FR3070184A1 - Systeme de diffusion d'air chaud au col d'une tuyere secondaire convergente-divergente - Google Patents
Systeme de diffusion d'air chaud au col d'une tuyere secondaire convergente-divergente Download PDFInfo
- Publication number
- FR3070184A1 FR3070184A1 FR1757777A FR1757777A FR3070184A1 FR 3070184 A1 FR3070184 A1 FR 3070184A1 FR 1757777 A FR1757777 A FR 1757777A FR 1757777 A FR1757777 A FR 1757777A FR 3070184 A1 FR3070184 A1 FR 3070184A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- nozzle
- diffuser
- vein
- primary
- neck
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
- F02K3/08—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan with supplementary heating of the working fluid; Control thereof
- F02K3/105—Heating the by-pass flow
- F02K3/115—Heating the by-pass flow by means of indirect heat exchange
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
- F02K1/38—Introducing air inside the jet
- F02K1/386—Introducing air inside the jet mixing devices in the jet pipe, e.g. for mixing primary and secondary flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
- F02K1/46—Nozzles having means for adding air to the jet or for augmenting the mixing region between the jet and the ambient air, e.g. for silencing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K3/00—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
- F02K3/08—Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan with supplementary heating of the working fluid; Control thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
- F02K1/28—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto using fluid jets to influence the jet flow
- F02K1/34—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto using fluid jets to influence the jet flow for attenuating noise
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
- F02K1/46—Nozzles having means for adding air to the jet or for augmenting the mixing region between the jet and the ambient air, e.g. for silencing
- F02K1/48—Corrugated nozzles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/10—Stators
- F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
- F05D2240/128—Nozzles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
Abstract
L'invention concerne un ensemble pour arrière de turbomachine (10) ayant un axe longitudinal (X), comprenant : - une veine primaire (Vp), définie à son extrémité avale par une tuyère primaire (11), - un tuyère secondaire (110) définissant une portion de veine secondaire (Vs) et où peuvent se rejoindre les flux issus de la veine secondaire (Vs) et la veine primaire (Vp), la tuyère étant de forme convergente-divergente avec un col (112) correspondant à une section minimale de la tuyère, - un système de diffusion (200) d'air chaud comprenant un prélèvement (210) situé dans un élément définissant une portion de la veine primaire (Vp), et configuré pour prélever du flux circulant dans la veine primaire (Vp) ; un diffuseur (220) positionné sur une au moins une portion de la circonférence interne de la tuyère secondaire (110) longitudinalement au niveau du col (112) et/ou entre le bord de fuite (120) de la veine primaire (Vp) et ledit col (112) ; une canalisation (230), traversant la veine secondaire (Vs), et reliant le prélèvement (210) au diffuseur (220).
Description
Système de diffusion d'air chaud au col d'une tuyère secondaire converaente-diveraente
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention se rapporte au domaine de la réduction du bruit pour une turbomachine à flux mélangés. Elle concerne plus particulièrement à l'arrière corps d'un turboréacteur, où le flux primaire en sortie du moteur et le flux secondaire se mélangent à l'intérieur d'une tuyère secondaire, pour former un jet propulsé dans l'air externe.
Le domaine des turbomachines concernées est ainsi relatif aux tuyères LDMF (« long duct mixed-flow »), c'est-à-dire une tuyère secondaire s'étendant au-delà du mélange des flux.
L'invention concerne en particulier les solutions apportées aux problématiques d'acoustique dans le cadre de tuyère secondaire dite convergente-divergente.
ETAT DE L'ART
Dans le cadre des tuyères secondaire dite convergente-divergente, une source de bruit vient du fait qu'une poche de Mach est présente au niveau du col de la tuyère.
En effet, l’interaction entre la turbulence issue du mélange des deux flux et les zones d’écoulement supersonique dans la tuyère est une source de bruit haute fréquence. Ce phénomène peut apparaître notamment lorsque la tuyère commence à s'amorcer.
Ce phénomène s'observe plus nettement lorsqu'un mélangeur à lobes est installé à la confluence des flux primaire et secondaire. On se réfère aux demandes FR.2902469 ou EP1870588 pour les mélangeurs, ainsi qu'au document WO2015/036684 qui propose une solution à l'aide de chevrons situés sur le bord de fuite de la tuyère.
Toutefois, la présente invention se place dans le cadre des tuyères dites convergentes-divergentes. Ces dernières permettent d'améliorer les performances des tuyères à flux mélangés, notamment en augmentant la taille du convergent-divergent (ratio appelé « CVDC » et référencé classiquement A9/A8 - voir figure 1, où sont illustrés une tuyère 110, un bord de fuite 114 et un col 112 et les sections respectifs Sf/Sc). Une tuyère convergente-divergente, par définition, présente une section minimale dont le positionnement axial ne coïncide pas avec l'une des extrémités du conduit. L'utilisation d'une tuyère secondaire convergente-divergente a deux avantages : elle permet de modifier sensiblement le coefficient de débit à faible taux de détente et améliorer la performance de la tuyère. Cette augmentation est bénéfique pour la performance du moteur mais elle est pénalisante acoustiquement.
Comme indiqué précédemment, on observe au niveau du col l'apparition d'une poche de Mach (voir figure 2, où les deux courbes représentent le bruit avec mélangeur en trait plein et sans mélangeur en trait pointillé en abscisse la fréquence F et en ordonnée le niveau de pression sonore SPL pour Sound Pressure Levet, en décibel). Les turbulences issues du mélange des deux flux et la poche de Mach provoquent l'apparition de bruits indésirables.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention vise à réduire les conséquences acoustiques précités, dans le cadre de tuyère secondaire convergente-divergente.
Pour cela, l'invention concerne un ensemble pour arrière de turbomachine ayant un axe longitudinal, comprenant :
- une veine primaire, définie à son extrémité avale par une tuyère primaire,
- un tuyère secondaire définissant une portion de veine secondaire et où peuvent se rejoindre les flux issus de la veine secondaire et la veine primaire, la tuyère étant de forme convergente-divergente avec un col correspondant à une section minimale de la tuyère,
- un système de diffusion d'air chaud comprenant :
un prélèvement situé dans un élément définissant une portion de la veine primaire, et configuré pour prélever du flux circulant dans la veine primaire, un diffuseur positionné sur une au moins une portion de la circonférence interne de la tuyère secondaire longitudinalement au niveau du col et/ou entre le bord de fuite de la veine primaire et ledit col, une canalisation, traversant la veine secondaire, et reliant le prélèvement au diffuseur.
L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le diffuseur comprend une grille d'éjection,
- le système de diffusion comprend des moyens de ralentissement de la vitesse de l'air disposé entre le prélèvement et le diffuseur,
- l'ensemble comprend un bras structural traversant la veine secondaire à l'intérieur duquel passe la canalisation,
- le prélèvement se situe en amont du bras structural, pour suivre le sens naturel d'écoulement,
- le prélèvement est positionné dans la tuyère primaire,
- la veine primaire comprend un étage de turbine et le prélèvement se trouve en aval de l'étage de turbine,
- le prélèvement se fait à l'aide d'une écope rétractable ou bien à l'aide d'une grille,
- le diffuseur s'étend longitudinalement selon une certaine distance.
- le diffuseur comprend une pluralité de segments diffuseur espacés les uns des autres le long de la circonférence interne de la tuyère secondaire,
- l'ensemble comprend en outre un mélangeur à lobes présentant une alternance de lobes chauds s'étendant à l'intérieur de la veine secondaire et de lobes froids s'étendant à l'intérieur de la veine primaire,
- l'ensemble comprend un même nombre de lobes chauds que de segments,
- les segments diffuseurs sont positionnés radialement en regard des lobes chauds, au décalage longitudinal près.
- le diffuseur s'étend en aval du col sur une distance inférieure ou égale à 20% du diamètre de la tuyère secondaire au col et/ou dans lequel le diffuseur s'étend en amont du col sur une distance inférieure ou égale à une fois le diamètre de la tuyère secondaire au col,
- le diffuseur est intégré dans la tuyère secondaire de façon à ce que la surface interne d'écoulement soit continue pour ne pas perturber le flux,
- le ratio entre la section au bord de fuite de la tuyère secondaire et la section au col de la tuyère secondaire est compris entre 1 et 1,05.
L'invention concerne aussi une turbomachine double-flux comprenant un ensemble tel que décrit précédemment.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 illustre le principe général d'une tuyère convergentedivergente,
- La figure 2 illustre des spectres de bruit (en décibel) d'une turbomachine avec et sans mélangeur à lobes,
- Les figures 3 et 4 illustrent une version schématique en deux dimensions et une vue tridimensionnelle simplifiée de l'invention, dans le cas d'un arrière corps de turbomachine avec mélangeur,
- La figure 5 illustre une grille de diffuseur.
DESCRIPTION DETAILLEE
L'invention va à présent être décrite en relation avec les figures 3 à 5.
L'arrière corps de turbomachine 100 concerné appartient à une turbomachine 10 à double-flux, comprenant une veine primaire Vp et une veine secondaire Vs. On parlera de veine pour le volume au travers duquel circule un flux. Dans la veine primaire Vp circule donc le flux primaire et dans la veine secondaire Vs circule donc le flux secondaire.
La turbomachine 10 est agencée autour d'un axe longitudinal X. On définit l'abscisse comme la position le long de cet axe longitudinal X.
Au sein de la veine primaire Vp, la turbomachine 10 comprend des éléments classiques connus de l'homme du métier, comme un ou plusieurs étages de compression, une chambre de combustion et enfin un ou plusieurs étages de turbines, qui entraînent notamment les compresseurs et aussi un fan, qui permet d'alimenter la veine secondaire Vs et fournit l'essentiel de la poussée. A l'extrémité avale, la veine primaire Vp est définie par une tuyère primaire 11, qui permet l'éjection du flux primaire. La tuyère primaire 11 peut être formée de plusieurs pièces distinctes.
De la même façon, au sein de la veine secondaire Vs, la turbomachine 10 intègre des éléments classiques connus de l'homme du métier. En particulier, à l'extrémité avale, la veine secondaire est définie par une tuyère 110, dite tuyère secondaire. Dans le cas des turbomachines LDMF, elle s'étend en aval au-delà de la tuyère primaire 11. Par conséquent, la tuyère secondaire 110 éjecte le flux secondaire, mélangé au flux primaire.
Cette tuyère secondaire 110 est convergente-divergente. Comme indiqué en introduction, cela signifie que le rayon (ou le diamètre) de la tuyère diminue puis augmente à nouveau, dans le sens d'écoulement du flux. La conséquence directe est que la section d'écoulement diminue puis augmente à nouveau.
On appelle « col » 112 de la tuyère secondaire la partie de la tuyère 110, à une abscisse xcoi, où cette section est minimale.
Le ratio de convergence-divergence est typiquement compris entre 100% et 105% (ratio de la section au bord de fuite 114 sur la section au col 112 : Sf/Sc).
La tuyère 110 est généralement formée d'une paroi interne 110a et d'un capot externe 110b, qui définissent un volume 111 entre eux.
L’arrière corps de turbomachine 100 peut comporter en outre un corps central 12 limitant l’extension radiale de la veine primaire Vp à l’intérieur de la tuyère 110. Ce corps central 12 n’est pas concerné par l’invention. Il est situé sur l'axe longitudinal X et s'arrête généralement après un bord de fuite 120 de la tuyère primaire.
Des bras structuraux 13 sont prévus, pour maintenir en position les deux veines Vp et Vs. Ces bras structuraux 13 servent généralement au passage de servitude, et peuvent être intégrés dans un redresseur de flux par exemple.
La tuyère primaire 11 comprend donc un bord de fuite 120, à une abscisse xp en amont de l'abscisse xcoi. Le corps central 12, s'il est présent, s'étend au-delà longitudinalement du bord de fuite 120, c'est-àdire en aval de l'abscisse xp.
Ce bord de fuite 120 peut avoir, dans une section orthogonale à l'axe X, une forme circulaire.
Alternativement, comme illustré sur les figures 3 et 4, la tuyère primaire 11 peut se terminer par un mélangeur à lobes 130 qui a pour fonction, comme indiquée en introduction, de mélanger les flux primaires et secondaires avant qu'ils ne soient complètement éjectés de la tuyère secondaire 110. En référence à la figure 3, le mélangeur à lobes 130 est une pièce profilée prolongeant à l’intérieur de la tuyère secondaire 110, les parois définissant à l'intérieur la veine primaire Vp et à l'extérieur la veine secondaire Vs. Les mélangeurs peuvent avoir les lobes symétriques et périodiques, ou bien non symétriques et/ou non périodiques. L’épaisseur du bord de fuite 120 du mélangeur 130 est généralement faible pour éviter un effet de culot entre les deux flux. Le mélangeur à lobes 130 s'arrête généralement à une distance significative de l'extrémité aval de la tuyère secondaire 110 pour permettre au mélange de flux de s'homogénéiser. On rappelle que l'invention se place dans les cadres des turbomachines LDMF (« long duct - mixed flow »).
Comme visible sur la figure 4, un exemple de mode de réalisation du mélangeur 130 est constitué avec des lobes symétriques, périodiques en azimut autour de l'axe longitudinal X. Sur cet exemple, la ligne de bord de fuite 120 a une forme tridimensionnelle ondulée en azimut et régulière qui passe périodiquement par un point bas 132 de rayon minimum et un point haut 134 de rayon maximum.
Sur l'exemple présenté, les évolutions du bord de fuite 120 du mélangeur 130 sont périodiques. De cette manière, la surface moyenne entre la paroi radialement externe et la paroi radialement interne du mélangeur 130 fait des ondulations périodiques en azimut autour de l'axe longitudinal X qui créent, du côté du flux primaire sous les points hauts 134 du bord de fuite 120, des lobes divergents (dits lobes chauds et référencés 134 par simplification), et créent, du côté du flux secondaire au-dessus des points bas 132 du bord de fuite 120, des lobes convergents (dit lobes froids et référencés 132 par simplification).
Sur l'exemple présenté, l'abscisse xp sur l'axe longitudinal X qui détermine l'extension maximale du mélangeur à lobes 6 en aval correspond aux points hauts des lobes chauds. Par l'abscisse xp passe un plan d'éjection, c'est-à-dire un plan à partir duquel le flux d'air est éjecté des lobes chauds. Pour des raisons de simplicité, lorsque des considérations positionnement sont impliquées, on considérera que le bord de fuite correspond au point haut des lobes chauds. Ainsi, le plan comprenant le bord de fuite d'une tuyère primaire sans mélangeur est identique au plan d'éjection du mélangeur. Cet exemple de réalisation de mélangeur, comporte dix-huit lobes chauds symétriques autour du plan axial passant par leur milieu et répartis de manière périodique.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, on peut envisager de définir un mélangeur à lobes 130 en modifiant son extension axiale, le taux de pénétration des lobes (déterminé essentiellement par les rayons des points hauts 134 et bas 132 du bord de fuite 120), la forme de ce bord de fuite 120, ainsi que le nombre de lobes. Les lobes peuvent également ne pas présenter de plans axiaux de symétrie. De même, bien que la répartition des lobes soit essentiellement périodique, cette périodicité peut être localement affectée en modifiant la forme de certains lobes, par exemple pour adapter le mélangeur 130 à un passage de pylône.
Le mélangeur à lobe 130 favorise le mélange des flux primaire Vp et secondaire Vs dans la veine à l’intérieur de la tuyère secondaire 110, notamment en provoquant des cisaillements et des tourbillons à l’interface entre les flux.
A présent que le cadre général a été décrit, les moyens de l'invention vont être explicités.
L'arrière corps de turbomachine 10 comprend un système de diffusion d'air chaud 200 dans la tuyère secondaire 110 qui sert à réchauffer le flux traversant la tuyère secondaire 110, et plus spécifiquement le flux d'air qui traverse la ou les poches de Mach situé au niveau du col 112, à proximité de la paroi interne de la tuyère 110.
Ce système 200 comprend plusieurs éléments.
Un prélèvement 210 est prévu, dans la veine primaire Vp, afin de prélever une fraction du flux primaire. Le flux primaire est chaud.
Un diffuseur 220 est prévu, sur au moins une portion d'une circonférence interne de la tuyère 110. Longitudinalement, le diffuseur se situe au niveau du col 112, ou en amont du col 112, c'est à dire entre ledit col 112 et le bord de fuite 120 de la veine primaire Vp (c'est-à-dire le plan d'éjection du mélangeur 130 lorsqu'il y en a un).
Enfin, une canalisation 230 permet de relier fluidiquement le prélèvement 210 dans la veine primaire Vp au diffuseur 220 de la tuyère 110. La canalisation 230 traverse la veine secondaire Vs.
Ce système de diffusion 220 a pour unique fonction de réchauffer l'air, et non pas de perturber l'écoulement, comme les solutions dit « microjets » le proposent (voir FR.3016411 ou FR.2975135). Il ne s'agit pas donc pas d'un système « d'injection », qui sous-entend que le flux injecté vient perturber volontairement l'écoulement, mais de « diffusion ».
Une pluralité de prélèvement 220 peut être prévue, réparties sur une circonférence de la veine primaire Vp. Cela permet de mieux répartir le prélèvement et la diffusion dans le diffuseur 220. De la même façon, une pluralité de canalisation 230 est prévue.
Afin de limiter au maximum les perturbations aérodynamiques, la canalisation 230 passe par un bras structural 13. La canalisation se prolonge ensuite dans le volume 111 entre la paroi interne 110a et le capot externe 110b de la tuyère 110. Lorsqu'une pluralité de canalisations 130 est prévue, elles peuvent passer au travers d'une pluralité d'arbres structuraux 13, soit en nombre égal, soit en nombre inférieur, en regroupant les flux de plusieurs prélèvement au sein de la même canalisation 130 si on souhaite prévoir d'avantage de prélèvements 210 qu'il n'y a d'arbres structuraux 13.
Toujours dans le même but de ne pas perturber l'écoulement du flux dans la tuyère, le diffuseur 220 est intégré dans la tuyère 110 afin que sa présence physique ne perturbe pas l'écoulement du flux d'air.
Des moyens d'obturation sont prévus pour bloquer le prélèvement, de sorte qu'il s'agit d'un système actif. En effet, il est préférable de pouvoir désactiver ce système lors des phases de croisière. Les moyens d'obturation sont préférablement disposés au niveau du prélèvement 210, afin d'obturer l'entrée du conduit 230 pour ne pas générer de phénomènes d'impasse.
Le diffuseur peut s'étendre sur toute la circonférence interne de la tuyère, néanmoins, il peut ne s'étendre que sur des portions de la circonférence interne, dans les zones spécifiques (voir infra). Longitudinalement, il s'étend sur une certaine distance.
Le but est que la zone de contact entre les sillages des lobes chauds du mélangeur et les poches de mach soit réchauffée, de façon à limiter les effets acoustiques. Pour cette raison, comme la poche de Mach se situe au niveau du col 112, il n'est pas utile que les diffuseurs 220 s'étendent beaucoup en aval du col 112. Une extension longitudinale en aval du col longueur inférieure à 0,2xDCOi, où Dcoi est le diamètre de la tuyère 110 à l'abscisse xcoi, est préférable.
Inversement, réchauffer en amont du col 112 permet d'échauffer le flux pour la poche de Mach. Les diffuseurs 220 peuvent ainsi s'étendre longitudinalement, depuis le col 112, jusqu'à 1xDCOi en amont ou moins.
Comme indiqué précédemment, le diffuseur 220 peut être positionné en amont du col 112. Dans cette configuration, on privilégie un diffuseur 220 qui ne s'étend pas longitudinalement plus en amont que 1xDCOi à partir du col 112. Préférablement, on implémente un diffuseur qui diffuse sur le col et en amont du col, jusqu'à 1xDCOi en amont du col 112.
Le diffuseur 220 a pour fonction de réchauffer l'air en injectant un air plus chaud, sans perturber l'écoulement. En effet, le diffuseur 220 ne fonctionne pas comme une buse. Dans un mode de réalisation commode, le diffuseur 220 comprend une grille 221, constitué d'une pluralité d'orifices (voir figure 5). Cette pluralité d'orifices permet de répartir la diffusion d'air et le diffuser dans la veine de la tuyère 110.
Le dimensionnement du prélèvement 210 et du diffuseur 220, dont la section efficace est largement supérieure à celle du prélèvement 210 assure une diminution importante de la vitesse du flux d'air.
Si cela n'est pas suffisant, afin d'éviter tout effet d'injection forcée, le système de diffusion 200 peut comprendre des moyens de ralentissement du flux d'air, comme des grilles internes, des chicanes ou autres, par exemple ménagés à l'intérieur de la canalisation 230.
Le prélèvement d'air 210 au sein du flux primaire Vp doit être le plus faible possible. Il est déterminé en fonction de sa position longitudinale, de la surface du diffuseur 220 et de l'élévation de température souhaité au niveau de la poche de Mach (à une température externe fixée).
Le prélèvement d'air 210 peut être effectué à divers emplacements longitudinaux de la turbomachine.
Le prélèvement 210 se fait en amont du bord de fuite de la veine primaire Vp. Lorsqu'un mélangeur 130 est prévu, le prélèvement 210 se fait en amont du mélangeur, i.e. en amont du début des lobes chauds et froids.
Préférablement, la distance longitudinale entre le bord de fuite de la veine primaire Vp (c'est-à-dire le plan d'éjection lorsqu'il y a un mélangeur 130) et le prélèvement est supérieure à la distance longitudinale entre le bord de fuite de la veine primaire Vp (ou le plan d'éjection) et le col 112.
Dans un mode de réalisation, le prélèvement se situe en aval d'un étage de turbine. Pour cela, il peut être en aval de la turbine basse-pression, ou en entre la turbine basse-pression et la turbine haute-pression. Ici, l'air sort de la chambre de combustion : il est donc chaud.
Dans un autre mode de réalisation, le prélèvement peut se faire dans les étages de compression, où l'air est chauffé du fait de la compression.
Alternativement, l'air peut être prélevé dans des zones plus froides. On dispose alors un échangeur pour le réchauffer (à huile ou électrique).
Dans un mode de réalisation, le prélèvement d'air 210 se fait simplement par une ouverture dans un élément formant la veine primaire Vp, avec préférablement une grille. La pression étant supérieure dans le flux primaire à la pression au niveau du diffuseur 220, l'air va naturellement circuler.
Dans un autre mode de réalisation, le prélèvement d'air 210 se fait avec une écope située dans un élément formant la veine primaire Vp, c'est-àdire une pièce s'étendant à l'intérieur de la veine primaire Vp, dans le flux primaire, et entraîne une fraction du flux vers la canalisation 230.
Afin de rendre le système actif, c'est-à-dire notamment désactivable, des moyens de désactivation du prélèvement peuvent être prévus, soit sous la forme d'un obturateur de l'ouverture, soit sous la forme d'une écope rétractable, pour s'intégrer dans l'élément formant la veine primaire Vp. Les moyens de désactivation peuvent ainsi faire office de moyens de blocage précités.
Un mode de réalisation particulier du système de diffusion, et plus particulièrement des diffuseurs 220 est lié à la présence du mélangeur à lobe 130.
Le mélangeur à lobe 130, qui présente des lobes chauds 134 et des lobes froids 132, provoque différents sillages qui ne suivent pas le même parcours. En l'espèce, il s'agit surtout des sillages issus des lobes chauds 134 qui ont besoin d'être réchauffés par le système de chauffage 140.
Pour cela, afin d'économiser de l'énergie et d'optimiser la mise en place du système de diffusion d'air chaud ce dernier peut comprendre une pluralité de segments diffuseurs 224, 226, disposés à distance les uns des autres sur la circonférence de la tuyère 110 (voir figure 4).
Chaque segment diffuseur 224, 226 est situé en regard d'un lobe chaud 134. Cela signifie que, au décalage longitudinal près, il y a un segment diffuseur 224 situé dans le prolongement radial d'un lobe chaud 134. En d'autres termes, les segments diffuseurs 224 et les lobes chauds 134 sont aux mêmes azimuts.
La largeur du segment diffuseur 224, 226 peut être égale à une projection radiale du lobe sur la circonférence interne de la tuyère (c'est-à-dire par projection orthogonale depuis un point de l'axe longitudinal X), ou bien environ égale à la moitié de cette projection radiale, ou bien encore égale à la largeur du lobe ou bien toute dimension du même ordre de grandeur (pour autant que les segments soit suffisamment étroits pour s'assurer qu'ils sont espacés les uns des autres, voir figure 4).
En tout état de cause, on privilégie les assemblages symétriques, c'està-dire que le sommet du lobe chaud 134 est radialement aligné avec le centre du diffuseur 224.
On compte ainsi préférablement autant de segments diffuseurs 224, 226 que de lobes chauds 134.
Cette configuration évite d'utiliser de l'énergie pour chauffer le sillage issu des lobes froids, qui sont moins générateurs de bruits dans les poches de Mach.
Une augmentation de la température localement de 50°K permet par exemple de faire baisser le Mach entre 0,90 et 0,95, par rapport à un Mach de 1 pour une température de 320°K.
Le système de diffusion 200 présenté permet de gagner jusqu'à 1 EPNdB en cumulé.
Le système de diffusion 200 peut être activé sur les points de certification acoustique et désactivé lors des phases de croisière, pour ne pas impacter la performance du moteur, notamment en phase de croisière. En réchauffant au col et généralement en amont du col, on obtient un effet progressif performant et le risque de bruit parasite est diminué.
Enfin, le système de diffusion 200 peut être utilisé avec tout type de bord de fuite de tuyère secondaire. En effet, celui-ci n'étant pas disposé en aval du col (ou d'une façon limitée), les différentes technologies de bord de fuite de tuyère, comme les chevrons décrits dans le document WO2015/036684 peuvent être implémentés sans difficulté pour améliorer encore les performances acoustiques de la turbomachine.
Claims (13)
1. Ensemble pour arrière de turbomachine (10) ayant un axe longitudinal (X), comprenant :
- une veine primaire (Vp), définie à son extrémité avale par une tuyère primaire (11),
- un tuyère secondaire (110) définissant une portion de veine secondaire (Vs) et où peuvent se rejoindre les flux issus de la veine secondaire (Vs) et la veine primaire (Vp), la tuyère étant de forme convergentedivergente avec un col (112) correspondant à une section minimale de la tuyère, caractérisée en ce que l'ensemble comprend un système de diffusion (200) d'air chaud comprenant :
- un prélèvement (210) situé dans un élément définissant une portion de la veine primaire (Vp), et configuré pour prélever du flux circulant dans la veine primaire (Vp),
- un diffuseur (220) positionné sur au moins une portion de la circonférence interne de la tuyère secondaire (110) longitudinalement au niveau du col (112) et/ou entre le bord de fuite (120) de la veine primaire (Vp) et ledit col (112),
- une canalisation (230), traversant la veine secondaire (Vs), et reliant le prélèvement (210) au diffuseur (220).
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le diffuseur (220) comprend une grille d'éjection (221).
3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de diffusion (200) comprend des moyens de ralentissement de la vitesse de l'air disposé entre le prélèvement (210) et le diffuseur (220).
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un bras structural (14) traversant la veine secondaire (Vs) à l'intérieur duquel passe la canalisation (230).
5. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le prélèvement (210) se situe en amont du bras structural (13), pour suivre le sens naturel d'écoulement.
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le prélèvement (220) se fait à l'aide d'une écope rétractable ou bien à l'aide d'une grille.
7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diffuseur (220) comprend une pluralité de segments diffuseurs (224, 226) espacés les uns des autres le long de la circonférence interne de la tuyère secondaire (110).
8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un mélangeur à lobes (130) présentant une alternance de lobes chauds (134) s'étendant à l'intérieur de la veine secondaire (Vs) et de lobes froids (132) s'étendant à l'intérieur de la veine primaire (Vp).
9. Ensemble selon les revendications 7 et 8, dans lequel les segments diffuseurs (224, 226) sont positionnés radialement en regard des lobes chauds (134), au décalage longitudinal près.
10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diffuseur (220) s'étend en aval du col sur une distance inférieure ou égale à 20% du diamètre de la tuyère secondaire (110) au col (112) et/ou dans lequel le diffuseur (220) s'étend en amont du col sur une distance inférieure ou égale à une fois le diamètre de la tuyère secondaire (110) au col (112).
11. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diffuseur (220) est intégré dans la tuyère secondaire (110) de façon à ce que la surface interne d'écoulement soit continue
5 pour ne pas perturber le flux.
12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ratio entre la section au bord de fuite (114) de la tuyère secondaire (110) et la section au col (112) de la tuyère secondaire (110)
10 est compris entre 1 et 1,05.
13. Turbomachine double-flux (10) comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1757777A FR3070184B1 (fr) | 2017-08-21 | 2017-08-21 | Systeme de diffusion d'air chaud au col d'une tuyere secondaire convergente-divergente |
| US16/105,159 US10995702B2 (en) | 2017-08-21 | 2018-08-20 | Heating system for convergent-divergent secondary nozzle |
| CN201810952234.4A CN109424370B (zh) | 2017-08-21 | 2018-08-21 | 用于收敛-发散型次级喷嘴的加热系统 |
| EP18190107.5A EP3447271B1 (fr) | 2017-08-21 | 2018-08-21 | Système de chauffage pour tuyère secondaire convergente-divergente |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1757777 | 2017-08-21 | ||
| FR1757777A FR3070184B1 (fr) | 2017-08-21 | 2017-08-21 | Systeme de diffusion d'air chaud au col d'une tuyere secondaire convergente-divergente |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3070184A1 true FR3070184A1 (fr) | 2019-02-22 |
| FR3070184B1 FR3070184B1 (fr) | 2019-08-23 |
Family
ID=60765762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1757777A Active FR3070184B1 (fr) | 2017-08-21 | 2017-08-21 | Systeme de diffusion d'air chaud au col d'une tuyere secondaire convergente-divergente |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10995702B2 (fr) |
| FR (1) | FR3070184B1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1344928A2 (fr) * | 2002-03-12 | 2003-09-17 | ROLLS-ROYCE plc | Tuyère à section variable |
| FR2986832A1 (fr) * | 2012-02-10 | 2013-08-16 | Snecma | Procede pour definir la forme d'une tuyere convergente-divergente d'une turbomachine et tuyere convergente-divergente correspondante. |
| FR3009027A1 (fr) * | 2013-07-26 | 2015-01-30 | Airbus Operations Sas | Ensemble turbomachine d'aeronef a bruit de jet attenue. |
| WO2016151267A1 (fr) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | Snecma | Dispositif a grilles d'ejection de microjets pour la reduction du bruit de jet d'une turbomachine |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7690186B2 (en) * | 2005-11-09 | 2010-04-06 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Gas turbine engine including apparatus to transfer power between multiple shafts |
| US7770381B2 (en) * | 2006-12-18 | 2010-08-10 | General Electric Company | Duct burning mixed flow turbofan and method of operation |
| ATE538300T1 (de) * | 2007-05-22 | 2012-01-15 | Volvo Aero Corp | System zum mischen von gasströmen in einem gasturbinentriebwerk, zugehöriges gasturbinentriebwerk und flugzeugtriebwerk |
| US10590849B2 (en) * | 2014-03-27 | 2020-03-17 | General Electric Company | High speed propulsion system with inlet cooling |
| DE102016113815A1 (de) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | Heraeus Noblelight Gmbh | Infrarotflächenstrahler und Verfahren zur Herstellung des Infrarotflächenstrahlers |
| US10724438B2 (en) * | 2017-04-26 | 2020-07-28 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Apparatus and method for heating pre-combustor air in a gas turbine engine |
-
2017
- 2017-08-21 FR FR1757777A patent/FR3070184B1/fr active Active
-
2018
- 2018-08-20 US US16/105,159 patent/US10995702B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1344928A2 (fr) * | 2002-03-12 | 2003-09-17 | ROLLS-ROYCE plc | Tuyère à section variable |
| FR2986832A1 (fr) * | 2012-02-10 | 2013-08-16 | Snecma | Procede pour definir la forme d'une tuyere convergente-divergente d'une turbomachine et tuyere convergente-divergente correspondante. |
| FR3009027A1 (fr) * | 2013-07-26 | 2015-01-30 | Airbus Operations Sas | Ensemble turbomachine d'aeronef a bruit de jet attenue. |
| WO2016151267A1 (fr) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | Snecma | Dispositif a grilles d'ejection de microjets pour la reduction du bruit de jet d'une turbomachine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20190078534A1 (en) | 2019-03-14 |
| US10995702B2 (en) | 2021-05-04 |
| FR3070184B1 (fr) | 2019-08-23 |
| US20200378339A9 (en) | 2020-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2638817C (fr) | Diffuseur d'une turbomachine | |
| EP1688588B1 (fr) | Diffuseur pour chambre annulaire de combustion, ainsi que chambre de combustion et turbopropulseur comprenant un tel diffuseur | |
| FR2644876A1 (fr) | Cage de flamme pour chambre de post-combustion de moteur a turbine a gaz | |
| EP3447271B1 (fr) | Système de chauffage pour tuyère secondaire convergente-divergente | |
| WO2015079166A1 (fr) | Ensemble de combustion a accès facilite des cannes de prévaporisation | |
| WO2010010277A1 (fr) | Diffuseur d'echappement pour turbine a gaz | |
| WO2020160907A1 (fr) | Entree d'air d'une nacelle de turboreacteur d'aeronef comportant des ouvertures de ventilation d'un flux d'air chaud de degivrage | |
| FR2967461A1 (fr) | Diffuseur de gaz d'echappement a basse pression pour turbine a vapeur | |
| FR2979943A1 (fr) | Insufflation dans la couche limite a l'aide d'un flux de fuite d'un joint d'etancheite a la vapeur | |
| FR3070184B1 (fr) | Systeme de diffusion d'air chaud au col d'une tuyere secondaire convergente-divergente | |
| EP3673166B1 (fr) | Tuyère secondaire modifiée acoustique | |
| FR2987875A1 (fr) | Generateurs de vortex places dans le canal inter-aubes d'un redresseur de compresseur. | |
| CA3024433A1 (fr) | Mat d'un ensemble propulsif | |
| FR3087847A1 (fr) | Melangeur a lobes favorisant le melange de flux confluents | |
| FR3089576A1 (fr) | Rouet centrifuge | |
| FR3070185B1 (fr) | Systeme de radiateur chauffant pour tuyere secondaire convergente-divergente | |
| WO2022096825A1 (fr) | Fixation d'un cône d'éjection au carter d'échappement d'une turbomachine | |
| FR3070187B1 (fr) | Ecope inter-veine | |
| FR2978200A1 (fr) | Diffuseur d'echappement de turbine basse pression avec turbulateurs | |
| CA2850259C (fr) | Chambre de combustion annulaire dans une turbomachine | |
| FR3068735B1 (fr) | Turboreacteur a faible bruit de soufflante | |
| FR3089544A1 (fr) | Dispositif de refroidissement d’un carter de turbomachine | |
| FR3073573A1 (fr) | Echangeur pour tuyere secondaire convergente-divergente | |
| FR3068732A1 (fr) | Dispositif de refroidissement | |
| FR3067407A1 (fr) | Turbopompe comprenant un inducteur ameliore |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20190222 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |