FR3065492B1 - Turbomachine comportant un melangeur a plusieurs series de lobes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un mélangeur à lobes (9) de turbomachine, destiné à être placé à l'extrémité aval d'un capot de séparation de deux veines coaxiales interne et externe dans lesquelles circulent un flux gazeux, le mélangeur (9) présentant un axe longitudinal et comprenant : - une première succession périphérique de lobes radiaux (20, 21) d'orientation générale radiale par rapport à l'axe longitudinal, chaque lobe radial (20, 21) formant une goulotte avec un fond (24, 25) relié à des parois latérales, lesdits fonds (24, 25) présentant une ligne de fond s'étendant suivant une direction générale suivant l'axe longitudinal, et, - une succession périphérique de lobes circonférentiels (30, 30', 30", 30'', 31') d'orientation générale circonférentielle par rapport à l'axe longitudinal, chaque lobe circonférentiel formant une goulotte avec un fond relié à deux parois latérales, au moins un lobe circonférentiel étant formé sur une paroi latérale d'un lobe radial (20, 21). Selon l'invention, lesdits lobes circonférentiels présentent des lignes de fond s'étendant suivant des directions générales ayant respectivement au moins une première et une deuxième inclinaisons différentes entre elles par rapport à l'axe longitudinal, les première et deuxième inclinaisons étant comprises entre les directions générale des lignes de fond des lobes radiaux.
Description
Turbomachine comportant un mélangeur à plusieurs séries de lobes 1. Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine des turbomachines, notamment des turbomachines à double flux comprenant un mélangeur de flux gazeux confluents. Elle vise plus particulièrement les mélangeurs comprenant plusieurs séries de lobes. 2. Etat de la technique
Une turbomachine à double flux comporte de manière générale une tuyère de sortie dans laquelle le flux primaire des gaz chauds provenant du moteur conflue avec un flux d’air secondaire froid, propulsé par les aubes d’une soufflante. Une telle tuyère à flux gazeux confluents se compose d’un capot primaire centré sur l’axe longitudinal de la turbomachine, d’un capot secondaire disposé concentriquement au capot primaire de façon à définir un canal annulaire pour l’écoulement du flux secondaire, et d’un corps central définissant avec le capot primaire un deuxième canal annulaire pour l’écoulement du flux primaire. Le capot secondaire s’étend au-delà du capot primaire. Généralement un mélangeur est monté à l’extrémité aval du capot primaire, en particulier pour réduire le bruit de jet en sortie de la tuyère en forçant le mélange entre le flux chaud primaire et le flux froid secondaire avant leur éjection. Il est en effet bien connu que des gains acoustiques sont obtenus en augmentant le mélange entre le flux froid et le flux chaud sortant de la turbomachine avant leur éjection. De ce point de vue, il est utile que le mélange entre les flux se fasse le plus rapidement possible, au niveau du trajet à l’intérieur du capot secondaire.
Parmi les mélangeurs pour tuyères à flux confluents, il est connu, en particulier, le mélangeur de type marguerite qui se présente sous la forme d’une partie sinusoïdale définissant des lobes intérieurs et des lobes extérieurs répartis sur toute la circonférence du capot primaire de la tuyère. Avec un mélangeur de type marguerite, les lobes intérieurs forment des goulottes guidant radialement le flux froid vers le second canal dans lequel circule le flux chaud, et les lobes extérieurs forment des goulottes guidant radialement le flux chaud vers le canal dans lequel circule le flux froid. Ainsi, à la sortie du mélangeur, le flux froid et le flux chaud se mélangent par cisaillement selon une direction essentiellement radiale. Ce mélange permet de générer des tourbillons dont l’axe de rotation est globalement axial et dont l’intensité dépend principalement des conditions d’éjection des deux flux et des conditions d’alimentation du fond des lobes du mélangeur.
Or, ces conditions ne permettent pas toujours, en particulier pour certaines conditions d’utilisation de la turbomachine comme les phases de décollage de l’avion, d’obtenir une efficacité suffisante du mélangeur pour réduire l’intensité du bruit de jet aux niveaux recherchés. Il a été constaté, en effet, que l’inhomogénéité du mélange des flux peut persister sur une distance égale à plusieurs fois le diamètre de sortie de la tuyère avant de se résorber.
De nombreuses optimisations de la forme des lobes sont utilisées pour améliorer l’efficacité d’un mélangeur à lobes de type marguerite en créant le moins de perte de charge possible. La demanderesse a par exemple proposé des mélangeurs à lobes courbés dans la demande de brevet FR 2 902 469 dans le but de créer un mélange des flux dans la direction circonférentielle. Dans une autre configuration, décrite dans la demande EP 1 870 588, l’inclinaison radiale des lobes induit un mouvement giratoire global des flux qui augmente les effets de cisaillement entre les flux. 3. Objectif de l’invention
La présente invention a notamment pour objectif de proposer une alternative aux solutions existantes en vue de poursuivre l’efficacité d’un mélangeur à lobes. 4. Exposé de l’invention
On parvient à réaliser ces objectifs, conformément à l’invention grâce à un mélangeur à lobes de turbomachine, destiné à être placé à l’extrémité aval d’un capot de séparation de deux veines coaxiales interne et externe dans lesquelles circulent un flux gazeux, le mélangeur présentant un axe longitudinal et comprenant : - une première succession périphérique de lobes radiaux d’orientation générale radiale par rapport audit axe longitudinal, chaque lobe radial formant une goulotte avec un fond relié à des parois latérales, lesdits fonds présentant une ligne de fond s’étendant suivant une direction générale suivant l’axe longitudinal, et - une succession périphérique de lobes circonférentiels d’orientation générale circonférentielle par rapport à l’axe longitudinal, chaque lobe circonférentiel formant une goulotte avec un fond relié à deux parois latérales, au moins un lobe circonférentiel étant formé sur une paroi latérale d’un lobe radial, les lobes circonférentiels présentant des lignes de fond s’étendant suivant des directions générales ayant au moins une première et une deuxième inclinaisons différentes entre elles par rapport à l’axe longitudinal, les première et deuxième inclinaisons étant comprises entre les directions générales des lignes de fond des lobes radiaux. L’inclusion de la série de lobes circonférentiels dans des lobes radiaux introduit un cisaillement complémentaire entre les flux par rapport au profil de type marguerite qui correspond aux lobes radiaux. Cela augmente donc les effets de mélange du mélangeur. D’un autre point de vue, cela augmente le périmètre mouillé du mélangeur, défini comme la longueur du profil du bord de fuite du mélangeur. L’augmentation de ce périmètre mouillé est également corrélée à l’augmentation de l’efficacité du mélangeur. De plus, le fait de disposer des lobes circonférentiels avec différentes orientations/inclinaisons ainsi que les positions sur les parois des lobes radiaux permet d’adapter l’orientation du flux dévié par les lobes circonférentiels et d’optimiser davantage le mélange entre les flux gazeux.
Suivant une caractéristique de l’invention, les lignes de fond des lobes radiaux présentent alternativement une inclinaison sensiblement vers l’intérieur et vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal de manière à former respectivement des lobes intérieurs et des lobes extérieurs. En d’autres termes, les orientations générales de deux lobes radiaux successifs circonférentiellement, sont de sens opposés. Cela correspond à un mélangeur de type marguerite.
Suivant une autre caractéristique de l’invention, au moins deux lobes circonférentiels sont placés entre les fonds d’au moins deux lobes radiaux successifs circonférentiellement de manière à augmenter le périmètre mouillé.
Suivant un mode de réalisation, chaque lobe intérieur ou extérieur comporte deux lobes circonférentiels avec des lignes de fond présentant la première ou la deuxième inclinaison.
Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, deux lobes circonférentiels avec une ligne de fond s’étendant suivant la première inclinaison et deux lobes circonférentiels avec une ligne de fond s’étendant suivant la deuxième inclinaison sont disposés en alternance et successivement de manière circonférentielle.
Suivant un deuxième mode de réalisation, deux lobes circonférentiels avec les lignes de fond présentant respectivement la première ou la deuxième inclinaison sont disposés de part et d’autre d’un plan passant par la ligne de fond d’un lobe radial.
Suivant encore un autre mode de réalisation, deux lobes circonférentiels avec des lignes de fond présentant respectivement les première et deuxième inclinaisons sont disposés de part et d’autre d’un plan passant par la ligne de fond d’un lobe radial.
Suivant encore un autre mode de réalisation, le mélangeur comprend des lobes circonférentiels présentant des lignes de fond s’étendant suivant des directions générales ayant une troisième inclinaison différente des première et deuxième inclinaisons.
Selon ce mode de réalisation, les lobes circonférentiels dont les lignes de fond ont la troisième inclinaison sont disposés en alternance avec des lobes circonférentiels dont les lignes de fond ont des première et deuxième inclinaisons.
Suivant encore ce mode de réalisation, l’un des lobes circonférentiels avec des lignes de fond présentant la première, la deuxième ou la troisième inclinaison est alterné avec une périodicité sur trois lobes ou sur cinq lobes circonférentiels.
Suivant une caractéristique de l’invention, les fonds des lobes radiaux s’écartent tous d’une section circulaire commune disposée dans un plan transversal déterminé.
Suivant encore une autre caractéristique de l’invention, les fonds des lobes circonférentiels sont distincts des fonds des lobes radiaux.
Suivant encore une autre caractéristique avantageuse de l’invention, le fond d’au moins l’un desdits lobes circonférentiels pénètre dans la deuxième veine.
De même, le fond d’au moins un desdits lobes circonférentiels pénètre dans la première veine.
De préférence, mais non limitativement, les parois latérales de chaque lobe circonférentiel s’étendent entre le fond et deux bords externes, les deux bords externes et le fond étant d’orientation principalement axiale.
Avantageusement, chaque lobe est défini de manière générique comme formant une goulotte ayant des parois latérales s’étendant entre un fond et deux bords externes, le fond et les deux bords externes s’étendant suivant une direction générale d’allongement principalement axiale, tandis que le fond s’écarte des bords externes suivant une orientation du lobe, les lobes d’orientation générale formant une première série et les lobes d’orientation générale circonférentielle formant une deuxième série de taille inférieure, ledit mélangeur à lobes comprend n séries de lobes ayant une taille décroissante telles qu’au moins une des parois latérales desdits lobes de chaque série inclut elle-même au moins un lobe d’une série suivante, dont les bords externes sont distincts du fond du lobe de ladite série comportant ladite au moins une paroi latérale, n étant au moins égal à deux.
Autrement dit, chaque lobe placé sur la paroi latérale d’un lobe d’une série précédente forme un motif sensiblement comparable à celui de ce lobe mais à une échelle permettant de l’inclure sur sa paroi latérale. Du point de vue du profil transversal du mélangeur à lobes, notamment à son bord de fuite aval, la multiplication des lobes d’échelles successives augmente le périmètre mouillé, ce qui augmente l’efficacité du mélange des flux. L’invention concerne également une turbomachine comportant un mélangeur à lobes tel que décrit précédemment. 5. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels :
La figure 1 représente schématiquement et en coupe axiale une turbomachine utilisant l’invention ;
La figure 2 est une vue arrière et en perspective d’un premier mode de réalisation du mélangeur à lobes selon l’invention ;
La figure 3 illustre en perspective et de manière schématique un lobe générique pour l’invention ;
Les figures 4a, 4b, 4c représentent un lobe d’une première série avec des lobes d’une deuxième série, dans un mélangeur selon l’invention de la figure 2, vu respectivement de l’arrière, latéralement et en perspective ;
La figure 5 présente schématiquement les profils transversaux pour les lobes des figures 4a à 4c, vus axialement de l’arrière et en perspective.
Les figures 6a, 6b, 6c représentent des lobes circonférentiels avec des lignes de fond ayant des directions générales présentant des inclinaisons différentes ;
Les figures 7a et 7b représentent un autre mode de réalisation de l’invention dans lesquelles des lobes circonférentiels avec des lignes de fond présentant deux inclinaisons différentes sont agencés en alternance et successivement selon la circonférence du mélangeur ;
Les figures 8a, 8b, 9a et 9b représentent un autre mode de réalisation de l’invention avec des lobes circonférentiels avec des lignes de fond présentant trois inclinaisons différentes; et,
Les figures 10a, 10b, 11a, et 11b, représentent encore un autre mode de réalisation de l’invention avec des lobes radiaux portant chacun deux lobes circonférentiels avec des lignes de fond ayant des inclinaisons qui sont différentes. 6. Description de modes de réalisation de l’invention
Sur la figure 1 est représentée une turbomachine 1 double flux à laquelle s’applique l’invention. La turbomachine 1 présente une symétrie de révolution autour de son axe longitudinal LL’. Par convention, les notions de rayon, de plan axial et de plan transverse sont utilisées dans la suite de la description par rapport à cet axe longitudinal LL’. Par ailleurs, les notions d’amont et d’aval sont définies par rapport à l’axe longitudinal LL’ en référence au sens principal des écoulements des gaz dans la turbomachine, tel que représenté par les flèches Fo, Fi et F2.
La turbomachine comprend ici, une nacelle 2 entourant la turbomachine 1 et dans laquelle entre un flux d’air Fo. La turbomachine 1 comprend une soufflante 3 et un moteur 4 logés dans la nacelle 2. Un capot 5 centré sur l’axe longitudinal LL’ entoure le moteur 4. Le flux d’air Foest entraîné par la soufflante 3 en sortie de laquelle celui-ci se divise en un flux d’air, passant dans le moteur 4, et un flux d’air secondaire F2, passant entre la nacelle 2 et le capot 5 entourant le moteur 4. Les gaz sortant du moteur 4 forment un flux de gaz primaire F1; qui rencontre le flux d’air secondaire F2 à l’extrémité aval du capot 5 du moteur 4. Sur l’exemple présenté, bien que ce ne soit pas limitatif, le capot 5 et un corps central 6 centré sur l’axe longitudinal LL’ forment une veine primaire 7 du flux primaire F1; ayant une forme annulaire, tandis que le capot 5 et la nacelle 2 forment une veine secondaire 8 du flux secondaire F2, également annulaire. De même, ici, la confluence entre les veines 7, 8 se fait dans un conduit entouré par la nacelle 2. Toutefois, cette confluence peut se faire à l’extérieur de la nacelle 2 dans d’autres configurations de turbomachine. L’invention concerne plus particulièrement un mélangeur à lobes 9, placé ici à la confluence entre la veine primaire 7 et la veine secondaire 8.
En référence à la figure 2, le mélangeur à lobes 9 selon l’invention comporte une partie sensiblement cylindrique 9a se raccordant à l’extrémité aval du capot 5 et, en aval d’une section transversale S9, une extrémité ondulée 9b destinée à dévier les flux primaire Fi et secondaire F2 pour favoriser leur mélange. Cette extrémité ondulée 9b a un bord aval 10 formant l’extrémité aval du mélangeur 9. L’extrémité ondulée 9b comprend une pluralité de lobes radiaux et circonférentiels répartis sur toute la circonférence ou périphérie du mélangeur 9 qui sont décrits ci-après.
En référence à la figure 3, un lobe dit générique 11 peut être défini comme une partie de l’extrémité ondulée 9b du mélangeur 9, formant une goulotte ayant des parois latérales 12, 13 s’étendant longitudinalement entre une ligne de fond 14 et deux bords externes 15, 16. La ligne de fond 14 et les deux bords externes 15, 16 sont d’orientation principalement axiale par rapport à l’axe longitudinal LL’ de la turbomachine. La ligne de fond 14 suit sensiblement une direction générale d’allongement X principale. Par ailleurs, la ligne de fond 14 s’écarte des bords externes 15, 16 suivant une direction principale Y dans un plan transverse à l’axe LL’, en déterminant sensiblement l’éloignement maximal selon cette direction des parois latérales 12, 13 par rapport aux bords externes 15, 16. Cette direction principale d’écartement de la ligne de fond 14 par rapport aux bords externes 15, 16 définit l’orientation générale Y du lobe générique 11. En dehors des bords externes 15, 16, la paroi du mélangeur 9 se raccorde généralement aux parois latérales du lobe 11 en cessant de s’éloigner de la ligne de fond 14 suivant l’orientation générale Y, ce qui définit lesdits bords externes de la goulotte formée par le lobe 11. Les deux parois latérales 12, 13 se raccordent avec continuité de tangente sur la ligne de fond 14, à partir de laquelle elles s’écartent pour rejoindre les bords externes 15, 16. Elles présentent donc en général un profil transverse arrondi autour de la ligne de fond 14 mais ce n’est pas obligatoire. Sur l’exemple de la figure 3, la ligne de fond 14 et les bords externes 15, 16 rejoignent une ligne 17, située dans un plan transversal à l’axe longitudinal LL’, qui forme des bords amont des faces latérales 12, 13. De manière alternative, mais non limitativement, la ligne 17 peut prendre une autre forme ou bien ne pas exister. Dans ce cas, les bords externes 15, 16 rejoignent la ligne de fond 14 en amont. Par ailleurs, les deux parois latérales 12, 13 se terminent en aval par un bord aval appartenant à l’extrémité aval 10 du mélangeur 9. De cette manière, la goulotte formée par les deux parois latérales 12, 13 du lobe 11 permet de guider l’écoulement du flux gazeux qui passe à l’intérieur de celle-ci suivant une direction sensiblement définie par la direction générale d’allongement X de la ligne de fond, avec une orientation de pénétration Y du flux passant dans le lobe 11 vers le flux passant autour du lobe 11. En général, l’écoulement passant dans le lobe 11 est le plus fortement dévié dans la région proche de la ligne de fond 14.
Cette définition d’un lobe générique 11 va maintenant être utilisée pour décrire les différents types de lobes présents dans le mélangeur 9. Dans la description qui suit, les termes « intérieur » et « extérieur » désignent un élément du mélangeur 9 ou de son environnement respectivement proche ou éloigné de l’axe longitudinal LL’. De même, les termes « inférieur » et « supérieur » sont définis par rapport à l’axe longitudinal LL’.
Comme évoqué précédemment, et en référence à la figure 2, l’extrémité ondulée 9b du mélangeur 9 comporte, selon une première échelle de grandeur, une première succession ou série d’ondulations radiales sensiblement sinusoïdales définissant une première série de lobes radiaux 20, 21. Cette première série de lobes radiaux comprend des lobes intérieurs 20 et des lobes extérieurs 21, du type marguerite. Les lobes intérieurs 20 et les lobes extérieurs 21 du mélangeur 9 sont disposés en alternance les uns par rapport aux autres. Ceux-ci sont ici répartis de façon régulière sur toute la circonférence du mélangeur 9. Chaque lobe radial 20, 21 est défini, de manière similaire au lobe générique 11.
En particulier, le lobe intérieur 20 comprend des parois latérales 22, 23 qui se rejoignent sur une ligne de fond 24 qui s’étend vers l’intérieur, en partant vers l’aval de la section transversale S9. Cette ligne 24 suit ici une direction générale Xi se trouvant sensiblement dans un plan radial. Ici, les parois latérales 22, 23 s’écartent transversalement de la ligne de fond 24 de manière sensiblement symétrique en s’éloignant de l’axe LL’. Cela définit une orientation générale du lobe intérieur Yi sensiblement radiale, vers l’intérieur. De manière inversée, dans cette première succession périphérique de lobes radiaux, chaque lobe extérieur 21 est défini par des parois latérales 23, 22 qui se rejoignent sur une ligne de fond 25 qui s’étend ici radialement vers l’extérieur, en partant vers l’aval de la section transversale S9. Ici, les parois latérales 23, 22 s’écartent transversalement de la ligne de fond 25 de manière sensiblement symétrique en se rapprochant de l’axe LL’. Cela définit, pour le lobe extérieur 21, une direction générale X2 de la ligne de fond 25 se situant sensiblement dans un plan radial, avec une orientation générale Y2 sensiblement radiale, vers l’extérieur.
Sur l’exemple présenté, la section transversale S9 est circulaire et définit un plan transversal commun à l’axe longitudinal LL’ d’où partent les lignes de fond 24, 25 des différents lobes intérieurs 20 et extérieurs 21. Avec l’alternance des lobes intérieurs 20 et extérieurs 21 de la première série, on peut considérer ici qu’ils partagent en alternance des parois latérales 22, 23 qui s’étendent successivement entre les lignes de fond 24 des lobes 20, orientées vers l’intérieur, et les lignes de fond 25 des lobes 21, orientées vers l’extérieur.
Avantageusement, les parois latérales 22, 23 se raccordent avec continuité de tangente sur les lignes de fond 24, 25, et présentent ainsi un profil transversal arrondi à leurs extrémités. Avantageusement aussi, elles présentent une partie intermédiaire qui se raccorde aux extrémités arrondies en suivant sensiblement l’orientation d’un plan radial. Entre ces parois latérales 22, 23, les lobes intérieurs 20 et extérieurs 21 peuvent ne pas avoir la même largeur circonférentielle. Généralement, les lobes extérieurs 21 sont plus étroits que les lobes intérieurs 20.
Par ailleurs, ici, les lignes de fond 24 des lobes intérieurs 20 peuvent avoir une extension vers l’aval plus importante que les lignes de fond 25 des lobes extérieurs 21.
Dans cette première succession périphérique de lobes radiaux, les lobes intérieurs 20 font saillie radialement vers l’intérieur du capot 4, c'est-à-dire qu’ils pénètrent dans le prolongement de la veine primaire 7, tandis que les lobes extérieurs 21 font saillie radialement vers l’extérieur du capot 4, c'est-à-dire qu’ils pénètrent dans le prolongement de la veine secondaire 8. En d’autres termes, les lignes de fond 24, 25 des lobes 20, 21 radiaux présentent alternativement une inclinaison sensiblement vers l’intérieur et vers l’extérieur du mélangeur 9 par rapport à l’axe longitudinal LL’. De cette manière, les lobes extérieurs 21 guident principalement l’écoulement primaire Fi vers l’extérieur et les lobes intérieurs 20 guident principalement l’écoulement secondaire F2 vers l’intérieur. De la sorte, un cisaillement globalement radial est créé entre le flux primaire Fi et le flux secondaire F2 en sortie du mélangeur 9, favorisant le mélange.
Le mélangeur 9 comporte également une deuxième succession ou série périphérique de lobes circonférentiels 30, 31 ici d’échelle plus petite que celle des lobes radiaux 20, 21. Les lobes circonférentiels 30, 31 sont, dans le présent exemple, formés respectivement sur les faces latérales 22, 23 des lobes 20, 21 radiaux. Les lobes circonférentiels 30, 31 sont formés de manière similaire au lobe générique 11. C’est-à-dire que les lobes circonférentiels 30, 31 forment des goulottes avec des parois latérales 35, 36 relié à un fond 34 lequel présente une ligne de fond. Les lobes circonférentiels 30, 31 présentent une orientation générale Y’^ Y’2 dans la veine secondaire 8, transverse aux faces latérales 22, 23 des lobes radiaux 20, 21. Cette orientation générale Y’^ Y’2 est ici sensiblement circonférentielle.
En référence à la figure 5 montrant un lobe extérieur 21 des lobes radiaux, les parois latérales 22, 23 de ce dernier définissent, suivant une coupe transverse, un profil général P1 du lobe extérieur 21, reliant sa ligne de fond 25 aux lignes de fond 24 des lobes intérieurs adjacents, de manière continue sans présenter de point d’inflexion ou de bosse.
En référence aux figures 4a, 4b et 4c, un lobe circonférentiel 30, 31 est alors défini comme une déformation de la paroi du mélangeur 9 par rapport au profil général P1, qui s’appuie sur une paroi latérale 22. Ici, deux lignes longitudinales 32, 33 sont définies sur la paroi latérale 22, partant en amont d’un même point sur la paroi latérale 22 et rejoignant l’extrémité aval 10 du mélangeur 9 en s’écartant. Les lignes longitudinales 32, 33 forment les bords externes d’une bosse dans la paroi latérale 22, qui constitue le lobe 30 circonférentiel et donne le profil transversal P2 du lobe extérieur 21 selon l’invention, intégrant des lobes 30, 31 circonférentiels de la deuxième série. Ici, la bosse formée sur le profil général P1 par le lobe 30 circonférentiel, a sensiblement la forme d’un arc de cercle sortant du lobe extérieur 21. Le lobe 30 circonférentiel, comporte la ligne de fond 34, d’écartement maximal par rapport au profil général P1 dans la direction transverse. Cette ligne de fond 34 est dirigée vers l’extérieur du lobe extérieur 21. Par ailleurs, les deux parois latérales 35, 36, ayant cette ligne longitudinale 34 pour bord commun rejoignent les bords externes 32, 33 du lobe 30. Sur l’exemple présenté, la forme de la bosse du lobe 30 implique une discontinuité de tangente de la paroi 22 au niveau des bords externes 32, 33 du lobe 30. Les parois latérales 35, 36 du lobe circonférentiel 30 partent sensiblement à angle droit de la paroi latérale 22. Par ailleurs, les bords externes 32, 33 du lobe 30 circonférentiel sont distincts des lignes de fond 24, 25 des lobes radiaux 20, 21. De cette manière, les bords externes 32, 33 délimitent une variation de profil transversal marquée, formant la goulotte du lobe 30 dans la paroi latérale 22 entre un lobe 21 extérieur et un lobe 20 intérieur. De même, le fond 34 des lobes circonférentiels est distinct du fond des lobes radiaux. L’écartement de la ligne de fond 34 entre les deux bords externes 32, 33 a ici une direction générale d’allongement X’-ι faisant un angle avec l’axe longitudinal LL’ compris entre celui de la direction générale d’allongement Xi du fond du lobe intérieur 20 et celui de la ligne d’allongement X2 du fond du lobe extérieur 21. Cette direction générale X’1 entraîne ici une orientation générale Y< au lobe 30, vers l’extérieur du lobe extérieur 21 de la première série et sensiblement perpendiculaire au profil P1.
Un lobe circonférentiel 31 de la deuxième série, également dirigé vers l’extérieur du lobe extérieur 21, est défini de manière symétrique par rapport au lobe extérieur 21 sur l’autre paroi latérale 23 de ce dernier. Il a une direction générale d’allongement X’2 de sa ligne de fond sensiblement symétrique de celle X’1 du lobe 30 et une orientation générale Y’2 sensiblement opposée à celle Y’1 du lobe 30. L’échelle de grandeur des lobes 30, 31 circonférentiels de la deuxième série est ici déterminée par l’écartement de leurs bords externes 32, 33 sur les parois latérales 22, 23 des lobes 20, 21 radiaux, et par leur profondeur par rapport à la largeur circonférentielle des lobes intérieurs des lobes radiaux.
En référence à la figure 2, les lobes 30, 31 circonférentiels guident donc de manière transversale aux parois latérales 22, 23 des lobes 20, 21 radiaux, une partie F’i de l’écoulement primaire longeant ces parois latérales 22, 23. Elles font donc pénétrer cette partie F’-i de l’écoulement primaire dans un flux secondaire F2 guidé de façon principalement axiale par la goulotte formée par le lobe intérieur 20 radial adjacent de la première série.
Il en résulte qu’au cisaillement principal entre les flux primaire Fi et secondaire F2 s’effectuant dans une direction globalement radiale, s’ajoute, au niveau des lobes 30, 31 de la deuxième série, un cisaillement secondaire entre ces flux selon une direction circonférentielle qui permet de renforcer le mélange entre les flux. Une telle configuration permet d’augmenter le périmètre mouillé dudit mélangeur. Le périmètre mouillé est la longueur de la courbe formée par le mélangeur dans un plan transverse au niveau de sa sortie. En particulier, le profil P2 a une longueur significativement supérieure à celle du profil P1. De manière très grossière, on peut dire que cela augmente la surface de cisaillement entre les flux primaire Fi et secondaire F2. L’augmentation du périmètre mouillé permet ainsi de réduire la distance en aval du mélangeur pour obtenir un mélange homogène.
Les lobes circonférentiels 30, 31 pénètrent dans la veine secondaire 8 parce que, généralement, dans un mélangeur à lobes de type marguerite, les lobes intérieurs 20 sont moins étroits que les lobes extérieurs 21. Cependant, suivant la configuration choisie pour les lobes radiaux 20, 21, il est possible d’utiliser une variante avec des lobes de la série secondaire pénétrant dans la veine primaire 7.
Suivant l’invention, les lobes circonférentiels présentent des lignes de fond dont les directions générales ont des inclinaisons différentes entre elles par rapport à l’axe longitudinal LL’ de manière à optimiser le mélange entre les flux gazeux en adaptant l’orientation du flux F’1 dévié par les lobes circonférentiels 30, 31. En particulier, la direction générale d’allongement X’-ι des lignes de fond 34 des lobes circonférentiels 30, 31 présente des inclinaisons par rapport à l’axe LL’ comprise entre celles Xi, X2 des lignes de fond 24, 25 des lobes radiaux, ici intérieur 20 et extérieur 21.
La figure 6a montre un lobe circonférentiel 30’, situé radialement vers l’extérieur de la paroi latérale 22 d’un lobe radial. En d’autres termes, le lobe 30’ circonférentiel est disposé en partie supérieure de la paroi latérale 22 du lobe 21 radial. La ligne de fond 34 de ce lobe circonférentiel 30’ présente une première inclinaison sensiblement parallèle à l’axe LL’.
La figure 6b montre un lobe circonférentiel 30”, situé sur la paroi latérale 22 et radialement proche du fond 24 du lobe intérieur 20 adjacent. En particulier, le lobe circonférentiel 30” est situé en partie inférieure de la paroi 22 du lobe radial 21. La ligne de fond 34 de ce lobe circonférentiel 30” présente une deuxième inclinaison par rapport à l’axe longitudinal LL’. En particulier, la ligne de fond 34 de direction générale X’i est adjacente à la ligne de fond 24 de direction générale Xi du lobe radial 21. L’angle formé entre la direction générale X’i de la ligne de fond du lobe circonférentiel 30” et l’axe longitudinal LL’ est supérieur à l’angle formé entre la direction générale X’v de la ligne de fond 34 du lobe circonférentiel 30’ avec la ligne de fond présentant la première inclinaison (représentée sur la figure 6a).
Quant à la figure 6c, celle-ci montre un lobe circonférentiel 30’”, situé radialement vers le milieu de la paroi latérale 22. La ligne de fond 34 de ce lobe circonférentiel 30” a une direction générale d’allongement X’-ι présentant une troisième inclinaison par rapport à l’axe longitudinal LL’. L’angle formé entre la direction générale X’i de la ligne de fond 34 du lobe circonférentiel 30’” et l’axe longitudinal LL’ est supérieur à l’angle formé entre la direction générale X’-ι de la ligne de fond 34 du lobe circonférentiel 30” avec la ligne de fond présentant la deuxième inclinaison (représentée sur la figure 6b).
Les inclinaisons des directions générales X’i,X’2déterminent la position des lobes circonférentiels sur les parois latérales des lobes radiaux 20, 21.
Ces différentes configurations permettent de dévier des parties F’-i différentes du flux primaire passant dans le lobe extérieur 21 et aussi de faire suivre ou non à cette partie déviée du flux primaire F’i l’orientation générale des lignes de courant dans un plan radial.
En référence aux figures 7a et 7b, les lobes radiaux portent des lobes circonférentiels 30’ (représentés par des ligne en pointillé) et 30” tels que représentés sur les figures 6a et 6b. En particulier, ici, chaque lobe extérieur 21 des lobes radiaux porte deux lobes circonférentiels disposés en alternance respectivement avec des directions générales d’allongement X’-ι présentant une première et une deuxième inclinaisons par rapport à l’axe longitudinal LL’ et de manière successive. Nous pouvons également voir que deux lobes circonférentiels avec des lignes de fond présentant une première ou une deuxième inclinaison identique sont disposés de part et d’autre d’un plan P3 passant par la ligne de fond 25 d’un lobe externe 21. Dans ce cas de figures, les deux lobes circonférentiels 30’, 30” disposés sur les parois latérales des lobes intérieurs 20 ont des directions générales d’allongement X’-ι présentant des inclinaisons différentes. Suivant également un plan P4 passant par la ligne de fond 24 d’un des lobes intérieurs 20 illustrés, il est disposé deux lobes circonférentiels 30’, 30” avec des lignes de fond 34 ayant la première et la deuxième inclinaisons de part et d’autre du plan P4.
En référence aux figures 8a, 8b, 9a et 9b, les lobes radiaux 20, 21 portent des lobes circonférentiels avec des première, deuxième et troisième inclinaisons tels que représentés sur les figues 6a, 6b et 6c. Ces lobes sont représentés en ligne continue ou en pointillé pour mieux les distinguer. En particulier, deux lobes circonférentiels 30’ avec des lignes de fond 34 présentant la première inclinaison, deux lobes circonférentiels 30” avec des lignes de fond présentant la deuxième inclinaison, et deux lobes circonférentiels 30’” avec des lignes de fond 34 présentant la troisième inclinaison sont disposés en alternance et successivement de manière circonférentielle sur les lobes radiaux 20, 21.
Sur les figures 8a et 8b, deux lobes circonférentiels 30’, 30”, 30’” avec des lignes de fond 34 de chaque inclinaison sont disposés avec une alternance périodique régulière sur trois lobes radiaux 20, 21. Les lobes circonférentiels 30’ avec les lignes de fond 34 présentant la première inclinaison sont disposés régulièrement après les lobes circonférentiels 30”, 30’” présentant des lignes de fond 34 avec les deuxième et troisième inclinaisons. De même, les lobes circonférentiels 30’” présentant des lignes de fond avec la troisième inclinaison sont disposés régulièrement après les lobes circonférentiels 30’, 30” présentant des lignes de fond avec les première et deuxième inclinaisons. Dans ce cas de figure, chaque lobe extérieur 21 des lobes radiaux porte deux lobes circonférentiels avec en alternances des lignes de fond présentant une première, une deuxième et une troisième inclinaisons par rapport à l’axe longitudinal LL’ et de manière successive.
Sur les figures 9a et 9b, les lobes circonférentiels avec des lignes de fond présentant la première inclinaison sont disposés avec une alternance périodique régulière sur cinq lobes radiaux 20, 21. Plus précisément, les lobes circonférentiels 30’ avec les lignes de fond présentant la première inclinaison sont disposés régulièrement après un lobe circonférentiel 30’” avec la ligne de fond ayant la troisième inclinaison, un lobe circonférentiel 30” avec la ligne de fond présentant la deuxième inclinaison et un lobe circonférentiel 30’” avec la ligne de fond présentant la troisième inclinaison.
Sur les figures 10a, 10b, 11a, et 11b, les parois latérales de chaque lobe radial 20, 21 portent des lobes circonférentiels 30’, 30” avec des lignes de fond 34 présentant des première et deuxième inclinaisons différentes sont disposés de part et d’autre d’un plan P passant respectivement par la ligne de fond 24, 25 des lobes radiaux 20, 21. Nous apercevons sur les figures 10a et 10b que les parois latérales des lobes extérieurs 21 situées à gauche du plan P, portent un lobe circonférentiel 30’ avec une ligne de fond présentant la première inclinaison tandis que les parois latérales des lobes extérieurs 21 situés à droite du plan P portent des lobes circonférentiels 30” avec les lignes de fond présentant la deuxième inclinaison.
Suivant la variante illustrée sur les figures 11a et 11b, les parois latérales des lobes extérieurs situés à gauche du plan P, portent un lobe circonférentiel 30” avec les lignes de fond présentant la deuxième inclinaison tandis que les parois latérales des lobes externes 21 situés à droite du plan P portent des lobes circonférentiels 30’ avec les lignes de fond présentant la première inclinaison. Il est bien entendu possible de disposer les lobes circonférentiels 30’, 30”, avec des lignes de fond 34 présentant une première ou une deuxième inclinaison sur une des parois latérales et un lobe circonférentiel 30’” avec une ligne de fond 34 présentant la troisième inclinaison sur l’autre paroi latérale du lobe radial 20, 21. D’autres modes de réalisations conformes à l’invention sont possibles.
Par ailleurs, des variantes peuvent également être envisagées en faisant varier la taille des lobes 30, 31 de la deuxième série par rapport aux faces latérales 22, 23 des lobes de la première série. Il est ainsi possible de mettre plusieurs lobes de la deuxième série sur les faces latérales 22, 23 des lobes de la première série.
La multiplication des lobes secondaires, de la deuxième série et éventuellement de série de rangs plus élevés, permet d’augmenter le périmètre mouillé du mélangeur, ce qui, comme évoqué plus haut, améliore l’efficacité de ce dernier.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Mélangeur à lobes (9) de turbomachine (1), destiné à être placé à l’extrémité aval d’un capot (5) de séparation de deux veines coaxiales interne (7) et externe (8) dans lesquelles circulent un flux gazeux (F1: F2), le mélangeur (9) présentant un axe longitudinal (LL’) et comprenant : - un bord aval (10) formant l’extrémité aval du mélangeur (9), - une première succession périphérique de lobes radiaux (20, 21) d’orientation générale radiale par rapport à l’axe longitudinal (LL’), chaque lobe radial (20, 21) formant une goulotte avec un fond (24, 25) relié à des parois (22, 23) latérales avec des extrémités aval, lesdits fonds (24, 25) présentant une ligne de fond s’étendant suivant une direction générale (Xi, X2) suivant l’axe longitudinal (LL’), et - une succession périphérique de lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31’) d’orientation générale circonférentielle par rapport à l’axe longitudinal (LL’), chaque lobe circonférentiel (30, 31, 31’, 31”, 3Γ”) formant une goulotte avec un fond (34) relié à deux parois (35, 36) latérales avec des extrémités aval, au moins un lobe circonférentiel (30, 30’, 30”, 30”, 3Γ) étant formé sur une paroi latérale (22, 23) d’un lobe radial (20, 21), les extrémités aval des parois latérales (22, 23) des lobes radiaux et les extrémités aval des parois latérales (35, 36) des lobes circonférentiels formant le bord aval (10), caractérisé en ce que les lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31 ’) présentent des lignes de fond (34) s’étendant suivant des directions générales (X’i, X’2) ayant respectivement au moins une première et une deuxième inclinaisons différentes entre elles et par rapport à l’axe longitudinal (LL’) dans un plan radial contenant les directions (X’i, X’2) et l’axe longitudinal, les première et deuxième inclinaisons étant comprises entre les directions générale (Χ-ι, X2) des lignes de fond (24, 25) des lobes radiaux (20, 21) dans ledit même plan radial.
- 2. Mélangeur à lobes (9) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins deux lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31’) sont placés entre les fonds (24, 25) d’au moins deux lobes radiaux (20, 21) successifs circonférentiellement.
- 3. Mélangeur à lobes (9) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lignes de fond (24, 25) des lobes radiaux (20, 21) présentent alternativement une inclinaison sensiblement vers l’intérieur et vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal (LL’) de manière à former respectivement des lobes intérieurs (22) et des lobes extérieurs (21).
- 4. Mélangeur à lobes (9) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 3Γ) avec des lignes de fond (34) présentant la première inclinaison et deux lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31’) avec des lignes de fond présentant la deuxième inclinaison sont disposés en alternance et successivement de manière circonférentielle.
- 5. Mélangeur à lobes (9) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque lobe extérieur (21) comporte deux lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 3Γ) avec des lignes de fond (34) présentant la première ou la deuxième inclinaison.
- 6. Mélangeur à lobes (9) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 3Γ) dont les lignes de fond (34) présentent respectivement de manière identique la première inclinaison ou la deuxième inclinaison sont disposés de part et d’autre d’un plan (P3) passant par la ligne de fond (25) d’un lobe extérieur (21).
- 7. Mélangeur à lobes (9) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que deux lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31’) dont les lignes de fond (34) présentent respectivement des première et deuxième inclinaisons différentes sont disposés de part et d’autre d’un plan (P4) passant par la ligne de fond (24, 25) d’un lobe intérieur (20).
- 8. Mélangeur à lobes (9) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31 ’) présentant des lignes de fond (34) s’étendant suivant des directions générales ayant une troisième inclinaison différente des première et deuxième inclinaisons.
- 9. Mélangeur à lobes (9) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31’) dont les lignes de fond (34) présentent la troisième inclinaison sont disposés en alternance avec des lobes circonférentiels (30, 30’, 30”, 30”, 31’) dont les lignes de fond (34) présentent les première et deuxième inclinaisons.
- 10. Mélangeur à lobes (9) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fonds des lobes radiaux (20, 21), s’écartent tous d’une section circulaire commune disposée dans un plan transversal déterminé.
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