FR2694962A1 - Turboréacteur dont la chambre de combustion est protégée contre les effets d'une ingestion massive d'eau. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un turboréacteur d'aviation dont le flux chaud comprend un compresseur d'air, un diffuseur annulaire (4) délimité par une paroi intérieure (17) et une paroi extérieure (18) et recevant de l'air du compresseur d'air, une chambre de combustion annulaire équipée en amont de dispositifs d'injection (12) comportant chacun un injecteur de carburant (13) disposé à l'intérieur d'une casquette (14), lesdites casquettes (14) séparant le flux d'air issu du diffuseur en un flux primaire (P) dirigé vers les injecteurs (13) et des flux secondaires annulaires (S1, S2) circulant à l'extérieur de la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour diriger le film pariétal du diffuseur (4) vers des régions favorables de la chambre de combustion, afin de protéger celle-ci contre les effets d'une ingestion massive d'eau.
Description
TURBOREACTEUR DONT LA CHAMBRE DE COMBUSTION
EST PROTEGEE CONTRE LES EFFETS D'UNE INGESTION
MASSIVE D'EAU
La présente invention concerne le domaine technique des
turbomachines et plus particulièrement des turboréacteurs d'aviation.
De façon classique, un turboréacteur comporte, d'amont en aval, dans le flux chaud, un compresseur d'air, un diffuseur annulaire délimité par une paroi extérieure et une paroi intérieure et recevant de l'air du compresseur, une chambre de combustion annulaire dans laquelle l'air est mélangé à du carburant sous pression que l'on brûle pour donner en aval de la chambre de l'énergie à une turbine axiale qui entraîne le compresseur et dont les gaz en sortie fournissent la
poussée utile à la propulsion de l'engin.
La présente invention concerne un tel turboréacteur dans lequel la chambre de combustion annulaire est équipée en amont de dispositifs d'injection comportant chacun un injecteur de carburant disposé à l'intérieur d'une casquette, les casquettes séparant le flux d'air issu du diffuseur en un flux primaire dirigé vers les injecteurs et en des flux secondaires annulaires circulant à l'extérieur de la chambre de combustion et pénétrant dans celle-ci par des orifices ménagés dans les parois intérieure et extérieure délimitant la chambre
de combustion.
De tels turboréacteurs ayant une configuration purement axiale absorbent par leur entrée frontale non seulement de l'air nécessaire à leur fonctionnement mais aussi selon les conditions climatologiques, du sable et/ou de l'eau qui représentent plutôt une gêne dans leur fonctionnement. C'est notamment le cas lorsqu'un avion affronte un orage ou
traverse un nuage de gros volume tel qu'un cumulus ou un cumulo-
nimbus Des quantités importantes d'eau peuvent alors pénétrer dans le compresseur Si le moteur est en régime de plein gaz, l'eau est vaporisée et, même si elle pénètre jusqu'à la chambre de combustion, l'eau est à un état de vapeur suffisamment chaude et pulvérisée pour ne pas causer d'extinction de la chambre de combustion qui est alors
alimentée par un débit important de carburant.
Tel n'est pas le cas lorsque l'avion est en descente, par exemple dans une phase d'approche avant atterrissage Dans ce cas, le moteur tourne au ralenti, le taux de compression du compresseur est relativement faible et de l'eau à l'état liquide, sous forme de grosses gouttes ou même de "paquets d'eau", peut arriver jusqu'à la chambre de combustion et éteindre la combustion d'un des brûleurs, voire de
tous les brûleurs, la quantité de carburant étant relativement faible.
Les bougies d'allumage, situées en aval des injecteurs de carburant, peuvent également être mouillées et devenir provisoirement inutilisables Lorsque l'extinction de la chambre se produit, si le pilote n'est pas à même de quitter la zone de pluie critique, le moteur
peut alors être totalement arrêté.
Pour éviter une telle situation, qui peut tourner en catastrophe dans les phases critiques de vol, il est impératif de diminuer les quantités d'eau qui pénètrent dans la chambre de combustion, ou du moins de faire en sorte que l'air humide ne puisse éteindre les
brûleurs ni noyer les bougies d'allumage.
Diverses solutions ont été proposées pour diminuer les
quantités d'eau dans le flux chaud du turboréacteur.
Le document FR-A-2 475 628 décrit un dispositif pour collecter un flux d'eau sur un capot d'entrée et le séparer en gouttelettes Du fait de la masse des gouttes, celles-ci sont évacuées dans le conduit de dérivation du flux froid en évitant l'entrée dans le
flux d'air d'alimentation de la chambre de combustion.
Le document FR-A-2 442 651 décrit un dispositif séparateur destiné à extraire les gouttelettes liquides contenues dans un courant gazeux Les aubages comportent une pluralité de rainures espacées sur toute la longueur du bord d'attaque et se regroupent au sommet de l'aubage sur le bord de fuite Les gouttelettes centrifugées sont
chassées vers les zones radialement externes du conduit primaire.
Le document FR-A-2 640 685 décrit un turboréacteur dans lequel on élimine l'eau ingérée, par des écopes montées sur les
vannes de décharges placées après le compresseur basse pression.
Dans les documents précédents, l'élimination partielle de l'eau ingérée par le turboréacteur est pratiquée dans le flux d'air très loin en amont de la chambre de combustion Or du fait du mouvement tourbillonnant de l'air, le film pariétal du flux chaud s'enrichit en eau d'amont en aval du turboréacteur A la sortie du diffuseur situé en face de l'entrée des injecteurs, le film pariétal est particulièrement riche en eau Du fait de leur densité élevée, les gouttes d'eau du film pariétal sont évacuées vers les injecteurs, ce qui peut entraîner
l'extinction des brûleurs et le mouillage des bougies d'allumage.
Le but de la présente invention est d'apporter des améliorations
au turboréacteur afin de diminuer ce risque.
Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait que le turboréacteur du type mentionné ci-dessus comporte des moyens pour diriger le film pariétal du diffuseur vers des régions favorables de la chambre de combustion, afin de protéger celle-ci d'une
ingestion massive d'eau.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens de déviation du film pariétal du diffuseur comportent des rainures formées dans la paroi extérieure du diffuseur et des écopes prévues en correspondance sur les casquettes afin de collecter l'air issu des rainures. De préférence, les écopes sont réalisées au moyen d'ondulations formées sur la paroi des casquettes De même, les rainures sont réalisées au moyen d'ondulations formées sur la paroi
extérieure du diffuseur.
Les moyens de déviation du film pariétal peuvent également comporter des évents situés dans la paroi extérieure du diffuseur Ces
évents sont de préférence obturables à distance.
Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens pour dévier le film pariétal comportent des coins montés à la sortie du
diffuseur en face de l'entrée des injecteurs.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante faite à titre
d'exemple et en référence aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 représente, en coupe longitudinale, une partie d'un turboréacteur d'aviation susceptible de recevoir les améliorations de la présente invention; la figure 2 montre à plus grande échelle, selon une coupe longitudinale, la zone du diffuseur du turboréacteur de la figure 1 équipé selon un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention; la figure 3 est une vue axiale de la chambre à combustion selon la flèche A de la figure 2; la figure 4 est une vue sensiblement radiale de la paroi extérieure du diffuseur, vue prise selon la flèche B de la figure 2; la figure 5 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation de la figure 2; la figure 6 représente, en coupe longitudinale, un turboréacteur d'aviation amélioré selon un deuxième mode de réalisation; et la figure 7 est une coupe, selon la ligne VII-VII de la figure
6, d'un coin introduit dans le diffuseur.
La figure 1 montre un turboréacteur axial 1, d'axe 2, qui comporte d'amont en aval un compresseur d'air 3, un diffuseur 4, une chambre de combustion annulaire 5 et une turbine 6 qui entraîne le
compresseur 3 au moyen d'un arbre 7.
La chambre de combustion annulaire 5 comporte une paroi intérieure 8 située à distance d'un carter intérieur 9, une paroi extérieure 10 située à distance d'un carter extérieur 11, et est équipée en amont d'une pluralité de bols 12 comportant chacun un injecteur de carburant 13 disposé à l'intérieur d'une casquette 14 Chaque casquette 14 comporte une ouverturel S située en regard de la sortie 16 du diffuseur 4 Le diffuseur 4 est délimité par une paroi intérieure 17 et une paroi extérieure 18 Il reçoit l'air comprimé issu du
compresseur 3 pour le diriger vers les casquettes 14.
Les casquettes 14 partagent l'air issu du diffuseur 4 en un flux primaire P qui pénètre par les ouvertures 15 dans des chambres de stabilisation 19 situées à l'intérieur des casquettes 14, et en deux flux secondaires annulaires Si, 52 Le premier flux secondaire Si circule dans l'espace annulaire 20 délimité par le carter intérieur 9 et la paroi intérieure 8 de la chambre de combustion 5, tandis que le deuxième flux secondaire 52 circule dans l'espace annulaire 21 délimitée parle carter extérieur 11 et la paroi extérieure 10 de la chambre de combustion 5 Les flux secondaires Si et 52 permettent le refroidissement des parois 8, 10 de la chambre de combustion 5 et participent également à la combustion et à la préparation du profil de température à la sortie de la chambre A cet effet, une partie de l'air de ces flux secondaires pénètre dans les zones primaire 23 et de dilution 22 de la chambre de combustion 5 par des orifices ménagés dans les parois 8, 10 L'air primaire P est mélangé au carburant fourni par les injecteurs 13 dans la zone primaire 23 de la chambre de combustion.
La structure du turboréacteur 1 décrit ci-dessus est connue.
Mais, du fait de leur inertie, les gouttes d'eau éventuelles qui se trouvent dans le film pariétal du flux d'air sortant du diffuseur 4, pénètrent dans la chambre de stabilisation 19 par les ouvertures 15
des casquettes 14.
Selon la présente invention, il est prévu des moyens pour diriger le film pariétal du diffuseur 4 vers des régions favorables de la chambre de combustion 4 afin d'éviter l'extinction de la flamme stabilisée en fond de chambre par les bols 12, et afin d'éviter de noyer les bougies d'allumage placées en aval des injecteurs 13 et non
représentées sur les dessins.
A cet effet, selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures 2 à 4, un réseau d'écopes 24 est placé sur les casquettes 14 de la chambre de combustion 5, afin de diriger le film pariétal vers des régions prédéterminées de la chambre à combustion de façon à éviter des trous d'air primaire ou d'air de dilution Ces écopes 24 peuvent être directement placées sur le tube à flamme Une variante consiste à remplacer ces écopes 24 par des ondulations formées dans
la paroi des casquettes 14.
Dans la paroi extérieure 18 du diffuseur 4, il est également prévu un réseau de rainures 25 destinées à collecter les gouttes d'eau du film pariétal pour les diriger vers des zones prédéterminées 26 à
l'extrémité de la paroi extérieure 18 en regard des écopes 24.
Comme on le voit sur la figure S, des évents 27 sont de préférence prévus dans la paroi extérieure 18 du diffuseur 5 afin de collecter, au moins en partie, l'eau du film pariétal et le diriger vers le flux secondaire 52 Ces évents peuvent être obturables à distance afin
de ne les faire fonctionner qu'au moment voulu.
Selon un deuxième mode de réalisation, représenté sur les figures 6 et 7, les moyens pour écarter les gouttes d'eau des injecteurs 13 comportent des coins 28 introduits à la sortie du diffuseur 4 entre la paroi intérieure 17 et la paroi extérieure 18 et face aux injecteurs 13, de façon à écarter le flux d'air et d'eau des injecteurs 13 En aval des coins 28, l'air revient alimenter les injecteurs 13 mais l'eau, du fait de son inertie plus grande, n'y revient pas Ce deuxième mode de
réalisation permet de modifier du matériel déjà en service.
Claims (6)
1 Turbomachine, notamment turboréacteur d'aviation, dont le flux chaud comprend un compresseur d'air ( 3), un diffuseur annulaire ( 4) délimité par une paroi intérieure ( 17) et une paroi extérieure ( 18) et recevant de l'air du compresseur d'air ( 3), une chambre de combustion annulaire ( 5) équipée en amont de dispositifs d'injection ( 12) comportant chacun un injecteur de carburant ( 13) disposé à l.'int-rieur d'une-casquetti 4);,'s-asquettess 414) sparante _ flux d'air issu du diffuseur en un flux primaire (P) dirigé vers les injecteurs ( 13) et des flux secondaires annulaires ( 51, 52) circulant à l'extérieur de la chambre de combustion ( 5), caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour diriger le film pariétal du diffuseur ( 4) vers des régions favorables de la chambre de combustion ( 5), afin de protéger celle-ci contre les effets
d'une ingestion massive d'eau.
2 Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent des rainures ( 25) formées dans la paroi extérieure ( 18) du diffuseur ( 4) et des écopes ( 24) prévues en
correspondance sur les casquettes.
3 Turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les écopes ( 24) sont réalisées au moyen d'ondulations formées
sur la paroi des casquettes ( 14).
4 Turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les rainures ( 25) sont réalisées au moyen d'ondulations forées
sur la paroi extérieure ( 18) du diffuseur ( 4).
Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent en plus des
évents ( 27) situés dans la paroi extérieure ( 18) du diffuseur ( 4).
6 Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée en ce
que lesdits évents ( 27) sont obturables à distance.
7 Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent des coins ( 28) montés à la sortie du
diffuseur ( 4) en face de l'entrée des injecteurs ( 13).
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