Brevet FR2123087A1 — publié le 19720908

L'invention se rapporte à un dispositif d'éjection de réacteur d'aviation, du type comprenant une tuyère disposée à la sortie d'un canal d'éjection de gaz chauds tille concerne po- temment, mais non pas eclusivement, un dispositif d' éjee%Loei conposite comprenant en outre une tuyère secondaire placee à l'ex- trémité d'un carénage extérieur formant autour du canal d'éjection un conduit annulaire d'air secondaire, appelé conduit secondaire. La tuyère disposée à lp sortie du canal d'éjection de gaz chauds est alors appelée tuyère primaire. L'invention a pour objet un silencieux comprenant des moyens propres à prélever une partie du flux de gaz chauds qui s'écoule dans le canal, pour la faire échapper à l'atmosphère en plusieurs jets répartis autour du réacteur. Ces moyens comprennent un tronçon mobile du canal d'éjection, qu'on peut faire coulisser longitudinalenent par rapport à un tronçon aval dudit canal et à un élément amont pour ouvrir et fermer l'accès desgaz chauds à un dispositif de prélèvement de gaz chauds d'où partent des tubulures avantageusement situées dans des plans axiaux et dirigées obliquenent vers l'arrière, qui débouchent à l'extérieur du réacteur.Dans le ces d'un dispositif d'éjeçti.on composite, les tubulures traversent le conduit secondaire et débouchent l'atmosphère par des orifices pratiqués dans le carénage. En position inactive, le tronçon mobile masque l'entrée du dispositif de prélèvement, de sorte que la totalité des gaz chauds passe dans la tuyère prinaire. Pour obtenir un effet de silencieux, on fait coulisser le tronçon mobile lon gitudinalement jusqu'à une position active dans laquelle il démasque l'entrée du dispositif de prélèvement, de sorte qu' une partie des gaz chauds est prélevée à l'intérieur du canal primaire par ce dispositif et déchargée par les tubulures à l'extérieur du carénage ou de la nacelle du réacteur, en au- tant de jets qu'il y c de tubulures. Dans un mode de réalisation, le tronçon aval du canal primaire est raccordé à la tuyère primaire et le dispositif de prélèvement de gaz chauds est prévu dans l'élément amont, qui est solidaire de la partie du réacteur formant gé négateur de gaz chauds. L'élénent anont est avantageusement une rallonge de cette partie du réacteur, cette rallonge com- portant un collecteur annulaire dont l'entrée est masquée et démasquée par le tronçon mobile de canal coulissant à l'inte- rieur de la rallonge. Ce collecteur constitue le dispositif de prélèvement de gaz chauds.C'est sur la partie extérieure de ce collecteur que sont branchées les tubulures, le collecteur assurant une répartition convenable des gaz entre elles. Dans un autre mode. de réalisation, le dispositif de prélèvement de gaz chauds est, au contraire, prévu dans le tronçon avai solidaire de la tuyère primeire, et le tronçon mobile coulisse par rapport à ce tronçon aval et à l'élément amont solidaire de la partie du réacteur formant générateur de gaz chauds. Le réacteur est avantageusement pourvu d'un dispositif de post-combustion situé dans l'élément amont. Dans le premier mode de réalisation, le dispositif de post-combustion est situé par exemple au voisinage du dispositif de prélèvement de gaz chauds et, de préférence, en amont de celui-ci. I1 est facile de monter , dans l'espace annulaire du conduit secondaire, des tubulures en nombre suffisant et de section suffisante pour dériver par exemple de 30 à 40 % du débit total du moteur, ce qui permet d'obtenir une atténuation sonore notable. La diminution du flux passant dans le canal primaire et la division du flux dérivé en de nombreux petits jets ont pour effet d'abaisser l'énergie sonore développée à égalité de débit du jet total éjecté, notamment grâce à un effet de masque que produisent les jets périphériques sur le jet central, grâce à un effet d'interférence des zones de mélange du jet principal et des jets périphériques (cet effet d'interférence ayant une efficacité maximum pour une distance convenable, dans le sens longitudinal, entre les orifices d'éjection des tubulures périphériques et celui de la tuyère secondaire), enfin, dans une certaine mesure, grâce à la diminution des gradients de vitesse à la périphérie du jet principal. Par ailleurs, le silencieux à tubulures multiples, étant situé en amont de la tuyère primaire, laisse disponible le divergent secondaire sur lequel un silencieux classique et sa commande peuvent être installés en vue d'une utilisation si multenée ou non. Dans un mode de réalisation de la présente invention, le tronçon coulissant du canal primaire est associé avec des parties complémentaires du tronçon aval d'une part et de l'élément amont d'autre part, de façon à réaliser à la fois l'étan- chéité du flux primaire tout en permettant divers déplacements relatifs elt réacteur et de la tuyère primaire, qui sont respectivement solidaires de ce tronçon aval et de cet élément amont. De ce fait, le réacteur peut être suspendu d'une façon isostatique à la nacelle ou à l'aile d'un avion et la tuyère primaire peut être également suspendue d'une façon isostatique à la nacelle ou à l'aile. les dilatations ou déformations différentielles des parties du réacteur et des parties de la cellule sont alors absorbées par ladite partie coulissante. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'éjection composite selon l'invention comprenant un collecteur annulaire disposé sur l'élément amont, le silencieux étant en position inactive la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, montrant le silencieux en position active la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'éjection selon l'invention, dans lequel le collecteur annulaire est disposé sur le tronçon fixe aval, le silencieux étant en position inactive la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, montrant le silencieux en position active la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'éjection selon l'invention dans lequel le collecteur annulaire est disposé sur le tronçon fixe aval et 1 partie amont du tronçon mobile coulisse à l'extérieur de l'élément fixe amont, le silencieux étant en position inactive le figure 6 est une vue analogue à la figure 5 montrant le silencieux en position active. le dispositif d'éjection représenté sur les figures 1 et 2 comprend un canal primaire 1 supportant à son extrémité aval une tuyère primaire 2 dont on peut faire varier 1ô section d'éjection, de façon bien connue, au moyen de volets pivotants 2a, et une structure 3 formant le carénage extérieur et supportant à son extrémité aval un convergent-divergent secondaire figuré schématiquement en 4.Ce dispositif d'éjection est monté à l'arrière d'un réacteur 5 formant un générateur de gaz chauds et dont on a représenté seulement ltextrémité arrié re, comprenant une enveloppe 5a qui entoure un conduit 5b de gaz chauds sortant de la turbine du réacteur 5, dont la partie terminale est représentée en Sc. les parties non représentées du générateur de gaz chauds comprennent, de façon connue, un compresseur qui refoule de l'air dans une chambre de combustion alimentée en carburant dont la combustion produit des gaz chauds; ceux -ci travaillent dans la turbine, qui entraîne le compresseur, et sont acheminés par le conduit 5b dans le canal primaire 1. La stracture 3 définit autour du canal primaire 1 et de la partie arrière du réacteur un conduit annulaire 6 qui est alimenté en air secondaire par des moyens connus, Lair secondaire peut être fourni par exemple par un prélèvement dtair sur la manche d'entrée du réacteur (en servant par exemple a'évacuation à ltair d'un piège à couche limite), ou par tout autre moyen. Une rallonge 7, solidaire de ltenveloppe 5a, assure le raccordement de celle-ci avec le canal primaire 1, Cette rallonge 7 comprend, de chaque cSté d'un collecteur annulaire 8, des parties cylindriques 9 et 10 dont les faces intérieures sont usinées avec une grande précision à un meme diamètre, Ces parties cylindriques 9 et 10 forment ainsi, respectivement en amont et en aval du collecteur 8, des guidages femelles dans lesquels viendra coulisser la partie amont du tronçon mobile du canal primaire comme on l'expliquera plus loin. Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu un dispositif de post-combustion figuré schématiquement en il et comprenant un-e rampe d'injection de carburant de post-combustion 11a et un accroche-flamme 11b. Le canal primaire 1 joue ainsi, de façon''connue, le roule de canal de post-combustion. le fonctionnement d'un tel dispositif dléjéction est bien connu. le flux de gaz chauds sortant du générateur de gaz traverse le canal 1, où il est éventuellement réchauffé par la post-combustion, sort par la tuyère primaire 2 et rencontre le flux d'air secondaire venant du conduit annulaire 6.Les deux flux sont détendus dans le divergent 4 d'où ils sortent suivant la flèche P. les volets 2a permettent d'adapter la tuyère WOiux diverses charges du moteur et aux diverses conditions de Le canal primaire 1 comprend un tronçon aval Qylin drique fixe 13, supportant la tuyère primaire 2 et fixé à la structure 3 par des bras profilés 12, situés dans des plans axiaux, et un tronçon amont mobile 14. le tronçon aval cylin drique fixe 13 comporte dans sa partie antérieure un bourrelet 15 de forme extérieure sphérique qui sera appelé "rotule" dans ce qui suit et qui assure la liaison étanche du tronçon 10 et du tronçon 12 tout en permettant un coulissement et des dépla cements relatifs à la manière d'un joint à rotule.Dans le mode de réalisation représenté, la portion antérieure cylindrique 14a du tronçon mobile a le même diamètre que le tronçon fixe 13 et comporte également à sa partie antérieure une rotule 16 analogue à la rotule 15. Cette rotule 16 coopère avec la partie cylindrique amont 9 de la rallonge 7 pour former étancheité dans la position représentée sur la figure 1 (silencieux inactif). La portion postérieure cylindrique 14b du tronçon mobile 14 a un plus grand diamètre et peut coulisser axialement à l'extérieur du tronçon fixe 13 en glissant sur la rotule 15 supportée par celui-ci et ayant, dans le mode de réalisation représenté, le même diamètre que la rotule 16. les surfaces intérieures des parties cylindriques 9 et 10, situées de part et. d'autre du collecteur 8 et coopérant avec la rotule 16, sont usinées au même diamètre comme on l'a déjà indiqué. La surface intérieure de la partie cylindrique 14b est usinée au diamètre extérieur de la rotule 15, ce qui permet, moyennant certaines précautions dans le choix des jeux et des tolérances, d'assurer une étanchéité satisfaisante pour la rotule 15, quelle que soit sa position dans le cylindre 14b et pour la rotule 16, qu'elle soit en position amont ou aval, c'est-à-dire en position de silencieux inactif ou actif. Le collecteur en portion de tore 8, formé par la rallonge 7 en aval de sa partie cylindrique 9, communique avec l'atmosphère par plusieurs tubulures 17 traversant le conduit secondaire 6 et débouchant dans des ouvertures oblongues 18 de la structure. les axes 17a de ces tubulures sont situés dans des plans axiaux et sont inclinés vers l'extérieur et vers l'arrière, de préférence en faisant un angle aussi petit que possible avec la direction du jet principal. Il va de soi que dans d'autres modes de réalisation (non représentés), les tubulures pourraient avoir diverses for mes soit parce que leur installation pose des problèmes parties culiers, soit pour que leur éjection soit dans une position d'efficacité optimum, notaient dans le sens longitudinal Lors- que l'installation le permet, les tubulures 17 sont avantageusement réparties d'une façon uniforme autour de la structure 3. Cependant, on ne sortirait pas du cadre de l'invention si ces tubulures étaient réparties de façon dissymétrique pour tenir conpte de l'installation des nacelles sur un avion (notamment pour le montage en double nacelle); les tubulures seront alors réparties sur environ les 3/4 de la périphérie du canal d'éjection). Un dispositif de commande, représenté schématiquement sous la forme de vérins 19 agissant entre la rallonge fixe 7 et le décrochenent 14c reliant les portions 14a et 14b du tronçon mobile de canal 14, permet de déplacer celui-ci entre une position extrême avant (figure 1) dans laquelle le silencieux est inactif et une position extrême arrière (figure 2) dans laquelle un effet de silencieux est obtenu. Les bras 12 qui supportent le tronçon fixe 13 sont déportés vers l'arrière, comne on le voit sur le dessin, pour pernettre à la portion 14b de coulisser jusqu'à cette dernière position. En croisière lorsque le silencieux est inactif (figure 1) l'étanchéité entre flux primaire et secondaire est, comme indiqué précédeument, assurée par la rotule 16 coopérant avec la partie 9 de la rallonge 7 qui, d'autre part, empêche l'accès des gaz chauds dans le collecteur 8, et par la rotule 15 coopérant avec la partie cylindrique 14b du tronçon mobile 14 pour empêcher les gaz de s'échapper dans le conduit 6 entre le tron çon fixe 13 et la portion postérieure 14b du tronçon mobile du canal. Pour mettre le silencieux en action, à basse altitude par exemple, on fait coulisser par les vérins 19 le tronçon mobile de canal 14 vers l'arrière. En position active de silencieux la rotule 16 est dans laposition représentée sur la figure 2. De ce fait, d'une part elle libère l'accès des gaz au collecteur 8, d'autre part elle coopère avec la partie cylindrique 10 pour former étanchéité et éviter les fuites de gaz dans le flux secondaire 6. Dans cette position, également, le tronçon de canal 14 coopère avec la rotule 15 comme ci-dessus pour empêcher les gaz de s'échapper dans le conduit 6' entre le tronçon fixe 13 et la portion postérieure 14b du tronçon mobile du canal 1. Une partie des gaz chauds est donc prélevée par le collecteur 8 et s'échappe à l'atmosphère par les tubulures 17 et les ouvertures 18 en formant autour de la structure 3 des jets de gaz figurés schématiquement par les flèches 20. On peut évidemment, sans sortir du cadre de la présente invention, inverser les positions de la rotule 15 et de la partie cylindrique avec laquelle elle coopère, en prévoyant cette rotule sur le tronçon mobile 14 et la partie cylindrique sur le tronçon fixe 13. Cette inversion du sens nâle-femelle permet plus de souplesse dans llagencenent de la suspension 12 et peut être, dans certains cas, avantageuse. On peut également, sans sortir du cadre de l'invention, disposer le collecteur en avr du tronçon mobile au lieu de le disposer à l'amont ; c'est cette disposition qui est représentée sur la figure 3 (silencieux inactif) et sur la figure 4 (silencieux actif). Sur ces figures, le collecteur 8a est solidaire du tronçon fixe 13a et celui-ci comporte de chaque côté du collecteur une partie cylindrique femelle (repérée 9a pour la partie amont-et 10a pour la partie aval) coopérant avec une rotule 15a fixée cette fois-ci à l'aval du tronçon mobile 14 pour assurer l'étanchéité en position amont ou aval, c'est-à-dire, respectivement avec silencieux actif ou inactif.Une rotule amont 16a du tronçon mobile 14 coulisse dans une surface cylindrique femelle dc mêle diamètre 7e fixée à l'aval du moteur à réaction 5. Inversenent,comme représenté sur les figures 5 et 6, la partie amont du tronçon mobile 14 pourra, dans une autre variante, comporter une pertiecylindrique de plus grand diamètre 21 avec laquelle une rotule 16c fixée sur la partie aval Sa du moteur 5 coopèrera pour réeliser l'étanchéité amont entre flux primaire 1 et flux secondaire 6,que le silencieux soit en position inactive (figure 5) ou active (figure 6). Sur ces figures 3 à 6, des tubulures 22, analogues aux tubulures 17 des figures précédentes,pertent du collecteur Sa et débouchent à l'extérieur du carénage 3.Ces tubulures 22 sont, de préférence, fixées so lideent au collecteur 8n et à'la structure du carénage, de manière à servir en même temps de suspension de la tuyère primaire 2 à la structure de ltavion. Pour diminuer les pertes aérodynamiques que la présence des tubulures 17 pourrait provoquer dans le conduit secondaire G, il est possible de profiler la section extérieure des tubulures. On peut également leur donner une forme divergente, comme on l'a représenté sur le dessin,si le rapport de détente du générateur de gaz au décollage rend cette solution avantageuse. On peut également les incliner sur l'axe général de la tuyère comme on l'a déjà indiqué plus haut. Enfin, on peut également prévoir leur obturation,lorsque le silencieux est inactif, par des volets rétablissant la continuité du profil, qui n'ont du reste pas besoin d'être absolument étanches, ces volets pouvant être soit commandés positivement, soit fonctionner automatiquement par le jeu des pressions (solution préférée). Cette dernière disposition est représentée schématiquement sur les figures 5 et 6. Chacune des ouvertures 18 est obturable par un volet 23 articulé en 252. En position inactive du silencieux (figure 5) la pression de l'air s'écoulant le long de la surface extérieure du carénage 3 a tendance à appliquer les volets 23 contre les ouvertures 18 et à rétablir ainsi la continuité du profil de ce carénage. On peut évidemment, sans sortir du cadre de l'invention, augnenter cette tendance à rétablir la continuité du profil en position inactive en nunissant les volets 23 d'un léger ressort de rappel. En position active (figure 6), la pression des gaz chauds dans les tubulures 22 fait pivoter les volets 23 vers l'extérieur autour de leurs articulations 23a. On voit que le divergent 4 est laissé disponible pour l'installation, par exemple, d'un autre silencieux à éléments natériels classiques tels que des lobes ou des pelles. le silencieux décrit présente l'avantage de ne mettre au coeur-de l'écoulement chaud aucun élément pouvant provoquer des traînées parasites. I1 ne comporte pas d'autre élément mobile que le tronçon de canal 14 qui coulisse dans le seul sens axial. la silencieux n'a donc pas besoin d'être escamoteble ; qu'il soit ou non en action, il ne provoque pas d'obstruction de la veine prinaire. Un autre avantage de ce silencieux est qu'il permet, pour une section maximale donnée de la tuyère, d'augmenter notablement la charge de post-combustion pour le décollage. Les tubulures 17 ou 22 offrent en effet des sections supplénentaires d'échappenent en amont de la tuyère primaire 2 puisque le silencieux est alors mis en action Ces sections supplénentaires d'échappement permettent corrélativement d'augmenter le taux de post-combustion au décollage à égalité d'éventail de réglage de la section de tuyère ou de réduire l'éventail de réglage de la tuyère à égalité de taux de post-conbustion au décollage (voire d'ajuster le taux de post-combustion pour supprimer le réglage de la tuyère), ce qui provoque un allègement et une simplification de la tuyère sans sacrifier la nanoeuvrabilité du moteur. Un avantage supplémentaire est que les pertes de poussée inhérentes à ce silencieux et l'augmentation de masse due à son installation sont compensées par la possibilité de prévoir, notamment grace à la post-combustion ou à l'augnentation du taux de post-combustion, un taux de poussée supérieur à celui que pourrait normalement supporter le dispositif d'éjection s'il nty avait pas de silencieux, et cela sans supprimer complètement l'atténuation du bruit du jet procurée par le silencieux. le calcul nontre en effet qu'il existe encore une atténuation appréciable du bruit malgré l'augmentation du taux de post-combustion. Autrement dit, les pertes de poussée que peut provoquer le prélèvement de gaz chauds pour le silencieux, pertes dues notamment aux surfaces mouillées plus grandes et à l'angle d'éjection des petites tuyères par apport à l'axe de poussée dSsiré,peuvent être compensées par une augnentation du taux de post-combustion. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'éjection de réacteur d'aviation, conprenant une tuyère disposée à la sortie d'un canal d'éjection de gaz chauds, carectérisé par des moyens comprenant, pour prélever une partie des gaz chauds et la décharger en plusieurs jets répartis autour du réacteur afin de produire un effet de silencieux, un tronçon mobile du canal d'éjection qu'on peut faire coulisser longitudinalement par rapport à un tronçon aval dudit canal et à un élément amont pour ouvrir et fermer l'accès des gaz chauds à un dispositif de prélèvement de gaz chauds d'où partent des tubulures qui débouchent à l'extérieur du réacteur. 2. Dispositif d'éjection selon la revendication 1, dans lequel la tuyère d'éjection de gaz chauds est suivie d'une tuyère secondaire placée à l'extrémité d'un carénage extérieur formant autour du canal d'éjection un conduit annulaire d'air secondaire, caractérisé en ce que les tubulures traversent le conduit annulaire d'air secondaire et débouchent à l'atmosphère par des orifices du carénage. 3. Dispositif d'éjection selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le coulissement du tronçon mobile est guidé par des organes formant des joints étanches entre ledit tronçon mobile d'une part, le tronçon aval et l'élément amont d'autre part 4 Dispositif d'éjection selon la revendication 3, dans lequel les organes de guidage présentent une surface en portion de sphère portant de façon étanche contre une surface cylindrique. 5 Dispositif dréåection selon une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de prélèvement est constitué par un collecteur annulaire formé ou porté soit par l'élément amont, soit per le tronçon aval, le tronçon mobile coulissant à 1'intérieur de cet élément amont ou de ce tronçon aval pour fermer l'entrée dudit collecteur en position inactive et l'ouvrir en position active. 6. Dispositif d'éjection selon les revendications 3 et 5, dans lequel les orgnes de guidage conprennent des organes propres à assurer l'étanchéité entre le tronçon mobile, d'une part, et la pièce (élément amont ou tronçon aval) qui forme ou porte le collecteur annulaire, d'autre part, tantôt en amont de l'entrée dudit collecteur en position inactive et tantôt en aval en position active 70 Dispositif d'éjection selon la revendication 5, dans lequel le tronçon mobile est pourvu d'un organe de guidage présentant une surface en portion de sphère propre à porter de fa çon étanche, sélectivetient, contre l'une ou l'autre de deux surfaces cylindriques de l'élément amont ou du tronçon aval situées respectivement en amont et en aval de l'entrée du collecteur. 8. Dispositif selon la revendication 2 et une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le collecteur est forné ou porté par le tronçon aval solidaire de la tuyère d'éjection de gaz chauds et est relié au carénage par les tubulures, de façon à supporter dans celui-ci ledit tronçon aval et ladite tuyère d'éjection de gaz chauds. 9. Dispositif d'éjection selon une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel les tubulures ont leurs axes situés dans des plans axiaux du canal d'éjection de gaz chauds et du conduit secondaire et sont dirigées vers l'arrière. 10. Dispositif d'éjection selon une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubulures sont divergentes 11. Dispositif déjection selon une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel les tubulures comportent des obturateurs propres à rétablir la continuité du profil extérieur du carénage en position inactive. 12. Dispositif d'éjection selon une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif de post-combustion au voisinage ou en amont du dispositif de prélèvement.