Installation de propulsion par réaction pour un aéronef. La présente invention a pour objet une installation de propulsion par réaction pour un aéronef comprenant un compresseur d'air centrifuge.
L'appellation compresseur centrifuge utilisée ci-dessus doit être comprise dans un sens large, incluant non seulement les com presseurs purement centrifuges dans lesquels le mouvement du fluide dans la chambre de rotor est purement radial, mais également des compresseurs du type à écoulements cen trifuge et axial combinés, dans lesquels le mouvement du fluide traversant la chambre de rotor présente, outre une composante cen trifuge, une composante axiale appréciable.
L'invention est cependant en particulier applicable à une installation de propulsion par réaction comprenant un compresseur sensible ment purement centrifuge.
Un compresseur centrifuge peut être réalisé sans diffuseur; cependant,, si l'on veut en obtenir un rendement raisonnable avec une vitesse modérée du fluide à la sortie, il est nécessaire de prévoir un collecteur de dia mètre relativement grand entourant le rotor afin de réduire suffisamment la composante tangentielle de la vitesse du fluide à sa sortie du rotor avant que ce fluide ne quitte ce col lecteur, du fait qu'avec cette disposition le fluide quittant le rotor forme un tourbillon dont. la composante de vitesse tangentielle est. inversement proportionnelle au rayon.
Dans la plupart des cas, on utilise pour cette raison un diffuseur et les diffuseurs actuellement utilisés dans les compresseurs centrifuges comprennent plusieurs aubes fixes délimitant entre elles des passages d'expan sion s'étendant dans une direction radiale tangentielle combinée, à partir de la périphé rie du rotor, de faon à réduire la vitesse et à accroître la pression du fluide après sa. sor tie du rotor. Avec un diffuseur efficace de ce type, le diamètre extérieur du collecteur mentionné ci-dessus et à l'intérieur duquel se trouve ce diffuseur est de 50 à 751/o supérieur au diamètre du rotor proprement dit.
Dans certains cas, une réduction de ce diamètre extérieur maximum a été obtenue en déviant le fluide à angle droit après qu'il a partielle- ment subi l'action d'un diffuseur et en lais sant l'expansion de ce fluide se poursuivre dans une direction plus ou moins axiale.
La présente invention a pour but de four nir une installation du type spécifié et dont le compresseur centrifuge comprend un diffa- seur, fonctionne avec un rendement satisfai sant et présente, pour des conditions déter minées, un diamètre extérieur maximum rela tivement faible comparé aux diamètres exté rieurs des compresseurs connus jusqu'ici.
Cette installation est caractérisée en ce que ledit compresseur est à un seul étage et à admission unique et comporte une chambre de rotor présentant un orifice d'admission orienté axialement, vers l'avant, un rotor centrifuge monté à rotation dans cette chambre, une en veloppe limitant un espace annulaire qui a, en section axiale, la forme d'un coude dont la partie amont s'étend dans une direction géné rale radiale et dont la partie aval s'étend dans la même direction générale que l'axe du rotor, un diffuseur annulaire qui s'étend axialement à partir de l'extrémité de sortie dudit espace annulaire, des aubes de ce diffuseur s'étendant en aval de la partie amont de l'espace annu laire,
partie dans laquelle est. ménagé au moins un passage agencé de façon à permettre à l'air de s'écouler vers ledit diffuseur avec une composante rotative notable autour de l'axe du compresseur, lesdites aubes de diffuseur étant conformées et disposées de manière à convertir au moins la plus grande partie de ladite composante rotative du mouvement de l'air en une composante axiale et à convertir ainsi une partie de l'énergie cinétique inhé rente à cette composante rotative en énergie de pression, et en ce qu'elle comprend, en outre, au moins une chambre de combustion s'étendant vers l'arrière dans une direction axiale et à partir de l'extrémité de sortie dudit diffuseur, une turbine agencée pour être mue par les produits de combustion. sortant, de la dite chambre de combustion,
un arbre rotatif reliant ladite turbine audit rotor centrifuge, et une tuyère à travers laquelle les gaz d'échappement de la turbine s'échappent de manière à. pouvoir servir dans un but de propulsion.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, six formes d'exécution du compres seur centrifuge que comprend l'installation objet de l'invention et plusieurs variantes d'une de ces formes d'exécution.
Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une première forme d'exécution.
Fig. 2 est une élévation latérale du diffu seur de cette forme d'exécution, la paroi cir- eonférentielle externe du diffuseur étant enle vée pour mieux montrer des aubes de ce diffu seur, Fig. 3 est une vue analogue à celle de la fig. 2, montrant une variante des aubes du diffuseur.
Fin-. 4 est une vue en coupe axiale d'une variante du diffuseur clé cette forme d'exé cution.
Fig. 5 est une vue en coupe axiale analo gue à celle de la fig. q, montrant une troisième variante du diffuseur.
Fig. 6 est. une vue en coupe axiale analogue à celle de la fig. 4 montrant. une quatrième variante du diffuseur.
Fig. 7 est une élévation latérale, partielle ment en coupe axiale, d'une installation de propulsion à turbine à gaz comprenant. une deuxième forme d'exécution du compresseur.
Fig. 8 est une demi-coupe axiale d'une troisième forme d'exécution.
Fi-. 9 est une demi-coupe axiale d'une quatrième forme d'exécution.
Fig. 10 est une coupe axiale d'un détail d'une cinquième forme d'exécution.
Fig. 11 est une vue en coupe axiale, à grande échelle, montrant la disposition des aubes de diffuseur d'une sixième forme d'exé cution dans laquelle l'angle d'incidence de ces aubes est réglable, et fig. 12 est une vue en coupe transversale, à encore plus grande échelle, montrant un détail de la disposition des aubes de ladite sixième forme d'exécution.
La première forme d'exécution représentée aux fig. 1. et 2 comprend un carter de com- presseur de forme usuelle, comprenant une paroi arrière A sensiblement. plane et. une paroi avant A1, de forme tronconique, abou tissant. sans à-coup à un orifice d'admission =.12. Un arbre B1, portant un rotor centrifuge B2 comprenant une plaque circulaire B3, est monté dans des paliers B disposés dans la paroi arrière :
1. La plaque B3 est disposée près de la paroi arrière -l. et présente un bos sage B4 qui fait saillie à partir de cette pla que et qui porte un chapeau B:5 avec lequel ce bossage forme un ensemble en forme de dôme. Des aubes B6 sont formées de la ma nière habituelle sur la plaque B3 et sur le bossage B4 et s'étendent jusque tout près de la paroi avant Al.
Un espace annulaire C, constituant un col lecteur, est disposé de façon à entourer immé diatement. le carter du compresseur et commu nique directement avec l'intérieur de ce car ter à travers une ouverture de sortie annu laire A3 au travers de laquelle l'air fourni par le rotor parvient dans ce collecteur C. Celui-ci constitue un passage de transfert dont chacune des sections axiales présente une forme coudée à angle droit dont l'extrémité de sortie Cl s'étend dans la direction opposée à celle de l'orifice d'admission d2. Selon ces coupes axiales, le passage annulaire de trans fert présente des parois interne et externe C2 et C3 recourbées qui se terminent sensiblement parallèlement l'une à l'autre à son extrémité de sortie C1.
Le rayon de courbure des parois C3 et C2 vues selon ladite coupe peut, par exemple, être d'environ 38 mm pour la paroi C3 et d'environ 15 mm pour la paroi C2, pour un compresseur centrifuge ayant un rotor d'un diamètre d'environ 40 cm.
L'extrémité de sortie C1 du passage de transfert C communique directement avec un diffuseur annulaire s'étendant axialement et comprenant des parois interne D et externe D1 entre lesquelles s'étendent plusieurs cou ronnes D3, D4, <I>D5</I> et D6 d'aubes de diffu seurs. Chacune de ces aubes est, de section. profilée et s'étend de façon générale en hélice, mais avec un pas d'hélice croissant progressi vement, comme représenté à la fig. 2. De cette façon, au cours de son passage à travers le diffuseur, l'air traverse une série de passages présentant chacun des sections transversales perpendiculaires à l'écoulement de l'air de surface croissante vers l'aval.
Dans ces pas sages, une partie de l'énergie cinétiq-le inhé rente à la composante tangentielle ou circon- férentielle du mouvement. de l'air est. conver tie en énergie de pression.
Les parois extérieure et intérieure du pas sage de transfert, vues en coupe axiale, sont. recourbées pour dévier l'air de façon continue, à partir d'une direction radiale jusque dans une direction d'écoulement axiale. Du fait. que l'air sortant du rotor présente une vitesse tan gentielle considérable et une vitesse radiale relativement faible, le rayon de la paroi externe du passage de transfert, vue en coupe axiale, peut être relativement petit. Le rayon de la paroi interne du passage de transfert, vu en coupe axiale, ne doit pas être trop petit parce que cela aurait tendance à provoquer une turbulence excessive.
Dans tous les cas, du fait que l'air sortant du rotor présente une vitesse tangentielle com parativement élevée et une vitesse radiale comparativement. faible, il est possible de dé vier cet air au cours de son passage à travers le passage de transfert en lui faisant parcou rir un coude présentant un diamètre moyen comparativement petit, et ceci sans perte de rendement exagérée, tandis que la conversion de l'énergie cinétique de cet air inhérente à la composante tangentielle de sa vitesse d'écoule ment en énergie de pression est effectuée dans le diffuseur après que la direction moyenne d'écoulement de l'air a été convertie en une direction axiale dans le passage de transfert.
Dans la variante représentée à la fig. 3 de la première forme d'exécution décrite ci-des sus, au lieu de plusieurs couronnes d'aubes de diffuseur présentant chacune des dimen sions relativement réduites selon la corde de chaque aube, cette variante comprend une seule couronne d'aubes de diffuseurs E, cha cune de ces aubes présentant des dimensions considérablement plus grandes selon sa corde. Ces aubes présentent chacune des sections transversales profilées et s'étendent chacune de façon générale hélicoïdalement mais avec un pas d'hélice croissant progressivement.
Les fig. 4-, 5 et 6 représentent trois autres variantes du diffuseur du compresseur repré senté aux fig. 1 et 2.
Dans la variante représentée à la fig. 4-, la paroi circonférentielle interne D du diffu seur est cylindrique, comme dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2, mais sa paroi circonférentielle externe présente un diamètre croissant à. partir de l'extrémité d'en trée C1 de ce diffuseur jusqu'à son extrémité de sortie, comme représenté en D7, les dimen- sions radiales des aubes croissant de façon correspondante, comme représenté en E1, E2, E3 et E4.
Dans la variante représentée à la fig. 5, la paroi circonférentielle externe Dl du diffu seur est cylindrique comme celle de la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et<B>'21</B>, tandis que sa paroi circonférentielle interne présente un diamètre décroissant. à partir de l'extré mité d'entrée Cl jusqu'à l'extrémité de sortie de ce diffuseur, comme représenté en D8. Les dimensions radiales des aubes E5 de ce diffu seur croissent de façon correspondante.
Dans la variante représentée à la fig. 6, le diamètre de la paroi circonférentielle externe D7 du diffuseur augmente et celui de sa paroi circonférentielle interne D8 decroît à partir de l'extrémité d'entrée Cl jusqu'à l'extrémité de sortie de ce diffuseur, les dimensions ra diales des aubes de celui-ci croissant de façon correspondante, comme représenté en E6.
On pourrait aussi construire des compres seurs dans lesquels les diamètres des parois circonférentielles externe et interne du diffu seur croîtraient ou décroîtraient tous deux à partir de l'extrémité d'entrée de ce diffuseur jusqu'à. son extrémité de sortie, le taux de réduction du diamètre de la paroi interne étant. appréciablement plus élevé que le taux de réduction du diamètre de la paroi externe ou, au contraire, le taux d'augmentation du dia mètre de la paroi externe étant appréciable- ment plus élevé que le taux d'augmentation du diamètre de la paroi interne.
L'installation de propulsion à turbine à. gaz représentée de façon schématique à la fig. 7 est destinée à la propulsion par réaction d'un aéronef. Ce groupe comprend un com presseur centrifuge F de forme générale ana- loque à celle du compresseur représenté aux fig. 1. et 2, mais présentant une admission F1. s'étendant vers l'avant et dans laquelle sont disposées des aubes de guidage F2. Ces aubes sont destinées à impartir un mouvement de rotation à de l'air traversant. cette admission, avant que cet air ne soit soumis à l'action des aubes d'un rotor F3.
Les bords d'attaque des aubes de ce rotor sont entaillés de façon à former 'Lui petit angle avec une plan perpen diculaire à l'axe du rotor, comme représenté.
Dans cette forme d'exécution, le rotor est porté par l'extrémité avant d'un arbre creux tubulaire G, supporté par des paliers disposés dans un carter Gl. portant. le compresseur F, un diffuseur D, Dl, un espace annulaire cons tituant un collecteur H dans lequel débouche l'extrémité de sortie du diffuseur, un jeu de chambres de combustion J dans lesquelles dé bouche le collecteur H, un anneau de buses K au travers desquelles les gaz chauds fournis par les chambres de combustion sont amenés à. un rotor de turbine L fixé à l'extrémité arrière de l'arbre G, et une tuyère 1l au tra vers de laquelle les gaz chauds sont expulsés après avoir traversé le rotor de turbine L.
Les fi-. 8 et 9 représentent les rotors et les parties voisines d'une troisième et d'une quatrième forme d'exécution, ces rotors pou vant être utilisés dans des compresseurs par ailleurs analogues à. celui représenté aux fig. 1 et 2 ou à celui représenté à la fig. 7.
La troisième forme d'exécution représen tée à. la fig. 8 comprend une paroi avant N de forme tronconique, l'angle an sommet. du cône correspondant étant considérablement plus petit que celui du cône des parois eorres- pondantes de la première et de la deuxième forme d'exécution. Ce compresseur comprend une paroi arrière Nl. qui est également de forme tronconique et son rotor comprend sem blablement une plaque 0, de forme tronconi que, qui s'étend à partir de la partie arrière d'un bossage<B>01</B> et qui porte des aubes 02 conformées de façon que leurs bords viennent près de la paroi avant N.
On se rend compte que, dans cette forme d'exécution, du fait que l'air quitte les aubes du rotor suivant une direction présentant une composante axiale appréciable vers l'arrière, l'angle selon lequel ce fluide doit être dévié au cours de son pas sage à travers le coude que présente l'espace annulaire 03, qui constitue un collecteur, avant de pénétrer dans le diffuseur D1 est appréciablement plus petit. qu'un angle droit.
La quatrième forme d'exécution représen tée à. la fig. 9 comprend un carter présentant une paroi arrière P plate et une paroi avant Pl dont les sections axiales présentent. une forme sinueuse, cette paroi avant comprenant en fait la paroi avant de l'espace annulaire C. Le rotor P? de ce compresseur comprend une partie eireonférentielle externe P3 s'étendant clans l'espace annulaire C.
Il s'ensuit que, dans cette forme d'exécution, l'air parvenant dans le diffuseur D, Dl au travers de l'espace annulaire C est dévié dans cet espace, à par tir d'une direction principalement radiale jusque dans une direction principalement axiale, et se trouve soumis à l'influence di- reete des parties externes des aubes du rotor pendant ce changement clé direction.
Dans certains cas, pour permettre de don ner un plus petit rayon de courbure à ladite paroi interne sans provoquer de turbulence excessive, des conduits peuvent être disposés de manière à aboutir à des points adéquats de cette paroi interne, dans le but d'influencer la couche limite au voisinage de cette paroi en commandant la pression dans ces conduits de manière appropriée et par des moyens ad hoc.
La fig. 10 représente un détail d'une cin quième forme d'exécution du compresseur. Cette forme d'exécution comprend une cham bre annulaire Q qui communique avec l'espace annulaire C au travers d'un jeu de passages <B>QI</B> s'étendant, au travers de la paroi interne limitant ledit espace.
Des moyens non repré sentés sont, prévus pour provoquer un écoule ment d'air soit jusque dans la chambre Q, soit hors de cette chambre à travers les passages <B>QI,</B> dans le but d'influencer la couche limite de manière à réduire ou à éliminer la forma- toin de tourbillons indésirables ou d'une tur bulence dans l'espace annulaire qui constitue un collecteur, et au voisinage de la paroi in terne C3. Les passages<B>QI</B> pourraient aussi être dirigés vers l'aval, de façon que de l'air s'écoule au travers d'eux dans l'espace annu laire. Ils pourraient encore être dirigés vers l'amont, de façon que de l'air soit aspiré hors de l'espace annulaire à travers ces passages<B>QI.</B>
Dans certains cas, le compresseur peut être pourvu clé moyens permettant de modifier l'angle d'incidence des aubes de son diffuseur ou des aubes d'une ou de plusieurs des cou ronnes d'aubes de ce diffuseur. On peut ainsi modifier cet angle, c'est-à-dire le pas moyen de l'hélice de chaque aube à volonté ou encore automatiquement, conformément aux condi tions de fonctionnement du compresseur. Les angles d'incidence des aubes de deux ou de plusieurs couronnes d'aubes relativement courtes en ce qui concerne les cordes qui les sous-tendent peuvent ainsi être modifiés indé pendamment. pour chaque couronne d'aubes ou simultanément pour plusieurs couronnes d'aubes.
Les fig. 11 et 12 représentent une partie d'une sixième forme d'exécution dans laquelle deux couronnes d'aubes adjacentes du diffu seur sont disposées de faon qu'on puisse mo difier leurs angles d'incidence.
Chacune des aubes D3 et D4 de deux cou ronnes d'aubes adjacentes de cette forme d'exécution est. montée sur une broche séparée R, respectivement S, orientée radialement. Ces broches sont montées rotativement dans les parois circonférentielles intérieure et exté rieure D et Dl du diffuseur. Le déplacement angulaire désiré de chaque aube est faible et les parties des surfaces des parois adjacentes aux bords de ce.- aubes présentent des plats, comme indiqué en D9, si bien que ces bords sont sensiblement en contact avec lesdites pa rois dans toutes les positions des aubes.
Lesdits bords des aubes pourraient aussi ne pas tou jours être en contact. avec lesdites parois, dans toutes les positions desdites aubes, ces bords étant alors conformés de manière à ménager les jeux nécessaires pour permettre les dé placements désirés.
Chacune des broches R et S s'étend au travers de la paroi circonférentielle externe Dl du diffuseur et la partie de chacune d'elles faisant saillie au-delà de cette paroi porte une roue dentée RI, respectivement<B>SI,</B> présentant des rebords R2, respectivement S2, entre les quels s'étendent lesdites dentures.
Une double crémaillère annulaire T entoure la paroi circonférentielle externe<B>Dl</B> du diffu seur et est disposée entre les roues dentées R1 et S1. Les dents que présente chacun des côtés de cette crémaillère engrènent respectivement avec les dentures des roues dentées Rl et avec celles des roues dentées Sl.
Lorsqu'on déplace la crémaillère T en la faisant, tourner autour de l'aie du diffuseur, on fait tourner les roues dentées Rl et S1 et, avec celles-ci, les broches R et<B><I>S</I></B> et les aubes D3 et D4.
La crémaillère T présente une saillie Tl. qui est formée sur une de ses faces et sur la quelle est ménagée une courte crémaillère d'actionnement T2. Cette crémaillère engrène avec une roue dentée d'actionnement Zr qui est supportée par des paliers solidaires de la paroi D1 et qui est susceptible d'être entraî née pour tourner autour de son axe au moyen d'un organe d'actionnement indiqué en Z-l. De la sorte, au moyen de l'organe d'actionne- ment U1, on peut.
provoquer une rotation de la roue<B>U</B> pour assurer un déplacement de la crémaillère 7', de façon à régler simultané ment les angles d'incidence de toutes les aubes D3 et D4-.
Dans toutes les formes d'exécution décrites, les aubes de diffuseur sont aérodynamique- ment profilées et peuvent être conçues de ma nière à être adéquates pour des vitesses super soniques d'écoulement. de l'air et pour la pro pagation de la. pression par formation d'ondes de choc. De plus, le profil de chaque aube aux différents diamètres est. de préférence dé terminé de façon à adapter cette aube à la forme générale de l'écoulement de l'air à tra vers le diffuseur annulaire.
Afin d'éviter toute obstruction de l'espace annulaire ou de l'extrémité d'entrée du diffu seur, les parois internes et externes limitant l'espace annulaire et celles du diffuseur sont. clé préférence uniquement reliées Furie à l'autre et supportées par les aubes du diffu seur ou par des entretoises disposées dans des régions du diffuseur dans lesquelles la vitesse de l'air est relativement faible, en travers du passage annulaire ménagé pour l'air en aval des aubes du diffuseur. De cette façon, l'espace annulaire et le diffuseur proprement dit. sont libres de tout organe obstruant, les aubes de diffuseur nécessaires mises à part.
Les aubes d'un diffuseur axial d'un com presseur tel que l'un de ceux décrits peuvent être conformées de manière que l'air en sorte avec une composante tangentielle de vitesse d'écoulement sensiblement. nulle ou avec une composante tangentielle de vitesse, d'écoulement déterminée. De plus, dans ce dernier cas, lorsque l'installation comprend plusieurs chambres de combustion, comme par exemple celle repré sentée à la fig. 7, les axes des chambres de combustion de l'installation peuvent. être incli nés selon une direction tangentielle correspon dante, telle que le gaz s'écoule dans ces cham bres de combustion sans que sa direction géné rale d'écoulement soit modifiée ou sans qu'elle soit beaucoup modifiée.