Brevet FR2112139A1 — publié le 19720616

la présente invention a trait aux aérodynes de type ADAC (Avions à Décollage et Atterrissage Courts) et vise plus particulièrement ceux à voilure soufflée par le flux des propulseurs. On sait que le problème soulevé par la formule ADAC n'a pu jusqu'à ce jour recevoir de solution entièrement satisfaisante notamment en ce qui concerne, d'une part, le niveau de bruit des systèmes de propulsion et, d'autre part, les performances dans les phases du vol en décollage, atterrissage et croisière. Pour de tels types d'aérodynes les problèmes de bruits, au décollage notamment,sont en effet extrêmement difficiles à résoudre car, compte tenu de la situation des aéroports au milieu des agglomérations, le niveau de bruit doit rester acceptable ce qui impose de très faibles vitesses d'éjection des gaz à la sortie des propulseurs. Les faibles vitesses du jet de sortie sont aussi intéressantes aux très faible vitesses de l'aérodyne car, d'une part, ces vitesses permettent des augmentations de poussée et, d'autre part, elles restent liées à des températures d'éjection plus basses nécessaires à la tenue des volets hypersustentateurs. Malheureusement ces faibles vitesses de jet sont incompatibles avec la. phase de croisière à grande vitesse pour laquelle les jets gazeux doivent autre cette fois éjectés à grande vitesse de manière à réduire ainsi la consommation spécifique des propulseurs. Cette apparente incompatibilité semble être à l'origine de la limitation des possibilités des aérodynes de type ADAC actuels, qui ne visent que des étapes courtes de l'ordre de 50 à 100 km à vitesse relativement faible ne dépassant guère les 500 km/h en régime de croisière. Lorsqu'on se propose de définir un aérodyne du type ADAC peu bruyant avec vitesse de croisière élevée jusqu'à Mach 0,75 par esem- ple sans que les performances globales s'en trouvent affectées, on sait bien qu'un certain nombre de difficultés apparaissent alors. Une telle version d'aérodyne doit en effet pouvoir assurer, avec un niveau de bruit faible, un décollage court à pleine charge, puis passer en vol de croisière à 900 km/h par exemple sur des étapes assez longues de l'ordre de 1000 km et garantir ensuite un atterrissage à vitesse très réduite à 120 km/h ou moins sur une distance de roulage n'excédant pas 200 mètres en moyenne. La présente invention propose un dispositif de propulsion qui s'applique particulièrement à une telle version d'aérodyne de type ADAC, qui rend possible les caractéristiques annoncées et qui présente de plus une grande facilité de mise en oeuvre. Le dispositif de propulsion proposé par l'invention comprend essentiellement : un propulseur, une carène à configuration variable coopérant avec le propulseur, et un mélangeur à voletscoopé- rant avec la carène et le propulseur. Selon une caractéristique importante de l'invention correspondant à la phase du décollage ou de l'atterrissage la carène constitue avec le propulseur un canal d'admission d'air externe et le mélangeur à volets profilés et articulés qui sont placés en position d'inclinaison alternée, produit, selon un processus de -mé- lange qui lui est propre, un mélange intime et homogène du flux primaire du propulseur et du flux secondaire du canal , mélange dilué qui se réalise sur une très courte distance. Selon une autre caractéristique importante de l'invention correspondant à la phase en vitesse de croisière, les volets du mélangeur sont tous placés dans la même direction et coopèrent avec la carène pour, d'une part, diminuer la distance de la sortie du jet primaire et de l'extrémité aval et, d'autre part, réduire ou supprimer l'admission d'air externe dans le canal secondaire. Selon une autre caractéristique importante de l'invention visant à accroitre la diminution du niveau de bruit, un ensemble à volets profilés et articulés est placé sur la carène au niveau de la section de sortie de gaz et coopère lorsqu'ilsisont en braquage alterné avec le mélangeur des flux primaire et secondaire. L'invention sera de toutes manières bien comprise dans la suite du texte qui va décrire, à titre d'exemple non limitatif et à l'appui des dessins annexés, diverses formes de réalisation possibles de dispositifs de propulsion particulièrement applicables sur aérodyne ADAC. Sur les dessins la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble de deux volets contigus montrant leur mode d'faction élémenta ire de mélange sur deux flux primaire et secondaire la figure 2 est une vue schématique en coupe montrant une association de volets lorsque l'écoulement secondaire est coaxial à l'écoulement primaire les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe schématique axiale montrant un mode de réalisation d'un dispositif de propulsion pour ADAC avec carène coulissante les figures 6 et 7 sont des vues en coupe schématique axiale montrant un autre mode de réalisation dlun dispositif de propulsion pour ADAC avec volets d'obstruction du canal secondaire et raccourcissement correspondant de la carène les figures 8 et 9 sont des vues en coupe schématique axiale montrant un autre mode de réalisation d'un dispositif de propulsion pour ADAC avec carène télescopique la figure 10 est une vue schématique, en coupe, d'un mécanisme simple de commande d'inclinaison de volets. Le phénomène de mélange rapide des fluides, qui est fondamental dans l'invention, va tout d'abord Qtre analysé ci-après à l'appui des figures 1 et 2. Deux volets V1, Figure 1)affectant l'allure de prismes droits isocèles très effilés comportent,sur l'une de leurs faces, deux actes arrondies ae à profil évolutif apparenté à des profils de bord d'attaque de voilure et,sur l'autre face, deux arques vives av. Ces volets sont disposés alternativement en opposition, côte à cote, et pivotent vers leur grande base autour d'axes communs ou voisins, de telle sorte qu'ils peuvent occuper toutes les positions comprises entre les limites angulaires p 2 définies par rapport à un axe fictif y y' déterminant une position moyenne des volets. Lorsque ces volets sont placés sur un axe commun de pivotement tel que Q par exemple et que cet axe n'est pas rectiligne mais incurvé comme cela est représenté sur la figure 1, les largeurs 11 et 12 des volets sont bien entendu adaptées de telle sorte que la fermeture angulaire % de tous les volets soit rendue pos sible , leur ouverture selon t pouvant alors laisser subsister un interstice angulaire, peu g8nant dans la plupart des cas d'ailleurs. les volets VI et V2 sont disposés au point de convergence de deux fluides (dont seules deux lignes fléchées f1-, f2 ont eté représentées sur la figure 1- pour raison de simplicité) et l'incidence des volets est choisie rigoureusement en fonction de la vitesse et de l'inclinaison des fluides fl, f2 incidents. Les profils évolutifs ae des volets V1, V2 séparent tout d'abord l'écoulement sans perte notable puis produisent une importante interaction de mélange entre les nappes de fluide passant sur les faces exposées des volets, de telle sorte que la longueur d définissant la distance à laquelle le mélange des deux fluides est totalement réalisé, se trouve la plus réduite possible. Le mélange d'abord naissant au point de rencontre a des flux dans l'interstice des volets, voit son taux augmenter au fur ét à mesure de l'éloignement de ce point jusqu'à devenir total lorsque la distance b est atteinte. il est bien entendu que l'inclinaison des volets V1, V2 est déterminée en fonction des paramètres de vitesse et de pression des fluides à mélanger, afin d'obtenir dans tous les cas une distance b minimale. La figure 2 montre, à partir du schéma élémentaire représenté sur la figure 1, le moyen de mélange utilisé lorsque les écoulements primaire fl et secondaire f2 sont coaxiaux l'un de l'autre selon XX' et contenus entre des parois c et d. Dans un tel cas, les volets V11...V1n et V21...V2n, en nombre convenable, sont disposés en alternance au point de convergence des fluides situé à l'extré- mité du canal défini par les parois c et d et ils fonctionnent d'une manière identique à celle précédemment décrite à l'appui de la figure 1. Les volets sont articulés autour de l'axe Q (par un moyen convenable tel que décrit plus loin) et peuvent occuper toutes les positions définissant, soit le mélange des fluides fl et f2, soit la canalisation pure et simple du fluide fl lorsque le fluide f2 est supprimé. Selon un mode de réalisation du dispositif de propulsion particulièrement applicable sur aérodyne de type ADAC et qui est représenté sur les figures 3, 4 et 5, le propulseur 1 est du type turbo-réacteur à faible taux de dilution, la carène 2 est à profil intérieur bi-conique et peut se translater selon l1axeX-X' et des ensembles de mélange 3 et 4 à volets mobiles et inclinaison variable du type tel que décrit à l'appui des figures 1 et 2, sont dis posés aux sections de sortie du turbo-réacteur 1 et de la carène 2. la commande de pivotement des volets des ensembles de mélange 3 et 4 peut être réalisée par tout moyen approprié et notamment à l'aide d'un dispositif à bielles-vérins tel que représenté sur la figure 10. Si l'on se rapporte à la figure 3 qui représente un dispositif de propulsion selon l'invention monté en "Pod" sous la voilure 5 d'un aérodyne de type ADAC à forte hypersustentation, il est aisé de constater, selon cette figure montrant une configuration en atterrissage ou décollage, que les flux fl et f2 provenant, respectivement, du turbo-réacteur 1 et de l'atmosphère par l'effet de trompe du carénage 2 vont se trouver fortement mélangés par le mélangeur 3 dont les volets sont en inclinaison alternée,que, consécutivement, la longueur b va se trouver réduite au maximum et que l'ensemble 4 n'aura, dans un tel cas, que la fonction de rendre divergent le jet très dilué issu des fluides fl et f2, afin de permettre le soufflage optimum des hypersustentateurs de la voilure 5. Si l'on se rapporte maintenant à la figure 5 qui représente le même montage du dispositif de propulsion selon une configuration en vol de croisière, il est encore aisé de constater que le fluide f2 est cette fois occulté et que seul le fluide fl issu du propulseur est éjecté à grande vitesse. L'occultation du fluide f2 est produite par le déplacement e2-el de la carène 2 et, dans un tel cas, les volets de l'ensemble 3 sont parallèles au flux sortant, tandis que les volets de l'ensemble 4 sont légèrement convergents. il est à remarquer que l'occultation ne peut être que partielle de manière à laisser subsister un mince film fluide de refroidissement le long des parois de la carène 2. La figure 4 montre,en variante des cas ci-dessus, une utilisation de ensemble 4 en silencieux, lorsque les volets ont été disposés en inclinaison alternée en tant que mélangeur. Selon un mode de réalisation différent représenté sur les figures 6 et 7 pour parvenir à un résultat sensiblement équivalent à celui décrit ci-dessus, la carène est constituée de deux éléments télescopiques 7 et 8 et l'obturation du canal du fluide secondaire f2 est réalisée à'aide d'un ensemble de volets 6 se refermant "contre le vent". Enfin, selon un autre mode de réalisation différent représenté sur les figures 8 et 9 pour parvenir encore à un résultat similaire, la carène comporte trois éléments 9, 10 et 11 télescopiques concourant à obturer le canal du flux secondaire et à raccourcir la distance de sortie des gaz mélangés. Bien entendu, les modes de déplacement des éléments de carène n'ont pas été décrits car ils peuvent être réalisés par tous moyens connus en eux-memes. Toutefois, un mode de déplacement de la carène 2 peut 8tre aisément réalisé par un aménagement connu convenable en glissière 13 du tPod" selon les figures 3, 4 et 5 et par un montage de liaison et de déplacement 12 adéquat entre ladite carène et ladite glissière. De même, dans les déplacements télescopiques des éléments de carène, chaque partie fixe peut être reliée au "Pod" afin d1as- surer la rigidité de l'ensemble comme cela est représenté sur les figures 6, 7, 8 et 9. Un mode commode de réalisation de commande d'inclinaison de volets, représenté schématiquement sur la figure 10, peut avantageusement être utilisé pour le mélangeur à volets 3 et l'ensemble de mélange 4. Un tel dispositif peut être aisément logé à l'intérieur des parois, soit de la partie terminale du propulseur 1, soit de la partie terminale de la carène 2. Ce dispositif comprend essentiellement, outre l'axe de pivotement 14 de chaque volet qui est lié en pivotement aux parois, un levier 15 pivoté en 16 recevant en ses extrémités deux biellettes 17 et 18 reliées, d'une part, à un vérin 19 et, d'autre part, à une partie saillante des volets à incliner. La partie terminale du vérin est liée en pivotement à un palier 20 et le levier 15 est pivoté sur un autre palier 21, qui sont tous deux solidaires des parois. le fonctionnement d'un tel ensemble est aisé à comprendre et l'on peut voir que l'inclinaison de chaque volet sera directement lié à la position du piston du vérin 19 commandé lui-mdme par la canalisation 22. il est bien entendu qu'un ensemble de commande est nécessaire par volet commandé mais que les vérins peuvent étire mis en série deux à deux dans le but d'une simplification de commande qui peut par ailleurs 8tre centralisée. il est bien évident que les formes de réalisation décrites ci-dessus ne sont pas limitatives et que les configurations géométriques des propulseurs, des carènes, des mélangeurs et ensembles de volets peuvent trie quelconques. De même, les éléments ci-dessus peuvent être utilisés en nombre quelconque entre eux et notamment dans une combinaison comportant une seule carène pour deux propulseurs ou plus. Par ailleurs, la définition du propulseur est fonction du problème posé et pourrait conduire à des choix différents de propulseurs tels que notamment des combinés turbo-stato réacteurs par exemple ou réacteurs/simple flux. Enfin le dispositif de propulsion conforme à la présente invention a été défini pour une application sur aérodyne ADAC mais il est bien évident que toute autre application qui pourrait être faite dudit dispositif resterait dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de propulsion notamment pour aérodyne de type à décollage et atterrissage courts, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement : un-propulseur, une carène à configuration variable coopérant avec le propulseur et un mélangeur à volets coopérant avec la carène et le propulseur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ,lors de la phase du décollage ou de l'atterrissage, la carène constitue avec le propulseur un canal d'admission d'air externe et le mélangeur à volets profilés et articulés qui sont placés en position d'inclinaison alternée, produit, selon un processus de mélange qui lui est propre, un mélange intime et homogène du flux primaire du propulseur et du flux secondaire du canal, mélange dilué qui se réalise sur une très courte distance. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de la phase en vitesse de croisière, les volets du mélangeur sont tous placés dans la même direction et coopèrent avec la carène pour, d'une part, diminuer la distance de la sortie du jet primaire et de l'extrémité aval et, d'autre part, réduire ou supprimer l'admission d'air externe dans le canal secondaire. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la carène est déplacéengitudinatement, notamment et/glissière,par rapport au propulseur. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la carène est en deux parties, une partie fixe et une partie mobile sur celle-ci en aval. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un ensemble de voléts montés sur la partie fixe coopère avec le propulseur pour occulter le canal du fluide secondaire. 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la carène est en trois parties, une partie fixe et deux parties mobiles sur celle-ci, l'une en aval et l'autre en amont. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour accroître la diminution du niveau de bruit, un ensemble à volets profilés et articulés est placé sur la carène au niveau de la section de sortie des gaz et coopère lorsqu'ils sont en braquage alterné avec le mélangeur des flux primaire et secondaire. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ensemble de commande est prévu pour chaque volet commandé. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque ensemble de commande comprend un levier pivotant et des biellettes reliées, l'une à un vérin et l'autre à une partie saillante du volet.