WO2014184497A1 - Tuyère d'éjection de gaz chauds pour un turboréacteur, comportant sur l'extérieur un déflecteur de ces gaz - Google Patents

Tuyère d'éjection de gaz chauds pour un turboréacteur, comportant sur l'extérieur un déflecteur de ces gaz Download PDF

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Arnaud GUILLET
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    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/24—Heat or noise insulation
    • F02C7/25—Fire protection or prevention

Definitions

  • Hot gas ejection nozzle for a turbojet having on the outside a deflector of these gases
  • the present invention relates to a hot gas ejection nozzle for an aircraft turbojet, and a nacelle equipped with such an ejection nozzle.
  • the se tle s of motorization for the aeron efs com generally carry a nacelle forming a generally circular outer envelope, comprising inside a turbojet disposed along the longitudinal axis of this nacelle.
  • the turbojet engine receives fresh air from the upstream or front side, and rejects on the downstream or rear side hot gases from the combustion of fuel, which give a certain thrust.
  • fan blades disposed around the turbojet generate a large secondary flow of cold air along an annular vein passing between the engine and the nacelle, which adds a high thrust.
  • the hot gases are rejected from the turbojet engine by an annular outlet guiding these gases backward with a certain speed, between the rear nose of a nozzle forming an outer contour, and a central ejection cone.
  • the turbojet engine is generally attached to the aircraft by a mast or pylon, comprising a streamlined load-bearing structure which is located towards the rear of this engine.
  • a mast or pylon comprising a streamlined load-bearing structure which is located towards the rear of this engine.
  • a known system presented in particular by the document EP-A2-0835805, comprises a chican isposed in a transverse plane and on an angular sector corresponding to the input of this channel, in order to close it.
  • This baffle comprises elements fixed alternately on the two opposite supports, the nozzle and the fairing of the pylon, which prevent a passage of the flames.
  • this type of slab provided for a fire hazard is relatively complex to implement, comprising several elements to be fixed on the two opposite supports. In particular, contact between the supports and the elements of the baffle must be avoided to prevent wear.
  • Another known solution is to have a curtain at the entrance of the channel, comprising flexible parts that close this entry.
  • this solution provides a relative seal that passes a certain flow of hot gases, and only partially solves the problem.
  • the present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art.
  • a hot gas ejection nozzle for an aircraft turbojet engine intended to be installed in a nacelle supported by a pylon comprising a shroud disposed near the outer surface of this nozzle, the space between this fairing and this nozzle forming a substantially longitudinal channel, remarkable in that it comprises on its outer wall a deflector disposed in a transverse plane, covering an angular sector in the channel, which is provided to ven near the fairing without touch.
  • An advantage of this ejection nozzle is that it can perform a rejection of a large part of the hot gases backwards simply and economically, with a baffle having no contact on the fairing the pylon, which avoids the risk of wear requiring complex treatments to treat them, and simplifies the validations.
  • the gas ejection nozzle according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with each other.
  • the deflector has a substantially constant cross section, which is a simple piece to achieve.
  • the deflector may comprise a cross section forming a square at right angles.
  • the cross section may comprise a base forming a band of constant width, which is bent to fit on the outer wall of the nozzle.
  • the base can receive a perpendicular partition forming a band of constant width, which is bent.
  • the perpendicular partition is welded to the base, thus obtaining a strong connection from two simple elements formed in cut sheets.
  • the baffle comprising the base and the perpendicular partition, can be achieved by forming a sheet in one piece. This variant avoids using a weld for the realization of the deflector.
  • the ends of the partition com are chamfers, which forms ends that are not offensive.
  • the deflector is formed in sheets having a thickness of about 1 mm.
  • the deflector is attached to the rear end of the outer wall of this nozzle, which closes the inlet of the channel.
  • the invention also relates to a turbojet engine nacelle comprising a hot gas ejection nozzle, intended to be supported by a pylon comprising a fairing disposed near the outer wall of this nozzle, the nozzle comprising the u q uelconq ue previous characteristics.
  • FIG. 1 is an axial half-section of the rear part of a nacelle comprising an ejection nozzle according to the prior art
  • FIG. 2 is an axial half-section of the rear part of a nacelle comprising an ejection nozzle according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of the deflector of this nozzle
  • FIG. 4 is a view of the front face of this deflector
  • FIG. 5 is a detailed view of one end of this deflector.
  • FIG. 6 is a cross sectional view of the deflector, along the section plane VI-VI.
  • FIG. 1 shows an annular exit of hot gases G coming from a turbojet, between the inner wall 2 of the rear nose of a nozzle 4, and an ejection cone 6 which constitutes the rear end of the turbojet engine.
  • These inner and outer surfaces of the annular outlet are profiled so as to allow good aerodynamic flow of the hot gases.
  • the turbojet is contained in a nacelle supported by a pylon comprising a fairing 8, located towards the rear of this nacelle, which forms a mast disposed above the nacelle.
  • channel 10 arranged substantially longitudinally, which ends on the downstream side by the rear tip of this nozzle.
  • channel 10 is fully open, the gases can flow freely along this conduit.
  • FIG. 2 shows a similar nozzle 4 comprising a metal deflector 20 which has been fixed on the rear end of its outer wall 12, so as to close in a large part the inlet of the channel 10.
  • the deflector 20 is disposed in a plane perpendicular to the axis A of the nacelle, and covers an angular sector corresponding substantially to the width of the channel 10 which is below the lower fairing of the pylon 8.
  • the upper part of the deflector 20 arrives near the lower fairing of the pylon 8, without touching it, so as to obtain both a relatively complete closure of the channel 10 in order to prevent a passage of the hot gases, and a lack of contact with this fairing which could lead to wear of the surfaces touching.
  • the deflector 20 forms a spoiler which returns the hot gases backwards, as indicated by the arrow 21.
  • Figures 3 to 6 show the deflector 20 comprising a constant cross section forming a square at right angles, which extends along a circular arc of constant radius.
  • the cross section of the deflector 20 comprises a base 22 forming a band of constant width, which is bent to fit on the conical outer wall 12 of the nozzle 4.
  • a perpendicular partition 24 also forming a band of constant width which is curved, is welded to the front edge of this base 22 by a continuous weld seam, so as to obtain a high strength of the deflector 20.
  • the ends of the partition 24 comprise a chamfer 26 forming a slope which ends near the weld seam. These chamfers comprise on each side a small radius of connection with the edges of the partition 24, so as not to leave an outside sharp angle. This gives ends that are not offensive.
  • the base 22 comprising a width of 25 mm and the partition comprising a height of 30 mm, are formed in sheets having a thickness of 1 mm.
  • the developed length of the deflector 20 is 800mm.
  • the deflector 20 may be fixed on the nozzle 4 by any known means, in particular by welding, or by rivets.

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Abstract

Tuyère d'éjection de gaz chauds pour un turboréacteur d'aéronef, prévue pour être installée dans une nacelle supportée par un pylône comprenant un carénage (8) disposé à proximité de la surface extérieure de cette tuyère (12), l'espace entre ce carénage et cette tuyère formant un canal (10) sensiblement longitudinal, comportant sur sa paroi extérieure (12) un déflecteur (20) disposé dans un plan transversal, couvrant un secteur angulaire se trouvant dans le canal (10), qui est prévu pour venir à proximité du carénage (8) sans le toucher.

Description

Tuyère d'éjection de gaz chauds pour un turboréacteur, comportant sur l'extérieur un déflecteur de ces gaz
La présente invention concerne une tuyère d'éjection de gaz chauds pour un turboréacteur d'aéronef, ainsi qu'une nacelle équipée d'une telle tuyère d'éjection.
Les en sem bl es d e motorisation pou r l es aéron efs com portent généralement une nacelle formant une enveloppe extérieure globalement circulaire, comprenant à l'intérieur un turboréacteur disposé suivant l'axe longitudinal de cette nacelle.
Le turboréacteur reçoit de l'air frais venant du côté amont ou avant, et rejette du côté aval ou arrière les gaz chauds issus de la combustion du carburant, qui donnent une certaine poussée. Pour les turboréacteurs à double flux, des aubes de soufflante disposées autour du turboréacteur génèrent un flux secondaire important d'air froid le long d'une veine annulaire passant entre le moteur et la nacelle, qui ajoute une poussée élevée.
Les gaz chauds sont rejetés du turboréacteur par une sortie annulaire guidant ces gaz vers l'arrière avec une certaine vitesse, comprise entre le nez arrière d'une tuyère formant un contour extérieur, et un cône central d'éjection.
Le turboréacteur est généralement fixé à l'aéronef par un mât ou pylône, comprenant une structure porteuse carénée qui se trouve vers l'arrière de ce moteur. Dans ce cas on peut avoir une proximité entre la partie arrière de la tuyère d'éjection et le carénage du mât, formant entre ces éléments un canal permettant dans certaines conditions de fonctionnement une aspiration des gaz chauds sortant du turbopropulseur, qui repartent vers l'avant dans ce canal.
Pour éviter un risque de propagation d'incendie par ce canal, un système connu, présenté notamment par le document EP-A2-0835805, comporte une ch icane d isposée dans un plan transversal et sur un secteur angulaire correspondant à l'entrée de ce canal, afin de le fermer. Cette chicane comporte des éléments fixés alternativement sur les deux supports en regard, la tuyère et le carénage du pylône, qui empêchent un passage des flammes. Toutefois ce type de ch icane prévu pour un risque d'incend ie, est relativement complexe à mettre en œuvre, comprenant plusieurs éléments à fixer sur les deux supports opposés. Il faut en particulier éviter des contacts entre les supports et les éléments de la chicane, pour empêcher une usure.
Il est connu par ailleurs pour éviter un retour vers l'avant des gaz chauds par ce canal, de disposer des joints métalliques venant au contact des deux supports, la tuyère et le carénage du pylône. En effet un passage d'air chaud dans le canal réchauffe la partie extérieure de la tuyère, et peut pénaliser sa durée de vie en générant une limitation en fatigue.
Toutefois cette solution est délicate à mettre en œuvre, car l'appui des joints sur le support en regard impose des traitements de surface particuliers pour limiter l'usure, qui posent des problèmes de tribologie difficiles à résoudre. De plus cette zone est mal caractérisée d'un point de vue aérodynamique, ce qui complique la validation des traitements de surface choisis.
Une autre solution connue consiste à disposer un rideau à l'entrée du canal, comprenant des parties souples qui ferment cette entrée. Cependant cette solution assure une étanchéité relative qui laisse passer un certain flux de gaz chauds, et ne résout que partiellement le problème.
La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
Elle propose à cet effet une tuyère d'éjection de gaz chauds pour un turboréacteur d'aéronef, prévue pour être installée dans une nacelle supportée par un pylône comprenant un carénage disposé à proximité de la surface extérieure de cette tuyère, l'espace entre ce carénage et cette tuyère formant un canal sensiblement longitudinal, remarquable en ce qu'elle comporte sur sa paroi extérieure un déflecteur disposé dans un plan transversal, couvrant un secteur angulaire se trouvant dans le canal , qui est prévu pour ven ir à proximité du carénage sans le toucher.
Un avantage de cette tuyère d'éjection est qu'elle peut réaliser un rejet d'une grande partie des gaz chauds vers l'arrière de manière simple et économique, avec un déflecteur ne comportant pas de contact sur le carénage du pylône, ce qui évite des risques d'usure demandant des traitements complexes pour les traiter, et simplifie les validations.
La tuyère d'éjection de gaz selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, le déflecteur comporte une section transversale sensiblement constante, ce qui constitue une pièce simple à réaliser.
En particulier, le déflecteur peut comporter une section transversale formant une équerre à angle droit.
La section transversale peut comporter une base formant une bande de largeur constante, qui est cintrée de manière à s'ajuster sur la paroi extérieure de la tuyère.
La base peut recevoir une cloison perpendiculaire formant une bande de largeur constante, qui est cintrée.
Avantageusement la cloison perpendiculaire est soudée sur la base, on obtient ainsi une liaison résistante à partir de deux éléments simples formés dans des tôles découpées.
En variante le déflecteur comprenant la base et la cloison perpendiculaire, peut être réalisé par formage d'une tôle d'un seul tenant. Cette variante permet d'éviter d'utiliser une soudure pour la réalisation du déflecteur.
Avantageusement, les extrém ités de la cloison com portent des chanfreins, ce qui forme des extrémités qui ne sont pas blessantes.
Avantageusement, le déflecteur est formé dans des tôles comprenant une épaisseur d'environ 1 mm.
Avantageusement, le déflecteur est fixé à l'extrémité arrière de la paroi extérieure de cette tuyère, ce qui permet de fermer l'entrée du canal.
L'invention a aussi pour objet une nacelle de turboréacteur comportant une tuyère d'éjection de gaz chauds, prévue pour être supportée par un pylône comprenant un carénage disposé à proximité de la paroi extérieure de cette tuyère, la tuyère com prenant l 'u ne q uelconq ue des caractéristiq ues précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une demi-coupe axiale de la partie arrière d'une nacelle comprenant une tuyère d'éjection selon l'art antérieur ;
- la figure 2 est une demi-coupe axiale de la partie arrière d'une nacelle comprenant une tuyère d'éjection selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective du déflecteur de cette tuyère ;
- la figure 4 est une vue de la face avant de ce déflecteur ;
- la figure 5 est une vue de détail d'une extrémité de ce déflecteur ; et
- la figure 6 est une vue en coupe transversale de ce déflecteur, suivant le plan de coupe VI-VI.
La figure 1 présente une sortie annulaire de gaz chauds G venant d'un turboréacteur, comprise entre la paroi interne 2 du nez arrière d'une tuyère 4, et un cône d'éjection 6 qui constitue la partie arrière terminale du turboréacteur. Ces surfaces intérieure et extérieure de la sortie annulaire sont profilées de manière à permettre un bon écoulement aérodynamique des gaz chauds.
Le turboréacteur est contenu dans une nacelle supportée par un pylône comprenant un carénage 8, se trouvant vers l'arrière de cette nacelle, qui forme un mât disposé au-dessus de la nacelle.
L'espace situé entre le carénage inférieur du pylône 8 et la tuyère 4 forme un canal 10 disposé sensiblement longitudinalement, qui se termine du côté aval par la pointe arrière de cette tuyère. Dans cet exemple présenté le canal 10 est entièrement ouvert, les gaz peuvent circuler librement le long de ce conduit.
Dans certaines conditions de fonctionnement les gaz chauds G éjectés de la sortie annulaire peuvent être en partie aspirés dans le canal 1 0, ce qui constitue une recirculation de gaz chauds dans cette cavité. On a alors un échauffement important de la paroi extérieure 1 2 du nez de tuyère 4, qui entraîne une limitation de la tenue en fatigue des matériaux, et de leur durée de vie. La figure 2 présente une tuyère 4 similaire comportant un déflecteur métallique 20 qui a été fixé sur l'extrémité arrière de sa paroi extérieure 12, de manière à fermer en grande partie l'entrée du canal 10. Le déflecteur 20 est disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe A de la nacelle, et couvre un secteur angulaire correspondant sensiblement à la largeur du canal 10 qui se trouve en dessous du carénage inférieur du pylône 8.
La partie supérieure du déflecteur 20 arrive à proximité du carénage inférieur du pylône 8, sans le toucher, de manière à obtenir à la fois une fermeture relativement complète du canal 10 afin d'éviter un passage des gaz chauds, et une absence de contact avec ce carénage qui pourrait entraîner une usure des surfaces se touchant.
Le déflecteur 20 forme un béquet qui renvoie les gaz chauds vers l'arrière, comme indiqué par la flèche 21 .
Les figures 3 à 6 représentent le déflecteur 20 comprenant une section transversale constante formant une équerre à angle droit, qui s'étend suivant un arc de cercle de rayon constant.
La section transversale du déflecteur 20 comporte une base 22 formant une bande de largeur constante, qui est cintrée de manière à s'ajuster sur la paroi extérieure conique 12 de la tuyère 4.
Une cloison perpendiculaire 24 formant aussi une bande de largeur constante qui est cintrée, est soudée sur le bord avant de cette base 22 par un cordon de soudure continu, de manière à obtenir une solidité importante du déflecteur 20.
Les extrémités de la cloison 24 comportent un chanfrein 26 formant une pente qui se termine à proximité du cordon de soudure. Ces chanfreins comprennent de chaque côté un petit rayon de raccordement avec les bords de la cloison 24, de manière à ne pas laisser d'angle vif extérieur. On obtient ainsi des extrémités qui ne sont pas blessantes.
Dans cet exemple la base 22 comprenant une largeur de 25mm et la cloison comprenant une hauteur de 30mm, sont formées dans des tôles comportant une épaisseur de 1 mm. La longueur développée du déflecteur 20 est de 800mm. Le déflecteur 20 peut être fixé sur la tuyère 4 par tous moyens connus, en particulier par soudure, ou par des rivets.
On obtient ainsi par l'ajout d'un déflecteur 20 sur la tuyère 4 qui est simple à valider, car ne posant pas de problème d'usure suite à des frottements sur d'autres surfaces, un rejet efficace des gaz chauds qui permet de ne pas affecter la résistance des matériaux de la paroi extérieure 12 de cette tuyère. De plus le coût de la pièce est réduit, cette solution est économique.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Tuyère d'éjection de gaz chauds pour un turboréacteur d'aéronef, prévue pour être instal lée dans une nacel le supportée par un pylône comprenant un carénage (8) disposé à proximité de la surface extérieure de cette tuyère (12), l'espace entre ce carénage et cette tuyère formant un canal (10) sensiblement longitudinal, caractérisée en ce qu'elle comporte sur sa paroi extérieure (12) un déflecteur (20) disposé dans un plan transversal, couvrant un secteur angulaire se trouvant dans le canal (10), qui est prévu pour venir à proximité du carénage (8) sans le toucher.
2 - Tuyère d'éjection de gaz selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le déflecteu r (20) comporte une section transversale sensiblement constante.
3 - Tuyère d'éjection de gaz selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le déflecteur (20) comporte une section transversale formant une équerre à angle droit.
4 - Tuyère d'éjection de gaz selon la revendication 3, caractérisée en ce que la section transversale comporte une base (22) formant une bande de largeur constante, qui est cintrée de manière à s'ajuster sur la paroi extérieure (12) de la tuyère (4).
5 - Tuyère d'éjection de gaz selon la revendication 4, caractérisée en ce que la base (22) reçoit une cloison perpendiculaire (24) formant une bande de largeur constante, qui est cintrée.
6 - Tuyère d'éjection de gaz selon la revendication 5, caractérisée en ce que la cloison perpendiculaire (24) est soudée sur la base (22).
7 - Tuyère d'éjection de gaz selon la revendication 5, caractérisée en ce que le déflecteur (20) comprenant la base (22) et la cloison perpendiculaire (24), est réalisé par formage d'une tôle d'un seul tenant.
8 - Tuyère d'éjection de gaz selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les extrémités de la cloison (24) comportent des chanfreins (26). 9 - Tuyère d'éjection de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le déflecteur (20) est formé dans des tôles comprenant une épaisseur d'environ 1 mm.
10 - Tuyère d'éjection de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le déflecteur (20) est fixé à l'extrémité arrière de la paroi extérieure (12) de cette tuyère.
1 1 - Nacelle de turboréacteur comportant une tuyère d'éjection de gaz chauds (4), prévue pour être supportée par un pylône comprenant un carénage (8) d isposé à proxim ité de la su rface extérieu re de cette tuyère ( 1 2), caractérisée en ce que la tuyère est réalisée suivant l'une quelconque des revendications précédentes.
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US5524846A (en) * 1993-12-21 1996-06-11 The Boeing Company Fire protection system for airplanes
EP0835805A2 (fr) 1996-09-10 1998-04-15 The Boeing Company Etanchement coupe-feu labyrinthe pour aéronef

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