FR3122720A1 - DIFFUSION CONE FOR THE REAR PART OF A TURBOJET INTEGRATING AN AIR AND FUEL INJECTION SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Un cône de diffusion (33) pour partie arrière de turboréacteur comprend une paroi annulaire (46) convergeant dans une direction allant d’une base (50) vers un côté opposé et délimitant un espace interne (48) ouvert du côté de la base (50), une paroi transversale d’extrémité aval (64) fermant l’espace interne (48) du côté opposé à la base (50), et un système d’injection d’air et de carburant (70) débouchant au travers de la paroi transversale d’extrémité aval (64) et comprenant une douille centrale (72), configurée pour recevoir un injecteur de carburant (74) et débouchant dans un espace de prémélange (76), et une vrille d’air centrale (78) débouchant dans l’espace de prémélange. En fonctionnement, le mélange d’air et de carburant issu du système d’injection permet de stabiliser la flamme dans le cœur d’un canal de postcombustion, et, de manière générale, d’améliorer la carburation dans cette zone. Figure pour l’abrégé : Figure 3A diffusion cone (33) for the rear part of a turbojet engine comprises an annular wall (46) converging in a direction going from a base (50) towards an opposite side and delimiting an internal space (48) open on the side of the base ( 50), a downstream end transverse wall (64) closing the internal space (48) on the side opposite the base (50), and an air and fuel injection system (70) emerging through the downstream end transverse wall (64) and comprising a central socket (72), configured to receive a fuel injector (74) and opening into a premix space (76), and a central air auger (78) opening into the premix space. In operation, the mixture of air and fuel from the injection system stabilizes the flame in the heart of a post-combustion channel, and generally improves carburetion in this area. Figure for abstract: Figure 3
Description
La présente invention se rapporte au domaine des turboréacteurs destinés à la propulsion des aéronefs, et comprenant un canal de postcombustion. Elle concerne plus particulièrement un cône de diffusion pour partie arrière de turboréacteur, une partie arrière de turboréacteur comprenant un tel cône de diffusion, et un turboréacteur comprenant cette dernière.The present invention relates to the field of turbojet engines intended for the propulsion of aircraft, and comprising a postcombustion channel. It relates more particularly to a diffusion cone for the rear part of a turbojet engine, a rear part of a turbojet engine comprising such a diffusion cone, and a turbojet engine comprising the latter.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR ART
Des turboréacteurs de type connu, notamment ceux destinés au vol supersonique, comprennent dans leur partie arrière, également dénommée arrière-corps, un canal de postcombustion, également dénommé « canal de réchauffe », dans lequel le flux de gaz issu de la turbine peut subir une nouvelle combustion grâce à l’oxygène restant en son sein, avant de se détendre dans une tuyère d’éjection.Turbojet engines of known type, in particular those intended for supersonic flight, comprise in their rear part, also called after-body, a post-combustion channel, also called "heating channel", in which the flow of gas from the turbine can undergo a new combustion thanks to the oxygen remaining within it, before expanding in an ejection nozzle.
Ce canal est délimité intérieurement par un cône de sortie de turbine, appelé cône de diffusion, dont la forme convergeant vers l’aval permet d’accroître progressivement la section d’écoulement des gaz en sortie de turbine et donc de ralentir ledit écoulement.This channel is delimited internally by a turbine outlet cone, called a diffusion cone, whose shape converging downstream makes it possible to gradually increase the flow section of the gases at the turbine outlet and therefore to slow down said flow.
Outre sa fonction de conformation interne du canal, le cône de diffusion a généralement pour fonction additionnelle de limiter des phénomènes vibratoires nuisibles connus sous le nom de « screech » dans la terminologie anglo-saxonne, au moyen de séries de trous débouchants ou non, dits « trous anti-screech », pratiqués dans la partie aval du cône de diffusion et/ou au moyen d’un ou plusieurs caissons anti-vibrations, dits « caissons anti-screech », rapportés sur la surface interne du cône de diffusion.In addition to its function of internal conformation of the channel, the diffusion cone generally has the additional function of limiting harmful vibratory phenomena known under the name of "screech" in English terminology, by means of series of through holes or not, called “anti-screech holes”, made in the downstream part of the diffusion cone and/or by means of one or more anti-vibration boxes, called “anti-screech boxes”, attached to the internal surface of the diffusion cone.
Des dispositifs d’injection de carburant en forme de bras sont en général agencés à l’entrée du canal de combustion, par exemple autour du cône de diffusion, pour diffuser du carburant vers l’aval en direction d’un dispositif accroche-flammes destiné à stabiliser la flamme au sein du canal de post-combustion.Fuel injection devices in the form of arms are generally arranged at the inlet of the combustion channel, for example around the diffusion cone, to diffuse fuel downstream in the direction of a flame holder intended to stabilize the flame within the post-combustion channel.
Un tel dispositif accroche-flammes comprend typiquement une rangée annulaire de bras accroche-flammes s’étendant radialement, destinés à favoriser une propagation radiale de la flamme le long de chacun des bras, et un anneau accroche-flammes reliant ces derniers deux-à-deux pour favoriser une propagation circonférentielle de la flamme, de bras en bras.Such a flame holder device typically comprises an annular row of flame holder arms extending radially, intended to promote radial propagation of the flame along each of the arms, and a flame holder ring connecting the latter two-to- two to promote circumferential propagation of the flame, from arm to arm.
Un tel dispositif présente une aptitude limitée à carburer le cœur du canal de postcombustion et donc à permettre une combustion satisfaisante dans cette zone lors du fonctionnement de la postcombustion, ce qui se traduit dans certains cas par un profil thermique en sortie de tuyère présentant un creux en son centre, pouvant nuire à la poussée du turboréacteur.Such a device has a limited ability to carburize the core of the postcombustion channel and therefore to allow satisfactory combustion in this zone during operation of the postcombustion, which results in certain cases in a thermal profile at the outlet of the nozzle having a hollow in its center, which could affect the thrust of the turbojet engine.
Dans ce contexte, il existe un besoin pour une partie arrière de turboréacteur améliorée.In this context, there is a need for an improved turbojet rear part.
L’invention propose à cet effet un cône de diffusion pour partie arrière de turboréacteur comprenant :The invention proposes for this purpose a diffusion cone for the rear part of a turbojet comprising:
- une paroi annulaire, de forme convergeant dans une direction allant d’une base du cône de diffusion vers un côté opposé du cône de diffusion, et délimitant un espace interne du cône de diffusion ouvert du côté de la base ; etan annular wall, of shape converging in a direction going from a base of the diffusion cone towards an opposite side of the diffusion cone, and delimiting an internal space of the diffusion cone open on the side of the base; and
- une paroi transversale d’extrémité aval fermant l’espace interne du cône de diffusion du côté opposé à la base.a downstream end transverse wall closing the internal space of the diffusion cone on the side opposite the base.
Le cône de diffusion comprend en outre un système d’injection d’air et de carburant débouchant au travers de la paroi transversale d’extrémité aval et comprenant au moins :The diffusion cone further comprises an air and fuel injection system emerging through the downstream end transverse wall and comprising at least:
- une douille centrale, configurée pour recevoir un injecteur de carburant, et débouchant dans un espace de prémélange délimité par le système d’injection ; eta central socket, configured to receive a fuel injector, and opening into a premix space delimited by the injection system; and
- une vrille d’air centrale débouchant dans l’espace de prémélange.a central air spin exiting into the premix space.
En fonctionnement au sein d’une partie arrière de turboréacteur, le mélange d’air et de carburant issu du système d’injection d’un tel cône de diffusion permet de stabiliser la flamme dans le cœur du canal de postcombustion, et, de manière générale, de remédier au problème de déficit de carburation dans cette zone. In operation within a rear part of a turbojet engine, the mixture of air and fuel resulting from the injection system of such a diffusion cone makes it possible to stabilize the flame in the heart of the postcombustion channel, and, so general, to remedy the problem of fuel shortage in this area .
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le dispositif de liaison présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to other advantageous aspects of the invention, the connecting device has one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
- la vrille d’air centrale présente une entrée d’air débouchant dans l’espace interne du cône de diffusion ; the central air spinner has an air inlet opening into the internal space of the diffusion cone;
- le système d’injection comprend en outre une vrille d’air périphérique agencée autour de la vrille d’air centrale et de l’espace de prémélange ; the injection system further comprises a peripheral air swirl arranged around the central air swirl and the premixing space;
- la vrille d’air périphérique présente une entrée d’air débouchant dans l’espace interne du cône de diffusion ; the peripheral air swirl has an air inlet opening into the internal space of the diffusion cone;
- comportant en outre des passages d’air présentant chacun une entrée d’air débouchant au travers de la paroi annulaire du cône de diffusion et une sortie d’air débouchant dans une entrée d’air de la vrille d’air périphérique ;further comprising air passages each having an air inlet opening through the annular wall of the diffusion cone and an air outlet opening into an air inlet of the peripheral air spinner;
- au moins l’un des passages d’air comporte une entrée d’air auxiliaire configurée pour mettre en communication l’espace interne du cône de diffusion avec une région du passage d’air distante de l’entrée d’air du passage d’air, et pour dévier de l’air issu de l’espace interne en direction de la vrille d’air périphérique, au sein du passage d’air ;at least one of the air passages comprises an auxiliary air inlet configured to place the internal space of the diffusion cone in communication with a region of the air passage remote from the air inlet of the passage of air, and to deflect air from the internal space in the direction of the peripheral air swirl, within the air passage;
- chacun des passages d’air est de forme tubulaire et les entrées d’air respectives des passages d’air sont des orifices à bords arrondis formés dans la paroi annulaire du cône de diffusion.each of the air passages is tubular in shape and the respective air inlets of the air passages are round-edged orifices formed in the annular wall of the diffuser cone.
L’invention concerne également une partie arrière de turboréacteur, comprenant un canal de postcombustion, un cône de diffusion du type décrit ci-dessus délimitant intérieurement ledit canal, et une canalisation de carburant présentant, à une extrémité, un injecteur de carburant monté dans la douille centrale du système d’injection de carburant pour injecter du carburant dans l’espace de prémélange.The invention also relates to a rear part of a turbojet engine, comprising an afterburner channel, a diffusion cone of the type described above delimiting said channel internally, and a fuel pipe having, at one end, a fuel injector mounted in the fuel injection system center socket to inject fuel into the premix space.
De préférence, la partie arrière de turboréacteur comprend en outre un carter arrière de turbine comprenant une paroi externe de carter, de forme annulaire, une paroi externe de moyeu, de forme annulaire, et des bras agencés en amont du canal de postcombustion et reliant la paroi externe de carter à la paroi externe de moyeu.Preferably, the rear part of the turbojet further comprises a rear turbine casing comprising an outer casing wall, of annular shape, an outer hub wall, of annular shape, and arms arranged upstream of the postcombustion channel and connecting the casing outer wall to hub outer wall.
De préférence, la canalisation de carburant chemine au sein de l’un des bras du carter arrière de turbine.Preferably, the fuel line runs within one of the arms of the rear turbine housing.
L’invention concerne également un turboréacteur pour aéronef, comprenant un cône de diffusion du type décrit ci-dessus ou une partie arrière du type décrit ci-dessus.The invention also relates to a turbojet engine for an aircraft, comprising a diffusion cone of the type described above or a rear part of the type described above.
L’invention sera mieux comprise, et d’autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood, and other details, advantages and characteristics thereof will appear on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the appended drawings in which:
Dans l’ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.In all of these figures, identical references may designate identical or similar elements.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉSDETAILED DISCUSSION OF PREFERRED EMBODIMENTS
La
Dans l’ensemble de cette description, la direction axiale X est la direction de l’axe longitudinal 11 du turboréacteur. Sauf lorsqu’il en est stipulé autrement, la direction radiale R est en tout point une direction orthogonale à l’axe longitudinal 11 et passant par ce dernier, et la direction circonférentielle C (parfois dénommée direction azimutale ou ortho-radiale) est en tout point une direction orthogonale à la direction radiale R et à l’axe longitudinal 11. Les qualificatifs « amont » et « aval » sont définis par référence à une direction générale D de l’écoulement des gaz dans le turboréacteur 10.Throughout this description, the axial direction X is the direction of the longitudinal axis 11 of the turbojet. Except where otherwise stipulated, the radial direction R is at all points a direction orthogonal to the longitudinal axis 11 and passing through the latter, and the circumferential direction C (sometimes referred to as the azimuthal or ortho-radial direction) is at all points point a direction orthogonal to the radial direction R and to the longitudinal axis 11. The qualifiers “upstream” and “downstream” are defined by reference to a general direction D of the flow of gases in the turbojet engine 10.
À titre illustratif, un tel turboréacteur 10 comprend, de l’amont vers l’aval, une entrée d’air 12, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20, une turbine basse pression 22, un canal de postcombustion 24, et une tuyère 26 à géométrie variable, par exemple de type convergente-divergente. En sortie de la turbine basse pression 22 se trouve un carter arrière 27, parfois dénommé TRF d’après la terminologie anglo-saxonne « Turbine Rear Frame », comprenant une paroi externe de carter de forme annulaire, un moyeu, et des bras structuraux reliant la paroi externe de carter au moyeu. En aval du carter arrière 27 se trouve un carter de canal de postcombustion 28 entourant le canal de postcombustion 24. De plus, une virole de séparation de flux 30, couramment dénommée « confluence », s’étend vers l’aval dans le prolongement de la paroi externe de carter du carter arrière 27, à l’intérieur du carter 28, concentriquement à ce dernier, de manière à délimiter extérieurement l’entrée du canal de postcombustion 24 et à délimiter, avec le carter 28, un espace annulaire 32. Ces organes du turboréacteur sont tous centrés selon l’axe longitudinal 11 de celui-ci.By way of illustration, such a turbojet engine 10 comprises, from upstream to downstream, an air inlet 12, a low pressure compressor 14, a high pressure compressor 16, a combustion chamber 18, a high pressure turbine 20, a low pressure turbine 22, a postcombustion channel 24, and a variable geometry nozzle 26, for example of the convergent-divergent type. At the outlet of the low pressure turbine 22 is a rear casing 27, sometimes called TRF according to the Anglo-Saxon terminology "Turbine Rear Frame", comprising an outer casing wall of annular shape, a hub, and structural arms connecting the outer wall of the housing to the hub. Downstream of the rear casing 27 is a post-combustion channel casing 28 surrounding the post-combustion channel 24. In addition, a flow separation shroud 30, commonly called "confluence", extends downstream in the extension of the outer casing wall of the rear casing 27, inside the casing 28, concentrically to the latter, so as to delimit the entrance to the postcombustion channel 24 on the outside and to delimit, with the casing 28, an annular space 32. These members of the turbojet engine are all centered along the longitudinal axis 11 thereof.
De manière bien connue, le compresseur haute pression 16, la chambre de combustion 18, et les turbines haute pression 20 et basse pression 22, définissent une veine primaire PF. Cette dernière est entourée par une veine secondaire SF de la turbomachine qui s’étend de l’amont vers l’aval, à partir d’une sortie du compresseur basse pression 14 jusqu’à une extrémité aval de la virole de séparation de flux 30, et qui inclut donc l’espace annulaire 32 précité.As is well known, the high pressure compressor 16, the combustion chamber 18, and the high pressure 20 and low pressure 22 turbines define a primary stream PF. The latter is surrounded by a secondary stream SF of the turbomachine which extends from upstream to downstream, from an outlet of the low pressure compressor 14 to a downstream end of the flow separation shroud 30 , and which therefore includes the aforementioned annular space 32.
Enfin, un cône de diffusion 33 s’étend vers l’aval dans le prolongement du moyeu du carter arrière 27, de manière à délimiter intérieurement l’entrée du canal de postcombustion 24.Finally, a diffusion cone 33 extends downstream in the extension of the hub of the rear casing 27, so as to internally delimit the inlet of the post-combustion channel 24.
Ainsi, en fonctionnement, de l’air F1 qui est entré par l’entrée d’air 12 et qui a été comprimé par le compresseur basse pression 14, se divise ensuite en un flux primaire F2 qui circule dans la veine primaire PF et en un flux secondaire F3 qui circule dans la veine secondaire SF. Le flux primaire F2 est alors comprimé davantage dans le compresseur haute pression 16, puis mélangé à du carburant et enflammé dans la chambre de combustion 18, avant de subir une détente dans la turbine haute pression 20 puis dans la turbine basse pression 22.Thus, in operation, the air F1 which has entered through the air inlet 12 and which has been compressed by the low pressure compressor 14, is then divided into a primary flow F2 which circulates in the primary stream PF and into a secondary flow F3 which circulates in the secondary vein SF. The primary flow F2 is then compressed further in the high pressure compressor 16, then mixed with fuel and ignited in the combustion chamber 18, before undergoing expansion in the high pressure turbine 20 then in the low pressure turbine 22.
Les gaz de combustion constituant le flux primaire F2 en sortie de la turbine, et le flux secondaire F3, se mélangent au sein du canal de postcombustion 24 à partir de l’extrémité aval de la virole de séparation de flux 30, et constituent ainsi un flux de gaz d’échappement F4 qui poursuit sa circulation dans le canal de postcombustion 24 puis s’échappe du turboréacteur 10 au travers de la sortie délimitée par la tuyère 26.The combustion gases constituting the primary flow F2 at the outlet of the turbine, and the secondary flow F3, mix within the postcombustion channel 24 from the downstream end of the flow separation shroud 30, and thus constitute a flow of exhaust gas F4 which continues its circulation in the post-combustion channel 24 then escapes from the turbojet engine 10 through the outlet delimited by the nozzle 26.
En régime de fonctionnement avec postcombustion, par exemple pour propulser un aéronef à des vitesses supersoniques, du carburant est injecté dans le flux de gaz au sein du canal de postcombustion 24, et le mélange ainsi constitué est enflammé au sein de ce canal afin de générer un surcroît de poussée.In operating regime with post-combustion, for example to propel an aircraft at supersonic speeds, fuel is injected into the gas flow within the post-combustion channel 24, and the mixture thus formed is ignited within this channel in order to generate more thrust.
À cet effet, des dispositifs d’injection de carburant 34 en forme générale de bras sont agencés à l’entrée du canal de postcombustion 24 pour injecter du carburant vers l’aval en direction d’un dispositif accroche-flammes 36 destiné à favoriser la stabilisation des flammes.To this end, fuel injection devices 34 in the general shape of arms are arranged at the inlet of the post-combustion channel 24 to inject fuel downstream in the direction of a flame holder device 36 intended to promote the flame stabilization.
La
Les bras accroche-flammes 38 sont destinés à favoriser une propagation radiale de la flamme le long de chacun des bras, tandis que l’anneau accroche-flammes 42 est destiné à favoriser une propagation circonférentielle de la flamme, de bras en bras. Dans l’exemple illustré sur la
Les bras accroche-flammes 38 comprennent en général des moyens pour faire circuler en leur sein de l’air relativement frais, issu de la veine secondaire SF, afin d’assurer la protection thermique des bras accroche-flammes. Ces bras comprennent par exemple chacun un dispositif de protection thermique 39 apte à canaliser l’air frais issu de la veine secondaire. Dans certains cas, tels que l’exemple illustré, les bras accroche-flammes 38 comprennent en outre des moyens d’injection de carburant 41.The flame-holder arms 38 generally include means for causing relatively cool air to circulate within them, coming from the secondary stream SF, in order to ensure the thermal protection of the flame-holder arms. These arms each include, for example, a thermal protection device 39 capable of channeling the fresh air from the secondary vein. In some cases, such as the example shown, the flame holder arms 38 further comprise fuel injection means 41.
L’anneau accroche-flammes 42 présente une section concave en direction de l’aval, globalement en C ou en V, définissant ainsi deux branches 42A, 42B raccordées l’une à l’autre du côté amont, et présentant à l’aval des extrémités libres qui favorisent, en fonctionnement, l’apparition de zones de recirculation du flux de gaz, contribuant à la stabilisation de la flamme. L’anneau accroche-flammes 42 comporte en général également des moyens pour faire circuler en son sein de l’air frais issu de la veine secondaire SF, et dans certains cas, tels que l’exemple illustré, des moyens d’injection de carburant 43. L’anneau accroche-flammes 42 comporte typiquement un écran de protection thermique 45 agencé entre les branches 42A et 42B pour canaliser l’air frais issu de la veine secondaire et protéger ainsi l’anneau 42 du côté aval vis-à-vis des gaz chauds environnants et du rayonnement thermique de la flamme.The flameholder ring 42 has a concave section in the downstream direction, generally C or V, thus defining two branches 42A, 42B connected to each other on the upstream side, and presenting downstream free ends which favor, in operation, the appearance of recirculation zones of the gas flow, contributing to the stabilization of the flame. The flameholder ring 42 generally also comprises means for circulating within it fresh air from the secondary stream SF, and in some cases, such as the example illustrated, fuel injection means 43. The flame holder ring 42 typically includes a thermal protection screen 45 arranged between the branches 42A and 42B to channel the fresh air from the secondary stream and thus protect the ring 42 on the downstream side vis-à-vis surrounding hot gases and heat radiation from the flame.
En ce qui concerne le cône de diffusion 33, ce dernier est principalement constitué d’une paroi annulaire 46 de forme convergeant vers l’aval délimitant un espace interne 48 du cône de diffusion, et présente à son extrémité amont une base 50, par exemple formée d’une bride annulaire 52, fixée sur une virole d’extrémité aval 54 du carter arrière 27, laquelle virole 54 s’étend radialement vers l'intérieur à partir d’une extrémité aval d’une paroi externe de moyeu 56, de forme annulaire, délimitant extérieurement le moyeu 27B du carter arrière 27. L’espace interne 48 est en général ouvert du côté de la base 50 pour permettre l’admission d’air frais au sein dudit espace. Du côté aval, le cône de diffusion 33 présente un sommet tronqué définissant un bord de fuite annulaire 58.As regards the diffusion cone 33, the latter consists mainly of an annular wall 46 of shape converging downstream defining an internal space 48 of the diffusion cone, and has at its upstream end a base 50, for example formed of an annular flange 52, fixed to a downstream end shroud 54 of the rear casing 27, which shroud 54 extends radially inwards from a downstream end of an outer hub wall 56, from annular shape, externally delimiting the hub 27B of the rear casing 27. The internal space 48 is generally open on the side of the base 50 to allow the admission of fresh air within said space. On the downstream side, the diffusion cone 33 has a truncated apex defining an annular trailing edge 58.
Outre sa fonction consistant à conformer intérieurement l’entrée du canal de postcombustion 24 dans le prolongement de la veine primaire PF de manière à accroître progressivement la section d’écoulement des gaz issus de la turbine, le cône de diffusion 33 est en outre destiné à limiter des phénomènes vibratoires nuisibles connus sous le nom de « screech », qui concernent des résonances à haute fréquence favorisées par la post-combustion. Pour limiter de tels phénomènes, le cône de diffusion 33 est par exemple pourvu de trous 60 débouchants ou non, dits « trous anti-screech », pratiqués dans la partie aval de la paroi annulaire du cône de diffusion, et au moyen d’un caisson 62, dit « caisson anti-screech », rapporté sur une surface interne du cône de diffusion 33, par exemple sur la surface interne d’une paroi transversale d’extrémité aval 64 du cône de diffusion 33, destinée à fermer le sommet tronqué du cône de diffusion et au-delà de laquelle le bord de fuite annulaire 58 est formé en saillie vers l’aval et radialement vers l'intérieur. La paroi transversale d’extrémité aval 64 est typiquement également pourvue de trous anti-screech 60 en regard de la paroi constituant le caisson anti-screech 62.In addition to its function of conforming the inlet of the postcombustion channel 24 internally in the extension of the primary stream PF so as to gradually increase the flow section of the gases coming from the turbine, the diffusion cone 33 is also intended to limit harmful vibratory phenomena known as "screech", which concern high-frequency resonances favored by post-combustion. To limit such phenomena, the diffusion cone 33 is for example provided with through holes 60 or not, called "anti-screech holes", made in the downstream part of the annular wall of the diffusion cone, and by means of a box 62, called "anti-screech box", attached to an internal surface of the diffusion cone 33, for example on the internal surface of a downstream end transverse wall 64 of the diffusion cone 33, intended to close the truncated top of the diffusion cone and beyond which the annular trailing edge 58 is formed projecting downstream and radially inward. The downstream end transverse wall 64 is typically also provided with anti-screech holes 60 facing the wall constituting the anti-screech box 62.
Le cône de diffusion est en général ventilé au moyen d’un flux d’air, correspondant aux flèches 66 de la
Cela ne fait bien entendu pas obstacle à ce qu’une autre partie du flux d’air prélevé dans la veine secondaire soit évacuée dans la veine primaire PF au travers d’ouvertures 68 ménagées dans les bras 67 du carter arrière 27. De plus, une partie du flux d’air 66 issu des bras du carter arrière 27 peut être utilisée pour refroidir des composants du turboréacteur tels qu’un ou plusieurs paliers.This of course does not preclude another part of the air flow taken from the secondary stream from being evacuated into the primary stream PF through openings 68 made in the arms 67 of the rear casing 27. In addition, part of the airflow 66 from the arms of the rear casing 27 can be used to cool components of the turbojet such as one or more bearings.
Toutefois, il est en général souhaitable d’améliorer la carburation de la flamme au cœur 24A du canal de postcombustion 24.However, it is generally desirable to improve the carburization of the flame at the core 24A of the afterburner channel 24.
À cet effet, en référence aux figures 3 et 3A, un cône de diffusion 33 selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention comprend en outre un système d’injection d’air et de carburant 70 débouchant au travers de la paroi transversale d’extrémité aval 64, en étant préférentiellement centré sur l’axe longitudinal 11 du turboréacteur. Ce système d’injection peut être d’un type comparable à certains systèmes d’injection équipant les chambres de combustion dans les turboréacteurs.To this end, with reference to FIGS. 3 and 3A, a diffusion cone 33 according to a first preferred embodiment of the invention further comprises an air and fuel injection system 70 emerging through the transverse wall downstream end 64, preferably being centered on the longitudinal axis 11 of the turbojet. This injection system may be of a type comparable to certain injection systems fitted to the combustion chambers in turbojet engines.
Ainsi, le système d’injection 70 comprend une douille centrale 72, configurée pour recevoir un injecteur de carburant 74, et débouchant dans un espace de prémélange 76 délimité par le système d’injection. L’injecteur de carburant 74 se termine typiquement par une buse 77 pour diffuser du carburant sous la forme d’un jet évasé.Thus, the injection system 70 comprises a central socket 72, configured to receive a fuel injector 74, and opening into a premixing space 76 delimited by the injection system. The fuel injector 74 typically terminates in a nozzle 77 to dispense fuel in the form of a flared jet.
Le système d’injection 70 comprend en outre une vrille d’air centrale 78 présentant une entrée débouchant dans l’espace interne 48 du cône de diffusion, et une sortie débouchant dans l’espace de prémélange 76, pour injecter un flux d’air tourbillonnant central dans l’espace de prémélange 76 et permettre ainsi un prémélange de ce flux d’air avec du carburant issu de l’injecteur de carburant 74. Une telle vrille d’air, dénommée « swirler » dans la terminologie anglo-saxonne, comprend typiquement une rangée annulaire de canaux séparés les uns des autres par des ailettes inclinées de manière à conférer un caractère tourbillonnant au flux d’air traversant la vrille d’air.The injection system 70 further comprises a central air swirler 78 having an inlet opening into the internal space 48 of the diffusion cone, and an outlet opening into the premix space 76, to inject a flow of air central swirl in the premixing space 76 and thus allow premixing of this air flow with fuel from the fuel injector 74. Such an air spin, called "swirler" in Anglo-Saxon terminology, typically comprises an annular row of channels separated from each other by angled fins so as to impart a swirling character to the airflow passing through the air spinner.
Le système d’injection 70 comprend par exemple une paroi convergente-divergente 80, couramment dénommée « venturi », délimitant extérieurement l’espace de prémélange 76 immédiatement en aval de la sortie de la vrille d’air centrale 78, et une paroi 82 évasée vers l’aval, délimitant extérieurement l’espace de prémélange 76 en aval de la paroi convergente-divergente 80.The injection system 70 comprises for example a convergent-divergent wall 80, commonly called "venturi", externally delimiting the premixing space 76 immediately downstream of the outlet of the central air swirler 78, and a flared wall 82 downstream, externally delimiting the premixing space 76 downstream of the convergent-divergent wall 80.
Dans l’exemple illustré, le système d’injection 70 comprend en outre une vrille d’air périphérique 84 agencée autour de la vrille d’air centrale 78 et de l’espace de prémélange 76, et présentant une entrée débouchant dans l’espace interne 48 du cône de diffusion, et une sortie débouchant au travers de la paroi transversale d’extrémité aval 64 du cône de diffusion, pour injecter un flux d’air tourbillonnant périphérique au travers de ladite sortie. La sortie de la vrille d’air périphérique 84 est par exemple délimitée extérieurement par un bol 86, c'est-à-dire une paroi évasée vers l’aval, pourvu d’une collerette 88 de protection thermique. À titre d’exemple, des orifices de passage d’air 90 formés dans la paroi transversale d’extrémité aval 64 en regard de la collerette 88 permettent un refroidissement de cette dernière.In the example illustrated, the injection system 70 further comprises a peripheral air swirler 84 arranged around the central air swirler 78 and the premix space 76, and having an inlet opening into the space internal 48 of the diffusion cone, and an outlet opening through the downstream end transverse wall 64 of the diffusion cone, to inject a flow of peripheral swirling air through said outlet. The outlet of the peripheral air swirl 84 is for example delimited externally by a bowl 86, that is to say a flared wall towards the downstream, provided with a collar 88 for thermal protection. By way of example, air passage orifices 90 formed in the downstream end transverse wall 64 facing the collar 88 allow the latter to be cooled.
La vrille d’air périphérique 84 est par exemple formée d’un seul tenant avec la paroi transversale d’extrémité aval 64, cette dernière étant par exemple rapportée par boulonnage sur une bride annulaire 92 formée à l’extrémité aval de la paroi annulaire 46 du cône de diffusion. Le bord de fuite 58 du cône de diffusion est par exemple formé d’un seul tenant avec la paroi transversale d’extrémité aval 64.The peripheral air swirler 84 is for example formed in one piece with the downstream end transverse wall 64, the latter being for example attached by bolting to an annular flange 92 formed at the downstream end of the annular wall 46 of the diffusion cone. The trailing edge 58 of the diffusion cone is for example formed in one piece with the downstream end transverse wall 64.
Par ailleurs, l’injecteur de carburant 74 est par exemple constitué par l’extrémité libre d’une canalisation de carburant 94 cheminant depuis l’intérieur d’un bras 67 du carter arrière 27 jusque dans l’espace interne 48 du cône de diffusion en passant par le moyeu du carter arrière 27 délimité extérieurement par la paroi externe de moyeu 56.Furthermore, the fuel injector 74 is for example constituted by the free end of a fuel pipe 94 running from the inside of an arm 67 of the rear casing 27 into the internal space 48 of the diffusion cone passing through the hub of the rear casing 27 delimited on the outside by the outer wall of the hub 56.
Une telle canalisation de carburant 94 peut bien entendu être formée de plusieurs segments assemblés bout-à-bout, pour faciliter les opérations de montage, de démontage, et de maintenance du turboréacteur.Such a fuel line 94 can of course be formed of several segments assembled end-to-end, to facilitate the assembly, disassembly and maintenance operations of the turbojet engine.
Du fait de l’agencement du système d’injection 70 au centre de la paroi transversale d’extrémité aval 64, cette dernière ne comporte pas de caisson anti-screech tel que le caisson 62 visible sur la
En fonctionnement, une partie de l’air 66 issu de la veine secondaire SF, et ayant atteint l’espace interne 48 du cône de diffusion, pénètre dans la vrille d’air centrale 78 par l’entrée de cette dernière, et forme en sortie de celle-ci un flux d’air tourbillonnant central qui se mélange au sein de l’espace de prémélange 76 avec un jet de carburant issu de l’injecteur de carburant 74. Le mélange tourbillonnant d’air et de carburant ainsi constitué est injecté dans le cœur 24A du canal de postcombustion.In operation, part of the air 66 coming from the secondary stream SF, and having reached the internal space 48 of the diffusion cone, enters the central air swirler 78 through the inlet of the latter, and forms exit therefrom a central swirling flow of air which mixes within the premix space 76 with a jet of fuel from the fuel injector 74. The swirling mixture of air and fuel thus formed is injected into the core 24A of the afterburner channel.
Le cas échéant, une autre partie de l’air 66 issu de la veine secondaire SF, et ayant atteint l’espace interne 48 du cône de diffusion, pénètre dans la vrille d’air périphérique 84 par l’entrée de cette dernière, et forme en sortie de celle-ci un flux d’air tourbillonnant périphérique qui est lui aussi injecté dans le cœur 24A du canal de postcombustion et s’y mélange avec le mélange tourbillonnant d’air et carburant issu de l’espace de prémélange 76.If necessary, another part of the air 66 coming from the secondary vein SF, and having reached the internal space 48 of the diffusion cone, enters the peripheral air swirler 84 through the inlet of the latter, and forms at the outlet of the latter a peripheral swirling air flow which is also injected into the heart 24A of the post-combustion channel and mixes there with the swirling mixture of air and fuel from the premixing space 76.
Le mélange d’air et de carburant issu du système d’injection 70 permet de stabiliser la flamme dans le cœur 24A du canal de postcombustion, et, de manière générale, de remédier au problème de déficit de carburation dans cette zone. Il est à noter que l’initiation d’une telle flamme se fait par ailleurs de manière conventionnelle, par exemple au niveau d’un ou plusieurs des bras accroche-flammes 38 et/ou au niveau de l’anneau accroche-flammes 42, et la propagation de cette flamme s’effectue de manière conventionnelle au moyen de ces dispositifs.The mixture of air and fuel from the injection system 70 makes it possible to stabilize the flame in the heart 24A of the post-combustion channel, and, in general, to remedy the problem of carburetion deficit in this zone. It should be noted that the initiation of such a flame is also done in a conventional manner, for example at the level of one or more of the flame-holder arms 38 and/or at the level of the flame-holder ring 42, and the propagation of this flame is carried out in a conventional manner by means of these devices.
Moyennant un débit et une vitesse de circulation appropriés de l’air au travers de la vrille d’air centrale 78 et, le cas échéant, de la vrille d’air périphérique 84, le caractère tourbillonnant du mélange d’air et de carburant permet de générer une zone de recirculation dans le sillage du système d’injection 70. Le dimensionnement de ces paramètres de débit et vitesse se fait de manière analogue à ce qui se fait dans le cadre des systèmes d’injection des chambres de combustion, et relève donc des connaissances de l’homme du métier.With the appropriate flow rate and velocity of air flow through the central air swirler 78 and, if applicable, the peripheral air swirler 84, the swirling nature of the air and fuel mixture allows to generate a recirculation zone in the wake of the injection system 70. The dimensioning of these flow rate and speed parameters is done in a manner analogous to what is done in the context of combustion chamber injection systems, and falls under therefore knowledge of a person skilled in the art.
La
Dans l’exemple illustré, les passages d’air 100 sont définis par des tubes orientés selon une direction inclinée vers l’axe longitudinal 11 en direction de l’aval.In the example illustrated, the air passages 100 are defined by tubes oriented in a direction inclined towards the longitudinal axis 11 in the downstream direction.
Il faut comprendre que chaque passage d’air 100 présente ainsi une sortie d’air raccordée à un canal d’air correspondant de la vrille d’air périphérique 84.It should be understood that each air passage 100 thus has an air outlet connected to a corresponding air channel of the peripheral air swirler 84.
L’entrée d’air 102 de chaque passage d’air 100 au travers de la paroi annulaire 46 du cône de diffusion présente ainsi un axe incliné vers l’axe longitudinal 11 du turboréacteur en direction de l’aval, ce qui permet de faciliter le prélèvement d’air du flux primaire F2 par le passage d’air 100. Dans le même but, chaque entrée d’air 102 est un orifice formé dans la paroi annulaire 46 et délimité par des bords 104 arrondis de manière à raccorder progressivement la paroi annulaire 46 au passage d’air 100 correspondant en évitant la présence d’angles saillants.The air inlet 102 of each air passage 100 through the annular wall 46 of the diffusion cone thus has an axis inclined towards the longitudinal axis 11 of the turbojet engine in the downstream direction, which makes it possible to facilitate the air intake from the primary flow F2 through the air passage 100. For the same purpose, each air inlet 102 is an orifice formed in the annular wall 46 and delimited by rounded edges 104 so as to gradually connect the annular wall 46 to the air passage 100 corresponding avoiding the presence of projecting angles.
Dans certains cas, il est souhaitable d’accroître le débit d’air en entrée de la vrille d’air périphérique 84. À cet effet, chacun des passages d’air 100 comporte avantageusement une entrée d’air auxiliaire 106 mettant en communication l’espace interne 48 du cône de diffusion avec une région 108 du passage d’air 100 distante de l’entrée d’air 102 du passage d’air.In some cases, it is desirable to increase the air flow at the inlet of the peripheral air swirler 84. To this end, each of the air passages 100 advantageously comprises an auxiliary air inlet 106 communicating the internal space 48 of the diffusion cone with a region 108 of the air passage 100 remote from the air inlet 102 of the air passage.
L’entrée d’air auxiliaire 106 est délimitée par une cheminée 110 s’étendant en saillie vers l’intérieur du passage d’air 100 et incurvée dans une direction allant de l’entrée d’air du passage d’air 100 vers l’entrée d’air de la vrille d’air périphérique 84.The auxiliary air inlet 106 is delimited by a chimney 110 projecting inwardly from the air passage 100 and curved in a direction going from the air inlet of the air passage 100 towards the air inlet of the peripheral air spinner 84.
En fonctionnement, du fait de pressions d’air généralement supérieures au sein de l’espace interne 48 du cône de diffusion par comparaison avec le flux primaire F2 circulant autour du cône de diffusion, de l’air présent dans l’espace interne 48 pénètre dans les passages d’air 100 par les entrées d’air auxiliaires 106 en étant guidé par les cheminées 110. La circulation de l’air ainsi dévié par les cheminées 110 favorise l’aspiration, par effet venturi, de gaz issu du flux primaire par les entrées 102 des passages d’air 100.In operation, due to generally higher air pressures within the internal space 48 of the diffusion cone compared with the primary flow F2 circulating around the diffusion cone, air present in the internal space 48 penetrates in the air passages 100 by the auxiliary air inlets 106 while being guided by the chimneys 110. The circulation of the air thus deflected by the chimneys 110 promotes the suction, by venturi effect, of gas from the primary flow through the inlets 102 of the air passages 100.
Dans d’autres modes de réalisation, le système d’injection d’air et de carburant peut en outre comporter un dispositif d’injection de carburant additionnel, de type multipoint ou analogue, configuré pour injecter du carburant autour de l’espace de prémélange 76, par exemple dans un espace de prémélange périphérique agencé autour de l’espace de prémélange 76 et dans lequel débouche la vrille d’air périphérique 84. Un tel dispositif d’injection de carburant additionnel peut être conçu pour fonctionner de manière synchronisée ou désynchronisée avec l’injecteur 74 alimentant l’espace de prémélange 76.In other embodiments, the air and fuel injection system may further comprise an additional fuel injection device, of the multipoint type or the like, configured to inject fuel around the premix space 76, for example in a peripheral premixing space arranged around the premixing space 76 and into which the peripheral air swirler 84 emerges. Such an additional fuel injection device can be designed to operate in a synchronized or desynchronized manner with the injector 74 supplying the premix space 76.
Claims (10)
- une paroi annulaire (46), de forme convergeant dans une direction allant d’une base (50) du cône de diffusion vers un côté opposé du cône de diffusion, et délimitant un espace interne (48) du cône de diffusion ouvert du côté de la base (50) ; et
- une paroi transversale d’extrémité aval (64) fermant l’espace interne (48) du cône de diffusion du côté opposé à la base (50),
- une douille centrale (72), configurée pour recevoir un injecteur de carburant (74), et débouchant dans un espace de prémélange (76) délimité par le système d’injection ; et
- une vrille d’air centrale (78) débouchant dans l’espace de prémélange (76).
- an annular wall (46), of shape converging in a direction going from a base (50) of the diffusion cone towards an opposite side of the diffusion cone, and delimiting an internal space (48) of the diffusion cone open on the side of the base (50); and
- a downstream end transverse wall (64) closing the internal space (48) of the diffusion cone on the side opposite the base (50),
- a central socket (72), configured to receive a fuel injector (74), and opening into a premixing space (76) delimited by the injection system; and
- a central air swirl (78) opening into the premix space (76).
comprenant en outre un carter arrière de turbine (27) comprenant une paroi externe de carter (27A), de forme annulaire, une paroi externe de moyeu (56), de forme annulaire, et des bras (67) agencés en amont du canal de postcombustion (24) et reliant la paroi externe de carter (27A) à la paroi externe de moyeu (56), et
dans laquelle la canalisation de carburant (94) chemine au sein de l’un des bras (67) du carter arrière de turbine (27).Turbojet rear part according to claim 8,
further comprising a rear turbine casing (27) comprising an outer casing wall (27A), of annular shape, an outer hub wall (56), of annular shape, and arms (67) arranged upstream of the afterburner (24) and connecting the casing outer wall (27A) to the hub outer wall (56), and
wherein the fuel line (94) runs within one of the arms (67) of the rear turbine housing (27).
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2021
- 2021-05-04 FR FR2104630A patent/FR3122720B1/en active Active
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Legal Events
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Effective date: 20221111 |
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