Brevet FR2604215A1 — publié le 19880325

Tuyère de propulsion pour turbomoteur à gaz La présente invention concerne des tuyères de propulsion pour des turbomoteurs à gaz pour aéronefs, et en particulier des tuyères qui peuvent être actionnées pour modifier la direction d'évacuation par la tuyère afin d'orienter la poussée produite par le moteur. On a besoin d'un aéronef capable de voler en marche avant à des vitesses élevées et également de décoller et d'atterrir verticalement. Cette exigence peut être remplie à l'aide de tuyères orientables similaires à celles utilisées sur l'appareil Harrier de British Aerospace, ou AV8B. Les tuyères orientables de cet appareil peuvent être tournées d'une première position -à laquelle l'échappement s'effectue vers l'arrière pour fournir une poussée en avant- à une deuxième position à laquelle l'échappement s'effectue vers le bas afin de fournir une poussée vers le haut. Pour certains des futurs modèles d'aéronefs, on a également besoin de contrôler l'assiette de l'appareil au cours du vol en marche avant, en étant capable d'orienter les tuyères en continu légèrement vers le haut ou vers le bas (de 20 par exemple) par rapport à une position horizontale. Une tuyère capable d'une orientation en continu sur 90 ou plus pour le vol vertical et également capable d'orientations limitées de 20 maximum par exemple par rapport à une position de vol horizontal, permettrait également d'améliorer la maniabilité de l'appareil en combat. De nombreux types de conception de tuyères constituent ce qu'on appelle des tuyères "convergentes", ce qui veut dire que le conduit d'échappement du moteur converge vers une sortie fixe de surface réduite, et la poussée maximale est produite lorsque le débit massique à travers les tuyères est maximal pour la surface de sortie de la tuyère. On dit alors que la tuyère est "en régime sonique". Toute augmentation du débit massique vers la tuyère engendrerait une contre-pression inacceptable à la sortie des turbines, et il en résulterait un décrochage ou à-coup. On a besoin d'un appareil supersonique capable d'atterrir et de décoller verticalement (abréviation anglaise VTOL). La conception de la tuyère doit être adaptée aux exigences de débit massique qui sont largement variables, ainsi qu'à la poussée accrue nécessaire. Ces exigences accrues peuvent être dans une certaine mesure remplies en modifiant la conception de tuyères convergentes afin de maintenir un débit supersonique à travers la tuyère à la poussée maximale. Toutefois, il existe également des types de conception de tuyères qui présentent une surface de sortie définie par un étranglement formé entre une région amont convergente et une région aval divergente. Dans la conception de ces tuyères, la poussée maximale est produite en régime sonique, mais avec des pressions plus élevées à travers la tuyère. Un surcroît de poussée est récupéré par la réaction des gaz sous pressior en expansion en aval de l'étranglement, agissant sur la région divergente. Les tuyères convergentes-diver- gentes (comme on appelle parfois ce type de tuyères, avec l'abréviation usuelle "tuyères con-di") peuvent fournir une augmentation significative de la poussée, aux dépens d'un poids supérieur, d'une complexité accrue et d'une fabrication plus coûteuse. Les tuyères convergentes-divergentes sont complexes et assez lourdes, sans pour cela répondre à l'exigence d'orientation de la tuyère de la manière décrite plus haut. Un type de conception de tuyère qui est simplifié et relativement peu coûteux par rapport à certains types de conceptions de tuyères convergentes est décrit le brevet britannique N 2.146.298. Pour l'essentiel, la tuyère décrite dans ce brevet consiste en une tuyère de section rectangulaire présentant deux parois latérales espacées qui comprennent des voies de roulement de formes diverses, et des parois supérieure et inférieure dont chacune est constituée d'un certain nombre de lattes articulées entre elles; les lattes se déplacent dans les voies de roulement et sont tirées par des câbles afin de prendre différentes positions le long desdites voies. Le brevet précité indique que les parois à lattes peuvent être utilisées pour définir une tuyère convergente (voir par exemple figures 6 et 7), une tuyère divergente (figure 8) ou une tuyère à poussée orientable (figure 10). Toutefois, aucune des tuyères envisagées n'est une tuyère "con-di", et aucune manière n'est proposée permettant de modifier la direction de poussée d'une tuyère "con-di". La présente invention a pour but de fournir un type de conception de tuyère convergente-divergente qui soit capable d'être orientée afin de modifier la direction de l'échappement de la tuyère, et de faire ainsi varier la direction de la poussée de propulsion. Selon l'invention, ce but est atteint, pour une tuyère de propulsion à monter à l'extrémité de sortie d'un conduit d'échappement d'un turbomoteur à gaz, la tuyère comprenant deux parois fixes espacées mutuellement en vis-à-vis, dont chacune est munie d'une voie de roulement, et deux parois mobiles espacées mutuellement en vis-à-vis, qui se positionnent et se déplacent dans les voies de roulement, les parois mobiles comprenant chacune un certain nombre d'éléments reliés entre eux par des moyens de pivotement et qui s'étendent perpendiculairement aux parois fixes, lesdites parois mobiles coopérant avec les parois fixes pour définir une partie convergente et un étranglement de la tuyère, par le fait qu'un volet est relié en pivotement à son extrémité amont à une extrémité aval d'une des parois mobiles et est actionnable, dans au moins un mode de fonctionnement, pour coopérer avec les parois fixes afin de définir une rampe d'expansion divergente en aval de l'étranglement de la tuyère. La présente invention va maintenant être décrite à titre d'exemple en référence au dessin annexé, dans lequel: Figure I représente schématiquement un type de conception de tuyère construite conformément à la présente invention; Figure 2 est une vue en coupe transversale, par l'arrière, de la tuyère de la figure 1; Figure 3 est une vue par l'avant de la tuyère de la figure 1 Figure 4 est une vue de côté de la tuyère de la figure 1, représentant la tuyère à la position de poussée orientée; et Figure 5 est une vue en coupe transversale d'une deuxième tuyère construite conformément à la présente invention. Les figures 1 à 3 présentent une tuyère 10 qui est prévue à l'extrémité aval du conduit d'échappement 12 d'un turbomoteur d'aéronef, pour recevoir l'échappement des gaz provenant des turbines du moteur. La tuyère comprend une paire de parois latérales espacées 14, 16. Chaque paroi latérale est munie d'une voie de roulement 18, qui est globalement en forme de "U", les branches du "U" étant tournées vers l'avant. La voie de roulement se présente sous la forme d'un évidement de section rectangulaire. Deux jeux de volets 20, 22 sont prévus. Le jeu de volets supérieur 20 comprend cinq éléments 20a (il peut y avoir plus ou moins de cinq éléments), qui sont mutuellement reliés en pivotement par des articulations 24. Le jeu de volets inférieur 22 comprend cinq éléments 22a (à nouveau, il peut y avoir plus ou moins de cinq éléments), qui sont reliés en pivotement par des articulations 24. Chaque articulation s'étend au-delà des bords latéraux de chaque élément 20a, 22a, et porte un galet qui s'engage dans la voie de roulement 18. L'élément 20a, 22a situé le plus en avant de chaque jeu est relié à un dispositif d'actionnement qui est entraîné par un moteur pneumatique ou par 26042 15 un vérin hydraulique, représenté schématiquement par la référence numérique 26. Le dispositif d'actionnement agit pour pousser et tirer chaque jeu de volets, séparément ou conjointement, le long de la voie de roulement 18, afin de former une tuyère efficace. Tous les volets coopèrent avec des joints d'étanchéité prévus entre eux et entre les volets et les parois latérales 18, afin de réduire les fuites éventuelles. La tuyère 10 possède une paroi fixe supérieure et une paroi fixe inférieure, respectivement 32 et 34. La paroi fixe inférieure 34 se termine dans un plan qui se situe en amont du bord aval de la tuyère fixe supérieure 32. Toutefois, le jeu inférieur de volets 22 peut être déplacé vers l'arrière au-delà du bord aval de la paroi fixe inférieure 34 lorsque la tuyère est réglée pour un échappement vers l'arrière. Le bord aval du volet 20b situé le plus en arrière du jeu supérieur coopère avec le bord aval du volet 22b situé le plus en arrière du jeu inférieur, pour définir la gorge d'étranglement de la tuyère. Un volet de plus grande taille 28, qui définit un prolongement de la tuyère en aval de l'étranglement, est relié en pivotement à son extrémité amont à la région aval du volet 20b situé le plus en arrière du jeu supérieur. Un dispositif d'actionnement 30, actionnable indépendamment, est prévu pour faire tourner le volet 28 autour de son axe d'assemblage en pivotement au volet 20b. Le volet 28 définit une section divergente de la tuyère à récupération de pression par rampe à simple expansion, et il peut être déplacé indépendamment ou en synchronisation avec le déplacement des volets 20, 22, afin de maintenir un angle de divergence optimal quelle que soit la surface de l'étranglement. Les parois latérales s'étendent suffisamment vers l'arrière pour permettre aux volets 20, 22 et 28 de coopérer avec les parois latérales, et ce à toutes les positions des volets. La voie de roulement 18 est configurée de manière à former une région convergente sensiblement symétrique immédiatement en amont de l'étranglement lorsque les jeux supérieur et inférieur de volets 20, 22 sont à la position représentée à la figure, 1 (à savoir échappement vers l'arrière pour une poussée vers l'avant). Avec la tuyère en position de poussée vers l'avant et avec les jeux supérieur et inférieur de volets 20, 22 coopérant pour définir une région convergente en amont de l'étranglement, la surface d'étranglement peut être variée en déplaçant simultanément les jeux supérieur et inférieur vers l'arrière ou vers l'avant. 2 6 0 4 2 1 5 La paroi fixe supérieure 32 est munie d'un prolongement pivotant vers l'extérieur qui est monté pivotant à l'extrémité aval du volet 28. Ce prolongement permet de caréner le flux d'air libre externe lors du déplacement du volet 28. Selon la figure 4, afin d'orienter la poussée produite par la tuyère (pour obtenir par exemple une poussée vers le haut), le jeu inférieur de volets 22 est rentré vers l'avant et le jeu supérieur de volets 20 est déplacé vers l'arrière de telle sorte que ces volets se déplacent le long de la voie de roulement courbe et laissent dégagée une ouverture tournée vers le bas. A cette position, le volet 28 est tiré vers le bas, et il ne définit plus une rampe d'expansion divergente. Dans le même temps, le volet de carénage externe 36, qui peut pivoter et coulisser le long de l'élément 32, descend vers le bas avec le volet 28. Ceci permet d'améliorer considérablement les garde-au-sol en atterrissage ou décollage vertical. Comme on l'a mentionné plus haut, chaque jeu de volets 20 et 22 peut comprendre plus ou moins de cinq volets, pourvu que la voie de roulement 18 soit adéquatement configurée afin de fournir la forme souhaitée pour la région de la tuyère en amont de l'étranglement. La figure 5 présente ainsi une tuyère avec deux éléments 20 dans le jeu supérieur et un élément 22 dans le jeu inférieur. Ceci permet de construire une tuyère plus légère et aérodynamique. En dehors du nombre d'éléments 20, 22 et de la forme de la voie de roulement 18, cette tuyère est d'une conception similaire à celle de la figure 1. On notera que les tuyères des figures 1 et 5 peuvent être réglées à différentes positions sur une plage s'étendant depuis une direction à 20 vers le haut par rapport à la position horizontale jusqu'à une direction à 90 vers le bas. Pour un vol normal en marche avant avec une orientation s'étendant sur une plage de 20 vers le haut ou vers le bas (pour le contrôle de l'assiette et de la profondeur de l'appareil), les volets 20b, 22b et 28 peuvent être réglés de manière à définir une tuyère convergente-divergente, qui apporte 1 a- vantage de ne produire une poussée supérieure que lorsque la tuyère est simplement une tuyère convergente. REVENDICATIONS I. Tuyère de propulsion à monter à l'extrémité de sortie d'un conduit d'échappement d'un turbomoteur à gaz, la tuyère (10) comprenant: (a) deux parois fixes espacées (14, 16) mutuellement en vis-à-vis, dont chacune est munie d'une voie de roulement (18); (b) deux parois mobiles espacées (20, 22) mutuellement en vis-à-vis, qui se positionnent et se déplacent dans les voies de roulement (18), les parois mobiles (20, 22) comprenant chacune un certain nombre d'éléments (20a; 22a) qui sont reliés entre eux par des moyens de pivotement (24) et qui s'étendent perpendiculairement aux parois fixes (14, 16), les parois mobiles (20, 22) coopérant avec les parois fixes (14, 16) pour définir une partie convergente et un étranglement de la tuyère (10) caractérisée en ce que: un volet (28) est relié en pivotement à son extrémité amont à une extrémité aval d'une des parois mobiles (20) et est actionnable, dans au moins un mode de fonctionnement, pour coopérer avec les parois fixes (14, 16) afin de définir une rampe d'expansion divergente en aval de l'étranglement de la tuyère (10). 2. Tuyère selon la revendication 1, dans laquelle les voies de roulement (18) sont configurées et positionnées par rapport aux parois mobiles (20, 22) de telle sorte que, dans un premier mode de fonctionnement, les parois mobiles (20, 22) peuvent être déplacées le long de la voie de roulement (18) afin que les éléments (20a, 22a) définissent une tuyère convergente avec l'étranglement de la tuyère tourné vers l'arrière par rapport au moteur de manière à fournir une poussée vers l'avant, et que, dans un deuxième mode de fonctionnement, les éléments (20a, 22a) définissent une tuyère convergente - avec l'étranglement tourné dans une direction inclinée par rapport à la direction tournée vers l'arrière, de manière à orienter la direction de poussée, caractérisée en ce que le volet (28) définit une rampe d'expansion divergente en aval de l'étranglement de la tuyère uniquement dans le premier mode de fonctionnement. 3. Tuyère selon la revendication 1, dans laquelle il est prévu une paroi extérieure fixe qui se situe le long de chacune des parois mobiles, caractérisée en ce que la paroi extérieure fixe (32) qui se situe le long de la paroi mobile (20) à laquelle est assemblé le volet (20) est munie d'un prolongement monté pivotant (36) à son extrémité aval, et le prolongement (36) coopère avec le volet (28) pour caréner le flux d'air libre externe s'écoulant sur le côté extérieur de la tuyère.