Brevet FR2068695A1 — publié le 19710827

La présente Invention concerne le perfectionnement des tuyères de propulsion du type convergent-divergent utilisées pour la propulsion des avions supersoniques, et plus particulièrement des mécanismes perfectionnés pour la suppression du 5 bruit et l'établissement d'une poussée inverse. Un avion commercial doit produire le minimum de bruit quand il fonctionne à faible altitude^ principalement pendant le décollage, la montée et l'atterrissage. De plus, un tel avion doit comporter un dispositif pour établir uné poussée inverse 10 et des dispositifs augmentant la maniabilité. Suivant des techniques antérieures ces résultats sont obtenus en utilisant des volets ou des dispositifs analogues placés dans le courant propulseur de gaz chauds pour obtenir la poussée inverse et la suppression du bruit. Il a été 15 proposé aussi d'utiliser dans les tuyères de propulsion des mécanismes pouvant être actionnés sélectivement pour assurer ces deux fonctions. Ces combinaisons ont été principalement orientées au cas de tuyères, convergentes simples utilisées pour la propulsion dîavions subsoniques. 20 La présente invention a pour objet une tuyère de propulsion du type convergent-divergent ayant un mécanisme combiné pour la suppression du bruit et l'inversion de la poussée et d'un rendement élevé, en particulier pour la suppression.;-du bruit pour des rapports de pression à la tuyère d'échappe-25 ment haute pression correspondant à ceux des turbo-réacteurs supersoniques à performances élevées. L'invention a aussi pour objet une tuyère de propulsion convenant particulièrement pour un moteur à turbine à gaz du type à post-combustion dans lequel du carburant addi-30 tionnel est brûlé dans le courant des gaz chauds immédiatement avant son échappement de la tuyère de propulsion. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour réduire sélectivement le bruit dans des directions données et plus particulièrement pour réduire le bruit dans les bandes 35 latérales. L'expression "bruit dans les bandes latérales" désigne le bruit mesuré à des distances données latéralement à l'avion et c'est l'un des critères pour l'évaluation des niveaux de bruit d'un avion. 70 42569 2 2068695 -L*. invention a aussi pour objet d'atteindre les résultats ci-dessus d'une façon compatible avec les tuyères de propulsion des moteurs d'avion en ce qui concerne un poids faible, la sûreté de fonctionnement 'et d'autres conditions 5 nécessaires. Les objets de l'invention sont atteints au moyen d'une tuyère convergente-divergente pour la propulsion d'un avion supersonique, cette tuyère comportant une tuyère primaire convergente et une tuyère secondaire divergente espa-10 cée axialement de la tuyère primaire. Des dispositifs sont utilisés- pour introduire de l'air froid dans l'espace compris entre la tuyère primaire pt la tuyère secondaire. La tuyère secondaire comporte un certain nombre de volets s'étendant dans la direction aval à partir du col. Des dispositifs sont 15 utilisés pour faire basculer des volets sélectionnés, espacés angulairement, vers l'intérieur à partir du col pour supprimer le bruit engendré par la tuyère, et pour faire basculer tous les volets vers l'intérieur pour bloquer le courant de gaz chauds et le dévier latéralement et en amont à travers l'espace compris 20 entre la tuyère primaire et la -tuyère, secondaire pour le fonctionnement avec poussée inverse. Pour obtenir sélectivement la suppression du bruit, les volets sélectionnés sont de préférence disposés sur les côtés opposés de la tuyère afin de minimiser le bruit' des bandes latérales. 25 Les extrémités extérieures des volets sélectionnés sont de préférence espacées de la tuyère secondaire quand ces volets sont basculés vers leurs positions de mélange pour établir un trajet d'écoulement pour" l'air froid augmentant le mélange pour l'amortissement du bruit. Des volets de blocage JO peuvent être basculés par d'autres volets voisins pour bloquer ces ouvertures quand les volets sont en position pour la poussée inverse. Les mouvements de pivotement des volets sont de préfé--rence commandés par un système de tringlerie avec deux sys-35 tèmes de commande; pouvant être actionnés indépendamment l'un de l'autre pour un déploiement rapide des volets. Les caractéristiques de ,1'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels 70 42569 3 2068695 - la figure 1 est une vue simplifiée partiellement en coupe d'un moteur à turbine à gaz comportant une tuyère de propulsion selon un mode de mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II 5 de la figure 5 montrant la tuyère en position de fonctionnement supersonique ; - la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 5 montrant la tuyère en position d'amortissement du bruit ; 10 - la figure 4 est une coupe semblable à celle de la figure 3 montrant la tuyère en position de poussée inverse ; - la figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 3 j - et la figure 6 est une vue par une extrémité du moteur 15 montrant les volets déployés pour la poussée inverse de la façon représentée sur la figure 4. La figure 1 représente un moteur à turbine à gaz comportant une tuyère de propulsion selon la présente invention. Ce moteur comporte une enveloppe ou capot 14 fixé à une aile 10 20 de l'avion par un pylône 12. Le moteur comporte une entrée supersonique 16 à l'extrémité avant de l'enveloppe, cette entrée comportant un élément central aérodynamique 18. L'air circule de l'entrée 16 vers le moteur à turbine à gaz 20 qui est représenté à titre d'exemple avec un compresseur 22 pour la mise sous 25 pression de l'air, une chambre de combustion 24 pour la combustion du carburant avec l'air pour la production d'un courant de gaz chauds et une turbine 26 qui est entraînée par le courant de gaz chauds pour entraîner le compresseur. Le courant de gaz chauds est augmenté par la combustion de carburant dans le 30 dispositif de post-combustion 27, et l'énergie des gaz chauds est convertie en poussée de propulsion par la tuyère 28 décrite plus en détail ci-après. Il doit être noté que l'enveloppe 25 du moteur 20 est espacée de la surface intérieure du capot 14 pour établir un passage d'écoulement 29 pour l'air appelé 35 "air secondaire". Une proportion faible de l'air pénétrant par l'entrée 16 passe ainsi en by-pass autour du moteur et pénètre dans la tuyère de propulsion 28 sous la forme d'air secondaire de la façon et dans le but indiqués ci-après. 70 42569 2068695 Pendant le vol supersonique, la tuyère 28 a une forme convergerfce-divergente de la façon représentée sui*''la figure "2o La partie convergente de la tuyère, qui est appelée la tuyère primaire, comporte un certain nombre de volets 30 articulés à l'enveloppe du moteur à turbine à gaz. Aprèsïaccé-lération du courant de gaz chauds à travers la tuyère primaire, ce courant se détend à travers la tuyère secondaire divergente. La tuyère secondaire comporte un certain nombre de volets 3^ articulés aux extrémités de ces volets ou près des extrémités des volets de réglage d'ouverture 35- Les volets de réduction d'ouverture sont articulés à leurs extrémités amont au capot 14. Les extrémités amorit des volets 34 sont couplées à la structure du capot par des bielles 33. Les volets 34 et 35 forment ensemble une tuyère aérodynamique qui ajuste automatiquement la section d'écoulement à la sortie d'une façon connue en fonction du rapport des pressions à travers la tuyère. La tuyère secondaire comporte de plus des volets inverseurs 36, des volets amortisseurs ou suppresseurs de bruit 38 et des panneaux fixes 40 (voir aussi la figure 5) qui, ensemble, forment une surface de détente en amont des volets 34. La tuyère secondaire forme de façon aérodynamique la surface de détente de la tuyère entre les extrémités aval des volets 30 de la tuyère primaire et de la tuyère secondaire. Pendant le fonctionnement supersonique, les volets 36 et 38 sont dans l'alignement des panneaux fixes 40 pour former une surface conique de détente. Les volets Inverseurs 36 sont articulés par des;. tptus rillons 42 à la structure du capot. Les tourillons 42 sont sitiiés dans un plan se trouvant d'une façon générale au col de la tuyère secondaire. Les volets 36 sont couplés par des bielles 44 à des leviers de renvoi 46 qui sont articulés en 48 à' la structure du capot 14'. Des bielles 50 articulées aux leviers de renvoi 46 connectent les leviers coudés à un anneau commun de commande 52. Les bielles 50 sont articulées à l'anneau 52 par des goujons 54 qui sont engagés dans des ouvertures des pattes 56 dépassant de l'anneau. Des vérins 58 (voir aussi la figure 5) sont montés sur la structure du capot 14 et leurs tiges de piston 60 sont articulées à l'anneau de commande' 52.. Les volets amortisseurs de bruit 38 (figure 3) sont aussi articulés par des tourillons 42 et sont couplés de façon 70 4256.9 5 2068695 similaire à l'anneau de commande 52 par des bielles 44, des leviers de renvoi 46' et des bielles 50. Des leviers de renvoi 46' sont articulés en 59 aux leviers de renvoi 62. Les leviers de renvoi 62 sont articulés de la façon représentée en 61 à la 5 structure du capot. Les tiges de piston 63 de vérins 64 sont articulées aux leviers de renvoi 62 et les vérins 64 sont articulés à la structure du capot. Quand les tiges de piston 63 sont rétractées, les leviers de renvoi maintiennent les articulations extérieures 59 des leviers de renvoi 46' dans les 10 mêmes positions relatives que les articulations fixes 48 des ..leviers de ïerïvoi' 46. Pdur l'amortissement ou suppression du bruit, les tiges de piston 63 sont développées de la façon représentée sur la figuré 3 pour faire pivoter les leviers de renvoi 62 15 dans le sens des aiguilles d'une montre. De ce fait, le système de tringleriè tourne autour des axes des articulations 54 et fait basculer les volets amortisseurs de bruit vers l'intérieur jusqu'à une position formant un angle relativement faible dans le courant des gaz ohauds provenant de la tuyère primaire. 20 Quand les volets amortisseurs 38 sont ainsi déployés, de l'air tertiaire pénètre par les ouvertures comportant des volets 65 qui sont réparties autour du capot 14 (figure 1). Cet air tertiaire est guidé par une paroi de guidage 67 vers le col de la tuyère secondaire, et il passe ensuite autour des volets 25 38 déployés pour un mélange efficace d'air froid avec le courant de gaz chauds et par suite pour provoquer un amortissement important du bruit. Il sera noté que les volets 38 sont espacés des articulations 42 par des bras 68 pour établir un passage d'écoulement entre ces bras pour l'air tertiaire. La position des 30 volets 38 suivant un angle faible dans le courant des gaz partiellement détendus provenant de la tuyère primaire réduit la diminution de la poussée tout en assurant un amortissement efficace du bruit. En utilisant trois volets espacés angulairement sur 35 chaque côté de la tuyère (voir la figure 5)» un amortissement sélectif du bruit dans les bandes latérales est obtenu avec un minimum de diminution de la poussée globale à la sortie de la tuyère. bad original 70 42569 6 2068695 Pour obtenir la poussée inverse, les tiges de pistons 60 sont développées (figure 4) pour faire basculer les leviers de renvoi 46, 46' dans le sens des aiguilles d'une montre autour de leur articulations et pour faire basculer 5 tous les volets 36 et 38 vers l'intérieur pour bloquer l'écoulement "axial du courant de gaz chauds. Le courant de gaz chauds échappe alors latéralement et dans la direetion amont à travers des ouvertures comportant les volets 65 pour établir la poussée inverse. 10 Une caractéristique importante est que l'anneau de commande peut être déplacé pour établir la poussée inverse avec les volets amortisseurs 36 en positions rentrée ou déployée ou en n'importe quelle position intermédiaire. Quand les volets amortisseurs 36 sont dans des positions autres que les positions 15 déployées, ils ne sont pas complètement basculés vers une position d'obturation par l'anneau de commande 52, de la façon représentée sur la figure 3• Cependant, ces volets assurent un blocage appréciable et ils peuvent être rapidement déplacés jusqu'aux positions de fermeture complète par les vérins 64, Cela permet 20 une décélération rapide en cas de décollage manqué qgiand la tuyère fonctionne en position d'amortissement du bruit. Les volets 36 «t >8 peuvent être ensuite ramenés à leurs positions rentrées par le retrait des tiges de piston 64, de la façon représentée sur la figure 2. Lâ commande de circulation du fluide hydrau-25 lique ou pneumatique pour les vérins 68 et 54 peut être assurée de n'importe quelle'f«çon .connue pour obtenir les positionnements sélectifs décrits ci-dessus. Quand les voleta 36 et 38 sont dans les positions pour la poussée inverse, les espaees entre les extrémités des 30 volets "38j du côté des articulations des volets 38, et' le col de la tuyère secondaire sont fermés par dea volets obturateûrs 69 (figures 3 et 6) pour bloquer complètement le passage du courant de gaz chauds. Les volets 69 sont montés sur les tourillons 42 des volets amortisseurs 38. Des bras 71 dépassant des volets 69 35 sont engagés dans des -cuvettes 73 des volets inverseurs 36 voisins. Les volets 69 sont basculés par les volets inverseurs voisins poi*r boucher les espacea ,aux extrémités du côté articulation des volets amortisseurs pendant le fonctionnement en poussée inverse. bad original 70 42569 7 2068695 Bien que suivant la description qui précède les volets amortisseurs soient disposés angulairement sur les côtés du courant de gaz chauds afin de réduire le bruit des bandes latérales, des volets peuvent aussi être déployés à la partie supérieure et à la 5 partie inférieure pour former des volets amortisseurs aux endroits où la suppression directionnelle du bruit n'est pas un facteur aussi important. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant 10 d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 70 42569 8 2068695 REVENDICATIONS 1. Tuyère convergente-divergente pour la propulsion d'un avion supersonique caractérisée par une tuyère primaire convergente pour le passage du courant de gaz chauds, une tuyère 5 secondaire divergente espacée axialement de la tuyère primaire, un .dispositif pour introduire de l'air froid entre la tuyère primaire et la tuyère secondaire et au col de celle-ci, plusieurs volets s*étendant dans la direction amont à partir du col et formant la tuyère secondaire, et- un dispositif pour faire 10 basculer des volets sélectionnés espacés angulairement vers l'intérieur à partir du col pour le mélange d'air froid au courant de gaz chauds partiellement détendu provenant de la tuyère primaire pour réduire le bruit engendré par la tuyère, et pour faire basculer tous les volets vers l'intérieur pour 15 bloquer le courant de gaz chauds et le dévier latéralement et dans la direction amont à travers l'espace compris entre la tuyère primaire et la tuyère secondaire pour établir la poussée inverse. 2. Tuyère selon la revendication 1 caractérisée en ce 20 que les volets sélectionnés se trouvent sur les côtés latéraux opposés de la tuyère. 3. Tuyère selon la revendication 1 caractérisée en ce que les volets sélectionnés sont basculés dans le courant de gaz chauds suivant un angle relativement faible pour le mélange 25 d'air froid à ee courant et en ce que les extrémités du côté des articulations des volets sélectionnés sont espacées de la tuyère secondaire quand ils sont dans ces positions pour établir un passage d'écoulement pour l'air frcJ 6 d'augmenter l'action de mélange. 30 4. Tuyère selon la rewridicaution 3 caractérisée par des volets obturateurs basculés par des volets voisins des volets sélectionnés potir fermer les espaces compris entre les volets sélectionnés et la tuyère secondaire quand le courant de gaz chauds est bloqué pour provoquer la poussée inverse. 35 5. Tuyère selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif de pivotement comprend un dispositif de commande pour faire basculer les volets sélectionnés et un autre 70 42569 9 2068695 dispositif de commande pour faire basculer les autres volets, les deux dispositifs de commande pouvant être actionnés indépendamment l'un de l'autre. 6. Tuyère selon la revendication 1 caractérisée en 5 ce que les volets sont articulés au col de la tuyère secondaire, le dispositif de commande de pivotement comprenant un système de tringlerie couplé aux volets sélectionnés et des leviers de renvoi ainsi que des vérins pour faire pivoter les leviers de renvoi, le système de tringlerie répondant au mouvement de pivo- 10 tement des leviers de renvoi pour faire basculer les volets sélectionnés vers leurs positions de mélange, et un système de tringlerie similaire couplé aux autres volets et des articulations fixes, un anneau de commande et des bielles couplant les deux systèmes de tringlerie à l'anneau de commande, ces bielles 15 répondant au déplacement dans le sens longitudinal de l'anneau dê commande pour faire basculer tous les volets vers leurs positions de poussée inverse. 7. Tuyère selon la revendication 6 caractérisée en ce que les volets sélectionnés sont basculés dans le courant 20 de gaz chauds suivant des angles relativement faibles en position de mélange, et les volets sélectionnés comportent des bras les reliant aux articulations au col pour que les extrémités du côté des articulations de ces volets soient distantes du col quand les volets sont dans les positions de mélange pour établir 25 des trajets d'écoulement pour l'air froid et permettre une action supérieure de mélange. 8. Tuyère selon la revendication 7 caractérisée par des volets de prise d'air pour l'entrée d'air froid ainsi que pour l'échappement des gaz chauds quand le passage des gaz 30 chauds est bloqué à travers la tuyère pour l'établissement de la poussée inverse. 9. Tuyère selon la revendication 7 caractérisée par des valets obturateurs articulés sur les mêmes axes que les volets sélectionnés et par des dispositifs couplant ces volets obturateurs 35 à d'autres volets voisins de façon que ces derniers volets fassent basculer les volets obturateurs pour fermer les intervalles entre les extrémités du côté des articulations des volets sélectionnés et le col de la tuyère secondaire quand les volets sont dans la position pour l'établissement de la poussée inverse.