FR3073573A1 - Echangeur pour tuyere secondaire convergente-divergente - Google Patents
Echangeur pour tuyere secondaire convergente-divergente Download PDFInfo
- Publication number
- FR3073573A1 FR3073573A1 FR1760698A FR1760698A FR3073573A1 FR 3073573 A1 FR3073573 A1 FR 3073573A1 FR 1760698 A FR1760698 A FR 1760698A FR 1760698 A FR1760698 A FR 1760698A FR 3073573 A1 FR3073573 A1 FR 3073573A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- nozzle
- fins
- secondary nozzle
- primary
- exchanger
- 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
- 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
- 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
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/221—Improvement of heat transfer
- F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
- F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
-
- 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)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
L'invention propose un ensemble pour arrière corps de turbomachine à double-flux (10) ayant un axe longitudinal (X), comprenant : une tuyère secondaire (110) définie autour de l'axe longitudinal (X), ladite tuyère secondaire étant configurée pour éjecter un mélange des flux issus d'une veine secondaire (Vs) et d'une veine primaire (Vp) de la turbomachine (10), la tuyère secondaire étant de forme convergente-divergente avec un col (112) correspondant à une section minimale de la tuyère secondaire (110), un échangeur thermique avec fluide caloporteur disposée au moins sur une portion de la circonférence interne de la tuyère secondaire (110) longitudinalement en amont du col (112), l'échangeur thermique comprenant une pluralité d'ailettes orientées radialement vers l'intérieur de la tuyère.
Description
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 l'arrière corps d'un turboréacteur à mélangeur, 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 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 FR2902469 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 propose un ensemble pour arrière corps de turbomachine à double-flux ayant un axe longitudinal, comprenant :
une tuyère secondaire définie autour de l'axe longitudinal, ladite tuyère secondaire étant configurée pour éjecter un mélange des flux issus d'une veine secondaire et d'une veine primaire de la turbomachine, la tuyère secondaire étant de forme convergente-divergente avec un col correspondant à une section minimale de la tuyère secondaire, un échangeur thermique, configuré pour recevoir du fluide caloporteur, disposé au moins sur une portion de la circonférence interne de la tuyère secondaire longitudinalement en amont du col.
L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- la longueur axiale de l'échangeur est supérieure à 0,5 fois le diamètre d'éjection de la tuyère secondaire,
- l'ensemble comprend :
une tuyère primaire définissant une portion de veine primaire, la tuyère secondaire définissant une portion de veine secondaire, un mélangeur à lobes, en extrémité aval de la tuyère primaire et 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'échangeur thermique comprend une pluralité d'ailettes espacées les unes des autres selon une circonférence interne de la tuyère secondaire et orientées radialement vers l'intérieur de la tuyère secondaire, l'échangeur étant par exemple de type SACOC,
- l'ensebmle comprend une tuyère primaire définissant une portion de veine primaire, la tuyère secondaire définissant une portion de veine secondaire, dans laquelle on définit une distance d entre le col et l'extrémité aval de l'échangeur qui vérifie la condition suivante : d>f.h/tan(ô), où f est un facteur de sécurité supérieur à 1, préférablement 1.2 ; δ est l'angle formé entre l'axe longitudinal et la direction du flux en sortie de la tuyère primaire ; h est la hauteur des ailettes à l'extrémité amont de l'échangeur,
- des ailettes sont positionnées radialement en regard des lobes chauds, au décalage longitudinal près, et pas en regard des lobes froids,
- les ailettes en regard de lobes chaud ont une hauteur plus importante que les ailettes en regard de lobes froids,
- la hauteur des ailettes vérifie une loi périodique synchronisée azimutalement avec les lobes chauds et froids du mélangeur, par exemple une loi de type sinusoïdale ou dent de scie ou créneau ou toute forme mélangeant plusieurs de ces lois,
- la hauteur des ailettes varie longitudinalement, pour par exemple se terminer ou commencer par une hauteur réduite par rapport à la hauteur maximum des ailettes,
- 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 propose aussi une turbomachine double-flux comprenant un ensemble tel que décrit précédemment et comprenant un circuit de refroidissement et/ou de lubrification d'huile, le circuit étant raccordé à l'échangeur 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 à 5 illustrent un mode de réalisation de l'invention, dans le cadre d'un arrière corps avec un mélangeur (proportions non nécessairement respectées),
- La figure 6 illustre un SACOC (échangeur surfacique),
- La figure 7 illustre des grandeurs de dimensionnement,
- Les figures 8a à 8d illustrent différents modes de réalisation pour la hauteur et/ou la répartition des ailettes selon l'azimut,
- Les figures 9a à 9d illustrent différents modes de réalisation pour la hauteur des ailettes selon le positionnement longitudinal.
DESCRIPTION DETAILLEE
L'invention va à présent être décrite en relation avec les figures 3 à 9d.
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).
L’arrière corps de turbomachine 100 peut comporter en outre un corps central 12 limitant l’extension radiale de la veine primaire 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.
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 à 5, 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 les figures 4 et 5, 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. La forme du mélangeur est préférentiellement obtenue en rejoignant cette ligne de bord de fuite 120 par des surfaces régulières lisses, d'un côté à la section circulaire de la paroi extérieure de la tuyère primaire 11, de l'autre côté à la section circulaire de la paroi intérieure de veine secondaire Vs. Des moyens connus permettent à l'homme du métier d'obtenir ces surfaces lisses en définissant des lois régulières de variation de rayon pour joindre les sections d'entrée au bord de fuite 120 du mélangeur à lobes 130.
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 en aval correspond aux points haut 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. 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.
La tuyère secondaire 110 comprend un échangeur thermique 140 qui permet de réchauffer le flux traversant la tuyère 110, et plus spécifiquement le flux d'air qui traverse la ou les poches de Mach située au niveau du col 112, à proximité de la paroi interne de la tuyère 110. Il s'agit donc d'un système actif. L'échangeur thermique 140 permet aussi de légèrement ralentir le flux d'air.
L'échangeur 140 comprend préférablement une pluralité d'ailettes 142 positionnée sur une portion au moins de la circonférence interne de la tuyère secondaire 110, soit sur toute la circonférence (figures 3 et 4 par exemple), soit partiellement (figure 5 par exemple). Les ailettes 142 s'étendent radialement vers l'intérieur selon une hauteur h propre et longitudinalement selon une longueur L. Ces ailettes 142 permettent un outre de ralentir légèrement le flux d'air en amont des poches de Mach, en plus de réchauffer le flux traversant la tuyère.
A l'intérieur de l'échangeur 140 circule un fluide caloporteur qui, via les ailettes 142, va transmettre sa chaleur au flux d'air. Le fluide caloporteur peut être de l'huile, par exemple de l'huile devant être refroidie (après utilisation comme lubrifiant ou refroidissant), ou de l'air. On parle ainsi d'échangeur surfacique car l'échange se fait grâce à la surface des ailettes 142, entre le fluide qui circule dans les ailettes 110 et l'air du flux secondaire.
Ce type d'échangeur 140 est appelé SACOC (« surface air coder - oii cooied »), souvent utilisé dans les veines secondaires de turbomachines. Les propriétés thermiques du SACOC dépendent ainsi notamment de la surface totale des ailettes 142 qui composent l'échangeur 140. Un SACOC est illustré en figure 6.
Dans un mode de réalisation largement préférentiel, l'échangeur 140, qui réchauffe l'air dans la veine secondaire Vs, permet de refroidir d'autres éléments de la turbomachine via le fluide caloporteur.
Longitudinalement, les ailettes 142 se situent en amont du col 112, c'est-à-dire notamment entre ledit col 112 et le bord de fuite 120 de la tuyère primaire 11. Sur les modes de réalisation illustrés sur les figures, les ailettes 142 s'étendent même en amont longitudinalement du bord de fuite 120 de la tuyère primaire 11.
Afin d'optimiser le fonctionnement de l'échangeur 140, des positionnements et des configurations particulières peuvent être mises en place.
La longueur longitudinale des ailettes 140 (que l'on peut assimiler à la longueur le long de la paroi de la tuyère, car celle-ci est sensiblement formée de droite parallèle à l'axe longitudinal) est préférablement supérieure à la moitié du diamètre de la tuyère à l'éjection. Cela permet un compromis entre une longueur importante pour permettre le réchauffement effectif de l'air tout en tenant compte du rendement propulsif du conduit secondaire.
Concernant le positionnement de l'extrémité aval des ailettes 142, il n'est pas nécessaire que celles-ci atteignent le col 112.
Afin de caractériser ce positionnement, on définit, en référence avec la figure 7 :
- une distance d, qui correspond à la distance longitudinale entre le col 112 et l'extrémité aval des ailettes 142 de l'échangeur 140 (ou de l'ailette la plus en aval),
- un angle δ défini par l'axe longitudinal X et la direction d'éjection de la tuyère primaire (typiquement depuis un lobe chaud), c'est-à-dire la direction définie par la tangente au flux d'air au moment de l'éjection quand l'air est au niveau xP du bord de fuite 120 (plan d'éjection),
- f, un facteur de sécurité, qu'on choisit supérieur à 1, préférablement 1,2.
L'échangeur peut ainsi être positionné de sorte que d>f.h/tan(ô). Cela permet notamment de s'assurer que les ailettes 142 restent dans l'écoulement de veine secondaire (dont la séparation avec l'écoulement de la veine primaire est schématiquement illustrée en pointillé en figure 7).
L'échangeur 140, et en particulier les ailettes 142, que ce soit leur longueur L ou leur hauteur h, peuvent être réalisées de plusieurs façons.
Dans un mode de réalisation, la hauteur h des ailettes est uniforme sur toute la circonférence de la tuyère secondaire 110 (ou sur toutes les portions qui comprennent des ailettes 142 - cf. ci-dessous).
Un autre mode de réalisation particulier de l'échangeur 140 est lié à la présence du mélangeur à lobe 130. En effet, ce dernier, 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 de la zone entre les sillages issus des lobes chauds 134 et la tuyère secondaire 110 qui a besoin d'être réchauffée par le système d'échangeur thermique 140.
Ainsi, on prévoit que la hauteur des ailettes 142 varie en fonction de leur azimut (c'est-à-dire de leur positionnement sur la circonférence de la tuyère secondaire 110), et plus particulièrement en fonction de l'azimut lié à la présence d'un lobe chaud 134 ou froid 132. Cela permet de maximiser localement l'effet de l'échangeur 140, c'est-à-dire réchauffer et ralentir l'écoulement en amont des poches de Mach. En outre, cette configuration évite de trop obstruer la veine secondaire avec les ailettes 142 pour minimiser les pertes aérodynamiques dans la veine secondaire et maximiser le rendement de la turbomachine.
Comme on souhaite un meilleur transfert thermique (réchauffement de l'air issu de la veine secondaire) en regard des lobes chauds, les ailettes 142 y ont préférablement une hauteur plus importante.
Ainsi, lorsque le mélangeur à lobe 140 a une forme périodique le long de la circonférence interne de la tuyère secondaire 110, on peut avoir une hauteur h d'ailettes 142 qui varie selon une loi périodique de même période, avec une hauteur h maximum en regard des lobes chauds 134 (le centre des lobes chauds 134, pour des raisons de symétrie), et avec un hauteur h minimum en regard des lobes froids 132 (le centre des lobes froids 132, pour des raisons de symétrie). La hauteur minimum peut être nulle.
Les figures 8a à 8d, illustrent différents exemples.
La figure 8a illustre une évolution linéaire, sous forme de fonctions affines par morceaux : la hauteur évolue continûment entre un minimum (par exemple 0) préférablement centré sur un lobe froid à un maximum préférablement centré sur un lobe chaud (dents de scie).
La figure 8b illustre une évolution sinusoïdale, sous forme d'une fonction sinusoïdale : la hauteur évolue en sinus ou cosinus ou toute fonction similaire entre un minimum (par exemple 0) préférablement centré sur un lobe froid à un maximum préférablement centré sur un lobe chaud.
La figure 8c illustre une évolution en créneaux, sous forme d'une fonction en créneaux : la hauteur est constante à un minimum en regard d'un lobe froid et est constante à un maximum en regard d'un lobe chaud. La transition entre les deux se fait rapidement, soit de façon brusque (une ailette est à la hauteur maximum et une ailette adjacente est à la hauteur minimum), soit plus douce (variation de type progressive sur quelques ailettes).
Complémentairement, la figure 8d illustre une sectorisation, représentée sur la figure e comme une évolution en créneaux dont la hauteur minimum est 0. En pratique, cela signifie qu'en regard des lobes froids il n'y a pas d'ailettes, et qu'en regard des lobes chauds, il y a des ailettes. L'évolution de la hauteur des ailettes en regard du lobe chaud peut être faite de différentes façons (constante, linéaire, affine sinusoïdale, etc.)
Dans un mode de réalisation, la hauteur h des ailettes 142 est uniforme sur leur longueur L, c'est-à-dire le long de la direction longitudinale (indépendamment de l'évolution de la hauteur h de l'ailette en fonction de l'azimut).
Dans un autre mode de réalisation, la hauteur h des ailettes 142 évolue le long de sa longueur L. En particulier, une diminution progressive de la hauteur h en direction du col 112 (« bord de fuite ») peut présenter des avantages, notamment en minimisant l'interaction directe entre les ailettes 142 et la couche de mélange issue des lobes chauds du mélangeur 130. On peut ainsi minimiser la distance entre le col 112 et le mélangeur 130.
Une transition vers une hauteur h nulle permet de minimiser les perturbations en aval de l'échangeur 140, et donc les interactions turbulentes avec la couche de mélange.
Côté extrémité amont (« bord d'attaque »), une transition progressive de la hauteur h est possible. Une diminution de la hauteur h en direction de l'amont de la turbomachine permet de minimiser les interactions avec l'écoulement du flux secondaire.
Les figures 9a à 9d illustrent différents profils, non limitatifs pour les bords d'attaque et de fuite des ailettes.
Les figures 9a et 9b illustrent un bord d'attaque sans transition, c'està-dire qu'au bord d'attaque les ailettes ont déjà la hauteur maximale.
La figure 9c illustre un bord d'attaque avec une transition linéaire, c'est-à-dire une évolution continue entre une valeur minimum (par exemple 0, pour éviter toute discontinuité dans l'écoulement d'air), et la valeur de la hauteur de l'ailette.
La figure 9d illustre un bord d'attaque avec une transition variable : lente, rapide, lente. Cela correspond à une demi-gaussienne (c'est-àdire la partie strictement croissante de la gaussienne), entre une valeur minimum (par exemple 0, pour éviter toute discontinuité dans l'écoulement d'air), et la valeur de la hauteur de l'ailette.
Les figures 9a et 9c illustrent un bord de fuite avec une transition linéaire, c'est-à-dire une évolution continue entre la valeur de la hauteur de l'ailette et une valeur minimum (par exemple 0, pour éviter toute discontinuité dans l'écoulement d'air).
Les figures 9b et 9d illustrent un bord de fuite avec une transition variable : lente, rapide, lente. Cela correspond à une demi-gaussienne (c'est-à-dire la partie strictement décroissante de la gaussienne), entre la valeur de la hauteur de l'ailette et une valeur minimum (par exemple 0, pour éviter toute discontinuité dans l'écoulement d'air).
Naturellement un bord de fuite correspondant au bord d'attaque de la figure 9a est possible.
Différentes combinaisons entre les bords d'attaque et les bords de fuite sont possibles (linéaire à l'amont, semi-gaussien à l'aval ; semi-gaussien à l'amont, linéaire à l'aval, etc.).
Les différents profils des bords d'attaque et de fuite peuvent être combinés pour obtenir des résultats différents, adaptés aux différentes conceptions de turbomachine.
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.
L'échangeur 140 présenté permet de gagner jusqu'à 1 EPNdB en cumulé (somme des EPNL cumulé sur trois points de certification - annexe 16 de l'OACI, à titre purement informatif).
En chauffant en amont du col, on obtient un effet progressif performant et le risque de bruit parasite est diminué.
Afin de maximiser la durée de vie du moteur, l'échangeur thermique peut par ailleurs être activé ou désactivé en fonction des besoins en refroidissement du moteur. L'échangeur thermique 140 peut ainsi être désactivé en certaines phases de vol. Toutefois, n'étant pas rétractable, il demeure un léger ralentissement de l'écoulement.
Enfin, le système de l'échangeur thermique 140 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 5 dans le document WO2015/036684 peuvent être implémentés sans difficulté pour améliorer encore les performances acoustiques de la turbomachine.
Claims (11)
1. Ensemble pour arrière corps de turbomachine à double-flux (10) ayant un axe longitudinal (X), comprenant :
une tuyère secondaire (110) définie autour de l'axe longitudinal (X), ladite tuyère secondaire étant configurée pour éjecter un mélange des flux issus d'une veine secondaire (Vs) et d'une veine primaire (Vp) de la turbomachine (10), la tuyère secondaire étant de forme convergentedivergente avec un col (112) correspondant à une section minimale de la tuyère secondaire (110), caractérisé en ce que l'ensemble comprend en outre :
un échangeur thermique, configuré pour recevoir du fluide caloporteur, disposé au moins sur une portion de la circonférence interne de la tuyère secondaire (110) longitudinalement en amont du col (112).
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la longueur axiale de l'échangeur (140) est supérieure à 0,5 fois le diamètre d'éjection de la tuyère secondaire (110).
3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, comprenant :
- une tuyère primaire (11) définissant une portion de veine primaire (Vp), la tuyère secondaire (110) définissant une portion de veine secondaire (Vs),
- un mélangeur à lobes (130), en extrémité aval de la tuyère primaire (11) et 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).
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'échangeur thermique (140) comprend une pluralité d'ailettes (142) espacées les unes des autres selon une circonférence interne de la tuyère secondaire (110) et orientées radialement vers l'intérieur de la tuyère secondaire (110), l'échangeur étant par exemple de type SACOC.
5. Ensemble selon la revendication 4, comprenant en outre :
- une tuyère primaire (11) définissant une portion de veine primaire (Vp), la tuyère secondaire (110) définissant une portion de veine secondaire (Vs), dans laquelle on définit une distance d entre le col et l'extrémité aval de l'échangeur qui vérifie la condition suivante :
d>f.h/tan(ô), où
- f est un facteur de sécurité supérieur à 1, préférablement 1.2,
- δ est l'angle formé entre l'axe longitudinal (X-X') et la direction du flux en sortie de la tuyère primaire (11),
- h est la hauteur des ailettes à l'extrémité amont de l'échangeur.
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel des ailettes (142) sont positionnées radialement en regard des lobes chauds (134), au décalage longitudinal près, et pas en regard des lobes froids (132).
7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle les ailettes (142) en regard de lobes chaud (134) ont une hauteur plus importante que les ailettes (142) en regard de lobes froids (132).
8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel la hauteur (h) des ailettes (142) vérifie une loi périodique synchronisée azimutalement avec les lobes chauds et froids (134, 132) du mélangeur (130), par exemple une loi de type sinusoïdale ou dent de scie ou créneau ou toute forme mélangeant plusieurs de ces lois.
9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel la hauteur (h) des ailettes (142) varie longitudinalement, pour par exemple se terminer ou commencer par une hauteur réduite par rapport à la hauteur maximum des ailettes.
10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 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) est compris entre 1 et 1,05.
11. Turbomachine double-flux (10) comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et comprenant un circuit de refroidissement et/ou de lubrification d'huile, le circuit étant raccordé à l'échangeur (140).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1760698A FR3073573B1 (fr) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Echangeur pour tuyere secondaire convergente-divergente |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1760698A FR3073573B1 (fr) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Echangeur pour tuyere secondaire convergente-divergente |
| FR1760698 | 2017-11-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3073573A1 true FR3073573A1 (fr) | 2019-05-17 |
| FR3073573B1 FR3073573B1 (fr) | 2021-02-26 |
Family
ID=60923724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1760698A Active FR3073573B1 (fr) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Echangeur pour tuyere secondaire convergente-divergente |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3073573B1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4240252A (en) * | 1978-01-19 | 1980-12-23 | General Electric Company | Acoustically-treated mixer for a mixed flow gas turbine engine |
| US20090169359A1 (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Michael Joseph Murphy | Heat exchanger arrangement for turbine engine |
| US20140027102A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | General Electric Company | Air-cooled engine surface cooler |
-
2017
- 2017-11-14 FR FR1760698A patent/FR3073573B1/fr active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4240252A (en) * | 1978-01-19 | 1980-12-23 | General Electric Company | Acoustically-treated mixer for a mixed flow gas turbine engine |
| US20090169359A1 (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Michael Joseph Murphy | Heat exchanger arrangement for turbine engine |
| US20140027102A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | General Electric Company | Air-cooled engine surface cooler |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3073573B1 (fr) | 2021-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2920032A1 (fr) | Diffuseur d'une turbomachine | |
| FR3066532B1 (fr) | Aube directrice de sortie pour turbomachine d'aeronef, comprenant un passage de refroidissement de lubrifiant equipe de plots perturbateurs de flux a fabrication simplifiee | |
| EP1967716B1 (fr) | Moteur d'aéronef équipé de moyens d'échange thermiques | |
| EP3487764B1 (fr) | Nacelle de turbomoteur comportant un dispositif de refroidissement | |
| EP2964906B1 (fr) | Nacelle équipée d'un circuit de refroidissement d'huile à échangeur intermédiaire | |
| FR2912467A1 (fr) | Systeme de degivrage a l'huile du cone avant d'un turboreacteur d'avion. | |
| FR3051219A1 (fr) | Aube de turbomachine, telle par exemple qu'un turboreacteur ou un turbopropulseur d'avion | |
| FR2902831A1 (fr) | Turboreacteur pour aeronef | |
| EP3447271B1 (fr) | Système de chauffage pour tuyère secondaire convergente-divergente | |
| FR3073573A1 (fr) | Echangeur pour tuyere secondaire convergente-divergente | |
| FR3090033A1 (fr) | Ensemble d’aube directrice de sortie et de bifurcation pour turbomachine | |
| EP3673166B1 (fr) | Tuyère secondaire modifiée acoustique | |
| EP4374047A1 (fr) | Turbomachine pour aeronef avec echangeur de chaleur | |
| FR3087847A1 (fr) | Melangeur a lobes favorisant le melange de flux confluents | |
| FR3070187B1 (fr) | Ecope inter-veine | |
| FR3070185B1 (fr) | Systeme de radiateur chauffant pour tuyere secondaire convergente-divergente | |
| EP4305289A1 (fr) | Échangeur de chaleur surfacique avec sorties additionelles | |
| FR3068735B1 (fr) | Turboreacteur a faible bruit de soufflante | |
| FR2978200A1 (fr) | Diffuseur d'echappement de turbine basse pression avec turbulateurs | |
| FR3070184B1 (fr) | Systeme de diffusion d'air chaud au col d'une tuyere secondaire convergente-divergente | |
| EP2799666A2 (fr) | Volute à deux volumes pour turbine à gaz | |
| EP4065829B1 (fr) | Entrée d'air et procédé de dégivrage d'une entrée d'air d'une nacelle d'un turboréacteur d'aéronef | |
| BE1030018B1 (fr) | Turbomachine axiale triple-flux avec échangeur de chaleur divergeant dans le troisième flux | |
| BE1030020B1 (fr) | Turbomachine axiale triple-flux avec échangeur de chaleur divergeant dans le troisième flux | |
| WO2023001371A1 (fr) | Turbomachine pour aeronef avec echangeur de chaleur |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20190517 |
|
| 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 |