Brevet FR2349738A1 — publié le 19771125

La présente invention concerne un système d'inversion de poussée, et, elle a trait, plus particulièrement, è un système d'inversion de poussée particuliErement applicable aux moteurs à turbo-soufflante dilués. Avec l'arrivée des moteurs a taux de dilution élevés, il est devenu nécessaire de fournir un mécanisme pour inverser le flux de fluide traversant la section droite généralement annulaire du canal de dérivation. On a par le passé proposé beaucoup de ces systèmes d'inversion de poussée. Les systèmes d'inversion de poussée de l'art antérieur comportent généralement des portes de blocage, des membranes gonflables ou d'autres mécanismes compliqués pour obstruer le canal de dérivation et renverser la direction de décharge. Du fait de leur comnlexité, ces systèmes de l'art antérieur sont relativement lourds, coûteux è fabriquer, et difficiles à entretenir. En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir un mécanisme d'inversion de poussée pour un moteur a turbine a gaz dilué qui soit simple, léger, économique à fabriquer, facile à entretenir, sur, et qui, également du fait de sa sim plicitEfpeut être facilement adapte pour une modulation de poussée en vol. Selon la présente invention, un moteur à turbine à gaz comprend une nacelle extérieure espacée d'un carter de turbine à gaz pour délimiter un canal de dérivation. La nacelle comprend une partie avant fixe et une partie arrière translatable La paroi intérieure du canal formée par la partie arrière de la nacelle est placée par rapport au carter du moteur de telle sorte que lorsque la partie arrière de la nacelle est entièrement translatée vers l'aval, cette paroi intérieure de la partie arrière de la nacelle vienne buter contre le carter du moteur et ainsi obstrue le canal de dérivation.La partie arrière de la nacelle dans sa position amont extrème enveloppe un anneau d'aubes directrices fixes en cascade qui sont montées fixement sur la partie avant de la nacelle selon une position qui les place dans l'écoulement du canal de dérivation lorsque la partie arrière de la nacelle se trouve translater en aval. On prévoit des vérins pour translater la partie arrière de la nacelle. Lorsque l'on souhaite inverser la direction de poussée du moteur, on utilise des vérins pour totalement translater la partie arrière de la nacelle vers l'aval. Ainsi, la partie arrière de la nacelle vient buter contre le carter du moteur et par conséquent obstrue le canal de dérivation. Un élément d'étanchéité annulaire peut être placé autour de l'extrémité aval de la partie arrière de la nacelle pour empêcher des fuites lors de ce mode de fonctionnement. En même temps, les aubes directrices en cascade sont découvertes et placées dans l'écoulement du canal de dérivation de sorte que le flux du canal de dérivation soit éjecté à travers ces aubes directrices suivant la direction amont pour ainsi développer une poussée inverse. Du fait de sa simplicité de structure, le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention offre plusieurs avantages par rapport à ceux de l'art antérieur. Du fait que le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention n'utilise qu'un seul élément translatable et n'emploie pas de portes de blocage, de diaphragme gonflable ou d'autres dispositifs de ce type pour obstruer le canal de dérivation, il est beaucoup plus facile à fabriquer, et à entretenir, il est plus sûr et plus léger que les mécanismes d'inversion compliqués de l'art antérieur. En outre, dans la position de poussée vers l'avant, le mécanisme d'inversion de la présente invention présente beaucoup moins de fuites que ceux de l'art antérieur. Ceci est dû au fait que l'on a éliminé les fuites associées avec les liaisons, les portes de blocage, lesdiaphragmesgonflables et les vérins des systèmes d'inversion de l'art antérieur. Le rendement du mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention dans la position d'inversion de poussée est également nettement meilleur que celui obtenu avec des systèmes de l'art antérieur. Un seul anneau d'étanchéité est tout ce qui est nécessaire pour obstruer la section de la partie tuyère d'éjection du canal de dérivation pour le mécanisme d'inversion de poussée selon l'invention.La fuite associée à ce simple joint est nettement inférieure aux fuites combinées des nombreux joints pour les portes de blocage et analogues que l'on devait utiliser dans les systèmes d'inversion de poussée de l'art antérieur. En outre, la surface d'écoulement plus lisse résultant de l'élimination des liaisons, des portes de blocage et des vérins fournit par conséquent des pertes par traînée aérodynamique réduites lors du vol. Un autre avantage du mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention est que du fait de sa simplicité de construction, on peut facilement l'adapter en vue d'une modulation de poussée en vol. Ainsi, on peut prévoir un système de commande des vérins afin de régler la position de la partie arrière de la nacelle en fonction de la poussée vers l'avant voulue et ainsi fournir une modulation de poussée en vol. De cette manière, le flux du canal de dérivation peut être divisé entre les aubes directrices en cascade et la partie tuyère d'éjection du canal de dérivation. Les systèmes de commande de l'art antérieur que l'on avait utilisé pour régler l'angle des aubes directrices d'entrée et la section de la partie tuyère d'éjection peuvent être utilisés dans ce but.Un tel système de commande se trouve décrit dans le brevet des Etats Unis nO 2.431.168. Un autre avantage du mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention est que sa simplicité offre une surface plus grande pour le traitement acoustique du canal de soufflante. Les canaux de dérivation des moteurs incorporant des mécanismes d'inversion de poussée classiquesontun faible rapport de la surface -acoustiquement traitée à la surface physique réelle du fait des nombreux mètres d'interruption nécessaires pour les bords des portes, des liaisons, et d'autres mécanismes utilisés dans le mécanisme d'inversion. Le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention n'est pas encombré nar ces organes et fournit par conséquent une plus grande surface pour le traitement acoustique de l'intérieur et de l'extérieur du canal de soufflante. En outre, la courbure accrue du canal de dérivation du moteur nécessaire pour fournir une surface de butée pour la section arrière translatable de la nacelle, réalise de façon inhérente une meilleure absorption du son que les canaux de dérivation de moindre courbure de l'art antérieur. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement Figure 1, une vue en coupe d'un moteur à turbine à gaz dilué incorporant le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention, Figure 2, une vue partielle du moteur à turbine à gaz de la figure 1 montrant le mécanisme d'inversion de poussée de de la présente invention dans le-mode de fonctionnement avec poussée vers l'avant, Figure 3, une vue du mécanisme d'inversion de poussée de la figure 2, dans le mode de fonctionnement avec inversion de poussée, et Figure 4, une vue en coupe faite le long de la ligne 4-4 de la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté un moteur à turbine à gaz du type dilué qui comporte le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention. On doit noter que bien que l'on décrive la présente invention en référence avec un moteur à turbine à gaz å soufflante avant et taux de dilution élevé, elle s'applique également à tout moteur du type dilué, comprenant des moteurs à soufflante arrière et à soufflante de croisière. Sur cette figure 1, on a représenté un moteur à turbine à gaz 10 comportant une courte nacelle extérieure 12, espacée d'une turbine à gaz représentée d'une manière générale en 14 entourée par un carter 16, afin de former un canal de dérivation 24. La nacelle extérieure 12 se prolonge en amont de la turbine à gaz 14 pour former une admission 18 pour le moteur. Disposée dans l'admission, se trouve une soufflante 20 pour comprimer le flux d'air d'entrée. Une partie du flux d'air comprimé refoulé par la soufflante 20 est dirigée vers la turbine à gaz 14 et la partie restante est évacuée dans l'atmosphère ambiante au moyen d'un canal de dérivation 24 -formé entre la nacelle 12 et le carter 16 de la turbine à gaz.L'extrémité aval de la nacelle 12 se termine à une courte distance en aval de l'entrée de la turbine à gaz -14 pour former la tuyère d'éjection 26 du canal de dérivation. Le canal 24 est incurvé suivant la forme générale d'un S, de sorte que le flux de la soufflante soit initialement orienté radialement vers l'extérieur et ensuite dévié pour sortir de la tuyère 26 approximativement tangentiellement au carter 16 de la turbine à gaz. La nacelle 12 comprend une partie avant 30 en contact étanche avec une partie arrière 28. La partie arrière 28 de la nacelle est montée de façon à pouvoir se translater par rapport à la partie avant 30 de la nacelle, comme on le voit mieux sur les figures 2 et 3. Un ensemble de vérins 31 répartis circulairement, fixés à la partie avant 30 de la nacelle et ayant des tiges de commande 33 fixées à la partie arrière de la nacelle assurent la translation de cette partie arrière 28 de la nacelle.Afin de réduire le bruit à l'entrée, les faces intérieure et extérieure de la nacelle 12 peuvent être pourvues d'une chemise d'absorption acoustique 35 ou en variante la totalité de la nacelle 12 peut être construite en un matériau d'absorption acoustique (non reprEsenté]. Sur les figures 2 et 3, on a représenté en détail le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention. La partie arrière 28 de la nacelle, dans sa position amont extrème enveloppe un anneau d'aubes directrices fixes en cascade 34 qui se trouve dans l'alésage annulaire 37 dans la partie arrière 28 de la nacelle. La partie arrière 28 de la nacelle est montée de manière à glisser sur un ensemble de pistes espacées circulairement 32, qui sont supportées par l'anneau d'aubes en cascade 34. L'anneau d'aubes en cascade 34 peut être fixé fermement à son extrémité amont à la partie avant 30 de la nacelle. Un joint approprié 36 peut être prévu pour assurer l'étanchéité de la jonction entre les parties avant et arrière 30 et 28 de la nacelle respectivement pour empêcher des flux de fuites du canal de dérivation 24.Lorsqu'elle est totalement translatée en direction amont, comme on le voit sur la figure 2, la partie arrière 28 de la nacelle enveloppe totalement les aubes directrices 34 de sorte que le flux d'air traversant le canal 24 soit éjecté par la tuyère 26. Lorsque l'on souhaite inverser la direction de l'éjection du canal de dérivation, on translate totalement la partie arrière 28 de la nacelle dans la direction aval comme le montre la figure 3.Cette translation vers l'aval de la partie arrière 28 de la nacelle en train la surface généralement convexe 38 de la partie arrière 28 de la nacelle qui s'étend dans le canal de dérivation 24 à venir buter- contre la surface généralement convexe 40 du carter 16 de la turbine à gaz dans la région 41 de telle sorte que la tuyère d'éjection 26 du canal de privation se trouve obstruée et que aucun flux du canal de dérivation ne puisse sortir par cette der nière. Simultanément, cette translation vers l'aval de la partie arrière 28 de la nacelle découvre les aubes directrices 34 et les place dans le flux du canal de dérivation 24 de sorte que le flux du canal de dérivation soit éjecté à travers ces aubes directrices 34 suivant une direction amont pour ainsi développer une poussée inverse. La surface convexe 38 de la partie arrière 28 peut être disposée par rapport à la surface convexe 40 du carter de la turbine à gaz de telle sorte que le canal de dérivation 24 soit rendu étanche par une surface cône à cône dans la région 41 lors que la partie arrière de la nacelle se trouve totalement translatée vers l'aval. Pour améliorer l'obstruction de la tuyère 26 du canal de dérivation, on peut prévoir un joint d'étanchéité 42 autour du périmètre de la surface convexe 38 de la partie arrière 28 de la nacelle autour de la surface convexe 40 du carter 16 de la turbine à gaz. Du fait de sa simplicité, le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention s'adapte facilement pour une modulation de poussée en vol. Ainsi, il peut être souhaitable de réorienter seulement une partie du flux du canal de dérivation à travers les aubes directrices 34. Ceci peut s'effectuer en faisant varier la position des tiges 33 de commande des vérins linéaires en fonction de la poussée directe voulue. De cette manière, on peut translater la partie arrière 28 de la nacelle seulement partiellement vers ,l'aval pour découvrir seulement un nombre voulu d'aubes directrices et ainsi réorienter la partie du flux du canal de dérivation à travers les aubes 34 qui est nécessaire pour maintenir la poussée 'directe voulue.On peut utiliser dans ce but tout système de commande approprié de l'art antérieur pour faire varier l'angle des aubes directrices d'entrée du moteur ou la -section de la tuyère pour la modulation de la poussée. Un tel système se trouve ;décrit dans le brevet des Etats-Unis nO 2.431.168. I1 est bien évident que le mécanisme d'inversion de poussée qui utilise un seul élément de capotage 28 à translation axiale pour accomplir la modulation de poussée et l'inversion de flux du canal de dérivation est considérablement moins complexe que les systèmes d'inversion de poussée de l'art antérieur. Le présent mécanisme n'utilise aucune nembrane gonflable qui sont sujettes à des pannes dues aux fuites dans les membranes ou des portes de blocage qui ajoutent fortement à la compléxité, à l'entretien, à la fiabilité, au coût et au poids des structures d'inversion de poussée de l'art antérieur.En outre, toute perte pouvant résulter de la courbure du canal de dérivation nécessaire pour permettre la venue en butée de la partie arrière de la nacelle 28 translatée et du carter 16 de la turbine à gaz se trouve compensée par la réduction de poids et la réduction de la traînée aérodynamique présentées par le mécanisme d'inversion de poussée de la présente invention. En outre, puisque ni la partie arrière 28 de la nacelle, ni l'anneau d'aubes en cascade 34 ne sont fixés ni autrement reliés au carter 16 de la turbine à gaz, le montage et le démontage du mécanisme d'inversion de poussée sur le moteur est beaucoup plus facile, et on connait exactement la répartition des charges lors du déploiement. Toutes les charges sont équilibrées au niveau des vérins 31 et des aubes en cascade 34. Cette répartition de charges est donc non redondante, ce qui rend la conception plus efficace. En conséquence, bien que l'on ait décrit et représenté une réalisation de la présente invention, il faut noter que l'on peut y apporter de nombreuses modifications, substitutions, et variations sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, il est bien évident que l'on peut changer la géométrie du canal de soufflante 24 et de la partie arrière 28 de la nacelle afin de maintenir une quantité de flux voulue à travers le canal 24 tout en permettant encore le blocage du canal de dérivation 24 par une translation axiale unique de la partie 28 de la nacelle. On notera également que le mécanisme d'invention de poussée de la présente invention, du fait de sa simplicité, fournit une superficie plus grande pour le traitement acoustique de la nacelle 12. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Mécanisme d'inversion de poussée pour moteur à turbine à gaz du type comprenant une turbine à gaz entourée par un carter caractérisé en ce qu'il comprend une nacelle entourant de manière espacée le carter afin de définir un canal de dérivation, cette nacelle ayant une partie avant fixe en butée avec une partie arrière translatable, cette partie arrière comprenant une surface généralement courbe s'étendant dans ce canal de dérivation et disposée pour venir buter suivant un contact étanche avec le carter lorsque l'on translate totalement cette partie arrière dans une direction aval, un anneau d'aubes directrices en cascade monté suivant une relation fixe par rapport à la partie avant de la nacelle et suivant une relation de translation par rapport à la partie arrière de la nacelle, ces aubes directrices se trouvant complètement enveloppées par la partie arrière de la nacelle lorsque les parties avant et arrière de la nacelle sont en butée et se trouvant en communication avec le canal de dérivation lorsque les parties avant et arrière de la nacelle sont séparées, et des vérins pour translater la partie arrière de la nacelle de telle sorte que lorsque la partie arrière de la nacelle se trouve totalement translatée dans la direction aval, sa surface orientée radialement vienne en butée contre le carter de la turbine à gaz pour ainsi obstruer le canal de dérivation et simultanément découvrir les aubes directrices en cascade pour inverser la direction de décharge du flux du canal de dérivation. 2. Système d'inversion de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de modulation de la-poussée pour déplacer la partie arrière de la nacelle vers des positions '.intermédiaires par rapport à la position de translation aval complète, et la position pour laquelle les parties arrière et avant de la nacelle sont en butée l'une contre l'autre de telle sorte que la poussée directe du moteur soit modulée par réorientation sélective d'une partie du flux du canal de dérivation à travers les aubes directrices en cascade. 3. Mécanisme d'inversion de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes directrices en cascade sont montées fixement sur la partie avant de la nacelle. 4. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des joints disposés de façon intermédiaire entre les parties avant et arrière de la nacelle pour empêcher un flux de fuite du canal de dérivation entre les parties de la nacelle lorsqu'elles sont en butée l'une contre l'autre. 5 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un joint annulaire pour empêcher un flux de fuite du canal de dérivation entre la partie arrière de la nacelle et le carter de la turbine à gaz lorsque ces éléments sont en butée. 6 - Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que le joint annulaire est disposé autour de la surface courbe de la partie arrière de la nacelle. 7 - Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que le joint annulaire est disposé autour du périmètre extérieur du carter de la turbine à gaz. 8 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé ce qu'il comprend un garnissage d'absorption acoustique disposé autour de l'intérieur et de l'extérieur de la nacelle. 9 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface courbe de la partie arrière de la nacelle est disposée pour venir buter contre le carter de la turbine à gaz suivant une surface cône à cône.