FR2614072A1 - Moteur-turbopropulseur a turbine a gaz - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE A DES MOTEURS TURBOPROPULSEURS 40 A TURBINE A GAZ QUI COMPRENNENT UN PROPULSEUR 12 PLACE EN AMONT DU GENERATEUR 14 DE GAZ. DES OUVERTURES 20 D'ADMISSION ALIMENTENT EN AIR LE GENERATEUR 14 DE GAZ PAR DES CONDUITS 22 D'ADMISSION ET UN CONDUIT 26 D'ADMISSION DE FORME ANNULAIRE. UN CONDUIT 24 DE SEPARATION ELIMINE LES CORPS ETRANGERS PRESENTS DANS L'AIR S'ECOULANT AU TRAVERS DES CONDUITS 22 D'ADMISSION ET LES REJETTE PAR UN ECHAPPEMENT. LE CONDUIT 24 DE SEPARATION PRESENTE PLUSIEURS BECS-GICLEURS PLACES A EGALE DISTANCE DANS LE MUR DU CONDUIT. LES BECS-GICLEURS OCCASIONNENT UN ECOULEMENT DANS LE CONDUIT DE SEPARATION QUI ASPIRE LES CORPS ETRANGERS DANS LE CONDUIT DE SEPARATION. LE CONDUIT DE SEPARATION PERMET LE PASSAGE DE GRANDS CORPS ETRANGERS SANS DOMMAGE POUR LES BECS-GICLEURS ET LES BECS-GICLEURS SONT ALIMENTES EN AIR DEPUIS UN COMPRESSEUR 28 DU GENERATEUR DE GAZ, ET CELA PERMET LE CONTROLE DE L'ECOULEMENT DANS LE CONDUIT 24 DE SEPARATION PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE VALVE 76.
Description
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La presente invention se rapporte a des moteurs a turbine a gaz, particullerement des moteurs turbopropulseurs a turbine a gaz dans lesquels le propulseur est placé en amont du générateur de gaz, ainsi
qu'à des turbomoteurs à turbine à gaz.
Les moteurs turbopropulseurs ou turbomoteurs à turbine a gaz souffrent d'une perte de puissance due à l'abrasion du compresseur du geriénrateur de gaz par la poussiere, les débris ou d'autres corps étrangers qui se trouvent sur le sol, les pistes de l'aéroport, et sont entraines dans l'air entrant dans le (ou les) conduit(s) d'admission du
moteur a turbine a gaz L'abraslon est très importante lorsqu'un moteur-
turbopropulseur à turbine à gaz est en mode de rétro-poussée. L'abrasion se produit aussl quand la vitesse d'avancee est nulle ou blen que la
poussée nette est nulle.
On a protégé les moteurs-turbopropulseurs ou les turbomoteurs à turbine à gaz vis-à-vis des corps étrangers en prévoyant des conduits de séparation qui rejettent les corps étrangers. Ces conduits de séparation possedent des gicleurs qui fonctionnent grâce aux gaz chauds provenarnt d'une turbine et occasionnent ainsi un écoulement dans le conduit de séparation. D'autres possèdent des gicleurs qui se prolongent jusqu'au
centre du conduit en vue d'un mélange plus complet.
Toutefois, l'utilisation de gaz chauds n'est pas souhaitable, car leur écoulement jusqu'aux gicleurs est alors difficilement contrôlable et une fuite de gaz chauds dans le conduit d'admission n'est pas souhaitable La mise en place du gicleur au centre du conduit de séparation empêche le passage de grands corps étrangers dans le conduit de séparation, et le gicleur peut être endommagé par le passage de grands corps étrangers
dans le conduit de séparation.
La presente invention cherche a adapter, sur un moteur-
turbopropulseur à turbine à gaz qui possède un propulseur placé en amont du genérateur de gaz, ou sur un turbomoteur a turbine a gaz, un conduit de séparation dont le gicleur surmonte les problèmes ci-dessus C'est ainsi que la présente invention fournit un moteur à turbine a gaz comprenant un générateur de gaz, des moyens d'admission pour alimenter en air le générateur de gaz comprenant au moins une ouverture d'admission et un conduit d'admission associé, le conduit d'admission associé ayant des moyens de séparation pour éliminer les corps étrangers de l'air envoyé au générateur de gaz, les moyens de séparation comprenant un conduit de séparation relié audit conduit d'alimentation pour recevoir les corps étrangers, des moyens de giclage pour produire un écoulement fluide dans le conduit de séparation afin d'aspirer les corps étrangers dans le conduit de séparation, le générateur de gaz comprenant un compresseur alimentant en air les moyens de giclage pour produire un ecoulement fluide a travers le conduit de séparation, des moyens d'échappement pour évacuer les corps étrangers du conduit de séparation, les moyens de giclage comprenant plusieurs becs-gicleurs équidistants placés tangentiellement à la paroi du conduit de séparation Le conduit de séparation peut comprendre un conduit de mélange, un
conduit de transition et un conduit d'échappement.
Le conduit de mélange peut être tubulaire et le conduit
d'échappement peut avoir une section transversale rectangulaire.
Le conduit de mélange peut avoir un rapport longueur sur diamètre
compris entre 2 et 5.
Le conduit de mélange peut avoir un rapport longueur sur diamètre
de2 1/2.
Le conduit d'échappement peut avoir une paroi mobile permettant de
varier la surface des moyens d'échappement.
La paroi mobile peut avoir une forme rectangulaire.
Les moyens d'admission peuvent cornmprendre deux ouvertures d'admission et deux conduits d'alimrientation disposés de faori
diamétralement opposée.
Les deux moyens d'admission peuvent avoir des conduits de séparation.
Le compresseur peut être un compresseur à écoulernent axial.
Une vanne de contrôle peut contrôler l'écoulement de l'air depuis le
compresseur jusqu'aux becs-gicleurs.
Il peut y avoir six becs-gicleurs equidistants sur la clrconfererice du conduit de séparation et les becs-gicleurs peuvent être convergents Le moteur à turbine à gaz peut être un moteur-turbopropulseur a turbine a gaz comprenant au moins un propulseur, ledit propulseur étant placé en amont du générateur de gaz, les moyens d'admission étant
places en aval dudit propulseur.
Ledit propulseur peut être placé de façon coaxiale par rapport au genérateur de gaz Ledit propulseur peut être mû par le generateur de gaz uia des
moyens de transmission du mouvement par arbre et par engrenage.
La présente invention sera décrite plus en détail a l'aide d'exemples faisant référence aux dessins joints, sur lesquels: la figure 1 est une coupe partielle d'un moteur-turbopropulseur à turbine à gaz presentant des moyens de séparation conformémrnent a la présente invention; la figure 2 est une section grossie des moyens de séparation montres sur la figure!; la figure 3 est une section le long de la ligne A-A de la figure 2; et, la figure 4 est une section le long de la ligne B-B de la figure 2 Un moteur-turbopropulseur 10 à turbine à gaz selon la présente Invention est montré sur la figure I et comprend un propulseur 12 et un
générateur de gaz 14.
Le propulseur 12 comprend un moyeu 16 qui porte plusieurs helices de propulsion placées à égale distance sur la circonférence du moyeu, les hélices de propulsion 18 étant montées sur le moyeu 16 de façon à pouvoir tourner de telle sorte que l'inclinaison des hélices de propulsion peut varier. Le générateur de gaz 14 comprend en serie dans le sens de l'écoulement: un compresseur axial 28, un compresseur centrifuge 30, un système de combustion 32, des turbines axiales 34 et 36 et une tuyère d'échappement 38. La turbine axiale 34 est liée au compresseur 30 yia un arbre (non representé) de façon à l'entraîner, et la turbine axiale 36 est liée de la même manière au compresseur 28 via un arbre 42 (représente en partie). Le générateur de gaz 14 fonctionne de façon
très classique et il n'en sera pas davantage question ci-dessous.
Le propulseur 12 est placé de façon coaxiale et en amont du générateur de gaz 14, et l'arbre 42 est lié au propulseur 12 via un
dispositif d'engrenages 44 qui le met en mouvement.
Le générateur de gaz 14 est contenu dans un carter 40 de générateur de gaz, et le carter du générateur de gaz possède deux ouvertures 20 d'admission placees en aval du propulseur 12, les deux ouvertures 20 d'admission sont placées a égale distance sur la circonférence du carter, c'est-à-dire sont diamétralement opposées, formant ainsi une admission dite bifurquée. Un conduit 22 d'admission conduit axialement depuis chacune des ouvertures 20 d'admission jusqu'à un conduit annulaire 26, le conduit 26 se prolonge radialement vers l'interieur et dans une direction aval afin d'alimenter en air le générateur de gaz 14. Le conduit annulaire 26 est limité par une paroi intérieure 25 en forme d'annulaire et une paroi extérieure 27 en forme d'annulaire, la paroi intérieure 25 en forme d'annulaire renferme l'arbre 42 et le dispositif d'engrenages 44. L'extrémité amont de la paroi intérieure 25 en forme d'annulaire est flxee sur l'extrémité aval du carter du générateur de gaz 40, et la paroi intérieure 25 en forme
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d'annulaire est flxee a la paroi exterieure 27 en forme d'annulaire par plusieurs entretoises 29 de forme aérodynamique et se prolongeant radialement. La paroi extérieure 27 en forme d'annulaire est également fixée au carter 40 du générateur de gaz. Les conduits 22 d'admission sont limités à leur périphérie radiale par des carters 41 de forme aérodynamique qui y sont fixés et qui rejoignent le carter 40 du
générateur de gaz.
Chacun des conduits 22 d'admission possede un conduit 24 de separation qui communique avec le conduit 22 d'admission et qui rejette les corps étrangers contenus dans l'air s'écoulant vers le générateur de gaz 14. Le conduit annulaire 26 admet un profil suffisamment incurve pour que de grands corps étrangers, tels que des oiseaux, mais aussi de la poussière, des débris, des particules abrasives et d'autres corps étrangers, puissent être évacués. Le conduit 24 de séparation est montre sur les figures 2, 3 et 4, et comprend en série dans le sens de l'écoulement un conduit de mélange 46, un conduit de transition 48 et un conduit d'échappement 50. Le conduit de mélange 46 est limite par une paroi tubulaire 52, et le conduit de mélange admet une section transversale circulaire. Le conduit d'échappement 50 admet une section transversale rectangulaire et est limité par des parois latérales 57 séparées, une paroi 56 se prolongeant entre -et étant fixee sur- les parois latérales 57 et une paroi mobile 58 qui est montée tout en pouvant pivoter 60 à son extrémité amont de telle sorte que la surface de l'extrémité 72 aval d'echappement sur le conduit d'échappement 50 puisse varier. Le conduit 48 de transition est limite par une paroi 54 qui réalise une transition depuis la section transversale circulaire du conduit de mélange jusqu'à la section transversale rectangulaire du conduit d'échappement Un dispositif de giclage 62 comprend plusieurs, six dans cet exemple, becs- gicleurs 64 équidistants qui sont disposés dans la pari tubulaire 52 du conduit 46 de mélange. Les becs-gicleurs 64 sont placés
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a l'extremite amont du conduit 46 de mrelariqge, et sont disposes de façorI à envoyer un fluide dans une direction aval à l'intérieur du conduit de mélange afin de produire un écoulement dans le conduit 24 de séparation Les becs-gicleurs 64 sont de préférence de type convergent bien que tout type de bec-gicleur convenable puisse être utilisé. Les becsgicleurs 64 émettent l'air à un angle de 15 essentiellement par rapport à la paroi. Les becs-gicleurs 64 sont alimentés en fluide à partir d'une chambre 66 annulaire qui est placée de façon coaxiale autour du conduit de mélange. La chambre annulaire 66 est limitée par un élément annulaire creux 68. L'élément annulaire 68 possède plusieurs orifices 70 sur sa surface intérieure afin d'amener le fluide aux becs-gicleurs 64 L'élément annulaire 70 possede une ouverture à travers laquelle le fluide s'écoule depuis un tube d'alimentation 74, le tube étant fixé à l'élémrnent annulaire 68 à une extrémité et au compresseur 28 à l'extrémrnite opposée. Le tube 74 crache un fluide, de l'air, depuis le compresseur Jusqu'aux becs-glcleurs de façon a produire un écoulement à travers le conduit de séparation. Le tube 74 est muni d'une vanne 76 qui contrôle l'alimentation en air des becs-gicleurs. La vanne 76 est commandée par un levier de commande actionné par un pilote dans un avion associé. Le levier de commande peut être le levier de commande bêta, le levier de
puissance, de l'avion.
Le conduit de mélange est dimensionné de façon que le rapport de sa longueur sur son diamètre soit compris entre 0,5 et 7, mais en vue de performance optimale, le rapport longueur sur diametre est compris entre 2 et 5, et vaut de preférence 2,5. Cela permet un mélange satisfaisant du fluide injecté par les becs-gicleurs et de l'air s'écoulant dans le conduit de séparation à partir des conduits d'admission dans les limites de la longueur du conduit de mélange. Le conduit de mélange est également dimensionné de façon à permettre le passage d'un oiseau de 1,136 kg = 2 1/2 lb, ce qui exige un diamètre nminimumr de
11,43 cm = 4,5pouces.
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La parol mobile 58 permet de reduire l'ecoulement dans le conduit de séparation lors du vol. Pendant le décollage ou le vol, le courant enveloppant le propulseur et la récupération dynamique d'adrnission produiront un écoulement d'air dans le conduit de séparation 24 jusqu'à l'échappement 72. Cet écoulernent d'air aspirera les corps étrangers par le conduit de séparation et les éloignera de l'admission annulaire 26 et du générateur de gaz 14 Toutefois, a l'arrêt ou en retro-poussée, il convient de creer un
écoulement d'air dans le conduit de séparation 24 au mnoyen des becs-
gicleurs afin de projeter les particules étrangères dans le conduit de séparation et les éloigner de l'admission annulaire et du générateur de gaz. De l'air comprimé est émis par le compresseur du générateur de qaz et est fourni aux becs-gicleurs en vue d'induire un écoulement fluide dans le conduit de séparation. L'air du compresseur est relativement froid, environ 200 C, et il est possible d'arrêter l'alimentation en air du compresseur, par une vanne 76, quand il n'est pas nécessaire d'induire un écoulement dans le conduit de séparation. La quantité totale d'air émis du compresseur représente seulement 5 % environ de l'écoulement en air à travers le compresseur et cela peut être toléré par le générateur de gaz. La vanne 76 sera ouverte quand le niveau de puissance est armené a la position rétro-poussée pendant le repos au sol et pourrait être
ouverte quand l'avion se déplace au sol en poussee avant.
L'utilisation d'un compresseur pour amener le fluide aux becs-
gicleurs a deux avantages. Tout d'abord, cela permet l'utilisation d'une valve pour contrôler le fluide fourni aux becs-gicleurs tandis que, si on avait recours à une turbine, les gaz chauds ne permettraient pas d'utiliser une vanne. Deuxièmement, s'il y avait rupture du conduit alimentant les becs-gicleurs, uniquement de l'air relativement froid s'écoulerait dans le capot du moteur et serait transmis dans une cabine
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de l'avion assoCle, alors que sinon des gaz relativement chauds seraient
amenés à la cabine de l'avion ce qui n'est pas souhaitable.
La paroi mobile 58 est utilisée pour modifier la surface du conduit d'échappement et est utilisée pour contrôler l'écoulement dans le conduit de séparation et pour réduire l'aspiration. En condition de vol, la paroi mobile 58 réduit la surface du conduit d'échappement parce qu'il y
a réduction de l'écoulement dans le conduit de séparation.
Une caracteristique principale de l'invention est l'utilisation de plusieurs becs-gicleurs disposés sur le pourtour du conduit de mélange Cela permet le passage d'un oiseau ou d'autre objet étranger de grande taille sans encombre dans le conduit de séparation, et peu ou aucun dommage ne sera causé aux becs-gicleurs. Un autre avantage est que l'utilisation d'un éjecteur annulaire formé dans la paroi du conduit de mélange aurait de très petites dimensions, 0,635 mm = 25 centièmes de pouce, et aurait tendance a être bloqué par des débris ou de la grêle, etc., et il serait difficile a fabriquer avec suffisamment de precision
pour maintenir une épaisseur uniforme.
L'invention est applicable à des moteurs-turbopropulseurs ou à des turbomoteurs a turbine à gaz qui possèdent des admissions d'un autre type que les admissions bifurquees, par exemple elle est aussi applicable à une seule admission, entre autres, une admission menton, ou
à plus de deux admissions.
Elle peut aussi s'appliquer à des moteurs-turbopropulseurs à turbine à gaz avec des boites d'engrenages décentres aussi bien que la
boîte d'engrenages coaxiaux.
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Claims (10)
1. Moteur-turbopropulseur à turbine à qaz comprenant au rnoins un propulseur et un générateur de gaz, ledit propulseur étant-place en amont du générateur de gaz, des moyens d'admission pour alimenter en air le générateur de gaz é-ant placés en aval dudit propulseur, les moyens d'admission comprenant au moins une ouverture d'admission et un conduit d'admission associé, ledit conduit d'admission ayant des moyens de séparation pour éliminer des corps étrangers de l'air fourni au generateur de gaz, les moyens de separation comprenant un conduit de séparation relié audit conduit d'admission pour recevoir les corps étrangers, des moyens de giclage permettant de créer un écoulement fluide dans le conduit de séparation pour evacuer des corps etrangers par le conduit de séparation, le générateur de gaz comprenant un compresseur, des moyens d'échappement pour rejeter les corps étrangers du conduit de séparation, caractérisé en ce que les moyens de glclage (62) comprennent plusieurs becs-glcleurs (64) equidistants disposes sur la circonférence de la paroi (52) du conduit de séparation (24), le compresseur (28) alimentant en air les moyens de giclage (62) afin de créer un écoulement fluide dans le conduit de séparation (24), une vanne de contrôle (76) contrôle l'écoulement de l'air depuis le compresseur (28) jusqu'aux becs- gicleurs (64). 2. Moteur à turbine à gaz seln la revendication 1, dans lequel le conduit de séparation (24) comprend un conduit de mélange (46), un
conduit de transition (48) et un conduit d'échappement (50).
3. Moteur à turbine à gaz sein la revendication 2, dans lequel le conduit de mélange (46) est tubulaire et le conduit d'échappement (50)
présente une section transversale rectangulaire.
4. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel le conduit de mélange (46) admet un rapport
longueur sur diamètre compris entre 2 et 5.
lOô 5. Moteur a turbine a gaz selon la reverndication 4, dans lequel le conduit (46) de mélange admet un rapport longueur sur diarnmètre de
2 1/2.
6. Moteur a turbine a gaz selon l'une quelconque des revendications
2 à 5, dans lequel le conduit d'échappement (50) possède un clapet mobile (58) permettant de modifier la surface du conduit d'échapperment (50). 7. Moteur a turbine a gaz selon la revendication 6, dans lequel le
clapet mobile (58) a une forme rectangulaire.
8. Moteur à turbine à gaz selon l'une quelconque des revendicationsc
I a 7, dans lequel les moyens d'admission comprennent deux ouvertures d'admission (20) et deux conduits d'admission (22) placés
diamétralement opposés l'un à l'autre.
9. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 8, dans lequel les
deux conduits d'admission (22) ont des conduits de séparation (24).
10. Moteur a turbine a gaz selon l'une quelconque des revendications:
I à 9, dans lequel le compresseur (28) est un compresseur à écoulement axial.
I 1. Moteur à turbine à gaz selon l'une quelconque des revendications
1 à 10, dans lequel il y a six becs-gicleurs (64) disposes à égale
distance sur la circonférence.
12. Moteur à turbine à gaz selon l'une quelconque des revendications
I à 11, dans lequel les becs-gicleurs (64) sont convergents.
13. Moteur a turbine à gaz selon l'une quelconque des revendications
1 à 12, dans lequel au moins un propulseur (12) est placé coaxialement
par rapport au générateur de gaz (14).
14. Moteur à turbine à gaz selon l'une quelconque des revendications
1 à 13, dans lequel au moins un propulseur (12) est rnm par le génerateur de gaz (14) via des moyens (42) de transmission par un arbre et des
moyens (44) de transmission par un engrenage.
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