WO2024115840A1 - Chambre de combustion pour turbomachine - Google Patents

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WO2024115840A1
WO2024115840A1 PCT/FR2023/051833 FR2023051833W WO2024115840A1 WO 2024115840 A1 WO2024115840 A1 WO 2024115840A1 FR 2023051833 W FR2023051833 W FR 2023051833W WO 2024115840 A1 WO2024115840 A1 WO 2024115840A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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type
zone
bowl
axis
combustion chamber
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051833
Other languages
English (en)
Inventor
Claire Christine Marie RAYEL
Romain Nicolas Lunel
Pierre André Gabriel MALBOIS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines filed Critical Safran Aircraft Engines
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing

Definitions

  • the present description relates to a combustion chamber for an aircraft turbomachine.
  • the present description also relates to a turbomachine comprising such a combustion chamber.
  • annular combustion chamber of a turbomachine receives upstream a flow of air from a high pressure compressor and delivers downstream a flow of hot gases driving the rotors of the high pressure and low pressure turbines.
  • the annular combustion chamber comprises two coaxial walls of revolution which extend one inside the other and which are connected together at their upstream ends by an annular wall at the bottom of the chamber, this bottom chamber having openings for mounting fuel injection systems between the inner and outer annular walls.
  • Each injection system comprises means for supporting the head of a fuel injector and at least one auger which is arranged downstream of the head of the injector, coaxially therewith, and which delivers a air flow downstream of the fuel injection to form a mixture of air and fuel intended to be burned in the combustion chamber.
  • the swirls of the injection systems are supplied by air coming from an annular diffuser mounted at the outlet of the high-pressure compressor arranged upstream of the combustion chamber.
  • Each injection system includes a mixing bowl into which each swirl opens downstream.
  • the mixing bowl comprises a substantially frustoconical downstream wall flared downstream and may include an annular row of air injection orifices regularly distributed around the axis of the bowl.
  • the external annular wall of the combustion chamber comprises an annular row of primary dilution orifices and at least one spark plug opening into the interior of the combustion chamber.
  • the air leaving the high pressure compressor circulates inside each of the injection systems.
  • the air/fuel mixture is ejected from each injection system, forming a substantially frustoconical sheet of air and fuel widening downstream. Also, the larger the diameter of the mixing bowl orifices, the greater the air flow passing through each of these orifices and the less flared the air/fuel mixture sheet.
  • the primary dilution orifices make it possible to stabilize the combustion flame in the bottom of the chamber and prevent, by dilution of the air/fuel mixture, the combustion flame from stalling and penetrating the high pressure turbine and damaging components such as that in particular fixed blades by the formation of hot spots.
  • the injection systems are configured so that for each injection system, the air/fuel mixture layer crosses or intercepts circumferentially, upstream of the dilution orifices, the fuel layers of the two adjacent injection systems. In this way, circumferential continuity of the air/fuel mixture is ensured between the injection systems before dilution, which guarantees that the flame initiated by the spark plug(s) will propagate over the entire circumference of the fuel chamber. combustion.
  • FR 2 980 554 is also known, which proposes a solution overcoming these difficulties.
  • FR 2 980 554 describes a bowl whose orifices are distributed and dimensioned so that the air/fuel mixture layer has at least one local widening circumferentially intercepting an adjacent fuel layer.
  • the positioning of the orifices on the bowl does not make it possible to obtain an intersection of two adjacent layers sufficiently upstream to optimize the propagation of the flame.
  • the modification of the distribution and sizing of the orifices harms the control of the flaring of the air/fuel mixture sheet for the different operating regimes of the turbomachine.
  • the invention aims in particular to provide a simple, economical and effective solution to the problems mentioned above, making it possible to avoid the disadvantages of the known technique.
  • annular combustion chamber of a longitudinal axis aircraft turbomachine comprising an annular row of injection systems, each injection system comprising:
  • the bowl located downstream of the spinner, the bowl comprising a wall flared towards the downstream extending around a bowl axis to produce a sheet of mixture of air and fuel substantially frustoconical around the axis of bowl, the flared wall comprising at least one zone of a first type at the level of which the flared wall opens downstream according to at least a first opening angle and at least one zone of a second type at which the flared wall opens downstream according to at least a second opening angle which is greater than the first opening angle, the zone of the second type being positioned circumferentially around the bowl axis so that the air/fuel mixture sheet coming from the bowl has at least one local widening capable of circumferentially intercepting a sheet adjacent fuel tank.
  • Such a combustion chamber makes it possible to guarantee circumferential continuity between each layer of air/fuel mixture, which ensures good circumferential propagation of the combustion flame without adding an injector.
  • the ejection angle of the web depends on the opening angle of the wall of the mixing bowl.
  • the local widening of the web is here obtained by the zone of the second type of the flared wall of the bowl which has a greater opening angle. It was found that this makes it possible to obtain a greater local increase in the ejection angle of the layer compared to the solution of FR 2 980 554.
  • the air/fuel mixture layer can circumferentially intercept the layer adjacent further upstream compared to the solution of FR 2 980 554. It follows that the interception zone between two circumferentially adjacent layers is larger, which allows better circumferential propagation of the flame in the combustion chamber. Also as a result, the number of injection systems can be further reduced or the pitch between two circumferentially adjacent injection systems can be further increased.
  • the flared wall can open downstream at the level of the zone of the first type according to a first opening angle which is less than or equal to a predetermined angle or threshold and the flared wall can open at downstream at the level of the zone of the second type according to a second opening angle which is greater than the predetermined angle or threshold.
  • the flared wall opens out at each of the zone of the first type and the zone of the second type. It is understood that the zone of the first type and the zone of the second type each extend in the direction of the bowl axis to a downstream end of the flared wall. In other words, a downstream end of each of the zone of the first type and the zone of the second type coincides with a downstream end of the flared wall.
  • the air/fuel mixture sheet may have a first dimension in a circumferential direction around the longitudinal axis which is greater than a second dimension in a radial direction relative to the longitudinal axis.
  • the flared wall may comprise at least a groove extending along the bowl axis and opening at least downstream of the flared wall.
  • a bottom of said at least one groove can define said at least a zone of the second type.
  • furrow is meant a groove or a notch made in the thickness of the bowl at the level of the flared wall.
  • Said at least one groove may include edges on either side of the bottom circumferentially relative to the bowl axis. Each edge can connect the zone of the second type defined by the corresponding groove and the (or one of the) zone(s) of the first type directly adjacent to the zone of the second type defined by the corresponding groove.
  • the flared wall can present a rapid variation in opening angle downstream between the first opening angle and the second opening angle at each edge.
  • the flared wall may have an opening angle discontinuity downstream at the level of each edge between the first opening angle and the second opening angle.
  • the bowl axis can extend in a direction which includes a component in the longitudinal direction and a component in the radial direction relative to the longitudinal axis.
  • the bowl axis may be parallel to the longitudinal axis.
  • the bowl axis can extend in a direction which only includes a longitudinal component.
  • the second opening angle can be between the first opening angle and 180°.
  • the combustion chamber may comprise two coaxial annular walls around the longitudinal axis, respectively internal and external, connected to each other at their upstream ends by an annular chamber bottom wall comprising an annular row of injection system mounting openings.
  • the zone of the first type and/or the zone of the second type can form a conical surface element.
  • the zone of the first type can extend in the direction of the bowl axis from an upstream end of the flared wall.
  • an upstream end of the zone of the first type can coincide with an upstream end of the flared wall.
  • the zone of the second type can extend in the direction of the bowl axis from an upstream end of the flared wall or from an intermediate position between the upstream end and the downstream end of the flared wall.
  • an upstream end of the zone of the second type can coincide with an upstream end of the flared wall or an intermediate position between the upstream end and the downstream end of the flared wall.
  • said at least one furrow can extend in the direction of the bowl axis from the upstream end of the flared wall or from an intermediate position between the upstream end and the downstream end of the flared wall.
  • Said at least one groove opens upstream of the flared wall in the case where it extends from the upstream end of the flared wall.
  • the zone of the first type and/or the zone of the second type may have the shape of an arcuate section around the bowl axis.
  • each cross section of the zone of the first type and/or the zone of the second type with respect to the bowl axis has an arcuate shape around the bowl axis.
  • the flared wall opens downstream at said at least one zone of the first type according to at least a first single opening angle and/or at said at least one zone of the second type according to at least a second angle d single opening.
  • the zone of the first type can extend over an angular sector greater than that of the zone of the second type.
  • Each cross section of said at least one zone of the second type relative to the bowl axis extends angularly around the bowl axis in an angular sector between 10° and 90°, preferably between 20° and 45°.
  • Each zone of the second type may comprise an upstream end section and a downstream end section. The angular sector along which the downstream end section extends around the bowl axis may be greater than or equal to the angular sector along which the upstream end section extends around the bowl axis.
  • Each cross section of said at least one zone of the first type relative to the bowl axis extends angularly around the bowl axis in an angular sector between 90° and 170°, preferably between 135° and 160°.
  • Each zone of the first type may comprise an upstream end section and a downstream end section.
  • the angular sector along which the downstream end section extends around the bowl axis may be greater than or equal to the angular sector along which the upstream end section extends around the bowl axis.
  • the zone of the second type can be positioned, angularly around the bowl axis, at an angular position at 3 o'clock or at an angular position at 9 o'clock.
  • the injection system can be adapted so that a flow of the air/fuel mixture within the flared wall rotates around the bowl axis in a first direction of rotation in the clockwise direction or in the direction counterclockwise.
  • the second type zone can be positioned angularly around the bowl axis:
  • Said at least groove may have the shape of a spiral around the bowl axis whose direction of rotation coincides with the first direction of rotation.
  • Such a flared wall makes it possible to form the local widening to circumferentially intercept an adjacent layer of fuel, taking into account the rotational movement of the air/fuel mixture.
  • the flow of the air/fuel mixture within the flared wall rotates around the bowl axis passing through the successive angular positions at 12 o'clock, 3H, 6H and 9H and when the first direction coincides with the anti-clockwise direction, the flow of the air/fuel mixture within the flared wall rotates around the bowl axis passing through the successive angular positions at 12H, 9 a.m., 6 a.m. and 3 a.m.
  • the air/fuel mixture can therefore exhibit a helical movement around the bowl axis within the flared wall of the bowl.
  • the zone of the second type may have the shape of a conical spiral around the bowl axis whose direction of rotation around the bowl axis coincides with the first direction of rotation. So, when the direction of rotation of the mixing flow coincides with the clockwise direction, an upstream end of the zone of the second type can be located angularly around the bowl axis closer to the angular position at 12 o'clock or at 6 o'clock than is the case. is a downstream end of said zone of the second type.
  • an upstream end of the zone of the second type can be located angularly around the bowl axis closer to the angular position at 9 o'clock or at 3 o'clock than is a downstream end of said zone of the second type.
  • the flared wall may comprise at least a first zone of the second type and a second zone of the second type.
  • the flared wall may comprise at least a first groove and a second groove respectively defining a first zone of the second type and a second zone of the second type.
  • the flared wall may comprise at least a first zone of the first type and a second zone of the first type.
  • the flared wall may comprise, circumferentially around the bowl axis, an alternating succession of zones of the first type and zones of the second type. Each zone of the first type is located circumferentially around the bowl axis between two furrows.
  • the first zone of the second type and the second zone of the second type can be such that the flared wall has a symmetry of revolution of order at least equal to 2 around the bowl axis.
  • the first groove and the second groove can be such that the flared wall has a symmetry of revolution of order 2 around the bowl axis.
  • the flared wall is invariant in section perpendicular to the bowl axis for any rotation through an angle of 180° around the bowl axis.
  • the first zone of the second type and the second zone of the second type can be located on either side of a first median plane which includes the longitudinal axis and the bowl axis.
  • the first furrow and the second furrow may be located on either side of the first median plane which comprises the longitudinal axis and the bowl axis.
  • the air/fuel mixture layer thus has two local enlargements located respectively on one side and the other of the first median plane and each adapted to circumferentially intercept a respective adjacent fuel layer. Flame propagation is thus improved.
  • the first zone of the second type and the second zone of the second type can be such that the flared wall is symmetrical with respect to the first median plane.
  • the first groove and the second groove can be such that the flared wall is symmetrical with respect to the first median plane.
  • the first zone of the second type can be positioned (or centered), angularly around the bowl axis, at an angular position at 3H and the first zone of the second type can be positioned (or centered), angularly around the bowl axis, at an angular position at 9 o'clock.
  • the flared wall may comprise at least a third zone of the second type and a fourth zone of the second type, the first zone of the second type and the second zone of the second type being located on a first side of a second median plane which includes the bowl axis and an axis passing through the angular positions at 3H and 9H, the third zone of the second type and the fourth zone of the second type being located 'a second side of a second median plane.
  • the flared wall may comprise at least a third groove and a fourth groove each defining a third zone of the second type and a fourth zone of the second type.
  • a bowl orifice may be provided circumferentially around the bowl axis between the first zone of the second type and the third zone of the second type and/or between the second zone of the second type and the fourth zone of the second type.
  • the flared wall may comprise n zones of the second type with n an integer greater than or equal to 2. The flared wall may be symmetrical with respect to the first median plane and/or with respect to the second median plane.
  • the flared wall can be symmetrical with respect to the second median plane.
  • the zone of the first type and/or the zone of the second type may have the shape of an elliptical arc section around the bowl axis.
  • the flared wall may have a section perpendicular to the bowl axis having an ellipse shape.
  • the flared wall can flare downstream according to the first opening angle at an angular position at 12 o'clock and at an angular position at 6 o'clock, and according to the second opening angle at the level of an angular position at 3 o'clock and at an angular position at 9 o'clock.
  • the opening angle of the flared wall can vary linearly between the first opening angle and the second opening angle between each consecutive angular position among the angular positions at 12, 3 o'clock, 6 o'clock and 9 o'clock.
  • the flared wall may include a plurality of bowl orifices.
  • the bowl orifices can be distributed around the bowl axis.
  • the bowl orifices may be formed through the flared wall at the area of the first type.
  • the bowl orifices can be distributed into groups. Each bowl orifice of one of the groups can be formed through one of the zones of the first type.
  • the bowl orifices can be regularly distributed around the bowl axis.
  • An annular row of bowl orifices may be provided.
  • each zone of the first type and each zone of the second type may comprise one or more bowl orifices.
  • the bowl may comprise an annular radial wall around the bowl axis which extends radially relative to the bowl axis from a downstream end of the flared wall.
  • the bowl may comprise a cylindrical wall extending along the axis of the bowl, the flared wall extending downstream of the cylindrical wall.
  • the cylindrical wall may have a circular section.
  • an aircraft turbomachine comprising a combustion chamber as described above.
  • FIG. 1 represents a longitudinal sectional view of a turbomachine combustion chamber according to the present description
  • FIG. 2 represents a sectional view of an injection system of the combustion chamber of Figure 1;
  • FIG. 3 represents a perspective view of the injection system of Figure 2 according to a preferred embodiment
  • FIG. 4 represents a front view of the injection system of Figure 3;
  • FIG. 5 represents a sectional view of the injection system of Figure 3;
  • FIG. 6 includes Figures 6a and 6b which respectively represent a top view of the injection system of Figure 2 and of the air/fuel mixture layer formed by the injection system and a sectional view of the mixture layer air/fuel;
  • FIG. 7 represent a partial perspective view of the combustion chamber of Figure 1 and in particular two layers of air/fuel mixture circumferentially adjacent;
  • FIG. 8 represents a front view of the injection system of Figure 2 according to an alternative embodiment
  • FIG. 9 represents a front view of the injection system of Figure 2 according to another alternative embodiment
  • FIG. 10 represents a front view of the injection system of Figure 2 according to another alternative embodiment
  • FIG. 11 represents a front view of the injection system of Figure 2 according to another alternative embodiment.
  • Figure 1 represents an annular combustion chamber 10 of a turbomachine of longitudinal axis X such as a turbojet or an aircraft turboprop, arranged at the outlet of a centrifugal diffuser 12 mounted at the outlet of a high pressure compressor (not shown).
  • the combustion chamber 10 is followed by a high pressure turbine 14 of which only the inlet distributor is shown.
  • the longitudinal direction corresponds to the direction of the longitudinal axis X.
  • the longitudinal axis X coincides with an axis of rotation of the rotor parts of the turbomachine.
  • Orientation qualifiers such as “longitudinal”, “radial” or “circumferential” are defined unless otherwise specified by reference to the longitudinal axis X.
  • a radial direction is a direction perpendicular to the longitudinal axis X.
  • a circumferential direction at a point distant from the longitudinal axis X, corresponds to a direction perpendicular to the axial and radial directions.
  • the adjectives “interior”, “internal”, “exterior” and “external” are used in reference to a radial direction so that the interior/internal part (ie radially interior/internal) of a element is closer to the longitudinal axis exterior/external (ie radially exterior/external) of the same element.
  • the relative qualifiers “upstream” and “downstream” are defined in relation to the normal flow direction of the fluid (from upstream to downstream) in the turbomachine.
  • the combustion chamber 10 comprises two coaxial frustoconical internal 16 and external 18 walls of revolution, arranged one inside the other and with a section reducing towards the downstream. Such a combustion chamber 10 is called convergent.
  • the internal 16 and external 18 annular walls are connected at their upstream ends to an annular bottom wall 20 of the chamber and fixed downstream by internal 22 and external 24 annular flanges.
  • the external annular flange 24 rests radially externally on a casing external 26 and in axial support on a radial flange 28 for fixing the distributor of the high pressure turbine 14 to the external casing 26.
  • the internal annular flange 22 of the combustion chamber 10 is in radial and axial support on an internal annular part 30 of fixing the distributor to an internal annular wall 32.
  • the bottom 20 of chamber 10 has openings for mounting injection systems 50 of an air-fuel mixture in the chamber, the air coming from the centrifugal diffuser 12 and the fuel being supplied by injectors 34.
  • the injectors 34 are fixed at their radially outer ends to the outer casing 26 and are regularly distributed over a circumference around the longitudinal axis X. Each injector 34 comprises at its radially inner end a fuel injection head 36 which is aligned with the axis of a corresponding opening in the bottom 20 of the chamber.
  • the mixture of air and fuel injected into the chamber is ignited by means of at least one spark plug 38 which extends radially outside the chamber.
  • the internal end of the spark plug extends into an orifice in the external wall 18 of the chamber, and its radially external end is fixed by suitable means to the external casing 26 and connected to electrical power supply means (not shown) located outside the housing.
  • the external annular wall 18 of the combustion chamber 10 comprises an annular row of primary orifices 40 for diluting the air/fuel mixture arranged upstream of the spark plug 38.
  • Each injection system 50 comprises two coaxial upstream 52 and downstream 54 turbulence swirls connected upstream to means for centering and guiding the head of the injector 34, and downstream to a mixing bowl 60 which is mounted axially in the opening of the bottom wall 20 of the chamber.
  • the spindles 52, 54 can each comprise a plurality of vanes extending radially around the axis of the spinner and regularly distributed around this axis to deliver a flow of air downstream of the injection head 36.
  • the tendrils 52, 54 are separated from each other by a radial wall 56 relative to a bowl axis B and connected at its radially internal end relative to the bowl axis B to a venturi 58 which extends axially downstream inside the downstream swirl 54 and which separates the air flows from the upstream 52 and downstream spins 54.
  • a first annular air flow vein is formed at inside the venturi 58 and a second annular air flow vein is formed outside the venturi 58.
  • the bowl 60 comprises a flared wall 62 extending around the bowl axis B and which flares downstream according to at least one opening angle a to produce a sheet 100 of mixture of air and fuel substantially frustoconical around the bowl axis B.
  • the bowl axis B extends here in a direction which comprises a component in the longitudinal direction and a component in a radial direction relative to the longitudinal axis
  • the bowl 60 comprises a cylindrical wall 64 extending along the bowl axis B, the flared wall 62 extending downstream of the cylindrical wall 64.
  • the cylindrical wall 64 makes it possible to connect the flared wall 62 to the downstream spindle 54.
  • the cylindrical wall 64 here has a circular section.
  • the bowl 60 comprises an annular radial wall 66 around the bowl axis B which extends radially relative to the bowl axis B from a downstream end of the flared wall 62.
  • the flared wall 62 comprises a first zone of a first type 62a and a second zone of the first type 62a' at which the flared wall 62 opens downstream at a first angle of opening a1.
  • the flared wall 62 also includes a first zone of a second type 62b and a second zone of the second type 62b' at which the flared wall 62 opens downstream at a second opening angle.
  • the flared wall 62 comprises a first groove 63 and second groove 63', a bottom of which defines respectively the first zone of a second type 62b and the second zone of the second type 62b'.
  • the bottom of the first groove 63 defines the first zone of the second type 62b.
  • the bottom of the second furrow 63' defines the second zone of the second type 62b'.
  • the flared wall 62 here comprises, circumferentially around the bowl axis B, an alternating succession of zones of the first type 62a, 62a' and zones of the second type 62b, 62b'. As described below, more than two zones of the first type and more than two zones of the second type can be provided.
  • Each zone of the first type 62a, 62a' is located circumferentially around the bowl axis B between two grooves 63, 63'. In other words, the grooves 63, 63' circumferentially delimit around the bowl axis B on each side the zones of the first type 62a, 62a'.
  • each groove 63 can include edges 65 on either side of the bottom circumferentially by relative to the bowl axis. Each edge includes a bottom or a bottom wall between each of its edges.
  • the first groove 63 comprises a rim 65 which connects the first zone of the second type 62b and the first zone of the first type 62a and another rim 65 which connects the first zone of the second type 62b and the second zone of the first type 62a'.
  • the second groove 63' comprises a rim 65 which connects the second zone of the second type 62b' and the first zone of the first type 62a and another rim 65 which connects the second zone of the second type 62b' and the second zone of the first type 62a'.
  • the opening angle at the outlet of the flared wall may present a rapid or abrupt variation between the first opening angle and the second opening angle at the level of each rim 65.
  • the opening angle at the outlet of the flared wall can be discontinuous at the level of each rim 65.
  • the second opening angle a2 is greater than the first opening angle a1.
  • the opening angle of the flared wall 62 is determined relative to the direction of the bowl axis B.
  • the flared wall 62 opens downstream at the level of each zone of the first type 62a, 62a' according to a first opening angle a1 which is less than or equal to a predetermined angle or threshold and the flared wall 62 opens downstream at each zone of the second type 62b, 62b' according to a second opening angle which is greater than the predetermined angle or threshold.
  • the predetermined angle or threshold is therefore between the first opening angle a1 and the second opening angle a2.
  • the first opening angle a1 is equal to the predetermined angle or threshold.
  • the second opening angle can thus be between the first opening angle a1 and 180° for example.
  • each zone of the second type 62b, 62b' is positioned circumferentially around the bowl axis B so that the layer 100 of air/fuel mixture coming from the flared wall 62 has at least one local widening 102 capable of circumferentially intercepting an adjacent fuel layer 100.
  • the position of each of the zones of the first type 62a, 62a' and of the second type 62b, 62b' around the bowl axis B is expressed according to an angular position around the bowl axis B of a portion circumferentially median relative to the bowl axis B of the downstream end of the zone considered.
  • the angular position of each of the zones of the first type 62a, 62a' and of the second type 62b, 62b' is identified in relation to a time dial (here considered seen from downstream for example) whose angular positions at 12 o'clock, 3 o'clock, 6H and 9H are positioned conventionally.
  • the angular positions at 12 o'clock and 6 o'clock are positioned on a radial axis relative to the longitudinal axis
  • the angular positions at 3 o'clock and at 9 o'clock are positioned on an axis whose direction coincides with a circumferential direction at the point of intersection between the bowl axis B and the radial axis of the positions at 12 o'clock and 6 o'clock.
  • the axis extending radially passing through the angular positions at 12 o'clock and 6 o'clock is thus perpendicular to the axis passing through the angular positions at 3 o'clock and 9 o'clock.
  • the first groove 63 (or also the first zone of the second type 62b) is positioned, angularly around the bowl axis B, at the level of the angular position at 3H and the second groove (or also the second zone of the second type 62b') is positioned, angularly around the bowl axis B, at the level of the angular position at 9 o'clock.
  • the first zone of the first type 62a is positioned, angularly around the bowl axis B, at the level of the angular position at 12 o'clock and the second zone of the first type 62a' is positioned, angularly around the bowl axis B, at the angular position at 6 o'clock.
  • the first groove 63 and the second groove 63' are therefore located on either side of a first median plane which is defined by the longitudinal axis X and the bowl axis B.
  • the first groove 63 and the second groove 63' are such that the flared wall 62 is symmetrical with respect to the first median plane.
  • the first zone of the second type 62b and the second zone of the second type 62b' are located on either side of a first median plane which is defined by the longitudinal axis in the middle foreground.
  • the zones of the second type 62b, 62b' of the flared wall 62 of the bowl 60 make it possible to form a sheet 100 of air/fuel mixture coming from the flared wall 62 which has a local widening 102 on each side in the circumferential direction as shown in Figures 6a and 6b.
  • the air/fuel mixture sheet 100 therefore has a first dimension D1 in a circumferential direction around the longitudinal axis to the longitudinal axis
  • the flared wall 62 opens out at each of the zone of the first type 62a and the zone of the second type 62b. It is understood here that each zone of the first type 62a, 62a' and/or each zone of the second type 62b, 62b' extends in the direction of the bowl axis B to a downstream end of the flared wall 62. In other words, a downstream end of each zone of the first type 62a, 62a' and each zone of the second type 62b, 62b' coincides with a downstream end of the flared wall 62.
  • each zone of the first type 62a, 62a' and each zone of the second type 62b, 62b' extends here in the direction of the bowl axis B from an upstream end of the flared wall 62.
  • an upstream end of each zone of the first type 62a, 62a' and each zone of the second type 62b, 62b' coincides with an upstream end of the flared wall 62.
  • each zone of the first type 62a, 62a' and each zone of the second type 62b, 62b' extends in the direction of the bowl axis B over the entire extent of the flared wall 62 in the direction of the bowl axis B.
  • first groove 63 and the second groove 63 ' each extend from the upstream end of the flared wall 62 to the downstream end of the flared wall 62.
  • first groove and the second groove 63' open upstream and downstream of the flared wall.
  • first groove 63 and/or the second groove 63' can extend upstream from an intermediate position of the flared wall between the upstream end and the downstream end, to the downstream end of the flared wall.
  • each zone of the first type 62a, 62a' presents a unique opening angle equal to the first opening angle a1 and a generator of each zone of the second type 62b, 62b' presents a unique angle d opening equal to the second opening angle a2.
  • each zone of the first type 62a, 62a' and/or each zone of the second type 62b, 62b' can be provided to form a surface element of a hyperboloid, ie a generator of each zone of the first type 62a, 62a' and/or each zone of the second type 62b, 62b' has an opening angle which varies according to the direction of the bowl axis B.
  • Each zone of the first type 62a, 62a' and each zone of the second type 62b, 62b' also have a section shape in the form of an arc of a circle around the bowl axis B.
  • each cross section of the zone of the first type 62a and/or the zone of the second type 62b with respect to the bowl axis has an arcuate shape around the bowl axis B.
  • the flared wall 62 opens at the downstream at said at least one zone of the first type 62a according to at least a first unique opening angle a1 and/or at said at least one zone of the second type 62b according to at least a second opening angle a2 unique.
  • each zone of the first type 62a, 62a' extends in an angular sector greater than that of each zone of the second type 62b , 62b'.
  • each zone of the first type 62a, 62a' extends along a first angular sector and each zone of the second type 62b, 62b' extends along a second angular .
  • Each cross section of each zone of the second type 62b, 62b' relative to the bowl axis B extends angularly around the bowl axis B in an angular sector of between 10° and 90°, preferably between 20° and 45°.
  • Two sections of one of the zones of the second type may have an angular sector different from each other.
  • Each zone of the second type 62b, 62b’ may comprise an upstream end section and a downstream end section. In the example illustrated, the angular sector along which the downstream end section extends around the bowl axis is greater than or equal to the angular sector along which the upstream end section extends around the axis bowl.
  • Each cross section each zone of the first type 62a relative to the bowl axis B extends angularly around the bowl axis B in an angular sector between 90° and 170°, preferably between 135° ° and 160°.
  • Two sections of one of the zones of the first type may have an angular sector different from each other.
  • Each zone of the first type 62a, 62a’ may comprise an upstream end section and a downstream end section.
  • the angular sector along which the downstream end section extends around the bowl axis may be greater than or equal to the angular sector along which the upstream end section extends around the bowl axis.
  • the flared wall 62 comprises a plurality of air injection bowl orifices 70.
  • the bowl orifices 70 are distributed around the bowl axis B.
  • the bowl orifices 70 are formed through the flared wall 62 at each zone of the first type 62a, 62a'.
  • the bowl orifices 70 are thus distributed into groups: each bowl orifice 70 of one of the groups is formed through one of the zones of the first type 62a, 62a'.
  • Each zone of the second type 62b, 62b' is therefore devoid of bowl orifices 70.
  • the dimension or arrangement of the bowl orifices 70 are not modified to form the local enlargement 102 of the sheet 102.
  • the dimension and arrangement of the bowl orifices are therefore not constrained by the need for circumferential overlapping of the layers 100.
  • the bowl orifices 70 can therefore be advantageously sized and arranged to better control the flaring of the layer 100 according to the different operating regimes of the turbomachine.
  • the flared wall 62 here comprises a third zone of the second type 62b” and a fourth zone of the second type 62b’”.
  • the flared wall 62 comprises a third furrow and a fourth furrow, a bottom of which respectively defines a third zone of the second type (62b”) and a fourth zone of the second type (62b’”).
  • the first groove 63 and the second groove 63' are located on a first side of a second median plane which includes the bowl axis B and the axis passing through the angular positions at 3 o'clock and 9 o'clock.
  • the third furrow 63” and the fourth furrow 63” are located on a second side of the second median plane.
  • the first zone of the second type 62b and the second zone of the second type 62b' are located on a first side of the second median plane which includes the bowl axis B and the axis passing through the angular positions at 3H and 9am.
  • the third zone of the second type 62b” and the fourth zone of the second type 62b’” are located on a second side of the second median plane.
  • the flared wall 62 is here also symmetrical with respect to the first median plane and with respect to the second median plane.
  • a bowl orifice 70 is here provided circumferentially around the bowl axis B between the first zone of the second type 62b and the third zone of the second type 62b”, in this case at the level of the angular position at 3H .
  • a bowl orifice 70 is also provided circumferentially around the bowl axis B between the second zone of the second type 62b' and the fourth zone of the second type 62b'", in this case at the angular position at 9 o'clock.
  • each zone of the second type 62b, 62b' extends in the direction of the bowl axis B from an intermediate position between the upstream end and the downstream end of the flared wall 62
  • an upstream end of each zone of the second type 62b, 62b' coincides with the intermediate position between the upstream end and the downstream end of the flared wall.
  • FIG. 9 represents another alternative embodiment of the injection system 50 described above. It can be expected that the air/fuel mixture can exhibit a helical movement (ie rotating) around the bowl axis B within the flared wall 62 of the bowl 60.
  • the injection system 50 (in particular, the tendrils ) is therefore adapted here so that a flow of the air/fuel mixture within the flared wall 62 rotates around the bowl axis B in a first direction of rotation S1 coinciding here with the clockwise direction.
  • each furrow presents a spiral shape around the bowl axis B whose direction of rotation coincides with the first direction of rotation S1.
  • the first zone of the second type 62b and the second zone of the second type 62b' are respectively positioned, angularly around the bowl axis B between the angular position at 12 o'clock and the angular position at 3 o'clock and between the angular position at 6 o'clock and the angular position at 9 o'clock.
  • Such a flared wall 62 makes it possible to form the local widening 102 circumferentially on each side of the sheet 100 taking into account the rotational movement of the air/fuel mixture.
  • Each zone of the second type 62b, 62b' has the shape of a conical spiral around the bowl axis B whose direction of rotation around the bowl axis B coincides with the first direction of rotation S1. This allows better guidance of the flow by accommodating its rotating movement. Alternatively, the first direction of rotation S1 can coincide with the counterclockwise direction.
  • the flared wall 62 has a symmetry of revolution of order 2 around the bowl axis B.
  • the flared wall 62 is invariant in section perpendicular to the bowl axis B for any rotation of an angle of 180° around the bowl axis B.
  • Figure 10 represents another alternative embodiment in which the bowl orifices 70 are regularly distributed around the bowl axis B along an annular row of bowl orifices 70.
  • each zone of the first type 62a , 62a' and each zone of the second type 62b, 62b' comprises several bowl orifices 70.
  • Figure 11 represents another alternative embodiment in which each zone of the first type 62a, 62a' and each zone of the second type 62b, 62b' forms a conical surface element and has an arcuate section shape d 'ellipse around the bowl axis B.
  • any two generators have an opening angle a different from one another .
  • each cross section of one or more of the zones of the first type has an arcuate shape of ellipse around the bowl axis B and/or each cross section of one or more of the zones of the second type has an ellipse arc shape around the bowl axis B.
  • the variant of Figure 11 stands out from the other variants in that the flared wall 62 is devoid of grooves and has a section perpendicular to the bowl axis B having an ellipse shape.
  • the flared wall 62 flares downstream according to the first opening angle a1 at the level of the angular position at 12 o'clock and at the level of the angular position at 6 o'clock, and according to the second opening angle at level d 'an angular position at 3 o'clock and at the level of an angular position at 9 o'clock.
  • the opening angle of the flared wall 62 varies linearly between the first opening angle a1 and the second opening angle a2 between each pair of consecutive angular positions among the angular positions at 12, 3H, 6H and 9H.
  • the first and second zones of the first type 62a' are positioned, angularly around the bowl axis B, respectively at the level of the angular positions at 12 o'clock and 6 o'clock and each extend here over an angular sector of 45°.
  • the first and second zones of the first type 62a' are positioned, angularly around the bowl axis B, respectively at the level of the angular positions at 3 o'clock and at 9 o'clock and here each extend over an angular sector of 45°.
  • the threshold angle here corresponds to the opening angle of the generators of the flared wall 62 which are positioned angularly around the bowl axis B at the angular positions at 1:30, 4:30, 7:30 and 10:30.
  • the threshold angle can for example be equal to the average of the first opening angle a1 and the second opening angle a2.
  • the variants in which the flared wall comprises one or more grooves advantageously present an additional degree of parameterization of the bowl and its opening angle at the level of each furrow in that it is possible to choose the extent (or dimension) of each furrow according to the bowl axis.
  • an upstream end of one of the grooves may coincide with the upstream end of the flared wall or an intermediate position of the flared wall along the bowl axis between the upstream end and the downstream end.
  • the sheet 100 of air/fuel mixture generated by the bowl according to the variants in which the flared wall has one or more grooves comprises a main layer generated by the zones of the first type and one or more secondary layers each generated by a corresponding zone of the second type which is defined by the bottom of a furrow.
  • Each main and secondary layer includes its own aerodynamic field of the air/fuel mixture, for example including its own rotational movement. This makes it possible to obtain better atomization of the air/fuel mixture, thus increasing combustion performance, and also makes it possible to avoid the formation of a fuel film on the flared wall which could create areas that are too hot in the flared wall. , instabilities or even the formation of pollutants.

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Abstract

Chambre de combustion (10) annulaire d'une turbomachine d'aéronef d'axe longitudinal (X), comprenant une rangée annulaire de systèmes d'injection (50) comprenant au moins un bol (60) situé en aval d'une vrille (52, 54) et comprenant une paroi évasée (62) vers l'aval et s'étendant autour d'un axe de bol (B) pour produire une nappe (100) de mélange d'air et de carburant, la paroi évasée (62) comprenant au moins une zone d'un premier type (62a) et d'un second type (62b) au niveau desquelles la paroi évasée (62) débouche à l'aval respectivement selon au moins un premier angle d'ouverture (α1) et au moins un deuxième angle d'ouverture (α2), le deuxième angle d'ouverture étant supérieur au premier angle d'ouverture (α1) de sorte que la nappe (100) de mélange air/carburant issue du bol (60) présente au moins un élargissement local (102) apte à intercepter une nappe (100) de carburant adjacente.

Description

Description
Titre : Chambre de combustion pour turbomachine
Domaine technique
[0001] La présente description se rapporte à une chambre de combustion pour turbomachine d’aéronef. La présente description se rapporte également à une turbomachine comprenant une telle chambre de combustion.
Technique antérieure
[0002] De manière connue, une chambre annulaire de combustion d’une turbomachine reçoit en amont un flux d’air d’un compresseur haute pression et délivre en aval un flux de gaz chauds entrainant les rotors des turbines haute pression et basse pression.
[0003] La chambre annulaire de combustion comprend deux parois de révolution coaxiales qui s’étendent l’une à l’intérieur de l’autre et qui sont reliées entre elles à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre, ce fond de chambre comportant des ouvertures de montage de systèmes d’injection de carburant entre les parois annulaires interne et externe.
[0004] Chaque système d’injection comprend des moyens de support de la tête d’un injecteur de carburant et au moins une vrille qui est disposée en aval de la tête de l’injecteur, coaxialement à celle-ci, et qui délivre un flux d’air en aval de l’injection de carburant afin de former un mélange d’air et de carburant destiné à être brûlé dans la chambre de combustion.
[0005] Les vrilles des systèmes d’injection sont alimentées par de l’air provenant d’un diffuseur annulaire monté en sortie du compresseur haute-pression agencé en amont de la chambre de combustion. Chaque système d’injection comprend un bol mélangeur dans lequel chaque vrille débouche à aval. Le bol mélangeur comprend une paroi aval sensiblement tronconique évasée vers l’aval et peut comporter une rangée annulaire d’orifices d’injection d’air régulièrement répartis autour de l’axe du bol.
[0006] La paroi annulaire externe de la chambre de combustion comprend une rangée annulaire d’orifices primaires de dilution et au moins une bougie débouchant à l’intérieur de la chambre de combustion.
[0007] En fonctionnement, l’air sortant du compresseur haute pression circule à l’intérieur de chacun des systèmes d’injection. Le mélange air/carburant est éjecté de chaque système d’injection en formant une nappe d’air et de carburant sensiblement tronconique s’élargissant vers l’aval. Aussi, plus les orifices du bol mélangeur ont un diamètre important, plus le débit d’air passant par chacun de ces orifices est important et moins la nappe de mélange air/carburant est évasée.
[0008] Les orifices primaires de dilution permettent de stabiliser la flamme de combustion dans le fond de chambre et évitent par dilution du mélange air/carburant que la flamme de combustion ne décroche et pénètre dans la turbine haute pression et n’endommage des composants tels qu’en particulier les aubages fixes par formation de points chauds. [0009] En pratique, les systèmes d’injection sont configurés de manière à ce que pour chaque système d’injection, la nappe de mélange air/carburant croise ou intercepte circonférentiellement, en amont des orifices de dilution, les nappes de carburant des deux systèmes d’injection adjacents. De cette manière, on assure une continuité circonférentielle du mélange air/carburant entre les systèmes d’injection avant dilution, ce qui permet de garantir que la flamme initiée par la ou les bougies d’allumage se propagera sur toute la circonférence de la chambre de combustion.
[0010] Dans certaines configurations, telles qu’en particulier dans les chambres de combustion dites convergentes dont les parois annulaires interne et externe de révolution sont des parois tronconiques à section se réduisant vers l’aval, ou lorsque le nombre de systèmes d’injection est réduit, le pas circonférentiel entre les systèmes d’injection adjacents est plus important. Il s’ensuit que les nappes de carburant des systèmes d’injection adjacents ne s’interceptent plus circonférentiellement en amont des orifices primaires de dilution, ce qui conduit à des difficultés pour propager circonférentiellement la flamme entre les injecteurs et réduit les performances de la chambre de combustion.
[0011] Pour pallier cet inconvénient, l’augmentation du nombre d’injecteurs ne serait pas souhaitable puisque cela conduirait à un alourdissement de la turbomachine. L’augmentation homogène de l’angle d’ouverture des nappes de carburant ne serait pas non plus satisfaisante puisque cela conduirait à projeter une plus grande quantité de carburant en direction des parois annulaires interne et externe et à la formation de points chauds sur les parois annulaires interne et externe.
[0012] Il est par ailleurs connu le document FR 2 980 554 qui propose une solution palliant ces difficultés. FR 2 980 554 décrit un bol dont les orifices sont répartis et dimensionnés de manière que la nappe de mélange air/carburant présente au moins un élargissement local interceptant circonférentiellement une nappe de carburant adjacente. Toutefois, il a été constaté que le positionnement des orifices sur le bol ne permet pas d’obtenir un recoupement de deux nappes adjacentes suffisamment en amont pour optimiser la propagation de la flamme. Aussi, la modification de la répartition et du dimensionnement des orifices nuit à la maitrise de l’évasement de la nappe de mélange air/carburant pour les différents régimes de fonctionnement de la turbomachine.
[0013] L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, économique et efficace aux problèmes mentionnés ci-dessus, permettant d’éviter les inconvénients de la technique connue.
Résumé
[0014] Il est proposé une chambre de combustion annulaire d’une turbomachine d’aéronef d’axe longitudinal, comprenant une rangée annulaire de systèmes d’injection, chaque système d’injection comprenant :
- un injecteur de carburant ;
- au moins une vrille configurée pour produire un flux d’air en aval de l’injecteur de carburant ;
- un bol situé en aval de la vrille, le bol comprenant une paroi évasée vers l’aval s’étendant autour d’un axe de bol pour produire une nappe de mélange d’air et de carburant sensiblement tronconique autour de l’axe de bol, la paroi évasée comprenant au moins une zone d’un premier type au niveau de laquelle la paroi évasée débouche à l’aval selon au moins un premier angle d’ouverture et au moins une zone d’un second type au niveau de laquelle la paroi évasée débouche à l’aval selon au moins un deuxième angle d’ouverture qui est supérieur au premier angle d’ouverture, la zone du second type étant positionnée circonférentiellement autour de l’axe de bol de sorte que la nappe de mélange air/carburant issue du bol présente au moins un élargissement local apte à intercepter circonférentiellement une nappe de carburant adjacente.
[0015] Une telle chambre de combustion permet de garantir une continuité circonférentielle entre chaque nappe de mélange air/carburant, ce qui assure une bonne propagation circonférentielle de la flamme de combustion sans ajout d’injecteur. En effet, l’angle d’éjection de la nappe est fonction de l’angle d’ouverture de la paroi du bol mélangeur. En outre, contrairement à la solution de FR 2 980 554 où l’élargissement local de la nappe est obtenu par la modification de la répartition et du dimensionnement d’orifices formés à travers la paroi du bol, l’élargissement local de la nappe est ici obtenu par la zone du second type de la paroi évasée du bol qui présente un angle d’ouverture plus important. Il a été constaté que cela permet d’obtenir une augmentation locale de l’angle d’éjection de la nappe plus importante par rapport à la solution de FR 2 980 554. Ainsi, la nappe de mélange air/carburant peut intercepter circonférentiellement la nappe adjacente plus en amont par rapport à la solution de FR 2 980 554. Il en découle que la zone d’interception entre deux nappes circonférentiellement adjacentes est plus grande, ce qui permet une meilleure propagation circonférentielle de la flamme dans la chambre de combustion. Aussi en conséquence, le nombre de systèmes d’injection peut encore être réduit ou le pas entre deux systèmes d’injections circonférentiellement adjacents peut encore être augmenté.
[0016] Par ailleurs, du fait de l’interception plus en amont des nappes circonférentiellement adjacentes, il a été constaté une meilleure atomisation du carburant dans la chambre de combustion, ce qui permet de meilleures performances de combustion.
[0017] Selon une autre formulation, la paroi évasée peut déboucher à l’aval au niveau de la zone du premier type selon un premier angle d’ouverture qui est inférieur ou égal à un angle prédéterminé ou seuil et la paroi évasée peut déboucher à l’aval au niveau de la zone du second type selon un deuxième angle d’ouverture qui est supérieur à l’angle prédéterminé ou seuil.
[0018] La paroi évasée débouche au niveau de chacune de la zone du premier type et la zone du second type. On comprend que la zone du premier type et la zone du second type s’étendent chacune dans la direction de l’axe de bol jusqu’à une extrémité aval de la paroi évasée. Autrement dit, une extrémité aval de chacune de la zone du premier type et de la zone du second type coïncide avec une extrémité aval de la paroi évasée.
[0019] En section perpendiculaire à l’axe de bol, la nappe de mélange air/carburant peut présenter une première dimension dans une direction circonférentielle autour de l’axe longitudinal qui est supérieure à une deuxième dimension dans une direction radiale par rapport à l’axe longitudinal.
[0020] La paroi évasée peut comprendre au moins sillon s’étendant selon l’axe de bol et débouchant au moins à l’aval de la paroi évasée. Un fond dudit au moins un sillon peut définir ladite au moins une zone du second type. Par sillon, il est entendu une rainure ou une entaille pratiquée dans l’épaisseur du bol au niveau de la paroi évasée. Le dit au moins un sillon peut comprendre des rebords de part et d’autre du fond circonférentiellement par rapport à l’axe de bol. Chaque rebord peut relier la zone du second type définie par le sillon correspondant et la (ou l’une des) zone(s) du premier type directement adjacente à la zone du second type définie par le sillon correspondant. La paroi évasée peut présenter une variation rapide d'angle ouverture à l'aval entre le premier angle d'ouverture et le deuxième angle d'ouverture au niveau de chaque rebord. La paroi évasée peut présenter une discontinuité d'angle ouverture à l'aval au niveau de chaque rebord entre le premier angle d'ouverture et le deuxième angle d'ouverture.
[0021] L’axe de bol peut s’étendre selon une direction qui comprend une composante selon la direction longitudinale et une composante selon la direction radiale par rapport à l’axe longitudinal. Dans un cas particulier, l’axe de bol peut être parallèle avec l’axe longitudinal. Autrement dit, l’axe de bol peut s’étendre selon une direction qui comprend uniquement une composante longitudinale.
[0022] Le deuxième angle d’ouverture peut être compris entre le premier angle d’ouverture et 180°.
[0023] La chambre de combustion peut comprendre deux parois annulaires coaxiales autour de l’axe longitudinal, respectivement interne et externe, reliées l’une à l’autre à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre comportant une rangée annulaire d’ouvertures de montage de système d’injection.
[0024] La zone du premier type et/ou la zone du second type peuvent former un élément de surface conique.
[0025] La zone du premier type peut s’étendre selon la direction de l’axe de bol depuis une extrémité amont de la paroi évasée. Autrement dit, une extrémité amont de la zone du premier type peut coïncider avec une extrémité amont de la paroi évasée.
[0026] La zone du second type peut s’étendre selon la direction de l’axe de bol depuis une extrémité amont de la paroi évasée ou depuis une position intermédiaire entre l’extrémité amont et l’extrémité aval de la paroi évasée. Autrement dit, une extrémité amont de la zone du second type peut coïncider avec une extrémité amont de la paroi évasée ou une position intermédiaire entre l’extrémité amont et l’extrémité aval de la paroi évasée. Similairement, ledit au moins un sillon peut s’étendre selon la direction de l’axe de bol depuis l’extrémité amont de la paroi évasée ou depuis une position intermédiaire entre l’extrémité amont et l’extrémité aval de la paroi évasée. Ledit au moins un sillon débouche à l’amont de la paroi évasée dans le cas où il s’étend depuis l’extrémité amont de la paroi évasée.
[0027] La zone du premier type et/ou la zone du second type peuvent présenter une forme de section en arc de cercle autour de l’axe de bol. Autrement dit, chaque section transversale de la zone du premier type et/ou la zone du second type par rapport à l’axe de bol présente une forme en arc de cercle autour de l’axe de bol. La paroi évasée débouche à l’aval au niveau de ladite au moins une zone du premier type selon au moins un premier angle d’ouverture unique et/ou au niveau de ladite au moins une zone du second type selon au moins un deuxième angle d’ouverture unique. Dans une section donnée de la paroi évasée, la zone du premier type peut s’étendre selon un secteur angulaire supérieur à celui de la zone du second type. Chaque section transversale de ladite au moins une zone du second type par rapport à l’axe de bol s’étend angulairement autour de l’axe de bol selon un secteur angulaire compris entre 10° et 90°, de préférence compris entre 20° et 45°. Chaque zone du second type peut comprendre une section d'extrémité amont et une section d'extrémité aval. Le secteur angulaire selon lequel s'étend la section d'extrémité aval autour de l'axe de bol peut être supérieur ou égal au secteur angulaire selon lequel s'étend la section d'extrémité amont autour de l'axe de bol. Chaque section transversale de ladite au moins une zone du premier type par rapport à l’axe de bol s’étend angulairement autour de l’axe de bol selon un secteur angulaire compris entre 90° et 170°, de préférence compris entre 135° et 160°. Chaque zone du premier type peut comprendre une section d’extrémité amont et une section d’extrémité aval. Le secteur angulaire selon lequel s’étend la section d’extrémité aval autour de l’axe de bol peut être supérieur ou égal au secteur angulaire selon lequel s’étend la section d’extrémité amont autour de l’axe de bol.
[0028] La zone du second type peut être positionnée, angulairement autour de l’axe de bol, au niveau d’une position angulaire à 3H ou au niveau d’une position angulaire à 9H.
[0029] Le système d’injection peut être adapté pour qu’un flux du mélange air/carburant au sein de la paroi évasée soit tournant autour de l’axe de bol selon un premier sens de rotation dans le sens horaire ou dans le sens anti-horaire. La zone du second type peut être positionnée, angulairement autour de l’axe de bol :
- entre la position angulaire à 12H et la position angulaire à 3H, ou entre la position angulaire à 6H et la position angulaire à 9H, lorsque le sens de rotation est dans le sens horaire, ou
- entre la position angulaire à 9H et la position angulaire à 12H, ou entre la position angulaire à 3H et la position angulaire à 6H, lorsque le sens de rotation est dans le sens anti-horaire.
[0030] Ledit au moins sillon peut présenter une forme de spirale autour de l’axe de bol dont le sens de rotation coïncide avec le premier sens de rotation.
[0031] Une telle paroi évasée permet de former l’élargissement local pour intercepter circonférentiellement une nappe de carburant adjacente en tenant compte du mouvement de rotation du mélange air/carburant.
[0032] Selon une formulation équivalente, lorsque le premier sens coïncide avec le sens horaire, le flux du mélange air/carburant au sein de la paroi évasée est tournant autour de l’axe de bol en passant par les positions angulaires successives à 12H, 3H, 6H et 9H et lorsque le premier sens coïncide avec le sens anti-horaire, le flux du mélange air/carburant au sein de la paroi évasée est tournant autour de l’axe de bol en passant par les positions angulaires successives à 12H, 9H, 6H et 3H. Le mélange air/carburant peut donc présenter un mouvement hélicoïdal autour de l’axe de bol au sein de la paroi évasée du bol.
[0033] La zone du second type peut présenter une forme de spirale conique autour de l’axe de bol dont le sens de rotation autour de l’axe de bol coïncide avec le premier sens de rotation. Ainsi, lorsque le sens de rotation du flux de mélange coïncide avec le sens horaire, une extrémité amont de la zone du second type peut être située angulairement autour de l’axe de bol plus proche de la position angulaire à 12H ou à 6H que ne l’est une extrémité aval de ladite zone du second type. Lorsque le sens de rotation du flux de mélange coïncide avec le sens anti-horaire, une extrémité amont de la zone du second type peut être située angulairement autour de l’axe de bol plus proche de la position angulaire à 9H ou à 3H que ne l’est une extrémité aval de ladite zone du second type.
[0034] La paroi évasée peut comprendre au moins une première zone du second type et une deuxième zone du second type. La paroi évasée peut comprendre au moins un premier sillon et un deuxième sillon définissant respectivement une première zone du second type et une deuxième zone du second type. La paroi évasée peut comprendre au moins une première zone du premier type et une deuxième zone du premier type. La paroi évasée peut comprendre, circonférentiellement autour de l’axe de bol, une succession alternée de zones du premier type et de zone du second type. Chaque zone du premier type est située circonférentiellement autour de l’axe de bol entre deux sillons.
[0035] La première zone du second type et la deuxième zone du second type peuvent être telles que la paroi évasée présente une symétrie de révolution d’ordre au moins égal à 2 autour de l’axe de bol. Le premier sillon et le deuxième sillon peuvent être tels que la paroi évasée présente une symétrie de révolution d’ordre 2 autour de l’axe de bol. En d’autres termes, la paroi évasée est invariante en section perpendiculaire à l’axe de bol pour toute rotation d'un angle de 180° autour de l’axe de bol.
[0036] La première zone du second type et la deuxième zone du second type peuvent être situées de part et d’autre d’un premier plan médian qui comprend l’axe longitudinal et l’axe de bol. Le premier sillon et le deuxième sillon peuvent être situés de part et d’autre du premier plan médian qui comprend l’axe longitudinal et l’axe de bol. La nappe de mélange air/carburant présente ainsi deux élargissements locaux situés respectivement d’un côté et de l’autre du premier plan médian et chacun adapté pour intercepter circonférentiellement une nappe de carburant adjacente respective. La propagation de la flamme est ainsi améliorée.
[0037] La première zone du second type et la deuxième zone du second type peuvent être telles que la paroi évasée est symétrique par rapport au premier plan médian. Le premier sillon et le deuxième sillon peuvent être tels que la paroi évasée est symétrique par rapport au premier plan médian. Une telle symétrie permet d’éviter la formation de balourd au niveau de la chambre de combustion.
[0038] La première zone du second type peut être positionnée (ou centrée), angulairement autour de l’axe de bol, au niveau d’une position angulaire à 3H et la première zone du second type peut être positionnée (ou centrée), angulairement autour de l’axe de bol, au niveau d’une position angulaire à 9H.
[0039] La paroi évasée peut comprendre au moins une troisième zone du second type et une quatrième zone du second type, la première zone du second type et la deuxième zone du second type étant situées d’un premier côté d’un deuxième plan médian qui comporte l’axe de bol et un axe passant par les positions angulaires à 3H et 9H, la troisième zone du second type et la quatrième zone du second type étant situées d’un deuxième côté d’un deuxième plan médian. La paroi évasée peut comprendre au moins un troisième sillon et quatrième sillon définissant chacun une troisième zone du second type et une quatrième zone du second type. Une telle configuration permet une meilleure atomisation du carburant dans une direction préférentielle coïncidant avec la position angulaire de chaque zone du second type. En outre, un orifice de bol peut être prévu circonférentiellement autour de l’axe de bol entre la première zone du second type et la troisième zone du second type et/ou entre la deuxième zone du second type et la quatrième zone du second type. Plus généralement, la paroi évasée peut comprendre n zones du second type avec n un entier supérieur ou égal à 2. La paroi évasée peut être symétrique par rapport au premier plan médian et/ou par rapport au deuxième plan médian.
[0040] La paroi évasée peut être symétrique par rapport au deuxième plan médian.
[0041] La zone du premier type et/ou la zone du second type peuvent présenter une forme de section en arc d’ellipse autour de l’axe de bol. La paroi évasée peut présenter une section perpendiculaire à l’axe de bol ayant une forme d’ellipse. La paroi évasée peut s’évaser vers l’aval selon le premier angle d’ouverture au niveau d’une position angulaire à 12H et au niveau d’une position angulaire à 6H, et selon le deuxième angle d’ouverture au niveau d’une position angulaire à 3H et au niveau d’une position angulaire à 9H. L’angle d’ouverture de la paroi évasée peut varier linéairement entre le premier angle d’ouverture et le second angle d’ouverture entre chaque position angulaire consécutive parmi les positions angulaires à 12, 3H, 6H et 9H.
[0042] La paroi évasée peut comprendre une pluralité d’orifices de bol. Les orifices de bol peuvent être répartis autour de l’axe de bol. Les orifices de bols peuvent être formés à travers la paroi évasée au niveau de la zone du premier type. Lorsque la paroi évasée comporte une pluralité de zones du premier type, les orifices de bols peuvent être répartis en groupes. Chaque orifice de bol d’un des groupes peut être formé à travers l’une des zones du premier type. Alternativement, les orifices de bols peuvent être régulièrement répartis autour de l’axe de bol. Il peut être prévu une rangée annulaire d’orifices de bols. En particulier, chaque zone du premier type et chaque zone du second type peut comprendre un ou plusieurs orifices de bol.
[0043] Le bol peut comprendre une paroi radiale annulaire autour de l’axe de bol qui s’étend radialement par rapport à l’axe de bol depuis une extrémité aval de la paroi évasée.
[0044] Le bol peut comprendre une paroi cylindrique s’étendant selon l’axe de bol, la paroi évasée s’étendant vers l’aval de la paroi cylindrique. La paroi cylindrique peut être à section circulaire.
[0045] Selon un autre aspect, il est proposé une turbomachine d’aéronef comprenant une chambre de combustion telle que décrite ci-avant.
Brève description des dessins
[0046] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : [0047] [Fig. 1] représente une vue en coupe longitudinale d’une chambre de combustion de turbomachine selon la présente description ;
[0048] [Fig. 2] représente une vue en coupe d’un système d’injection de la chambre de combustion de la figure 1 ;
[0049] [Fig. 3] représente une vue en perspective du système d’injection de la figure 2 selon un mode de réalisation préféré ;
[0050] [Fig. 4] représente une vue de face du système d’injection de la figure 3 ;
[0051] [Fig. 5] représente une vue en coupe du système d’injection de la figure 3 ;
[0052] [Fig. 6] comprend les figures 6a et 6b qui représentent respectivement une vue de dessus du système d’injection de la figure 2 et de la nappe de mélange air/carburant formée par le système d’injection et une vue en section de la nappe de mélange air/carburant ;
[0053] [Fig. 7] représentent une vue partielle en perspective de la chambre de combustion de la figure 1 et notamment deux nappes de mélange air/carburant circonférentiellement adjacentes ;
[0054] [Fig. 8] représente une vue de face du système d’injection de la figure 2 selon une variante de réalisation ;
[0055] [Fig. 9] représente une vue de face du système d’injection de la figure 2 selon une autre variante de réalisation ;
[0056] [Fig. 10] représente une vue de face du système d’injection de la figure 2 selon une autre variante de réalisation ;
[0057] [Fig. 11] représente une vue de face du système d’injection de la figure 2 selon une autre variante de réalisation.
Description des modes de réalisation
[0058] On se réfère d’abord à la figure 1 qui représente une chambre de combustion 10 annulaire d’une turbomachine d’axe longitudinal X telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, agencée en sortie d’un diffuseur centrifuge 12 monté en sortie d’un compresseur haute pression (non représenté). La chambre de combustion 10 est suivie d’une turbine haute pression 14 dont seul le distributeur d’entrée est représenté.
[0059] Dans le présent exposé, la direction longitudinale correspond à la direction de l'axe longitudinal X. L'axe longitudinal X coïncide avec un axe de rotation des parties rotoriques de la turbomachine. Les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » ou « circonférentiel » sont définis sauf précisions contraires par référence à l’axe longitudinal X. Une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal X. Une direction circonférentielle, en un point éloigné de l'axe longitudinal X, correspond à une direction perpendiculaire aux directions axiale et radiale. Par ailleurs, sauf précision contraire, les adjectifs « intérieur », « interne », « extérieur » et « externe » sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure/interne (i.e. radialement intérieure/interne) d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X que la partie extérieure/externe (i.e. radialement extérieure/externe) du même élément. Enfin, les qualificatifs relatifs « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide (de l'amont vers l'aval) dans la turbomachine.
[0060] La chambre de combustion 10 comprend deux parois de révolution tronconiques interne 16 et externe 18 coaxiales, agencées l’une à l’intérieur de l’autre et à section se réduisant vers l’aval. Une telle chambre de combustion 10 est dite convergente. Les parois annulaires interne 16 et externe 18 sont reliées à leurs extrémités amont à une paroi annulaire de fond 20 de chambre et fixées en aval par des brides annulaires interne 22 et externe 24. La bride annulaire externe 24 est en appui radialement externe sur un carter externe 26 et en appui axial sur une bride radiale 28 de fixation du distributeur de la turbine haute pression 14 au carter externe 26. La bride annulaire interne 22 de la chambre de combustion 10 est en appui radial et axial sur une pièce annulaire interne 30 de fixation du distributeur à une paroi annulaire interne 32.
[0061] Le fond 20 de chambre 10 comporte des ouvertures de montage de systèmes d’injection 50 d’un mélange air-carburant dans la chambre, l’air provenant du diffuseur centrifuge 12 et le carburant étant amené par des injecteurs 34.
[0062] Les injecteurs 34 sont fixés à leurs extrémités radialement externes sur le carter externe 26 et sont régulièrement répartis sur une circonférence autour de l’axe longitudinal X. Chaque injecteur 34 comprend à son extrémité radialement interne une tête d’injection 36 de carburant qui est alignée avec l’axe d’une ouverture correspondante du fond 20 de chambre.
[0063] Le mélange d'air et de carburant injecté dans la chambre est enflammé au moyen d'au moins une bougie d’allumage 38 qui s'étend radialement à l'extérieur de la chambre. L’extrémité interne de la bougie s'étend dans un orifice de la paroi externe 18 de la chambre, et son extrémité radialement externe est fixée par des moyens appropriés au carter externe 26 et reliée à des moyens d'alimentation électrique (non représentés) situés à l'extérieur du carter.
[0064] La paroi annulaire externe 18 de la chambre de combustion 10 comprend une rangée annulaire d’orifices primaires 40 de dilution du mélange air/carburant agencés en amont de la bougie d’allumage 38.
[0065] Chaque système d’injection 50, comme on le voit mieux en figure 2, comporte deux vrilles de turbulence amont 52 et aval 54 coaxiales reliées en amont à des moyens de centrage et de guidage de la tête de l'injecteur 34, et en aval à un bol 60 mélangeur qui est monté axialement dans l'ouverture de la paroi de fond 20 de chambre. Les vrilles 52, 54 peuvent comprendre chacune une pluralité d'aubages s'étendant radialement autour de l'axe de la vrille et régulièrement répartis autour de cet axe pour délivrer un flux d'air en aval de la tête d’injection 36.
[0066] Les vrilles 52, 54 sont séparées l'une de l'autre par une paroi radiale 56 par rapport à un axe de bol B et reliées à son extrémité radialement interne par rapport à l’axe de bol B à un venturi 58 qui s'étend axialement vers l'aval à l'intérieur de la vrille aval 54 et qui sépare les écoulements d'air issus des vrilles amont 52 et aval 54. Une première veine annulaire d'écoulement d'air est formée à l'intérieur du venturi 58 et une seconde veine annulaire d'écoulement d'air est formée à l'extérieur du venturi 58.
[0067] Comme plus particulièrement visible aux figures 3 à 5, le bol 60 comprend une paroi évasée 62 s’étendant autour de l’axe de bol B et qui s’évase vers l’aval selon au moins un angle d’ouverture a pour produire une nappe 100 de mélange d’air et de carburant sensiblement tronconique autour de l’axe de bol B. L’axe de bol B s’étend ici selon une direction qui comprend une composante selon la direction longitudinale et une composante selon une direction radiale par rapport à l’axe longitudinal X.
[0068] Le bol 60 comprend une paroi cylindrique 64 s’étendant selon l’axe de bol B, la paroi évasée 62 s’étendant vers l’aval de la paroi cylindrique 64. La paroi cylindrique 64 permet de relier la paroi évasée 62 à la vrille aval 54. La paroi cylindrique 64 est ici à section circulaire. Le bol 60 comprend une paroi radiale 66 annulaire autour de l’axe de bol B qui s’étend radialement par rapport à l’axe de bol B depuis une extrémité aval de la paroi évasée 62.
[0069] Selon l’exemple représenté, la paroi évasée 62 comprend une première zone d’un premier type 62a et une deuxième zone du premier type 62a’ au niveau desquelles la paroi évasée 62 débouche à l’aval selon un premier angle d’ouverture a1. La paroi évasée 62 comprend aussi une première zone d’un second type 62b et une deuxième zone du second type 62b’ au niveau desquelles la paroi évasée 62 débouche à l’aval selon un deuxième angle d’ouverture. Pour ce faire, la paroi évasée 62 comprend un premier sillon 63 et deuxième sillon 63’ dont un fond défini respectivement la première zone d’un second type 62b et la deuxième zone du second type 62b’. Le fond du premier sillon 63 définit la première zone du second type 62b. Le fond du second sillon 63’ définit la deuxième zone du second type 62b’. La paroi évasée 62 comprend ici, circonférentiellement autour de l’axe de bol B, une succession alternée de zones du premier type 62a, 62a’ et de zones du second type 62b, 62b’. Comme décrit ci-après, il peut être prévu plus de deux zones du premier type et plus de deux zones du second type. Chaque zone du premier type 62a, 62a’ est située circonférentiellement autour de l’axe de bol B entre deux sillons 63, 63’. Autrement dit, les sillons 63, 63’ délimitent circonférentiellement autour de l’axe de bol B de chaque côté les zones du premier type 62a, 62a’.
[0070] Par « sillon », il est entendu une rainure ou une entaille pratiquée dans l’épaisseur du bol 60 au niveau de la paroi évasée 62. Chaque sillon 63 peut comprendre des rebords 65 de part et d’autre du fond circonférentiellement par rapport à l’axe de bol. Chaque rebord comprend un fond ou une paroi de fond entre chacun de ses rebords. Le premier sillon 63 comprend un rebord 65 qui relie la première zone du second type 62b et la première zone du premier type 62a et un autre rebord 65 qui relie la première zone du second type 62b et la deuxième zone du premier type 62a’. De même, le deuxième sillon 63’ comprend un rebord 65 qui relie la deuxième zone du second type 62b’ et la première zone du premier type 62a et un autre rebord 65 qui relie la deuxième zone du second type 62b’ et la deuxième zone du premier type 62a’. L’angle d’ouverture au débouché de la paroi évasée peut présenter une variation rapide ou brusque entre le premier angle d'ouverture et le deuxième angle d'ouverture au niveau de chaque rebord 65. En particulier, l’angle d’ouverture au débouché de la paroi évasée peut être discontinu au niveau de chaque rebord 65.
[0071] De manière remarquable, le second angle d’ouverture a2 est supérieur au premier angle d’ouverture a1 . L’angle d’ouverture de la paroi évasée 62 est déterminé par rapport à la direction de l’axe de bol B. Selon une formulation équivalente, la paroi évasée 62 débouche à l’aval au niveau de chaque zone du premier type 62a, 62a’ selon un premier angle d’ouverture a1 qui est inférieur ou égal à un angle prédéterminé ou seuil et la paroi évasée 62 débouche à l’aval au niveau de chaque zone du second type 62b, 62b’ selon un deuxième angle d’ouverture qui est supérieur à l’angle prédéterminé ou seuil. L’angle prédéterminé ou seuil est donc compris entre le premier angle d’ouverture a1 et le second angle d’ouverture a2. Dans un cas particulier, le premier angle d’ouverture a1 est égal à l’angle prédéterminé ou seuil. Le deuxième angle d’ouverture peut ainsi être compris entre le premier angle d’ouverture a1 et 180° par exemple.
[0072] De plus, chaque zone du second type 62b, 62b’ est positionnée circonférentiellement autour de l’axe de bol B de sorte que la nappe 100 de mélange air/carburant issue de la paroi évasée 62 présente au moins un élargissement local 102 apte à intercepter circonférentiellement une nappe 100 de carburant adjacente.
[0073] La position de chacune des zones du premier type 62a, 62a’ et du second type 62b, 62b’ autour de l’axe de bol B est exprimée selon une position angulaire autour de l’axe de bol B d’une portion circonférentiellement médiane par rapport à l’axe de bol B de l’extrémité aval de la zone considérée. La position angulaire de chacune des zones du premier type 62a, 62a’ et du second type 62b, 62b’ est repérée par rapport à un cadran horaire (ici considéré vu de l’aval par exemple) dont les positions angulaires à 12H, 3H, 6H et 9H sont positionnées de manière conventionnelle. Les positions angulaires à 12H et à 6H sont positionnées sur un axe radial par rapport à l’axe longitudinal X. La position à 6H est radialement à l’intérieur par rapport à la position à 12H. Les positions angulaires à 3H et à 9H sont positionnées sur un axe dont la direction coïncide avec une direction circonférentielle au point d’intersection entre l’axe de bol B et l’axe radial des positions à 12H et 6H. L’axe s’étendant radialement en passant par les positions angulaires à 12H et 6H est ainsi perpendiculaire à l’axe passant par les positions angulaires à 3H et 9H.
[0074] En l’occurrence, le premier sillon 63 (ou aussi la première zone du second type 62b) est positionné, angulairement autour de l’axe de bol B, au niveau de la position angulaire à 3H et le deuxième sillon (ou aussi la deuxième zone du second type 62b’) est positionné, angulairement autour de l’axe de bol B, au niveau de la position angulaire à 9H. Aussi, la première zone du premier type 62a est positionnée, angulairement autour de l’axe de bol B, au niveau de la position angulaire à 12H et la deuxième zone du premier type 62a’ est positionnée, angulairement autour de l’axe de bol B, au niveau de la position angulaire à 6H. Le premier sillon 63 et le deuxième sillon 63’ sont donc situés de part et d’autre d’un premier plan médian qui est définit par l’axe longitudinal X et l’axe de bol B. En particulier, le premier sillon 63 et le deuxième sillon 63’ sont tels que la paroi évasée 62 est symétrique par rapport au premier plan médian. Selon une autre formulation, la première zone du second type 62b et la deuxième zone du second type 62b’ sont situées de part et d’autre d’un premier plan médian qui est défini par l’axe longitudinal X et l’axe de bol B. En particulier, la première zone du second type 62b et la deuxième zone du second type 62b’ sont telles que la paroi évasée 62 est symétrique par rapport au premier plan médian.
[0075] Ainsi, en raison de la dépendance entre l’angle d’éjection de la nappe 100 et l’angle d’ouverture de la paroi évasée 62, les zones du second type 62b, 62b’ de la paroi évasée 62 du bol 60 permettent de former une nappe 100 de mélange air/carburant issue de la paroi évasée 62 qui présente un élargissement local 102 de chaque côté dans la direction circonférentielle comme représentée aux figures 6a et 6b. En section perpendiculaire à l’axe de bol B, la nappe 100 de mélange air/carburant présente donc une première dimension D1 dans une direction circonférentielle autour de l’axe longitudinal X qui est supérieure à une deuxième dimension D2 dans une direction radiale par rapport à l’axe longitudinal X.
[0076] Cela favorise le recoupement entre deux nappes 100 adjacentes de mélange air/carburant comme visible à la figure 7, ce qui assure une bonne propagation circonférentielle de la flamme de combustion sans ajout d’injecteur 34. Un tel système d’injection 50 permet aussi à la nappe 100 de mélange air/carburant d’intercepter circonférentiellement la nappe 100 adjacente plus en amont. Il en découle que la zone d’interception entre les deux nappes 100 circonférentiellement adjacentes est plus grande, ce qui permet une meilleure propagation circonférentielle de la flamme dans la chambre de combustion 10. Aussi en conséquence, le nombre de systèmes d’injection 50 peut encore être réduit ou le pas entre deux systèmes d’injections 50 circonférentiellement adjacents peut encore être augmenté. Par ailleurs, du fait de l’interception plus en amont des nappes 100 circonférentiellement adjacentes, il a été constaté une meilleure atomisation du carburant dans la chambre de combustion 10, ce qui permet de meilleures performances de combustion.
[0077] La paroi évasée 62 est débouchant au niveau de chacune de la zone du premier type 62a et la zone du second type 62b. On comprend ici que chaque zone du premier type 62a, 62a’ et/ou chaque zone du second type 62b, 62b’ s’étend dans la direction de l’axe de bol B jusqu’à une extrémité aval de la paroi évasée 62. Autrement dit, une extrémité aval de chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ coïncide avec une extrémité aval de la paroi évasée 62. Par ailleurs, chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ s’étend ici selon la direction de l’axe de bol B depuis une extrémité amont de la paroi évasée 62. Autrement dit, une extrémité amont de chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ coïncide avec une extrémité amont de la paroi évasée 62. Ainsi, chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ s’étend selon la direction de l’axe de bol B sur toute l’étendue de la paroi évasée 62 selon la direction de l’axe de bol B. Autrement dit encore, le premier sillon 63 et le deuxième sillon 63’ s’étendent chacun depuis l’extrémité amont de la paroi évasée 62 jusqu’à l’extrémité aval de la paroi évasée 62. Aussi, le premier sillon et le deuxième sillon 63’ débouchent à l’amont et à l’aval de la paroi évasée. Alternativement, le premier sillon 63 et/ou le deuxième sillon 63’ peuvent s’étendre à l’amont depuis une position intermédiaire de la paroi évasée entre l’extrémité amont et l’extrémité aval, jusqu’à l’extrémité aval de la paroi évasée. [0078] Selon l’exemple des figures 3 à 5, chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ forment un élément de surface conique. En conséquence de quoi, une génératrice de chaque zone du premier type 62a, 62a’ présente un unique angle d’ouverture égale au premier angle d’ouverture a1 et une génératrice de chaque zone du second type 62b, 62b’ présente un unique angle d’ouverture égale au second angle d’ouverture a2. Alternativement, il peut être prévu chaque zone du premier type 62a, 62a’ et/ou chaque zone du second type 62b, 62b’ forment un élément de surface d’une hyperboloïde, i.e. qu’une génératrice de chaque zone du premier type 62a, 62a’ et/ou chaque zone du second type 62b, 62b’ présente un angle d’ouverture qui varie selon la direction de l’axe de bol B.
[0079] Chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ présentent aussi une forme de section en arc de cercle autour de l’axe de bol B. Selon une formulation équivalente, chaque section transversale de la zone du premier type 62a et/ou la zone du second type 62b par rapport à l’axe de bol présente une forme en arc de cercle autour de l’axe de bol B. Aussi, ici, la paroi évasée 62 débouche à l’aval au niveau de ladite au moins une zone du premier type 62a selon au moins un premier angle d’ouverture a1 unique et/ou au niveau de ladite au moins une zone du second type 62b selon au moins un deuxième angle d’ouverture a2 unique. De plus, dans une section donnée de la paroi évasée 62 (i.e. perpendiculairement à l’axe de bol B), chaque zone du premier type 62a, 62a’ s’étend selon un secteur angulaire supérieur à celui de chaque zone du second type 62b, 62b’. Dans l’exemple illustré, dans une section donnée de la paroi évasée 62, chaque zone du premier type 62a, 62a’ s’étend selon un premier secteur angulaire et chaque zone du second type 62b, 62b’ s’étend selon un second angulaire.
[0080] Chaque section transversale de chaque zone du second type 62b, 62b’ par rapport à l’axe de bol B s’étend angulairement autour de l’axe de bol B selon un secteur angulaire compris entre 10° et 90°, de préférence compris entre 20° et 45°. Deux sections de l’une des zones du second type peuvent présenter un secteur angulaire différent l’une de l’autre. Chaque zone du second type 62b, 62b’ peut comprendre une section d'extrémité amont et une section d'extrémité aval. Dans l’exemple illustré, le secteur angulaire selon lequel s'étend la section d'extrémité aval autour de l'axe de bol est supérieur ou égal au secteur angulaire selon lequel s'étend la section d'extrémité amont autour de l'axe de bol.
[0081] Chaque section transversale chaque zone du premier type 62a par rapport à l’axe de bol B s’étend angulairement autour de l’axe de bol B selon un secteur angulaire compris entre 90° et 170°, de préférence compris entre 135° et 160°. Deux sections de l’une des zones du premier type peuvent présenter un secteur angulaire différent l’une de l’autre. Chaque zone du premier type 62a, 62a’ peut comprendre une section d'extrémité amont et une section d'extrémité aval. Le secteur angulaire selon lequel s'étend la section d'extrémité aval autour de l'axe de bol peut être supérieur ou égal au secteur angulaire selon lequel s'étend la section d'extrémité amont autour de l'axe de bol.
[0082] Enfin, la paroi évasée 62 comprend une pluralité d’orifices de bol 70 d’injections d’air. Les orifices de bol 70 sont répartis autour de l’axe de bol B. Les orifices de bol 70 sont formés à travers la paroi évasée 62 au niveau de chaque zone du premier type 62a, 62a’. Les orifices de bol 70 sont ainsi répartis en groupes : chaque orifice de bol 70 d’un des groupes est formé à travers l’une des zones du premier type 62a, 62a’. Chaque zone du second type 62b, 62b’ est donc dépourvue d’orifices de bol 70. Avantageusement, la dimension ou l’agencement des orifices de bol 70 ne sont pas modifiés pour former l’élargissement local 102 de la nappe 102. Dès lors, la dimension et l’agencement des orifices de bols ne sont donc pas contraints par la nécessité du recoupement circonférentiel des nappes 100. Les orifices de bol 70 peuvent donc être avantageusement dimensionnés et agencés pour mieux contrôler l’évasement de la nappe 100 selon les différents régimes de fonctionnement de la turbomachine.
[0083] Il est maintenant fait référence à la figure 8 qui représente une variante de réalisation du système d’injection 50 décrit ci-avant. La paroi évasée 62 comprend ici une troisième zone du second type 62b” et une quatrième zone du second type 62b’”. En l’espèce, la paroi évasée 62 comprend un troisième sillon et quatrième sillon dont un fond définit respectivement une troisième zone du second type (62b”) et une quatrième zone du second type (62b’”). Le premier sillon 63 et le deuxième sillon 63’ sont situées d’un premier côté d’un deuxième plan médian qui comporte l’axe de bol B et l’axe passant par les positions angulaires à 3H et 9H. le troisième sillon 63” et le quatrième sillon 63”” sont situées d’un deuxième côté du deuxième plan médian. Autrement dit, la première zone du second type 62b et la deuxième zone du second type 62b’ sont situées d’un premier côté du deuxième plan médian qui comporte l’axe de bol B et l’axe passant par les positions angulaires à 3H et 9H. La troisième zone du second type 62b” et la quatrième zone du second type 62b’” sont situées d’un deuxième côté du deuxième plan médian. La paroi évasée 62 est ici en outre symétrique par rapport au premier plan médian et par rapport au deuxième plan médian. Une telle configuration permet une meilleure atomisation du carburant dans une direction préférentielle coïncidant avec la position angulaire de chaque zone du second type. En outre, un orifice de bol 70 est ici prévu circonférentiellement autour de l’axe de bol B entre la première zone du second type 62b et la troisième zone du second type 62b”, en l’occurrence au niveau de la position angulaire à 3H. Un orifice de bol 70 est aussi prévu circonférentiellement autour de l’axe de bol B entre la deuxième zone du second type 62b’ et la quatrième zone du second type 62b’”, en l’occurrence au niveau de la position angulaire à 9H.
[0084] En outre de manière remarquable, chaque zone du second type 62b, 62b’ s’étend dans la direction de l’axe de bol B depuis une position intermédiaire entre l’extrémité amont et l’extrémité aval de la paroi évasée 62. Autrement dit, une extrémité amont de chaque zone du second type 62b, 62b’ coïncide avec la position intermédiaire entre l’extrémité amont et l’extrémité aval de la paroi évasée.
[0085] Il est maintenant fait référence à la figure 9 qui représente une autre variante de réalisation du système d’injection 50 décrit ci-avant. Il peut être prévu que le mélange air/carburant peut présenter un mouvement hélicoïdal (i.e. tournant) autour de l’axe de bol B au sein de la paroi évasée 62 du bol 60. Le système d’injection 50 (en particulier, les vrilles) est donc ici adapté pour qu’un flux du mélange air/carburant au sein de la paroi évasée 62 soit tournant autour de l’axe de bol B selon un premier sens de rotation S1 coïncidant ici avec le sens horaire. À cet effet, chaque sillon présente une forme de spirale autour de l’axe de bol B dont le sens de rotation coïncide avec le premier sens de rotation S1 . La première zone du second type 62b et la deuxième zone du second type 62b’ sont respectivement positionnées, angulairement autour de l’axe de bol B entre la position angulaire à 12H et la position angulaire à 3H et entre la position angulaire à 6H et la position angulaire à 9H. Une telle paroi évasée 62 permet de former l’élargissement local 102 circonférentiellement de chaque côté de la nappe 100 en tenant compte du mouvement de rotation du mélange air/carburant. Chaque zone du second type 62b, 62b’ présente une forme de spirale conique autour de l’axe de bol B dont le sens de rotation autour de l’axe de bol B coïncide avec le premier sens de rotation S1 . Cela permet un meilleur guidage du flux en s’accommodant de son mouvement tournant. Alternativement, le premier sens de rotation S1 peut coïncider avec le sens anti-horaire.
[0086] Selon l’exemple de la figure 9, la paroi évasée 62 présente une symétrie de révolution d’ordre 2 autour de l’axe de bol B. En d’autres termes, la paroi évasée 62 est invariante en section perpendiculaire à l’axe de bol B pour toute rotation d'un angle de 180° autour de l’axe de bol B.
[0087] La figure 10 représente une autre variante de réalisation dans laquelle les orifices de bol 70 sont régulièrement répartis autour de l’axe de bol B selon une rangée annulaire d’orifices de bol 70. En particulier, chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ comprend plusieurs orifices de bol 70.
[0088] Enfin, la figure 11 représente une autre variante de réalisation dans laquelle chaque zone du premier type 62a, 62a’ et chaque zone du second type 62b, 62b’ forme un élément de surface conique et présente une forme de section en arc d’ellipse autour de l’axe de bol B. Ainsi, pour chaque zone du premier type 62a, 62a’ ou du second type 62b, 62b’, deux génératrices quelconques présentent un angle d’ouverture a différent l’une de l’autre. Dans les variantes décrites ci-avant en référence aux figures 3 à 10 (qui comprennent notamment des sillons, il n’est pas exclu une alternative dans laquelle chaque section transversale de l’une ou plusieurs des zones du premier type présente une forme en arc d’ellipse autour de l’axe de bol B et/ou chaque section transversale de l’une ou plusieurs des zones du second type présente une forme en arc d’ellipse autour de l’axe de bol B.
[0089] En outre, la variante de la figure 11 se démarque des autres variantes en ce que la paroi évasée 62 est dépourvue de sillons et présente une section perpendiculaire à l’axe de bol B ayant une forme d’ellipse. Ainsi, la paroi évasée 62 s’évase vers l’aval selon le premier angle d’ouverture a1 au niveau de la position angulaire à 12H et au niveau de la position angulaire à 6H, et selon le deuxième angle d’ouverture au niveau d’une position angulaire à 3H et au niveau d’une position angulaire à 9H. L’angle d’ouverture de la paroi évasée 62 varie linéairement entre le premier angle d’ouverture a1 et le second angle d’ouverture a2 entre chaque paire de positions angulaires consécutives parmi les positions angulaires à 12, 3H, 6H et 9H.
[0090] Selon les termes utilisés précédemment, dans l’exemple tel qu’illustré à la figure 11 , la première et la deuxième zone du premier type 62a’ sont positionnées, angulairement autour de l’axe de bol B, respectivement au niveau des positions angulaires à 12H et à 6H et s’étendent ici chacune sur un secteur angulaire de 45°. De même, la première et la deuxième zone du premier type 62a’ sont positionnées, angulairement autour de l’axe de bol B, respectivement au niveau des positions angulaires à 3H et à 9H et s’étendent ici chacune sur un secteur angulaire de 45°. L’angle seuil correspond ici à l’angle d’ouverture des génératrices de la paroi évasée 62 qui sont positionnées angulairement autour de l’axe de bol B au niveau des positions angulaires à 1 H30, 4H30, 7H30 et 10H30. L’angle seuil peut par exemple être égal à la moyenne du premier angle d’ouverture a1 et du second angle d’ouverture a2.
[0091] Contrairement à cette variante de la figure 11 , les variantes dans lesquels la paroi évasée comporte un ou plusieurs sillons (figures 3 à 10) présentent avantageusement un degré supplémentaire de paramétrisation du bol et de son angle d’ouverture au niveau de chaque sillon en ce qu’il est possible de choisir pour l’étendue (ou dimension) de chaque sillon selon l’axe de bol. Comme déjà décrit une extrémité amont de l’un des sillons peut coïncider avec l’extrémité amont de la paroi évasée ou une position intermédiaire de la paroi évasée selon l’axe de bol entre l’extrémité amont et l’extrémité aval. Un tel degré supplémentaire permet un meilleur contrôle de l’évasement local de la nappe 100. Aussi, la nappe 100 de mélange air/carburant générée par le bol selon les variantes dans lesquels la paroi évasée comporte un ou plusieurs sillons (figures 3 à 10) comprend une nappe principale générée par les zones du premier type et une ou plusieurs nappes secondaires générées chacune par une zone du second type correspondante qui est définie par le fond d’un sillon. Chaque nappe principale et secondaire comprend son propre champ aérodynamique du mélange air/carburant, par exemple comprenant son propre mouvement de rotation. Cela permet d’obtenir une meilleure atomisation du mélange air/carburant, augmentant ainsi les performances de combustion, et permet aussi d’éviter la formation d’un film de carburant sur la paroi évasée qui pourrait créer des zones trop chaudes dans la paroi évasée, des instabilités ou encore la formation de polluants.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Chambre de combustion (10) annulaire d’une turbomachine d’axe longitudinal (X) d’aéronef, comprenant une rangée annulaire de systèmes d’injection (50), au moins un système d’injection (50) comprenant :
- un injecteur (34) de carburant ;
- au moins une vrille (52, 54) configurée pour produire un flux d’air en aval de l’injecteur (34) de carburant ;
- un bol (60) situé en aval de la vrille (52, 54), le bol (60) comprenant une paroi évasée (62) vers l’aval et s’étendant autour d’un axe de bol (B) pour produire une nappe (100) de mélange d’air et de carburant sensiblement tronconique autour de l’axe de bol (B), la paroi évasée (62) comprenant au moins une zone d’un premier type (62a) au niveau de laquelle la paroi évasée (62) débouche à l’aval selon au moins un premier angle d’ouverture (a1 ), la paroi évasée (62) comprenant au moins un sillon (63 ; 63’) s’étendant selon l’axe de bol (B) et débouchant au moins à l’aval de la paroi évasée (62), un fond dudit au moins un sillon définissant une zone d’un second type (62b) de la paroi évasée (62), au niveau de laquelle la paroi évasée (62) débouche à l’aval selon au moins un deuxième angle d’ouverture (a2) qui est supérieur au premier angle d’ouverture (a1 ), la zone du second type (62b) étant positionnée circonférentiellement autour de l’axe de bol (B) de sorte que la nappe (100) de mélange air/carburant issue du bol (60) présente au moins un élargissement local (102) apte à intercepter circonférentiellement une nappe (100) de carburant adjacente.
[Revendication 2] Chambre de combustion (10) selon la revendication précédente, dans lequel chaque section transversale de ladite au moins une zone du second type (62b) par rapport à l’axe de bol (B) s’étend angulairement autour de l’axe de bol (B) selon un secteur angulaire compris entre 10° et 90°, de préférence compris entre 20° et 45°.
[Revendication 3] Chambre de combustion (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque section transversale de ladite au moins une zone du premier type (62a) par rapport à l’axe de bol (B) s’étend angulairement autour de l’axe de bol (B) selon un secteur angulaire compris entre 90° et 170°, de préférence compris entre 135° et 160°.
[Revendication 4] Chambre de combustion (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi évasée (62) débouche à l’aval au niveau de ladite au moins une zone du premier type (62a) selon au moins un premier angle d’ouverture (a1) unique et/ou au niveau de ladite au moins une zone du second type (62b) selon au moins un deuxième angle d’ouverture (a2) unique.
[Revendication 5] Chambre de combustion (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la zone du premier type (62a) et/ou la zone du second type (62b) forment un élément de surface conique.
[Revendication 6] Chambre de combustion (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque section transversale de la zone du premier type (62a) et/ou la zone du second type (62b) par rapport à l’axe de bol présente une forme en arc de cercle autour de l’axe de bol (B).
[Revendication 7] Chambre de combustion (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la zone du second type (62b) est positionnée, angulairement autour de l’axe de bol (B), au niveau d’une position angulaire à 3H ou au niveau d’une position angulaire à 9H.
[Revendication 8] Chambre de combustion (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système d’injection (50) est adapté pour qu’un flux du mélange air/carburant au sein de la paroi évasée (62) soit tournant autour de l’axe de bol (B) selon un premier sens de rotation (S1 ) qui coïncide avec un sens horaire ou un sens anti-horaire, et dans laquelle la zone du second type (62b) est positionnée, angulairement autour de l’axe de bol (B) :
- entre la position angulaire à 12H et la position angulaire à 3H, ou entre la position angulaire à 6H et la position angulaire à 9H, lorsque le sens de rotation coïncide avec le sens horaire, ou
- entre la position angulaire à 12H et la position angulaire à 9H, ou entre la position angulaire à 6H et la position angulaire à 3H, lorsque le sens de rotation coïncide avec le sens anti-horaire.
[Revendication 9] Chambre de combustion (10) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit au moins sillon (63 ; 63’) présente une forme de spirale autour de l’axe de bol (B) dont le sens de rotation coïncide avec le premier sens de rotation (S1 ).
[Revendication 10] Chambre de combustion (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi évasée (62) comprend au moins un premier sillon (63) et un deuxième sillon (63’) définissant respectivement une première zone du second type (62b) et une deuxième zone du second type (62b’).
[Revendication 11] Chambre de combustion selon la revendication précédente, dans laquelle chaque zone du premier type (62a) est située circonférentiellement autour de l’axe de bol (B) entre deux sillons.
[Revendication 12] Chambre de combustion (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le premier sillon (63) et le deuxième sillon (63’) sont tels que la paroi évasée (62) présente une symétrie de révolution d’ordre 2 autour de l’axe de bol (B).
[Revendication 13] Chambre de combustion (10) selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle le premier sillon (63) et le deuxième sillon (63’) sont situés de part et d’autre d’un premier plan médian qui comprend l’axe longitudinal (X) et l’axe de bol (B).
[Revendication 14] Chambre de combustion (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le premier sillon (63) et le deuxième sillon (63’) sont tels que la paroi évasée (6) est symétrique par rapport au premier plan médian.
[Revendication 15] Chambre de combustion (10) selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle la paroi évasée (62) comprend au moins un troisième sillon (63”) et un quatrième sillon (63’”) définissant chacun une troisième zone du second type (62b”) et une quatrième zone du second type (62b’”), la première zone du second type (62b) et la deuxième zone du second type (62b’) étant situées d’un premier côté d’un deuxième plan médian qui comporte l’axe de bol (B) et un axe passant par les positions angulaires à 3H et 9H, la troisième zone du second type (62b”) et la quatrième zone du second type (62b’”) étant situées d’un deuxième côté d’un deuxième plan médian.
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