Brevet FR2097150A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne des systèmes de propulsion, et plus particulièrement un système perfectionné pour décollage et atterrissage verticaux d'un aéronef. Bien que de nombreux projets aient été étudiés en ce qui concerne 5 la propulsion verticale des aéronefs à ailes fixes, aucun d'eux n'a eu de succès commercial. Ceci peut être attribué à diverses imperfections. Lorsque des groupes motopropulseurs sont utilisés pour la propulsion verticale et l'avancement, le prix de revient et le poids sont des problèmes importants. La complexité est un facteur important en ce qui concerne les tuyères 10 Lorsque les groupes motopropulseurs sont inclinés par rapport à l'aéronef, des compromis entre les diverses conditions aérodynamiques de la propulsion verticale et en avant ont rendu le système coûteux. En ce qui concerne cette dernière considération, il faut noter que la propulsion en avant est plus efficace si une élévation de pression relati-15 vement élevée est imprimée à l'écoulement de fluide mobile. Pour la propulsion verticale, un débit-masse élevé de l'écoulement de fluide mobile est plus important que l'élévation de pression ou le rapport des pressions. D'autres compromis ont également été trouvés dans les zones d'entrée ou dîéjection selon lesquels les différents modes de fonctionnement conduisent à des 20 configurations différentes. Par conséquent, l'invention propose un système de propulsion perfectionné ayant un débit-masse relativement élevé pour la propulsion verticale et une augmentation de pression élevée pour la propulsion en avant des aéronefs à ailes fixes. 25 L'invention prévoit également des entrées et des tuyères supplé mentaires adaptées plus spécialement aux diverses conditions de la pnpulsion verticale et en avant. Ces buts sont atteints par un système de propulsion comportant deux unités de compression de l'air, ou davantage, comprimant des écoulements 30 d'air séparés pour la propulsion verticale, et un seul écoulement d'air pour la propulsion en avant. Ces unités de compression de l'air sont plus spécialement montées dans un fuseau-moteur ayant un passage horizontal pourvu d'une petite entrée marginale à une extrémité et d'une tuyère d'éjection à l'autre extrémité. 35 Les unités comportent des conduits coïncidant avec une entrée alignée verticalement et des orifices d'éjection en mode vertical. En mode d'avancement, ces conduits cotncident avec le passage horizontal du fuseau-moteur. Les orifices d'entrée peuvent Stre arrondis, pour une propulsion verticale efficace. 71 24371 2 2097150 De préférence» les unités de compression de l'air comportent des soufflantes à turbines d'extrémité entraînées par des générateurs de gaz éloignés. Des caractéristiques spéciales sont prévues pour manipuler l'éjection des gaz chauds à partir des unités, et pour effectuer la tran-5 sition entre la propulsion verticale et la propulsion en avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente une vue en perspective fragmentaire 10 d'un aéronef comportant un système de propulsion conforme à l'invention, en vol vertical; - la figure 2 est une vue en coupe agrandie prise le long de la ligne II-II de la figure 1; • - la figure 3 est une vue coupe agrandie prise le long de la 15 ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en perspective similaire à celle de la figure 1; représentant le système de propulsion en mode d'avancement; - la figure 5 est une vue en coupe prise le long de la ligne V-V de la figure 4; 20 - la figure 6 est une vue en coupe agrandie prise le long de la ligne VI-VI de la figure 5; - les figures 7 et 8 sont des vues en coupe similaires aux figures 2 et 5 représentant la transmission entre les modes de propulsion verticale et horizontale; et 25 - la figure 9 est une vœ en coupe à échelle agrandie prise le long de la ligne IX-IX de la figure 8. La figure 1 représente un aéronef 10 de type classique, car il est constitué d'un fuselage 12 et d'ailes 14 sur les côtés opposés du fuselage. Sur chacune de ces ailes 14 est montée une unité de propulsion 30 comportant un fuseau-moteur suspendu 16 sous l'aile. Des unités de propulsion à soufflantes 18 et 20, entraînées par deux générateurs de gaz 22 montés à l'extrémité avant du fuseau-moteur 16, se trouvent à l'intérieur de chaque fuseau-moteur. Chacune des unités 18 et 20 comporte. une structure centrale 24 35 supportée par un carter 26. Ce carter comporte un conduit central 28 et une surface sphérique extérieure 30 s'adaptant à une surface correspondante formée dans le fuseau-moteur 16. Des tourillons 32 font pivoter les carters sur le fuseau-moteur 16. Des dispositifs d'actionnement 34 font tourner les unités 18 et 20 comme il sera décrit plus loin. 71 24371 3 2097150 Les unités 18 et 20 comportent chacune en outre un rotor 36 pourvu de pales 38 en saillie, ainsi que des aubes de guidage de sortie 40 supportées également par le carter 26. Le courant de gaz chaud provenant d'un des générateurs 22 est éjecté dans un passage longitudinal 42 (figures 3 et 6) et 5 traverse le tourillon 32 en direction d'une spirale 44 formée dans le carter 26. Cette spirale 44 dirige le courant de gaz chaud vers les pales 46 de la turbine fixées aux extrémités extérieures des pales 38. Le rotor 36 tourne et les pales 38 compriment l'air entrant par le passage 28, et éjectent l'air comprimé par les aubes de guidage de sortie 40, pour obtenir une force de propulsion. 10 Après que le courant de gaz chaud a été éjecté par les pales 46, il est dirigé dans les aubes de guidage de sortie 48, puis vers un passage de sortie concentrique 50. La soufflante de sustentation 20 est alimentée de manière similaire par l'éjection de l'autre générateur de gaz 22, dirigée vers un passage longitu-15 dinal 52, et vers le tourillon creux de cette unité. La construction des unités peut être identique, et les mêmes références sont utilisées pour identifier les mêmes composants. Il faut également noter que les soufflantes entraînées par la turbine d'extrémité sont connues en soi, et une description détaillée de ces dispositifs de compression de l'air n'est pas nécessaire. 20 En mode vertical de propulsion, les unités 18 et 20 sont placées de manière que leurs axes soient verticaux, et que leurs conduits 28 coîiicident avec les orifices d'entrée 54 au sommet du fuseau-moteur 16, et avec les orifices d'éjection 56 situés à la partie inférieure du fuseau-moteur 16. Le couvercle 58 des orifices d'entrée 54 est ouvert en vol vertical par des 25 dispositifs d'actionnement 55, agissant par l'intermédiaire d'une connexion mécanique 57. Les couvercles 60 des orifices d'éjection 56 basculent en position d'ouverture pour le mode vertical, par 1'actionnement des dispositifs 59 par l'intermédiaire d'une connexion mécanique 61. Il apparaît également que les entretoises 63 supportent les couvercles 60. 30 II apparaît sur les figures 4 à 7 que le fuseau-moteur 16 comporte un passage central 62 coïncidant avec les conduits 28 des unités 18 et 20 par une rotation de 90°. L'air comprimé est alors éjecté par une tuyère 64 formée à l'extrémité d'éjection du passage 62. En mode d'avancement, l'air comprimé par les pales 38 de l'unité 18 pénètre dans la seconde unité 20, 35 et est encore comprimé. Cet air comprimé à nouveau.>_ ainsi que le courant chaud provenant de la sortie 50 de la seconde unité 20 sont éjectés par la tuyère 64 pour obtenir la force de propulsion en avant. Le courant chaud éjecté de l'unité 18 à travers le passage concentrique 50 est dirigé par 71 24371 4 2097150 un passage 66 dans le fuseau-moteur 16 de manière à former un angle avec la surface aval extérieure du fuseau-moteur 16. Le passage 66 s'étend à la circonférence du fuseau-moteur sur une distance angulaire limitée pour empêcher l'éjection des gaz chauds vers l'aile 14. 5 Les figures 7 à 9 représentent la transition du système de propulsion entre le mode vertical et le mode horizontal. La première étape consiste à basculer progressivement les couvercles inférieurs 60, fonctionnant comme des aubes ou des ailerons, vers l'arrière, pour produire une composante de poussée horizontale en avant, telle que représentée sur la 10 figure 7. Ensuite, l'unité 18 pivote jusqu'à une position horizontale, comme représenté sur la figure 8. L'air comprimé dans cette unité évite l'unité 20, et est éjecté dans les passages 68 formés aux parties latérales du fuseau-moteur 16. Pour la propulsion en avant, les ailerons 72 sont alignés respectivement avec le trajet d'écoulement du fuseau-moteur, et 15 sa surface extérieure. Pendant la transition, ces ailerons pivotent pour être ouverts autour de leurs points de pivotement amont, à l'aide des dispositifs d'actionnement 74, par l'intermédiaire d'une liaison mécanique 76 représentée schématiquement. Dans certains cas, les forces aérodynamiques permettent d'éviter l'utilisation de dispositifs d'actionnement pour faire 20 basculer les ailerons 70 et 72. Les passages 68 fonctionnent comme des tuyères, et l'air éjecté contribue à la poussée avant du système. Lorsque l'aéronef a une vitesse d'avancement suffisante pour que les ailes 14 aient la- portance nécessaire, la soufflante 20 pivote rapidement ai position horizontale, et les couvercles 58 et 60 de 25 l'unité 20 sont fermés, ainsi que les ailerons 70 et 72, le système de propulsion retournant ainsi dans la position représentée sur les figures 4 à 6. Il apparaît que le système de propulsion décrit permet d'obtenir un débit-masse important avec un rapport de pression relativement 30 faible pendant la propulsion verticale, et un rapport de pression supérieur et un débit-masse inférieur pour une propulsion efficace d'avancement. En outre, les orifices d'entrée et d'éjection 54 et 56 pour la propulsion verticale sont indépendants de l'entrée et de la tuyère de la propulsion en avant. Ceci permet l'utilisation d'orifices évasés pour un meilleur 35 rendement vertical, et d'une entrée à grande vitesse à bords aigus pour un meilleur rendement d'avancement. De manière similaire, les orifices d'éjection ou tuyères 56 ont une surface convenant à la propulsion verticale, 71 24371 5 2097150 tandis que la tuyère 64 a une surface convenant à la propulsion en avant. En adaptant les couvercles 58 et 60 à la forme cylindrique du fuseau-moteur, une propulsion en avant plus efficace peut être obtenue. Tandis que l'invention a été décrite en référence à un mode de 5 réalisation préféré, diverses modifications peuvent être apportées, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Par exemple, les unités de compression de l'air peuvent comporter des générateurs de gaz indépendants,tels que par exemple, dans le cas d'un moteur à turbo-souffiantes, ou d'un turbo-réacteur. Selon la configuration de l'aéronef, il peut y avoir un ou plusieurs systèmes 10 de propulsion,et le fuseau-moteur peut avoir toute autre forme qu'une forme cylindrique. Ce fuseau-moteur peut également contenir un certain nombre d'unités de propulsion disposées de façon similaire à celles décrites. Lors de la transition, la soufflante arrière peut être en position horizontale, tandis que l'unité avant est en position verticale. Dans ce 15 cas, l'unité avant peut être évitée aérodynamiquement en ouvrant des passages dans le fuseau-moteur pour introduire l'air dans la seconde unité. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans pour autant sortir de son cadre. 71 24371 6 2097150 REVENDICATIONS 1 - Système de propulsion caractérisé en ce qu'il comporte une première et une seconde unité de compression de l'air, et un dispositif pour former, avec ces unités comprimant l'air séquentiellement, un système 5 de propulsion en avant, et avec ces unités comprimant des écoulements d'air séparés, un système de propulsion vertical. 2 - Système de propulsion caractérisé en ce qu'il comporte un fuseau-moteur suspendu, traversé par un passage horizontal, comportant une entrée d'air à une extrémité et une tuyère à l'autre extrémité, une première 10 et une seconde paire d'orifices d'entrée et d'éjection alignés verticalement s'ouvrant sur le passage horizontal, ces paires d'orifices étant espacées entre l'entrée et la tuyère, une premièreet une seconde unité de compression de l'air, comportant chacune un conduit dans lequel s'écoule l'air lorsqu'il est comprimé, un dispositif pour faire coïncider les conduits de la première et de la seconde 15 unité avec la première et la seconde paire d'orifices pour la propulsion verticale, et pour faire coïncider les conduits des deux unités avec le passage horizontal, pour la propulsion en avant. 3 - Système de propulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif pour faire coïncider les conduits comporte un 20 dispositif pour faire pivoter ces unités sur le fueeau-moteur, et un dispositif pour faire pivoter ces unités sur leurs pivots entre les positions verticale et horizontale. 4 - Système de propulsion selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des aubes dans l'orifice d'éjection, pivotant autour 25 d'axes perpendiculaires à la direction de poussée avant; «n dispositif pour faire pivoter les aubes à paxtLr d'une position verticale lorsque les unités de compression sont en position verticale vers une position inclinée, lors de la transition de la propulsion verticale à la propulsion horizontale, un dispositif pour faire pivoter l'une des unités en position horizontale, pendant 30 cette transition, tandis que l'autre unité reste en position verticale, bloquant le passage horizontal, et un dispositif pour éviter aérodynamiquement l'unité horizontale au-delà de l'unité verticale pendant cette transition. 5 - Système de propulsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité de compression amont est tout d'abord déplacée dans une 35 position horizontale pendant la transition, et le dispositif de déviation 71 24371 7 2097150 comporte des passages faisant un petit angle avec l'extérieur du fuseau-moteur, entre ces unités, un volet fermant normalement les passages, et un dispositif faisant pivoter ces volets vers l'extérieur pour effectuer la fonction de 5 déviation. 6 - Système de propulsion selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des unités comporte un carter, et en ce que le dispositif pour faire pivoter ces unités comporte des tourillons dont les axes sont placés à l'intersection des axes du passage du fuseau-moteur et des orifices, 10 et en ce qu'il comporte un moyen pour fixer les conduits de l'unité à partir des orifices, lorsqu'ils coïnrfrtent avec le passage du fuseau-moteur, et pour fixer ces conduits à partir du passage du fuseau-moteur lorsqu'ils coïncident avec ces orifices. 7 - Système de propulsion selon la revendication 6, caractérisé en 15 ce que le fuseau-moteur, son passage, les conduits et les orifices ont une coupe circulaire, le dispositif de fixation est sphérique, les orifices d'entrée sont formés avec un rayon relativement large, après être évasés, et l'entrée du passage du fuseau-moteur est relativement effilé pour que l'air pénètre de façon efficace à vitesse élevée pour la propulsion en avant. 20 8 - Système de propulsion selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des unités comporte un carter, un générateur de gaz éloigné, un rotor comportant une turbine d'extrémité, un moyen pour conduire ces gaz chauds, depuis le générateur de gaz vers la turbine d'extrémité, et une éjection annulaire des gaz chauds à partir de la turbine d'extrémité, ainsi 254* qu'un passage dans le fuseau-moteur avec lequel coïncide la décharge annulaire de l'unité amont en position horizontale, éjectant ainsi les gaz chaud à l'extérieur du fuseau-moteur, et la décharge annulaire de l'unité aval coïncide avec le passage du fuseau-moteur en position horizontale. 9 - Système de propulsion selon la revendication 8, caractérisé en 30 ce que le fuseau-moteur, son passage,les conduits et les orifices ont une coupe circulaire, les orifices d'entrée ont un rayon relativement large après s'être évasés, l'entrée du passage du fuseau-moteur est relativement effilée pour une entrée d'air efficace à vitesse élevée pour la propulsion en avant, le dispositif faisant pivoter les unités comporte des tourillons 35 dont les axes sont placés à l'intersection des axes du passage du fuseau-moteur, et des orifices, et un dispositif sphérique permet de fixer les conduits des unités à partir des orifices, lorsqu'ils coïncident à partir du passage du fuseau-moteur et pour fixer ces conduits à partir du passage du fuseau-moteur lorsqu'ils coïncident avec les orifices, des couvercles 71 24371 8 2097150 pour fermer ces orifices, s'adaptant à la surface extérieure du fuseau-moteur, un dispositif pour faire pivoter le couvercle des orifices d'entrée en position d'ouverture, lorsque les unités sont verticales, un dispositif pour faire pivoter les couvercles des orifices d'éjection autour d'axes perpendiculaires à la direction de poussée avant, lorsque les unités sont en position verticale, un dispositif pour faire pivoter les couvercles des orifices d'éjection en position arrière, et de fermeture, pour qu'ils fonctionnent comme ailerons lors de la transition entre la propulsion verticale et la propulsion horizontale, un dispositif pour faire pivoter l'unité amont en position horizontale, lors de cette transition, tandis que l'autre unité reste en position verticale, bloquant le passage du fuseau-moteur, des passages de déviation faisant un petit angle avec le fuseau-moteur, à l'extérieur, entre les unités, pour diriger l'éjection de l'unité amont à l'extérieur du fuseau-moteur pendant la transition, des ailerons fermant ces passages, et un dispositif pour faire basculer les ailerons vers l'extérieur et effectuer la déviation. 10 - Système de propulsion, caractérisé en ce qu'il comporte un fuseau-moteur traversé par un passage horizontal, avec un orifice d'entrée relativement petit, et une tuyère d'éjection pour la propulsion en avant, ainsi que deux orifices verticaux et alignés, dans le sens de la longueur du passage, l'orifice supérieur ayant un rayon relativement grand pour que l'air pénètre de façon efficace pendant la propulsion verticale, une unité de compression de l'air comportant un conduit dans lequel l'air est comprimé, et un dispositif pour faire coïncider ce conduit avec les orifices pour la propulsion verticale, et avec le passage pour la propulsion horizontale. 11 - Système de propulsion selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'unité comporte un carter, un générateur de gaz éloigné, un rotor à turbine d'extrémité, un dispositif pour diriger les gaz chauds à partir du générateur vers la turbine d'extrémité, et une éjection annulaire des gaz chauds à partir de la turbine d'extrémité.