Brevet FR2393160A1 — publié le 19781229

La présente invention concerne des perfectionnements apportés à des installations de ventilateur lux axial et se rapporte en particulier à une installation de propulsion d'avion dans laquelle le ventilateur est entrainé de manière intermittente par un arbre par l'intermédiaire d'un embrayage. Dans une telle installation de propulsion, il est parfois nécessaire de connecter un ventilateur préalablement stationnaire à un arbre tournant a une vitesse de régime Cette nécessité entraine des problèmes considérables dans la conception de l'embraya- ge Ces problèmes sont soulevés du fait qu'il est soit nécessaire de permettre a l'embrayage de patiner pendant l'accélération du ventilateur entraîné par l'arbre, auquel cas de grandes quantités de chaleur doivent être dissipées, ou en alternative que l'engagement brusque de l'embrayage donne naissance à de fortes charges inertielles sur l'embrayage du ventilateur et sur l'ensemble de l'arbre qui doivent être exceptionnellement lourds pour permettre ces charges inertielles. On a proposé récemment de construire un avion à décollage vertical, cet avion étant doté de deux moteurs disposés à l'arrière et susceptibles d'être basculés jusqu'à ce que leurs axes soient verticaux, de maniere a produire en combinaison avec un ventilateur de sustentation disposé à l'avant de l'appareil trois éjections de gaz dirigées verve bas.Le ventilateur de sustentation qui n'est utilisé qu'au décollage et à l'atterrissage est entraîné par un arbre par l'intermédiaire d'un embrayage à partir d'une boîte de vitesses qui interconnecte des arbres de transmission transversaux entre les deux moteurs disposés à l'arrière La transmission transversale permet au ventilateur de sustentation d'être entraîné par l'un seulement ou les deux moteurs, ce qui apporte une sécurité de fonctionnement améliorée a l'avion. On peut demander au ventilateur de sustentation de contribuer pour approximativement 30 s à la poussée verticale de l'avion au décollage, et de ce fait l'importance des problèmes rencontrés dans la connection du ventilateur de sustentation et de l'arbre d'entraînement est considérable. La présente invention vise a procurer des moyens pour surmonter au moins partiellement les problèmes ci-dessus mentionnés. Selon la présente invention, il est proposé une installation de ventilateur a flux axial comprenant un ventilateur, un arbre capable d'entrainer ledit ventilateur, un embrayage interposé entre l'arbre et le ventilateur1 la géométrie du ventilateur étant variable entre des réglages du flux gazeux relativement réduits et élevés, des moyens étant en outre prévus qui soient capables d'admettre un flux d'air dans le ventilateur quand celui-ci est à un réglage réduit de manière à accélérer le ventilateur avant son engagement avec lembrayage, ainsi que des moyens capables de sé lectionner l'augmentation du réglage du flux quand l'arbre est engagé avec le ventilateur pour l'entraîner. Dans un mode de réalisation orefere, le ventilateur est construit sous forme d'un ventilateur a pas variable dont la géo métrie peut être modifiée en modifiant les angles d'attaque des aubes du ventilateur. Ainsi, dans un rêglage réduit du flux, les aubes peuvent être orientées selon un angle d'attaque réduit qui suffit pour quand flux d'air relativement réduit qui traverse le ventilateur l'entralne à a une vitesse importante.Ceci permet d' amener la vitesse du ventilateur au meme niveau que celle de 1' arbre et permet d'engager itembrayage sans avoir à surmonter 1' inertie du ventilateur Une fois que l'on a établi l'engagement de arbre avec le ventilateur pour entralner ce dernier, les aubes du ventilateur sont alors réglées à un angle plus important qui augmente considérablement le flux qui traverse le ventilateur. Dans drautres dispositions, un effet similaire est produit en faisant varier la géométrie de l'installation de ventilation avec par exemple une tuyère variable ou en utilisant un aubage de stator variable. Dans les deux cas, l'effet obtenu en faisant varier la zone de sortie de la tuyère ou l'angle d'attaque des aubes du stator variable aura pour conséquence de faire varier le flux qui traverse le ventilateur depuis un flux réduit jusqu'à un flux relativement important, et la caractéristique du ventila teur,lorsqutil est audit réglage reduit du flux, sera que le flux relativement faible qui le traverse correspondra néanmoins à une vitesse de rotation relativement élevée du ventilateur. Dans un mode de réalisation, le ventilateur est un ventilateur de sustentation disposé selon une position sensiblement verticale à l'extrémité avant du fuselage d'u4avion, et il est prévu une rangée de volets pivotants recouvrant normalement la prise d'air du ventilateur mais susceptibles d'être pivotés dans une direction dans laquelle ils dirigent, lorsque l'avion vole à l'horizontale, un flux d'air dans le ventilateur de maniere à produire une accélération de ce ventilateur. Dans un autre mode due réalisation, les volets peuvent pivoter encore plus vers une position verticale qui améliore les conditions aérodynamiques à la prise d'air du ventilateur pendant les manoeuvres verticales de l'avion. La sortie d'air du ventilateur peut être ferme à ltaide d'autres portes pivotantes situées en dessous du fuselage. On va maintenant décrire des modes de réalisation de l' invention à titre d'exemple seulement et avec référence aux dessins annexés dans lesquels la figure l représente une vue en perspective d'un avion, la figure 2 est une élévation latérale de l'avion de la figure 1, et la figure 3 représente une section verticale pratiquée à travers un ventilateur de sustentation installé sur l'avion des figures 1 et 2. Considérant maintenant la figure 1, on peut voir un avion 10 pourvu de deux moteurs 11, 12 disposés à arrière de chaque côté du fuselage 13 et d'un ventilateur de sustentation 14 situé dans un conduit 15 à l'extrémité avant de l'avion et installé avec son axe en position pratiquement verticale. Les deux moteurs il et 12 sont interconnectés par des arbres 16, ce qui permet au ventilateur 17 du moteur 11 d'être entraîne par le générateur de gaz i8.de l'autre moteur et vice versa. Les deux moteurs peuvent pivoter autour de l'axe de cet arbre de transmission vers la position verticale illustrée en lignes pointillées 19, position dans laquelle les gaz éjectés des deux moteurs cooperent avec ceux en provenance du ventilateur en vue du décollage ou de l'atterrissage vertical de l'avion. L'arbre de transmission 16 qui relie les deux moteurs passe à travers une boîte de vitesses 20 qui est pourvue d'un autre arbre de sortie 22 qui traverse tout le fuselage pour entrainer le ventilateur de sustentation 14 par l'intermédiaire dtun embrayage 21. Quand on désire unfpropuLsion horizontale, le ven tilateur de sustentation est au repos, et comme on peut le voir plus clairement en se reportant aussi à la figure 2, son admission d'air 23 et sa sortie 24 sont pourvues de volets pivotants 25, 26 qui peuvent être refermés au ras du fuselage pour éviter la création d'une trainée en vol horizontal due à l'installation du fait de la présence du ventilateur. Le ventilateur de sustentation qui peut être vu plus en détail en se reportant à la figure 3 est un ventilateur à géométrie variable, et dans ce mode de réalisation, du type utilisant des aubes de rotor à angles d'attaque variables. Les aubes de rotor 30 sont portées par un disque 31 entraîné par un arbre 32 supporté par des paliers 33, 34. Les paliers à leur tour sont supportés par le carter 35 du ventilateur de sustentation par 1' intermédiaire des jambes de force 37. Les aubes du rotor 30 sont supportées sur le disque 31 par des paliers 39 reçus dans des logements 40 constitués à la périphérie du disque. Une tige 41 prolonge radialement vers l'intérieur chaque ailette et à cette tige est fixée un petit pignon 42. Les pignons 42 engrènent chacun avec deux engrenages coniques 43, 44 situés chacun de chaque côté des pignons et reliés de manière bien connue à un moteur d'aubes 45.Le fluide hydraulique peut être admis par l'intermédiaire du conduit 46 vers le moteur d'aubes pour produire une contre rotation des engrenages coniques, ce qui entraîne la rotation des pignons et des aubes du rotor autour de leurs axes longitudinaux pour faire varier l'angle d'attaque des aubes du rotor. L'arbre 32 est lui-même entraîné par l'arbre 22 au moyen d'un pignon 47 relié à l'arbre 22 qui engrène avec un engrenage conique 48 relié à l'arbre 32. Le pignon 47 est-lui-même supporté par les paliers 48, 49 situés sur l'une des jambes de force 37. On peut également voir dans cette figure que les volets pivotants 25 sont montés à pivot sur des axes transversaux respectifs 50 au moyen d'une liaison commune à double effet 51, ce qui permet de faire pivoter les volets depuis une première position 52 au ras du fuselage vers une autre position 53 dans laquelle ils sont inclinés vers l'avant par rapport au fuselage, et vers une troisieme position indiquée en ligne pointillée 54 dans laquelle ils sont dirigés verticalement vers le haut.De maniere similaire, les volets- 26 situés à la sortie d'air du ventilateur de sustentation sont montés à pivot sur des axes respectifs avant et arrière au moyen d'une liaison commune à double effet 56 travaillant dans une direction transversale. Un vol typique de l'avion se déroule comme suit. Les moteurs arrière étant au départ en position horizontale, les volets 25, 26 sont pivotés vers leur position complètement ouverte 54, 47. Les aubes du ventilateur sont réglées à un pas réduit, l'embrayage 21 est engagé et les deux moteurs Il et 12 sont démarrés au moyen d'une cartouche à gaz normale ou tout autre système de démarrage et les deux moteurs 11, 12 sont ainsi portés à leur vitesse normale à l'état arrêté, et le ventilateur de sustentation tourne autour de son axe sans générer aucune poussée verticale du fait de angle très faible du pas des aubes. Les deux moteurs disposés à l'arrière sont ensuite pivotés vers le bas pour prendre leur position verticale 19 et poussés à leur vitesse maximale.Simultanément, la vitesse du ventilateur de sustentation augmente et le pas de ses aubes est modifié et passe du réglage réduit du flux dans lequel les aubes se trouvent avec leur pas réduit au réglage augmenté du flux dans lequel les aubes sont orientées à un angle très ouvert. Le flux dfair qui traverse le ventilateur de sustentation est ainsi considérablement augmenté et en combinaison avec les poussées provenant des deux moteurs disposés à l'arrière, l'avion effectue un décollage vertical. La transition vers le vol horizontal est obtenue en pivotant graduellement les moteurs il et 12 vers leur position horizontale originale et en réduisant le pas des aubes du ventilateur jusqu'à un angle très faible. Ceci maintient ltéquilibre de l'avion tout en en augmentant sa vitesse horizontale. Au cours de l'accélération en vitesse horizontale, les volets 25, 26 sont pivotés vers leurs positions fermées et l'em- brayage 21 est débrayé, ce qui empêche le flux d'air de traverser le ventilateur deisustentation et permet à l'avion de voler normalement. Lorsque 1 l'avion effectue de longs vols en croisière, il est possible de couper le générateur de gaz de l'un des moteurs 11, 12 et d'entraîner son ventilateur par l'arbre transversal à partir de l'autre moteur. Pour effectuer un atterrissage vertical, on commence par réduire la vitesse horizontale de l'avion, on pivote les volets 26 vers leur position inclinée 53 et on ouvre complètement les volets 25. A ce moment, le pas des aubes du ventilateur de sustentation est modifié et ramené à l'angle de flux réduit, ce qui permet au flux d'air qui est admis par les volets 25 d'accélérer le ventilateur jusqu'à sa vitesse de fonctionnement normale. Du fait du pas réduit des aubes du ventilateur, la poussée de sustentation produite par le ventilateur de sustentation à ce stade n'est que faible. L'embrayage 21 peut maintenant être engagé sans avoir à surmonter l'inertie du ventilateur de sustentation, de sorte qu'il est maintenant à nouveau accouplé aux moteurs ll, 12. On ouvre maintenant les volets jusqu'à leur position verticale et on fait pivoter les moteurs arrières vers leur position verticale. Simultanément, le pas des aubes du ventilateur est modifié pour retrouver le réglage ouvert où le flux est important de manière à maintenir l'équilibre de l'avion et permettre d'effectuer l'atterrissage vertical. L'embrayage 21 n'étant plus nécessaire pour surmonter I'inertie du ventilateur de sustentation et servant simplement à transmettre le couple nécessaire pour entraîner ce ventilateur de sustentation, il peut être réalisé en des dimensions beaucoup plus réduites qu'elles ne seraient autrement nécessaires. L'embrayage peut être de tout type connu tel qu'un embrayage à diaphragme à disque de friction ou encore un embrayage à béquille. L'utilisation d'un embrayage à béquille dans lequel l'embrayage reste dégagé jusqu ce que la vitesse du ventilateur de sustentation atteigne la vitesse de l'arbre 32, l'engagement étant alors automatiquement réalise, simplifierait considérablement la tâche du pilote dans son avion. Cette tâche pourrait être encore plus simplifiée en utilisant un système de commande convenable pour manoeuvre 4 es différentes connections et régler le moteur des volets selon les besoins au choix du pilote quand il manoeuvre à la verticale. Alors que dans ce mode de réalisation, l'embrayage est montré placé contre le ventilateur de sustentation, il pourrait être aussi situé à l'intérieur de la boîte de vitesses contre l'arbre de transmission transversal ou dans des positions intermédiaires le long de l'arbre 22 selon l'installation particulière désirée. On comprendra naturellement que l'arbre 22 doit avoir la possibilité de fléchir, de s'allonger ou de se contracter selon le mouvement différentiel du fuselage de l'avion. On comprendra aussi qutalors que le ventilateur de sustentation a géométrie variable décrit ici est du type à pas variable, un effet similaire pourrait entre obtenu en installant un aubage de stator variable à l'amont ou à l'aval des aubes du ventilateur, le réglage des aubes de ce stator variable dans l'un ou l'autre cas aux angles appropriés permettant au ventilateur de tourner soit à un flux réduit soit à un flux important selon lt angle particulier choisi. On comprendra que plusieurs modifications peuvent être incorporées au système de propulsion de l'avion telles que des évents de moteur à l'extrémité de l'avion pour contrôler lé tangage, le roulis et le lacet pendant les manoeuvres. Alors que le mode de réalisation ci-dessus a été décrit avec référence à un avion à décollage vertical, il est clair que des dispositions similaires pourraient être utilisées pour des ventilateurs entraînés par intermittence sur d'autres installations d'avion ou même pour coupler de grands ventilateurs à des moteurs d'installations au sol ou industrielles. REVENDICATIONS i - Installation de ventilateur à flux axial comprenant un ventilateur, un arbre capable dlentraîner ce ventilateur et un embrayage interposé entre l'arbre et le ventilateur, caractériséeen ce que la géométrie du ventilateur (14) est variable entre des reglages du flux relativement reduits et relativement importants, des moyens (25) étant en outre capables d'admettre un flux dlair dans le ventilateur quand celui-ci est à son réglage de flux réduit pour accélérer ledit ventilateur avant son engagement avec lwembrayage (21), ainsi que des moyens capables de sélectionner l'augmentation du réglage duflux du ventilateur quand l'arbre est engagé avec le ventilateur pour l'entraîner. 2 - Installation de ventilateur à flux axial selon la Revendication 1, caractérisée en ce que le ventilateur est construit sous la forme dtun ventilateur à pas variable dont la geométrie peut être modifiée en faisant varier les angles d'attaque des aubes du ventilateur entre un pas réduit correspondant audit réglage de flux réduit et un pas tres ouvert correspondant audit réglage de flux important. 3 - Installation de ventilateur à flux axial selon la Revendication 1 caractérisée en ce qutil est prévu un aubage de stator variable à l'avant du ventilateur ainsi que des moyens pour faire varier l'angle d'attaque dudit aubage de stator variable de manière a faire varier le flux qui traverse le ventilateur depuis ledit réglage de flux réduit jusqu'audit réglage de flux important. 4 - Installation de ventilateur à flux axial selon la Revendication 1, caractérisée en ce que lçaubage du stator variable est installé en aval du ventilateur et que des moyens sont prévus pour faire varier ltangle d'attaque dudit aubage de stator variable de manière à faire varier le flux qui traverse le ventilateur depuis ledit réglage de flux réduit jusqu'audit réglage de flux important. 5 - Installation de ventilateur à flux axial selon la Revendication 1, caractérisée en ce que le ventilateur est installé sur un avion et que lesdits autres moyens capables d'admettre un flux d'air à travers le ventilateur comprennent des conduites d'admis sion d'air sur l'avion qui fonctionnent pendant le vol horizontal de l'avion et qui sont destinées à diriger l'air à travers le ventilateur. b - Installation de ventilateur à flux axial selon la Revendication 4, caractérisée en ce que ladite admission d'air comprend un déflecteur à volets pivotants prévus sur le fuselage de l'avion et susceptibles d'être déplacés d'une position fermée dans laquelle ils reposent au ras du fuselage et une position de fonc tloimement dans laquelle ils coopèrent pour définir des ouvertures d'admission dudit flux d'air dans le ventilateur.