Brevet FR2602274A1 — publié le 19880205

L'invention concerne une tuyère de réacteur convergente-divergente à section réglable comportant une couronne de volets intérieurs et une couronne de volets extérieurs, les volets intérieurs étant constitués d'un volet convergent amont relié par une articulation à un volet divergent aval, chaque couronne comprend une série de volets commandés et une série de volets suiveurs intercalés0 Les avions à réaction, devant effectuer des missions dans des conditions de vol subsoniques et supersoniques, sont avantageusement équipés d'une tuyère à section variable de manière à permettre ltoptimisation du rapport col de tuyère/section de sortie pour le cycle nominal du moteur. Les tuyères connues sont d'une réalisation assez complexe et le nombre important de pièces participant à leur fonctionnement nécessite une maintenance fréquente.Cette maintenance ainsi que la construction impliquent des coûts importants. Le brevet FR-A- 1.588.791, par exemple, décrit une tuyère réglable comportant des volets intérieurs et des volets extérieurs disposés selon deux couronnes concentriques. les volets intérieurs sont formés d'un volet amont convergent et d'un volet aval divergent. le volet amont est fixé par une articulation sur une structure prévue à l'extrémité du conduit d'éjection et le volet aval est articulé au volet amont. Chaque couronne de volets amont et de volets aval comprend une série de volets commandés et de volets suiveurs intercalés. Un volet commandé d'une couronne correspondant au volet suiveur de l'autre couronne. Sur la structure, est fixé en regard des volets suiveurs, un palonnier dont une extrémité est reliée à la tige d'un vérin et dont l'autre extrémité porte des biellettes articulées obliquement à deux volets commandés adjacents au volet suiveur.Tous les vérins sont commandés en synchronisme par un même distributeur. les volets aval sont commandés par des vérins disposés en face des volets suiveurs amont, par l'intermédiaire de biellettes obliques articulées sur une chape fixée à l'extrémité de la tige des vérins. Les efforts des volets aval sont transmis par un système de bielles à un anneau, mobile en translation,sur lequel sont articulés les volets extérieurs La translation de l'anneau, commandée par des vérins, provoque le pivotement des volets gracie à une cinématique comportant une biellette articulée sur le talon du volet et à l'extrémité d'un levier, lui-même articulé à la structure et relié à l'anneau par une seconde biellette. Cette tuyère permet d'obtenir un contrale indépendant de chaque couronne de volets, elle est toutefois d'une structure complexe et relativement lourde. L'invention propose la réalisation d'une tuyère convergente-divergente d'un type semblable à celui précédemment décrit et comportant deux chaînes d'asservissement en série servant toutes les deux en même temps de charnels de synchronisation et de système d'amortissement0 L'asservissement et la synchronisation sont obtenus par une cinématique simple de biellettes commandées indirectement par un seul ensemble de vérins. La tuyère, selon l'invention, est remarquable en ce que les volets commandés de la couronne intérieure sont décalés d'approximativement leur largeur par rapport aux volets commandés de la couronne extérieure et. en ce que les volets convergent. amont et-divergent aval de chaque volet commandé de la couronne intérieure sont reliés à chacun des volets commandés de la couronne extérieure voisins par deux biellettes. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemples, permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation d'une tuyère selon l'invention, les volets intérieur 1 et extérieurs étant ramenés dans le plan de la figure, dans une position ouverte et une position fermée. Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale selon III III et IV IV de la figure 1. La figure 5 est une vue de dessus en projection sur un plan, de la couronne intérieure selon l'exemple de réalisation des figures précédentes0 La figure 6 est une vue de dessus en projection sur un plan de la couronne intérieure selon un deuxième exemple de réalisation de tuyère réglable. La figure 7 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un troisième exemple de réalisation d'une tuyère selon l'invention dans laquelle les volets suiveurs n'ont pas été représentés pour la clarté de la figure, La figure 8 est une vue en perspective d'une tuyère selon le troisième exemple de réalisationO La tuyère convergente-divergente à section réglable se compose de deux couronnes concentriques 1, 2 (figures 1-4) de volets intérieurs et de volets extérieurs. La couronne de volets intérieurs 1 est disposée à la sortie du canal d'éjection 3 du réacteur et celle de volets extérieurs 2 prolonge le capotage 4 du moteur et assure un bon profilage aérodynamique et l'écoulement du flux d'air secondaire. Chaque couronne est constituée alternativement de volets commandés et de volets suiveurs, ces derniers étant disposés entre les volets commandés de manière que les forces de pression exercées par les flux d'air ou de gaz les appliquent contre les volets commandés. En outre, des moyens d'appui 5, en soi connu, sont prévus sur les faces extérieurs des volets suiveurs, de manière à maintenir les bords des volets suiveurs en appui sur les bords des volets commandés voisins.Un exemple de réalisation d'un tel moyen, montré dans le brevet FR-A- 1.588.791, est constitué d'une barre de torsion 6 dont les extrémités portent des bras 8, 9 dirigés en sens opposé, maintenue longitudinalement sur le volet par des paliers 7. L'extrémité des bras s'appuie sur les volets commandés adjacents. (figures 5, 6). Les volets de la couronne intérieure 1 sont formés de deux éléments : un volet amont convergent et un volet aval divergent. Le volet amont est articulé à l'extrémité du conduit d'éjection 3 et le volet aval, à l'extrémité du volet amonts Afin de simplifier les explications et les figures, seuls les éléments des volets commandés 10 recevront des références distinctes, à savoir le volet amont il et le volet aval 12, le volet suiveur, composé également de deux éléments mais n'ayant qu'un rôle passif sera repéré globalement par la référence 13. Comme montré dans l'exemple de réalisation des figures I à 5 et plus particulièrement sur les figures 3 et 4, les volets commandés 10 de la couronne intérieure 1 sont décalés d'approximativement leur largeur par rapport aux volets commandés 15 de la couronne extérieure 2. Ainsi les volets commandés 10 de la couronne intérieure 1 formés par les éléments il et. 12, se trouvent en face des volets suiveurs 14 de la. couronne extérieure 2 et inversement les volets commandés 15 de la couronne extérieure 2, en face des volets suiveurs 13 de la couronne intérieure 1. Selon l'exemple de réalisation, les volets amont sont actionnés par des moyens de commande 20. Les volets amont commandés Il portent, sensiblement selon leur axe de symétrie longitudinale et sur leur face extérieure, une chape 16 dans laquelle est maintenue, par un axe 17, une tête de bielle 18 fixée à l'extrémité de la tige 19 d'un vérin de commande 20 dont le cylindre est maintenu par une articulation à une structure fixe du canal d'éjection 3. Les vérins sont commandés en synchronisme, de manière connue, par un distributeur non représenté. Le volet amont il porte sur ses bords longitudinaux et près de son articulation avec le volet aval 12 des paliers 21, 22 coopérant avec une extrémité de biellettes amont 23, 24. L'autre extrémité desdites biellettes coopère avec des paliers 25, 26 prévus sur les bords longitudinaux de deux volets extérieurs, commandés, voisins 15 séparés par un volet extérieur suiveur 14. l'autre bord longitudinal du volet extérieur commandé 15 porte également un palier 25 pour une biellette 23 coopérant avec le volet intérieur commandé suivant. Les paliers 21, 22, 25, 26 sont des paliers à rotule permettant la libre orientation des biellettes lors de la variation de la section de la tuyère. Le volet aval 12 porte, de manière semblable, des paliers 27, 28 coopérant avec une extrémité des biellettes aval 29, 30 dont l'autre extrémité coopère avec les paliers 31, 32 prévus sur les bords longitudinaux des volets extérieurs commandés 15 voisins. La figure 1 montre la tuyère à son ouverture maximale, les volets de la couronne extérieure étant sensiblement dans le prolongement du capotage 40 Le rapport des sections du col de tuyère et de la sortie d'éjection est déterminée par la longueurdes biellettes aval 29, 30 et/ou amont 23, 24. La biellette amont 23 ou 24, reliant un volet amont intérieur 11 à la partie amont d'un volet extérieur 15 et la biellette aval 29, 30, reliant le volet aval intérieur 12 à la partie aval d'un volet extérieur 15, disposées sur le même c8te du volet extérieur 15, sont approximativement dans un même plan radial de la tuyère. Le mode de fonctionnement de l'exemple de réalisation précédemment décrit est le suivant (figures 1 et 2). Les vérins de commande 20 agissent sur les volets amont Il commandés de la couronne intérieure 1 qui entraient les deux biellettes amont 23, 24 liées aux volets commandés extérieurs 15. Les volets 15, formés d'un caisson rigide unique, pivotent autour de l'axe d'articulation 33 en entraînant les biellettes aval 25, 30 dont l'extrémité commande la rotation des volets aval 12 de la couronne intérieure 1. Le système de biellettes réalise avec les volets commandés une double chaste d'asservissemént, crénelée, et bouclée et de ce fait constitue également une chaîne de synchronisation. En effet, en cas d'incident sur un des vérins de commande tel, par exemple, que le décrochage ou la rupture d'une liaison à un volet amont commandé, l'effort qu'aurait à fournir le vérin sur ce volet, est réparti entre les autres verim et appliqué par l'intermédiaire des biellettes 23, 24, 29, 30 et des volets extérieurs 15. Une compensation semblable se produit en cas de dissymétrie aérodynamique occasionnée par l'action dissymétrique des flux sur les volets à grande incidence. Selon une autre forme de réalisation, représentée figure 6, les volets commandés amont 11 de la couronne intérieure sont articulés à un volet aval 34 suiveur et les volets suiveurs amont 13 sont articulés à un volet aval commandé 350 les volets aval commandés 35 présentent éventuellement sur leur face extérieure un chape 36 coopérant avec la tige 37 des vérins fixés à la structure du canal d'éjection 3e le mode de fonctionnement est en tout point semblable à celui précédemment décrit. Dans le cas où les volets aval commandés 35 sont actionnés par des vérins, on a une double commande d'asservissement qui permet une sécurité maximale en cas d'avarie d'un nombre important de vérins. le mode d'asservissement par biellettes a pour conséquence que l'ensemble du canal, des volets intérieurs, des biellettes de la partie fixe du capotage et des volets extérieurs est soumis à un assez grand nombre de liaisons hyperstatiques. Ceci permet le calcul de la rigidité intrinsèque des caissons des volets intérieurs et extérieurs, pour que 1' asservissement-synchronisation mette l'ensemble sous légère tension. On évite ainsi qu'une des réactions hyperstatiques provoque des appuis locaux trop forts générateurs d'usure, ou au contraire des jeux initiaux générateurs éventuellement de battements et par conséquent également d'usure. La channe crénelée a donc un effet d'amortissement. Selon une variante avantageuse, on prévoit des biellettes amont et/ou aval réglables en longueur de manière à faciliter le montage, et en coopération avec l'ajustement de la rigidité des caissons, à obtenir des appuis locaux des pièces les unes sur les autres sensiblement équivalentes sur la périphérie. Les figures 7 et 8 montrent une troisième forme de réalisation de l'invention0 Les éléments semblables à ceux décrits dans les exemples précédents portent les mêmes références0 La biellette amont 23, 24, reliant le bord longitudinal du volet intérieur amont 11 au bord longidudinal du volet extérieur 15 est en tout point semblable à celles des exemples précédents. Par contre la deuxième biellette 38, 39 reliant le volet intérieur amont 12 au volet extérieur 15 est disposée entre l'extrémité amont du bord longitudinal du volet extérieur 15 et un palier 40 à rotule prévu en un point de l'axe de symétrie longitudinal du volet amont 12. Cette biellette 38, 39 a son extrémité amont articulée à l'extrémité d'une patte radiale 41 prévue sur l'extrémité amont du bord longitudinal du volet 15. La biellette 38, 39 est donc inclinée par rapport au plan radial passant par les bords longitudinaux des volets 11, 12 et 15. le palier central 40 coopère avec deux biellettes 38, 39 formant entre elles un V. Le fonctionnement du système de biellettes est semblable à celui du premier exemple de réalisation, l'action du vérin s'exerçant sur la chape 16 prévue sur le volet amont intérieur 11. On retrouve une double chaîne d'asservissement et de synchronisation crénelée bouclée susceptible d'assurer l'asservissement même en cas de rupture d'un des éléments d'asservissement. Comme dans les réalisations précédentes, il est avantageux de prévoir au moins une des biellettes 23, 24 ou 38, 39 réglables en longueur. La position inversée d'un point de fixation de la biellette 38, 39 permet de suivre plus aisément une loi de variation des sections de tuyère déterminée , pour une application particulière. REVENDICATIONS 1. Tuyère de réacteur convergente-divergente à section réglable comportant une couronne de volets intérieurs et une couronne de volets extérieurs, les volets intérieurs étant constitués d'un volet convergent amont relié par une articulation à un volet divergent aval, chaque couronne comprend une série de volets commandés et une série de volets suiveurs intercalés, caractérisée en ce que les volets commandés (10) de la couronne intérieure (1) sont décalés d'approximativement leur largeur par rapport aux volets commandés (15) de la couronne extérieure (2) et en ce que les volets convergent amont (11) et divergent aval (12) de chaque volet commandé (10) de la couronne intérieure (1) sont reliés à chacun des volets commandés (15) de la couronne extérieure (2) voisins par deux biellettes (23, 29, 24, 30; 23, 39, 24, 38). 2o Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un volet commandé (10) de la couronne intérieure (1) est formé d'un volet convergent amont commandé (11) et d'un volet divergent aval suiveur (34) et en ce qu'un volet suiveur voisin est formé d'un volet convergent amont suiveur (13) et d'un volet divergent aval commandé (35); des moyens de commande (20, 37) étant prévus pour actionner séparément chacun des volets commandés. 3. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un volet commande' (10) de la couronne intérieure (1) est formé d'un volet convergent amont commandé (11) et d'un volet divergent aval commandé (12); des moyens de commande (20) étant prévus pour actionner le volet convergent commandé (51). 4. Tuyère selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'au moins une des biellettes (23, 29, 24, 30) reliant le volet amont (11) et le volet aval (12) de la couronne intérieure (1) au volet (15) de la couronne extérieure (2) est articulée approximativement sur les bords longitudinaux des volets0 50 Tuyère selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux biellettes (23, 29; 24, 30) reliant le volet amont (11) et le volet aval (12j de la couronne intérieure (1) au volet (15) de la couronne extérieure (2) sont articulées approximativement sur les bords longitudinaux des volets (11, 12, 15) et sont disposées approximativement dans un même plan radial de la tuyère. 6o Tuyère selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'autre biellette (38, 39) est articulée entre un point de l'axe de symétrie longitudinal du volet aval commandé (î2) de la couronne intérieure (1) et approximativement l'extrémité amont du bord longitudinal du volet commandé (15) de la couronne extérieure (2). 70 Tuyère selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'extrémité amont des bords longitudinaux du volet commandé (15) de la couronne extérieure (2) porte une patte radiale (41) sur laquelle est articulée l'extrémité de ladite autre biellette (38, 39)o 8 Tuyère selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les biellettes (23, 24; 29, 30; 38, 39) forment avec les volets commandés (10, 15) des couronnes intérieure (1) et extérieure (2) une double chaine crénelée d'asservissement et de synchronisation, ladite double chaine étant bouclée, 9. Tuyère selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les biellettes articulées (23, 24; 29, 30; 38, 39) sur le volet amont (11) commandé et/ou aval (12) commandé sont réglables en longueur0