Brevet FR2010251A1 — publié le 19700213

L'invention se rapporte à un système de déviation d'échappement pour un flux de gaz et plus particulièrement à une . configuration variable de la surface d'échappement d'un flux dévié utilisé par les aéronefs VTOL à propulsion par turbines à 5 gaz. Avec l'avènement des aéronefs VTOL la nécessité s'est fait sentir de diriger le flux d'échappement du moteur vers le bas pendant au moins une partie du vol. Plusieurs problèmes importants se posent dans le domaine de la déviation de l'échappe-10 ment normalement axial ou horizontal d'une turbine à gaz vers le bas, et ces problèmes sont encore amplifiés quand on désire utiliser un dispositif de poste-combustion avec le moteur. Quelques-uns des problèmes particuliers posés par la déviation du flux d'échappement concernent l'évitement de 1'étouffement du moteur, 15 le maintien d'un coefficient de vitesse élevé du flux dévié, c'est-à-dire un rendement élevé pour le flux dévié, et la réduction des pertes de déviation. Un dispositif pour éviter quelques-uns des problèmes mentionnés ci-dessus est décrit dans le brevet américain N° 3,380,660 de Markowski. 20 Une autre demande de brevet américain N° 599,996 de Markowski déposée le 5 décembre 1966, intitulée "Déviateur d'échappement courbé" décrit un dispositif déviateur de flux de gaz pour turbine à gaz. On a trouvé que, bien que la déviation de flux d'échap-25 ;pement peut-être réalisée suivant les techniques conventionnelles il devint désirable d'améliorer la performance du système de déviation et d'en réduire simultanément le poids total. Un moyen pour réduire le poids du système déviateur est l'utilisation d'un déviateur à deux segments; cependant cette construction présente 30 des difficultés car elle ne permet pas une déviation entière de 90°. La présente invention résoud ces difficultés en fournissant un dispositif de déviateur à lèvre qui permet une déviation de 90° conjointement avec un capot à deux segments. De plus on a trouvé que si on emploie un système de déviation avec un poste-35 combustion que la lèvre de déviateur peut-être disposée en amont du dispositif de déviation formant effectivement une partie du manchon du poste-combustion par là permettant l'utilisation d'une section de transition plus courte ou son élimination entre le moteur et le système de déviation, ce qui donne pour résultat un 69 18102 2 2010251 un système de déviation, d'un poids total réduit. Les constructions suivant les techniques conventionnelles reconnaissent, du point de vue performance du refroidissement et du point de vue efficacité la nécessité de. maintenir un débit to-5 tal à l'entrée du système de déviation. On a trouvé que la séparation du débit dans le système de déviation utilisé avec le mode VTOL ou dévié, et particulièrement en déviant l'échappement du poste-combustion, conduit à des températures élevées du métal des segments, ces températures du métal dépassent généralement 10 les capacités projetées des segments. La présente invention, en éliminant la séparation du débit à l'entrée du dispositif de déviation empêche tout problème causé par ceci et maintient une haute performance de refroidissement et efficacité de déviation. L'objet de la présente invention est de fournir un sys-15 tème de déviation lequel est capable de fournir une déviation de 90° avec aussi peu que deux segments de déviateur; une efficacité améliorée de la déviation en contôlant les composants de côté de la vitesse de décharge du flux; une efficacité améliorée pendant la transition du mode horizontal au mode de déviation en 20 empêchant des fuites latérales et une variation réduite de la surface effective de décharge durant le déplacement vectoriel. La construction de la présente invention, fournit une lèvre de déviateur rotative angulairement qui coopère avec les segments de déviateur du système de déviation. On a déterminé 25 que certains aspects fondamentaux existent entre la position relative de la lèvre de déviateur et l'arête de décharge de la partie de rayon extérieur du dernier capot extérieur. D'une manière plus spécifique on a découvert que le vecteur du flux d'échappement dévié est principalement déterminé par l'angle de. la lèvre 30 avec le capot désigné par 0 plutôt que l'angle mécanique © des segments. Comme résultat on a déterminé que la performance totale et les caractéristiques de poids d'un système de déviation d'échappement courbé peut-être amélioré. Cette amélioration de la performance fut accomple en positionnant une lèvre de déviateur 35 dans le système de déviation qui peut être tournée dans le flux dévié ou en être retirée de celui-ci, ou plus spécifiquement tourner la lèvre en amont ou en aval, une augmentation dé la dé viation du flux d'échappement fut obtenue en permettant d'atteindre une déviation du flux de 90° avec un système de déviation à 69 18102 3 2010251 deux segments. Un résultat secondaire, mais dans certain cas aussi important, est la réduction sensible du poids du système de déviation obtenue avec le système à deux segments. Un autre effet, obtenu lorsque la lèvre de déviation 5 est abaissée ou tournée en amont dans le flux de déviation et que les arêtes de la lèvre de déviation ensemble avec le recouvrement des panneaux latéraux du segment extérieur limitent la direction des composants de la vitesse d'échappement au surfaces d'arêtes de la lèvre de déviateur abaissée et comme résultat, les 10 composants latéraux de la vitesse sont essentiellement nuls. En éliminant substantiellement ces composants latéraux de la vitesse on évite un effet hautement nuisible sur le flux dévié et l'efficacité delà déviation de la poussée verticale est améliorée. De plus, en abaissant la lèvre de déviateur, l'arête de décharge de 15 celle-ci sera disposée bien à 11 intérieur du système de déviation d'où, la surface de contrôle ou la surface de décharge du système de déviation sera fixée pour un changement de rotation substantiel des segments de déviateurs durant le mode de transition. Pendant ce mode de transition, la fuite latérale à la lèvre de déviateur 20 est l'unique plus grand mecanisme qui cause de grandes pertes d'éfficacité de déviation. En fournissant une lèvre de déviateur, avec son arête dorrespondante de décharge, qui peut-être facilement disposé en dedans des segments de déviateurs, cette fuite latérale est substantiellement éliminée d'où une performance de 25 transition substantiellement améliorée. Un deuxième mode de réalisation de la présente invention comprend une lèvre de déviateur disposée à extrimité en aval du dispositif de poste-combustion. En disposant la lèvre de déviateur en avl du dispositif de poste-combustion et en amont de l'en-30 trëe du système de déviation ou à l'entrée de ce système la durée de transition entre eux est diminuée, ce qui donne pour résultat une réduction substantielle du poids. D'une manière tupique, l'échappement d'un moteur de turbine à gaz se fait par une buse principale d'échappement dont la surface de décharge est variable. 35 En faisant communiquer les moyens pour tourner la lèvre de déviateur avec les moyens pour varier la surface d'achappement de la buse, on peut compenser le changement de l'étouf fement du moteur, puisque, lorsque les segments sont déplacés de la position de déviation totale â la position d'arrimage, la lèvre de déviateur 69 18102 4 2010251 sera tournée à un angle mécanique accru 0. Ceci permet de maintenir le moteur en marche et du point de vue déviation est aussi bien efficace et ne dérange pas les caractéristiques de flux total à travers le système de déviation. 5 Un autre mode de réalisation de la présente invention fournit un moyen de maintenir un débit total à l'entrée du système de déviation. Dans beaucoups de configurations de moteurs de turbines à gaz, une buse principale d'échappement est utilisée conjointement avec une pluralité de portes d'engouffrement mon-10 tées dans le carteur du moteur. Il en résulte une ouverture ou passage entre la buse principale d'échappement et l'entrée du système de déviation. En fournissant un membre coulissant ou un membre transférable qui se déplace axialement en amont ou en aval, cette grande ouverture peut-être fermée ce qui assure un débit to-15 tal dans le système de déviation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 est une coupe de l'extrémité arriéré d'un moteur â réaction incorporant la présente invention dans la position de dé-20 viation. La Figure 2 est une coupe de l'extrémité arriéré d'un moteur à réaction incorporant la présente invention dans la position de déviation. La Figure 3 est une coupe de l'extrémité arriéré d'un moteur à 25 réaction incorporant la présente invention dans la position de déviation. Les figures 1, 2 et 3 représentent l'extrémité arriéré d'un moteur de turbine à gaz 2. Bien que les détails du moteur 2 ne soient pas montrés, le moteur 2 est d'une construction conven-30 tionnelle dans laquelle l'air ambiant est aspiré par un compresseur et délivré dans un état comprimé à une section de combustion où la température est élevée, et ensuite l'air est délivré à une turbine pour extraire de 1'énergie et finalement déchargé par un dispositif principal d'échappement 4. 35 Tel que représenté par la figure 1 le dispositif d'échap pement 6 du type éjecteur ayant des portes d'engouffrement 7 qui s'étend de l'arrière du moteur 2 à l'entrée du système de déviation d'échappement 3. Un exemple d'un tel éjecteur et structures de portes d'engouffiaient est divulgë dans le brevet N° 3,057,150 69 18102 5 2010251 des Etats-Unis d'Amérique. Une section du système de déviation 3 comprend un carter de moteur 8 dans lequel est disposé line pluralité de segments de déviateurs 10. Le segment de déviation 10 a une section essentiellement en forme de U avec une extrémité 12 5 courbée et des segments de côté 14, en forme de secteur qui s'étendent du pivot 16 à l'extrémité courbée 12. Les segments 10 sont articulés et le pivot 16 est un point commun pour tous les segments. Comme illustré, les segments 10 sont dans une position déviée mais sont repliés dans le carter 8. Il est à remarquer 10 qu'un nombre quelconque de segments peut-être utilisé pour produire l'échappement dévié; cependant il à été trouvé du point de vue poids qu'un système de déviation à deux segments est extrêmement désirable. Le dispositif d'échappement principal 4 est du type à sur-15 face variable, les battants 17 mobiles vers l'intérieur et l'extérieur provoquent le changement de surface.Durant l'opération du moteur dans la position normale de vol horizontal la position du dispositif 4 d'échappement à surface variable est contrôlé ou réglé en accord avec les paramètres du moteur afin de fournir une surface 20 du dispositif d'échappement programmée en fonction des paramètres sélectionnés du moteur. Le contrôle de la surface du dispositif d' échappement 4 est accompli en fournissant un signal de contrôle approprié à un dispositif de mise en mouvement 20 qui à son tour est relié à un dispositif d'échappement.à surface variable 4. Le si- -25 gnal de contrôle pour régler la surface du dispositif d'échappement 4 peut-être dérivé par exemple d'une commande semblable à celle décrite dans le brevet No 2.987.877 des Etats-Unis d'Amérique La lèvre de déviateur 22 est disposée à l'intérieur du système de déviation 3. La lèvre de déviation 22 est mobile autour 30 d'un pivot 24 et coopère avec au moins un des segments de déviateur 14. La lèvre de déviateur 22 est essentiellement plane et d'une section transversale rectangulaire et comprend une arête de décharge 26. Il est bien connu que le détournement du flux -d'échappement de la direction normalement horizontale à la direction 35 ventrale soulève des problèmes tel que 1'étouffement variable du moteur, le coefficient de vélocité du flux d'échappement et les pertes de rotation. Ces problèmes sont surmontés en fournissant une lèvre de déviateur 22 qui coopère avec les segments de déviateur 14 afin de définir la surface d'échappement du système de 69 18102 s 2010251 déviation. De plus, tel que illustré dans le mode de réalisation de la présente invention par la figure 1, il a été découvert que le vecteur du flux d'échappement, tel que indiqué par la flèche, est principalement une fonction de 1'angle 0 du segment à lèvre 5 plutôt que de l'angle mécanique ©■ du segment. La présente invention en fournissant une lèvre de déviateur qui peut-être tournée autour du pivot 24 afin d'être dans ou hors du flux d'échappement ou plus spécifiquement dans une direction en amont ou en aval permet une augmentation de la déviation à un angle mécanique & fixé 10 du segment. Il a été déterminé que en fournissant une série de déviateur d'une construction décrite ci-dessus et. que, en abaissant la lèvre de déviateur d'approximativement vingt six degrés dans le flux ou plus spécifiquement en tournant la lèvre de déviateur d'un angle dans la direction en amont, que la déviation du flux d'échap-15 pement a été augmenté d'approximativement sept degrés. Ceci permit alors d'atteindre une déviation de quatre vingt dix degrés avec un système de déviation à deux segments qui réduit substantiellement le poids du système de déviation. Un deuxième avantage obtenu en fournissant une lèvre de 20 déviation qui peut-être tournée sous différents angles et abaissée dans le flux d'échappement est que lorsqu'elle est tournée, la lèvre de déviateur 22 ensemble avec le recouvrement fourni par les panneaux latéraux du segment extérieur (non représentés) restreint la direction des composants de la vitesse d'échappement aux surfa-25 ces des rebords. Comme par exemple, l'intersection de la lèvre plate de déviateur et les côtés de segments de la lèvre de déviateur 26. En fournissant une construction de ce type les composants latéraux sont essentiellement nuls. Il est connu que ces composants latéraux affectent défavorablement l'efficacité du flux de dévia-30 tion de la poussée verticale en ce que le flux d'échappement dévié résulte en une distribution en éventail. Evidemment, si ces composants latéraux sont éliminés, l'efficacité du déviateur est améliorée et il n'y a pas d'augmentation de pertes de la poussée verticale. 35 De plus, en fournissant un système de déviation avec une lèvre de déviateur qui peut-être abaissée sous différents angles dans ou hors de flux d'échappement, le contrôle plat ou arête de décharge 26 peut-être disposé aisément à l'intérieur du système de déviation. De plus, la surface de contrôle ou de décharge A^ est 69 18102 ? 2010251 fixée pour une rotation substantielle des segments de déviateur 22 durant le mode transitoire. Il a aussi été déterminé qu'en fournissant des plaques latérales 28 aux extrémités de la lèvre de déviateur 22 que les fuites latérales sont réduites et aident à rédui-5 re la production de composants latéraux nuisibles. Co»me il a été mentionné ci-dessus, les fuites latérales et la production de composants latéraux est un facteur important en produisant de grandes pertes de déviation, et plus particulièrement durant le mode de transition. En fournissant une construction suivant la figure 1 10 dans laquelle la lèvre de déviateur 22 peut-être disposée facilement à l'intérieur des segments de déviation 22, la performance du déviateur est améliorée de beaucoup durant la phase transitoire. De même, puisque la surface de contrôle ou de décharge est disposée à l'intérieur du déviateur elle ne changera pas avant que 15 les segments tournent ou pivotent au-delà du bord du déviateur 26. Ceci réduit la grandeur du changement de surface effective durant le fonctionnement et améliore la performance du déviateur. Le dispositif de mise en mouvement 20 est la force de commande ou moyen pour prpvoquer le mouvement et des segments de dê-20 viateurs 10 et de la lèvre de déviateur 22. Sur la figure 2, l'arrière d'un moteur de turbine à gaz 2 du type décrit suivant la figure 1 est représenté à nouveau. Cependant, dans ce mode de réalisation, le moteur est un moteur du type à dispositif de poste-combustion et- comprend des barres d'aspersion 25 40, des accroches-flammes 42 et une chemise 44 pour le dispositif de poste-combustion, disposé en amont de l'entrée 46 du système de déviation 48. Le système de déviation 48 est de la même construction que celle décrite par la figure 1 et comprend -un carter 50, une pluralité de segments de déviateur 52 mobile autour d'un pivot 30 commun 54. Un dispositif d'échappement principal 56 est disposé en aval du dispositif de poste-combustion et est du type à surface variable et comprend une pluralité de battants 58 afin de permettre un changement de surface d'échappement du dispositif d'échappement 56. 35 Dans le mode de réalisation représenté par la figure 2 s une lèvre de déviateur 59 rotative est positionnée à l'extrémité en aval de la chemise du dispositif de poste-combustion 44 et en a-mont de l'entrée 46 du système de déviation 48. Cette lèvre de déviateur 59 est essentiellement de la même configuration et cons 69 18102 s 2010251 truction que la lèvre de déviateur 22 de la figure 1 et est aussi rotative angulairement en aval et en amont. Le mouvement, tel que montré, des segments 52, des battants du dispositif d'échappement 58 et la lèvre de déviateur 59 5 est provoqué par le dispositif de mise en mouvement 60; et, en plus un système de dispositif de mise en mouvement communiquant, par exemple une valve d'interruption (non représentée) est fourni avec le dispositif de mise en mouvement 60. Donc, lorque les segments 52 sont déplacés de la position de déviation totale vers la 10 position repliée, la lèvre de déviateur 59 est tournée vers l'amont sous un angle accru 0-. Ceci compose les changements d'étouf-fement du moteur et permet de maintenir le moteur en marche. Par ceci l'efficacité de la déviation n'est pas affectée et ne dérange pas le contact d'écoulement total au rayon extérieur des seg-15 ments, par là conservant le contrôle de la couche de fluide pour le refroidissement du moteur. Le mode de réalisation décrit par la figure 2 est hautement avantageux du point de vue poids en ce qu'il élimine toute section de transition ou de membres entre le moteur et le système 20 de déviation en communiquant entre eux le moyen de mise en mouvement pour la lèvre de déviateur avec les battants du dispositif d'échappement à surface variable le contrôle automatique de l'é-touffement est accompli avec sécurité et d'une manière efficace, et la construction permet une déviation transitoire et résoud les 25 problèmes de refroidissement. La figure 3 représente essentiellement la même construction que la figure 1. Pour la simplicité et la consistance les mêmes chiffres numériques de référence de la figure 1 seront employés dans la figure 3. Suivant la figure 3 un membre cylindrique 70, 30 qui peut-être déplacé axialement est interposé entre la sortie du dispositif d'échappement principal 4 et l'entrée du système de déviation 3. Comme il a été décrit amplement dans la demande de brevet N° 714,865 des Etats-Unis d'Amérique de S.J. Markowski intitulée 35 "Contrôle de la séparation du flux dans un déviateur d'échappement" il est impératif de maintenir un flux total à 1'entrée du système de déviation dans le mode VTOL ou dévié, et particulièrement lorsqu'on dévie l'échappement d'un dispositif de poste-combustion. Suivant cette description la séparation du flux conduit à des hautes 69 18102 9 2010251 températures de métal aux segments de déviateur avec pour résultat la défaillance des segments. Puisque dans le mode de réalisation décrit et en général dans la construction de moteur utilisant un dispositif d'échappe-5 ment principal à surface variable et de portes d'engouffrement, et d'un système de déviation il en résulte un écart substantiel entre les extrémités des battants 17 du dispositif d'échappement principal et l'entrée du système de déviation d'échappement 3. En utilisant le membre 70 transférable axialement qui est mis en mouvement 10 axialement par vin dispositif de mise en mouvement 20, lorsqu'il est dans la position de déviation, ou élimine le grand écart entre • les battants 17 et l'entrée du système de déviation 3. En fait, le membre 70 forme une extension des battants 17 lorsque le membre 70 est déplacé en amont axialement. Ce mouvement du membre 70 en amont 15 assure un flux total à l'entrée du système de déviation 3. Un effet supplémentaire en déplaçant le membre 70 axialement en amont permet à l'arête arrière 72 de se déplacer en amont donc vers le dispositif d'échappement principal 4. L'effet de ceci est d'améliorer l'efficacité du déviateur en réduisant la grandeur des composants 20 latéraux qui sont engendrés lorsque le flux se détend de l'extré- interieur mité circulaire (non représenté) du contour circulaire/de la buse de 1'éjecteur à l'atmosphère ou à l'air libre le long des extrémités de la lèvre de déviateur plate 22. Ceci réduit grandement .l'ampleur des composants latéraux. -25 Comme il va de soi et comme il en résulte d'ailleurs dé- jàde ce qui précède, l'invention ne se limite nullement aux modes de réalisation de ces diverses parties ayant été plus spécialement envisagées; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 18102 10 2010251 REVENDICATIONS. 1. Un dispositif de déviation pour un jet de gaz d'un moteur de turbine à gaz ayant un carter de moteur, un dispositif d'échappement principal pour le flux de l'échappement du moteur compren- 5 ant un moyen pour varier la surface du dispositif d'échappement d' une position ouverte à une position fermée par rapport à l'axe du moteur et un système de déviation disposé en aval et comprenant une pluralité de segments de déviateur, les segments étant mobiles entre une position retirée et une position déviatrice et définissant 10 un chemin d'écoulement avec une décharge à l'air ambiant caractérisé par une lèvre de déviateur mobile entre une position en dehors du flux d'échappement et une position dans le flux d'échappement, l'arête de déchargé de la lèvre de déviateur ayant une relation angulaire avec 1'axe du moteur là où la lèvre de déviateur 15 est dans la position debout, cette position angulaire de l'arête de décharge définissant la surface de décharge du système de déviation. 2. Un dispositif de déviation selon la revendication 1 caractérisé en ce que la lèvre de déviateur est un membre essentielle- 20 ment plat d'une section transversale rectangulaire. 3. Un dispositif de déviation selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que des moyens sont pourvus pour déplacer la lèvre de déviateur dans ou hors du flux d'échappement du moteur et que le moyen pour varier la surface du dispositif d'échappement 25 principal est communiquant avec le moyen pour déplacer la lèvre de déviateur par là fournissant un contrôle automatique de l'ëtouffe-ment du moteur. 4. Un dispositif de déviation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la lèvre de déviateur est 30 disposée en aval du dispositif d'échappement principal. 5. Un dispositif de déviation selon la revendication 4 caractérisé en ce que la lèvre de déviateur est mobile suivant un angle de zéro degré à quatre vingt dix degrés, la lèvre de déviateur lorsque dans la position de zéro degré étant substantiellement pa- 35 rallèle à l'axe du moteur et formant substantiellement un prolongement du carter du moteur. 6. Un dispositif de déviation selon la revendication 4 caractérisé en ce que le système de déviation consiste en deux segments de déviateurs et que la lèvre de déviateur peut tourner d'un angle 69 18102 ii 2010251 de quarante cinq degrés au plus dans une direction en amont d'une position qui est essentiellement parallèle à l'axe du moteur. 7. Un dispositif de déviation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel une pluralité de portes d'engouffre- 5 ment qui se recouvrent d'une manière étanche, sont disposées en rond autour de l'axe du moteur, les portes d'engouffrement étant reliées par charnières au carter du moteur et disposées en amont du système de déviation caractérisé en ce que une chemise transférable est disposée à l'entrée du système de déviation, la che-10 mise étant mobile axialement vers l'amont et vers l'aval la chemise formant substantiellement un prolongement du dispositif d' échappement principal lorsqu'il est dans la position ouverte, la chemise assurant ainsi l'écoulement total à l'entrée du système de déviation, et en ce que des moyens sont pourvus pour transfé-15 rer la chemise vers l'amont et vers l'aval. 8. Un dispositif de déviation selon la revendication 7 caractérisé en ce que la chemise transférable est essentiellement circulaire et concentrique avec l'axe du moteur. 9. Un dispositif de déviation selon la revendication 7 ou 8 20 caractérisé en ce que le moyen pour transférer la chemise et le moyen pour varier la surface du dispositif d'échappement principal d'une position fermée à une position ouverte sont reliés entre eux de façon que la chemise est transférable vers l'amont lorsque le dispositif d'échappement principal est dans sa position ouverte 25 10. Un dispositif de déviation selon l'une quelconque des reven dications 1 à 3 dans lequel le moteur comprend un dispositif de poste-combustion comprenant une chemise disposée concentriquement dans le carter du moteur caractérisé en ce que la lèvre de déviation est reliée au côté en aval de la chemise du dispositif de 30 poste-combustion au rayon intérieur du système de déviation. 11. Un dispositif de déviation selon la revendication 10 caractérisé en ce que la lèvre de déviateur est mobile dans le flux d' échappement entre zéro degré et quatre vingt dix degrés, la lèvre de déviateur formant un prolongement de la chemise du dispositif 35 de poste-combustion lorsqu'elle est dans la position de zéro degré. 12. Un dispositif de déviation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que des plaques latérales sont pourvues aux extrémités de la lèvre de déviateur afin de réduire les fuites latérales.