FR2586754A1 - Moyen de commande d'air, en particulier pour moteur a turbine a gaz - Google Patents

Moyen de commande d'air, en particulier pour moteur a turbine a gaz Download PDF

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Abstract

MOYEN DE COMMANDE D'AIR DE REFROIDISSEMENT POUR AUBE DE PROPULSEUR A PAS VARIABLE. ILS COMPRENNENT : UNE PLATE-FORME 26 FIXEE RIGIDEMENT A UNE EXTREMITE RADIALEMENT INTERIEURE 28 DE L'AUBE DE PROPULSION, LA PLATE-FORME 26 ETANT GENERALEMENT PLACEE DANS UNE PREMIERE OUVERTURE SUR UNE SURFACE DEFINISSANT DES ESPACES EXTERIEUR 34 ET INTERIEUR 36, DE SORTE QUE DANS UNE PREMIERE POSITION CORRESPONDANT A UN PAS D'AUBE DE PROPULSEUR POUR UN FONCTIONNEMENT EN REGIME PERMANENT DE CROISIERE EN ALTITUDE DU MOTEUR, LA PLATE-FORME 26 EPOUSE LA SURFACE 16, ET DANS UNE SECONDEPOSITION CORRESPONDANT A UN PAS D'AUBE DE PROPULSION POUR UN FONCTIONNEMENT EN DECOLLAGE DU MOTEUR, UN BORD 38 DE LA PLATE-FORME EST DEPLACE RADIALEMENT VERS L'EXTERIEUR DE LA SURFACE 16 PERMETTANT AINSI UN ECOULEMENT D'AIR ENTRE LES ESPACES EXTERIEUR 34 ET INTERIEUR 36, LE BORD ET LA SURFACE 16 DEFINISSANT ENTRE EUX UNE OUVERTURE, LAQUELLE EST PRATIQUEMENT FERMEE DANS LA PREMIERE POSITION ET OUVERTE DANS LA SECONDE POSITION. APPLICATION AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.

Description

Cette invention concerne de manière générale des moyens de commande d'air
pour moteur à turbine à gaz et, plus particulièrement, un moyen pour fournir de l'air au
moyeu d'un profil aérodynamique rotatif.
Deux types de moteurs sont couramment disponibles et utilisés pour propulser les avions: la turbosoufflante et le turbopropulseur. L'unité fournissant de l'énergie est commune aux deux moteurs. Cette unité comporte classiquement un compresseur, une chambre de combustion, et une turbine,
le tout disposé en série. L'air comprimé provenant du com-
presseur est mélangé avec le combustible et brûlé dans la chambre de combustion pour fournir un courant de gaz à vitesse élevée qui se détend dans la turbine et dont on
extrait de l'énergie. Une partie de cette énergie est utili-
sée pour mettre en oeuvre le compresseur et le reste entraî-
ne la soufflante ou l'hélice.
Bien que les augmentations de température soient un résultat du travail effectué dans le compresseur, les températures les plus élevées rencontrées dans le moteur
sont celles de la chambre de combustion et de la turbine.
L'air comprimé pour refroidir ces composants est obtenu classiquement à partir du compresseur, de la canalisation de
soufflante ou autrement est soutiré de l'atmosphère.
Dans la plupart des moteurs entraînés par turbo-
soufflante ou turbopropulseurs, la soufflante ou l'hélice - 2-
est située généralement en avant du générateur de gaz.
Ainsi, dans de telles applications, la structure de moyeu
des aubes de ces propulseurs fonctionne dans un environne-
ment à température relativement faible, éliminant ainsi la nécessité d'un refroidissement de cette structure de moyeu. Cependant, il est connu de situer le propulseur généralement à l'arrière du générateur de gaz selon une configuration dénommée "pusher". Du fait de la proximité
étroite des aubes de propulseur avec la turbine et la cham-
bre de combustion dans ces configurations, les structures de
moyeu d'aube dans certaines conditions de vol seront soumi-
ses à des températures relativement élevées.
Les températures de l'air dans la zone du moyeu
varieront suivant les conditions de vol. Par exemple, pen-
dant les périodes de demande d'énergie relativement élevée, telles que le décollage, les températures dans la turbine et la chambre de combustion sont élevées avec pour résultat des températures de structure de moyeu d'aube élevées. Les matériaux légers et peu cofteux et les structures de moyeu d'aube à pas variable ont souvent des limites de température
relativement basses. Ainsi, le refroidissement d'une struc-
ture de moyeu peut être nécessaire pendant les conditions de décollage à puissance élevée. A l'inverse, les températures se stabilisent à un niveau inférieur dans les conditions de
fonctionnement de croisière en régime permanent et le re-
froidissement peut ne pas être nécessaire. Puisque chaque
fois qu'on utilise un système de refroidissement le rende-
ment est diminué, l'utilisation du refroidissement seulement lorsque nécessaire présente un intérêt certain. Ainsi, des moyens pour faire automatiquement varier la quantité d'air de refroidissement nécessaire au. moyeu de cess aubes est souhaité. Selon la présente invention on décrit des moyens de commande d'air utilisés dans un moteur à turbine à gaz comportant un profil aérodynamique rotatif à pas variable et - 3 - des moyens de variation de pas du profil. Les moyens de commande d'air comportent une plate-forme fixée rigidement à
une extrémité radialement intérieure du profil aérodynami-
que. Cette plate-forme est placée de manière générale sur une surface annulaire rotative, laquelle définit des espaces extérieur et intérieur. Dans une première position, un bord de la plate-forme épouse pratiquement toute la surface. Dans une deuxième position, le bord est déplacé radialement vers l'extérieur à partir de la surface, permettant ainsi au
fluide de s'écouler entre les espaces extéieur et intérieur.
La description qui va suivre se réfère aux figures
annexées qui représentent respectivement: - figure 1, une vue d'un moteur turbopropulseur de
type "pusher" comportant un mode de réalisation de la pré-
sente invention; figure 2, une vue en perspective d'une nacelle rotative et des aubes représentées figure 1 avec les aubes réglées à un grand pas;
- figure 3, une vue du moyeu d'une aube repré-
sentée figure 2; - figure 4, une vue en perspective semblable à celle de la figure 2 avec les aubes réglées à un petit pas; - figure 5, une vue du moyeu de l'aube représentée
figure 4.
- figure 6, une vue du moyeu d'une aube prise suivant la ligne 6-6 de la figure 4 selon un autre mode de réalisation de l'invention; - figure 7, une vue du moyeu d'une aube de la
figure 6 prise suivant la ligne 7-7 de la figure 2.
On peut utiliser cette invention dans tout moteur à turbine à gaz qui comporte un profil aérodynamique rotatif à pas variable, là o l'on souhaite régler l'écoulement d'air à travers une surface rotative annulaire par rapport à laquelle le profil est positionné. A titre d'illustration, l'invention sera décrite pour une aube de propulseur sur une - 4 -
nacelle rotative.
Figure 1 on a représenté un turbopropulseur 10 du type "pusher". Le mode de réalisation représente des pales
d'hélice tournant en sens opposé 12 et 14 placées, respecti-
S vement, sur des surfaces ou nacelles 16 et 18 tournant en sens opposées 22 et 24. Il apparaîtra clairement de la
discussion qui va suivre que la présente invention s'appli-
que également aux moteurs à turbine à gaz avec un seul étage d'aubes de propulseur. La configuration à contre-rotation
décrite ici ne l'est qu'à titre d'exemple seulement.
Le moteur 10 comporte un générateur de gaz pour
produire des gaz de combustion qui entraînent en contre-ro-
tation les turbines 22 et 24. Chaque turbine 22 et 24 est
reliée aux surfaces annulaires rotatives 16 et 18 respecti-
vement.
Chaque aube 12 et 14 comporte des moyens de varia-
tion de pas de manière à améliorer le rendement du moteur pendant toutes les phases de fonctionnement. Les figures 2 et 3 représentent de manière détaillée un moyen de commande d'air avec les aubes 12 réglées au pas convenant pour le
mode de fonctionnement en croisière du moteur. Une plate--
forme en forme générale de disque 26 est fixée rigidement à l'aube 12 par le pied d'aube 28 formant une partie, ou zone, des surfaces 16 et 18. Ainsi, lorsque l'aube 12 change de pas par rotation autour d'un axe radial 50, la plate-forme 26 se déplace avec elle. Des moyens 30 pour modifier le pas d'un profil aérodynamique rotatif sont bien connus de la technique. Par exemple, des moyens mécaniques, hydrauliques, électriques ou pneumatiques sont disponibles pour créer un
couple sur la structure du moyeu 32 de l'aube 12 pour four-
nir la force de manoeuvre nécessaire.
Les figures 2 et 3 représentent la plate-forme placée de manière générale dans une ouverture 27 dans la surface annulaire rotative 16. La surface 16 conjointement avec la plate-forme 26 définit des espaces extérieur 34 et 5 -
intérieur 36. La température dans l'espace 36 est générale-
ment chaude du fait de sa proximité avec la turbine 22. La
température dans la zone 36 variera selon le mode de fonc-
tionnement du moteur 10. Par exemple, la turbine 22 fonc-
tionne à une température plus élevée pendant le décollage
que pendant le fonctionnement en régime permanent de croi-
sière. A l'inverse de l'espace 36 qui se trouve à des tem-
pératures relativement élevées, l'espace 34 est généralement
à une température ambiante beaucoup plus faible.
Les moyens de commande d'air de la présente inven-
tion fournissent des quantités variables d'air de refroidis-
sement à la structure de moyeu 32 selon le réglage de pas de l'aube 12. Comme représenté figures 2 et 3, la plate-forme 26 a une section droite généralement circulaire lorsqu'on la regarde radialement et elle est positionnée par rapport à la surface annulaire rotative 16. Dans cette première position, la plate-forme 26 épouse pratiquement la surface 16. Ainsi, dans le sens périphérique, la surface au périmètre de la plateforme 26 suit généralement le contour de la surface 16. Dans le mode de réalisation représenté figure 2, la surface 16 est de manière générale cylindrique. Cependant, l'invention s'applique également aux surfaces coniques ainsi
qu'aux surfaces ne comportant pas de pente linéaire.
Les figures 4 et 5 représentent les moyens de commande tels que représentés en figure 2 et 3 avec la
plate-forme 26 que l'on a fait tourner au moyen d'une modi-
fication du pas de l'aube 12 de manière à exposer le bord 38 de ladite plate-forme. Ainsi qu'il apparaîtra de manière évidente de la géométrie, le bord 38 est déplacé radialement vers l'extérieur à partir de la surface 16 et définit une ouverture 40 avec elle. L'ouverture 40 permet ainsi au fluide de passer entre les espaces extérieur 34 et intérieur 36. Ceci permet à l'air de refroidissement 41 de pénétrer
dans l'espace 36 et de refroidir la structure de moyeu 32.
Lors du fonctionnement en régime permanent de - 6 - croisière du moteur 10, le pas de l'aube 12 sera tel que la plate-forme 26 et le bord 38 épouseront pratiquement la surface 16. Pendant le mode de fonctionnement en décollage du moteur 10, on réglera l'aube 12 avec un pas plus petit, représenté en figure 4, exposant ainsi le bord 38 et l'ou- verture 40. Ainsi, alors que l'ouverture 40 est pratiquement fermée pendant le régime de croisière, une quantité accrue d'air de refroidissement est disponible pendant les périodes
de fonctionnement du moteur à température plus élevée.
La nacelle 16 tourne dans le sens indiquée par la flèche 42. Ainsi, la direction de l'écoulement d'air par rapport à la nacelle 16 du fait de la rotation de cette dernière est représentée par la flèche 44. L'air sur la nacelle 16 du fait du déplacement vers l'avant du moteur 10 est généralement dirigé axialement vers l'arrière comme représenté par la flèche 43. Le déplacement relatif de l'air par rapport à la plate-forme 26 est représenté par la flèche
46, qui est le vecteur-somme des flèches 43 et 44. Il appa-
raîtra clairement de ce qui vient d'être dit précédemment, que l'ouverture 40 regarde pratiquement vers l'avant par rapport à la direction 46 de l'air. Cette orientation permet d'obtenir une augmentation de la pression totale de l'air disponible contribuant ainsi à augmenter les vitesses
d'écoulement d'air pour refroidir le moyeu.
La figure 6 représente un autre mode de réalisa-
tion de la présente invention dans lequel on fixe un diffu-
seur 50 sous la plate-forme 26 qui s'étend dans l'espace intérieur 36. Le diffuseur augment la pression statique de
l'air traversant l'ouverture 40. De cette manière, la pres-
sion statique de l'air dans les espaces 36 et 52 sera supé-
rieure à la pression statique de l'air dans l'espace 34.
Ceci doit empêcher que l'air refoule dans l'ouverture 40 et
réalise un déplacement d'air dans l'espace 36.
Selon un autre mode de réalisation, on peut fixer ce diffuseur 50 à la surface 16. On peut aussi le configurer - 7 - de sorte que la dilatation ait lieu suivant un angle normal
à la direction radiale représentée figure 6.
La figure 7 représente une vue du moyen d'aube 32 avec l'ouverture 40 fermée, comme par exemple pendant le
S fonctionnement en régime de croisière permanent en altitude.
Il apparaîtra clairment à l'homme de l'art que la
présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa-
tion spécifiques décrits et représentés ici. Pas plus que l'invention n'est limitée aux moyens de commande d'air pour hélices ou aubes de turbosoufflante. Plutôt l'invention s'applique aussi aux moyens de commande d'air pour tous
profils aérodynamiques rotatifs à pas variable.
- 8 -

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Dans un moteur à turbine à gaz ayant une aube de propulseur à pas variable, comprenant des moyens pour faire varier le pas de l'aube, des moyens de commande d'air, S comprenant: une plate forme (26) fixée rigidement à une
extrémité radialement intérieure (28) de l'aube de propul-
sion, caractérisé en ce que la plate-forme (26) est généra-
lement placée dans une première ouverture (27) sur une
surface annulaire rotative (16), la plate-forme et la sur-
face définissant des espaces extérieur (34) et intérieur (36), de sorte que dans une première position correspondant à un pas de l'aube de propulseur pour un fonctionnement en régime permanent de croisière en altitude du moteur la plate-forme (26) épouse la surface (16), et dans une seconde position correspondant à un pas d'aube de propulseur pour un fonctionnement en décollage du moteur, un bord (38) de la plate-forme est déplacé radialement vers l'extérieur de la surface (16) permettant ainsi un écoulement d'air entre les espaces extérieur (34) et intérieur (36), le bord (38) et la surface (16) définissant entre eux une ouverture (40), laquelle est pratiquement fermée dans la première position
et ouverte dans la seconde position.
2. Moyens de commande d'air selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'ouverture (40) dans la seconde position regarde pratiquement vers l'avant par rapport au
déplacement relatif de l'air.
3. Moyens de commande d'air selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'il comporte en outre un diffuseur (50) pour augmenter la pression statique de l'air s'écoulant
dans la deuxième ouverture.
4. Moyens de commande d'air selon la revendication 3, caractérisés en ce que le diffuseur (50) est fixé à la
plate-forme (26) et s'étend dans l'espace intérieur (36).
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