Brevet FR2596810A1 — publié le 19871009

AERONEF A TUYERE ORIENTABLE RETRACTABLE, AVEC AUGMENTATION DE LA POUSSEE D'EJECTION La présente invention concerne un avion à réaction muni de tuyères d'échappement orientables pour diriger globalement vers le bas ou vers l'arrière les gaz d'échappement d'un turbo-moteur. Pour un turbo-moteur à double flux, le principe d'orientation de la poussée à l'aide de quatre tuyères rotatives est bien connu; il est décrit en détails dans les brevets 10 britanniques 881.662 et 881.663. Pour augmenter la souplesse opérationnelle d'un tel appareil, on sait, comme le décrivent par exemple les brevets britanniques 1.415.679 et 1. 389.347, que l'on peut munir un turbo-moteur de quatre tuyères orientables. Dans une telle 15 configuration, le moteur présente deux modes d'écoulement. Dans le mode 'en série", le moteur se comporte enturboréacteur à simple flux, dans lequel une première soufflante ou compresseur sert en fait à suralimenter le flux d'air s'écoulant dans un deuxième compresseur, Le flux massique total traversant le moteur est évacué par les deux tuyères arrière. Dans certains types d'appareils, les deux tuyères arrière peuvent être remplacées par une seule tuyère, fixe ou orientable. Dans le mode "en parallèle", le moteur se comporte en 25 turboréacteur à double flux, dans lequel l'air provenant du premier compresseur ou compresseur à hélice est évacué par les tuyères avant, tandis qu'un second flux est amené par une deuxième admission séparée pour s'écouler dans le deuxième compresseur et, de là, dans le moyen de combustion et 30 dans la turbine, et être finalement évacué par la ou les tuyères arrière. Lorsque le moteur fonctionne "en série", les tuyères avant ne sont pas utilisées, mais elles peuvent constituer une source de traînée considérable, étant donné que c'est 35 avec ce mode de fonctionnement du moteur que l'avion vole à sa vitesse maximale. La demande de brevet français n 87 04791, déposé le 6 Avril 1987 au nom de la Demanderesse, décrit un appareil dans lequel les tuyères avant sont ren5 trées dans le fuselage lorsqu'elles ne sont pas employées. Dans cette configuration, les tuyères avant présentent trois positions distinctes rentrées, tournées pour la poussée verticale, et encore tournées pour la poussée horizontale. Un agencement plus simple serait que la tuyère ne présente que deux positions, de façon qu'elle soit rentrée lorsqu'elle est à la position de poussée verticale. Les configurations connues présentent également l'inconvénient d'engendrer un effet d'aspiration lorsque l'avion est en vol de transition à basse altitude. Si cet effet d'aspiration pouvait être réduit, l'avion pourrait fonctionner avec une efficacité et une sécurité accrues à basse altitude. La présente invention a pour but de fournir un avion muni de tuyères orientables rotatives pouvant être rentrées 20 à l'écart des filets d'air lorsqu'elles ne sont pas utilisées. La présente invention a également pour but de fournir un avion muni de tuyères orientables rotatives qui, dans une première position, dirigent les gaz d'échappement vers le 25 bas avec un effet d'aspiration réduit, et avec une poussée accrue produite par de l'air secondaire entraîné à travers un passage de la cavité dans laquelle sont rentrées les tuyères. Selon l'invention, un avion comprend un moteur à tur30 bine à gaz muni d'au moins une tuyère d'échappement rétractable montée, dans un palier respectif, rotative d'une première position à laquelle les gaz d'échappement émis par la tuyère sont dirigés globalement vers le bas, à une deuxième position à laquelle les gaz d'échappement sont dirigés glo35 balement vers l'arrière, et comprend également une structure comportant un moyen définissant une cavité située au voisinage du palier de tuyère rétractable, la cavité présentant une ouverture de sortie tournée globalement vers le bas, et disposée de telle sorte par rapport à l'axe de rotation de la tuyère que cette dernière peut être, pour l'essentiel, rentrée dans la cavité à la première position, et sortie par rotation hors de la cavité à la deuxième position. La cavité peut être munie d'une ouverture d'entrée tournée globalement vers le haut, pour définir un passage 10 dans lequel un flux secondaire d'air est entraîné par les gaz d'échappement émis par la tuyère lorsqu'ellese trouve à la première position. De toute façon, l'invention sera bien comprise et d'autres caractéristiques seront mises en évidence à l'aide 15 de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant une forme d'exécution préférée de cet avion: Figure 1 en est une vue en élévation de côté; Figure 2 représente un moteur à turbine à gaz, en 20 coupe partielle, de l'avion de figure 1; Figure 3 est une vue en coupe selon A-A de figure 1; Figure 4 est une vue partielle, en coupe selon B-B de figure 3; Figure 5 est une vue dans le sens de la flèche C de 25 figure 4; et Figure 6 est une vue en coupe selon A-A de figure 1, avec l'adjonction d'une ouverture d'entrée tournée globalement vers le haut. Selon la figure 1, un avion 10 comprend un fuselage 30 12, des ailes 14, des stabilisateurs horizontaux et verticaux 16, 18, et un turboréacteur 20. Le moteur 20 (figure 2) comprend un compresseur à hélice 22 positionné en aval d'une première admission d'air 24, un compresseur 26 conçu pour recevoir l'air provenant 35 du compresseur 22 ou d'une seconde admission d'air 28, et une unité de combustion et de turbine 30, 32. Le compresseur 22, le compresseur 26 et la tubine 30 sont tous mécaniquement accouplés entre eux par des arbres coaxiaux (non représentés). Une valve de commutation 34, du type bien connu des spécialistes en la matière, est située entre le compresseur 22 et le compresseur 26. Elle est disposée de telle sorte que lorsque le moteur 20 est en mode "parallèle", l'air s'écoulant à travers le compresseur 22 est dirigé 10 vers une paire de tuyères avant rétractables 36 symétriquement disposées, tandis que de l'air s'écoule par la seconde admission d'air 28 pour aller au compresseur 26. Le second flux d'air passe alors à travers l'unité de combustion et de turbine 30, 32, et il est finalement évacué par une tuyère arrière orientable 38. En mode parallèle, l'avion 10 vole à des vitesses subsoniques, ou est en cours d'atterrissage ou de décollage vertical. Dans le mode "en série", l'air s'écoulant à travers le compresseur 22 est dirigé vers le compresseur 26, pour 20 en fait suralimenter le reste du moteur. Il n'y a pas d'écoulement par la seconde admission 28, et les tuyères avant 36 sont inutiles. Ce mode est utilisé pour le vol supersonique. Selon les figures 3 à 5. une tuyère 36a est repré25 sentée à une première position o elle est rentrée dans une cavité 40 formée dans l'aile 14. A cette position, la tuyère 36a peut diriger le flux provenant du compresseur 22 vers le bas pour la poussée verticale par une ouverture de sortie 41 tournée globalement vers le bas. Des portes 30 extérieure et intérieure 42,44 de la cavité sont ouvertes pour permettre au flux de sortir de la cavité 40. Les portes 42,44 sont configurées de manière à fournir un parcours de flux efficace pour l'air évacué. Lorsque les tuyères 36 ne sont pas utilisées, les ailes protègent la 35 tuyère des filets d'air, empêchant ainsi que les tuyères inutilisées produisent une traînée. Lorsque les tuyères 36 ne sont pas utilisées, les portes 42, 44 de la cavité sont fermées, respectivement par des actionneurs 47,48, afin de réduire la traînée de l'avion. On remarquera que la tuyère 5 36a est, pour la clarté de la représentation, tournée dans le plan de la figure. La tuyère 36b est représentée à une seconde position, à laquelle l'air évacué est dirigé vers l'arrière pour la poussée horizontale. A cette seconde position, la porte ex10 térieure 42 est fermée, tandis que la porte intérieure 44 a tourné avec la tuyère de manière à se déployer vers l'arrière et à obturer une partie arrière d'une découpure 46 du fuselage. Une ferrure de carénage 46, fixée sur chaque tuyère 36, obture le reste de la découpure de fuselage 56, 15 découpure par laquelle la tuyère 36 fait saillie. La porte intérieure 44 est montée pivotante sur la ferrure de carenage 46, afin de tourner avec la tuyère 36. Chaque tuyère 36 est montée en rotation autour d'un axe x-x, dans un palier 49 fixé sur le moteur 20 ou sur le 20 fuselage 12. Un actionneur 45 entraîne la tuyère par l'intermédiaire d'engrenages 50,52; mais on pourra employer toute autre méthode d'entraînement adéquate. L'axe de rotation x-x est incliné par rapport au plan vertical z-z et au plan horizontal R-R, fournissant à la 25 fois l'angle de traînée et l'angle d'attaque nécessaires pour une rotation efficace du flux. La tuyère 36 présente un parcours de flux interne "en col de cygne", qui se situe dans les limites d'un cylindre tronqué imaginaire s'étendant vers l'extérieur à partir 30 du palier 49. Tandis que la tuyère 36 est tournée de la seconde à la première position, le "col de cygne" permet à la tuyère d'être bien rentrée dans la cavité d'aile 40. L'angle effectif duquel tourne la tuyère 36 est fonction des angles de traînée et d'attaque, et de la forme exacte 35 du parcours de flux interne de la tuyère 36. Comme représenté, l'orifice de sortie 37 de la tuyère est décalé par rapport à l'axe x-x. Comme décrit ci-dessus, la tuyère 36 fait saillie par une découpure pratiquée dans le fuselage de l'avion, 5 découpure qui est carénée afin de réduire la traînée et d'empêcher l'air évacué de pénétrer dans la cavité de fuselage 54. Lorsque la tuyère 36 est à la première position, la ferrure de carénage 46, qui est globalement circulaire. recouvre la découpure pratiquée dans le fuselage 10 12. A la seconde position, la partie arrière de la découpure est carénée par la porte intérieure 44, tandis que la ferrure de carénage 46 recouvre la partie avant. La configuration exacte de la ferrure de carénage et de la porte intérieure dépend des contours du fuselage 12. Afin de réduire les phénomènes d'aspiration et d'augmenter la poussée verticale, la cavité d'aile peut s'étendre à travers l'aile 14, de manière à définir un passage d'éjection 58 (figure 6). Des vannes chargées par ressorts sont positionnées à une ouverture d'entrée tournée globalement vers le haut 53, qui mène au passage d'éjection 58, et sont disposées de manière à s'ouvrir lorsque la tuyère 36a évacue de l'air vers le bas. L'air d'échappement entraîne un écoulement d'air à travers le passage d'éjection divergent, augmentant ainsi la force totale exercée vers le haut. Lorsque la tuyère 36 n'est pas utilisée ou lorsqu'elle est à sa seconde position, les vannes se ferment pour obturer l'entrée du passage 58. Afin d'obtenir un certain degré d'inversion de poussée, on peut prévoir que les deux tuyères avant 36 puis30 sent être aussi tournées à une troisième position, à laquelle la direction des gaz d'échappement émis par les tuyères 36 présente une composante en avant. - REVENDICATIONS 1. Avion (10) caractérisé en ce qu'il comprend: - un moteur à turbine à gaz (20) muni d'au moins une tuyère d'échappement rétractable (36) montée, dans un pa5 lier respectif (49),rotative d'une première position à laquelle les gaz d'échappement émis par la tuyère (36) sont dirigés globalement vers le bas, à une deuxième position à laquelle ces gaz sont dirigés globalement vers l'arrière et - une structure comprenant un moyen définissant une cavité (40) située au voisinage du palier de tuyère rétractable (49), la cavité (40) présentant une ouverture de sortie (41) tournée globalement vers le bas, et ladite cavité (40) étant disposée de telle sorte par rapport l'axe de rotation (x-x) de la tuyère (36) que cette dernière peut être, pour l'essentiel, rentrée dans la cavité (40) à la première position et sortie, par rotation, hors de la cavité (40) à la deuxième position. 2. Avion selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que la ou les tuyères rétractables (36) définissent chacune un parcours de flux d'échappement en col de cygne, et en ce que la tuyère (36) se situe globalement dans les limites d'un cylindre tronqué imaginaire qui s'étend vers l'extérieur à partir du palier (49). 3. Avion selon la revendication 1 ou 2. caractérisé en ce que la ou les tuyères rétractables (36) se terminent chacune en un orifice de sortie qui est décalé par rapport à l'axe de rotation (x-x) de la tuyère en question. 4. Avion selon l'une quelconque des revendications 1 à 30 3, caractérisé en ce que le palier (49) se situe dans un plan qui est incliné par rapport à l'axe vertical (z-z) de l'avion (10). 5. Avion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le palier (49) se situe dans 35 un plan qui est incliné par rapport à l'axe longitudinal horizontal (R-R) de l'avion (10). 6. Avion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moteur à turbine à gaz (20) est logé dans le fuselage (12) de l'avion (10), et en ce que la ou les tuyères rétractables (36) font chacune saillie, depuis le palier (49) situé à l'intérieur du fuselage (12), par une partie découpée (56) du fuselage (12). 7. Avion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen définissant la ou les cavités (40) est une 10 structure reliant une aile (14) au fuselage (12). 8. Avion selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la ou les tuyères rétractables (36) sont munies chacune d'une ferrure de carénage (46) fixée sur ladite tuyère et rotative conjointement avec cette dernière, le carénage (46) s'étendant à partir de la tuyère (36) de manière à obturer au moins partiellement la partie découpée (36) du fuselage (12). 9. Avion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la ferrure de carénage (46) est globalement circulaire. 20 10. Avion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une première porte (44) est montée pivotante pour être actionnable d'une première position à laquelle elle recouvre au moins partiellement l'ouverture de sortie de la cavité (40), à une deuxième 25 position à laquelle elle découvre au moins partiellement l'ouverture de sortie. 11. Avion selon la revendication 10, caractérisé en ce que la ou les tuyères rétractables (36) sont munies chacune d'une ferrure de carénage (46) fixée sur ladite 30 tuyère et rotative conjointement avec cette dernière, le carénage (46) s'étendant à partir de la tuyère (36) de manière à obturer au moins partiellement la partie découpée (56) du fuselage (12), et en ce que la première porte (44) est montée pivotante sur la ferrure de carénage (46). 12. Avion selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la première porte (44) est globalement semi- circulaire, afin de définir un moyen d'obturation d'une partie arrière de la découpure (56) du fuselage (12) lorsque la tuyère (36) est à la seconde position. 13. Avion selon l'une quelconque des revendications 10 à 12. caractérisé en ce qu'une seconde porte (42) est montée pivotante sur la structure de l'avion (10), pour être actionnable d'une première position à laquelle elle recouvre partiellement l'ouverture de sortie de la cavité (40), à une seconde position à laquelle l'ouverture de sortie est par10 tiellement découverte. 14. Avion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les cavités (40) sont munies chacune, en outre. d'une ouverture d'entrée (53) tournée globalement vers le haut, la cavité (40) définis15 sant ainsi un passage (58) dans lequel un flux d'air secondaire est entraîné par les gaz d'échappement émis par la tuyère (36a,b) lorsqu'elle se trouve à la première position. 15. Avion selon la revendication 14, caractérisé en ce que le passage (58) de la cavité (40) présente un parcours 20 d'écoulement sensiblement divergent de l'ouverture d'entrée à l'ouverture de sortie. 16. Avion selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour recouvrir et découvrir l'ouverture d'entrée (53) de la cavité (40). 17. Avion selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens pour recouvrir et découvrir l'ouverture d'entrée (53) de la cavité (40) consistent en au moins une vanne (60) montée pivotante à l'ouverture d'entrée (53), la ou les vannes (60) étant chacune sous la charge d'un ressort prévu 30 pour maintenir la vanne (60) à une première position à laquelle elle recouvre au moins partiellement l'ouverture d'entrée (53) et à l'encontre duquel la vanne (60) tourne à une seconde position à laquelle elle découvre au moins partiellement l'ouverture d'entrée (53) en présence d'une différence de pression prédéterminée à travers la vanne (60). 18. Avion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les tuyères rétractables (36) peuvent en outre être tournées à une troisième position à laquelle la direction des gaz d'échappement émis par la tuyère (36) présente une composante de vol vers l'avant.