WO2026022429A1 - Dispositif d'injection de carburant - Google Patents

Dispositif d'injection de carburant

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WO2026022429A1
WO2026022429A1 PCT/FR2025/050500 FR2025050500W WO2026022429A1 WO 2026022429 A1 WO2026022429 A1 WO 2026022429A1 FR 2025050500 W FR2025050500 W FR 2025050500W WO 2026022429 A1 WO2026022429 A1 WO 2026022429A1
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WO
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conduits
row
orifices
injection device
fuel injection
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/FR2025/050500
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English (en)
Inventor
Emmanuel Jean André GRESLIN
Pierre André Gabriel MALBOIS
Emmanuel Victor Jean Aurifeille
Romain Nicolas Lunel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/26—Controlling the air flow

Definitions

  • the present invention relates to the field of combustion chambers in turbomachinery, particularly aircraft turbomachinery, and more specifically concerns air and fuel injection systems in these combustion chambers.
  • the invention more precisely relates to central injector injection systems delivering a variable fuel flow rate.
  • annular combustion chamber 10 in a turbomachine 1000 usually comprises two annular walls, respectively internal 12 and external 14, which delimit it and which are connected upstream to an annular wall of the bottom of the chamber 16, and downstream respectively to an external casing 18 of the turbomachine and to an internal shell 20 connected to a diffuser 22 arranged upstream of the combustion chamber 10 and intended to diffuse into this chamber compressed air from a compressor of the turbomachine (not visible in Figure 1), in a well known manner.
  • the bottom of the chamber 16 generally has regularly spaced orifices around the axis of the chamber, in which air and fuel injection systems 24 are mounted, each designed to produce a flame in the combustion chamber 10.
  • Such a combustion chamber 10 is usually divided into an upstream zone 10a, called the primary zone or injection volume, dedicated to the combustion of the flames from the injection systems 24 in the bottom 16 of the chamber, and a downstream zone 10b, called the dilution zone, dedicated to the cooling and dilution of the combustion gases in fresh air from orifices formed in the annular walls 12 and 14 delimiting the combustion chamber.
  • the injection systems 24 of the combustion chamber 10 shown in Figure 1 are of the central injector type 26.
  • the central fuel injector 26 consists of a nozzle opening onto a central axis 28 of the system, which essentially forms an axis of symmetry for the rotating parts composing the injection system 24.
  • This central injector 26 is usually associated with two air intake channels, including an internal channel 29 into which the injector opens.
  • a central 26 allows the fuel sprayed by this injector to be immediately mixed with the air admitted into the internal channel 29, and an external annular channel 30 opens downstream into the injection system to allow further enrichment of the air-fuel mixture.
  • the two aforementioned air intake channels 29 and 30 are generally traversed by oblique fins 32 and 34 designed to impart a rotary motion to the airflow passing through them around the central axis of the injection system 24, thereby promoting homogenization of the air-fuel mixture within the injection system.
  • Each of the two aforementioned air intake channels 29 and 30 is commonly called a spiral (internal or primary spiral for channel 29 and external or secondary spiral for channel 30), and is generally delimited externally by an annular wall 36, respectively 38, with a convergent-divergent internal profile, sometimes called a venturi, designed to guide a portion of the fuel sprayed by the central injector 26 downstream by venturi effect and to spray this fuel onto a lip 37, formed at the downstream end of said wall, in a well-known manner.
  • the two air intake channels 29 and 30, as well as the annular walls 36 and 38 delimiting them extend substantially along the axis 28 of the injection system.
  • the central injector 26 is supplied by a conduit 40 partially housed in an arm 41 carried by the outer casing 18 of the combustion chamber ( Figure 1).
  • the injection system 24 also includes a peripheral annular channel 52 which is delimited internally by the annular wall 38 and externally by a wall 56.
  • the wall 56 carries means 58 for mounting the injection system 24 in the bottom 16 of the combustion chamber.
  • the annular air intake space 53 has a frustoconical shape and is delimited internally by a frustoconical portion 46 of the annular wall 38 so as to present an opening facing radially outwards, substantially bowl-shaped.
  • Portion 46 has air injection holes 47 from space 53 into the primary zone 10a of the combustion chamber 10.
  • fuel is injected into channel 29 by injector 26, and this fuel then encounters the airflow circulating in channel 29, which promotes the atomization of the fuel, i.e., the spraying of the fuel. in the form of fine droplets to then meet the airflow circulating in channel 30.
  • the restart ceiling of a turbojet engine is the maximum altitude at which an aircraft engine can be restarted in the event of an in-flight engine failure.
  • the restart ceiling thus determines the aircraft's ability to maintain powered operation at high altitudes. Factors such as atmospheric pressure, ambient temperature, and oxygen availability influence the engine's ability to restart at higher altitudes.
  • the restart ceiling for an injection system such as injection system 24 is specifically linked to the airflow rates and the direction of the primary and secondary airflows passing through the primary 29 and secondary 30 spinners, respectively.
  • the flow rate parameters that optimize the restart ceiling are generally different from those that promote turbomachine efficiency, and sometimes even different from those that reduce pollutant emissions (particularly unburned fuel). The compromises made regarding these flow rates and directions generally favor the turbomachine's environmental performance at the expense of the restart ceiling.
  • the invention aims to improve the overall performance of a turbomachine and more particularly to improve its restart ceiling.
  • a fuel injection device for mounting in a fuel injection system to inject fuel into a combustion chamber.
  • the injection device comprises a housing of revolution extending around a main axis and defining an injection volume.
  • the housing has a web that receives a central fuel injector connected to an injection circuit to inject fuel into the injection volume in an axial direction.
  • the housing has an internal wall of revolution that separates a first annular supply channel from a flow
  • the primary air intake is supplied to the injection volume, and a second annular channel provides secondary airflow to the injection volume.
  • the shroud includes a first series of orifices for injecting a purge airflow.
  • the first channel is supplied by a second series of orifices for injecting the primary airflow
  • the second channel is supplied by a third series of orifices for injecting the secondary airflow.
  • the housing also includes a substantially frustoconical portion for opening into the combustion chamber, which includes a fourth series of orifices for injecting a tertiary airflow.
  • the injection device includes a flow modification device arranged to act on the flow rate and/or injection angle of at least two flows simultaneously, selected from the purge airflow, the primary airflow, the secondary airflow, and the tertiary airflow.
  • the flow modification device is mounted to rotate about the main axis so that the angular position of the flow modification device relative to the housing acts on the flow rate and/or an injection angle of simultaneously the at least two flows; the flow modification device is arranged so that the angular position of the flow modification device relative to the housing allows to act simultaneously on the flow rate and/or an injection angle of the purge air flow and the primary air flow and the secondary air flow and the tertiary air flow;
  • the flow modification device comprises a ring delimited by an outer face and an inner face and which is provided with at least a first row of first conduits and a second row of second conduits, the first conduits and the second conduits fluidically connecting the outer face and the inner face, the ring being configured to selectively close, at least partially, at least a portion of the orifices of two sets of orifices among the first, the second, the third and fourth series of orifices; the first row of first ducts and/or the
  • the injection device includes a flow modification device actuator which is controlled by pressure from a fuel circuit.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional representation of a prior art injection system
  • Figure 2 is a partial schematic cross-sectional representation of the system in Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic half-section representation of an injection system according to a first embodiment of the invention;
  • Figure 4 is a schematic representation of a section of a flow modification device according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic detail representation of the flow modification device in Figure 4.
  • FIG. 6 is a schematic detail representation of the flow modification device according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a schematic detail view of a guide curve of a conduit of the flow modification device according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a schematic representation of a first configuration of the flow modification device of Figure 7;
  • Figure 9 is a schematic representation of a second configuration of the flow modification device of Figure 7;
  • Figure 10 is a schematic representation of a second configuration of the flow modification device of Figure 7;
  • Figure 11 is a partial schematic detail representation of the injection device according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 12 is a partial schematic cross-sectional representation along a plane XII-XII of the injection device according to a fourth embodiment of the invention.
  • an axial direction is defined, as well as a radial direction orthogonal to the axial direction and a circumferential/tangential direction orthogonal to the axial and radial directions.
  • the axial direction Ax is considered to be the direction of the central axis 28 of the injection system. Elements identical or analogous to those previously described shall bear a numerical reference identical to that in the following description of a first embodiment of the invention.
  • the injection system 24 comprises a multipoint fuel injection device 25.
  • the injection device 25 includes a housing of revolution Tl extending around a main axis 28 and defining an injection volume 10a.
  • the housing Tl has a transverse web 27.1 which receives a central fuel injector 26 connected to an injection circuit 70 for injecting fuel 71 into the injection volume 10a in an axial direction.
  • the crankcase Tl also has an internal wall of revolution Tl, which separates a first annular channel 129 for supplying a primary air flow Fi into the injection volume 10a and a second annular channel 130 for supplying a secondary air flow F2 into the injection volume 10a.
  • the shell 27.1 includes a first series of orifices 161 for injecting a purge air flow Fp.
  • the first channel 129 is supplied by a second series of orifices 162 for injecting the primary air flow Fi.
  • the second channel 130 is supplied by a third series of orifices 163 for injecting the secondary air flow F2.
  • the crankcase Tl also includes a substantially frustoconical portion 27.3 intended to open into the combustion chamber 10 and which includes a fourth series of orifices 164 for injecting a tertiary air flow F3.
  • the injection device 25 comprises a ring 170 rotatably mounted about the main axis 28 relative to the housing 27.
  • the ring 170 is a solid of revolution about the axis 28 and is delimited by an outer face 171 and an inner face 172.
  • the ring 170 comprises a first substantially radial portion 173 which is connected by a second substantially axial portion 174 to a third substantially radial portion 175.
  • a fourth substantially radial portion 176 connects portion 175 to a frustoconical portion 177.
  • the inner face 172 has a geometry that substantially corresponds to a portion of the geometry of an outer face 27.4 of the housing 27.
  • the ring 170 is provided with a first row of first conduits 181, a second row of second conduits 182, a third row of third conduits 183, and a fourth row of conduits 184.
  • the conduits 181, 182, 183, and 184 fluidly connect the outer face 171 and the inner face 172.
  • the conduits 181, 182, 183, and 184 are axially and radially mounted on the ring 170 such that there is at least one angular position of the ring 170 relative to the housing 27 in which: at least one conduit 181 faces at least one orifice 161; and/or at least one conduit 182 faces at least one orifice 162; and/or at least one conduit 183 faces at least one orifice 163; and/or at least one conduit 184 faces at least one orifice 164.
  • the angular and radial position of the conduits 181, respectively 182, 183 and 184, relative to each other on the ring 170 allows to selectively close, at least partially, at least a part of the orifices of the first series of orifices 161, and/or the second series of orifices 162, and/or the third series of orifices 163, and/or the fourth series of orifices 164.
  • the angular position of the ring 170 relative to the housing 27 allows simultaneous action on the flow rate of the purge air flow F p , the primary air flow Fi, the secondary air flow F2 and the tertiary air flow F3.
  • the ring 170 includes a finger 190 that projects radially from the portion 174 and whose end 191 is engaged in a groove 195 of a yoke 196 to form a grooved cam.
  • a cylinder 200 actuates a translation of the yoke 196 to cause a rotation of the ring 170 relative to the housing 27.
  • the cylinder 200 is supplied here by a connection made on the injection circuit 70 and is thus controlled by a fuel pressure 71 present in the injection circuit 70.
  • the first row of first conduits 181 comprises straight circular cylindrical conduits whose diameters D181 differ between two angularly adjacent conduits 181.
  • conduits 182 and 183 are straight cylindrical conduits whose The respective direction curves 182.1 and 183.1 are rectangles having a longer side extending in a plane orthogonal to axis 28 and a shorter side extending in a direction parallel to axis 28.
  • a generatrix 184.g of duct 184 extends in a direction dl84g which includes a radial component 184gr and a non-zero axial component 184.ga.
  • the generatrices 182g and 183g extend respectively in purely radial directions dl82g and dl83g (zero axial component), and a generatrix 181g of duct 181 extends in a purely axial direction dl81g.
  • Figure 6 illustrates a second embodiment in which the first row of first conduits 181 comprises straight circular cylindrical conduits with diameters D181 of two different conduits 181. According to this second embodiment, there is an alternation of two conduits 181 of the same diameter followed by a conduit 181 of a different diameter. Similar arrangements (successive circular cylindrical conduits of different diameters) can also be applied to the second conduits 182 and/or the third conduits 183 and/or the fourth conduits 184.
  • the first row of first conduits 181 comprises cylindrical conduits whose directing curve 181.1 is defined by two semicircles of different radii connected by straight line segments. More precisely, the directing curve 181.1 comprises a first semicircle 181.2 with diameter D181.2 and a second semicircle 181.3 with diameter D181.3 smaller than D181.2. An upper straight line segment 181.4 and a lower straight line segment 181.5 connect the semicircles 182.2 and 182.3.
  • Figures 8 to 10 show different relative positions of a conduit 181 of the first row and an orifice 161 of the first series of orifices. The flow area 181.6 resulting from the position of the conduit 181 relative to the orifice 161 is hatched.
  • the generator 184g of the conduit 184 extends along a direction dl84 comprising a non-zero tangential component 184gt and a non-zero radial component 184gr.
  • the non-zero tangential component 184gt allows modification of the tangential orientation of the tertiary flow F3.
  • Similar arrangements can also be applied to the first conduits 181 and/or the second conduits 182 and/or the third conduits 183.
  • the position of the ring 170 relative to the housing 27 allows action on an injection angle of the purge air flow F p , the primary air flow Fi, the secondary air flow F2 and the tertiary air flow F3.
  • first orifices are made in a transverse web
  • the invention also applies to first orifices made in a differently oriented web, such as orifices made in a radial web and extending over a tangential surface of the housing; although here the injection device has a ring, the invention also applies to other types of flow modification devices, such as a plurality of pilot-operated valves mounted in series or actuated obturators; although here the conduits are in the form of a straight circular cylinder, the invention also applies to other types of conduits, such as straight non-circular cylindrical conduits, which may have a square, elliptical, or triangular guide curve; Although here the conduits of the first row are in the form of straight circular cylinders of which two successive conduits are of different diameters, the invention also applies to other types of configurations in which the conduits are in the form of straight circular cylinders of which two have different diameters, such as the conduits of the second row and/or the third row and
  • first conduits and “second conduits” apply equally to a first conduit selected from the first row of first conduits, the second row of second conduits, the third row of third conduits, and the fourth row of fourth conduits, and to a second conduit selected from the rows to which the first conduit does not belong. The same applies to the orifices of the first, second, third, and fourth series of orifices.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Dispositif d'injection (25) de carburant (71) comprenant un dispositif de modification de flux (170) agencé de manière à agir sur le débit et/ou un angle d'injection de simultanément au moins deux flux (Fp, F1, F2, F3) choisis parmi un flux d'air de purge (Fp), un flux d'air primaire (F1), un flux d'air secondaire (F2) et un flux d'air tertiaire (F3).

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION
Dispositif d'injection de carburant
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des chambres de combustion des turbomachines, en particulier d'aéronef, et concerne plus particulièrement les systèmes d'injection d'air et de carburant dans ces chambres de combustion. L'invention concerne plus précisément les systèmes d'injection à injecteur central, délivrant un débit de carburant variable..
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s'applique à la fois aux nouveaux types d'avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L'aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d'améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l'environnement et dont l'intégration et l'utilisation dans l'aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d'amélioration de l'efficacité énergétique des avions.
Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l'emploi de méthodes et l'exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d'avions, l'allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l'emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.
Comme l'illustre la figure 1, une chambre annulaire de combustion 10 dans une turbomachine 1000 comprend habituellement deux parois annulaires, respectivement interne 12 et externe 14, qui la délimitent et qui sont raccordées en amont à une paroi annulaire de fond de chambre 16, et en aval respectivement à un carter externe 18 de la turbomachine et à une virole interne 20 reliée à un diffuseur 22 agencé en amont de la chambre de combustion 10 et destiné à diffuser dans cette chambre de l'air comprimé provenant d'un compresseur de la turbomachine (non visible sur la figure 1), de manière bien connue. Le fond de chambre 16 comporte en général des orifices régulièrement répartis autour de l'axe de la chambre et dans lesquels sont montés des systèmes d'injection d'air et de carburant 24, chacun destiné à produire une flamme dans la chambre de combustion 10. Une telle chambre de combustion 10 se divise habituellement en une zone amont 10a, dite zone primaire ou volume d'injection, dédiée à la combustion des flammes issues des systèmes d'injection 24 du fond 16 de la chambre, et une zone aval 10b, dite zone de dilution, dédiée au refroidissement et à la dilution des gaz de combustion dans de l'air frais provenant d'orifices ménagés dans les parois annulaires 12 et 14 délimitant la chambre de combustion. Les systèmes d'injection 24 de la chambre de combustion 10 représentée sur la figure 1 sont du type à injecteur central 26,. Comme le montre plus précisément la figure 2 qui est une vue à plus grande échelle du système d'injection 24 représenté sur la figure 1, l'injecteur de carburant central 26 est formé d'une buse débouchant sur un axe central 28 du système, qui constitue sensiblement un axe de symétrie pour les pièces de révolution composant le système d'injection 24. Cet injecteur central 26 est habituellement associé à deux canaux d'admission d'air, parmi lesquels un canal interne 29 dans lequel débouche l'injecteur central 26 de sorte que le carburant pulvérisé par cet injecteur puisse être immédiatement mélangé à l'air admis dans le canal interne 29, et un canal annulaire externe 30 qui débouche en aval dans le système d'injection pour permettre un enrichissement ultérieur en air du mélange d'air et de carburant. Les deux canaux d'admission d'air 29 et 30 précités sont en général traversés par des ailettes obliques 32 et 34 destinées à imprimer au flux d'air les traversant un mouvement de giration autour de l'axe central du système d'injection 24 pour favoriser l'homogénéisation du mélange d'air et de carburant dans le système d'injection. Chacun des deux canaux d'admission d'air 29 et 30 précités est couramment appelé vrille (vrille interne ou primaire pour le canal 29 et vrille externe ou secondaire pour le canal 30), et est en général délimité extérieurement par une paroi annulaire 36, respectivement 38, à profil interne convergent-divergent, parfois appelée venturi, et destinée à guider une partie du carburant pulvérisé par l'injecteur central 26 vers l'aval par effet venturi et à pulvériser ce carburant au niveau d'une lèvre 37, formée à l'extrémité aval de ladite paroi, d'une manière bien connue. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les deux canaux d'admission d'air 29 et 30, ainsi que les parois annulaires 36 et 38 les délimitant, s'étendent sensiblement selon l'axe 28 du système d'injection. L'injecteur central 26 est alimenté par un conduit 40 partiellement logé dans un bras 41 porté par le carter externe 18 de la chambre de combustion (figure l).Le système d'injection 24 comprend également un canal annulaire périphérique 52 qui est délimité intérieurement par la paroi annulaire 38 et extérieurement par une paroi 56. La paroi 56 portant des moyens 58 permettant le montage du système d'injection 24 dans le fond 16 de la chambre de combustion. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, l'espace annulaire d'admission d'air 53 a une forme tronconique et est délimité intérieurement par une portion tronconique 46 de la paroi annulaire 38 de manière à présenter une ouverture tournée radialement vers l'extérieur sensiblement en forme de bol. La portion 46 présente des trous 47 d'injection d'air depuis l'espace 53 dans la zone primaire 10a de la chambre de combustion 10. En fonctionnement, le carburant est injecté dans le canal 29 par l'injecteur 26 et ce carburant rencontre alors le flux d'air qui circule dans le canal 29, ce qui favorise l'atomisation de ce carburant, c'est-à-dire la pulvérisation de ce carburant sous forme de fines gouttelettes pour ensuite rencontrer le flux d'air qui circule dans le canal 30.
Le plafond de rallumage d'un turboréacteur correspond à l'altitude maximale à laquelle un réacteur d'avion peut être relancé en cas d'extinction en vol. Le plafond de rallumage détermine ainsi la capacité de l'aéronef à maintenir une opération motorisée à des altitudes élevées. Des facteurs tels que la pression atmosphérique, la température ambiante, et la disponibilité en oxygène influent sur la capacité d'allumage du moteur à des altitudes plus élevées. Le plafond de rallumage pour un système d'injection tel que le système d'injection 24 est notamment lié aux débits d'air et orientation des flux d'air primaire et secondaire traversant respectivement les vrilles primaire 29 et secondaire 30. Cependant, les paramètres de débits permettant une optimisation du plafond de rallumage sont généralement différents de ceux qui favorisent le rendement de la turbomachine, voire encore différents de ceux qui réduisent l'émission de polluants (imbrulés notamment). Les compromis trouvés sur ces débits et orientations favorisent généralement les performances environnementales de la turbomachine au détriment du plafond de rallumage.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet d'améliorer les performances générales d'une turbomachine et plus particulièrement d'améliorer son plafond de rallumage.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit un dispositif d'injection de carburant destiné à être monté dans un système d'injection de carburant pour injecter du carburant à l'intérieur d'une chambre de combustion. Le dispositif d'injection comprend un carter de révolution s'étendant autour d'un axe principal et qui délimite un volume d'injection. Le carter possède un voile qui reçoit un injecteur central de carburant relié à un circuit d'injection pour injecter du carburant dans le volume d'injection selon une direction axiale. Le carter possède une paroi interne de révolution qui sépare un premier canal annulaire d'amenée d'un flux d'air primaire dans le volume d'injection et un deuxième canal annulaire d'amenée d'un flux d'air secondaire dans le volume d'injection. Le voile comprend une première série d'orifices d'injection d'un flux d'air de purge. Le premier canal est alimenté par une deuxième série d'orifices d'injection du flux d'air primaire et le deuxième canal est alimenté par une troisième série d'orifices d'injection du flux d'air secondaire. Le carter comprend également une portion sensiblement tronconique destinée à déboucher dans la chambre de combustion et qui comprend une quatrième série d'orifices d'injection d'un flux d'air tertiaire. Selon l'invention, le dispositif d'injection comprend un dispositif de modification de flux agencé de manière à agir sur le débit et/ou un angle d'injection de simultanément au moins deux flux choisis parmi le flux d'air de purge, le flux d'air primaire, le flux d'air secondaire et le flux d'air tertiaire.
On obtient ainsi un dispositif d'injection de carburant qui permet de modifier les débits et orientations des flux d'air qui sont mis en jeu dans la carburation de la turbomachine te ainsi de pouvoir les modifier selon les phases de vol ou les performances attendues.
Selon d'autres modes de réalisation particuliers, non exclusifs et optionnels de l'invention : le dispositif de modification de flux est monté à rotation autour de l'axe principal de manière à ce que la position angulaire du dispositif de modification de flux relativement au carter agisse sur le débit et/ou un angle d'injection de simultanément les au moins deux flux ; le dispositif de modification de flux est agencé de manière à ce que la position angulaire du dispositif de modification de flux relativement au carter permet d'agir simultanément sur le débit et/un angle d'injection du flux d'air de purge et du flux d'air primaire et du flux d'air secondaire et du flux d'air tertiaire ; le dispositif de modification de flux comprend une bague délimitée par une face extérieure et une face intérieure et qui est pourvue d'au moins une première rangée de premiers conduits et d'une deuxième rangée de deuxièmes conduits, les premiers conduits et les deuxièmes conduits reliant fluidiquement la face extérieure et la face intérieure, la bague étant configurée pour sélectivement obturer, au moins partiellement, au moins une partie des orifices de deux séries d'orifices parmi la première, la deuxième, la troisième et la quatrième série d'orifices ; la première rangée de premiers conduits et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits comprend des conduits en forme de cylindre circulaire dont les diamètres sont différents ; la première rangée de premiers conduits et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits comprend des conduits en forme de cylindre dont la courbe directrice est définie par deux demi-cercles de rayon différents reliés par des segments de droite ; la première rangée de premiers conduits et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits comprend des conduits en forme de cylindre dont la courbe directrice est un quadrilatère ; le quadrilatère possède un côté s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe principal et/ou un côté s'étendant selon une direction parallèle à l'axe principal ; la première rangée de premiers conduits et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits comprend des conduits en forme de cylindre droit. ; la première rangée de premiers conduits et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits comprend au moins un conduit en forme de cylindre dont une génératrice s'étend selon une direction comprenant une composante tangentielle et/ou axiale non nulle ;
Le dispositif d'injection comprend un actionneur du dispositif de modification de flux qui est qui est commandé par une pression d'un circuit de carburant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux figures jointes parmi lesquelles :
[Fig. 1] la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un système d'injection de l'art antérieur;
[Fig. 2] la figure 2 est une représentation schématique partielle en coupe du système de la figure 1 ; [Fig. 3] la figure 3 est une représentation schématique en demi-coupe d'un système d'injection selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 4] la figure 4 est une représentation schématique d'une section d'un dispositif de modification de flux selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 5] la figure 5 est une représentation schématique de détail du dispositif de modification de flux de la figure 4;
[Fig. 6] la figure 6 est une représentation schématique de détail du dispositif de modification de flux selon un deuxième mode de réalisation de l'invention;
[Fig. 7] la figure 7 est une vue schématique de détail d'une courbe directrice d'un conduit du dispositif de modification de flux selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
[Fig. 8] la figure 8 est une représentation schématique d'une première configuration du dispositif de modification de flux de la figure 7 ;
[Fig. 9] la figure 9 est une représentation schématique d'une deuxième configuration du dispositif de modification de flux de la figure 7 ;
[Fig. 10] la figure 10 est une représentation schématique d'une deuxième configuration du dispositif de modification de flux de la figure 7 ;
[Fig. 11] la figure 11 est une représentation schématique partielle de détail du dispositif d'injection selon un quatrième mode de réalisation de l'invention;
[Fig. 12] la figure 12 est une représentation schématique partielle en coupe selon un plan XII-XII du dispositif d'injection selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
A titre préliminaire, il est défini une direction axiale, une direction radiale qui est orthogonale à la direction axiale et une direction circonférentielle/tangentielle qui est orthogonale aux directions axiale et radiale. La direction axiale Ax est considérée comme étant la direction de l'axe central 28 du système d'injection. Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à celle-ci dans la description qui suit d'un premier mode de réalisation de l'invention.
Comme visible en figure 3, le système d'injection 24 selon un premier mode de réalisation de l'invention comprend un dispositif d'injection 25 de carburant de type multipoint. Le dispositif d'injection 25 comprend un carter de révolution Tl s'étendant autour d'un axe principal 28 et qui délimite un volume d'injection 10a. Le carter Tl possède un voile transversal 27.1 qui reçoit un injecteur central 26 de carburant relié à un circuit d'injection 70 pour injecter du carburant 71 dans le volume d'injection 10a selon une direction axiale.
Le carter Tl possède également une paroi interne de révolution Tl . qui sépare un premier canal annulaire 129 d'amenée d'un flux d'air primaire Fi dans le volume d'injection 10a et un deuxième canal annulaire 130 d'amenée d'un flux d'air secondaire F2 dans le volume d'injection 10a. Le voile 27.1 comprend une première série d'orifices 161 d'injection d'un flux d'air de purge Fp. Le premier canal 129 est alimenté par une deuxième série d'orifices 162 d'injection du flux d'air primaire Fi. Le deuxième canal 130 est alimenté par une troisième série d'orifices 163 d'injection du flux d'air secondaire F2. Le carter Tl comprend également une portion 27.3 sensiblement tronconique destinée à déboucher dans la chambre de combustion 10 et qui comprend une quatrième série d'orifices 164 d'injection d'un flux d'air tertiaire F3.
Le dispositif d'injection 25 comprend une bague 170 montée à rotation autour de l'axe principal 28 relativement au carter 27. Comme visible en figure 4, la bague 170 est un solide de révolution autour de l'axe 28 et est délimitée par une face extérieure 171 et une face intérieure 172. La bague 170 comprend une première portion 173 sensiblement radiale qui est reliée par une deuxième portion 174 sensiblement axiale à une troisième portion 175 sensiblement radiale. Une quatrième portion 176 sensiblement radiale relie la portion 175 à une portion tronconique 177. Globalement a face intérieure 172 possède une géométrie qui correspond sensiblement à une portion la géométrie d'une face extérieure 27.4 du carter 27. La bague 170 est pourvue d'une première rangée de premiers conduits 181, d'une deuxième rangée de deuxièmes conduits 182, d'une troisième rangée de troisièmes conduits 183 et d'une quatrième rangée de conduits 184. Les conduits 181, 182, 183 et 184 relient fluidiquement la face extérieure 171 et la face intérieure 172. Les conduits 181, 182, 183 et 184, sont axialement et radialement implantés sur la bague 170 pour qu'il existe au moins une position angulaire de la bague 170 relativement au carter 27 dans laquelle : au moins un conduit 181 fait face à au moins un orifice 161 ; et/ou au moins un conduit 182 fait face à au moins un orifice 162 ; et/ou au moins un conduit 183 fait face à au moins un orifice 163 ; et/ou au moins un conduit 184 fait face à au moins un orifice 164.
En d'autres termes, la position angulaire et radiale des conduits 181, respectivement 182, 183 et 184, les uns par rapport aux autres sur la bague 170 permet de sélectivement obturer, au moins partiellement, au moins une partie des orifices de la première série d'orifice 161, et/ou de la deuxième série d'orifice 162, et/ou de la troisième série d'orifice 163, et/ou de la quatrième série d'orifices 164.
Ainsi, la position angulaire de la bague 170 relativement au carter 27 permet d'agir simultanément sur le débit du flux d'air de purge Fp, du flux d'air primaire Fi, du flux d'air secondaire F2 et du flux d'air tertiaire F3.
La bague 170 comprend un doigt 190 qui vient en saillie radiale de la portion 174 et dont une extrémité 191 est engagée dans une rainure 195 d'une chape 196 pour former une came à rainure. Un vérin 200 actionne une translation de la chape 196 pour provoquer une rotation de la bague 170 relativement au carter 27. Le vérin 200 est ici alimenté par un piquage réalisé sur le circuit d'injection 70 et est ainsi commandé par une pression de carburant 71 qui règne dans le circuit d'injection 70.
Selon ce premier mode de réalisation, et comme visible en figure 5, la première rangée de premiers conduits 181 comprend des conduits en forme de cylindre circulaire droits dont les diamètres D181 de deux conduits 181 qui se succèdent angulairement sont différents. Comme visible en figure 3 les conduits 182 et 183 sont en forme de cylindres droits dont les courbes directrices respectives 182.1 et 183.1 sont des rectangles possédant un grand côté s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe 28 et un petit côté s'étendant selon une direction parallèle à l'axe 28. Comme visible en figure 4, une génératrice 184.g du conduit 184 s'étend selon une direction dl84g qui comprend une composant radiale 184gr et une composante axiale 184. ga non nulle. Les génératrices 182g et 183g s'étendent respectivement selon des directions dl82g et dl83g purement radiales ( composante axiale nulle) et une génératrice 181g du conduit 181 s'étend selon une direction dl81g purement axiale.
La figure 6 représente un deuxième mode de réalisation dans lequel la première rangée de premiers conduits 181 comprend des conduits en forme de cylindre circulaire droits dont les diamètres D181 de deux conduits 181 sont différents. Selon ce deuxième mode de réalisation, on observe une alternance de deux conduits 181 de même diamètre puis un conduit 181 de diamètre différent. Des dispositions similaires ( conduits successifs en forme de cylindres circulaires de diamètres droits différents ) peuvent également s'appliquer sur les deuxièmes conduits 182 et/ou les troisièmes conduits 183 et/ou les quatrièmes conduits 184.
Selon un troisième mode de réalisation représenté en figure 7 à 10, la première rangée de premiers conduits 181 comprend des conduits en forme de cylindre dont la courbe directrice 181.1 est définie par deux demi-cercles de rayon différents reliés par des segments de droite. Plus précisément, la courbe directrice 181.1 comprend un premier demi-cercle 181.2 de diamètre D181.2 et un deuxième demi-cercle 181.3 de diamètre D181.3 inférieur à D181.2. Un segment de droite supérieur 181.4 et un segment de droite inférieur 181.5 relient les demi-cercles 182.2 et 182.3. Les figures 8 à 10 montrent différentes positions relatives d'un conduit 181 de la première rangée et d'un orifice 161 de la première série d'orifices. La surface débitante 181.6 résultant de la position du conduit 181 relativement à l'orifice 161 est hachurée. Ce type de courbe directrice peut avantageusement être appliquée à d'autres conduits appartenant à d'autres rangées de conduits. Selon un quatrième mode de réalisation représenté en figures 11 et 12, la génératrice 184g du conduit 184 s'étend selon une direction dl84 comprenant une composante tangentielle 184gt non nulle ainsi qu'une composante radiale 184gr non nulle. La composante tangentielle 184gt non nulle permet de modifier l'orientation tangentielle du flux tertiaire F3.
Des dispositions similaires (conduits en forme de cylindres dont les génératrices comprennent une composante tangentielle non nulle ) peuvent également s'appliquer sur les premiers conduits 181 et/ou les deuxièmes conduits 182 et/ou les troisièmes conduits 183. De cette façon, la position de la bague 170 relativement au carter 27 permet d'agir sur un angle d'injection du flux d'air de purge Fp, le flux d'air primaire Fi, le flux d'air secondaire F2 et le flux d'air tertiaire F3.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, bien qu'ici les premiers orifices soient réalisés dans un voile transversal, l'invention s'applique également à des premiers orifices réalisés dans un voile orienté différemment comme par exemple des orifices réalisés dans un voile radial et qui s'étendent sur une surface tangentielle du carter ; bien qu'ici le dispositif d'injection possède une bague, l'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs de modification de flux comme par exemple une pluralité de clapets pilotés montés en série ou des obturateurs actionnés ; bien qu'ici les conduits soient en forme de cylindre circulaire droit, l'invention s'applique également à d'autres types de conduits comme par exemple des conduits cylindriques droit non circulaire, pouvant posséder une courbe directrice carré, elliptique ou triangulaire ; bien qu'ici les conduits de la première rangée soient en forme de cylindres circulaires droits dont deux conduits successifs sont de diamètres différents, l'invention s'applique également à d'autres types de configurations dans laquelle les conduits sont en forme de cylindres circulaires droits dont deux les diamètres sont différents comme par exemple les conduits de la deuxième rangée et/ou de la troisième rangée et/ou de la quatrième rangée ; bien qu'ici les conduits soient en forme de cylindre droit dont les courbes directrices sont rectangulaires, l'invention s'applique également à d'autres types de courbes directrices en forme de quadrilatère comme par exemple des courbes directrices en forme de carré, losange, parallélogramme ou quelconque.
Enfin, l'homme du métier saisit bien que les termes « premiers conduits » et « deuxièmes conduits s'appliquent indifféremment à un premier conduit sélectionné parmi la première rangée de premiers conduits, la deuxième rangée de deuxièmes conduits, la troisième rangée de troisièmes conduits et la quatrième rangée de quatrièmes conduits et à un deuxième conduit sélectionnés parmi les rangées à laquelle n'appartient pas le premier conduit. Il en va de même pour les orifices des première, deuxième, troisième et quatrième séries d'orifices.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif d'injection (25) de carburant (71) destiné à être monté dans un système d'injection de carburant (24) pour injecter du carburant (71) à l'intérieur d'une chambre de combustion (10), le dispositif d'injection (25) comprenant un carter de révolution (27) s'étendant autour d'un axe principal (28) et qui délimite un volume d'injection (10a), le carter possédant un voile (27.1) qui reçoit un injecteur central (26) de carburant (71) relié à un circuit d'injection (70) pour injecter du carburant (71) dans le volume d'injection (10a) selon une direction axiale (Ax), le carter (27) possédant une paroi interne (27.2) de révolution qui sépare un premier canal annulaire (129) d'amenée d'un flux d'air primaire (Fi) dans le volume d'injection (10a) et un deuxième canal annulaire (130) d'amenée d'un flux d'air secondaire (F2) dans le volume d'injection (10a), le voile (27.1) comprenant une première série d'orifices (161) d'injection d'un flux d'air de purge (Fp), le premier canal (129) étant alimenté par une deuxième série d'orifices (162) d'injection du flux d'air primaire (Fi) et le deuxième canal (130) étant alimenté par une troisième série d'orifices (163) d'injection du flux d'air secondaire (F2), le carter (27) comprenant également une portion (27.3) sensiblement tronconique destinée à déboucher dans la chambre de combustion (10) et qui comprend une quatrième série d'orifices (164) d'injection d'un flux d'air tertiaire (F3), le dispositif d'injection (25) étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de modification de flux (170) agencé de manière à agir sur le débit et/ou un angle d'injection de simultanément au moins deux flux (Fp, Fi, F2, F3) choisis parmi le flux d'air de purge (Fp), le flux d'air primaire (Fi), le flux d'air secondaire (F2) et le flux d'air tertiaire (F3), dans lequel le dispositif de modification de flux (170) est monté à rotation autour de l'axe principal (28) de manière à ce que la position angulaire du dispositif de modification de flux (170) relativement au carter (27) agisse sur le débit et/ou un angle d'injection de simultanément les au moins deux flux (Fp, Fi, F2, F3).
2. Dispositif d'injection (25) de carburant selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de modification de flux (170) est agencé de manière à ce que la position angulaire du dispositif de modification de flux (170) relativement au carter permet d'agir simultanément sur le débit et/ou un angle d'injection du flux d'air de purge (Fp) et du flux d'air primaire (Fi) et du flux d'air secondaire (F2) et du flux d'air tertiaire (F3).
3. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le dispositif de modification de flux (170) comprend une bague (170) délimitée par une face extérieure (171) et une face intérieure (172) et qui est pourvue d'au moins une première rangée de premiers conduits (181) et d'une deuxième rangée de deuxièmes conduits (182), les premiers conduits (181) et les deuxièmes conduits (182) reliant fluidiquement la face extérieure (171) et la face intérieure (172), la bague (170) étant configurée pour sélectivement obturer, au moins partiellement, au moins une partie des orifices de deux séries d'orifices (161, 162, 163, 164) parmi la première, la deuxième, la troisième et la quatrième série d'orifices (161, 162, 163, 164).
4. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon la revendication 3, dans lequel la première rangée de premiers conduits (181) et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits (182) comprend des conduits en forme de cylindre circulaire dont les diamètres sont différents.
5. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon la revendication 3, dans lequel la première rangée de premiers conduits (181) et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits (182) comprend des conduits en forme de cylindre dont la courbe directrice (181.1) est définie par deux demi-cercles (181.2, 181.3) de rayon différents reliés par des segments de droite (181.4, 181.5).
6. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon la revendication 3, dans lequel la première rangée de premiers conduits (181) et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits (183) comprend des conduits en forme de cylindre dont la courbe directrice (183.1) est un quadrilatère.
7. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon la revendication 6, dans lequel le quadrilatère possède un côté s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe principal (28) et/ou un côté s'étendant selon une direction parallèle à l'axe principal (28).
8. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon l'une des revendications 5 à 7 , dans lequel la première rangée de premiers conduits (181) et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits (182) comprend des conduits en forme de cylindre droit.
9. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la première rangée de premiers conduits (181) et/ou la deuxième rangée de deuxièmes conduits (184) comprend au moins un conduit (184) en forme de cylindre dont une génératrice (184g) s'étend selon une direction comprenant une composante tangentielle (184gt) et/ou axiale (184 ga) non nulle.
10. Dispositif d'injection (25) de carburant (71) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un actionneur (200) du dispositif de modification de flux (170) qui est commandé par une pression d'un circuit (41) de carburant.
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