Brevet FR2266805A1 — publié le 19751031

La présente invention concerne les dispositifs de réfraction du son émis par les moteurs à réaction tels que les moteurs à turbine à gaz du genre des turboréacteurs à simple ou à double flux, et vise à résoudre le problème de la réduction de l'intensité du bruit perçu par des observateurs. Conformément à l'invention, les organes de maitrise du son pour moteur à réaction destinés à résoudre le problème posé comportent une plateforme sur laquelle le moteur est monté de façon que sa tuyère d'échappement soit située en dessus de ladite platefornes et au moins une buse en forme de fente allongée dans ladite platef orme, raccordée de façon à recevoir un fluide actif venant du moteur et à le débiter sous forme d'une nappe s'étendant en travers ou en dessous de la zone d'écoulement de la tuyère d'échappement du moteur de façon qu'une partie au moins de l'énergie acoustique venant de la tuyère et pénétrant dans la nappe soit déviée de sa direction d'origine. De préférence la buse en forme de fente allongée pourra débiter le -fluide actif selon une gamme d'inclinaison sur l'axe longitudinal de la tuyère d'échappement du moteur. De préférence la plateforme est une aile d'aéronef. La platef orme pourra faire partie de la structure portante d'un moteur de propulsion d'un véhicule se déplaçant sur coussins d'air. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un mode préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels - la figure I est une vue schématique de côté d'un turboréacteur monté sur une aile d'aéronef - la figure 2 est une vue dans le sens de la flèche 2 de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue schématique de détail d'une partie de la figure 1. La figure 1 montre un moteur à turbine à gaz 10, du type comportant à l'avant un compresseur basse pression caréné 12, monté, par un pylone 18 de profil aérodynamique, sur la face supérieure 14 d'une plateforme 16 de profil aérodynamique, représentant une aile d'avion propulsé par ledit moteur. L'aile 16 comporte, dans sa structure, une buse allongée ou "fente" 20 disposée entre le bord de fuite 22 de 11 aile et un plan contenant l'orifice de sortie 24 de la tuyère d'échappement du moteur. Dans une première disposition la buse 20 est rectiligne et orientée selon l'envergure de l'aile 16, ainsi que l'indique la ligne droite en points et traits de la figure 2, dépassant de part et d'autre le moteur 10. La buse 20 est raccordée, par des conduits 26 et un obturateur 28 à un point de prélèvement 30 situé soit sur le compresseur haute pression de la turbine, soit sur le compresseur basse pression 12, de façon à pouvoir amener, à volonté, du fluide actif (de l'air) à ladite buse 20.Dans une autre disposition, le fluide actif fourni à la buse 20 pourra être fait d'un mélange d'air prélevé sur l'un des compresseurs et de gaz d'échap vexent prélevé sur le conduit de sortie des gaz chauds, le mélange pouvant se faire dans une chambre d'accumulation (non représentée) située dans l' aile, en amont de l'obturateur 28o La buse 20 est variable de façon qu'en cours de fonctionnement une nappe de fluide actif puisse en être éjectée selon n'importe quelle direction angulaire préétablie entre une direction essentiellesent parallèle à l'axe de rotation 32 du moteur 10 jusqu'à une direction plus relevée faisant un angle a sur cet axe de rotation. Dans l'exemple représenté l'angle a = 650. La figure 3 représente schématiquement un appareillage simple pour faire varier l'inclinaison de la direction de sortie du fluide de la buse 20. Lorsqu'il n'est pas nécessaire de maîtriser le bruit produit par le moteur, la buse 20, située dans l'extrados 14 de l'aile, est fermée par un volet 50 assurant la continuité de la surface aérodynamique de l'aile. Lorsqu'il y a lieu d'agir sur les bruits, on fait pivoter le volet 50 vers le haut autour de sa charnière 52 au moyen d'un mécanisme simple de manoeuvre 54. Le mécanisme 54 comprend une bielle de va-et-vient 56 dont une extrémité est fixée à pivot au volet 5Q et l'autre extrémité est également fixée à pivot à une manivelle 58. Une fente 57, ménagée dans la paroi interne 59 de la buse 20, permet le passage de la bielle 56. La manivelle 58 est entraînée par un arbre 60 dont la rotation appropriée permet de donner au volet 50 n'importe quelle inclinaison désirée depuis le ras de la surface de l'aile jusqu'à l'angle maximum a sur l'axe 32 du moteur, cette dernière position étant représentée en traits interrompus. Le volet 50 peut ainsi diriger le fluide actif sortant de la buse 20 selon n'importe quel angle désiré de son champ d'action. quand le fluide actif sort de la buse 20 dans une direction essentiellement parallèle à l'axe de rotation 32 du moteur, llé- nergie acoustique irradiant vers le bas depuis la tuyère dlé- échappement 24 du moteur est réfractée vers le haut du fait que la température du courant sortant de la buse 20 est différente de celle du gaz sortant directenent de la tuyère 24. Lorsqu'on fait pivoter le volet 50 dans le sens contraire des aiguilles de montre (lorsqu'on regarde les figures 1 et 3), la nappe de fluide actif coupe le courant de gaz d'échappement. Comme on le voit sur la figure i, 1' énergie acoustique irradiant de la tuyère 24 dans des directions presque horizontales est déviée vers le haut dans le sens des flèches 34. L'énergie acoustique irradiant de la tuyère 24 vers le bas est réfléchie par L'extrados de l'aile et renvoyée sur la nappe de fluide actif selon un angle permettant à cette dernière de dévier une fois de plus cette énergie vers le haut dans le sens de la flèche 35o Seul le son frappant la nappe dans une direction perpendiculaire ou presque perpendiculaire à celle-ci la franchira et en sortira en aval selon une direction voisine de sa direction d'origine, comme le montre la flèche 37e il est clair que le choix de l'angle optimum d'éjection de la nappe de gaz de la buse 20 dépend de plusieurs facteurs. C'est ainsi que, du fait que la plupart des sons de haute fré quelle sortent- de l'orifice, ou du voisinage de l'orifice 24 de la tuyère, il semblerait très avantageux, à la lumière de ce seul fait, de faire sortir les gaz de la buse 20 sous un angle a assez grand afin qu'une plus grande quantité d'énergie acoustique se réfracte dans la nappe avant que celle-ci ne devienne trop diffuse et incertaine. Nais ceci est infirmé par le fait que l'interaction entre les gaz d'échappement et la nappe réfractrice pourrait mettre mauvaise, aérodynamiquement parlant, pour l'aéronef si elle se produit trop près de la tuyère 24 où la vitesse d'écoulement est encore très élevée et où cette interaction elle-même pourrait engendrer un surcroît de bruit. Par contre, une grande distance entre la tuyère 24 et la buse 20 (par exemple deux fois ou plus de deux fois le diamètre de la tuyère) tendrait visiblement à atténuer les effets précités. Un autre facteur à prendre en considération pour les valeurs élevées de l'angle a est cet effet bien connu selon lequel l'éjection de gaz par la buse 20 tend à agir sur l'équili- brage de l'aéronef à la manière d'un volet ou aileron de bord de fuite, relevé. On doit également tenir compte de ce qu'aux valeurs élevées de l'angle a une plus grande quantité d'énergie acoustique pénétrera dans la nappe sous de grands angles d'incadence, donc la traversera. il faut également noter qu'une certaine quantité. de bruit de basse fréquence est émise par le courant de gaz d'échappement en aval de la tuyère. Selon les caractéristiques de la tuyère et selon le volume et la vitesse de l'écoulement, le courant de gaz d'échappenrent peut constituer une source de bruits de basse fréquence Jusqu'à une distance, en aval de l'orifice de sortie de la tuyère, pouvant aller jusqu'8 neuf fois le diamètre de celle-ci. Si la nappe de gaz sortant de la buse 20 est assez épaisse pour réfracter ce son de basse fréquence, il pourrait y avoir avantage, pour intercepter une plus grande quantité de ce son, d'éjecter les gaz de la buse 20 sous un angle a de faible valeur, ou horizontalement. On décrit ci-après, en se reportant à la figure 2, un essai effectué pour prouver que l'énergie acoustique est déviée dè sa direction d'origine par la nappe rétractrice. le moteur 10 a été placé à l'intérieur d'une piste semicirculaire dont le centre d'arc coInzidait avec un point P situé sur le moteur. Un microphone 38 a été monté sur la piste et aligné d'abord avec l'axe de rotation 32 du moteur, devant la prise d'air 40 de ce dernier. Le moteur 10 a été ensuite mis en marche et amené à un certain régime auquel il a été maintenu. L'énergie acoustique émise par la prise d'air a été recueillie par le microphone et enregistrée en décibels sur un appareil approprié (non représenté). Le microphone a ensuite été déplacé, par arcs deveercle successifs, sur la piste circulaire, dans le sens contraire des aiguilles de montre indiqué par la flèche 41 et, à la fin de chaque arc, l'énergie acoustique émise par le moteur a été enregistrée. Dans l'arc de 900 allant de l'axe 32 à la position angulaire 42, le niveau de bruit a décrû de 5 décibels. A mesure que le déplacement du microphone se poursuivait, on a observé une augmentation régulière de l'énergie acoustique détectée lorsque le microphone pénétrait dans la zone affectée par le bruit de la tuyère.En fait, on a constaté une augmentation d'énergie acoustique d'environ 9 décibels entre la position 42 et la position suivante 44. À mesure que le microphone poursuivait son déplacement, ce second niveau s'est maintenu jus qu'à ce que le microphone atteigne le point 45 de son parcours où la nappe de gaz réfracteur sortant de la buse 20 vient s interposer entre lui et le tuyère 24 et l'on a alors enregis trE une diminution du niveau de bruit.Lorsque le microphone a atteint la position 46, faisant un angle e avec l'axe 32 du moteur, on a enregistré une réduction d'environ 9 décibels du niveau dténergie acoustique observé, Colpme le microphone poursuivait sa course de la position 46 à une position, sur l'axe 32 du moteur, diamétralement opposée à son point de départ, on a observé une recrudescence du niveau d'énergie acoustique. Neme dans ce cas, pendant la première partie du dernier mouvement mentionné du microphone, les niveaux observés étaient inférieurs à ce qu'ils auraient été en l'absence de la nappe réfractriceO On voit donc que le dispositif décrit ci-dessus peut hêtre très avantageux pour la maîtrise des niveaux d'énergie acoustique émise par un turboréacteur.L'invention sera particuliè rement utile dans le cas où des aéronefs propulsés par de tels moteurs survolent des régions de population dense, ou atterrissent et décollent près de telles zones, ou lorsqu'on y procède à des essais au sol de ces moteurs Un autre avantage de l'invention est sa possibilité d'application à d'autres véhicules propulsés par turboréacteur tels que les véhicules se déplaçant sur coussins d'air. Pour un tel cas d'application, la buse 20 pourrait avoir une forme courbe, telle qu'indiquée par la ligne 20e de la figure 2, de façon à produire l'interposition de la nappe réfractrice entre la tuyère du moteur et les zones,telles que les rives de fleu ves, devant etre protégées contre les effets de l'énergie acoustique. La forme droite de la buse 20 serait plus facile à incorporer à une aile d'aéronef Enfin, dans ce dernier cas d'application à un véhicule porté par coussin d'air, le moteur sera monté sur une plateforme de profil aérodynamique plutôt que sur une aile d'aéronef. REVENDICATIONS 1.- Combinaison d'un moteur pour propulsion par réaction comportant une plateforme sur laquelle il est monté de façon que sa tuyère d'échappement soit située en dessus de ladite plateforme, ladite combinaison étant caractérisée par l'incor- poration d'organes de maîtrise des phénomènes acoustiques comprenant au moins une buse en forme de fente allongée dans ladite plateforme, raccordée de façon à recevoir un fluide actif venant du moteur et à le débiter sous forme d'une nappe s'étendant en travers ou en dessous de la zone d'écoulement de la tuyère d'échappement du moteur de façon qu'une partie au moins de l'énergie acoustique venant de laditebxyère et pénétrant dans laditenappe soit déviée de sa direction d'origines 20 Combinaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la buse en forme de fente allongée est appropriée à débiter le fluide actif selon une gamme d'inclinaisons sur l'axe longitudinal de la tuyère d'échappement du moteur. 3.- Combinaison selon une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la plateforme est une aile d'aéronef 4.- Combinaison selon une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la plateforme est partie d'une structure portante de propulseur de véhicule se déplaçant sur coussins d'air.