Brevet FR2574120A1 — publié le 19860606

La présente invention se rapporte à une entrée d'air réglable, en particulier à un diffuseur bidimensionnel à choc oblique pour turboréacteurs d'entraînement d'aéronefs à haute performance, comportant des rampes supérieures et une lèvre inférieure de captation d'air articulée sur le devant du fond de ladite entrée d'air et pivotable autour d'un axe transversal, la plage de pivotement global étant, sous l'angle du fonctionnement, divisée en une zone de fonctionnement inférieure (A) subsonique-transonique formant un angle relativement grand entre un point de réglage inférieur (a) et un point de réglage médian (b) et en une plage de fonctionnement supérieure (B) supersonique formant un angle plus petit entre le point de réglage médian (b) et un point de réglage supérieur (c). L'entrée d'air d'un aéronef a pour rôle de convertir en énergie de compression une partie aussi grande que possible de l'énergie cinétique de l'air affluant en réduisant sa vitesse. En particulier en cas de nombres de Mach élevés, cette récupération d'énergie peut être considérabde. Pour optimiser cette récupération, il faut que l'air capté et comprimé soit amené avec le moins de pertes possible et à l'état homogène au réacteur en quantité exactement dosée d'après la puissance instantanée de celui-ci. Les pertes d'écoulement résultent principalement du frottement de l'air, de chocs de compression et de résistances de trop plein. I1 y a lieu également de faire très attention à cet égard aux résistances de l'écoulement extérieur qui doivent rester aussi basses que possible.Les défauts d'homogénéité de l'air résultent en premier lieu des variations de pression au sein de l'écoulement. Si l'on parvient à éliminer en majeure partie les difficultés signalées, le système d'entraînement composé de l'entrée d'air et du turboréacteur présente un excellent rendement de poussée dans toutes les gammes de puissance. On a alors la totale garantie que l'entrée d'air et le réacteur coopèrent de façon aérodynamiquement stable. Au départ et à très faible vitesse de vol, l'air est amené au réacteur sous un grand volume par suite de la faible pression régnant à l'extrémité de l'entrée d'air, ce qui signifie qu'il faut rendre aussi grande que possible la section d'écoulement mécaniquement la plus étroite de l'entrée d'air,. Par contre, en vol supersonique poussé, le volume d'air à l'extrémité de l'entrée d'air est extrêmement faible en raison de la forte pression et il faut donc rendre aussi petite que possible la section d'écoulement mécaniquement la plus étroite pour maintenir dans la zone d'admission de l'entrée d'air la position désirée des chocs de compression. Par ailleurs on exige aujourd'hui que les avions de combat à haute performance avec capacité de vol supersonique puissent présenter des aptitude au combat aérien même dans la zone subsonique. I1 faut en même temps opérer sous de grands angles d'incidence de l'avion. La surface de captation d'air doit par conséquent être aussi grande que possible lors du départ et dans le vol subsonique sous angles d'incidence élevés et débit d'air maximal du réacteur, elle doit par contre être faible pour un débit d'air minimal dans la zone supersonique, par exemple avec des températures de l'air relativement hautes et un régime de charge partielle ainsi que des nombres de Mach élevés.Ces exigences contradictoires ne peuvent pas être satisfaites avec une entrée d'air à surface de captation fixe, car une telle surface occasionne, sous les angles d'incidence extrêmes du vol subsonique, des pompages dus aux oscillations des gaz par suite de décolltments du courant d'entrée sur une lèvre rigide, et, sous la faible demande d'air du réacteur en régime supersonique provoque, par oscillation de chocs de compression, le ronflement d'entrée, ce qui conduit à des instabilités du système d'entraînement. Une entrée d'air fixe ne présentant donc qu'une zone de travail stable étroitement limitée, on prévoit pour les réacteurs à haute performance une entrée d'air variabde commandée ou réglée en fonction des différents paramètres de vol. La revue spécialisée "Oil Engine and Gas Turbine" volume 32, Septembre 1964, pages 36 à 39, décrit une entrée d'air supersonique conçue en diffuseur bidimensionnel réglable à choc oblique qui comporte des rampes supérieures médianes mobiles et un dispositif de décharge à l'extrémité de la prise d'air, qui précède un turboréacteur.Le déplacement des rampes mobiles supérieures s'effectue ici en fonction du nombre de Mach à chaque fois atteint en vol, tandis que les clapets d'éjection d'air s'ouvrent lorsque l'entrée d'air entre de façon indésirable en fonctionnement sous-critique, c' est-à-dire fournit une plus grande quantité d'air que n'en demande momentanément leréacteur. Par ailleurs l'entrée d'air supersonique publiée dans cette revue comporte, sur son fond, un autre clapet d'air agissant en tant qu'entrée d'air auxiliaire et s'ouvrant au décollage et à l'atterrissage de l'avion pour que la quantité d'air préalablement admise et diminuée par ces conditions de vol soit compensée par de l'air complémentaire amené par cette entrée d'air auxiliaire. Par la demande de brevet allemande 23 58 926 on connaît également une entrée d'air supersonique réglable comportant des rampes supérieures médianes mobiles dont la position est réglée en fonction d'une grandeur de mesure variable formée par le rapport existant entre la pression statique régnant -chaque fois au-dessus des rampes mobiles et la pression globale de l'écoulement extérieur. Une telle régulation permet d'obtenir de l'entrée d'air les débits nécessaires au réacteur pour donner la poussée optimale dans toute l'étendue de la zone de fonctionnement en vol supersonique. Les deux types précités d'entrée d'air sont particulièrement établis, en ce qui concerne la variation de leurs données géométriques, pour le fonctionnement supersonique et ne sont pas spécialisés pour des cas de vol sous angles d'incidence extrêmement élevés dans la zone subsonique. Le brevet allemand 1 066 429 décrit une entrée d'air supersonique bidimensionnelle sous la forme d'un diffuseur bilatéral à choc oblique dont les bords d'attaque, situés au-dessus et au-dessous du coin de choc central, sont agencés en lèvres de captation d'air pivotantes. Ce brevet n'indique toutefois aucun procédé ni dispositif de commande ou régulation, d'après quelques paramètres que ce soit, des lèvres de captation d'air inférieure et supérieure précitées. Par ailleurs, la demande de brevet allemande antérieure P 28 33 771.5 qui traite d'une entrée d'air réglable pour turboréacteurs d'entraînement d'aéronefs à haute performance comportant une lèvre inférieure de captation d'air articulée sur le devant du fond de ladite entrée d'air et pivotable, autour d'un axe transversal propose de diviser la plage de pivotement global de cette lèvre de captation d'air en une zone de fonctionnement inférieure (A) subsonique-transonique formant un assez grand angle entre un point de réglage inférieur et un point de réglagle médian et en une zone de fonctionnement supérieure (B) supersonique formant un plus petit angle entre le point de réglage médian et un point de réglage supérieur.Cela permet d'obtenir pour l'entrée d'air des conditions de fonctionnement favorables dans toute la zone de vol subsonique et supersonique même en cas de conditions de vol extrêmes y compris le décollage. La présente invention a par conséquent pour objet, par rapport à 11 état connu de la technique et également par rapport à la conception de la demande de brevet antérieure P 28 33.771.5, de réaliser, pour l'alimentation en air du réacteur des conditions de fonctionnement encore plus favorables et ce aussi bien dans la plage subsonique que dans la plage supersonique. Ce résultat est atteint selon l'invention au moyen d'un dispositif d'entrée d'air supplémentaire commandé en fonction de la lèvre de captation d'air dans la zone de fonctionnement inférieure et d'un dispositif de sortie d'air également commandé en fonction de la lèvre de captation d'air dans la zone de fonctionnement supérieure. Grâce à 11 invention on arrive à ce que en cas de vol subsonique-transonique, l'air affluant dispose, en du nombre de Mach et des angles d'incidence de l'avion, d'une entrée d'air complexe, variable et parfaitement adaptée en ce qui concerne la géométrie et la grandeur de la section transver sale de la surface de captation, de sorte que non seulement du fait de la lèvre de prise d'air avant et de l'entrée d'air auxiliaire en tant que telle, mais en particulier aussi du fait que leur coopération et de leur concordance réciproque, il est possible d'éviter les décollement de l'écoulement et par conséquent les pompage dûs aux oscillations des gaz, et ce, même en cas d'angles d'incidence extrêmes. De part la coopération à commande cinématique des deux dispositifs "lèvre de captation d'air variable et dispositif de sortie d'air", l'invention permet à l'entrée d'air de travailler en régime supersonique de façon encore impeccable et optimale, c'estàdire avec de faibles pertes, une résistance minimale et une récupération d'énergie dynamique maximale même aux faibles débits d'air, attendu que l'on peut, par éjection d'air dosé en cas de géométrie d'entrée variable et ce même dans la condition de fonctionnement extraordinaire précitée (très faible débit d'air), toujours fixer le point de fonctionnement de l'entrée entre les deux limites aérodynamiques 'ivombrissement d'entrée" et "'pompage dû aux oscillations des gaz" d'autre part. Selon l'invention, le dispositif d'entrée d'air et le dispositif de sortie d'air supplémentaire sont structurellement combinés et réalisés sous la forme d'un clapet d'entrée et de sortie d'air à deux bras qui est placé directement derrière la lèvre de captation d'air et commande une ouverture d'entrée et de sortie d'air. Grâce à cet agencement, l'ensemble du dispositif est mécaniquement simplifie, et, dans cette zone de la cellule, on obtient une construction compacte et plus légère et le canal d'entrée d'air n'est pas prolongé par ces dispositifs supplémentaires. Dans un mode de réalisation de l'invention, le clapet d'entrée et de sortie d'air et la lèvre de captation d'air sont actionnés par l'intermédiaire d'une transmission mécanique, en particulier d'une transmission à parallélogramme. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif d'entrée d'air et le dispositif de sortie d'air supplémentaires, c'est-à-dire le clapet d'entrée et de sortie d'air, sont commandés de façon à rester provisoirement en position de fermeture pendant que la lèvre de captation d'air se déplace dans une zone de réglage médiane des deux côtés de son point de réglage médian. De cette façon, il est appréciabde qu'aussi bien l'entrée d'air que la sortie d'air supplémentaires ne soient limitées qu'aux zones de puissance dans lesquelles elles sont spécifiquement nécessaires pour améliorer l'admission d'air, de sorte que le rendement global de l'entrée d'air est augmenté par la réduction de la résistance considérée sur toute la zone de fonctionnement. Dans un mode de réalisation de l'invention, entre la livre de captation d'air et le clapet d'entrée et de sortie d'air, on prévoit un système de transmission comportant une came entraînée en fonction des déplacements de réglage de la lèvre de captation d'air et présentant deux bossages de commande et un chemin intermédiaire à rayon de courbure constant les raccordant le premier bossage commandant le déplacement du clapet d'entrée et de sortie d'air de son point de réglage inférieur à son point de réglage médian qui est la position de fermeture, pendant que la lèvre de captation d'air se déplace de son point de réglage inférieur à un point de réglage se trouvant encore dans la zone de fonctionnement inférieure, le chemin intermédiaire laissant le clapet d'entrée et de sortie d'air dans la position de fermeture jusqu'à ce que la lèvre de captation d'air partant du point de réglage précité parvienne à un point de réglage placé dans la zone de fonctionnement supérieur et le second bossage commandant le déplacement du clapet d'entrée et de sortie d'air de son point de réglage médian au point de rélgage supérieur pendant que la lèvre de captation d'air se déplace du point de réglage dernièrement cité au point de réglage supérieur. Une autre caractéristique de l'invention rigide dans le fait que les déplacements du clapet d'entrée et de sortie d'air ne sont pas proportionnels à ceux de la lèvre de captation d'air antérieure, mais sont dégressifs etprogres- sifs, c'est-à-dire que le clapet d'entrée et de sortie d'air lors de sa course l'amenant à sa position de fermeture précède, à la fin de cette course, les deplacements de réglage de la lèvre de captation d'air et que, à partir de son point de réglage médian jusqu a son point de réglage supérieur, il est initialement en retard par rapport aux déplacements de réglage de la lèvre de captation d'air. Grâce à ces dispositions, on respecte de façon optimale les lois régissant l'entrée d'air sur la totalité de la plage de fonctionnement en conformant, pour chaque point de fonctionnement, les quantités d'air traversant par unité de temps une ligne de commande ou de réglage de consigne prévue à l'avance. A cet effet on se reportera à la demande de brevet antérieure précitée 28 33 771.5 qui décrit des programmes de commande ou de régulation pour une lèvre de captation d'air inférieure dont le fonctionnement optimal est garanti de façon particulière par la présente invention en ce sens que, dans la zone subsonique, on peut encore maîtriser des angles d'incidence extrêmement élevés de l'avion et, dans la zone supersonique maîtriser des débits d'air très faibles pour obtenir de bons rendements. La presente invention sera mieux comprise à l'aide de la description de deux modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente une entrée d'air supersonique réglable comportant une lèvre de captation d'air mobile, et un volet d'entrée et de sortie d'air accouplé à la lèvre de captation d'air par l'intermédiaire d'une transmission à parallélogramme.. Les figures 2a à 2d représentent une entrée d'air supersonique en principe identiques mais comportant une transmission à came disposée entre la lèvre de captation d'air et le clapet d'entrée et de sortie d'air. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'entrée d'air est réalisée sous la forme d'un diffuseur à choc oblique unilatéral. Elle comporte un coin de choc supérieur rigide avance 1 muni d'une rampe supérieure la et d'une lèvre de captation d'air inférieure mobile 2. Cette dernière par l'intermédiaire d'un axe transversal 4 s'articule sur le devant du fond 3 de ladite entrée et présente des parties latérales surélevées 2a. La lèvre de prise d'air 2 a ainsi la forme d'une pelle.Dans la plage des vitesses subsoniquestransoniques (de O à environ Mach) la lèvre de captation d'air 2 est placée dans une zone de fonctionnement inférieure (A) comprise entre un point de réglage inférieur (a) et un point de réglage médian (b) qui correspond à un angle de réglage de 00, Ici, la lèvre de captation d'air réglable 2 occupe la "position normale" c'est-à-dire la position d'une lèvre de captation d'air rigide. L'angle de réglage czA atteint son maximum au point a. Dans la plage des vitesses supersoniques Derrière la lèvre de captation d'air 2, le fond 3 de l'entrée comporte une ouverture 5 d'entrée et de sortie d'air supplémentaire qui est commandée par un clapet à deux bras 6 pourvu d'un axe de pivotement central 7. Ce clapet 6, muni d'une partie avant et d'une partie arrière, est ciaprès désigné sous le terme de clapet d'entrée 6 et de sortie d'air en raison de sa double fonction. La lèvre de captation d'air 2 est actionnée au moyen d'un vérin hydraulique 8 monté pivotant et dont la tige de piston 9 s'articule à une biellette arrière 10 rigidement reliée au clapet d'entrée et de sortie d'air 6. Une bielle il relie cette biellette 10 à une biellette avant 12 rigidement raccordée à la lèvre de prise d'air 2. La corrélation entre les positions de la lèvre de captation d'air 2 et du clapet 6 d'entrée et de sortie d'air est réalisée de façon que, lorsque la lèvre de captation d'air 2 se trouve au point de réglage inférieur a, le clapet 6 se trouve également au point de réglage inférieur a'. Il en va de même pour les points de réglage b et c ou b' et c'. Par conséquent, dans la zone de fonctionnement A' de l'air supplémentaire est amené par le clapet 6, au canal d'entrée d'air et de ce fait, la perte en air arrivant à l'entrée d'air principal qui se produit en cas de vol extrêmes ou de grands angles d'incidence de l'avion est compensée par cet apport d'air supplémentaire. Comme on peut le voir sur les figures 2a à 2d, entre la lèvre de captation d'air 2 et le clapet 6 d'entrée et de sortie d'air est installée une transmission à came comprenant un segment d'entraînement denté 13 monté fixe sur l'axe de rotation 4 et une roue dentée 14 entrainée par ce dernier et dont l'axe est solidaire d'une came 15 comportant un premier bossage de commande 15a, un chemin intermédiaire 15b à rayon de courbure constant et un second bossage de commande 15c. Ce système de transmission à came est en outre formé par un poussoir à galet 16 qui, actionné par la came 15, glisse dans un guidage rectiligne 17 solidaire de la cellule et s'engage par un toc d'entraînement 18, dans une coulisse 19 de la biellette lOa. Ce poussoir à galet 16 est maintenu sur le chemin de la came 15 au moyen d'un ressort de traction 20. Le segment denté 13 est entralné autour de l'axe transversal 4 par la biellette 12a elle-même actionnée par la bielle lIa. Le système de transmission à came entre la lèvre de captation d'air 2 et le clapet 6 d'entrée et de sortie d'air fonctionne de la façon suivante La démultiplication entre le segment d'entraînement 13 et la roue dentée 14 est choisie de façon que le premier bossage de commande 15a de la came 15 ait une hauteur suffisante pour que, en cas d'un déplacement de la lèvre de captation d'air 2 du point de réglage a à un point de réglage u encore situé à l'intérieur de la zone de fonctionnement inférieure A, le clapet 6 ou sa partie avant se déplace simultanément du point de réglage a' au point de réglage b', c 'est-à-dire pour que l'ouverture d'entrée et de sortie d'air 5 soit alors déjà fermée.Lors du déplacement de la lèvre de prise d'air 2 du point de réglage u à un point de réglage v situé dans la zone de fonctiornement supérieur B (zone de réglage médiane C) le clapet 6 ou l'ouverture 5 reste fermé. Cela est dû au rayon de courbure constant du chemin intermédiaire 15b de la came 15. Lors du déplacement de la lèvre de captation d'air 2 du point de réglage v au point de réglage c, le clapet 6 se déplace également à nouveau, et ce, du point de réglage b' au point de réglage c'. Dans cette zone B', il agit en tant que dispositif d'éjection d'air pour que, à l'état de fonctionnement souscritique de l'entrée d'air, Flair exécédentaire soit évacué du canal d'entrée d'air et éjecté dans l'espace d'air libre afin d'éviter les vombrissements du réacteur. Le mouvement de fermeture du clapet 6 d'entrée et de sortie d'air de son point de réglage inférieur a' à son point de réglage médian b' peut, par rapport au déplacement de la lèvre de captation d'air 2 de son point de réglage inférieur a à son point de réglage médian b ou à son point de réglage u, s'effectuer non pas proportionnellement, mais de façon progressive et dégressive, c'est-à-dire que lorsque la lèvre de captation d'air 2 se trouve par exemple à michemin entre ses points de réglage a et b, le clapet 6 peut avoir déjà parcouru les 3/4 de sa course entre ses points de réglage a' et b'. Le clapet 6 d'entrée et de sortie d'air, lors de son déplacement, précède donc celui de la lèvre de prise d'air 2 et ce avec une tendance accrue en allant vers la position de fermeture b'. Les déplacements dans les zones de fonctionnement supérieures B et B' ne doivent pas non plus être proportionnels entre la lèvre de captation d'air 2 et le clapet 6. Ici, le déplacement du clapet 6 peut être en retard sur celui de la lèvre de captation d'air, c'est-à-dire que lorsque par exemple la lèvre de captation d'air 2 dans la zone de fonctionnement B a déjà parcouru les 3/4 de son trajet, le clapet 6 n'est au'à la moitié de son trajet entre ses points de réglage b' et c'. La relativité entre les déplacements de la lèvre de captation d'air 2 et du clapet 6 d'entrée et de sortie d'air peut être déterminée par la configuration des bossages 15a et 15c et du chemin intermédiaire 15b de la came 15. REVENDICATIONS 1. Entrée d'air réglable, en particulier diffuseur bidimensionnel à choc oblique pour turboréacteurs d'entraînement d'aéronefs à haute performance, comportant des rampes supérieures et une lèvre inférieure de captation articulée sur le devant du fond de ladite entrée d'air et pivotabde autour d'un axe transversal, la plage de pivotement globale étant, sous l'angle du fonctionnement, divisée en une zone de fonctionnement inférieure (A) subsonique-transonique formant un angle relativement grand entre un point de réglage inférieur (a) et un point de réglage médian (b) et en une zone de fonctionnement supérieure (B) supersonique formant un angle plus petit entre le point de réglage médian (b) et un point de réglage supérieur (c), caractérisée parle fait qu'elle comporte un dispositif d'entrée d'air supplémentaire commandé en fonction de la lèvre de captation d'air 2 dans la zone de fonctionnement-inférieure (A) et un dispositif de sortie d'air également commandé en fonction de la lèvre de captation d'air 2 dans la zone de fonctionnement supérieure (B). 2. Entrée d'air réglable selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif d'entrée d'air et le dispositif de sortie d'air supplémentaires sont structu rellementcombinés et réalisés sous la forme d'un clapet d'entrée et de sortie d'air à deux bras placé immédiatement derrière la lèvre de captation d'air 2 et commandant une ouverture 5 d'entrée et de sortie d'air. 3. Entrée d'air réglable selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le clapet d'entrée et de sortie d'air et la lèvre de captation d'air 2 sont actionnés en commun par l'intermédiaire d'une transmission mécanique, en particulier une transmission à parallélogramme. 4. Entrée d'air réglabde selon les revendications 1 et 2, caract-isée par le fait que le dispositif d'entrée d'air et le dispositif de sortie d'air supplémentaires ou clapet 6 sont commandés de façon h rester provisoirement en position de fermeture pendant que la lèvre de captation d'air 2 se déplace dans une zone de réglage médiane C des deux côtés de son point de réglage médian (b) c'est-à-dire entre les points de réglage (u et v). 5. Entrée d'air réglable selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'entre la levre de captation d'air 2 et le clapet 6 d'entrée et de sortie d'air est installé, en vue de l'entraînement, un système de transmission comportant une came 15 entraînée en fonction des déplacements de réglage de la lèvre de captation d'air 2 et présentant deux bossages de commande 15a et 15c ainsi qu'un chemin intermédiaire a rayon de courbure constant les raccordant, le premier bossage 15a commandant le déplacement du clapet 6 de son point de réglage inférieur (a') à son point de réglage médian (b'), c'est-à-dire la position de fermeture, pendant que la lèvre de captation d'air 2 se déplace de son point de reglage inférieur (a) à un point de réglage u situé encore dans la zone de fonctionnement inférieure (A), le chemin intermédiaire 15b laissant le clapet 6 en position de fermeture (point de réglage b') jusqu'à ce que la lèvre de captation d'air 2 soit passée du point de réglage (u) à un point de réglage (v) placé dans la zone de fonctionnement supérieure (B), le second bossage 15c commandant le déplacement du clapet 6 de son point de réglage médian (b') au point de réglage supérieur (c') pendant que la lèvre de captation d'air (2) se déplace du point de réglage (v) au point de réglage supérieur (c). 6. Entrée d'air réglable selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le déplacement du clapet 6 de son point de réglage inférieur (a') à son point de réglage médian (b') par rapport à chaque déplacement de la lèvre de de captation d'air 2 allant de son point de réglage inférieur à son point de réglage médian (b) ou au point de réglage u et de là au point de réglage supérieur (c) n'est pas proportionnel, mais est dégressif et progressif vis-à-vis du déplacement de la lèvre de captation d'air 2, c'est-à-dire que le clapet 6 de son point de réglage inférieur (a') à son point de réglage médian (b') ferme l'ouverture d'entrée d'air supplémentaire 5 à vitesse croissante et, de son point de réglage médian (b') à son point de réglage supérieur (c') ouvre l'ouverture de sortie d'air 5 à vitesse initialement retardée.