Brevet FR2470253A1 — publié le 19810529

Tuyère orientable pour propulseur à réaction. L'invention concerne une tuyère orientable pour propulseur à réaction comportant une partie fixe solidaire du propul- seur sur laquelle s'articule une partie pivotante, des moyens d'étanchéité disposés entre les deux parties, et des vérins de commande de déplacement de la partie pivo- tante. Les critères d'agilité exigés des avions d'arme modernes imposent parfois à l'avionneur de recourir à des moyens autres que les gouvernes aérodynamiques pour obtenir des changements d'assiette rapides. L'un des moyens les plus efficaces est de munir le réacteur d'une tuyère orientable qui permet d'obtenir selon la composante de déviation choisie, soit un dérapage latéral de l'appareil, soit un cabré rapide sans augmentation cor- rélative de la traînée due au cabrage des élevons. Toutefois, les tuyères orientables sur tous les axes nécessitent soit une double articulation, soit une articulation simple et une liaison rotative. Ces dispositifs sont encombrants et posent des problèmes d'étanchéité délicats. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 182 452 donne une réalisation simple et relativement peu encombrante d'une tuyère pour fusée. La sortie de la chambre détermine une large portée sphérique contre laquelle vient glisser une portée sphérique correspondante prévue sur la tuyère. L'é- tanchéité est assurée par un joint torique creux présen- tant une section circulaire ouverte, les bords de la sec- tion étant fixés sur la chambre et la tuyère. La rotation de la tuyère est obtenue par quatre vérins disposés selon des diamètres perpendiculaires de la chambre et de la tuyère. La forme et la dimension de la sortie de la chambre permettent un maintien et un centrage correct de la tuyère, ce qui n'est pas le cas des propulseurs et tuyères d'avion o les diamètres de la tuyère fixe et de la tuyère mobile sont sensiblement égaux. L'invention vise à réaliser une tuyère orientable simple et peu encombrante et dont le centrage est automatiquement réalisé par suite de la conception de son dispositif d'o- rientation. La tuyère orientable, selon l'invention, pour propulseur à réaction comportant une partie fixe, solidaire du propul- seur sur laquelle s'articule une partie pivotante, des moyens d'étanchéité disposés entre les deux parties, et des vérins de commande de déplacement de la partie pivotante, est remarquable en ce qu'elle comporte un dispositif d'orien- tation multi-directionnelle comprenant des éléments élas- tiques séparés, disposés entre la partie fixe et la partie pivotante de la tuyère. Selon une forme de réalisation, le dispositif d'orientation multidirectionnelle comiporte au moins trois ensembles de deux éléments, uniformément répartis à la périphérie de la tuyère, une des extrémités des éléments élastiques étant solidaire d'un anneau de liaison intermédiaire, l'autre ex- trémité des éléments étant fixée à la partie fixe et à la partie mobile de la tuyère. Les ensembles de deux éléments déterminent une articulation déformable constituée sensiblement par deux plans d'élé- ments élastiques dont le premier est fixé sur la partie fixe et le second sur la partie pivotante de la tuyère. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une tuyère orientable de propulseur, selon un pre- mier exemple de réalisation de l'invention, l'axe de la tuyère orientable étant dans l'axe du propulseur; - la figure 2 est une coupe longitudinale partielle d'une tuyère orientable dans une position telle que le jet est dévié vers le bas; - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle d'une tuyère orientable dans une position telle que le jet est dévié vers le haut 9 - la-figure 4 est une demi-coupe partielle selon IV-IV de la figure 1 i - la figure 5 est une coupe longitudinale partielle d'une tuyère orientable de propulseur selon un second exemple de réalisation de l'invention, l'axe de la tuyère orientable étant dans l'axe du propulseur - la figure 6 est une coupe longitudinale partielle selon ce second mode de réalisation dans une position telle que le jet est dévié vers le bas a - la figure 7 est une coupe longitudinale partielle selon ce second mode de réalisation dans une position telle que le jet est dévié vers le haut; - la figure 8 est une demi-coupe partielle selonVIII-VIII de la figure 5; - les figures 9a, 9b, 9c, montrent en vue de détail les configurations prises par la membrane annulaire d'é- tanchéité,coupée par un plan longitudinal, dans les différentes positions de la tuyère mobile représentée aux figures 5, 6 et 7. La figure 1 montre une coupe partielle d'une tuyère orien- table selon un exemple de réalisation de l'invention. Le moteur à réaction ou propulseur, non représenté, est prolongé par une tuyère dont une partie 1, ou canal d'éjection, est fixe, et une partie 2 pivotante. Des moyens d'étanchéité 3 et 16 sont disposés entre la partie pivotante 2 et la partie 2470253 1 fixe 1. La partie pivotante est orientée au moyen de vérins de déplacement 4 dont le corps est monté sur la partie fixe 1 de la tuyère, tandis que les tiges 5 des vérins coopèrent avec des prolongements 6 fixés direc- tement ou indirectement sur la partie pivotante 2. Dans la réalisation représentée, la tuyère est équipée d'un dispositif de modification de la section du jet dont un volet 7 est représenté. Ce volet est lui-même commandé indépendamment de la partie pivotante par des vérins 8 et des biellettes 9. Les prolongements 6 de la poutre, portant les vérins B, fixée à la partie pivotante 2 de la tuyère, portent un axe sur lequel s'articule l'extrémi- té des tiges de vérins 4. Le dispositif d'orientation mul- tidirectionnel, selon une caractéristique de l'invention, est constitué d'éléments élastiques 10. Ces éléments élas- tiques sont groupés par deux, aux extrémités d'une virole intermédiaire 11. Les extrémités libres sont respectivement fixées sur la partie fixe 1 et la partie pivotante 2 de la tuyère. Des ensembles, tels que décrits, sont uniformément répartis à la circonférence de la tuyère. Trois ensembles répartis à 1200 sont suffisants pour assurer le maintien et le centrage de la partie pivotante 2 par rapport à la partie fixe 1. Selon la forme de réalisation représentée, on a disposé quatre doubles ensembles d'éléments élastiques, dont la figure 4 donne la disposition approximative. Chaque vérin de commande est associé à un tel double ensemble et est disposé dans un plan diamétral de la tuyère, équidistant de chaque ensemble. Le dispositif d'orientation multidirectionnel forme une articulation déformable constituée par deux plans I et II d'éléments élastiques (figure 1) dont la première rangée selon I est fixée sur le canal d'éjection 1 et la deuxième rangée selon II,est fixée sur la partie mobile 2. Les axes de symétrie des éléments élastiques 101 et 102 d'un ensemble se coupent en un point situé sur l'axe moteur. La figure 1 montre les éléments 131 et 132 de l'ensemble 13 de la figure 4. Selon la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 4, les moyens d'étanchéité comportent une bague 3 en forme de zone sphérique appartenant au pourtour de l'extrémité de la partie fixe et coopérant avec le bord 12 sphérique de la partie 2. La face de la bague et le bord sphérique ont les mêmes rayon et centre de courbure. En outre, on a figuré en 16 un moyen d'étanchéité complé- mentaire, constitué par une lame annulaire métallique re- courbée en U portée par le bord extrême de la chemise 110 du canal de la partie fixe, venant en appui élastique et glissant sur la chemise 120 du canal de la partie mobile. Ce moyen est destiné à préserver l'alimentation des films de refroidissement de la chemise. D'autres moyens d'étanchéité pourraient être interposés entre la partie fixe et mobile de la tuyère, soit en alter- native, soit en complément à ceux illustrés ici. Un exemple de ces moyens d'étanchéité complémentaires sera d'ailleurs développé à l'occasion de la description du second mode de réalisation. L'articulation élastique réalisée par les doubles ensembles centre parfaitement la partie pivotante 2 sur la partie fixe 1 qui reprend toutes les charges transversales. Les charges axiales, par exemple la traînée de la tuyère? sont reprises par les quatre vérins 4 (un seul est repré- senté) dont les tiges 5 passent entre les éléments élas- tiques et sont fixés sur les prolongements 6 des poutres soutenant les vérins 3 de la manière précédemment décrite. Selon une forme de réalisation préférée, les vérins 4 sont des vérins à vis qui permettent un positionnement précis de la partie sphérique pivotante 2 de la tuyère autour de son centre 14. Les figures 2 et 3 montrent le dispositif d'orientation multidirectionnel pour une déviation du jet vers le bas ou vers le haut. L'ensemble d'éléments élastiques 101, 102 subit une déformation dans laquelle les extrémités fixées sur le canal d'éjection 1 et la partie mobile 2, s'écartent. Les ensembles diamétralement opposés subis- sent une contrainte qui a pour effet de rapprocher les extrémités. Les ensembles disposés à 90 131 et 132 de l'ensemble 13 subissent une torsion représentée sur la fi- gure 2. La figure 3 montre la déformation de l'ensemble 101-102. L'ensemble diamétralement opposé subit une déformation contraire, c'est-à-dire un écartement en tout point sem- blable à celui des éléments 101-102 de la figure 2. La déformation des éléments dans des plans radiaux n'a pas été représentée, celle-.ci étant aisément déductible de la représentation des éléments 131-132 de la figure 2, les torsions s'exerçant à l'inverse. Les éléments élastiques sont constitués, selon une forme de réalisation, de plaques de caoutchouc et d'alliage léger empilées, vulcanisées de façon que le caoutchouc adhère parfaitement au métal. Ces composants sont choisis de manière que leur résistance thermique soit supérieure à la température régnant dans l'environnement de la tuyère. Ils se présentent sous forme de portions de secteur cylin- drique. On a représenté sur les figures 5 à 8 un second mode de réalisation dans lequel les éléments élastiques sont constitués par des lames métalliques ondulées 15. Ces- lames élastiques sont groupées par 2, reliées par un bord d'extrémité à un anneau de liaison intermédiaire 24. Les extrémités libres sont respectivement fixées sur la partie fixe 1 et la partie pivotante 2 de la tuyère. Ces paires d'éléments élastiques sont uniformément réparties sur la circonférence de la tuyère comme le montre la figure 8. L'anneau intermédiaire de liaison 24 présente la forme d'une "icage d'écureuil"et est-constitué dans l'exemple représenté, par trois anneaux 17, 18, 19, dont lesplans sont parallèles, réunis par des entretoises telles que respectivement 20, 21. Les points d'attache 151 ou jumelles des éléments élastiques sur l'anneau intermédiaire sont situés dans la partie inter- médiaire des entretoises respectivement 20 et 21. Les points d'attache des éléments élastiques sur la partie-fixe et la partie mobile de la tuyère ont été repérés en 152; Dans l'exemple représenté, on a choisi pour l'anneau 17 un dia- mètre légèrement inférieur à celui des anneaux 18 et 19 de- manière à conférer à l'anneau intermédiaire une forme géné- rale arrondie, en coquille. Dans la configuration de la figure 5, les plans d'extension générale des lamelles élastiques convergent vers l'axe de la tuyère. Le pas des ondulations est choisi de manière appro- priée en fonction des contraintes imposées aux-déplacements de la tuyère. On a choisi dans l'illustration de ce second mode de réali- sation de placer les points d'attache des tiges 23, assu- rant l'orientation de la tuyère, sur un prolongement externe 121 de la partie pivotante 2 de la tuyère. Cette disposition offre l'avantage d'articuler les tiges 23 sur la partie amont de la partie 2 donc de rendre plus aisé le passage des tiges et de faire passer les efforts par l'enveloppe externe de la partie mobile. 2470253 1 Dans la même préoccupation de réduire les efforts en flexion des tiges de vérins, le mode de réalisation représenté aux figures 5, 6 et 7 montre que le point d'articulation 27 des tiges 23 sur l'actuateur ou vérin peut coulisser dans une rainure 28 pratiquée dans un flasque rigide 29 soli- daire de la partie fixe 1. Des moyens d'étanchéité équipent la tuyère. Ils sont consti- tués ici, d'une part, par une bague présentant une surface d'étanchéité sphérique 3 portée par le pourtour extrême 112 de la chemise interne 110 du banal d'éjection et coopérant avec le bord interne extrgme 122 de la partie mobile 2 et, d'autre part, par une membrane annulaire 25. Cette membrane annulaire d'étanchéité 25 est repliée sui- vant une ondulation fermée du côté amont. L'un de ses flanc 111' est fixé sur le prolongement 111 de l'extrémité de la partie fixe 1 de la tuyère, l'autre flanc 123' est solida- risé sur au moins une partie de sa largeur du prolongement interne 123 de la partie pivotante 2 de la tuyère. Les figures 9a, 9b, 9c,- montrent respectivement les confi- gurations prises par la moitié de la membrane annulaire d'étanchéité 25 lorsque la tuyère orientable est dans la position jet dérivé vers le haut, dans l'axe du propulseur, et dans la position jet dérivé vers le bas. On a figuré en 14 le point de l'axe du propulseur autour duquel rotule la partie pivotante de la tuyère. On remar- quera que la distance L de ce point au bord 111' solidaire de la partie fixe reste la même dans les trois configura- tions de déroulement de la membrane. On voit également sur les configurations représentées aux figures 6 et 7 le déroulement de la membrane, représenté par la partie ombrée, lorsque la tuyère mobile est déviée vers le bas ou vers le haut. Sur la vue en coupe transversale de la figure 8 qui passe dans un plan intermédiaire entre les anneaux 18 et 19, on voit que les joues de l'entretoise 21 de l'anneau intermé- diaire de liaison ménagent des échancrures 26 en corres- pondance avec les intervalles séparant les éléments élas- tiques. Des vérins 8 appartiennent à un dispositif de modification de la section de jets, à volets 7 et biellette 9, qui est d'un type analogue à celui qui a été décrit à propos du premier exemple de réalisation. Les éléments élastiques sont placés dans un canal annulaire balayé par de lair relativement frais. On prévoit, de ma- nière connue pour la ventilation d'un canal de post-combus- tion, le choix judicieux de l'étge de compresseur sur lequel est prélevé cet air. Bien entendu, la réalisation de l'anneau intermédiaire de liaison décrit n'est pas limitative. C'est ainsi qu'il pourrait comporter seulement deux anneaux tels que 17-19. Ces deux anneaux pourraient être solidarisés de manière démontable pour faciliter le changement des éléments élas- tiques. Cet élément intermédiaire de liaison pourrait enfin être utilisé dans une variante mettant en oeuvre des blocs lamifiés. Les figures ne montrent que deux positions de la tuyère mobile correspondant à la déviation du jet vers le haut ou vers le bas. Les doubles ensembles disposés à 900 de ceux représentés permettent une déviation du jet vers la droite ou vers la gauche. La combinaison des déplacements des vérins dans deux plans 2470253! 1 0 perpendiculaires permet l'orientation de la tuyère dans pratiquement n'importe quelle direction. La tuyère orientable, selon l'invention, présente de nombreux avantages par rapport aux articulations mécani- ques jusqu'à présent utilisées. C'est ainsi qu'elle est - moins chère par suite du petit nombre de pièces mobiles, de sa réalisation à partir de matériaux peu onéreux et de la facilité de remplacement des éléments élastiques; - moins lourde, enmoinsde pièces,en matériau de faible densité, - et plus fiable, il n'y a pas d'assemblages-avec jeu et les matériaux lamifiés utilisés pour les éléments élastiques font appel à une technologie bien connue. 1 1 REVENDICATIONS DE BREVET 1. Tuyère orientable pour propulseur à réaction comportant une partie fixe, solidaire du propulseur sur laquelle s'ar- ticule une partie pivotante, des moyens d'étanchéité dispo- sés entre les deux parties, et des vérins de commande de déplacement de la partie pivotante, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'orientation multidirection- nelle comprenant des éléments élastiques séparés, disposes entre la partie fixe et la partie pivotante de la tuyère. 2. Tuyère orientable selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'orientation multidirectionnelle comporte au moins trois ensembles de deux éléments, unifor- mément répartis à la périphérie de la tuyère, une des extré- mités des éléments élastiques étant solidaire d'un anneau de liaison intermédiaire, l'autre extrémité des éléments étant fixée à la partie fixe et à la partie mobile de la tuyère. 3o Tuyère orientable selon la revendication 2, caractérisée en ce que les ensembles de deux éléments déterminent une articulation déformable constituée sensiblement par deux plans d'éléments élastiques dont le premier est fixé sur la partie fixe et le second, sur la partie pivotante de la tuyère. 4. Tuyère orientable selon la revendication 2 ou 3, caracté- risée en ce que le dispositif d'orientation multidirection- nelle comporte au moins trois doubles ensembles de deux éléments élastiques, un vérin de commande étant associé à chaque double ensemble et disposé dans un plan diamétral équidistant des ensembles. 5. Tuyère orientable selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que les éléments élastiques sont constitués d'un empilage de feuilles d'élastomère et de métal adhérant les unes aux autres. 6. Tuyère orientable selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments élastiques sont-constitués d'un lamifié caoutchouc/alliage léger, vulcanisé. 7. Tuyère orientable selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que les éléments élastiques présentent selon un plan perpendiculaire à l'axe du propul- seur, une forme en portion de secteur cylindrique. 8. Tuyère orientable selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que les axes de chaque élément d'un ensemble se coupent en un point situé à l'intérieur de la tuyère, sur l'axe du propulseur. 9; Tuyère orientable selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments élastiques sont consti- tués par des lames métalliques ondulées. 10. Tuyère orientable selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en-ce que l'anneau intermédiaire de liaison présente la forme d'une cage d'écureuil constituée au moins par deux anneaux dont les plans sont sensiblement perpendiculaires à l'axe du propulseur et reliés par des entretoises uniformément réparties à leur périphérie. 11. Tuyère orientable selon l'une des revendications précé- dentes,caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité sont constitués au moins d'une bague présentant une face sphé- rique disposée au pourtour de l'extrémité de la partie fixe et coopérant avec la partie pivotante et sphérique de la tuyère, les parties coopérantes ayant les même rayon et centre de courbure. 12. Tuyère orientable selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité sont constitués d'au moins une membrane souple fixée entre les bords des parties fixe et pivotante de la tuyère.