FR3099231A1 - Injecteur de carburant a circuit de purge pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

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Abstract

Injecteur de carburant (110) pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un corps (112) tubulaire ayant un axe d’allongement (A) et comportant une première extrémité longitudinale (114) d’alimentation en carburant et une seconde extrémité longitudinale (116) d’éjection d’un jet de carburant, ledit corps comportant en outre un circuit intégré d’air de purge qui comprend une cavité interne (122) qui est reliée à des orifices (124) d’entrée d’air situés sur le corps et à au moins une sortie d’air située au niveau de ladite seconde extrémité, caractérisé en ce que des perturbateurs (150, 156) de flux d’air sont prévus en saillie dans ladite cavité. Figure pour l'abrégé : Figure 7

Description

INJECTEUR DE CARBURANT A CIRCUIT DE PURGE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un injecteur de carburant à circuit de purge pour une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-2 971 039, FR-A1-3 013 805 et FR-A1-3 067 792.
Un mélange d’air comprimé et de carburant approprié est en général injecté dans une chambre de combustion de turbomachine à l’aide d’un ou plusieurs injecteurs. Les injecteurs sont par exemple fixés sur un carter et traversent des orifices d’une paroi de chambre en vue de l’éjection de carburant à l’intérieur de la chambre, sous forme d’un jet de gouttelettes de carburant.
Un injecteur de carburant 10, par exemple à jet plat, tel que celui représenté aux figures 1 à 5, comprend classiquement un corps 12 de forme générale allongée présentant un axe d’allongement A. Le corps 12 comporte une première extrémité longitudinale 14 d’alimentation en carburant et une seconde extrémité longitudinale 16 d’éjection d’un jet plat de carburant. Le corps 12 est tubulaire et comprend un alésage interne 18 qui débouche axialement au niveau de l’extrémité 14 et qui est relié à une buse 20 de projection du jet de carburant au niveau de l’extrémité 16.
Le corps 12 comprend également au moins un circuit intégré de purge d’air qui comprend une cavité interne 22 reliée d’une part à des orifices 24 d’entrée d’air situés sur le corps et à au moins une sortie 26 d’air située au niveau de l’extrémité 16.
Ce circuit d’air n’a qu’une fonction de purge et la présente invention propose un perfectionnement à cette technologie qui permet d’optimiser le fonctionnement d’un injecteur de carburant, de manière simple, efficace et économique.
La présente invention propose un injecteur de carburant pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un corps tubulaire ayant un axe d’allongement et comportant une première extrémité longitudinale d’alimentation en carburant et une seconde extrémité longitudinale d’éjection d’un jet de carburant, ledit corps comportant en outre un circuit intégré d’air de purge qui comprend une cavité interne qui est reliée à des orifices d’entrée d’air situés sur le corps et à au moins une sortie d’air située au niveau de ladite seconde extrémité, caractérisé en ce que des perturbateurs de flux d’air sont prévus en saillie dans ladite cavité.
Ces perturbateurs de flux permettent de conférer au circuit d’air au moins une fonction supplémentaire par rapport à la fonction de purge. Les perturbateurs peuvent par exemple favoriser les échanges de calories entre l’air et le corps de l’injecteur et participer ainsi au refroidissement du corps de l’injecteur. Ils peuvent en outre faciliter la propagation du jet de carburant et optimiser ainsi les performances de la chambre de combustion équipée de cet injecteur.
L’injecteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ladite cavité comprend une portion annulaire s’étendant autour dudit axe d’allongement, les perturbateurs comportant des ailettes annulaires en saillie s’étendant dans cette portion annulaire autour dudit axe d’allongement,
- les perturbateurs comportent des premières ailettes annulaires en saillie sur une surface cylindrique externe définissant ladite portion, et des secondes ailettes annulaires en saillie sur une surface cylindrique interne s’étendant autour de ladite surface externe,
- les premières ailettes annulaires sont espacées axialement les unes des autres le long dudit axe d’allongement, les secondes ailettes étant également espacées axialement les unes des autres le long de cet axe et s’étendant dans des plans transversaux passant sensiblement entre les premières ailettes,
- ladite cavité comprend deux canaux diamétralement opposés par rapport audit axe d’allongement et définissant chacun une sortie d’air au niveau de ladite seconde extrémité, chacun de ces canaux comportant des perturbateurs en saillie,
- les perturbateurs de chacun des canaux comportent plusieurs cloisons.
- les cloisons sont parallèles entre elles et sensiblement parallèles audit axe d’allongement,
- ledit corps est formé d’une seule pièce,
- ladite première extrémité longitudinale dudit corps est reliée à une base de fixation qui est formée d’une seule pièce avec ledit corps,
-- ladite seconde extrémité comporte une portion tubulaire de forme générale allongée présentant un axe d’allongement B sensiblement perpendiculairement audit axe d’allongement A dudit corps, ladite portion tubulaire ayant ses deux extrémités longitudinales ouvertes configurées pour former respectivement deux entrées de flux de carburant distincts destinés à se rencontrer sensiblement au milieu de ladite portion tubulaire qui comporte au moins une fente d’éjection d’un jet plat de carburant.
La présente invention concerne aussi une turbomachine d’aéronef, comportant une chambre de combustion équipe d’au moins un injecteur
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en perspective d’un injecteur de carburant à jet plat pour une turbomachine d’aéronef,
la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle d’une partie de l’injecteur de la figure 1,
la figure 3 est une vue schématique en perspective et en coupe de l’injecteur de la figure 1,
la figure 4 est une vue schématique à plus grande échelle d’un détail de la figure 3,
la figure 5 est une vue à encore plus grande échelle d’un détail de l’injecteur de la figure 1,
la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe axiale d’une chambre de combustion de turbomachine d’aéronef,
la figure 7 est une vue schématique en perspective et en coupe partielle d’un mode de réalisation d’un injecteur selon l’invention,
la figure 8 est une vue à plus grande échelle d’une partie de l’injecteur de la figure 7, et
la figure 9 est une vue schématique partielle en perspective d’un autre mode de réalisation d’un injecteur selon l’invention.
Description détaillée de l'invention
Les figures 1 à 5 ont été évoquées dans ce qui précède mais peuvent servir à mieux comprendre l’invention naturellement. Ces figures ainsi que les figures suivantes illustrent l’invention et montrent un injecteur à jet plat. Bien que l’invention est particulièrement adaptée à ce type d’injecteur, elle n’est pas limitée à cet injecteur et s’applique à tout type d’injecteur équipé d’un circuit d’air de purge.
La figure 6 montre un environnement dans lequel un injecteur de carburant 110 selon l’invention peut être utilisé. Il s’agit ici d’une chambre de combustion 130 d’une turbomachine d’aéronef tel qu’un hélicoptère.
La chambre de combustion 130 est disposée à l’intérieur d’un carter 132 de la turbomachine et comprend une paroi 134 définissant intérieurement un espace de combustion dans lequel est injecté et brûlé un mélange d’air et de carburant.
Le carburant est injecté dans la chambre 130 par l’intermédiaire d’un ou plusieurs injecteurs 110 qui sont ici fixés sur le carter 132 et qui traversent un orifice 136 de la paroi 134.
Le ou chaque injecteur 110 est du type de celui représenté aux figures 1 à 5 et décrit dans ce qui précède.
Il comprend un corps 112 de forme générale allongée présentant un axe d’allongement A, ce corps 112 comportant une première extrémité longitudinale 114 d’alimentation en carburant et une seconde extrémité longitudinale 116 d’éjection d’un jet de carburant. Cette seconde extrémité 116 comporte une buse formée par une portion tubulaire 120 de forme générale allongée présentant un axe d’allongement B sensiblement perpendiculaire à l’axe d’allongement A (figure 5 notamment). La portion tubulaire a ses deux extrémités longitudinales ouvertes configurées pour former respectivement deux entrées de flux de carburant distincts (flèches 121) destinés à se rencontrer sensiblement au milieu de la portion tubulaire qui comporte au moins une fente 125 d’éjection du jet de carburant (flèche 127).
De préférence, le corps 112 et la portion tubulaire 120 sont réalisés en métal et ils sont obtenus d’une seule pièce par usinage d’un bloc métallique, de préférence par fabrication additive.
La première extrémité longitudinale 116 du corps 112, qui comprend ici une base 138 de fixation au carter 132, peut également être réalisée d’une seule pièce avec le corps 112. Cette base de fixation 138 comprend une collerette s’étendant autour de l’axe A et percée d’orifices de passage de vis de fixation de l’injecteur au carter 132.
Le corps 112 comprend un alésage longitudinal interne 118 s’étendant le long et au niveau de l’axe A, entre les première et seconde extrémités longitudinales, et en communication fluidique avec les extrémités de la portion tubulaire 120.
Le corps 112 comprend également une cavité interne 122 de passage d’air, qui comprend une portion annulaire 139 s’étendant autour de l’alésage 118 et des canaux 140 qui débouchent au niveau de l’extrémité 116 pour former les sorties précitées d’air de purge. Dans l’exemple représenté, la portion de la cavité 122 s’étend sur une partie de la longueur du corps 112. Elle s’étend jusqu’à la seconde extrémité longitudinale 116 du corps 112 et est reliée à deux canaux 140 diamétralement opposés par rapport à l’axe A, qui débouchent au niveau de cette extrémité 116 afin que de l’air soit expulsé de l’injecteur. Lorsqu’un jet de carburant est éjecté par l’injecteur, ce jet est entouré par l’air expulsé par le même injecteur. Lorsque l’injecteur n’expulse pas de carburant, l’air expulsé purge le système de carburant de l’injecteur. L’air expulse alors les dernières gouttes de carburant et nettoie la fente 125 d’éjection de carburant de la portion tubulaire 120. La cavité 122 de passage d’air est ainsi assimilée à un circuit de purge.
A l’extrémité opposée à la partie tubulaire 120, la cavité 122 est en communication fluidique avec une rangée annulaire d’orifices 124 d’alimentation en air formés à la périphérie du corps et s’étendant autour de l’axe d’allongement A.
Les figures 7 et 8 illustrent un premier mode de réalisation de l’invention dans lequel des perturbateurs 150 de flux d’air sont prévus dans la cavité 122, et plus particulièrement dans sa portion annulaire 139.
Cette portion annulaire 139 est ici définie entre deux surfaces cylindriques 152, 154 s’étendant l’une autour de l’autre et autour de l’axe A.
Les perturbateurs 150 comportent des premières ailettes annulaires 150a en saillie sur la surface cylindrique interne 152, et des secondes ailettes annulaires 150b en saillie sur la surface cylindrique externe 154.
Les ailettes 150a sont espacées axialement les unes des autres le long de l’axe A. Les ailettes 150b sont également espacées axialement les unes des autres le long de cet axe A et s’étendent dans des plans transversaux passant sensiblement entre les ailettes 150a.
Les ailettes 150a, 150b peuvent avoir en section axiale une forme rectangulaire, triangulaire ou trapézoïdale. Les ailettes 150a peuvent avoir une forme différente en section des ailettes 150b, comme dans l’exemple représenté. Elles peuvent avoir une épaisseur ou dimension axiale sensiblement égale à leur hauteur ou dimension radiale (mesurée depuis l’axe A).
Le nombre d’ailettes 150a, 150b sur chaque surface 152,154 est par exemple compris entre 3 et 15 et de préférence entre 5 et 10.
En fonctionnement, l’air qui pénètre dans la portion 139 de la cavité 122, par les orifices 124, doit contourner les ailettes 150a, 150b et subit des pertes de charge par effet de chicane. Ce phénomène contribue au refroidissement du corps 112 de l’injecteur 110.
La figure 9 illustre une variante de réalisation qui peut être combinée au précédent mode de réalisation.
Chacun des canaux 140 comporte des perturbateurs 156 en saillie.
Les perturbateurs 156 de chacun des canaux 140 comportent plusieurs cloisons, qui sont ici parallèles entre elles et sensiblement parallèles à l’axe A.
Le nombre de perturbateurs 156 ou cloisons par canal 140 est par exemple compris entre 3 et 10.
En fonctionnement, l’air qui sort du circuit de purge est guidé par les cloisons de façon à optimiser la formation et la diffusion du jet de carburant, par exemple en direction d’une bougie d’allumage de la chambre de combustion 130 équipé de l’injecteur 110.
L’injecteur 110 selon l’invention peut être réalisé par fabrication additive par exemple, et est avantageusement monobloc.

Claims (10)

  1. Injecteur de carburant (110) pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un corps (112) tubulaire ayant un axe d’allongement (A) et comportant une première extrémité longitudinale (114) d’alimentation en carburant et une seconde extrémité longitudinale (116) d’éjection d’un jet de carburant, ledit corps comportant en outre un circuit intégré d’air de purge qui comprend une cavité interne (122) qui est reliée à des orifices (124) d’entrée d’air situés sur le corps et à au moins une sortie d’air située au niveau de ladite seconde extrémité, caractérisé en ce que des perturbateurs (150, 156) de flux d’air sont prévus en saillie dans ladite cavité.
  2. Injecteur (110) selon la revendication 1, dans lequel ladite cavité (122) comprend une portion annulaire (139) s’étendant autour dudit axe d’allongement (A), les perturbateurs (150) comportant des ailettes annulaires (150a, 150b) en saillie s’étendant dans cette portion annulaire autour dudit axe d’allongement.
  3. Injecteur (110) selon la revendication 2, dans lequel les perturbateurs (150) comportent des premières ailettes annulaires (150a) en saillie sur une surface cylindrique externe (152) définissant ladite portion, et des secondes ailettes annulaires (150b) en saillie sur une surface cylindrique interne (154) s’étendant autour de ladite surface externe.
  4. Injecteur (110) selon la revendication 3, dans lequel les premières ailettes annulaires (150a) sont espacées axialement les unes des autres le long dudit axe d’allongement, les secondes ailettes (150b) étant également espacées axialement les unes des autres le long de cet axe et s’étendant dans des plans transversaux passant sensiblement entre les premières ailettes.
  5. Injecteur (110) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite cavité (122) comprend deux canaux (140) diamétralement opposés par rapport audit axe d’allongement (A) et définissant chacun une sortie d’air au niveau de ladite seconde extrémité (116), chacun de ces canaux comportant des perturbateurs (156) en saillie.
  6. Injecteur (110) selon la revendication 5, dans lequel les perturbateurs (156) de chacun des canaux (140) comportent plusieurs cloisons.
  7. Injecteur (110) selon la revendication 6, dans lequel les cloisons sont parallèles entre elles et sensiblement parallèles audit axe d’allongement (A).
  8. Injecteur (110) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit corps (112) est formé d’une seule pièce.
  9. Injecteur (110) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite première extrémité longitudinale (114) dudit corps (112) est reliée à une base de fixation (138) qui est formée d’une seule pièce avec ledit corps.
  10. Turbomachine d’aéronef, comportant une chambre de combustion équipe d’au moins un injecteur (110) selon l’une des revendications précédentes.
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