FR3133645A1 - Space-saving turbojet exhaust casing - Google Patents
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Abstract
Carter d’échappement (1) de turbomachine s’étendant autour d’un axe (X) et comprenant une virole interne (5) et une virole externe (7) centrées sur l’axe (X), la virole externe (7) étant radialement plus éloignée de l’axe (X) vis-à-vis de la virole interne (5), la virole interne (5) et la virole externe (7) étant chacune annulaire et définissant entre elles une veine (3) d’écoulement d’air, la virole interne (5) et la virole externe (7) comprenant chacune une surface de veine annulaire, le carter d’échappement étant caractérisé en ce qu’au moins une des surfaces de veine s’étend autour de l’axe (X) en passant par un premier point (P1) à une première distance (D1) de l’axe (X) et un deuxième point (P2) circonférentiellement décalé du premier point (D1) et qui se situe à une deuxième distance (D2) de l’axe (X), la première distance (D1) étant différente de la deuxième distance (D2). Figure pour l’abrégé : Fig. 2Turbomachine exhaust casing (1) extending around an axis (X) and comprising an internal shroud (5) and an external shroud (7) centered on the axis (X), the external shroud (7) being radially further away from the axis (X) with respect to the internal ferrule (5), the internal ferrule (5) and the external ferrule (7) each being annular and defining between them a vein (3) d air flow, the internal ferrule (5) and the external ferrule (7) each comprising an annular vein surface, the exhaust casing being characterized in that at least one of the vein surfaces extends around the axis (X) passing through a first point (P1) at a first distance (D1) from the axis (X) and a second point (P2) circumferentially offset from the first point (D1) and which is located at a second distance (D2) from the axis (X), the first distance (D1) being different from the second distance (D2). Figure for abstract: Fig. 2
Description
L’invention concerne des turbomachines, et plus particulièrement des carters de turbomachines et notamment des carters d’échappement de turboréacteur.The invention relates to turbomachines, and more particularly to turbomachine casings and in particular to turbojet exhaust casings.
Un turboréacteur comprend généralement une soufflante, un corps comprenant à son aval, l’aval étant défini par rapport à la direction générale d’écoulement des gaz dans le turboréacteur, un carter d’échappement qui entoure à l’aval du corps, la zone d’échappement des gaz.A turbojet generally comprises a fan, a body comprising at its downstream, the downstream being defined relative to the general direction of flow of gases in the turbojet, an exhaust casing which surrounds, downstream of the body, the zone gas exhaust.
Le carter d’échappement est une pièce de stator dans la turbomachine, elle est également connue sous la désignation anglaise «Turbine Rear Frame» abrégée en TRF.The exhaust casing is a stator part in the turbomachine, it is also known by the English designation “ Turbine Rear Frame ” abbreviated to TRF.
Dans l’objectif de réduire d’une manière générale l’encombrement des pièces d’un turboréacteur, il existe un besoin de réduire l’encombrement du carter d’échappement. En particulier on cherche à en réduire l’encombrement radial, c’est-à-dire l’encombrement dans une direction transverse à l’axe du turboréacteur qui correspond à la direction verticale lorsque le turboréacteur est monté sur un aéronef. On cherche en particulier à ce que la longueur à prévoir sous l’aile pour y placer le turboréacteur diminue par rapport à l’art antérieur.With the aim of generally reducing the size of the parts of a turbojet, there is a need to reduce the size of the exhaust casing. In particular, we seek to reduce the radial bulk, that is to say the bulk in a direction transverse to the axis of the turbojet which corresponds to the vertical direction when the turbojet is mounted on an aircraft. In particular, we seek to ensure that the length required under the wing to place the turbojet engine decreases compared to the prior art.
Un but de l’invention est de proposer un carter d’échappement qui présente un encombrement réduit par rapport à l’art antérieur.An aim of the invention is to propose an exhaust casing which has a reduced bulk compared to the prior art.
Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un carter d’échappement de turbomachine s’étendant autour d’un axe, le carter d’échappement comprenant une virole interne et une virole externe centrées sur l’axe, la virole externe étant radialement plus éloignée de l’axe vis-à-vis de la virole interne, la virole interne et la virole externe étant chacune annulaire et définissant entre elles une veine d’écoulement d’air entourant l’axe, la virole interne et la virole externe comprenant chacune une surface de veine annulaire qui délimite la veine d’écoulement d’air, le carter d’échappement étant caractérisé en ce que au moins une des surfaces de veine s’étend autour de l’axe en passant par un premier point à une première distance de l’axe et un deuxième point circonférentiellement décalé du premier point et qui se situe à une deuxième distance de l’axe, la première distance étant différente de la deuxième distance.The aim is achieved in the context of the present invention thanks to a turbomachine exhaust casing extending around an axis, the exhaust casing comprising an internal shroud and an external shroud centered on the axis, the shroud external being radially further from the axis with respect to the internal ferrule, the internal ferrule and the external ferrule each being annular and defining between them an air flow vein surrounding the axis, the internal ferrule and the outer shell each comprising an annular vein surface which delimits the air flow vein, the exhaust casing being characterized in that at least one of the vein surfaces extends around the axis passing through a first point at a first distance from the axis and a second point circumferentially offset from the first point and which is located at a second distance from the axis, the first distance being different from the second distance.
Le carter selon l’invention présente parmi la virole interne et la virole externe, une virole qui n’est pas circulaire. Ce degré de liberté permet d’ajuster la forme du carter d’échappement selon les contraintes d’encombrement et de résoudre le problème mentionné ci-dessus.The casing according to the invention has, among the internal shell and the external shell, a shell which is not circular. This degree of freedom makes it possible to adjust the shape of the exhaust casing according to space constraints and to resolve the problem mentioned above.
Un tel système/procédé est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :Such a system/process is advantageously and optionally supplemented by the following different characteristics taken alone or in combination:
- un rapport d’une différence entre la première distance et la deuxième distance sur la première distance est supérieur ou égal à 5 % et inférieur ou égal à 40% ;- a ratio of a difference between the first distance and the second distance over the first distance is greater than or equal to 5% and less than or equal to 40%;
- la surface de veine passant par le premier point et le deuxième point comprend en outre une pluralité d’autres points, le premier point, le deuxième point et les autres points étant situés sur une ellipse centrée sur l’axe ;- the vein surface passing through the first point and the second point further comprises a plurality of other points, the first point, the second point and the other points being located on an ellipse centered on the axis;
- la surface de veine passant par le premier point et le deuxième point présente au moins en partie une forme polygonale, la pluralité de points formant des sommets de la forme polygonale ;- the vein surface passing through the first point and the second point has at least partly a polygonal shape, the plurality of points forming vertices of the polygonal shape;
- la virole interne présente tout autour de l’axe une forme d’une ellipse ou une forme polygonale définie par des sommets situés sur une ellipse, l‘ellipse étant définie par un rapport d’ellipse de virole interne calculé entre un premier grand axe de virole interne sur un premier petit axe de virole interne, la virole externe présentant tout autour de l’axe une forme d’une ellipse ou une forme polygonale définie par des sommets situés sur une ellipse, l’ellipse étant définie par un rapport d’ellipse de virole externe calculé entre un deuxième grand axe de virole externe sur un deuxième petit axe de virole externe, le rapport d’ellipse de virole interne et le rapport d’ellipse de virole externe étant chacun compris entre 1.05 et 1.40 ;- the internal shell presents all around the axis the shape of an ellipse or a polygonal shape defined by vertices located on an ellipse, the ellipse being defined by an internal shell ellipse ratio calculated between a first major axis of internal ferrule on a first small axis of internal ferrule, the external ferrule having all around the axis the shape of an ellipse or a polygonal shape defined by vertices located on an ellipse, the ellipse being defined by a ratio d the outer shell ellipse calculated between a second major axis of the outer shell on a second small axis of the outer shell, the inner shell ellipse ratio and the outer shell ellipse ratio each being between 1.05 and 1.40;
- le rapport d’ellipse de virole externe est compris entre 85 % et 97 % du rapport d’ellipse de virole interne ;- the external shell ellipse ratio is between 85% and 97% of the internal shell ellipse ratio;
- la surface de veine de la virole interne comprend une portion d’une première ellipse et la surface de veine de la virole externe comprend une portion d’une deuxième ellipse, la première ellipse étant différente de la deuxième ellipse ;- the vein surface of the internal ferrule comprises a portion of a first ellipse and the vein surface of the external ferrule comprises a portion of a second ellipse, the first ellipse being different from the second ellipse;
- la surface de veine de la virole interne et/ou la surface de veine de la virole externe comprend une première portion qui correspond à une portion d’une première d’ellipse et une deuxième portion qui correspond à une portion d’une deuxième ellipse, la première ellipse étant différente de la deuxième ellipse ;- the vein surface of the internal ferrule and/or the vein surface of the external ferrule comprises a first portion which corresponds to a portion of a first ellipse and a second portion which corresponds to a portion of a second ellipse , the first ellipse being different from the second ellipse;
- le carter comprend un moyeu définissant la virole interne, le carter d’échappement comprenant une pluralité de bras, chaque bras s’étendant à travers la veine d’écoulement depuis le moyeu jusqu’à la virole externe, un écart angulaire séparant des bras circonférentiellement adjacents d’une paire étant différent d’un écart angulaire séparant des bras circonférentiellement adjacents d’une autre paire ;- the casing comprises a hub defining the internal ferrule, the exhaust casing comprising a plurality of arms, each arm extending through the flow vein from the hub to the external ferrule, an angular gap separating the arms circumferentially adjacent arms of a pair being different by an angular distance separating circumferentially adjacent arms of another pair;
- le carter est configuré pour que chaque section angulaire de la veine d’écoulement s’étendant depuis un bord d’attaque d’un premier bras à un bord d’attaque d’un deuxième bras circonférentiellement adjacent au premier bras définit une superficie, et pour chaque section un rapport d’une différence entre la superficie et une superficie de référence prédéterminée sur la superficie de référence est supérieur ou égal à 5% et inférieur ou égal à 10%.- the casing is configured so that each angular section of the flow path extending from a leading edge of a first arm to a leading edge of a second arm circumferentially adjacent to the first arm defines a surface area, and for each section a ratio of a difference between the area and a predetermined reference area to the reference area is greater than or equal to 5% and less than or equal to 10%.
L’invention porte également sur une turbomachine comprenant un carter d’échappement tel qu’on vient de le décrire.The invention also relates to a turbomachine comprising an exhaust casing as just described.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and must be read with reference to the appended drawings in which:
la
les figures 2 à 4 représentent schématiquement des carters d’échappement selon différents modes de réalisation de l’invention ;Figures 2 to 4 schematically represent exhaust casings according to different embodiments of the invention;
En référence à la
La soufflante 20 et le compresseur basse pression 30 sont entrainés en rotation par la turbine basse pression 70, tandis que le compresseur haute pression 40 est entrainé en rotation par la turbine haute pression 60.The fan 20 and the low pressure compressor 30 are rotated by the low pressure turbine 70, while the high pressure compressor 40 is rotated by the high pressure turbine 60.
En fonctionnement, la soufflante 20 génère un flux secondaire C qui s’écoule à travers une veine secondaire définie par la nacelle 80.In operation, the fan 20 generates a secondary flow C which flows through a secondary vein defined by the nacelle 80.
La soufflante 20 génère également un flux primaire B qui s’écoule à travers une veine primaire situé radialement plus à l’intérieur que la veine secondaire. Le flux primaire B est comprimé par les compresseurs basse et haute pression 30 et 40 avant d’alimenter une combustion dans la chambre de combustion 50, dont l'expansion des gaz de combustion entraîne les turbines haute et basse pression 60, 70. La dernière partie de la turbomachine traversée par le flux primaire est le carter d’échappement 90.The fan 20 also generates a primary flow B which flows through a primary vein located radially further inside than the secondary vein. The primary flow B is compressed by the low and high pressure compressors 30 and 40 before supplying combustion in the combustion chamber 50, the expansion of the combustion gases drives the high and low pressure turbines 60, 70. The last part of the turbomachine crossed by the primary flow is the exhaust casing 90.
L'air propulsé par la soufflante 20 et les gaz de combustion sortant du turboréacteur 1 à travers une tuyère d’échappement en aval des turbines 60, 70 exercent une poussée de réaction sur le turboréacteur 100 et, à travers lui, sur un véhicule ou engin tel qu'un aéronef (non illustré).The air propelled by the fan 20 and the combustion gases leaving the turbojet 1 through an exhaust nozzle downstream of the turbines 60, 70 exert a reaction thrust on the turbojet 100 and, through it, on a vehicle or machine such as an aircraft (not shown).
En rapport avec les figures 2, 3 et 4 un objet de l’invention est un carter 1 d’échappement de turbomachine s’étendant autour d’un axe X.In relation to Figures 2, 3 and 4, an object of the invention is a turbomachine exhaust casing 1 extending around an axis X.
L’axe X est l’axe de la turbomachine autour duquel s’écoulent les gaz traversant la turbomachine depuis un amont de la turbomachine vers un aval de la turbomachine. L’axe X définit une direction longitudinale, des directions radiales qui rayonnent à partir de l’axe X et des direction circonférentielles ou ortho-radiales. Une direction circonférentielle est associée à une direction radiale, la direction circonférentielle étant perpendiculaire à la direction radiale et à la direction axiale.The X axis is the axis of the turbomachine around which the gases passing through the turbomachine flow from upstream of the turbomachine to downstream of the turbomachine. The X axis defines a longitudinal direction, radial directions that radiate from the X axis, and circumferential or ortho-radial directions. A circumferential direction is associated with a radial direction, the circumferential direction being perpendicular to the radial direction and to the axial direction.
Le carter 1 d’échappement comprend une virole interne 5 et une virole externe 7. La virole externe est radialement plus éloignée de l’axe X que la virole interne 5. La virole interne 5 et la virole externe 7 s’étendent dans la direction circonférentielle tout autour de l’axe X. Autrement dit, chacune de la virole interne 5 et la virole externe 7 est annulaire. En particulier, chaque virole parmi la virole interne 5 et la virole externe 7 définit une courbe fermée autour de l’axe. Ces courbes fermées sont comprises par exemple dans un plan transverse à l’axe X.The exhaust casing 1 comprises an internal shroud 5 and an external shroud 7. The external shroud is radially further away from the axis circumferential all around the axis In particular, each ferrule among the internal ferrule 5 and the external ferrule 7 defines a closed curve around the axis. These closed curves are included for example in a plane transverse to the X axis.
La virole interne 5 et la virole externe 7 définissent entre elles une veine 3 d’écoulement d’air qui entoure l’axe X.The internal ferrule 5 and the external ferrule 7 define between them an air flow vein 3 which surrounds the axis X.
En particulier cette veine d’air correspond à la veine primaire de la turbomachine, c’est-à-dire la veine d’air qui passe par la chambre de combustion de la turbomachine.In particular, this air stream corresponds to the primary stream of the turbomachine, that is to say the air stream which passes through the combustion chamber of the turbomachine.
La veine d’écoulement est délimitée d’une part par une surface de veine interne qui est comprise dans la virole interne 5 et d’autre part par une surface de veine externe qui est comprise dans la virole externe 7.The flow vein is delimited on the one hand by an internal vein surface which is included in the internal ferrule 5 and on the other hand by an external vein surface which is included in the external ferrule 7.
L’une, c’est-à-dire au moins une, parmi la virole interne et la virole externe comprend une surface de veine annulaire qui délimite la veine d’écoulement d’air. Cette surface de veine s’étend autour de l’axe X et passe par un premier point P1 à une première distance D1 de l’axe X et un deuxième point P2 à une deuxième distance D2 de l’axe X, la première distance D1 étant différente de la deuxième distance D2. Le deuxième point P2 est circonférentiellement décalé du premier point D1, c’est-à-dire que les deux points P1 et P2 sont dans un même plan perpendiculaire à l’axe X, c’est-à-dire un plan radial à l’axe X de sorte que les points P1 et P2 correspondent à des positions angulaires différentes atour de l’axe X.One, that is to say at least one, of the internal ferrule and the external ferrule comprises an annular vein surface which delimits the air flow vein. This vein surface extends around the axis X and passes through a first point P1 at a first distance D1 from the axis X and a second point P2 at a second distance D2 from the axis being different from the second distance D2. The second point P2 is circumferentially offset from the first point D1, that is to say that the two points P1 and P2 are in the same plane perpendicular to the axis the X axis so that the points P1 and P2 correspond to different angular positions around the X axis.
Tous les points qui forment cette surface de veine ne se trouvent donc pas à la même distance de l’axe X.All the points which form this vein surface are therefore not at the same distance from the X axis.
Au moins une des viroles parmi la virole interne 5 et la virole externe 7 comprend donc une surface de veine qui ne présente donc pas une forme exactement circulaire. Dans l’exemple des figures 2 et 3, c’est la virole interne 5 qui définit une surface de veine qui passe par les points P1 et P2, la distance D1 étant supérieure à la distance D2.At least one of the ferrules among the internal ferrule 5 and the external ferrule 7 therefore comprises a vein surface which therefore does not have an exactly circular shape. In the example of Figures 2 and 3, it is the internal ferrule 5 which defines a vein surface which passes through the points P1 and P2, the distance D1 being greater than the distance D2.
Le carter d’échappement présente donc une veine d’écoulement d’air dont l’une des surfaces de veine au moins n’est pas circulaire.The exhaust casing therefore has an air flow vein of which at least one of the vein surfaces is not circular.
Il n’est pas nécessaire que le carter d’échappement présente une symétrie circulaire compte-tenu de la localisation de ce carter à l’aval de la turbomachine.It is not necessary for the exhaust casing to have circular symmetry given the location of this casing downstream of the turbomachine.
Le fait que le carter ne présente pas une surface de veine circulaire crée un degré de liberté. Ce degré de liberté permet d’adapter la forme générale du carter d’échappement ou TRF. Ce degré de liberté permet de modifier l’encombrement du carter selon n’importe quelle direction radiale.The fact that the casing does not have a circular vein surface creates a degree of freedom. This degree of freedom makes it possible to adapt the general shape of the exhaust casing or TRF. This degree of freedom makes it possible to modify the dimensions of the casing in any radial direction.
En particulier la
En diminuant la dimension du carter selon la direction V, l’encombrement du carter suivant sa hauteur peut être diminué.By reducing the dimension of the casing in direction V, the bulk of the casing depending on its height can be reduced.
Cela permet par exemple de disposer de davantage de place pour positionner un empochement d’un bras traversant la veine et limiter ainsi la protrusion de l’empochement dans la veine.This allows, for example, more space to position a pocket of an arm crossing the vein and thus limit the protrusion of the pocket into the vein.
Cela permet par exemple de diminuer localement le diamètre du carter, et par conséquent le diamètre d’une nacelle et la hauteur nécessaire pour installer le moteur sous l’aile. Il y a alors un gain de place du moteur installé sous l’aile.This makes it possible, for example, to locally reduce the diameter of the casing, and consequently the diameter of a nacelle and the height necessary to install the engine under the wing. There is then a space saving for the engine installed under the wing.
Par ailleurs ce degré de liberté permet aussi d’augmenter une superficie de la veine dans un plan perpendiculaire à l’axe X. A fonctionnement constant de la turbomachine en amont du carter d’échappement, la vitesse du flux arrivant dans le carter est diminuée par cette augmentation de superficie. La vitesse du flux de gaz ou ‘niveau de Mach’ dans les bras traversant la veine est diminuée. L’augmentation de la superficie, via cette diminution de vitesse, diminue les pertes dans le carter d’échappement mais la masse globale augmente. Ces pertes augmentent en effet proportionnellement au carré de la vitesse du flux de gaz, c’est-à-dire qu’une augmentation de la vitesse produit une augmentation des pertes du bras structural égale au carré de l’augmentation de ladite vitesse du gaz.Furthermore, this degree of freedom also makes it possible to increase the surface area of the vein in a plane perpendicular to the axis by this increase in surface area. The speed of gas flow or ‘Mach level’ in the arms crossing the vein is reduced. The increase in surface area, via this reduction in speed, reduces losses in the exhaust casing but the overall mass increases. These losses in fact increase proportionally to the square of the speed of the gas flow, that is to say that an increase in speed produces an increase in the losses of the structural arm equal to the square of the increase in said gas speed. .
Ce degré de liberté permet de chercher et d’obtenir un meilleur compromis entre la performance aérodynamique de la turbomachine et sa masse.This degree of freedom makes it possible to seek and obtain a better compromise between the aerodynamic performance of the turbomachine and its mass.
Pour résumer, l’invention permet de ne plus être contraint par une forme cylindrique ce qui permet d’augmenter la surface disponible pour faire s’écouler les gaz par rapport à un carter d’échappement de forme circulaire. Cela permet d’améliorer la performance thermodynamique de l’ensemble propulsif, et en particulier d’améliorer la quantité de kérozène nécessaire pour fournir une certaine poussée au moteur, paramètre également connu sous l’expression anglaise «Specific Fuel Consumption» abrégée en SFC. Ce paramètre permet de comparer des moteurs entre eux quelle que soit leur taille ou l’altitude à laquelle ils volent.To summarize, the invention makes it possible to no longer be constrained by a cylindrical shape, which makes it possible to increase the surface available for allowing the gases to flow compared to an exhaust casing of circular shape. This makes it possible to improve the thermodynamic performance of the propulsion assembly, and in particular to improve the quantity of kerosene necessary to provide a certain thrust to the engine, a parameter also known by the English expression " Specific Fuel Consumption " abbreviated as SFC. This parameter makes it possible to compare engines with each other regardless of their size or the altitude at which they fly.
De manière avantageuse, le rapport d’une différence entre la première distance (D1) et la deuxième distance (D2) sur la première distance (D1) est supérieur ou égal à 5 % et inférieur ou égal à 40%.Advantageously, the ratio of a difference between the first distance (D1) and the second distance (D2) to the first distance (D1) is greater than or equal to 5% and less than or equal to 40%.
Autrement dit, le rapport│D1-D2│/D1 est compris entre 5% et 40%. L’expression │D1-D2│ est la valeur absolue de la différence entre la première distance D1 et la deuxième distance D2.In other words, the ratio│D1-D2│/D1 is between 5% and 40%. The expression │D1-D2│ is the absolute value of the difference between the first distance D1 and the second distance D2.
Ce rapport quantifie l’écart de la surface de veine non circulaire vis-à-vis d’une forme de surface de veine qui serait circulaire. Plus le rapport est important et plus l’écart est important. Le gain en encombrement dans la direction où la surface de veine est rapprochée de l’axe par rapport à la forme circulaire est d’autant plus important que le rapport est important.This ratio quantifies the deviation of the non-circular vein surface from a shape of vein surface that would be circular. The greater the ratio, the greater the difference. The gain in size in the direction where the vein surface is brought closer to the axis compared to the circular shape is all the more important as the ratio is important.
Idéalement ce rapport est compris entre 5% et 40%.Ideally this ratio is between 5% and 40%.
Dans un premier mode de réalisation, la surface de veine non circulaire passe par une pluralité de points situés sur une ellipse centrée sur l’axe. En particulier la pluralité de points se situe dans un même plan radial, c’est-à-dire un plan orthogonal à l’axe X.In a first embodiment, the non-circular vein surface passes through a plurality of points located on an ellipse centered on the axis. In particular, the plurality of points is located in the same radial plane, that is to say a plane orthogonal to the X axis.
La
L’ellipse est une forme plane caractérisée par :The ellipse is a planar shape characterized by:
- un demi-grand axe référencé « a » et situé selon l’axe référencé « x »,- a semi-major axis referenced “a” and located along the axis referenced “x”,
- un demi-petit axe référencé « b » et situé selon l’axe référencé « y », et- a half-minor axis referenced “b” and located along the axis referenced “y”, and
- un centre O au croisement des axes référencés x et y, et- a center O at the intersection of the axes referenced x and y, and
- un rapport « a/b » du demi-grand axe sur le demi-petit axe.- an “a/b” ratio of the semi-major axis to the semi-minor axis.
L’équation générale d’une telle ellipse dans le plan cartésien (O,x,y) s’écrit (x/a)2+ (y/b)2=1.The general equation of such an ellipse in the Cartesian plane (O,x,y) is written (x/a) 2 + (y/b) 2 =1.
La pluralité de points relative au premier mode de réalisation peut notamment comprendre les points P1 et P2 mentionnés précédemment.The plurality of points relating to the first embodiment may in particular include the points P1 and P2 mentioned above.
Dans ce cas, l’ellipse est non circulaire. La pluralité de points s’étend circonférentiellement autour de l’axe ou uniquement sur un secteur angulaire selon les besoins d’ajustement de la forme du carter d’échappement.In this case, the ellipse is non-circular. The plurality of points extends circumferentially around the axis or only over an angular sector depending on the needs for adjusting the shape of the exhaust casing.
L’ellipse peut présenter un demi-grand axe et un demi-petit axe dans les directions H et V mentionnés précédemment.The ellipse can have a semi-major axis and a semi-minor axis in the directions H and V mentioned previously.
Il est à noter que la première distance D1 et la deuxième distance D2 peuvent correspondre au demi-grand axe et au demi-petit axe. Dans ce cas, lorsque le rapport de la différence entre la première distance D1 et la deuxième distance D2 sur la première distance D1 est supérieur ou égal à 5 % et inférieur ou égal à 40 %, alors le rapport (a/b) du demi-grand axe sur le demi-petit axe est supérieur ou égal à 1,05 et inférieur ou égale à 1,40.It should be noted that the first distance D1 and the second distance D2 can correspond to the semi-major axis and the semi-minor axis. In this case, when the ratio of the difference between the first distance D1 and the second distance D2 on the first distance D1 is greater than or equal to 5% and less than or equal to 40%, then the ratio (a/b) of the half -major axis on the semi-minor axis is greater than or equal to 1.05 and less than or equal to 1.40.
Selon une première variante de ce mode de réalisation, la surface de veine non circulaire présente au moins en partie une forme polygonale, la pluralité de points formant des sommets de la forme polygonale.According to a first variant of this embodiment, the non-circular vein surface has at least partly a polygonal shape, the plurality of points forming vertices of the polygonal shape.
Dans l’exemple de la
La forme polygonale peut présenter des points qui sont espacés angulairement de manière régulière. Autrement dit, pour chaque paire de points adjacents, les points de la paire sont séparés par un écart angulaire égal à un écart prédéterminé.The polygonal shape may have points that are evenly spaced angularly apart. In other words, for each pair of adjacent points, the points of the pair are separated by an angular distance equal to a predetermined distance.
Selon une deuxième variante de ce mode de réalisation, la surface de veine non circulaire suit au moins en partie une forme de l’ellipse.According to a second variant of this embodiment, the non-circular vein surface follows at least partly an ellipse shape.
Autrement dit sur un secteur angulaire correspondant à un angle non nul, le secteur angulaire présentant son sommet sur l’axe X et défini dans un plan perpendiculaire à l’axe X, la surface de veine non circulaire suit la forme de l’ellipse.In other words, on an angular sector corresponding to a non-zero angle, the angular sector having its vertex on the X axis and defined in a plane perpendicular to the X axis, the non-circular vein surface follows the shape of the ellipse.
Dans l’exemple des figures 2 et 3, la virole interne 5 présente une forme d’ellipse qui s’étend tout autour de l’axe X. Le secteur angulaire s’étend ici sur 360°.In the example of Figures 2 and 3, the internal shell 5 has an ellipse shape which extends all around the axis X. The angular sector here extends over 360°.
Le demi grand axe de l’ellipse se trouve dans l’axe référencé H sur les figures 2 et 3. Le demi petit axe se trouve dans l’axe référencé V sur les figures 2 et 3.The semi-major axis of the ellipse is located in the axis referenced H in Figures 2 and 3. The semi-major axis is located in the axis referenced V in Figures 2 and 3.
Comme mentionné précédemment, au moins l’une des viroles parmi la virole interne et la virole externe définit une surface de veine non circulaire en forme polygonale.As mentioned previously, at least one of the inner ferrule and the outer ferrule defines a non-circular vein surface in a polygonal shape.
Dans le cas où ces deux viroles définissent chacune une surface de veine non circulaire polygonale, alors elles peuvent toutes les deux être mises en œuvre selon une des variantes du premier mode de réalisation avec un secteur angulaire qui s’étend sur 360°.In the case where these two ferrules each define a polygonal non-circular vein surface, then they can both be implemented according to one of the variants of the first embodiment with an angular sector which extends over 360°.
Autrement dit chaque surface de veine peut présenter, tout autour de l’axe X, une forme polygonale définie par des sommets situés sur une ellipse (première variante) ou une forme d’ellipse (deuxième variante). L’ellipse de la surface interne définie par la virole interne ou première ellipse est alors de dimensions plus faibles que l’ellipse de la surface externe définie par la virole externe ou deuxième ellipse.In other words, each vein surface can present, all around the X axis, a polygonal shape defined by vertices located on an ellipse (first variant) or an ellipse shape (second variant). The ellipse of the internal surface defined by the internal shell or first ellipse is then of smaller dimensions than the ellipse of the external surface defined by the external shell or second ellipse.
De manière préférée, les directions principales de la première ellipse et de la deuxième ellipse sont choisies identiques. Autrement dit, chaque ellipse présente un demi-grand axe dans la même première direction et chaque ellipse présente un demi-petit axe dans la même deuxième direction.Preferably, the main directions of the first ellipse and the second ellipse are chosen to be identical. In other words, each ellipse has a semi-major axis in the same first direction and each ellipse has a semi-minor axis in the same second direction.
Dans cette situation, les formes elliptiques de la virole interne et de la virole externe sont étirées dans la même première direction par rapport à une forme circulaire, ou de manière équivalente comprimées dans la même deuxième direction par rapport à une forme circulaire.In this situation, the elliptical shapes of the inner shell and the outer shell are stretched in the same first direction relative to a circular shape, or equivalently compressed in the same second direction relative to a circular shape.
Cette situation vient renforcer les possibilités d’ajustement de la forme du carter d’échappement de sorte à limiter par exemple l’encombrement dans le premier sens.This situation reinforces the possibilities of adjusting the shape of the exhaust casing so as to limit, for example, the bulk in the first direction.
On peut définir :We can define :
- un rapport de virole interne entre le premier demi-grand axe sur le premier demi-petit axe de la première ellipse, et- an internal ferrule ratio between the first semi-major axis on the first semi-minor axis of the first ellipse, and
- un rapport de virole externe entre le deuxième demi-grand axe sur le deuxième demi-petit axe de la deuxième ellipse.- an external shell ratio between the second semi-major axis on the second semi-minor axis of the second ellipse.
Le rapport de virole interne comme le rapport de virole externe peut être choisi supérieur ou égal à 1.05 et inférieur ou égal à 1.40.The internal shell ratio like the external shell ratio can be chosen greater than or equal to 1.05 and less than or equal to 1.40.
De manière avantageuse, lorsque la première ellipse et la deuxième ellipse présentent un demi-grand axe dans une même direction, le rapport de virole externe peut être choisi supérieur ou égal à 85 % du rapport de virole interne et inférieur ou égal à 97 % du rapport de virole interne. Autrement dit la fraction rapport de virole externe divisée par rapport de virole interne est supérieure ou égal à 85 % et inférieure ou égal à 97 %.Advantageously, when the first ellipse and the second ellipse have a semi-major axis in the same direction, the external shell ratio can be chosen greater than or equal to 85% of the internal shell ratio and less than or equal to 97% of the internal ferrule ratio. In other words, the fraction of the external shell ratio divided by the internal shell ratio is greater than or equal to 85% and less than or equal to 97%.
Dans ce cas, la veine d’écoulement d’air qui s’étend depuis la virole interne jusqu’à la virole externe présente une hauteur de veine à peu près constante autour de l’axe X.In this case, the air flow vein that extends from the inner ferrule to the outer ferrule has an approximately constant vein height around the X axis.
La hauteur de veine est définie, selon la direction radiale, pour chaque position angulaire autour de l’axe, comme la distance séparant la virole interne de la virole externe dans la direction radiale correspondant à la position angulaire.The vein height is defined, in the radial direction, for each angular position around the axis, as the distance separating the internal shell from the external shell in the radial direction corresponding to the angular position.
Une hauteur de veine à peu près constante autour de l’axe X signifie que pour chaque position angulaire l’écart de la hauteur de veine à une valeur de référence est inférieur à un certain seuil.An approximately constant vein height around the X axis means that for each angular position the deviation of the vein height from a reference value is less than a certain threshold.
Un cas intéressant de la deuxième variante correspond au cas où la surface de veine de la virole interne 5 comprend une portion d’une première ellipse et la surface de veine de la virole externe 7 comprend une portion d’une deuxième ellipse, la première ellipse étant différente de la deuxième ellipse.An interesting case of the second variant corresponds to the case where the vein surface of the internal ferrule 5 comprises a portion of a first ellipse and the vein surface of the external ferrule 7 comprises a portion of a second ellipse, the first ellipse being different from the second ellipse.
Comme présenté précédemment il est un premier mode de réalisation de l’invention selon lequel la surface de veine non circulaire passe par une pluralité de points situés sur une ellipse centrée sur l’axe. Ce premier mode peut être mis en œuvre selon une première variante « polygonale » où la surface de veine non circulaire suit au moins en partie une forme polygonale définie par des sommets situés sur une ellipse et une deuxième variante « continue » où la surface de veine non circulaire suit au moins en partie une forme d’ellipse.As presented previously, it is a first embodiment of the invention according to which the non-circular vein surface passes through a plurality of points located on an ellipse centered on the axis. This first mode can be implemented according to a first "polygonal" variant where the non-circular vein surface follows at least in part a polygonal shape defined by vertices located on an ellipse and a second "continuous" variant where the vein surface non-circular follows at least partly an ellipse shape.
Il est présenté maintenant un deuxième mode de réalisation dépendant du premier mode de réalisation, optionnellement mis en œuvre selon la première variante ou la deuxième variante, et selon lequel la pluralité de points est une première pluralité de points et l’ellipse est une première ellipse, la surface de veine non circulaire qui passe par le premier point P1 et le deuxième point P2 passe en outre par une deuxième pluralité de points situés sur une deuxième ellipse centrée sur l’axe, la deuxième ellipse étant différente de la première ellipse.A second embodiment is now presented depending on the first embodiment, optionally implemented according to the first variant or the second variant, and according to which the plurality of points is a first plurality of points and the ellipse is a first ellipse , the non-circular vein surface which passes through the first point P1 and the second point P2 further passes through a second plurality of points located on a second ellipse centered on the axis, the second ellipse being different from the first ellipse.
Dans ce deuxième mode de réalisation, il est donc ajouté un autre degré de liberté, correspondant à la deuxième pluralité de points, permettant un ajustement supplémentaire à la forme de la surface de veine non circulaire. Cela permet un ajustement encore plus fin de l’encombrement du carter d’échappement.In this second embodiment, another degree of freedom is therefore added, corresponding to the second plurality of points, allowing additional adjustment to the shape of the non-circular vein surface. This allows even finer adjustment of the size of the exhaust casing.
La surface de veine non circulaire présente par exemple deux zones distinctes, de sorte que :The non-circular vein surface has for example two distinct zones, so that:
- dans la première zone la surface de veine non circulaire passe par la première pluralité de points et la forme de la surface de veine non circulaire dans la première zone dépend de la première pluralité de points, et- in the first zone the non-circular vein surface passes through the first plurality of points and the shape of the non-circular vein surface in the first zone depends on the first plurality of points, and
- dans la deuxième zone la surface de veine non circulaire passe par la deuxième pluralité de points et la forme de la surface de veine non circulaire dans la deuxième zone dépend de la deuxième pluralité de points.- in the second zone the non-circular vein surface passes through the second plurality of points and the shape of the non-circular vein surface in the second zone depends on the second plurality of points.
L’ajustement de la forme de la surface de veine non circulaire peut porter en particulier sur la forme dans la première zone indépendamment de l’ajustement de la forme dans la deuxième zone.The adjustment of the shape of the non-circular vein surface may relate in particular to the shape in the first zone independently of the adjustment of the shape in the second zone.
Un cas intéressant du deuxième mode de réalisation est le cas où la surface de veine de la virole interne 5 et/ou la surface de veine de la virole externe 7 comprend une première section qui correspond à une section d’une première d’ellipse et une deuxième section qui correspond à une section d’une deuxième ellipse, la première ellipse étant différente de la deuxième ellipseAn interesting case of the second embodiment is the case where the vein surface of the internal ferrule 5 and/or the vein surface of the external ferrule 7 comprises a first section which corresponds to a section of a first ellipse and a second section which corresponds to a section of a second ellipse, the first ellipse being different from the second ellipse
La section d’une surface de veine est comprise ici comme un secteur angulaire de la surface prise dans un plan radial. Les ellipses mentionnées ici sont centrées sur l’axe X.The section of a vein surface is understood here as an angular sector of the surface taken in a radial plane. The ellipses mentioned here are centered on the X axis.
Les deux zones distinctes peuvent par exemple être choisies comme séparées par le plan horizontal H décrit précédemment.The two distinct zones can for example be chosen as separated by the horizontal plane H described previously.
Dans un plan perpendiculaire à l’axe X, il est possible de définir deux directions radiales H et V perpendiculaires entre elles. La direction H est destinée à être dans un plan horizontal lorsque le carter d’échappement est monté dans une turbomachine elle-même montée sur un aéronef. La direction V est destinée à être dans un plan vertical dans cette même situation.In a plane perpendicular to the X axis, it is possible to define two radial directions H and V perpendicular to each other. The direction H is intended to be in a horizontal plane when the exhaust casing is mounted in a turbomachine itself mounted on an aircraft. The V direction is intended to be in a vertical plane in this same situation.
En option du deuxième mode de réalisation, la première pluralité de points et la deuxième pluralité de points sont situées de deux côtés différents du plan horizontal H.As an option for the second embodiment, the first plurality of points and the second plurality of points are located on two different sides of the horizontal plane H.
L’ajustement de la forme de la surface de veine non circulaire peut alors être effectuée indépendamment d’un côté du plan horizontal et de l’autre côté du plan horizontal.Adjustment of the shape of the non-circular vein surface can then be carried out independently on one side of the horizontal plane and on the other side of the horizontal plane.
Par exemple, la première ellipse et la deuxième ellipse peuvent être choisies avec le même demi-grand axe dans la direction horizontale et des demi-petit axes différents mais tous les deux dans la direction verticale.For example, the first ellipse and the second ellipse can be chosen with the same semi-major axis in the horizontal direction and different semi-minor axes but both in the vertical direction.
Il est possible alors de choisir la première ellipse qui gouverne la forme de la surface de veine non circulaire au-dessus du plan horizontal (ou partie supérieure) avec un demi-petit axe plus important, et la deuxième ellipse qui gouverne la forme de la surface de veine non circulaire en-dessous du plan horizontal (ou partie inférieure) avec un demi-petit axe moins important.It is then possible to choose the first ellipse which governs the shape of the non-circular vein surface above the horizontal plane (or upper part) with a larger half-minor axis, and the second ellipse which governs the shape of the non-circular vein surface below the horizontal plane (or lower part) with a less significant half-minor axis.
Une telle configuration permet à la fois une marge de manœuvre pour les passages de servitudes dans la partie supérieure du carter (au-dessus du plan horizontal par rapport à la direction verticale) et un encombrement moindre côté partie inférieure (en dessous du plan horizontal par rapport à la direction verticale).Such a configuration allows both room for maneuver for utility passages in the upper part of the casing (above the horizontal plane in relation to the vertical direction) and less space on the lower part side (below the horizontal plane in relation to the vertical direction). relative to the vertical direction).
Il est possible de mettre en œuvre cette option dans une première variante selon laquelle la surface de veine non circulaire présente une forme polygonale, la première pluralité de points de référence et la deuxième pluralité de points de référence formant des sommets de la forme polygonale.It is possible to implement this option in a first variant according to which the non-circular vein surface has a polygonal shape, the first plurality of reference points and the second plurality of reference points forming vertices of the polygonal shape.
Il est possible de mettre en œuvre cette option dans une deuxième variante selon laquelle la surface de veine non circulaire présente une forme selon la première ellipse d’un côté du plan horizontal et une forme selon la deuxième ellipse de l’autre côté.It is possible to implement this option in a second variant according to which the non-circular vein surface has a shape according to the first ellipse on one side of the horizontal plane and a shape according to the second ellipse on the other side.
Le carter d’échappement comprend en son sein la veine d’écoulement définie par la virole interne et la virole externe.The exhaust casing includes within it the flow vein defined by the internal shroud and the external shroud.
Le carter peut comprendre un moyeu 2 qui définit la virole interne.The casing may include a hub 2 which defines the internal ferrule.
Le carter comprend une pluralité de bras 4, chaque bras s’étendant à travers la veine d’écoulement depuis le moyeu jusqu’à la virole externe.The housing comprises a plurality of arms 4, each arm extending through the flow vein from the hub to the outer shell.
Les bras permettent la tenue mécanique de la structure du carter d’échappement et le passage de servitudes. Les bras sont profilés aérodynamiquement de sorte à orienter la direction du flux des gaz et limiter les pertes d’énergie liées à l’écoulement des gaz.The arms allow the mechanical strength of the structure of the exhaust casing and the passage of easements. The arms are aerodynamically profiled so as to orient the direction of the gas flow and limit energy losses linked to the flow of gases.
Chaque bras est dirigé sensiblement radialement dans un plan transverse à l’axe X. Le bras peut être légèrement incliné par rapport à une direction purement radiale. Il est en tout cas possible de définir un écart angulaire entre deux bras adjacents dans un plan transverse à l’axe X.Each arm is directed substantially radially in a plane transverse to the X axis. The arm can be slightly inclined relative to a purely radial direction. It is in any case possible to define an angular difference between two adjacent arms in a plane transverse to the X axis.
Le carter peut être configuré pour que l’écart angulaire qui sépare deux bras adjacents varie d’une paire de bras adjacents à une autre.The casing can be configured so that the angular separation which separates two adjacent arms varies from one pair of adjacent arms to another.
Dans ce cas, un écart angulaire séparant des bras adjacents d’une paire est différent d’un écart angulaire séparant des bras adjacents d’une autre paire.In this case, an angular distance separating adjacent arms of a pair is different from an angular distance separating adjacent arms of another pair.
Ce degré de liberté permet de répartir les bras de manière non uniforme ou non régulière. En jouant sur l’écart angulaire séparant deux bras adjacents, il est possible d’optimiser la répartition de travail par bras, c’est-à-dire la répartition du travail aérodynamique à l’importance du flux d’air dévié par chaque brasThis degree of freedom makes it possible to distribute the arms in a non-uniform or non-regular manner. By adjusting the angular distance separating two adjacent arms, it is possible to optimize the distribution of work per arm, that is to say the distribution of aerodynamic work depending on the amount of air flow deflected by each arm.
Cette méthode est avantageuse car elle permet d’ajuster la répartition de sorte que :This method is advantageous because it allows the distribution to be adjusted so that:
- les bras du carter d’échappement qui génèrent beaucoup de pertes, comme par exemple les bras épais ou les bras présentant un empochement, correspondent à un travail moins important, et- the arms of the exhaust casing which generate a lot of losses, such as for example thick arms or arms with a pocket, correspond to less work, and
- les bras du carter d’échappement qui génèrent moins de pertes, comme par exemple les bras minces, correspondent à un travail plus important.- the arms of the exhaust casing which generate less losses, such as thin arms, correspond to more work.
Le travail d’un bras référencé N dépend notamment de la superficie de la section angulaire de la veine d’écoulement qui s’étend depuis le bord d’attaque de ce bras N jusqu’au au bord d’attaque du bras adjacent suivant N+1.The work of an arm referenced N depends in particular on the surface area of the angular section of the flow vein which extends from the leading edge of this arm N to the leading edge of the next adjacent arm N +1.
Il peut être avantageux que chaque section angulaire de la veine d’écoulement s’étendant depuis un bord d’attaque d’un premier bras à un bord d’attaque d’un deuxième bras adjacent au premier bras définit une superficie, et pour chaque section un rapport d’une différence entre la superficie et une superficie de référence prédéterminée sur la superficie de référence est supérieur ou égal à 5% et de préférence inférieur ou égal à 10%.It may be advantageous for each angular section of the flow path extending from a leading edge of a first arm to a leading edge of a second arm adjacent to the first arm to define an area, and for each section a ratio of a difference between the area and a predetermined reference area to the reference area is greater than or equal to 5% and preferably less than or equal to 10%.
De cette manière, la superficie des sections angulaires varie peu d’une section angulaire à une autre tout autour de l’axe X.In this way, the surface area of the angular sections varies little from one angular section to another all around the X axis.
En rapport avec la
Chaque bras, comme par exemple le bras ‘4N+1’ de la
Entre les bras ‘4N’ et ‘4N+1’ un premier secteur angulaire définit une première superficie S1.Between the arms ‘4N’ and ‘4N+1’ a first angular sector defines a first surface area S1.
Entre les bras ‘4N+1’ et ‘4N+2’ un deuxième secteur angulaire définit une deuxième superficie S2.Between the arms ‘4N+1’ and ‘4N+2’ a second angular sector defines a second surface S2.
Ces superficies S1 et S2 sont proches d’une superficie de référence SR de sorte que :These areas S1 and S2 are close to a reference area SR so that:
- le rapport│S1-SR│/SR est supérieur ou égal à 5% et de préférence inférieur ou égal à 10%, et- the ratio│S1-SR│/SR is greater than or equal to 5% and preferably less than or equal to 10%, and
- le rapport│S2-SR│/SR est supérieur ou égal à 5% et de préférence inférieur ou égal à 10%.- the ratio│S2-SR│/SR is greater than or equal to 5% and preferably less than or equal to 10%.
Enfin l’invention porte sur une turbomachine comprenant un carter d’échappement tel qu’on vient de le présenter et un aéronef comprenant une telle turbomachine.Finally, the invention relates to a turbomachine comprising an exhaust casing as has just been presented and an aircraft comprising such a turbomachine.
Claims (11)
la virole interne (5) présente tout autour de l’axe (X) une forme d’une ellipse ou une forme polygonale définie par des sommets situés sur une ellipse, l‘ellipse étant définie par un rapport d’ellipse de virole interne calculé entre un premier grand axe de virole interne (5) sur un premier petit axe de virole interne (5),
la virole externe (7) présentant tout autour de l’axe (X) une forme d’une ellipse ou une forme polygonale définie par des sommets situés sur une ellipse, l‘ellipse étant définie par un rapport d’ellipse de virole externe calculé entre un deuxième grand axe de virole externe (7) sur un deuxième petit axe de virole externe (7),
le rapport d’ellipse de virole interne et le rapport d’ellipse de virole externe étant chacun compris entre 1.05 et 1.40.Exhaust casing (1) according to claim 4 in which
the internal ferrule (5) has all around the axis (X) the shape of an ellipse or a polygonal shape defined by vertices located on an ellipse, the ellipse being defined by a calculated internal ferrule ellipse ratio between a first major axis of the internal ferrule (5) on a first minor axis of the internal ferrule (5),
the external ferrule (7) having all around the axis (X) the shape of an ellipse or a polygonal shape defined by vertices located on an ellipse, the ellipse being defined by a calculated external ferrule ellipse ratio between a second major axis of the external ferrule (7) on a second minor axis of the external ferrule (7),
the internal ferrule ellipse ratio and the external ferrule ellipse ratio each being between 1.05 and 1.40.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2202243A FR3133645A1 (en) | 2022-03-15 | 2022-03-15 | Space-saving turbojet exhaust casing |
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|---|---|---|---|
| FR2202243A FR3133645A1 (en) | 2022-03-15 | 2022-03-15 | Space-saving turbojet exhaust casing |
| FR2202243 | 2022-03-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3133645A1 true FR3133645A1 (en) | 2023-09-22 |
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ID=81648652
Family Applications (1)
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| FR2202243A Pending FR3133645A1 (en) | 2022-03-15 | 2022-03-15 | Space-saving turbojet exhaust casing |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| FR (1) | FR3133645A1 (en) |
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- 2022-03-15 FR FR2202243A patent/FR3133645A1/en active Pending
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