FR3050766A1 - Turboreacteur double flux dote d'un prelevement de debit permettant une calibration reglable du taux de dilution a la confluence - Google Patents

Abstract

Un turboréacteur (1) à double flux comprenant un compresseur basse pression (3) apte à prélever un flux d'air destiné à être divisé en un flux d'air primaire (F1) et un flux d'air secondaire (F2) distincts, un canal primaire (10) apte à acheminer le flux d'air primaire (F1) depuis le compresseur basse pression (3) jusqu'à une zone de confluence (12) des flux d'air primaire et secondaire (F1 et F2) permettant la dilution du flux d'air secondaire (F2) dans le flux d'air primaire (F1), un canal secondaire (11) apte à acheminer le flux d'air secondaire depuis le compresseur basse pression (3) jusqu'à la zone de confluence (12). Le turboréacteur (1) comprend un dispositif (20) de régulation du débit d'air du flux secondaire (F2) comportant des moyens de prélèvement d'une portion d'air dans le flux secondaire (F2) en amont de la zone de confluence (12).

Description

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne les turboréacteurs double flux notamment pour les aéronefs, et plus particulièrement la dilution de l'air primaire avec l'air secondaire dans une confluence.

Dans les turboréacteurs double flux dit de type « turbojet » en anglais, on divise le flux d'air aspiré par le compresseur basse pression en deux parties. Une première partie, le flux primaire ou flux chaud, traverse un générateur de gaz comportant un compresseur haute-pression, une chambre de combustion et une turbine haute pression, puis une turbine basse pression. Une seconde partie, le flux secondaire ou flux froid, s'écoule à la périphérie du turboréacteur et est utilisé notamment pour le refroidissement de certains organes. Le flux secondaire, formé de l'air précomprimé par le compresseur basse pression qui ne traverse pas le générateur de gaz, s'écoule autour du générateur de gaz jusqu'à une zone de confluence dans laquelle le flux primaire et ie flux secondaire sont mélangés après combustion de l'air du flux primaire.

La proportion d'air constituant le flux froid qui est variable selon les moteurs est exprimée par ie rapport entre le débit massique du flux secondaire et le débit massique du fiux primaire. Ce rapport est appelé taux de dilution, ou « By-Pass Ratio » en anglais et noté BPR.

Les moteurs militaires optimisés pour le vol supersonique ont généralement des taux de dilution inférieurs à 1, alors que les moteurs civils ou militaires optimisés pour des croisières autour de Mach 0,8 ont généralement des taux de dilution entre 5 et 10. Les moteurs à double flux et fort taux de dilution, en anglais les « turbofans », tirent i'essentiel de leur poussée du flux froid, le flux chaud représentant 20 % de la poussée, et se rapprochent des turbopropulseurs.

Dans un turboréacteur doté d'une soufflante non carénée, ou Open rotor en anglais, qui est un turboréacteur dont la soufflante est fixée directement sur la turbine de puissance et en dehors de la nacelle, la turbine peut également comprendre une veine primaire déiivrant un flux primaire chaud ainsi qu'une veine secondaire acheminant un fiux secondaire froid pour le refroidissement de certains organes autour du générateur de gaz. Le flux primaire et le flux secondaire sont destinés à être mélangés entre la sortie de la veine primaire et l'entrée d'une turbine de puissance montée en aval du générateur de gaz. Quel que soit le type de turboréacteur comportant un double flux à l'un des étages, la zone de confluence est généralement située à la jonction des sorties du canal primaire et du canal secondaire, avant la sortie des gaz de la nacelle, aussi bien juste avant la sortie de la nacelle qu'en amont d'une turbine, par exemple une turbine de puissance, montée en amont de la sortie des gaz de la nacelle. D'un point de vue aérodynamique, dans un turboréacteur doté d'une soufflante non carénée, la confluence a pour but de mélanger les flux primaire et secondaire afin de fournir un écoulement acceptable à la turbine de puissance.

Dans un turboréacteur à soufflante non carénée, il y a peu d'intérêt à alimenter la turbine de puissance avec un flux basse pression important. C'est pourquoi une architecture de type « turbojet » est utilisée en amont de la turbine de puissance, plutôt qu'une architecture de type « turbofan ». L'agencement et les dimensions de la veine secondaire et de la veine primaire sont donc telles que les dimensions de la veine secondaire sont plus réduites que dans des turboréacteurs à double flux classiques de type turbofan

En outre, dans un turboréacteur à soufflante non carénée, le taux de dilution désiré dans la zone de confluence est très faible pour les points de dimensionnement du cycle thermodynamique d'une soufflante non carénée. En effet, en sortie du générateur de gaz d'une soufflante non carénée, on fonctionne généralement à des taux de dilution très bas, de l'ordre de 0,23 à 0,25.

Or, dans tous les turboréacteurs à double flux, le taux de dilution est fixé par les performances voulues pour le moteur. Il dépend du cycle choisi et varie selon l'altitude, le nombre de Mach et le régime moteur. Le bon dimensionnement de la confluence est donc important dans les turboréacteurs à double flux car la confluence permet de régler les débits secondaires et primaires et donc le taux de dilution.

Dans des turboréacteurs comportant de faibles dimensions pour le canal secondaire, ou veine secondaire, et un faible taux de dilution, comme par exemple en sortie du générateur de gaz réalisé sous la forme d'un « turbojet » de turboréacteurs à soufflante non carénée, il est très délicat de mettre en place une confluence calibrée précisément, robuste aux tolérances de fabrication et présentant une bonne tenue aux différentes conditions thermomécaniques que cette zone peut subir lorsque le turboréacteur fonctionne.

La section géométrique de la confluence est difficile à maîtriser. Premièrement, du fait des tolérances de fabrication du carter de la veine primaire, aussi appelée tôle de confluence, et du carter englobant la tôle de confluence et formant avec cette dernière la veine secondaire. Deuxièmement, du fait de la dilatation thermique différentielle entre le flux primaire très chaud et le flux secondaire plus froid. Et, troisièmement, du fait des déplacements au niveau du bord de fuite de la confluence qui suit les déplacements en fonctionnement de tout le corps haute pression alors que le carter suit ceux de la structure basse pression. A cela s'ajoute le fait que la faible section du canal secondaire n'est adaptée que pour quelques points de design particuliers, notamment proche de la puissance maximale, c'est-à-dire proche des pleins gaz. Mais sur les points de fonctionnement intermédiaires, cette faible section pénalise la marge au pompage du compresseur basse pression, ce dernier délivrant un débit trop important pour être délivré par une si petite section de sortie du canal secondaire.

Un mauvais calibrage de la section de sortie du canal secondaire se traduit par une baisse de puissance du moteur.

En effet, dans le cas où la section est trop grande, ce qui est détecté par un taux de dilution mesuré trop grand en essai, le moteur subit une perte de puissance liée à un nombre de Mach en sortie du canal secondaire plus faible que la spécification et une température en entrée de turbine haute pression plus élevée que le maxi-cycle.

Et, dans le cas où la section est trop faible, ce qui est détecté par un taux de dilution mesuré trop faible en essai, le moteur subit une perte de puissance liée à un nombre de Mach en sortie du canal secondaire plus élevé que la spécification et un risque de blocage du flux secondaire au ralenti.

Objet et résumé de l'invention L'invention vise à proposer un turboréacteur à double flux dont le mélange des flux primaire et secondaire s'opère avant la sortie de la nacelle et permettant d'éliminer le risque de blocage du flux secondaire au ralenti. L'invention a pour objet un turboréacteur à double flux comprenant un compresseur basse pression apte à prélever un flux d'air destiné à être divisé en un flux d'air primaire et un flux d'air secondaire distincts, un canal primaire apte à acheminer le flux d'air primaire depuis le compresseur basse pression jusqu'à une zone de confluence des flux d'air primaire et secondaire permettant la dilution du flux d'air secondaire dans le premier flux d'air primaire en sortie du canal primaire, et un canal secondaire apte à acheminer le flux d'air secondaire depuis le compresseur basse pression jusqu'à la zone de confluence en sortie du canal secondaire.

Selon une caractéristique générale de l'Invention, le turboréacteur comprend un dispositif de régulation du débit d'air du flux secondaire comportant des moyens de prélèvement d'une portion d'air dans le flux secondaire en amont de la zone de confluence.

Le prélèvement d'air dans le canal secondaire permet d'ajuster le nombre de Mach du flux secondaire à la confluence, c'est-à-dire dans la zone de confluence, en évacuant un éventuel surplus de débit secondaire.

Selon un premier aspect du turboréacteur, l'extrémité du canal primaire débouchant sur la zone de confluence possède une première section de passage, l'extrémité du canal secondaire débouchant sur la zone de confluence possède une seconde section de passage, la seconde section de passage ayant une dimension non nulle inférieure à la section primaire, et notamment une dimension strictement inférieure à 23% de la première section de passage.

Plus généralement, l'extrémité du canal secondaire débouchant sur la zone de confluence possède une section de passage secondaire inférieure une section de passage secondaire nominale, le rapport entre la section de passage secondaire nominale et la section de passage primaire à l'extrémité du canal primaire débouchant sur la zone de confluence permettant la définition d'un taux de dilution nominal permettant d'obtenir le maximum de puissance en sortie de la zone de confluence.

Les taux de dilution d'un turboréacteur comprenant un rotor à aubes externes de type Open-rotor sont généralement très bas, c'est-à-dire de l'ordre de 0,23 à 0,25.

En sous-dimensionnant la section de passage du canal secondaire, c'est-à-dire la seconde section de passage, par rapport à une valeur de seconde section de passage permettant, avec les dimensions de la première section de passage, d'obtenir ledit taux de dilution visé dans la zone de confluence, la vitesse du flux secondaire à l'extrémité de sortie du flux secondaire, c'est-à-dire à l'extrémité du canal secondaire débouchant sur la zone de confluence, est augmentée par rapport à une seconde section de passage permettant d'obtenir un taux de dilution nominal. Cette augmentation de vitesse, c'est-à-dire l'augmentation du nombre de Mach induite peut entraîner un blocage du flux secondaire lors d'un fonctionnement au ralenti.

Le compresseur basse pression comprimant une quantité d'air importante qu'il faut évacuer au niveau de la confluence, un blocage du flux secondaire peut apparaître lors d'un fonctionnement tu turboréacteur au ralenti. Notamment si la section secondaire au niveau de la confluence est faible, elle empêche l'air d'y passer en suffisamment grande quantité. L'air en aval du compresseur basse pression « stagne » alors et augmente en pression, consommant ainsi de la marge au pompage.

Les moyens de prélèvement d'une portion d'air dans le flux secondaire permettent de réduire la vitesse, et donc de réduire les risques de blocage, voire même d'atteindre ledit taux de dilution visé dans la zone de confluence.

Selon un deuxième aspect du turboréacteur, le dispositif de régulation comprend une unité de commande de régulation configurée pour actionner les moyens de prélèvement en fonction du débit d'air dans le flux secondaire.

La modulation du prélèvement en fonction du débit d'air dans le flux secondaire, c'est-à-dire en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur permet de maintenir les conséquences sur l'hétérogénéité azimutale du flux, notamment pour la température, acceptables pour la turbine de puissance.

Selon un troisième aspect du turboréacteur, l'unité de commande de régulation est configurée pour actionner les moyens de prélèvement lors d'un fonctionnement au ralenti du turboréacteur et pour arrêter le fonctionnement du moyen de prélèvement lors d'un fonctionnement à plein gaz du turboréacteur.

Le prélèvement est inopérant au plein gaz, c'est-à-dire lorsque le turboréacteur fonctionne à puissance maximale, pour ne pas dégrader les performances du moteur. En effet, si l'on visait de rester à isopuissance de l'hélice arrière positionnée en sortie de la turbine de puissance, un prélèvement réalisé dans le flux secondaire lorsque le turboréacteur fonctionne à plein régime impliquerait une hausse de la température en entrée de la turbine haute pression qui est située en aval de la zone de confluence. Cette élévation de température se traduirait notamment par une chute de puissance.

Pour désactiver les moyens de prélèvement, le dispositif de régulation peut comprendre des vannes montées sur les moyens de prélèvement, ces vannes commandées étant fermées lorsque le turboréacteur fonctionne à plein régime.

Selon un quatrième aspect du turboréacteur, le turboréacteur comprend une première virole et une seconde virole s'étendant autour de ladite première virole, le canal secondaire s'étendant entre la première virole et la seconde virole, et les moyens de prélèvement du dispositif de régulation comprennent au moins un orifice de prélèvement disposé dans la seconde virole en regard de la première virole.

La formation d'orifices de prélèvement dans la seconde virole permet d'évacuer facilement un surplus d'air dans le flux secondaire sans modifier drastiquement la configuration du canal secondaire.

Selon un cinquième aspect du turboréacteur, le dispositif de prélèvement comprend une pluralité d'orifices de prélèvement équirépartis sur un même cercle de la seconde virole.

Une répartition équitable des orifices de prélèvement sur une circonférence de la seconde virole permet de conserver une certaine homogénéité du flux secondaire.

Selon un sixième aspect du turboréacteur, la seconde virole comprend, sur au moins une partie, une double paroi apte à former au moins une cavité en communication fluidique avec au moins un orifice de prélèvement, la seconde virole comprenant en outre au moins un orifice de sortie en communication fluidique avec une desdites au moins une cavité et apte à évacuer l'air prélevé à l'extérieur du turboréacteur.

Les orifices de prélèvement alimentent ainsi une seule et même cavité formant une cavité annulaire dans la seconde virole, ou bien une pluralité de cavités réparties sur la circonférence de la seconde virole. L'air arrivant dans la ou les cavité(s) est ensuite évacué de la ou des cavité(s) hors du turboréacteur via un ou des orifice(s) de sortie.

Les orifices de prélèvement sont réalisés dans une première paroi de la seconde virole, la première paroi étant en regard de la première virole, et les orifices de sortie sont réalisés dans une seconde paroi de la seconde virole, la première paroi étant disposée entre la seconde paroi de la seconde virole et la première virole. Les première et seconde parois de la seconde virole peuvent respectivement correspondre à une paroi interne et une paroi externe, la première paroi de la seconde virole étant radialement à l'intérieur de la seconde paroi de la seconde virole.

La dissociation des orifices de prélèvement et des orifices de sortie permet de limiter le nombre d'orifices de sortie, réalisés notamment sous la forme de bossages, et ainsi de limiter les déformations externes du carter formé par la seconde virole et de minimiser l'encombrement pour la nacelle, sans pour autant limiter le nombre d'orifices de prélèvement.

La dissociation des orifices de prélèvement et des orifices de sortie permet également d'ajuster le positionnement des deux types d'orifices indépendamment l'un de l'autre tant qu'ils sont en communication fluidique avec une des cavités.

Le dispositif peut comprendre au moins une vanne commandée montée sur chaque orifice de sortie ou bien sur une ou des lignes de canalisation d'évacuation de l'air prélevé. Les canalisations peuvent être connectées à chaque orifice de sortie et se rejoindre en une unique canalisation d'évacuation sur laquelle est montée la vanne commandée.

Avantageusement, selon un septième aspect du turboréacteur, le turboréacteur comprend en outre une paroi annulaire de confluence percée d'une pluralité d'orifices traversants.

La paroi annulaire de confluence est disposée, comme cela est Indiqué, dans la zone de confluence, et plus particulièrement en entrée de la zone de confluence de manière à contrôler dès l'entrée dans la zone de confluence le débit du flux secondaire injecté dans le flux primaire et ainsi maîtriser le taux de dilution du mélange.

Les orifices traversant prévus dans la paroi de confluence sont configurés pour laisser s'échapper une portion d'air du flux secondaire délivré par le canal secondaire au travers de la paroi de confluence jusque dans la zone de confluence. Les orifices permettent de mieux maîtriser le débit du flux secondaire délivré par le canal secondaire, et par conséquent le taux de dilution du générateur de gaz, quelles que soient ies conditions thermiques du milieu. Les orifices traversant présentent un diamètre de Tordre de quelques millimètres à quelques dizaines de miliimètres, ie diamètre variant en fonction de la turbomachine et du nombre d'orifices

La dilatation thermique et mécanique des orifices traversant prévus dans la paroi est moins importante que la dilatation subie par ie canal primaire ou un dispositif de confluence s'étendant entre le canal primaire et le canal secondaire, comme par exemple un bec de confluence qui est utilisé dans l'état de Tart. En effet, les températures du carter externe et du carter interne, c'est-à-dire de ia viroie externe et de ia virole interne, sont nettement différentes de par ia différence entre ies températures des flux primaire et secondaire. De ce fait ie différentiel de dilatation entre le canal primaire et le canal secondaire peut être important, entraînant par conséquent une variation importante de l'embouchure du canal secondaire, c'est-à-dire du bec de confluence, et donc du taux de dilution résultant. L'invention selon le septième aspect permet ainsi de fournir un turboréacteur présentant une confluence robuste aux tolérances de fabrication et permettant de calibrer précisément le taux de dilution notamment pour des taux de dilution faibles et des petites dimensions de veine secondaire grâce à la paroi de confluence comportant des orifices traversants et de s'assurer des marges suffisantes d'un point de vue opérabilité pour amener le fonctionnement du moteur depuis des piages intermédiaires jusqu'à ce régime optimal.

Selon un huitième aspect du turboréacteur, i'extrémité du canai secondaire débouchant sur la zone de confluence est au moins partiellement fermée par ladite paroi de confluence. L'obturation du canal secondaire par la paroi de confluence s'étendant entre la première virole délimitant le canal primaire et ia seconde virole délimitant avec la première virole le canal secondaire permet de limiter les fuites et de maîtriser le débit du flux secondaire grâce notamment à la taille et au nombre des orifices traversant prévus dans la paroi de confluence. L'obturation du canal secondaire par la paroi de confluence permet de disposer la paroi de confluence exactement à l'interface entre ia sortie du canal secondaire et l'entrée de la zone de confluence, et ainsi d'optimiser ie contrôle du taux de dilution.

Seion un neuvième aspect du turboréacteur, ies orifices de la paroi de confluence sont distribués sur au moins deux cercles de même axe de rotation et de rayons différents. L'axe de rotation des cercles correspond de préférence, dans le cas d'une soufflante non carénée ou d'un turbopropulseur, à l'axe de rotation de la turbine de puissance et donc à l'axe de révolution de la première virole formant le canal primaire et à l'axe de révolution de la seconde virole formant avec la première virole le canal secondaire.

La répartition des orifices traversant sur une piuralité de cercles différents offre une première possibilité d'optimisation du profil de température dans la zone de confluence. En effet, les trajectoires des différents flux délivrés par chacun des orifices traversant vont pénétrer le flux primaire à différents endroits de ce dernier, et ,en fonction des cercles sur lesquels les orifices traversant dont ils émanent sont, à différentes distances de la sortie du canai primaire dans ia direction de l'axe de rotation de la turbine. Ces différentes trajectoires permettent ainsi de répartir le flux froid secondaire sur une large plage spatiale et ainsi d'optimiser le mélange et d'améliorer l'homogénéité du flux d'air mélangé obtenu.

Selon un dixième aspect du turboréacteur, les orifices de la paroi de confluence distribués sur un même cercle sont équirépartis dans la direction azimutale sur la paroi annuiaire, c'est-à-dire répartis à équidistance angulaire sur une même circonférence. L'équirépartition azimutaie des orifices traversant sur un même cercle offre une deuxième possibilité d'optimisation du profil de température dans la zone de confluence permettant notamment d'homogénéiser et d'accélérer le mélange des deux flux. Les orifices disposés sur une même circonférence sont séparés des deux orifices adjacents d'une même distance angulaire par rapport au centre du cercle.

Selon un onzième aspect du turboréacteur, celui-ci comprend au moins un orifice traversant ayant un premier diamètre et au moins un deuxième orifice traversant ayant un deuxième diamètre différent du premier diamètre.

La variation des dimensions des orifices traversant offre une troisième possibiiité d'optimisation du profii de température dans ia zone de confluence. Cette configuration permet de créer un flux inhomogène en sortie de ia paroi de confluence en priviiégiant certaines parties de ia zone de confluence pour ie méiange.

Seion un douzième aspect du turboréacteur, ia paroi annuiaire de confluence peut s'étendre en saiiiie de i'extrémité de ia première viroie débouchant sur ia zone de confluence et en direction de ia seconde viroie.

La paroi de confluence est ainsi soiidaire à une de ses extrémités avec ia première viroie et iibre à son extrémité opposée en regard de ia seconde viroie. La paroi de confluence peut ainsi se déformer avec ia première viroie et éviter toute fuite entre ia première viroie et ia paroi de confluence.

Seion un treizième aspect du turboréacteur, ceiui-ci comprend un joint mobiie, par exempie un joint à iameiies, disposé sur i'extrémité iibre de ia paroi annuiaire de confluence et configuré pour réaliser une jonction étanche entre la paroi annulaire de confluence et la seconde virole.

Le joint mobile permet de réduire voire de supprimer les fuites parallèles de flux secondaire, notamment entre la paroi de confluence et la seconde virole, et ainsi d'améliorer le contrôle du taux de dilution.

Le joint mobile peut être constitué par des lamelles sectorisées réparties sur toute la circonférence de la paroi annulaire de confluence.

Selon un quatorzième aspect du turboréacteur, celui-ci comprend une partie génératrice de gaz comportant un compresseur haute pression, une chambre de combustion et une turbine haute pression montés dans le canal primaire en aval du compresseur basse pression, et une turbine de puissance séparée de la partie génératrice de gaz par ladite zone de confluence qui permet la dilution du flux d'air secondaire dans le flux d'air primaire en amont de la turbine de puissance.

Selon un quinzième aspect du turboréacteur, celui-ci comprend un rotor à aubes externes. L'invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins un turboréacteur tel que défini ci-dessus. L'invention a encore pour autre objet un procédé de régulation du débit d'air du flux secondaire d'un turboréacteur à double flux comprenant un compresseur basse pression apte à prélever un flux d'air destiné à être divisé en un flux d'air primaire et un flux d'air secondaire distincts, un canal primaire apte à acheminer le flux d'air primaire depuis le compresseur basse pression jusqu'à une zone de confluence des flux d'air primaire et secondaire permettant la dilution du flux d'air secondaire dans le flux d'air primaire, et un canal secondaire apte à acheminer le flux d'air secondaire depuis le compresseur basse pression jusqu'à la zone de confluence.

Selon une caractéristique générale de l'invention, le procédé de régulation comprend un prélèvement d'une portion d'air dans le flux secondaire en amont de la zone de confluence en fonction du débit du flux secondaire.

Selon un aspect du procédé de régulation, le procédé comprend une détermination du régime du turboréacteur, une comparaison du régime à un seuil de régime, et un actionnement dudit prélèvement d'une portion d'air si le régime déterminé est inférieur au seuil de régime.

Brève description des dessins. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures la et Ib présentent schématiquement deux exemples structurels d'un turboréacteur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une portion d'un turboréacteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3a, 3b et 3c illustrent respectivement une vue en perspective, une vue en coupe, et une autre vue en perspective agrandie d'une portion de la virole externe du turboréacteur illustré sur la figure 2. -la figure 4 est un logigramme illustrant les étapes d'un procédé de régulation du débit d'air du flux secondaire selon un mode de mise en œuvre de l'invention. - la figure 5 est une vue en coupe schématique d'une portion d'un turboréacteur selon un second mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 présente une vue partielle en perspective de la zone de confluence du turboréacteur de la figure 1.

Description détaillée de modes de réalisation

Les figures la et Ib représentent très schématiquement deux exemples structurels d'un turboréacteur 1 selon l'invention.

Dans l'exemple illustré sur la figure la, le turboréacteur 1 comprend une virole externe 2 s'étendant selon un axe de rotation X et formant un carter à l'intérieur duquel sont montés un compresseur basse pression 3, un générateur de gaz 4, une turbine basse pression 5 mécaniquement couplée au compresseur basse pression 3, et une turbine de puissance 6 couplée mécaniquement à une soufflante externe non carénée 7 qui s'étend partiellement hors de la virole externe 2.

Le turboréacteur 1 comprend en outre une virole interne 8 insérée dans la virole externe 2 selon le même axe de rotation X et s'étendant sur une partie de la longueur de la virole externe 2 de manière à comprendre le générateur de gaz 4 et la turbine basse pression 5.

Le générateur de gaz 4 comporte un compresseur haute pression 42, une chambre de combustion 44 et une turbine haute pression 46 mécaniquement couplée au compresseur haute pression 42.

Le turboréacteur 1 comprend en outre une virole centrale 9 non représentée sur les figures la et Ib mais visible sur la figure 2, insérée selon le même axe de rotation X dans la virole interne 8 et s'étendant sur toute la longueur de la virole externe 2.

Les trois viroles 2, 8 et 9 forment ainsi une veine primaire 10, ou canal primaire, et une veine secondaire 11, ou canal secondaire. La veine primaire 10 s'étend entre la virole centrale 9 et la virole interne 8, et la veine secondaire 11 s'étend entre la virole interne 8 et la virole externe 2.

Ainsi le flux d'air F, aspiré par le compresseur basse pression 3 se divise en un flux primaire Fi traversant ia veine primaire 10 et un flux secondaire F2 traversant la veine secondaire 11, jusqu'à une zone de confluence 12 dans laquelle le flux primaire Fi et le flux secondaire F2 sont mélangés pour former un flux d'air F optimal en entrée de la turbine de puissance 6.

Dans l'exemple illustré sur la figure Ib, le turboréacteur 1 diffère de l'exemple illustré sur la figure la en ce qu'il est dépourvu de turbine basse pression, et en ce que le compresseur basse pression 3, la turbine de puissance 6 et la soufflante externe non carénée 7 sont couplés ensemble mécaniquement, par un même arbre par exemple.

La figure 2 présente une vue en coupe d'une portion d'un turboréacteur 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention présentant une structure correspondant à celle sur la figure la.

La vue présentée sur la figure 2 est centrée sur la zone de confluence 12 du turboréacteur 1, de sorte que les veines primaire et secondaire 10 et 11 sont partiellement représentées, leur extrémité respective en regard du compresseur basse pression 3, le compresseur basse pression 3 et le générateur de gaz 4 n'étant pas illustrés.

La veine primaire 10 s'étend, dans une direction axiale selon l'axe X, entre une première extrémité de la veine primaire 10 disposée en regard du compresseur basse pression 3 et formée par une première extrémité de la virole interne 8, et une seconde extrémité 10a de la veine primaire 10, opposée à la première extrémité de la veine primaire 10, et formée par la seconde extrémité 8a, libre, de la virole interne 8 débouchant sur la zone de confluence 12.

La veine secondaire 11 s'étend, dans une direction radiale, entre la virole interne 8 et la virole externe 2 et plus précisément entre la surface externe de la paroi de la virole interne 8 et la surface interne de la virole externe 2. La veine secondaire 11 s'étend, dans une direction axiale selon l'axe X, entre une première extrémité de la veine secondaire 11 disposée en regard du compresseur basse pression 3 et une seconde extrémité lia de la veine secondaire 11, opposée à la première extrémité de la veine secondaire 11 et en regard de la zone de confluence 12, et formée par la seconde extrémité 8a de la virole interne 8 et la partie de la virole externe 2 en regard de la seconde extrémité 8a de la virole interne 8, c'est-à-dire coplanaire avec la seconde extrémité 8a de la virole interne 8.

Dans tout le texte, les termes « interne » et « externe » sont utilisés en référence à la position ou l'orientation par rapport à l'axe de rotation X de la veine primaire 10.

Dans tout le texte, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au sens d'écoulement de flux gazeux indiqué par les flèches sur les figures 1 et 2.

La veine primaire 10 et la veine secondaire 11 débouchent ainsi toutes deux, via leur seconde extrémité 10a et lia respective, sur la zone de confluence 12 dans laquelle le flux gazeux secondaire F2 se mélange au flux gazeux primaire Fi afin d'augmenter la quantité de gaz chauffé et ainsi augmenter le facteur de poussée en amont de la turbine de puissance 6. L'extrémité 10a de la veine primaire 10 en regard de la zone de confluence 12 présente une section de passage primaire Si et l'extrémité lia de la veine secondaire 11 en regard de la zone de confluence 12 présente une section de passage secondaire S2. Les première et seconde sections de passage Si et S2 présentent chacune une forme annulaire.

La section de passage secondaire S2 est sous-dimensionnée par rapport à une section de passage secondaire permettant d'obtenir avec la section de passage primaire Si un taux de dilution optimal dans la zone de confluence 12, c'est-à-dire un taux de dilution permettant d'obtenir le maximum de puissance du turboréacteur 1 en régime intermédiaire.

Le turboréacteur 1 selon l'invention permet de réaliser en permanence une régulation du flux secondaire F2 délivré dans la zone de confluence 12 pour avoir le meilleur taux de dilution possible. En régime intermédiaire, le dimensionnement de la virole externe 2 en regard de la zone de confluence 12 implique une section de passage secondaire S2 trop faible pour le régime par rapport à la section de passage primaire Si, qu'on compense par une évacuation du « surplus » d'air contenu dans le flux secondaire F2. Au point de dimensionnement voulu, comme par exemple au point de dimensionnement correspondant au fonctionnement en régime de croisière ou plein gaz, ce prélèvement doit être nul (ou le plus faible possible pour limiter la perte de performance), et donc la section de passage secondaire S2 doit avoir la bonne taille pour être sur le meilleur taux de dilution possible à ce point-là.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2 et sur les figures 3a à 3c, la virole externe 2 comporte une double paroi sur une portion annulaire s'étendant de part et d'autre de l'extrémité lia de la veine secondaire 11 débouchant sur la zone de confluence 12. La portion annulaire de la virole externe 2 comportant la double paroi s'étend donc à la fois sur une portion de la veine secondaire 11 jusqu'à l'extrémité lia débouchant sur la zone de confluence 12 et sur au moins une partie de la zone de confluence 12.

La double paroi est formée d'une paroi interne 16 et d'une paroi externe 17, la paroi interne 16 étant disposée entre la paroi externe 17 et la virole interne 8 sur une première partie et entre la paroi externe 17 et la virole centrale 9 sur une seconde partie. La paroi interne 16 sépare donc la paroi externe 17 de la veine secondaire 11 et de la zone de confluence 12. Les parois interne et externe 16 et 17 forment une cavité annulaire 18 s'étendant entre les deux parois 16 et 17. La paroi interne 16 sépare la cavité annulaire 18 de la veine secondaire 11, et la cavité annulaire 18 sépare la paroi interne 16 de la paroi externe 17.

La cavité annulaire 18 pourrait, en variante, être compartimentée en une pluralité de cavités partiellement annulaires.

Le turboréacteur 1 comprend en outre un dispositif 20 de régulation du débit d'air du flux secondaire F2. Le dispositif 20 de régulation comporte des moyens de prélèvement d'une portion d'air dans le flux secondaire en amont de la zone de confluence 12. Le prélèvement d'air dans le canal secondaire 11 permet d'ajuster le nombre de Mach du flux secondaire F2 à la confluence, c'est-à-dire dans la zone de confluence 12, en évacuant le surplus de débit secondaire.

Les moyens de prélèvement comportent des orifices de prélèvement 21 formés dans la paroi interne 16 de la virole externe 2 et une pluralité d'orifices d'évacuation 22 formés dans la paroi externe 17.

Les orifices de prélèvement 21 sont disposés en amont de la zone de confluence 12. Ils sont ainsi disposés en regard de la virole interne 8.

Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3a à 3c, les orifices de prélèvement 21 sont disposés sur une même circonférence de la virole externe 2 à équidistance les uns des autres . Dans une variante, ils peuvent être disposés sur plusieurs cercles ou adopter une autre configuration. L'équirépartition des orifices de prélèvement 21 permet de conserver une certaine homogénéité du flux secondaire F2.

Le nombre d'orifices d'évacuation 22 est inférieur à celui des orifices de prélèvement 21. Les orifices d'évacuation 22 forment des bossages sur l'extérieur de la virole externe 2. Minimiser le nombre de bossages 22 sur l'extérieur de la virole externe 2 permet de limiter les déformations externes du carter formé par la virole externe 2 et de minimiser l'encombrement pour la nacelle.

La cavité annulaire 18 forme ainsi un conduit permettant de connecter les orifices de prélèvement 21 aux orifices d'évacuation 22.

Dans une variante où la virole externe comprend non pas une unique cavité annulaire, mais une pluralité de cavités partiellement annulaires réparties sur la circonférence de la virole externe 2, chaque cavité partiellement annulaire est connectée à au moins un orifice de prélèvement et à au moins un orifice d'évacuation. De préférence, chaque cavité partiellement annulaire est connectée à une pluralité d'orifices de prélèvement et à un seul orifice d'évacuation de manière à minimiser le nombre de bossages, tout en permettant à l'air arrivant dans la cavité via les orifices de prélèvement d'être évacué de la cavité hors de la cavité, voire même hors du turboréacteur, via l'orifice d'évacuation.

En variante du mode de réalisation illustré sur les figures 2, et 3a à 3c, les orifices d'évacuation 22 peuvent être distribués non pas sur une même circonférence, mais à différentes distances des orifices de prélèvement 21 dans la direction de l'axe de révolution X de la veine primaire 10.

Le dispositif 20 de régulation comprend en outre une vanne commandée 23 montée sur l'orifice d'évacuation 22 et une unité de commande de régulation 24 configurée pour actionner la vanne commandée 23 en fonction du débit d'air dans le flux secondaire F2. Dans le cas où la virole externe comprend une pluralité d'orifices d'évacuation 22, chaque orifice d'évacuation 22 est doté d'une vanne commandée 23 actionnée par l'unité de commande de régulation 24.

La modulation du prélèvement en fonction du débit d'air dans le flux secondaire F2, c'est-à-dire en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur 1 permet de maintenir les conséquences sur l'hétérogénéité azimutale du flux, notamment pour la température, acceptables pour la turbine de puissance.

Plus particulièrement, dans le mode de réalisation illustré, l'unité de commande de régulation 24 est configurée pour ouvrir la vanne commandée 23 lors d'un fonctionnement au ralenti du turboréacteur 1 et fermer la vanne commandée 23 lors d'un fonctionnement à plein gaz du turboréacteur 1.

Sur la figure 4 a été représenté un logigramme d'un procédé de régulation du débit d'air du flux secondaire F2 du turboréacteur 1 à double flux des figures 2 à 3c.

Le procédé comprend, dans une première étape 100, une détermination du régime du turboréacteur 1 qui est réalisée par une mesure du régime de la turbine basse pression 5.

Puis, dans une étape suivante 110, le régime mesuré est comparé à un seuil de régime. Si le régime est supérieur au seuil de régime, le turboréacteur n'est pas en fonctionnement ralenti, et ladite au moins une vanne commandée 23 est maintenue fermée. Aucune régulation n'est donc faite sur le flux secondaire F2.

En revanche, si le régime mesuré est inférieur au seuil de régime, le turboréacteur 1 fonctionne bien dans un mode ralenti et le flux secondaire F2 est trop important et doit être régulé. Dans un étape 120, l'unité de commande de régulation 24 commande alors l'ouverture de ladite au moins une vanne commandée 23 pour évacuer le surplus de débit du flux secondaire F2 à l'extérieur de la veine secondaire 11 avant que le flux secondaire F2 n'atteigne la zone de confluence 12 et ne se mélange au flux primaire Fi en amont de la turbine de puissance 6.

La turbine selon l'invention permet ainsi d'éliminer le risque de blocage du flux secondaire au ralenti.

La figure 5 présente une vue en coupe d'une portion d'un turboréacteur 1 selon un second mode de réalisation de l'invention présentant une structure correspondant à celle sur le figure la.

Dans le second mode de réalisation de l'invention, le turboréacteur diffère de celui du premier mode de réalisation en ce que, à la seconde extrémité lia de la veine secondaire 11 en regard de la zone de confluence 12, la veine secondaire 11 est obturée par une paroi de confluence 13 percée d'orifices traversant 14 configurés sous la forme de trous circulaires laissant passer le gaz du flux secondaire F2.

Comme cela est illustré sur la figure 6 qui présente une vue partielle en perspective de la zone de confluence 12 du turboréacteur 1, la paroi de confluence 13 présente une forme annulaire de manière à obturer le canal secondaire 11 sur toute sa section.

La paroi de confluence 13 comprend une première extrémité circulaire 13a et une seconde extrémité circulaire 13b opposée à la première extrémité circulaire 13a. La première extrémité circulaire 13a de la paroi de confluence 13 est solidaire de la seconde extrémité 8a de la virole interne 8 débouchant sur la zone de confluence 12. La paroi de confluence 13 s'étend en saillie de virole interne 8, dans un plan sensiblement orthogonal à la surface cylindrique de la virole interne 8, en direction de la partie de la virole externe 2 formant, avec la seconde extrémité 8a de la virole interne 8, la seconde extrémité lia de la veine secondaire 11.

La seconde extrémité circulaire 13b de la paroi de confluence 13 qui est disposée en regard de la virole externe 2, et plus particulièrement en regard de la partie formant la seconde extrémité lia de la veine secondaire 11, comprend un joint à lamelles 15. Le joint à lamelles 15 permet de réaliser une jonction étanche entre la paroi de confluence 13 et la virole externe 2 et ainsi s'assurer que le flux secondaire F2 admis dans la zone de confluence 12 est délivré uniquement par les orifices traversant 14 de la paroi de confluence 13. Cela permet de maîtriser au mieux le taux de dilution de la confluence.

Comme illustré sur la figure 6, les orifices 14 de la paroi de confluence 13 sont répartis, dans ce mode de réalisation, sur deux cercles distincts et uniformément répartis sur chacun des deux cercles, c'est-à-dire que sur un même cercle la distance séparant deux trous 14 adjacents est toujours la même. Autrement dit l'arc entre deux orifices 14 adjacents est toujours le même tout au long du cercle.

Les trous 14 peuvent être prévus avec des diamètres différents en fonction de la configuration recherchée, ou bien avec une répartition non uniforme.

Ainsi, en plus de permettre d'éliminer le risque de blocage du flux secondaire au ralenti, la turbine de turboréacteur selon l'invention possède ainsi une confluence robuste aux tolérances de fabrication et permettant de calibrer précisément le taux de dilution notamment pour des taux de dilution faibles et des dimensions de veine secondaire faibles.

Claims (18)

1. REVENDICATIONS

   1. Turboréacteur (1) à double flux comprenant un compresseur basse pression (3) apte à prélever un flux d'air destiné à être divisé en un flux d'air primaire (Fi) et un flux d'air secondaire (F2) distincts, un canal primaire (10) apte à acheminer le flux d'air primaire (Fl) depuis le compresseur basse pression (3) jusqu'à une zone de confluence (12) des flux d'air primaire et secondaire (Fi et F2) permettant la dilution du flux d'air secondaire (F2) dans le flux d'air primaire (Fi), et un canal secondaire (11) apte à acheminer le flux d'air secondaire (F2) depuis le compresseur basse pression (3) jusqu'à la zone de confluence (12), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (20) de régulation du débit d'air du flux secondaire (F2) comportant des moyens de prélèvement d'une portion d'air dans le flux secondaire (F2) en amont de la zone de confluence (12).
2. 2. Turboréacteur (1) selon la revendication 1, comprenant une extrémité du canal primaire (10a) débouchant sur la zone de confluence (12) possédant une première section de passage (Si), une extrémité (lia) du canal secondaire (11) débouchant sur la zone de confluence (12) possédant une seconde section de passage (S2), la seconde section de passage (S2) ayant une dimension non nulle inférieure à la première section de passage (Si).
3. 3. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit dispositif (20) de régulation comprend une unité de commande de régulation (24) configurée pour actionner les moyens de prélèvement en fonction du débit d'air dans le flux secondaire (F2).
4. 4. Turboréacteur (1) selon la revendication 3, dans lequel l'unité de commande de régulation (24) est configurée pour actionner les moyens de prélèvement lors d'un fonctionnement au ralenti du turboréacteur (1) et pour arrêter le fonctionnement des moyens de prélèvement lors d'un fonctionnement à plein gaz du turboréacteur (1).
5. 5. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le turboréacteur (1) comprend une première virole (8) et une seconde virole (2) s'étendant autour de ladite première virole (8), le canal secondaire (11) s'étendant entre la première virole (8) et la seconde virole (2), et les moyens de prélèvement du dispositif (20) de régulation comprennent au moins un orifice de prélèvement (21) disposé dans la seconde virole (2) en regard de l§ première virole (8).
6. 6. Turboréacteur (1) selon la revendication 5, dans lequel le dispositif (20) de prélèvement comprend une pluralité d'orifices de prélèvement (21) équirépartis sur un même cercle de la seconde virole (2).
7. 7. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel la seconde virole (2) comprend, sur au moins une partie, une double paroi (16 et 17) apte à former au moins une cavité (18) en communication fluidique avec au moins un orifice de prélèvement (21), la seconde virole (2) comprenant en outre au moins un orifice de sortie (22) en communication fluidique avec une desdites au moins une cavité (18) et apte à évacuer l'air prélevé à l'extérieur du turboréacteur (1).
8. 8. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant en outre une paroi annulaire de confluence (13) percée d'une pluralité d'orifices traversant (14).
9. 9. Turboréacteur (1) selon la revendication 8, dans lequel l'extrémité du canal secondaire (lia) débouchant sur la zone de confluence (12) est au moins partiellement fermée par ladite paroi de confluence (13).
10. 10. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel les orifices (14) de la paroi de confluence (13) sont distribués sur au moins deux cercles de même axe de rotation (X) et de rayons différents.
11. 11. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel les orifices (14) de la paroi de confluence (13) distribués sur un même cercle sont équirépartis dans la direction azimutale sur la paroi annulaire de confluence (13).
12. 12. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 8 à 11, comprenant au moins un orifice traversant (14) ayant un premier diamètre et au moins un deuxième orifice traversant ayant un deuxième diamètre différent du premier diamètre.
13. 13. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel la paroi annulaire de confluence (13) s'étend en saillie d'une extrémité (8a) de la première virole (8) débouchant sur la zone de confluence (12) et en direction de la seconde virole (2).
14. 14. Turboréacteur (1) selon la revendication 13, comprenant un joint mobile (15) disposé sur une extrémité libre (13b) de la paroi annulaire de confluence (13) et configuré pour réaliser une jonction étanche entre la paroi annulaire de confluence (13) et la seconde virole (2).
15. 15. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant une partie génératrice de gaz (4) comportant un compresseur haute pression (42), une chambre de combustion (44) et une turbine haute pression (46) montés dans le canal primaire (10) en aval du compresseur basse pression (3), et une turbine de puissance (6) séparée de la partie génératrice de gaz (3) par ladite zone de confluence (12) qui permet la dilution du flux d'air secondaire (F2) dans le flux d'air primaire (Fl) en amont de la turbine de puissance (6).
16. 16. Turboréacteur (1) selon l'une des revendications 1 à 15, comprenant un rotor à aubes externes (7).
17. 17. Procédé de régulation du débit d'air du flux secondaire (F2) d'un turboréacteur (1) à double flux comprenant un compresseur basse pression (3) apte à prélever un flux d'air destiné à être divisé en un flux d'air primaire (Fi) et un flux d'air secondaire (F2) distincts, un canal primaire (10) apte à acheminer le flux d'air primaire (Fi) depuis le compresseur basse pression (3) jusqu'à une zone de confluence (12) des flux d'air primaire et secondaire (Fi et F2) permettant la dilution du flux d'air secondaire (F2) dans le flux d'air primaire (Fi), et un canal secondaire (11) apte à acheminer le flux d'air secondaire (F2) depuis le compresseur basse pression (3) jusqu'à la zone de confluence (12), caractérisé en ce quil comprend un prélèvement d'une portion d'air dans le flux secondaire (F2) en amont de la zone de confluence (12) en fonction du débit du flux secondaire (F2).
18. 18. Procédé selon la revendication 17, comprenant une détermination (100) du régime du turboréacteur (1), une comparaison (110) du régime à un seuii de régime, et un actionnement (120) dudit prélèvement d'une portion d'air si le régime déterminé est inférieur au seuil de régime.