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FR2993921A1 - Procede pour ameliorer les performances du systeme d'ejection d'un turbomoteur d'aeronef a double flux separes, systeme d'ejection et turbomoteur correspondants. - Google Patents

Procede pour ameliorer les performances du systeme d'ejection d'un turbomoteur d'aeronef a double flux separes, systeme d'ejection et turbomoteur correspondants. Download PDF

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FR2993921A1
FR2993921A1 FR1257282A FR1257282A FR2993921A1 FR 2993921 A1 FR2993921 A1 FR 2993921A1 FR 1257282 A FR1257282 A FR 1257282A FR 1257282 A FR1257282 A FR 1257282A FR 2993921 A1 FR2993921 A1 FR 2993921A1
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Matthieu Leyko
Jean Bertucchi
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA SAS
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Abstract

Selon l'invention, le procédé pour améliorer les performances du système d'éjection (T1) d'un turbomoteur (1) d'aéronef à double flux séparés supporté par un mât de suspension (3), le système d'éjection comprenant une tuyère primaire (T1) délimitée par un capot annulaire (5) dans lequel est ménagée une fente (10) de forme annulaire qui définit des portions amont (5 A) et aval (5B) du capot (5) et qui est traversée par le mât de suspension (3), est remarquable par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : - on définit la portion aval (5B) du capot (5) de la tuyère primaire (T1) à l'aide: * d'une première partie (5B. 1) qui prolonge vers l'aval la portion amont (5A) du capot (5A) jusqu'à un bord de fuite (11 A) de la tuyère primaire (T1), de part et d'autre du mât de suspension (3) le long de deux secteurs angulaires prédéfinis (alpha) ; et * d'une seconde partie (5B.2) qui est formée depuis un contour interne (101) de la fente (10) et qui présente un bord de fuite (1 1B) de diamètre inférieur à celui du bord de fuite (11 A) associé à la première partie (5B. 1) de la portion aval (5B) du capot (5), et - on raccorde ensemble les extrémités latérales des première et seconde parties (5B.1, 5B.2) de la portion aval (5B), à l'aide de parois de raccordement (12).

Description

La présente invention concerne les turbomoteurs à double flux et, plus particulièrement, les turbomoteurs à double flux séparés. On sait que, de façon connue, un turbomoteur à double flux comporte : un générateur de flux chaud (encore désigné flux primaire) qui s'étend selon un axe longitu- dinal et qui est accroché par l'intermédiaire d'une attache avant et d'une attache arrière à un mât de suspension appartenant à la structure d'un aéronef Le générateur de flux chaud est délimité par un capot annulaire qui forme l'enveloppe de celui-ci et qui se termine vers l'aval par une tuyère d'éjection du flux primaire ; une soufflante de flux froid dont l'axe de rotation est confondu avec l'axe longitudinal du générateur de flux chaud qui entraîne celle-ci en rotation ; et une nacelle qui entoure le générateur de flux chaud et la soufflante de flux froid et qui délimite un canal extérieur de flux froid, axisymétrique par rapport à l'axe longitudinal du générateur de flux chaud et à section annulaire autour de ce dernier. Le flux froid, comprimé par la soufflante, est ainsi guidé vers l'extérieur par le canal de flux froid.
On sait en outre que, dans le cas d'un turbomoteur à double flux séparés, les flux primaire et secondaire sont éjectés séparément en deux flux concentriques. La nacelle comprend pour cela une enveloppe entourant la partie soufflante qui se termine vers l'aval par une tuyère d'éjection du flux secondaire. Par ailleurs, un flux de ventilation circule le long du générateur de flux chaud pour le re- froidir. Afin de minimiser les pertes de performances, ce flux de ventilation doit être évacué vers l'extérieur du turbomoteur à une pression proche de la pression ambiante. Pour cela, il est connu de ménager une fente de forme circulaire dans le capot de la tuyère primaire du turbomoteur par laquelle peut s'échapper le flux de ventilation. En particulier, cette fente s'étend de part et d'autre du mât de suspension du turbomoteur et est délimitée par deux contours circulaires de diamètre différent : le diamètre du contour de la portion amont du capot de la tuyère primaire étant supérieur à celui de la portion aval dudit capot. De cette façon, le flux de ventilation s'échappe par la fente pour longer ensuite la face externe de la portion aval du capot de la tuyère primaire et être ainsi mélangé au flux secondaire. En outre, et pour des raisons de sécurité contre le feu, les instances de certifications im- posent d'obturer la fente de chaque côté latéral du mât, sur un secteur angulaire déterminé (par exemple égal à 45°).
Cependant, l'obturation de la fente - par l'intermédiaire d'une cloison reliant, le long des deux secteurs angulaires prédéfinis, les portions amont et aval du capot de la tuyère primaire - aboutit à la formation d'un décrochement (ou « marche descendante ») qui perturbe l'écoulement du flux secondaire sur la tuyère primaire en occasionnant une recirculation de celui-ci. Cela conduit à des pertes aérodynamiques, dégradant les performances du turbomoteur. Pour pallier cet inconvénient, on prévoit, de façon connue, un carénage courbe convexe supplémentaire pour recouvrir le décrochement formé par l'obturation partielle de la fente. Un tel carénage s'étend depuis ladite fente jusqu'au bord de fuite de la tuyère primaire. Toutefois, ce carénage courbe provoque une forte accélération de l'écoulement du flux secondaire et un risque d'interaction avec la voilure supportant le turbomoteur, susceptibles d'engendrer des pertes aérodynamiques indésirables. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et, notamment, d'améliorer les performances d'éjection d'un tel turbomoteur à flux séparés. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour améliorer les performances du système d'éjection d'un turbomoteur d'aéronef à double flux séparés, le turbomoteur étant supporté par un mât de suspension et le système d'éjection comprenant une tuyère primaire délimitée par un capot annulaire dans lequel est ménagée une fente de forme annulaire qui définit des portions amont et aval du capot et qui est traversée par le mât de suspension du turbomoteur, est remarquable par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : - on définit la portion aval du capot de la tuyère primaire à l'aide : - d'une première partie qui prolonge vers l'aval la portion amont du capot jusqu'à un bord de fuite de la tuyère primaire, de part et d'autre du mât de suspension le long de deux secteurs angulaires prédéfinis ; et - d'une seconde partie qui est formée depuis un contour interne de la fente et qui présente un bord de fuite de diamètre inférieur à celui du bord de fuite associé à la première partie de la portion aval du capot, et on raccorde ensemble les extrémités latérales des première et seconde parties de la portion aval du capot ainsi définies, à l'aide de parois de raccordement. Ainsi, grâce à l'invention, on supprime le décrochement présent sur le capot de la tuyère primaire d'un turbomoteur à double flux séparés, au voisinage du mât de suspension de ce der- nier. De cette façon, le flux secondaire peut s'écouler librement sans aucune recirculation sur le capot de la tuyère primaire ni accélération supplémentaire, du fait de la continuité de surface entre les portions amont et aval dudit capot sur les deux secteurs angulaires prédéfinis. En outre, l'augmentation du diamètre de la première partie de la portion aval, par rapport à celui de la se- conde partie, prévient la formation d'un culot volumineux à l'extrémité aval de la première partie. Le bord de fuite de la tuyère primaire du système d'éjection de l'invention n'est donc plus axisymétrique. En outre, le prolongement formant la première partie de la portion aval est de préférence effectué le long d'une droite génératrice, par exemple parallèle à une droite génératrice de la por- tion amont, de manière à réaliser un prolongement rectiligne de celle-ci. En variante, le prolongement formant la première partie de la portion aval peut être effectué le long d'une ligne courbe concave, définie dans un plan longitudinal passant par l'axe longitudinal du système d'éjection.
Par ailleurs, la présente invention concerne un système d'éjection d'un turbomoteur d'aéronef à double flux séparés supporté par un mât de suspension, le système d'éjection comprenant une tuyère primaire délimitée par un capot annulaire dans lequel est ménagée une fente de forme annulaire qui définit des portions amont et aval du capot et qui est traversée par le mât de suspension du turbomoteur. Selon l'invention, ledit système d'éjection est remarquable par le fait que la portion aval du capot de la tuyère primaire comprend : une première partie prolongeant vers l'aval la portion amont du capot jusqu'à un bord de fuite de la tuyère primaire, de part et d'autre du mât de suspension le long de deux secteurs angulaires prédéfinis ; et une seconde partie qui est formée depuis un contour interne de la fente et qui présente un bord de fuite de diamètre inférieur à celui du bord de fuite associé à la première partie de la portion aval du capot, les première et seconde parties de la portion aval étant raccordées latéralement l'une à l'autre à l'aide de parois de raccordement. En outre, la première partie de la portion aval du capot est de préférence définie par une droite génératrice. En variante, la première partie de la portion aval du capot peut présenter, dans un plan longitudinal passant par l'axe longitudinal du système d'éjection, une ligne courbe concave. De plus, les parois de raccordement peuvent être respectivement déterminées par une ligne courbe (par exemple concave ou convexe), définie dans un plan transversal orthogonal à l'axe longitudinal du système d'éjection, qui de préférence présente un point d'inflexion. En va- riante, les parois de raccordement pourraient être respectivement déterminées par un segment de droite, défini dans un plan transversal orthogonal à l'axe longitudinal du système d'éjection. Par ailleurs, la présente invention concerne encore un turbomoteur à double flux séparés comportant un système d'éjection du type de celui décrit précédemment.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique de profil d'un exemple de turbomoteur à double flux séparés conforme à la présente invention.
La figure 2 représente schématiquement, dans une vue partielle agrandie suivant la flèche II de la figure 1, l'arrière du turbomoteur conforme à l'invention. La figure 3 illustre partiellement, dans une vue arrière inclinée du turbomoteur de la figure 1, un agrandissement du bord de fuite de la tuyère primaire du turbomoteur. Sur la figure 1, on a représenté un exemple de turbomoteur 1 à double flux séparés, conforme à la présente invention, qui est monté sous une aile 2 d'aéronef et qui est suspendu à cette dernière par l'intermédiaire d'un mât de suspension 3. En particulier, et comme rappelé précédemment, le turbomoteur 1 comporte de façon connue : un générateur 4 de flux chaud (encore désigné flux primaire et symbolisé par la flèche Fi) délimité par un capot annulaire 5 qui forme l'enveloppe du générateur 4 et qui se termine vers l'aval par une tuyère d'éjection Ti du flux primaire Fi (formant le système d'éjection primaire du turbomoteur 1). Le générateur 4 s'étend selon un axe longitudinal X-X et est accroché par l'intermédiaire d'une attache avant et d'une attache arrière au mât de suspension 3. L'attache avant et l'attache arrière sont par exemple fixées respectivement sur le carter inter- médiaire d'un compresseur haute-pression et sur le carter d'échappement du flux chaud Fi (non représentés sur les figures) ; une soufflante de flux froid (non représentée sur la figure 1) dont l'axe de rotation est confondu avec l'axe longitudinal X-X du générateur 4 de flux chaud qui entraîne celle-ci en rotation ; et - une nacelle 6 qui entoure le générateur de flux chaud 4 et la soufflante de flux froid et qui délimite un canal extérieur de flux froid, axisymétrique par rapport à l'axe longitudinal X-X du générateur 4 de flux chaud et à section annulaire autour de ce dernier. La nacelle 6 est délimitée, à son extrémité amont, par un orifice 7 d'entrée d'air et, à son extrémité aval, par un orifice 8 de sortie du flux froid (symbolisé par la flèche F2). Le flux froid F2, comprimé par la soufflante, est ainsi guidé vers l'extérieur par le canal de flux froid. La nacelle 6 comprend pour cela une enveloppe 9 entourant la partie soufflante qui se termine vers l'aval par une tuyère d'éjection T2 du flux secondaire F2. Les flux primaire Fi et secondaire F2 sont éjectés séparément en deux flux concentriques respectivement par les tuyères d'éjection Ti et T2.
En outre, comme le montrent les figures 1 et 2, une fente 10 de forme annulaire est ménagée dans le capot 5 de la tuyère primaire Ti. La fente 10 définit les portions amont 5A et aval 5B du capot 5. Elle s'étend de part et d'autre du mât de suspension 3 du turbomoteur et est délimitée par les contours circulaires des portions amont 5A et aval 5B du capot 5, le diamètre du contour externe de la portion amont 5A étant supérieur à celui de la portion aval 5B au niveau de la fente 10. Ainsi, le flux de ventilation Fv peut déboucher à l'extérieur par la fente 10 afin de s'écouler le long de la face externe de la portion aval 5B du capot 5 de la tuyère primaire Ti. Selon l'invention, comme le montre la figure 2, la portion aval 5B du capot 5 de la tuyère primaire Ti comporte : une première partie 5B.1 qui prolonge, le long de l'axe X-X, la portion amont 5A du capot 5 jusqu'à un bord de fuite 11A de la tuyère primaire Ti, de part et d'autre du mât de suspension 3 le long de deux secteurs angulaires identiques a prédéfinis (par exemple égaux à chacun à 450). On notera que chaque secteur angulaire a est défini par rapport à un axe M-M apparte- nant à un plan médian passant par l'axe longitudinal X-X et le mât de suspension 3. Bien en- tendu, en variante, les secteurs angulaires prédéfinis pourraient présenter des valeurs d'angle différentes ; et une seconde partie 5B.2 qui est formée depuis un contour interne 10I de la fente 10 et qui présente un bord de fuite 11B de diamètre inférieur à celui du bord de fuite 11A associé à la pre- mière partie 5B.1 de la portion aval 5B. Les bords de fuite 11A et 11B, associés respectivement aux première et seconde parties 5B.1 et 5B.2 de la portion aval 5B, définissent le bord de fuite de la tuyère primaire Ti. On comprendra donc que le bord de fuite de la tuyère primaire Ti n'est pas axisymétrique, contrairement à celui associé aux tuyères primaires connues.
En particulier, dans l'exemple, la première partie 5B.1 de la portion aval 5B est définie par une droite génératrice G-G de la portion amont 5A. Autrement dit, la surface de la première partie 5B.1 de la portion aval 5B est tangente à celle de la portion amont 5A. Dans cet exemple, on réalise donc un prolongement rectiligne de la portion amont 5B. En revanche, comme le montre la figure 2, la seconde partie 5B.2 de la portion aval 5B est obtenue par une révolution partielle d'une génératrice parallèle à la droite génératrice G-G mais décalée radialement vers l'axe longitudinal X-X. Ainsi, le contour aval de la portion amont 5A du capot 5 et le contour amont de la seconde partie 5B.2 de la portion aval 5B - correspondant respectivement aux contours externe 10E et interne 10I de la fente 10 - présentent des diamètres différents : le diamètre du contour 10E étant supérieur à celui du contour 10i Bien entendu en variante, les droites génératrices des première et seconde parties de la portion aval 5B peuvent être inclinées entre elles, mais également par rapport à la droite génératrice de la portion amont 5A. En variante encore, les première et seconde parties de la portion aval 5B peuvent également être définies chacune par une ligne courbe concave appartenant à un plan longitudinal passant par l'axe X-X. En outre, l'épaisseur des première et seconde parties 5B.1 et 5B.2 de la portion aval 5B est identique et sensiblement constante le long de l'axe longitudinal X-X et le long d'une circonférence de la portion aval 5B, de sorte que l'extrémité aval de la tuyère primaire Ti présente une épaisseur faible constante.
Par ailleurs, comme le montrent les figures 2 et 3, les extrémités latérales des première et seconde parties 5B.1 et 5B.2 de la portion aval 5B du capot 5 sont reliées ensemble par l'intermédiaire de parois de raccordement 12 tridimensionnelles. Dans l'exemple considéré, les parois 12 sont déterminées par une ligne courbe C définie dans un plan transversal orthogonal à l'axe longitudinal X-X. La courbe C présente un point d'inflexion I. Cependant, en variante, la courbe C pourrait être convexe ou concave et être dé- pourvue de point d'inflexion I.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé pour améliorer les performances du système d'éjection (Ti) d'un turbomoteur (1) d'aéronef à double flux séparés, le turbomoteur (1) étant supporté par un mât de suspension (3) et le système d'éjection comprenant une tuyère primaire (Ti) délimitée par un capot annu- laire (5) dans lequel est ménagée une fente (10) de forme annulaire qui définit des portions amont (5A) et aval (5B) du capot (5) et qui est traversée par le mât de suspension (3) du turbomoteur (1), caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : on définit la portion aval (5B) du capot (5) de la tuyère primaire (Ti) à l'aide: - d'une première partie (5B.1) qui prolonge vers l'aval la portion amont (5A) du capot (5A) jusqu'à un bord de fuite (11A) de la tuyère primaire (Ti), de part et d'autre du mât de suspension (3) le long de deux secteurs angulaires prédéfinis (a) ; et - d'une seconde partie (5B.2) qui est formée depuis un contour interne (10I) de la fente (10) et qui présente un bord de fuite (11B) de diamètre inférieur à celui du bord de fuite (11A) associé à la première partie (5B.1) de la portion aval (5B) du capot (5), et on raccorde ensemble les extrémités latérales des première et seconde parties (5B.1, 5B.2) de la portion aval (5B) du capot ainsi définies, à l'aide de parois de raccordement (12).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le prolongement formant la première par- tie (5B.1) de la portion aval (5B) est effectué le long d'une droite génératrice (G-G).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le prolongement formant la première partie (5B.1) de la portion aval (5B) est effectué le long d'une ligne courbe concave, définie dans un plan longitudinal passant par l'axe longitudinal (X-X) du système d'éjection (T1).
  4. 4. Système d'éjection d'un turbomoteur (1) d'aéronef à double flux séparés supporté par un mât de suspension (3), le système d'éjection comprenant une tuyère primaire (Ti) délimitée par un capot annulaire (5) dans lequel est ménagée une fente (10) de forme annulaire qui définit des portions amont (5A) et aval (5B) du capot (5) et qui est traversée par le mât de suspension (3) du turbomoteur (1), caractérisé par le fait que la portion aval (5B) du capot (5) de la tuyère primaire (Tl) comprend : une première partie (5B.1) prolongeant vers l'aval la portion amont (5B) du capot (5) jusqu'à un bord de fuite (11A) de la tuyère primaire (Ti), de part et d'autre du mât de suspension (3) le long de deux secteurs angulaires prédéfinis (a) ; etune seconde partie (5B.2) qui est formée depuis un contour interne (10I) de la fente (10) et qui présente un bord de fuite (11B) de diamètre inférieur à celui du bord de fuite (11A) associé à la première partie (5B.1) de la portion aval (5B) du capot (5), les première et seconde parties (5B.1, 5B.2) de la portion aval (5B) étant raccordées latéralement l'une à l'autre à l'aide de parois de raccordement (12).
  5. 5. Système d'éjection selon la revendication précédente, dans lequel la première partie (5B.1) de la portion aval (5B) du capot (5) est définie par une droite génératrice (G-G) de la portion amont (5A) du capot (5A).
  6. 6. Système d'éjection selon la revendication 4, dans lequel la première partie (5B.1) de la portion aval (5B) du capot (5) présente, dans un plan longitudinal passant par l'axe longitudinal (X-X) du système d'éjection (Ti), une ligne courbe concave.
  7. 7. Système d'éjection selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les parois de raccordement (12) sont respectivement déterminées par une ligne courbe (C), définie dans un plan transversal orthogonal à l'axe longitudinal (X-X) du système d'éjection (Ti), qui de préférence présente un point d'inflexion (I).
  8. 8. Système d'éjection selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les parois de raccordement (12) sont respectivement déterminées par un segment de droite, défini dans un plan transversal orthogonal à l'axe longitudinal (X-X) du système d'éjection (Tl).
  9. 9. Turbomoteur à double flux séparés, caractérisé par le fait qu'il comporte un système d'éjection (Tl) tel que spécifié sous l'une des revendications 4 à 8.
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