<Desc/Clms Page number 1>
"Perfectionnements apportés aux moteurs d'aviation avec propulsion par réaction"'.
La présente invention est relative à des moteurs d'aviation avec propulsion par réaction et elle concerne plus particulièrement des moteurs avec turbines à gaz.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces machines telles qu'eues conviennent tout particulièrement à des vols à des vitesses très élevées ou dans-les cas où une perfor- mance élevée doit pouvoir être obtenue avec une surface fron tale réduite, un poids, faible et sans qu'il en résulte des complications mécaniques.
La machine, à laquelle l'invention est appliquée, comprend, en elle-même, ce qui a été considé- ré jusqu'ici comme étant un renforceur de poussée, c'est-à- dire qu'elle permet d'obtenir l'admission et l'accélération d'une quantité relativement grande d'air en écoulement, en - 1 -
<Desc/Clms Page number 2>
plus de ce qui peut être dénommé l'"ir actif du moteur, c'est-à-dire l'air qui est comprime, chauffa et détendu dans une turbine et qui, ensuite, forme un jet propulseur par son Energie résiduelle.
@ ceteffet, a machine selon l'invention compren nn compresseur, des dispositifs de combustion et une turbi- ne à gaz avec deux éléments rotor agences de manière à pou- voir tourner en sens inverses, un desdits éléments de tur- bine entraînant le compresseur alorsque l'autre actionne un ventilateur encagé.
Les deux éléments roter de la turbine se complètent l'un l'autre en ce sens nue l'un agit, en réa- lité, comme étant la tuyère de l'autre, @onfermément hune caractéristique de l'invention, le ventilateur encagé com- prend un anneau à aubes pour compresseur, qui entoure l'en- neau de la turbine, les aubades du rotor de compresseur é- tant supportés par un des éléments de la turbine et consti- tuant, en quelque sorte, le prolongement radial de cet élé- ment de turbine.
Tout en ne perdant pas de vue les buts principau@ indiques plue haut, l'invention permet de réaliser une ma- chine dans laquelle la vitesse et le débit massif de l'air actif sont élevas sans que l'on produise, en même temps, des pertes de charges disproportionnées, dues des modifi- cations dans la direction d'écoulement.
Une machine satisfaisant à ses desiderata et éta- blie selon l'invention comprend un compresseur aviel à éta- ges mu@ti@les avce des scrties à diffuseur orientées exiale- ment et disposées symétriquement suivant un anneau par rap port l'axe du compresseur, une turbine axiale compound, dont les rotors tournent en sens inverse;
et dont l'échap- pement se fait par un conduit débitant un jet propulseur, ladite turbine comportant desmoyens d'admission établis symétriquement et suivant un anneau par rapport à son axe
<Desc/Clms Page number 3>
en étant écartés axialement du compresseur et établis coa- xialement par rapport à celui-ci, un rotor de la turbine portant radialement et vers l'extérieur un ventilateur en- cagé ou un système d'aubes tournantes de compresseur et pro- pre à renforcer la poussée en fonctionnant dans un conduit annulaire coaxial par rapport au conduit d'échappement de la turbine et en étant monté sur ou autour d'un arbre par le- quel l'autre rotor entraîne le compresseur ;
et un dispositif à combustion établi suivant un anneau et orienté axialement, qui sépare lesdites sorties à diffuseur axialement par rap- port à l'entrée de la turbine et conduit le courant gazeux depuis lesdites sorties vers ladite entrée.
L'invention consiste également à disposer le compresseur, le dispositif de combustion établi suivant un anneau, la tur- bine, le dispositif de.renforcement et le conduit pour le jet de.réaction, coaxialement et symétriquement par rapport àl'arbre à l'aide duquel la turbine entra,ine le compresseur alors que les sorties du compresseur, le dispositif de com- bustion et l'entrée de la turbine sont échelonnés axialemeni et suivant-un ensemble annulaire le long dudit arbre afin que, dans une partie longitudinale de l'ensemble de la ma- chine,on obtienne un trajet d'écoulement sensiblement rec- tiligne.
@ Une autre caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation de moyens pour chauffer .1'air débité par le ventilateur encagé après son passage dans celui-ci et d'autres caractéristiques concernant la combinaison de cer, tains agencements pour la combustion, avec des dispositifs relatifs aux paliers et aux arbres, certains agencements de conduits et passages pour permettre une admission d'air de refroidissement et'pour réduire les fuites de gaz, des dispositions pour faciliter la mise en.marche et l'autre dispositions constructives.
<Desc/Clms Page number 4>
Les dessins ci-annéxés montrent, à titre d'exem- ple, un mode de réalisation de l'invention.
Les figs.1 et la, qui sont à placer à la alite l'une de l'autre,montrent, en mi-élévation et en mi-coupe axiale, l'agencement général d'une machine motrice avec tur- bine à gaz pour la propulsion par réaction d'un avion, cet- te machine comprenant les caractéristiques de l'invention établies selon un mode de réalisation de l'invention.
La fig.2 montre, en coupe axiale et à plus gran- de échelle, la constitution de la bôîte à air de le machine motrice selon la fig.l, ainsi que la construction et la m@on- tage des tubes de flamme et des chemises d'air logés dans ladite boite.
La fig.3 montre, à plus grande échelle et en cou- pe, le montage d'un élémentde combustion avectube de flam. me sur un brûleur.
Pour l'exemple montré sur la fig,l, la machine motrice comprend, d'une manière générale, un compresseur axi@l 1, à plusieurs étages, un dispositif annulaire. de com- bustion 2, une turbine 3 dont l'échappement se fait dans un passade 4 pour le jet de réaction, un ventilateur encagé 5 pour renforcer la pouseée et adjoint à la turbine 3, ce ven- tilateur débitant dans un passade supplémentaire 6, pour former un jet de réaction et qui entoure coaxialement le passage 4 et un arbre 7, commun au compresseur I. et à la turbine 3 par lequel cette dernière entraîne le compresseur et par rapport auquel l'ensemble de la machine est établi d'une manière symétrique et circulaire.
L'arbre 7 comprend un accouplement flexible 7a muni de flasques élastiques, et d'un élément de tension qui résiste aux poussées axiales opposées exercées par le compresseur et la turbine. L'extré- mité avant de la machine est logée après montage, dans un
<Desc/Clms Page number 5>
carénage 8 adapté au genre d'avion envisagé.
A l'extrémité avant du compresseur est établie une boite de -vitesse pour actionner des accessoires et à laquelle l'énergie est four- nie depuis l'arbre 7. ,
Le rotor du compresseur comprend plusieurs dis- ques séparés dont chacun porte, à sa périphérie, une série d'aubages pour compresseur alors que les aubes du stator sont orientées vers l'intérieur depuis un carter extérieur 9 lequel, de pair avec les parois avant et arrière 10 et 11 qui portent des paliers pour l'arbre 7, délimite une entrée d'air annulaire 12 et une sortie 13.
Cette dernière est pro- longée axialement par desparoisannulaires intérieures 14 et extérieures. 15 qui, de pair avec les parois radiales 16 établies entre elles, formeune série de canaux diffuseurs, orientés axialement et débouchant tous dans un anneau limité par deux flasques concentriquesedes parois 14 et 15. Sur la flasque intérieure (fig. 2) est monté un carter creux 17 de section transversale circulaire et qui entoure coaxialement l'arbre 7 en s'étendant vers la turbine 3. Vers son extrémi- té arrière, lecorps 17 est fixé rigidement à la grande base d'une pièce creuse tronconique 18 dont le bord de la petite base constitue le support interne de l'anneau des tuyères d'entrée 19 de la turbine. Ledit bord est relié à la paroi interne du passage 6 par une bague tronconique 18a.
La turbine, désignée d'une manière générale par 3, comprend une première turbine, destinée à entraîner le compresseur et munie de deux rotors 20 calés sur l'arbre 7 et espacés axialement, et une deuxième turbine munie d'un rotor à aubes 21 établi en avant des rotors 20. Le rotor 21 est fixé sur un manchon 20a supporté par des paliers 20b, écartés axialement l'un.de l'autre et montés. sur une pi'èce tubulaire 17a formée par un prolongement vers l'arrière du corps creux 17 susdit, ledit prolongement 17a et le corps 17
<Desc/Clms Page number 6>
étant, à leur tour, écartés de l'arbre 7 et servant de sup- port à celui-ci par l'intermédiaire des paliers 17b axiale- ment écartes.
Les aubages du rotor 21 sont reliés entre eux par une bague périphérique 22 oui est prolongée vers l'arriè re pour former à la fois une cage pour les aubes des rotors 20 et un support pour une deuxième série annulaire d'aubes ?la de la première turbine et qui s'étendent radialement ver l'intérieur comme des aubes intermédiaires de stator. La première turbine ne comporte pas un anneau de tuyères fixes ni des aubages de stator intermédiaires, les fonctions de ces organes étant remplies par la première et la deuxième séries d'aubes de la deuxième turbine celle-ci tournant, par conséquent, en sens contraire par rapport aux aubes de la première turbine.
Le rôle de la première turbine est d'en traîner le ventilateur encagé 5, à deux étages, dont les au- bes tournantes, 5a sont montées sur un tambour 23 supporté,à son extrémité avant, par la cage 22 de la deuxième turbine à l'aide d'une pièce tronconique 24 et dont les aubes fixes 5b sont montées sur la paroi interne d.u passage G, la paroi interne de ce passage étant supportée depuis l'anneau à tuy- ères de la deuxième turbine par la bague tronconique 18a. Il en résulte que le couple de la deuxième turbine est trans- misau tambour 23 du ventilateur de sorte que ce dernier aug. mente le débit d'air par le passage 6 en étant alimenté par l'entrée orientée vers l'avant. Les conduits ou passages 4 et 6 se rejoignent à une certaine distance au delà du venti- lateur.
En une partie de la longueur du passage 6 on établit des moyens de combustion 26 propres à fournir de l'énergie supplémentaire au courant d'air, de préférence en accélérant la vitesse de ce courant par rapport à celle du courant sor- tant de la turbine par le passage 4 avant que les deux cou- rants sortent de la tuyère finale sous forme d'un jet propul- seur unique.
<Desc/Clms Page number 7>
Le corps creux constitue la paroi interne, suscep- tible de résister à la pression, d'une boite à air annulaire,, s'étendant axialement et dont la paroi externe, résistant également à la pression, est formée par une pièce tubulaire 27 fixée, d'une manière amovible, à son extrémité avant à la bride externe de 1'anneau de sortie du compresseur délimité par les parois.14; et 15 et à son extrémité arrière à une piè- celtronconique 25 dont la base est fixée à l'anneau à tuyère 19 de la turbine. La pièce tubulaire 27 a un diamètre inté- rieur tel que, lorsque ses moyens de fixation sont enlevés, on puisse la faire glisser vers l'avant par dessus le carter 9 du compresseur.
Sur les pièces 27 et 17 sont montées, avec un certain écartement, des tôles.métalliques 28 et 29 pour former une chemise d'air pour les parois interne et externe - de la botte à air, ces extrémités de ces tôles étant agencée, de manière qu'elles puissent recueillir une partie du cou- rant d'air admis pour l'amener à la turbine après que cet air a traversé les chemises en question. A cet effet et afin que la tôle 28' ne puisse pas gêner le .dégagement de la paroi extérieure 27 dans le sens axial, le bord avant de la tôle 28 forme un joint à emboîtement'libre avec des parties 28a de la chemise lesquelles sont rendues solidaires d'une par- tie de la structure qui reste fixe quand la pièce 27 est en- levée.
Entre les parois 17 et 27 et dans la cavité an- nulaire qu'elles délimitent on établit une série de tubes de flamme s'étendant exialement et disposées suivant un an- neau, ces tubes étant dimensionnés de manière telle que l'ai@ puisse passer librement autour de ces chambres et entre elle Le corps principal 30 de chaque tube de flamme est cylindri- que et son extrémité amont est formée par un fond tronconi- que dont le sommet est engagé axialement sur l'extrémité saillante d'un brûleur 31 ou d'une tuyère à combustible, de
<Desc/Clms Page number 8>
forme cylindrique, qui supporte ledit fond. Le 'brûleur 31 est coaxial par rapport au tube de flamme et est monté sur une des parois 16 du diffuseur prévu à la sortie annulaire du compresseur.
Un mode de réalisation avantageux de cette disposition est montré sur la fig.3 suivant lenuel le corps 31 du brûleur est boulonné sur une des parois 16 susdites en regard de passages 31a pour l'amenée du combustible et que l'on loge dans le corps de la paroi 16, ces passages prolon- geant des conduits 31b ménagés dans un raccord coudé 31c qui traverse la paroi 16 dans le sens radial. En même temps on forme ainsi un passage d'air entre la chambre délimitée par la paroi interne de la sortie annulaire du compresseur et l' air extérieur. Le mouvement involontaire du tube de flamme est empêché par son vissage sur le brûleur 31, comme montré, ou par d'autres moyens appropriés. Une entrée d'air comburant 31d est prévue dans et autour du brûleur.
La paroi du ture de flamme est perforée et comporte des guides et chicanas appropriés en vue de favoriser la combustion. L'extrémité aval du corps cylindrique 30 du tube est supporté par des liens flexibles 30@ reliés aux parois 27 et 29 de manière qu'elle s'emboîte concentriquement mais en laissant subsister un certain intervalle dans .!'extrémité circulaire et amont d'une trémie de sortie 32 dont'la section transversale va er diminuant vers l'aval jusqu'à devenir aplatie en correspon- dance avec la forme d'un segment des tuyères d'entrée 19, des posées en anneau, de la turbine.
Un intervalle subsiste en- tre le bord arrière du corps cylindrique 30 de chaque cham- bre avant de la trémie 32 pour permettre le passage d'une certaine quantité d'air vers la tuyère (1' entrée de la tur- bine afin que cetair pui se refroidir la paroi de la trémie et, en étant chauffé lui-même par suite du traitement, se joindre finalement aux gaz chauds admi,s dans la turbine. La trémie 32 est maintenue et supportée par une entretoise sen-
<Desc/Clms Page number 9>
siblement radiale 33 qui la traverse ainsi que par les tôles 28a e.t 29 ainsi que par les parois interne 17a et externe 25 de la boite à air, l'entretoise 33 étant fixée à ces différent organes par soudure par exemple.
La fonction principale des entretoises 33, qui sontréparties à des intervalles autour de l'anneau forme par la boite à air, est de maintenir les parties 18 et 25 de cette boite dans des positions concentri- nues mais elles peuvent également être rendues creuses pour former des communications entre l'espace délimité par la piè- ce tubulaire 17a et l'extérieur de la boite à air afin qu'un courant d'air refroidissant puisse traverser les entretoisee.
On peut adopter d'autres moyen: pour supporter la trémie de sortie 32 mais de toute façon on agence le support de manière telle qu'il permette les dilatations longitudinales et radiales sans provoquer le déplacement du tube de flamme dansl'espace et sansimposer des efforts spécifiques à celui- -ci et aux pièces qui en sont solidaires'.'
Pour démonter le corps 30 d'un tube de flamme quel -conque, on libère la paroi extérieure 27 de la boite à air et on la déplace axialement le long du carter 9 du compres- seur.
Ensuite on libère la liaison, par vissage ou autrement, entre le corps des tubes de flamme et le brûleur 31 et on fait coulisser ledit corps axialement vers la turbine pour dégager complètement le brûleur (ce mouvement étant rendu possible pour la raison que l'extrémité aval du corps 30 est écartée de toute pièce susceptible de gêner son déplacement axial).
Le corps 30 peut alors être incliné suffisamment pour pouvoir être dégagé.
Selon une variante, le corps 30 du tube de flamme peut rester solidaire du brûleur et ce dernier peut être liber de manière à pouvoir être écarté de son support par le mouve- ment axial du tube de flamme. Dans chqque cas le brûleur lui- même forme essentiellement le support du tube de flamme à son
<Desc/Clms Page number 10>
extrémité amont, alors que les moyens qui le maintiennent par rapport à la ternie de sortie ou la boîte :'3. air (et qui permettent la dilatation) constituent le support de son au- tre extrémité.
Les pièces 17, 27, 18 et 2$ constituent non seu- lement des parois résistant à la pression pour la boîte à air annulaire, la paroi externe étant, en plus grande partie déplaçable axialement pour dégager les tubes (le flamme ai- sément amovibles, mais elles forment également, dans leur ensemble, une ossature rigide qui forme un élément principal propre à supporter les efforts et qui est solidaire de l'en- neau de sortie du compresseur ainsi que de l'anneau Torr:,' par les tuyères de la; turbine.
En donnant aux pièces 17, 27, 18 et 25 les deux fonctions, on obtient une économie appré- ciable en poids sans nuire à la rigidité et à la solidité.
L'utilisation d'une boite à air annulaire, déli- mitant un espace autour de l'arbre 7 de l'ensemble compres- seur-turbine etlimitée à son extrémité arrière par le rotor de la turbine, se prête admirablement la réalisation d'un système distributeur pour l'air réfrigèrent, on plus de ce qui a déjà été dit au sujet de la construction interne de la boite à air et des tubes de flamme, ce qui est favorable pour éviter les fuites de gaz, les déformations locales et les températures excessives locales et pour réaliser, jus- qu'à un degré important ,
la distribution uniforme de l@ cha- leur à travers toute la machine. Une disposition de ce genre est montré'-: sur les - et 2 pour laquelle la pièce, for- mant la paroi interne 17 de la boite à air, est rendue creu- se et est reliée, par un tube 35, à un point approprié du compresseur pour recevoir de l'air comrrimé provenant de ce- lui-ci, cet air étant réparti comme indiqué par des flèches sur la fig.2.
La cavité de la pièce 17 communique, par des passages d'air 36 (fig.2) avec les paliers de la turbine et
<Desc/Clms Page number 11>
avec une chambre délimitée par la pièce 18, par la face a- vant et par le manchon du. 'palier' pour le rotor 21 de la tur- bine. Cette chambre comprend un.revêtement en tôle 37, de forme annulaire, qui oblige l'air à suivre la surface-des parties tournantes de la turbine, l'air s'échappant, le cas échéant, par les entretoises 33 des tubes de flamme vers l'entrée du conduit du dispositif de renforcement. De plus, l'arbre 7 est creux et amène de l'air vers les faces avant, internes et arrière';des rotors 20 et vers la face arrière du rotor 21 où cet air rejoint le courant gazeux sortant de la turbine.
L'air, débité directement par le compresseur, est à une pression légérement supérieure à celle régnant dans la turbine afin que la tendance existe pour l'air de pénétrer dans la turbine au lieu que le gaz s'échappe hors de cette dernière.
En ayant recours au dispositif tel que décrit plus haut, concernant la distribution de l'air ou des varian- tes de ce dispositif, les différentes cavités et régions de la machine peuvent être alimentées avec de l'air comprimé de manière à obtenir un refroidissement et à s'opposer à toute tendance aux fuites de gaz. Malgré cela on se sert, si nécessaire, de joints pour les gaz, par exemple comme indiqué en 40 sur les figures.
Pour la construction de la boîte à air, telle que montrée, les éléments intérieurs 17 et 18 et l'élément extérieur 25 sont constitués par des pièces coulées relativement massi- ves. Ils peuvent également, avec avantage, être réalisés à l'aide de tôles, tout en satisfaisant à la caractéristi- que essentielle que la boite à air, tout en constituant un élément résistant à la pression dans le dispositif à com- bustion, forme avec les .carters du compresseur et de la tur bine un ensemble substantiellement rigide.
Il est à noter que, pour le dispositif montré,
<Desc/Clms Page number 12>
le compresseur , le système de combustion annulaire, la tur- @ bine, le dispositif de renforcement et la tuyère pour le jet de réaction sont coaxiaux et symétriques par,,rapportà l'ar- bre à l'aide duquel la turbine entraîne le compresseur alors que les sorties du compresseur, le système de combustion et les entrées de la turbine se trouvent, en substance, en ali- gnement annulaire pour réaliser, sur une longueur déterminée de l'ensemble de la machine, un passade sensiblement rectili- gne pour l'air qui traverse ces éléments, ce nui permet d'ob- tenir un écoulement massif important de l'air à une vitesse élevée sans créer des pertes disproportionnées.
Des moyens de démarrage peuvent être prévus pour la machine sous forme d'un mécanisme de transmission vers l'arbre principal à l'aide d'une boîte de vite:-se établie à son extrémité avant oul'aide d'un arbre auxiliaire re- tractile engagé dans un guide approprié établi en un endroit convenable pour nue cet arbre auxiliaire puisse agir sur l'arbre principal en un point quelconque de se longueur.
Pour faciliter le démarrage et pour obtenir un entraînement jusqu'à ce qu'une certaine vitesse angulaire ait été attein- te, des moyens peuvent être prévus pour empêcher la rotation de la deuxième turbine..insi par exemple si un démarreur à effacement est prévu pour venir agir sur l'arbre vers son extrémité où se trouve la turbine, la partie rétractile du démarreur peut être agencée de manière à venir en contact avec un ergot ou analogue, prévu sur le moyeu de la deuxième turbine pour empêcher la rotation de celle-ci aussi longtemp@ que le démarreur occupe sa position active. Quand le démar- reur cesse d'agir, la deuxième turbine est libérée en admet- tant qu'à ce moment cette turbine est dans une condition pour laquelle sa rotation peut débuter.