermeture de la sortie l'échappement des gaz de combustion du turboréacteur sont généralement constitués par l'intermédiaire d'une pièce mobile en forme de goutte d'eau située sur l'axe longitudinal du turboréacteur. En position avant, la pièce mobile en forme de goutte d'eau laisse passer les gaz d'échappement du turboréacteur autour de son pourtour. En position arrière, le cône mobile prend appui sur un contour circulaire ou conique et empêche l'air ou les gaz de combustion d'entrer dans le turboréacteur.

Durant le fonctionnement en mode statoréacteur, les dispositifs de permutation d'ouverture et de fermeture l'admission d'air du statoréacteur précédemment à sa chambre de combustion sont généralement constitués par l'intermédiaire d'au moins deux volets mobiles situés radialement à l'axe longitudinal du statoréacteur. En position ouverte, les volets mobiles permettent l'écoulement de l'air dans la chambre de combustion du statoréacteur. En position fermée, les volets mobiles empêchent l'écoulement de l'air dans la chambre de combustion du statoréacteur.

Ces dispositifs mobiles de permutation présentent de nombreux inconvénients. Ainsi, les dispositifs de permutation amont sont relativement complexes et font intervenir des mécanismes possédant de nombreuses pièces. En outre, les dispositifs de permutation aval possèdent soit des mécanismes comprenant de nombreuses pièces soit des formes complexes défavorables à la poussée générée par les gaz d'échappement du turboréacteur.

La présente invention a pour but de résoudre en tout ou en partie ces inconvénients et propose à cet effet un réacteur combiné remarquable en ce qu'un dispositif unique assure la permutation de l'admission d'air soit dans la veine centrale pour le turboréacteur soit dans la veine périphérique pour le statoréacteur. Et aussi remarquable en ce qu'un autre dispositif simplifié réalise l'obturation des gaz d'échappement du turboréacteur.

Le réacteur combiné se constitue d'un turboréacteur entouré de façon concentrique d'un statoréacteur.

Selon une caractéristique, l'admission d'air du réacteur combiné comporte la manche d'entrée d'air générale qui se divise en une première manche d'entrée d'air centrale du turboréacteur de type annulaire et constituée d'un cône fixe axial puis en une seconde manche d'entrée d'air du statoréacteur, concentrique par rapport à la manche d'entrée d'air centrale du turboréacteur et de type conique puis annulaire.

Selon cette caractéristique avantageuse, le dispositif de permutation du mode de fonctionnement turboréacteur au mode de fonctionnement statoréacteur se constitue d'un sélecteur mobile unique piloté par un organe de commande axial.

Durant le mode de fonctionnement du turboréacteur, l'admission d'air s'écoule par la manche à air générale puis par l'intérieur du sélecteur unique situé en position avant et fermant la manche d'entrée d'air du statoréacteur. Ensuite, l'admission d'air se poursuit dans la manche d'entrée d'air du turboréacteur.

Durant le mode de fonctionnement du statoréacteur, l'admission d'air s'écoule par la manche à air générale puis par l'extérieur du sélecteur unique situé en position arrière et fermant la manche d'entrée d'air du turboréacteur. Ensuite, l'admission d'air se poursuit dans la manche d'entrée d'air du statoréacteur.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le sélecteur unique est : - formé d'un cône tronqué et chanfreiné avec sa base prolongée d'un cylindre chanfreiné, qui sont liés et évidés, - en position arrière, durant le mode de fonctionnement du turboréacteur et le sélecteur unique forme une zone d'appui conique avec les épaulements du turboréacteur, - en position avant, durant le mode de fonctionnement du statoréacteur et le sélecteur unique forme une zone d'appui conique avec le cône fixe et les épaulements du turboréacteur, - manœuvré par un organe de commande mobile axial. L'invention a également trait à un dispositif simplifié réalisant l'obturation des gaz d'échappement du turboréacteur.

Selon une caractéristique, le dispositif de permutation du mode de fonctionnement du turboréacteur au mode de fonctionnement du statoréacteur se constitue d'une coulisse manœuvrée par un organe de commande axial.

Durant le mode de fonctionnement du turboréacteur, l'échappement des gaz de combustion du turboréacteur s'écoule en périphérie de la coulisse en position avant et en périphérie de la paroi interne du turboréacteur.

Durant le mode de fonctionnement du statoréacteur, la coulisse est disposée en position arrière et assure la fermeture du turboréacteur.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention la coulisse est : - formée d'un cône avec sa base prolongée d'un cylindre, qui sont liés et évidés - en position avant, durant le mode de fonctionnement turboréacteur - en position arrière, durant le mode de fonctionnement du statoréacteur et forme une zone d'appui conique avec le divergent aval du turboréacteur, - manœuvrée par un organe de commande mobile. L'invention concerne également la possibilité que le réacteur combiné est constitué par un turboréacteur de base qui selon une caractéristique peut être soit de type turboréacteur simple flux ou soit de type turboréacteur double flux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de la mise en œuvre non limitative, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée du réacteur combiné conforme à l'invention durant le mode de fonctionnement du turboréacteur central représentant les organes sélecteur et coulisse en position avant, - la figure 2 est une coupe longitudinale simplifiée du réacteur combiné conforme à l'invention durant le mode de fonctionnement du statoréacteur représentant les organes sélecteur et coulisse se trouvant en position arrière.

Le réacteur combiné (1) des figures 1 et 2 comprend une manche d'entrée d'air générale (2) qui se divise en une manche d'entrée d'air centrale (24) alimentant le turboréacteur de base (20) puis en une manche d'entrée d'air (14) dédiée au statoréacteur (10). L'axe longitudinal du turboréacteur de base (20) est coaxial à l'axe longitudinal du réacteur combiné (1). Le turboréacteur de base (20) se constitue en aval d'un cône fixe (21) comportant au moins trois lumières radiales permettant le passage de l'organe sélecteur (30) puis de la manche d'entrée d’air centrale (24), se poursuit par un compresseur axial multi-étages (25), la chambre de combustion annulaire (26), la turbine à gaz (27) et l'organe coulisse (50). La limite périphérique extérieur du turboréacteur (20) est le corps (29) formé par au moins les deux épaulements avant (22) et (23) fixés par des vis non représentées mais situées sur les axes (223) et (233) puis le corps cylindrique (29) composé en partie arrière après la turbine à gaz (27) du divergent (271), de la paroi (291), du divergent (292) et de son chanfrein (294). L'épaulement (22) comporte en partie avant, un segment annulaire (221) et en partie arrière, un segment annulaire (222). De même, pour l'épaulement (23), il contient en partie avant un segment annulaire (221) et en partie arrière un segment annulaire (222). L'axe longitudinal du statoréacteur (10) est coaxial à l'axe longitudinal du réacteur combiné (1) et donc concentrique vis à vis du turboréacteur de base (20). Le statoréacteur (10) comporte le conduit d'admission annulaire (14), puis le col sonique (13), suivi de la rampe d'injection de carburant (11), puis des accroches flammes (14), l'arrière du statoréacteur n'est pas représenté sur le dessin. La paroi périphérique intérieure (29) du statoréacteur (10) est partagée avec le turboréacteur de base (29), et est composée en partie arrière, juste avant la rampe d'injecteurs (11), du divergent (293) raccordé au chanfrein (294). La paroi périphérique extérieure (101) du statoréacteur (10) relie en amont la manche à air générale (2) jusqu'au accroches flammes (12) en aval. L'organe sélecteur (30) comporte plusieurs composants, le sélecteur mobile unique (31) possédant les surfaces référencées par les segments annulaires intérieurs (315), (317), le chanfrein (311) puis les segments annulaires extérieurs (312), (317) et le cône (314). La géométrie du sélecteur unique (31) est formée d'un cône (314) avec sa base prolongée d'un cylindre (316) qui sont liés et évidés (315 et 317). La pointe du cône (314) est tronquée et chanfreinée (311). Ce sélecteur unique (30) est lié par au moins trois supports latéraux à l'organe de commande fluidique constitué d'une tige de vérin (32) et d'un corps de vérin (33).

Soit le combiné réacteur combiné (1) est en mode de fonctionnement de type turboréacteur, dans ce cas, l'organe sélecteur (30) assure le guidage de la sélection de l'admission d'air dans sa partie intérieure (315) et (317) et se place en position avant comme illustré sur la figure 1. Le sélecteur unique (31) forme alors une zone d'appui conique constituée par son cône (314) s'appuyant sur le segment annulaire (101) de la paroi intérieure conique du statoréacteur (10) ainsi que son un segment annulaire (313) s'appuyant sur les segments annulaires (222) et (232) des épaulements (22) et (23) fixés sur le corps extérieur (29) du turboréacteur (20). Dans ce cas, l'organe de commande fluidique constitué d'une tige de vérin (32) est en position avant.

Soit le combiné réacteur combiné (1) est en mode de fonctionnement de type statoréacteur, dans ce cas, l'organe sélecteur (30) assure le guidage de la sélection de l'admission d'air sur sa partie conique extérieure avant et se place en position arrière comme indiqué sur la figure 2. Le sélecteur unique (31) forme alors une zone d'appui conique constituée par son chanfrein (311) s'appuyant sur le segment annulaire (211) du cône (21) ainsi que son segment annulaire (312) s'appuyant sur les segments annulaires (221) et (231) des épaulements (22) et (23) fixés sur le corps extérieur (29) du turboréacteur (20). Dans ce cas, l'organe de commande fluidique constitué d'une tige de vérin (32) est en position arrière. L'organe de commande mobile de l'organe sélecteur (30) se constitue d’un vérin fluidique (32) et (33). L'organe coulisse (50) comporte plusieurs composants, la coulisse (51) possédant les surfaces référencées par le cylindre extérieur (512) et le divergent arrière (511). La géométrie de la coulisse (51) est formée d'un cône (511) avec sa base prolongée d'un cylindre (512) qui sont liés et évidés. Deux joints cylindriques (55) et (56) assurent l'étanchéité entre la coulisse (51) et la partie arrière (28) du turboréacteur (20). La coulisse (51) est liée par au moins trois supports latéraux à l'organe de commande fluidique constitué d'une tige de vérin (52) et d'un corps de vérin (53).

Soit le combiné réacteur combiné (1) est en mode de fonctionnement de type turboréacteur, comme illustré sur la figure 1, dans ce cas, la coulisse (51) est en position avant et assure le guidage de l'échappement des gaz de combustion du turboréacteur (20) s'écoulant en même temps sur sa périphérie extérieure composée du cylindre (512) et du divergent (511) ainsi que sur la périphérie intérieure (291) et sur le divergent (292) de la paroi (29) du turboréacteur (20). Dans ce cas, l'organe de commande fluidique constitué d'une tige de vérin (52) est en position avant.

Soit le combiné réacteur combiné (1) est en mode de fonctionnement de type statoréacteur, comme illustré sur la figure 2 dans ce cas, la coulisse (51) est en position arrière et assure la fermeture du divergent aval (292) du turboréacteur (20) par l'intermédiaire du chanfrein (294). Dans ce cas, l'organe de commande fluidique constitué d'une tige de vérin (52) est en position arrière. L'organe de commande mobile de l'organe coulisse (50) se compose d'un vérin fluidique (52) et (53).

Bien entendu l'exemple de mise en œuvre évoqué ci-dessus ne représente aucun caractère limitatif et d'autres détails et améliorations peuvent être apportés à l'un ou l'autre des deux moyens de permutation entre les deux modes de fonctionnement du réacteur combiné, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Les dispositifs de permutation de l'invention sont particulièrement destinés à un réacteur combiné.

Claims

REVENDICATIONS

1. Réacteur combiné (1) constitué d'un turboréacteur (20) entouré de façon concentrique d'un statoréacteur (10), réacteur combiné (1) caractérisé en ce que : - l'admission d'air comporte la manche à air générale (2) qui se divise en une première manche d'entrée d'air centrale (24) du turboréacteur (20) de type annulaire et constituée d'un cône fixe axial (21) puis en une seconde manche d'entrée d'air (14) du statoréacteur (10), concentrique par rapport à la manche d'entrée d'air centrale (24) du turboréacteur (20), et de type conique puis annulaire, - en partie amont du réacteur combiné (1), le dispositif de permutation du mode de fonctionnement du turboréacteur (20) au mode de fonctionnement du statoréacteur (10) se constitue d'un sélecteur mobile unique (31) piloté par un organe de commande axial (32) et (33), durant le mode de fonctionnement du turboréacteur (20), l'admission d'air s'écoule par la manche à air générale (2) puis l'intérieur du sélecteur unique (31) situé en position avant pour fermer la manche d'entrée d'air (14) du statoréacteur (10) et se poursuit dans la manche d'entrée d'air (24) du turboréacteur (20), durant le mode de fonctionnement du statoréacteur (10), l'admission d'air s'écoule par la manche à air générale (2) puis l'extérieur du sélecteur unique (31) situé en position arrière pour fermer la manche d'entrée d'air (24) du turboréacteur (20) et se poursuit dans la manche d'entrée d'air (14) du statoréacteur (10).
2. Réacteur combiné (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sélecteur unique (31) est un cône (314) avec sa base prolongée d'un cylindre (316), qui sont liés et évidés (315 et 317), que la pointe du cône (314) est tronquée et chanffeinée (311) pour constituer le sélecteur unique et ce sélecteur unique est fixé au moins par trois supports latéraux sur un organe de commande axial mobile (32).
3. Réacteur combiné (1) selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le sélecteur unique (31) durant le mode de fonctionnement du turboréacteur (20) en position avant forme une zone d'appui conique constituée par : - son cône (314) s'appuyant sur le segment annulaire (101) de la paroi intérieure conique du statoréacteur (10), - son segment annulaire (313) s'appuyant sur les segments annulaires (222) et (232) des épaulements chanfreinés (22) et (23) fixés sur le corps extérieur (29) du turboréacteur (20).
4. Réacteur combiné (1) selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que durant le mode de fonctionnement du statoréacteur (10), le sélecteur unique (31) en position arrière forme une zone d'appui conique constituée par : - son chanfrein (311) s'appuyant sur le segment annulaire (211) du cône (21), - son segment annulaire (312) s'appuyant sur les segments annulaires (221) et (231) des épaulements chanfreinés (22) et (23) fixés sur le corps extérieur (29) du turboréacteur (20).
5. Réacteur combiné (1) selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le sélecteur unique (31) est manœuvré par un organe de commande mobile constitué d'un vérin fluidique (32) et (33).
6. Réacteur combiné (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le turboréacteur de base (20) peut être constitué soit d'un turboréacteur simple flux ou soit turboréacteur double flux.
7. Réacteur combiné (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de permutation du mode de fonctionnement du turboréacteur (20) au mode de fonctionnement du statoréacteur (10) se situe en partie aval du réacteur combiné (1) et se constitue d'une coulisse (51) manœuvrée par un organe de commande axial (52) et (53), durant le mode de fonctionnement du turboréacteur (20) l'échappement des gaz de combustion du turboréacteur (20) s'écoule sur la périphérie de la coulisse (51), en position avant, et en même temps sur la périphérie intérieure de la paroi (291) et sur le divergent aval (292) du turboréacteur (20), durant le mode de fonctionnement du statoréacteur (10), la coulisse (51) est disposée en position arrière et assure la fermeture du divergent aval (292) du turboréacteur (20).
8. Réacteur combiné (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la coulisse (51) est formée d'un cône (511) avec sa base prolongée d'un cylindre (512) qui sont liés et évidés, cette coulisse (51) est fixée au moins par trois supports latéraux et un support axial sur un organe de commande axial mobile (52).
9. Réacteur combiné (1) selon les revendications 7 à 8, caractérisé en ce que la coulisse (51) durant le mode de fonctionnement du statoréacteur (10) se situe en position arrière et forme une zone d'appui conique constitué par : - son cône (511) s'appuyant sur le chanfrein annulaire (294) de la paroi (292) du divergent aval du turboréacteur (20),
10. Réacteur combiné (1) selon les revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la coulisse (51) est manœuvrée par un organe de commande mobile constitué d'un vérin fluidique (52) et (53).