Brevet FR2115481A1 — publié le 19720707

v "; ; . "" la présente invention est relative aux silencieux pour moteurs à réaction, elle a pour "but l'atténuation du "bruit provoqué par l'éjection des' gaz. L'un des objets de l'invention est la réalisation d'un 5 dispositif perfectionné qui" atténue le bruit provoqué .par l'éjection des gaz dans un plan axial particulier de la tuyère d'éjection. La nécessité d'une telle atténuation du bruit s'impose, par exemple, au décollage d'un avion à réaction pendant que cet avion roule sur le sol, seule.la fraction du bruit de l'éjection qui se 10 propage parallèlement au sol constituant alors une gêne pour les personnes qui se trouvent au voisinage, tandis que la fraction du bruit qui se propage en direction verticale est, dans ce cas, relativement moins gênante. La tuyère d'éjection pour :moteur à réaction qui fait l'ob-15 jet de l'invention comprend un conduit se terminant par un bord arrière qui définit son orifice d'éjection, ce conduit ayant une forme telle que son bord arrière se trouve dans un plan transversal par rapport à son axe longitudinal, sauf en deux emplacements diamétralement opposés par rapport à son axe, et sur lesquels ce 20 bord forme deux évidements par lesquels il s'ouvre dans l'atmosphère ambiante suivant une direction latérale par rapporta son axe. lorsque le courant s'établit en passant.par la tuyère de façon qu'il existe une chute de pression dans les évidements, le flux est conduit à s'étaler en passant par lesdits évidements 25 diamétralement opposés, le reste du jet demeurant relativement non perturbé dans les autres directions. -, Un observateur regardant le bord arrière du conduit de la tuyère perçoit un son d'une intensité inférieure à celle du son émis par un jet sortant d'une tuyère comparable, mais non 30 pourvue desdits évidements. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif, et avec référence aux dessins annexés dans lesquels : 35 La Figure 1 est une vue en perspective d'une tuyère pour avion à réaction conforme à un premier mode de réalisation de 1'invention la Figure 2 est une vue de profil de cette tuyère, la Figure 3 est une vueten bout de la tuyère correspondant à la Figure 2, la Figure 4, est un graphique qui montre la façon suivant eopy 71 42795 z 2115481 laquelle est mesuré le bruit émis par le jet éjecté par la tuyère, la Figure 5 est un autre graphique montrant les caractéristiques du bruit émis par le jet éjecté par la tuyère, 5 la Figure 6 est une vue de profil d'une tuyère conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, la Figure 7 est une vue en bout correspondant à la Figure 6, la Figure 8 est une vue de profil et en coupe partielle 10 d'une tuyère conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention, et la Figure 9 est une coupe suivant le plan IX-IX de la figure 8. la Figure 1 montre la tuyère d'éjection 10 d'un turbo-réa-15 cteur non représenté. Cette tuyère est constituée par un conduit tronconique convergent à section circulaire, se terminant par un bord arrière 12 qui délimite son orifice d'éjection. Ce corps 12 comporte des segments 13 situés dans un plan 15 perpendiculaire à l'axe 11 du conduit, c'est-à-dire à l'axe qui définit la direc-20 tion moyenne de l'éjection du jet par la tuyère. Ce bord 11 comporte d'autre part des parties 18 qui forment deux évidements 16 diamétralement opposés patiapport à l'axe 11, et par lesquels le conduit 14 s'ouvre dans l'air ambiant. Si l'orifice d'éjection de la tuyère était, comme d'habitude circulaire, la section 2X du 25 jet éjecté par la buse aurait une forme généràle circulaire. Mais la présence des évidements 16 provoque l'apparition, dans la vitesse du jet, de composantes 22 qui s'écartent de .l'axe- 11 et qui sont situées dans un plan 26 confondu avec le plan diamétral passant par les axes de ces évidements. Il s'ensuit que le jet éjecté 30 perd sa forme circulaire initiale, et prend une forme 23 élargie dans le plan 26 et, à moindre degré, dans un plan 27 perpendiculaire au plan 26. L'ampleur de cette'déformation augmente avec la distance qui sépare le plan de là section du jet considérée et l'orifice de la tuyère. 35 La déformation du jet éjecté qui vient d'être décrite a pour conséquence que le bruit provoqué par le jet dans le plan 26 est moindre que celui provoqué par un jet sortant d'une tuyère comparable, mais dont l'orifice d'éjection ne porte pas les évidements précités. De façon générale, l'atténuation du bruit augmente avec 71 42795 3 2115481 l'importance de la déformation, et cette derniere augmente elle-même avec la dimension des évidements et avec le rapport des pressions dans la tuyère, et plus précisément, avec la chute de près»-.' sion dans les évidements. Cette dernière donne naissance aux com-5 posantes latérales 22. la déformation du jet est accompagnée par une certaine perte dans la poussée axiale du moteur. Par conséquent, le choix des dimensions données aux évidements précités résulte d'un compromis acceptable entre l'atténuation du bruit obtenue et la perte de poussée qui en résulte» 10 Des essais ont montré qu'une atténuation du bruit de 10dB environ pouvait être obtenue au prix d'une, perte de poussée de l'ordre de 5$. La tuyère ayant servi pour ces essais, et qui est représentée sur les Figures 2 et 3, avait les dimensions indiquées 15 sur la Figure 2 et fonctionnait avec un rapport des pressions de marche de 3,5, et une température des gaz de 1.100°Ko l'intensité des bruits était mesurée, de manière habituelle, en des points régulièrement espacés sur une ligne D parallèle à l'axe de la tuyère, comme représenté sur la Figure 4, la distance séparant 20 de la tuyère chacun de ces points étant exprimée en fonction de l'angle . Les résultats des mesures ainsi faites ont été reportés sur le graphique de la Figure 5, dans lequel les courbes A et B correspondent respectivement à l'intensité du bruit perçu dans le plan 26 et dans le plan 27, et la courbe C à l'intensité 25 du bruit émis par une tuyère de référence comparable, dont l'orifice d'éjection ne comportait pas les évidements précités. Cette tuyère de référence, dont l'orifice d'éjection est représenté en 10 A sur la Figure 3, était comparable en ce sens qu'elle avait le même débit massique, le même rapport des pressions de marche 30 et la même température d'éjection des gaz que la tuyère 10. Cette équivalence existe si la surface de l'orifice d'éjection de la tuyère de référence est approximativement égale à la surface de la projection de la tuyère 10 en direction axiale, telle qu'elle est vue sur la Figure 3. 35 On voit que l'intensité maximale du bruit dans le plan 26 (courbe A) est nettement plus faible que celle du bruit émis par la tuyère de référence. Le bruit maximum dans le plan 27 (courbe B) est relativement élevé, et peut en fait être supérieur au maximum de la courbe C, de sorte que l'on peut dire que l'éner-40 gie sonore totale radiée par la tuyère 10 ne diffère pas 71 42795 4 2115481 sensiblement de celle radiée par la tuyère de référence, l'étalement du jet couvrait un angle fS (Figure 4) compris entre 40 et 45e» Les Figures 6 et 7 représentent une tuyère 110 comprenant un premier conduit 114 A se terminant par un. bord 112 A, et 5 une deuxième conduit 114 B se terminant par un bord 112 B situé en amont du bord 112A, et entièrement dans un plan 115 B transversal par rapport à l'axe 111 de la tuyère. Le bord 112 A comporte des segments 113 situés dans un plan 115 A transversal par rapport à l'axe 111, et des parties 118 qui forment deux évide-10 ments 116 diamétralement opposés et semblables aux évidements 16 de la tuyère 10. Le conduit 114 A est divisé en deux moitiés 117 supportées par des bielletes 120, et pouvant être déplacées entre une position active dessinée en traits pleins, et une position de 15 retrait dessinée en traits mixtes. La forme de ces deux moitiés 117 est telle que, lorsqu'elles sont à leur position active, elles constituent le bord 112 A en ménageant entre elles les deux évidements 116, le conduit 114 A constituant dans ces conditions un prolongement aval du conduit 114 B et le bord 112 A définissant 20 l'orifice de décharge de la tuyère. Les mouvements des deux moitiés de conduit 117 leur sont imprimés par des vérins pneumatiques 130, dont un seul est représenté et, au cours des mouvements effectués par ces deux moitiés 117 à partir de leur position active, les bieUettes 120 les dé-25 placent en un mouvement ayant une composante latérale qui les éloigne de l'axe 111 et les dégage du bord 112 B de façon qu'elles n'aient ^jLus aucune influence sur le jet qui sort par ce bord. Ce mouvement/aussi une composante longitudinale et, à la fin du mouvement des deux moitiés 117, leurs segments 113 se trouvent dans'. 30le plan 115 B du bord 112 B, et ce dernier constitue alors l'orifice d'éjection de la tuyère. Les deux moitiés de conduit 117 sont mises à leur position de retrait lorsque la valeur de la poussée importe plus que l'atténuation du bruit de l'éjection, par exemple en marche à allure de croisière après décollage de l'avion. 35 II est désirable que les sections de passage délimitées respectivement par les bords 112 A et 112 B soient égales, de façon que le rapport des pressions de marche de la tuyère ne varie pas lorsque l'on passe d'un mode de fonctionnement de la tuyère à l'autre. On voit que, par suite de la convergence des conduits 40 114 A et 114 B, il est possible de satisfaire à cette condition. 71 42795 5 2115481 Les Figures 8 et 9 représentent enfin une tuyère 210 comprenant un premier conduit cylindrique 214 A formant ajutage d'éjection, et comportant un bord 212 A dont les segments 213 sont situés dans un plan 215 transversal par rapport à l'axe 211 de la 5 tuyère, et des parties 218 forment deux évidements 216 diamétralement opposés. Le conduit 214 A est supporté par un élément tron-conique 230 qui entoure un deuxième conduit 214 B tronconique, convergent et ooâxial au premier conduit 214 A. Le conduit 214 B comporte un orifice d'éjection délimité par son bord 212B. 10 Le conduit 214 A est supporté par le conduit 214 B de façon à pouvoir tourner autour de l'axe 211, ce qui permet de déplacer les évidements 216 |>ar une rotation de 90°, entre les plans 226 et 227 (Figure 9) pour passer, par exemple, d'une atténuation du bruit dans le plan horizontal-, pendant que l'avion roule sur 15 le sol avant son décollage, à une atténuation du bruit dans le plan vertical au cours du survol à basse altitude des agglomérations situées au voisinage du terrain d'envol. Le conduit 214 B comporte deux prolongements 231 qui masquent les évidements 216 lorsque le conduit 214 A a été tour-20 né d'un angle supérieur à 90° et qui, dans ces conditions, font cesser l'atténuation du bruit de l'éjection. L'orifice d'éjection de la tuyère 210 est essentiellement constitué par le bord 212 B. Il est évident que la section de passage de cet orifice ne varie pas lorsque le conduit 214 A 25 tourne entre ses positions pour lesquelles il couvre et découvre respectivement les évidements 216, du fait que le diamètre du conduit 214 A est constant sur toute la longueur de celui-ci. La rotation du conduit 214 A lui est imprimée au moyen d'un câble flexible 236 qui s'enroule sur l'élément 230, et qui y 30 est fixé. Les deux brins de ce câble passent sur des poulies 237 et sont respectivement raccordés à une crémaillère 238 et à une crémaillère 239 qui engrènent avec un pignon 240 mis en rotation par un servo-moteur pneumatique 241. L'ensemble constitué par ces crémaillères, ce pignon et ce moteur est monté sur un con-35 duit 242 qui relie la tuyère au moteur non représenté de l'avion. Le conduit 214 A ne doit pas avoir une longueur, en direction axiale, supérieure à celle nécessaire pour que les évidements 216 soient situés en aval du bord 212 B car, s'il en était autrement, il en résulterait une perte de la pression de gaz nécessaire pour que ces évidements 216 provoquent un aplatissement 71 42795 6 2115481 convenable du jet éjecté. Il est connu de réaliser une tuyère de forme générale circulaire avec une série d'ouvertures distribuées autour de la circonférence de celle-ci. Ceci a pour résultat un étalement du 5 jet symétriquement par rapport à l'axe, mais un tel étalement s'effectue suivant un angle réduit, et est limité à une distance relativement faible vers l'aval de la turbine; Au contraire, dans une tuyère conforme à l'invention, l'étalement au jet s'effectue suivant deux dimensions. 10 * Un angle d'étalement important est possible et cet éta lement se poursuit pratiquement sur toute la durée du jet. Par conséquent l'invention permet de réaliser une structure de tuyère qui crée un comportement aérodynamique du jet ne correspondant pas à celui donné par ces séries de perforations, et assurant l'obten-15 tion efficace d'aï jet subissant un étalement sui vant deux dimensions. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 71 42795 7 2115481 KBVEHDI0ATIONS . 1.- Tuyère d'éjection pour moteur à réaction,caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit se terminant par un bord arrière qui définit son orifice d'éjection, ce conduit ayant une forme telle que son bord arrière se trouve dans un plan transversal par rap- 5 port à son axe longitudinal, sauf en deux emplacements diamétralement opposés par rapport à son axe, et sur lesquels ce bord forme deux évidements par lesquels il s'ouvre dans l'atmosphère ambiante suivant une direction latérale par rapport à son axe. 2.- Tuyère selon la Revendication 1, caractérisée en ce qu'elle 10 comporte un premier conduit dont le bord forme lesdits é.videments un deuxième conduit dont le bord définit un orifice d'éjection entièrement situé dans un plan transversal par rapport audit axe, et des moyens permettant de déplacer le premier conduit entre une position active à laquelle il constitue un prolongement aval du 15 deuxième conduit, le bord formant lesdits évidements constituant alors l'orifice d'éjection de ce conduit, et une position de retrait à laquelle le premier conduit dégage l'orifice d'éjection du deuxième conduit, cet orifice d'éjection du deuxième conduit constituant alors l'orifice d'éjection de la tuyère. 20 3.- Tuyère selon la Eevendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de fermeture desdits évidements. 4.- Tuyère selbn la Eevendication 1, caractérisée en ce que son conduit comprend une première partie dont le bord forme lesdits évidements, et une deuxième partie coaxiale avec la première et 25 supportant celle-ci de façon qu'elle puisse tourner autour de l'axe du conduit de la tuyère, pour faire varier la position angulaire desdits évidements dans une zone prédéterminée. 5.- Tuyère selon la Eevendication 2, caractérisée en ce que ladite première partie de son conduit est constituée par au moins deux 30 éléments qui, en position d'atténuation du bruit, forment ensemble le bord qui comporte lesdits évidements, et en ce qu'elle comprend aussi un dispositif de support de ces éléments, qui leur permet de se déplacer entre une position active et une position de retrait suivant un mouvement ayant au moins une composante 35 transversale par rapport à l'axe de la tuyère. 6.- Tuyère selon la Eevendication 4» caractérisée en ce que son deuxième conduit est convergent et se termine, dans sa section la 71 42795 a 2115481 plus réduite, par un bord qui constitue l'orifice d'éjection, ledit premier conduit ayant une section de passage constante et s'étendant en aval de l'orifice d'éjection du deuxième conduit.