Brevet FR2622637A1 — publié le 19890505

La présente invention concerne des buses d'échappement et plus particulièrement de telles buses utilisées conjointement avec des dispositifs de propulsion à hélice propulsive. Les dispositifs de propulsion d'aéronefs comportent un moteur, une nacelle, un moyeu et une pluralité de pales d'hélice. Le moteur qui est logé dans la nacelle, entraîne en rotation le moyeu sur lequel sont montées les pales d'hélices. Dans les dispositifs de propulsion du type à hélice propulsive le moyeu et les pales d'hélice sont placées en arrière du moteur et de la nacelle. Du fait que les pales d'hélice sont montées en arrière du moteur, ces pales sont soumises au courant de gaz d'échappement très chaud sortant du moteur. Généralement les pales d'hélice n'ont pas été capables de résister à la chaleur du courant de gaz d'échappement de moteurs à turbine à gaz et pour y remédier plusieurs solutions ont été envisagées. Dans le brevet GB-586 557 le courant de gaz d'échappement est dirigé à travers une portion de racine de la pale d'hélice. Les conduits exigés pour un tel dispositif contribuent à augmenter considérablement le poids du dispositif de propulsion. Dans le brevet GB-601 170 deux autres solutions sont décrites. Dans une solution une pluralité de buses à lobes qui s'étendent radialement autour d'une nacelle de moteur, répartissent le gaz d'échappement du moteur d'une manière rectiligne vers l'arrière en travers des pales d'hélice. Le gaz d'échappement se mélange avec l'air ambiant pour abaisser la température du gaz d'échappement à un point tel que les pales d'hélice puissent théoriquement le tolérer. On notera cependant que les pales d'hélice sont montées à une bonne distance de la buse d'échappement. L'appareil exigé pour le montage des hélices aussi loin en arrière des buses d'échappement contribue à augmenter notablement le poids d'un dispositif de propulsion. En outre la longueur des buses dans le sens radial contribue à augmenter le poids et la trainée. Dans la seconde solution le courant de gaz d'échappement du moteur est conduit à l'extérieur du diamètre externe des hélices si bien que le courant de gaz d'échappement très chaud n'interfère pas avec les pales d'hélice. Comme dans le cas de la première solution, les conduits s'étendant radialement contribuent à augmenter considérablement le poids et la trainée. Par conséquent on recherche de nouveaux types de protection pour des pales d'hélice. Un but de l'invention est de fournir une buse qui réduit au minimum la température du courant de gaz d'échappement venant frapper une pale d'hélice et qui entraîne une trainée et un poids relativement faibles. Suivant l'invention une buse d'échappement s'étend à partir d'une nacelle de moteur et elle comporte un orifice disposé suivant un angle aigu avec l'axe tel que le courant de gaz d'échappement soit soufflé sur un tronçon de longueur de la pale d'hélice. L'orifice comporte une pluralité d'aubes directrices qui sont disposées suivant des angles particuliers dans cet orifice afin de conformer d'une manière plus efficace le courant de gaz d'échappement. En étalant le courant de gaz d'échappement sur la longueur de l'hélice, le mélangeage du courant de gaz d'échappement avec l'air ambiant est rendu maximal, ce qui entraîne un abaissemcnt de la température du courant de gaz d'échappement à des niveaux tolérables. Suivant une caractéristique de l'invention, en baignant un tronçon de longueur des pales d'hélice avec le courant de gaz d'échappement, la nécessité d'un dégivrage de l'hélice est réduite au minimum. On décrira ci-après, à titres d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe longitudinale, d'un dispositif de propulsion comportant une forme d'exécution de la buse d'échappement suivant l'invention. La figure 2 est une vue à plus grande échelle de la buse de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe de la buse de la figure 2 faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est un graphique illustrant la forme et la température du courant de gaz d'échappement dans le plan des pales, le courant de gaz d'échappement étant passé à travers une buse dépourvue d'aubes s'étendant suivant des angles particuliers. La figure 5 est un graphique illustrant la forme et la température du courant de gaz d'échappement dans le plan des pales, le courant de gaz d'échappement ayant passé à travers la buse de la figure 2. Si on se réfère à la figure 1, on y voit une forme d'exécution d'un dispositif à hélices propulsives 10 à contre rotation. Le dispositif de propulsion qui est disposé autour d'un axe central 12, comporte un moteur à turbine à gaz 14 logé dans une nacelle 16, une boite de vitesse 18 et deux moyeux ,22 tournant en sens inverse l'un de l'autre et dans lesquels sont montées une pluralité de pales d'hélice 24. Le moteur entraîne en rotation les moyeux et les hélices, en sens inverse, par l'intermédiaire de la boite de vitesse ainsi qu'il est bien connu dans la technique. Le courant de gaz d'échappement du moteur qui peut être à une température d'environ 650 C, est collecté par une pluralité de buses 26 qui sont espacées les unes des autres autour de la nacelle. Si on se référe à la figure 2, on voit que chaque buse 26 est fixée, par une première portion 28, à une aube directrice de sortie de turbine 30, elle comporte une deuxième portion 32 qui est incurvée vers l'extérieur suivant sensiblement un angle de 450 et qui passe à travers la nacelle, et une troisième portion 34 qui est incurvée vers l'arrière en tendant à être parallèle à l'axe 12. La troisième portion se termine par un orifice 36. Cet orifice comprend un bord amont 38 qui s'étend à une distance d'environ 25cm de la nacelle, et un bord aval 40 qui s'étend à environ 6,3cm de la nacelle 16. Les bords amont et aval sont reliés par un plan 39 qui s'étend à partir d'un point 41 (voir la figure 1) qui est situé sur l'axe 12, en aval de l'orifice 36, et qui forme avec l'axe un angle aigu d'environ 30 . Le bord aval 40 est situé à environ lOcm d'un bord d'attaque 43 d'une pale d'hélice 24. Le bord amont 38 de l'orifice est situé à environ 43cm du bord d'attaque de la pale d'hélice. Le bord amont 38 de l'orifice 36 est disposé suivant un angle d'environ 60 par rapport à l'axe 12. Le bord aval 40 est disposé suivant un angle d'environ 15 par rapport à l'axe 12. Quatre aubes 42 (a-d) sont disposées en travers de l'orifice 36 afin de diriger le courant de gaz d'échappement vers l'extérieur de l'orifice. Ces aubes sont disposées symétriquement entre l'angle de 60 du bord amont 38 et l'angle de 15 du bord aval 40; l'aube 42a forme un angle environ 51 par rapport à l'axe, l'aube 42b forme un angle d'environ 42 , l'aube 42c forme un angle d'environ 330 et l'aube 42d forme un angle d'environ 24 . Ces aubes conforment le courant de gaz d'échappement, comme il sera précité ci-après, et elles récupèrent une certaine partie de la poussée perdue à cause du fait que le courant de gaz d'échappement n'est pas dirigé parallèlement à l'axe 12. L'angle et le nombre des aubes dépendent, ainsi que cela est évident pour l'homme du métier, de l'angle du plan 39, de la vitesse et de la température des gaz d'échappement et de la distance de la pale par rapport à la buse. La figure 3 montre l'orifice 36 de la buse. Cet orifice approximativement la forme d'une "larme". La forme en "larme" contribue à assurer que chaque point sur la longueur de chaque pale se trouve dans le courant de gaz d'échappement de chaque buse approximativement pendant la même période de temps si bien qu'un chauffage inégal (par le gaz d'échappement) et un refroidissement inégal (par l'air ambiant entre les buses) de chaque pale ne peuvent se produire. Les points qui sont situés, le long de la pale, vers l'intérieur dans le sens radial sont soumis à un mouvement angulaire plus lent que les points situés à l'extérieur dans le sens radial. Par conséquent la forme en "larme" contribue à assurer que les points qui, le long de la pale, se déplacent angulairèment le plus lentement, passent à travers une bande du courant de gaz d'échappement relativement étroite et que les points, le long de la pale, qui se déplacent angulairement plus rapidement, passent à travers une bande du courant de gaz d'échappement relativement large. La portion amont 38 de l'orifice est approximativement parabolique en créant ainsi une forme aérodynamique qui réduit le bruit et la trainée. Les aubes disposées suivant certains angles, le bord amont et le bord aval assurent en outre un chauffage et un. refroidissement réguliers par suite de la conformation du courant de gaz d'échappement. Si des aubes disposées suivant des angles particuliers ne sont pas utilisées pour canaliser le courant de gaz d'échappement vers l'extérieur, l'air ambiant relativement froid et lourd tend & aplatir le courant de gaz d'échappement tandis qu'il s'approche des pales. La figure 4 qui est un graphique du profil de température du courant.de gaz d'échappement à travers lequel chaque pale passe, montre un tel courant de gaz d'échappement aplati. Les courbes de la figure 4 sont fonction du rapport: (température à l'endroit de la pale TLOC) - température ambiante TAMB/ température du gaz d'échappement TJET - TAMB. Une valeur de référence 10 indique la température la plus élevée au-dessus de la température ambiante tandis qu'une valeur de référence 1 indique la température la plus basse au-dessus de la température ambiante. On notera l'aire 10 très importante et la large répartition du courant de gaz d'échappement. Une telle répartition peut conduire à un chauffage et un refroidissement inégaux susceptibles d'endommager la pale. La figure 5 représente la répartition du courant de gaz d'échappement qui passe à travers les aubes 42a-d ayant leurs angles d'inclinaison particuliers. On notera que l'aplatissement est réduit au minimum et que les températures les plus élevées, (valeurs de références 9 et 10) sont à peu près éliminées. La buse assure un profil bas qui réduit au minimum la trainée et le poids. L'angle de dispersion peut réduire la température du gaz d'échappement venant frapper les pales jusqu'à une valeur aussi basse que 126 C, température que des pales en aluminium peuvent accepter. L'homme du métier comprendra que la distance entre la buse et la pale et les angles que forment, par rapport à l'axe longitudinal, l'ouverture de la buse et les aubes directrices se trouvant dans l'orifice de la buse dépendent des différentes exigences de chaque application. Des vitesses différentes du courant de gaz d'échappement, des fréquences de vibration des pales différentes, des températures des gaz d'échappement différentes et des exigences différentes en matière de bruit entrainent des variations des angles et des distances relatives. REVENDICATIONS 1.- Appareil pour diriger le courant de gaz d'échappement d'un dispositif de propulsion qui est disposé autour d'un axe (12) et qui comporte un moteur à turbine à gaz (14), une nacelle (16) entourant ce moteur (14), et une pluralité de pales d'hélice (24), ces pales étant montées en arrière du moteur (14) et entraînées en rotation par ce moteur, caractérisé en ce qu'il comprend une buse (26) pour recevoir le courant de gaz d'échappement provenant du moteur (14) et s'étendant à travers la nacelle (16) en amont des hélices, pour projeter le courant de gaz d'échappement dans l'atmosphère et baigner avec ce courant les pales d'hélice (24), cette buse ayant un orifice (36) défini par un plan s'étendant, suivant un angle aigu, à partir d'un point (41) situé sur l'axe (12), en aval de la buse (26), si bien que le courant de gaz d'échappement est étalé sur un tronçon de la longueur des pales d'hélice (24), et des moyens (42a,42b,42c,42d) disposés dans l'orifice (36) pour conformer le courant de gaz d'échappement projeté à partir de la buse (26) de telle façon que les pales d'hélice (24) soient protégées à l'égard de la température du courant de gaz d'échappement. 2.- Appareil.suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la buse (26) a un orifice (36) approximativement en forme de "larme", ayant une petite largeur du côté intérieur et une plus grande largeur du côté extérieur, si bien que des points situés sur un tronçon de longueur de chacune des pales d'hélice (24) sont plongés approximativement pendant la même période de temps dans le courant de gaz d'échappement tandis que les pales d'hélice (24) tournent. 3.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la buse (26) comporte un Lord amont (38) formant un angle aigu avec l'axe (12) et un bord aval (40) formant, avec l'axe (12), un angle plus aigu que le bord amont (38), et les moyens disposés dans l'orifice (36) sont caractérisés par une pluralité d'aubes (42a - 42d). 4.- Appareil suivant la revendication 3 caractérisé en ce que chacune des aubes (42a-42d) est disposée suivant un angle qui va progressivement en diminuant du bord amont (38) au bord aval (40).