Brevet FR2601077A1 — publié le 19880108

La présente invention concerne une structure d'éjection des gaz pour moteurs a reactitn et tout particulièrement pour les moteurs d'aéronefs du type à double flux, c'est-à-dire équipés d'une soufflante ou fan situé en amont du moteur et assurant la circulation d'un courant d'air froid dans un canal annulaire formé entre un capotage extérieur et une tuyère axiale d'éjection du flux de gaz chauds, les flux froid et chaud s'écoulant et se mélangeant ensuite dans un passage aval de section sensiblement circulaire. De façon plus spécifique, l'invention concerne une structure d'éjection du type indiqué cidessus comportant un système d'inverseur de poussée à portes basculant autour de pivots fixes. On connaît déjà des structures d'éjection à inverseur de poussée à portes basculantes. Elles peuvent être réparties en deux catégories. La première catégorie représentée par exemple par le brevet Américain nO 3 550 855 est constituée par des structures d'éjection dans lesquelles les portes d'inverseur de poussée forment, en position escamotée de croisière,une configuration échancrée du bord arrière de la structure d'éjection lui conférant sensiblement l'aspect d'une gueule de poisson ouverte lorsque l'inverseur est constitué de deux portes basculantes. I1 en résulte d'une part une altération des lignes internes du passage de section circulaire d'évacuation du double flux par rapport A une structure sans inverseur et d'autre part une modification de la trainée qui, toutes deux,peuvent être préjudiciables aux performances du moteur. Pour éviter ce type d'inconvénient, on a proposé une deuxième catégorie de structure d'éjection à inverseur à portes appelé communément inverseur "à portes à recul". Ce type de structure a été utilisé par la Société ROHR notamment sur les avions BOEING 737 t DOUGLAS DC10 et s'applique surtout dans le cas de deux portes.Cette catégorie de structure d'éjection comporte un capotage fixe dans lequel sont prévus deux logements où sont insérées des portes montées sur un système à barres qui, lors de la manoeuvrc d'inversion assurent le soulèvement des portes et leur basculetnent vers l'arrière de telle sorte qu'elles viennent se placer en aval de la sortie circulaire fixe de la structure 'éjection. Pour loger ce système à barres complexe, on est obligé dZ prévoir de très gros bossages à l'extérieur de la structure, bossages qui dépassent en général au delà du plan de sortie. Si dans cette deuxième catégorie de structure d'éjection, les lignes internes du passage des gaz et par conséquent les performances de poussée en mode jet direct sont davantage respectées, en revanche, on aboutit à un accroissement de poids préjudiciable et surtout à une détérioration des caractéristiques aérodynamiques du fait des bossages latéraux et de leur dépassement vers l'aval qui reconstitue pratiquement la configuration en "gueule de poisson" dont on a relevé le rôle néfaste dans le cas précédent. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients des deux types de structure d'éjection évoqués ci-dessus. A cet effet, la structure d'éjection de l'invention se rattache à la première catégorie décrite cidessus, c'est-àwdire celle des structures d'éjection à inverseur de poussée à portes basculant autour d'un axe de pivot fixe et elle est caractérisée par le fait que le capotage fixe comporte, en aval des portes basculantes,une zone annulaire d'extrémité fixe solidaire de poutres longitudinales dans lesquelles sont logés les pivots de portes, les bords amont de la zone annulaire qui sont voisins des portes présentant une configuration en portion d'ellipse tandis que le bord arrière de la dite zone annulaire s'étend entièrement dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère du moteur. Grâce à une telle disposition, en mode jet direct, on respecte totalement les lignes internes du canal annulaire et du passage circulaire d'écoulement des gaz et on dispose d'une sortie des gaz située dans un plan, ce qui n'entraine donc aucune altération des performances de poussée du moteur par rapport à un moteur sans inverseur. Dans le cas d'un inverseur à deux portes, celles-ci présentent un bord arrière ayant une forme en portion d'ellipse identique au bord amont de la zone annulaire avoisinante de telle sorte qu'en position escamotée des portes, les parois internes et externes de portes et du capotage fixe soient parfaitement alignées, tandis qu'en position basculée d'inversion de poussée, les dites portes obstruent le passage de section circulaire dans une région située en aval du plan passant par les axes d'articulation des portes et en amont sur la zone annulaire fixe, les bords arrière des portes venant en vis à vis dans un plan diamétral du passage circulaire. En position d'inversion les portes forment entre elles un angle inférieur à 180 de façon à assurer une inversion efficace du flux des gaz. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque porte est commandée par un vérin unique dont la tige est attelée à la porte dans un plan médian de celle-ci et à peu près au milieu de sa longueur alors que les pivots d'articulation de la porte sont situés sensiblement au tiers de sa longueur à partir du bord arrière. On obtient un excellent équilibrage des efforts exercés sur les portes d'inverseur en raison d'un grand bras de levier et d'une attaque symétrique pendant les phases d'ouverture et fer meture des portes. De plus, l'équilibrage des portes est assuré au même point d'attache du vérin dans les modes de fonctionnement jet direct et en inversion, ce qui évite de multiplier les zones de renforcement sur les portes et donc d'alléger l'ensemble de la structure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description suivante d'une forme de réalisation préférée de l'invention donnée en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la partie arrière du moteur équipée de la stucture d'éjection selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique latérale de la structure d'éjection de la figure 1, le système d'inversion étant en position déployée ; et la figure 3 est une coupe selon la ligne m-m de la figure Z. Bien que l'invention ne soit pas limitée à ce seul type de moteur. on décrira une forme de réalisation adaptée à un moteur à double flux avec système d'éjection à flux confluents, destiné plus particulièrement à être monté en nacelle latérale. A la figure 1 qui est une coupe longitudinale générale d'une structure d'éjection des gaz, on a représenté schématiquement en 1 une tuyère d'éjection des gaz chauds (Fl) du groupe moteur (non représenté), en X-X' l'axe commun du moteur et de la tuyère 1 et en 2 le plan de sortie de la tuyère. Un capotage extérieur, désigné de façon générale en 3 et constitué d'une paroi externe 4 de forme générale tronconique et d'une paroi interne 5 présentant un profil convergent-divergent, entoure la tuyère et s'étend en aval du plan de sortie Z de celle-ci. La paroi interne 5 du capotage est écartée de la tuyère pour ménager avec celle-ci un canal annulaire 6 appelé canal de soufflante ou de "fan" dans lequel circule un flux d'air froid F2 provenant directement d'une soufflante (non représentée) montée à l'amont du-moteur. En aval du plan 2 de la tuyère, le capotage 3 forme un passage de melange 7 de section transversale circulaire dans lequel s'écoulent simultanément et se mêlent les f3ux de gaz chaud et froid avant d'être éjectés à l'arrière par le plan d'éjection 15. On notera que dans la configuration représentée la distance L séparant le plan 2 de sortie de tuyère du plan 15 d'éjection est supérieure au diamètre D du plan d'éjection, l'invention se révélant particulièrement adaptée aux moteurs dans lesquels le rapport L/D est supérieur ou égal à 1. Le profil de la paroi interne 5 du capotage est calculé pour assurer les performances maximales du moteur en régime de poussée directe, tandis que la configuration de la paroi externe 3 doit présenter des caractéristiques aérodynamiques, déterminées par le constructeur de l'avion. Comme on l'a indiqué, le moteur de l'invention est équipé d'un système d'inversion de poussée à portes basculantes. Dans l'exemple représenté, le système d'inversion est à deux portes symétriques en forme de portion de cone qui constituent une partie mobile du capotage. Pour le logement de ces portes en position escamotée représentée à la figure 1, deux ouvertures 8 sont ménagées dans la partie fixe du capotage, ces ouvertures délimitant, lorsque les portes sont en position ouverte, un espace libre ou puits d'inversion. Chaque ouverture 8 est limitée à l'avant par une membrure 9 en U s'étendant entre les parois 4 et 5 du capotage, latéralement par les bords 11 et à l'arrière, par une découpe 10 s'étendant selon un plan incliné par rapport à l'axe X-X', de telle sorte qu'en raison de la forme tronconique du capotage cette découpe 10 présente une forme générale en portion d'ellipse.Entre les puits d'inversion, le capotage fixe forme deux poutres longitudinales 12 diamétralement opposées. A l'arrière des poutres 12 et solidaire de celles-ci, se trouve une zone annulaire fixe 13 formée par une paroi 14 rigidifiée par une membrure 16 à peu près en forme de U renversé portant une bague extérieure 17.dépassant vers l'amont le bord 10 du puits d'inver- sion et sous laquelle est fixé un joint d'étanchéité 17 a. A l'avant de chaque ouverture 8, la paroi interne 5 du capotage s'étend vers l'aval au delà du bord 9 par un prolongement 18, et se termine par un rebord arrondi 19, un joint d'étanchéité 20 étant fixé à l'extrémité de ce prolongement 18. Les joints 17 a et 20 sont reliés l'un à l'autre par deux joints longitudinaux 20 a fixés sur les bords des poutres longitudinales 12. On a désigné de façon générale en 21 les portes d'inverseur qui sont articulées autour de pivots fixes 22 logés dans une partie renforcée 23 des poutres 12. Avantageusement, les pivots 22 sont situés à peu près au tiers de la longueur de la porte à partir du bord arrière 30. Les portes sont à double peau, c'est-à-dire qu'elles sont constituées chacune par une peau externe 24 et une peau interne 25 qui, au niveau du bord amont de la porte, sont fixées l'une à l'autre en 26. Une membrure en U 27 fixée à l'intérieur du bord 26 renforce celui-ci et joue le rôle de bec déflecteur. Le bord arrière 30 de la porte a une forme en portion d'ellipse identique au bord 10 de la zone annulaire fixe 13, les bords 10 et 30 s'étendant exactement dans l'alignement l'un de l'autre. La peau externe 24, plus courte que la peau interne est elle même alignée dans le prolongement de la bague 17 et une membrure 28 en forme de S renversé relie les deux peaux 24 et 25, la membrure 28 portant une languette 29 destinée à venir en appui contre le joint 17 a pour assurer l'étanchéité arrière de la porte. L'étanchéité avant est obtenue par l'écrasement du joint 20 contre la peau interne 25 de la porte. L'actionnement de chacune des portes 21 est assuré par un vérin 32 dont le corps est monté de façon articulée sur un pivot 33 permettant un débattement dans un plan axial. La totalité du corps du vérin 32 est logée dans l'espace situé entre les parois externe 4 et interne 5 de la partie de capotage fixe située en amont de l'ouverture 8, l'axe 34 du vérin s'étendant ainsi à peu près parallèlement à l'axe X-X' du moteur. La tige de vérin 35 s'étend à travers une ouverture 36 pratiquée dans le bord 9 de l'ouverture 8 et s'articule sur un axe 42 porté par un étrier 37 fixé à la face inférieure de la peau externe 24 de la porte et situé à peu près à mi-longueur de la porte et dans le plan médian de celle-ci comme on le voit à la figure 3. A cet effet, une saignée longitudinale 38 est prévue dans la peau interne 25 de la porte de façon à permettre le logement de la tige du vérin en position escamotée de la porte. De même, une ouverture 39 est prévue dans le bec déflecteur 27 pour le passage de la tige du vérin. Une gouttière 40 articulée en 41 dans la saignée 38 est sollicitée élastiquement (par exemple par un ressort non représenté) en appui contre la tige du vérin dans la zone où elle traverse la peau interne de la porte. Cette gouttière a pour rôle d'assurer la continuité du profil interne du canal de fan 5-18-25-14 en position de porte escamotée représentée à la figure 1 et de protéger la tige de piston contre l'action des gaz en position d'inversion de poussée représentée à la figure 2. On notera que dans l'exemple représenté, la paroi 14 de la zone annulaire fixe arrière est légèrement divergente. On comprendra cependant que l'on pourrait adopter tout autre profil approprié, soit cylindrique, soit convergent en fonction des impératifs de rendement du moteur. La disposition adoptée présente de nombreux avantages parmi lesquels il faut citer: un grand bras de levier BL entre les pivots 22 et le point d'attaque 42 de la porte par le vérin ,ce qui permet d'utiliser un vérin de puissance relativement faible donc léger et consommant peu d'énergie ; un équilibrage remarquable des portes et une répartition des efforts sur celle-ci éliminant au maximum les risques de torsion et réduisant la nécessité de zones renforcées, ce qui aboutit là encore à une structure légère. Mais surtout, comme on l'a déjà indiqué, on peut respecter totalement le profil externe du canal du fan et donc les caractéristiques de poussée du moteur ainsi que les caractéristiques aérodynamiques. Par ailleurs, en raison de l'inclinaison du bord arrière 30 des portes (selon un angle approximatif de 60 ), les portes en position d'inversion, comme on le voit à la figure 2, forment un angle inférieur à 180 et de préférence d'environ 150 et elles obstruent le passage circulaire 7 dans une région située en aval du plan P passant par les pivots 22 de porte et en amont de la zone annulaire fixe 13. Avantageusement, on pourra faire en sorte que les bords 30 des portes ne viennent pas en appui l'une contre l'autre mais qu'un espace très faible demeure entre eux, le maintien des portes dans cette position étant obtenu par les vérins. Dans ce cas, on pourra éviter de garnir le bord des portes de ferrures de renforcement comme cela serait nécessaire en cas de butée des portes l'une contre l'autre. L'invention peut s'appliquer naturellement à des structures d'éjection dont les sections internes ne seraient pas parfaitement circulaires. REVENDICATIONS 1 - Structure d'éjection des gaz pour moteur à réaction d'aéronef à double flux confluents, ladite structure comportant un capotage ayant une forme générale tronconique entourant une tuyère axiale d'éjection du flux des gaz chauds du moteur en étant écarté de celle-ci pour aménager un canal annulaire pour la circulation du flux froid provenant d'une soufflante, ledit capotage s'étendant en aval de la tuyère pour constituer un passage de section circulaire dans lequel s'écoulent et se mélangent les flux chaud et froid, ledit capotage présentant une partie fixe et un ensemble mobile de portes basculantes constituant un inverseur de poussée, lesdites portes étant articulées sur des pivots fixes logés dans des poutres longitudinales faisant partie de la partie fixe du capotage, ladite structure étant caractérisée en ce que la partie fixe (3) du capotage comporte, en aval des portes basculantes (21), une zone (13) annulaire d'extrémité fixe solidaire des poutres longitudinales (12)- et dont les bords amonts (10) avoisinant les portes présentent une configuration en portion d'ellipse tandis que son bord arrière continu (15) s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère (X-X'). 2 - Structure selon la revendication 1, dans laquelle la partie fixe du capotage présente un profil interne (5-18-25) dont les lignes assurent des performances de poussée optimales en fonctionnement "jet direct" du moteur et un profil externe (4-24) calculé pour répondre à des considérations aérodynamiques déterminées, caractérisée en ce que la zone annulaire (13) présente un profil interne (14) et un profil externe (17) épousant parfaitement les caractéristiques des profils interne et externe de la partie fixe du capotage. 3 - Structure selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque porte (21) de l'inverseur de poussée présente une peau interne (25) et une peau externe (24) qui, en position escamotée des portes, sont alignées avec les profils internes (5-14) et externes (4-17) de la partie fixe du capotage et de la zone annulaire fixe arrière (13). 4 - Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les portes (21) présentent un bord arrière (30) ayant la forme d'une portion d'ellipse identique au bord amont (10) de la zone annulaire avoisinante (13). 5 - Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'en position basculée d'inversion de poussée, les portes obturent le passage de section circulaire (7) dans une région située en aval du plan (P) passant par les axes d'articulation (22) des portes et en amont de la zone annulaire fixe (13), les bords arrière (30) des portes venant en vis-à-vis dans un plan diamétral du passage circulaire et lesdites portes formant un angle inférieur à 1800. 6 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, en position basculée d'inversion de poussée, les portes dégagent chacune dans le capotage un espace libre ou puits d'inversion par où s'échappe latéralement et vers l'avant le flux des gaz, caractérisé en ce que chaque puits d'inversion est délimité au niveau du capotage par une ouverture (8) bordée par un cadre continu fermé et constituée en amont par une découpe en portion de cercle du capotage selon un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (X-X') de la tuyère, latéralement par les bords longitudinaux des poutres fixes (12), et en aval par le bord avant en portion d'ellipse (30) de la zone annulaire fixe (13). 7 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone annulaire (13) présente une paroi interne raidie par une membrure en U (16) sur laquelle est fixée une bague extérieure (17) s'étendant vers l'amont au-delà du bord de la paroi interne, un joint d'étanchéité (17 a) étant fixé sur la partie débordante de ladite bague. 8 - Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que le bord arrière des portes (21) présente un débordement vers l'aval de cula peau interne (25) par rapport à la peau externe (24), les deux peaux étant réunies par une membrure inclinée (28) présentant une languette (29) qui, en position escamotée de la porte, vient écraser le joint d'étanchéité ; la peau interne (25) de la porte venant bord à bord avec la paroi interne (14) de la zone annulaire (13) tandis que la peau externe (25) s'aligne bord à bord avec la bague extérieure (17) de ladite zone annulaire (13). 9 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport de la distance L séparant la sortie de tuyère (2) du bord aval (15) de la zone annulaire fixe (13) sur le diamètre D dudit bord aval de la zone annulaire fixe est supérieur ou égal à 1. 10 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la commande des portes est réalisée par un système à vérin, caractérisée en ce que chaque porte (21) est commandée par un vérin unique (32) dont l'axe (34) s'étend dans une direction sensiblement parallèle à l'axe (X-X') de la tuyère et dont le corps est logé entièrement entre les profils interne (5) et externe (4) de la partie fixe du capotage située en amont de la sortie (2) de la tuyère de gaz chaud, l'extrémité de la tige du vérin étant attelée (en 42) à l'intérieur de la porte et dans la zone médiane de celle-ci. 11 - Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'articulation (en 42) de la tige (35) du vérin (32) à la porte (21) est située au voisinage du milieu de la longueur de la zone médiane. 12 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pivots d'articulation (22) des portes (21) sont situés sensiblement au niveau du tiers de leur. longueur à partir du bord arrière (30). 13 - Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que chaque porte (21) présente dans la partie de la zone médiane de la peau interne (25) s'étendant de l'articulation (42) de la tige (35) du vérin (32) au bord amont de-la porte, une saignée (38) dans laquelle vient se loger la tige (35) de vérin lorsque la porte est en position escamotée. 14 - Structure selon la revendication 13, caractérisée en ce que, à chaque tige (35) de vérin est associée une gouttière mobile de protection (40) articulée (en 41) à la porte au voisinage et en aval de l'articulation (42) de la tige du vérin et sollicitée élastiquement en appui contre la tige de vérin, ladite gouttière (40) protégeant ladite tige lorsque la porte est déployée en position d'inversion de poussée et assurant en position de porte escamotée le masquage de la saignée (38) pratiquée dans la porte en reconstituant le profil interne de celle-ci. 15 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que- le système d'inversion est constitué de deux portes basculantes (21) diamétralement opposées et identiques.