Brevet FR2629871A1 — publié le 19891013

Commande par vecteur de poussée. améliorant la manoeuvrabilité d'aéronefs propulsés par réaction L'invention concerne une commande par vecteur de poussée, pour améliorer la manoeuvrabilité d'aéronefs propulsés par réaction, en particulier d'avions de combat à hautes performances, avec un ou plusieurs volets basculant sur des axes fixés sur la cellule ou le propulseur, les volets étant basculés en cas de besoin dans un jet de gaz d'échappement de section variable, ainsi qu'une méthode d'utilisation de cette commande par vecteur de poussée. Une telle commande par vecteur de poussée est par exemple connue selon le document US-PS 40 52 007, dans lequel la zone des tuyères représentée est rectangulaire. De ce fait, deux volets mobiles dans des coulisses opposés l'un par rapport à l'autre, suffisent à modifier la section transversale de sortie des tuyères. Deux volets supplémentaires pivotant autour d'axes fixes par rapport au groupe de propulsion sont prévus en aval de la tuyère, dans le but de dévier le jet ou d'inverser la poussée. Lors de la déviation du jet, ceux-ci sont basculés sensiblement dans le même sens, lors de l'inversion de poussée, il sont basculés symétriquement à contresens. Le contour intérieur des volets tourné vers le jet du groupe de propulsion se développe sur la plus grande partie de sa longueur suivant une partie droite, précédée à l'entrée d'une courte zone convexe. Comme on le voit sur la figure 4, un angle de volet déjà très important est nécessaire pour obtenir une déflexion efficace du jet, lorsque la section transversale des tuyères est ouverte au minimum, par suite de la fixité des axes de volet par rapport au groupe de propulsion. On sait par des essais, que pour un angle d'impact du bord -de jet sur le contour intérieur du volet faisant plus de 30 , il apparaît un écoulement de retour partiel du jet, en principe comparable au cas de fonctionnement en inversion de poussée (figure 6). La partie de jet déviée de plus de s'écoulant vers l'arête avant du volet a pour conséquence aussi bien une perte de poussée qu'également une perte d'effort transversal et peut mener à des charges thermiques et mécaniques du groupe de propulsion ou de la cellule. Pour éviter les zones mortes, c'est-à-dire les retards indésirables de réaction, on fait s'appliquer constamment les volets de déflexion de jet sur le bord du jet, un refroidissement limité des volets étant possible au moyen de l'effet d'éjecteur (voir la figure 5 du brevet US-PS 40 52 007). Néanmoins, la charge thermique des volets est importante, de sorte que seuls sont utilisables des matériaux chers, résistants aux hautes températures. Une adaptation correspondante permanente de la position des volets est possible par exemple par le fait que le bord de jet pour toutes les manoeuvres de vol importantes et tous les états du groupe de propulsion est détecté et mis en mémoire dans l'ordinateur de bord. La détection du bord de jet pour tous les états de vol nécessaires est en tous cas extrêmement coûteuse. Par rapport aux inconvénients indiqués de l'état de la technique, le but de l'invention consiste à créer une commande par vecteur de poussée, pour améliorer la manoeuvrabilité d'aéronefs propulsés par réaction, qui améliore l'efficacité de la commande du jet, en évitant le plus possible les écoulements de retour et les zone; mortes et en permettant une détermination simple du bord de jet. En outre, les volets de déviation du jet doivent être thermiquement moins sollicités, eu égard à la durée de vie et au choix des matériaux. Le but de l'invention est atteint par une commande par vecteur de poussée dans laquelle le contour intérieur, tourné vers le jet de gaz d'échappement, de chaque volet présente dans la direction de l'écoulement une courbure double avec un point d'inversion (PI), une zone de contour convexe, partant de l'arête avant du volet, se transformant au point d'inversion en une zone de contour concave se terminant sur l'arête arrière du volet, et dans laquelle il y a au moins un capteur de mesure de pression, tel qu'un alésage de mesure de pression ou un tube de Pitot par 5. exemple, dans la zone de l'arête arrière du volet, sur le côté tourné vers le jet de gaz d'échappement, pour détecter une valeur de la pression fonction de la pression dynamique locale. Selon une méthode d'utilisation de la commande par vecteur de poussée selon l'invention, en vol normal, sans commande de jet, les volets sont basculés en une position située à l'extérieur du bord de jet du jet de gaz d'échappement, tandis que, peu avant les manoeuvres extrêmes de vol, les volets sont disposés avec la partie arrière de leur zone de contour concave sur le bord de jet, les volets rétrécissant le cas échéant légèrement le jet de gaz d'échappement, et que, lors de l'exécution de la ou des manoeuvre(s) extrême(s) de vol, les volets sont basculés de la valeur nécessaire à la déflexion souhaitée du jet ou suivent le bord du- jet, la détection du bord du jet s'effectuant à l'aide d'une valeur de pression fonction de la pression dynamique locale. La forme spéciale du contour intérieur des volets à courbure double et à point d'inversion permet d'obtenir des déviations de jet suffisantes (forces transversales) largement exemptes d'écoulement de retour, du fait que l'angle d'impact du bord de jet sur le contour intérieur du volet est inférieur à ce qu'il est pour des volets à contour interne droit ou seulement concave, dont les bords d'attaque et de fuite se trouvent au même endroit que là o se trouvent les bords du volet à courbure double. Dans le cas du volet selon l'invention, le point d'impact du bord de jet se trouve ainsi dans en amont des points d'impact des contours de volet connus se trouvant dans la même position. La mesure faisant qu'en vol normal les volets sont situés à l'extérieur du bord de jet contribue sensiblement à la diminution de leur sollicitation thermique. Le capteur de mesure de pression situé dans la zone de l'arête arrière du volet délivre un signal de pression lors de l'immersion du volet dans le jet de gaz d'échappement du groupe de propulsion, ce qui permet d'appliquer de manière simple et fiable les volets contre le bord du jet et de leur faire suivre le bord du jet, avant et pendant les manoeuvres de vol extrêmes. Selon des modes de réalisation préférés de l'invention, le capteur de mesure de pression de la commande par vecteur de poussée peut prendre la forme d'un alésage de mesure de pression partant du contour intérieur du volet et orienté en biais dans le sens de l'écoulement, dans l'intérieur du volet, la forme d'un alésage de mesure de pression partant du contour intérieur du volet et orienté perpendiculairement dans l'intérieur du volet, un élément de retenue ressortant du contour intérieur du volet étant disposé en aval de l'alésage de mesure de pression, la forme d'un tube de Pitot ressortant du contour intérieur du volet et orienté avec son embouchure face à l'arrivée de l'écoulement, la forme d'un quartz piézoélectrique, la forme d'un dispositif à jauge extensométrique (à modification de résistance), la forme d'un transmetteur inductif ou la forme d'un transmetteur capacitif. L'invention est expliquée plus à fond dansla suite à l'aide d'exemples de réalisation donnés non limitatif et représentés dans les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe longitudinale partielle dans la zone de tuyère du réacteur, ainsi que des volets, la figure 2 est une coupe longitudinale partielle comparable à la figure 1, pour un autre état de fonctionnement, la figure 3 est une coupe longitudinale partielle fortement agrandie à travers un alésage de mesure de pression, dans la zone de l'arête arrière de volet, la figure 4 est une coupe longitudinale partielle comparable à la figure 3, avec un autre agencement de l'alésage, la figure 5 est une coupe longitudinale partielle fortement agrandie dans la zone de l'arête arrière du volet, à proximité d'un tube de Pitot. Les figures 1 et 2 représentent deux états de fonctionnement différents de la commande par vecteur de poussée 1. La représentation de la figure 1 illustre par exemple les conditions survenant lors d'une post- combustion (reheat) maximale, c'est-à-dire pour une section transversale maximale de la tuyère du réacteur 14. La représentation de la figure 2 est par exemple valable pour une poussée sèche (fonctionnement à charge partielle jusqu'au maximum sec), la tuyère de réacteur 14 étant réglée à un diamètre notablement plus petit. La tuyère de réacteur 14 à section transversale variable peut posséder une forme de section transversale quelconque. Les formes rectangulaires ou rondes sont usuelles, formes auxquelles le contour extérieur du jet de gaz d'échappement 15 ou 17 s'adapte en conséquence. Les éléments actifs proprement- dits de la commande par vecteur de poussée sont les volets 2 disposés axialement derrière la tuyère de réacteur. Dans le cas o le jet de gaz d'échappement 15 ou 17 doit n'être dévié que dans une seule direction, un volet 2 pour chaque groupe de propulsion peut suffire dans des cas d'exception. En règle générale toutefois, plusieurs volets 2 actionnables indépendamment les uns des autres sont disposés tout autour de l'axe X du groupe de propulsion. En fonction des exigences concernant la mécanique des écoulements ou de construction, le contour intérieur 3 des volets 2, suivant la périphérie, peut être droit ou courbé. Chaque volet 2 possède un seul degré de liberté, c'est-à-dire qu'il est pivotant autour d'un axe Y fixe par rapport au groupe de propulsion ou fixe par rapport à la cellule. Mentionnons qu'il y a des solutions de construction coûteuse dans lesquelles les axes de volets sont disposés à l'extrémité libre de bras pivotants. Dans le cas présent, on ne considère toutefois que des modes de réalisation pour lesquels les axes Y présentent un écartement radial fixe par rapport à l'axe du groupe de propulsion X. Toutes les solutions connues sont prises en considération en tant que organes d'actionnement des volets 2, par exemple des unités piston-cylindre hydrauliques ou pneumatiques, des broches à roulement à billes entraînées électriquement, etc. Celles-ci ne constituent toutefois pas l'objet de l'invention et c'est pourquoi elles ne sont pas représentées. Dans la direction longitudinale du groupe de propulsion, le contour intérieur 3 des volets 2 est réalisé sous forme de courbe à courbure double, à point d'inversion PI. La zone de contour allant de l'arête avant du volet au point d'inversion PI est convexe, la zone allant du point d'inversion PI à l'arête arrière du volet est courbée de manière concave. La zone convexe améliore l'effet d'éjecteur des volets 2, ce qui fait que l'écoulement autour de la cellule est amélioré dans la zone de l'extrémité du groupe de propulsion, ce qui fait que les volets 2 et le jet de gaz d'échappement 15 ou 17 sont refroidis et selon les cas la poussée du groupe de propulsion peut être accrue. La forme convexe assure également que le jet de gaz d'échappement 15 ou 17 n'arrive pas sur le côté extérieur des volets 2, ce qui serait désavantageux pour leur refroidissement et leur efficacité pour la commande. La forme concave de la zone située après le point d'inversion PI fait que le bord du jet 16 ou 18 touche plus tôt le volet 2 (point d'inversion PI sur la figure 1 ou point A sur la figure 2) et sous un angle plus plat que pour un volet traditionnel (point C sur la figure 1 ou point B sur la figure 2), dont le contour intérieur ne possède aucun point d'inversion, les arêtes avant et arrière des deux types de volets étant situées au même endroit. Au moyen du contour intérieur selon l'invention, on peut repousser vers des angles de déviation de jet plus importants un écoulement de retour partiel du jet de gaz d'échappement 15 ou 17 vers l'arête avant du volet, par rapport aux solutions connues. L'écoulement de retour doit être évité, parce qu'il réduit aussi bien la composante longitudinale que la composante transversale du vecteur de poussée et sollicite de manière accrue thermiquement et mécaniquement les volets 2, y compris, le cas échéant, l'extrémité du groupe de propulsion. Lors d'essais avec de grandes plaques, planes en direction longitudinale, il s'est révélé que l'écoulement de retour survient pour des angles d'impact du bord de jet sur la plaque supérieurs à environ 30 . C'est pourquoi les volets 2 doivent être disposés de telle sorte, par rapport à la tuyère de réacteur 14, de telle sorte que le bord de jet 16 ou 18 ait toujours un impact sous un angle inférieur à 30 . Il faut également éviter un impact du jet dans la zone du rayon de nez du volet. L'axe de rotation du volet doit le cas échéant être disposé à l'extérieur radialement. Il est visible sur la figure 2 que le volet 2 doit être basculé sensiblement plus fortement pour les petites sections transversales du jet de gaz d'échappement 17, pour plonger dans celui-ci. Le point d'impact A du bord de jet 18 est situé alors en aval du point d'inversion PI. Même au point d'impact A, la déviation du jet est plus faible que pour un volet- classique, dont le contour intérieur est similaire au contour extérieur du volet 2 et pour lequel le point d'impact B serait valable, même si la différence n'est pas également aussi importante qu'à la figure 1. Afin que, en cas de besoin, la commande par vecteur de poussée travaille sans retard, les volets, conformément à l'invention, sont appliqués, peu avant et pendant chaque manoeuvre de vol extrême, sur le bord de jet et suivent celui-ci de manière continuelle. La présente invention utilise alors le fait que le jet de gaz d'échappement du groupe de propulsion possède une pression dynamique sensiblement plus élevée que l'air s'écoulant autour de la cellule. Les volets sont ainsi basculés vers l'intérieur, à partir d'une position située à l'extérieur du jet de gaz d'échappement, jusqu'à ce qu'un capteur enregistre dans la zone de leur arête arrière un accroissement détectable de la pression dynamique. Pour s'adapter au contour du jet qui se modifie fréquemment, les volets sont guidés de telle sorte que cet accroissement de pression dynamique est approximativement constant ou bien est une fraction constante de chaque pression de la chambre de précombustion de la tuyère. Ce guidage sert à éviter des zones mortes ou un rétrécissement du jet inutile, immédiatement avant la déviation du jet. Pendant la déviation du jet, les volets sont réglés à l'angle auquel est obtenue la force transversale désirée. On peut alors utiliser également mesure de la force transversale produite, la valeur de la pression captée sur les volets par les capteurs de pression et on peut entrer cette valeur dans le circuit de réglage de la commande par vecteur de poussée. Ce mode de détection de la force transversale devrait être plus précis et plus simple que la mesure connue de la pression de cylindre de réglage des volets, qui est influencée de plus par les forces dues à la masse. Une fois achevé le processus de déviation du jet, les volets sont, conformément à l'invention, à nouveau éloignés du bord du jet, pour être refroidis. Selon l'invention, on utilise par exemple pour capteur de mesure de pression des canaux de mesure de pression, dont trois modes de réalisation donnés à titre d'exemple sont illustrés sur les figures 3,4 et 5. La figure 3 montre un alésage de mesure de pression orienté en biais, dont l'embouchure située dans le contour intérieur 5 du volet 4 détecte une valeur de pression mixte, mélange de pression totale et de pression statique, du fait de l'agencement en biais. Le volet 6 de la figure 4 est pourvu d'un alésage de mesure de pression 12, qui est orienté perpendiculairement au contour intérieur 7. Un élément de retenue 11 fait en saillie par rapport au contour intérieur 7 lisse, en aval de l'alésage de mesure de pression 12, et ralentit l'écoulement au voisinage de la paroi dans la zone de l'alésage. Le signal de pression est de ce fait amplifié et l'on obtient un meilleur comportement en réponse. La figure 5 représente enfin un volet 8, de l'arête arrière duquel un tube de Pitot fait le tour. L'embouchure du tube de Pitot 13 se trouve à une certaine distance du contour intérieur 9, qui correspond par exemple approximativement à l'épaisseur de la couche limite. La pression plus forte dans le tube de Pitot - liée au fort gradient de pression totale du bord du jet - procure des avantages semblables à ceux de l'élément de retenue précédent, mais encore plus prononcés. On comprend bien - que le tube de Pitot 13 doit être formé d'un matériau résistant à la chaleur. Les solutions représentées sur les figures 3 à 5, ainsi que toutes les autres solutions entrant dans le cadre de l'invention, reposent sur le principe qu'une valeur de pression dépendant de la pression dynamique locale dans la zone de l'arêt arrière des volets est détectée en tant que grandeur caractéristique. La détection ne s'effectue pas forcément par des moyens touchant à la mécanique des écoulements. Tous les capteurs de mesure de pression pensables peuvent être pris en considération, par exemple des transmetteurs inductifs ou capacitifs, des dispositifs extensométriques ou des quartz piézoélectriques. REVENDICATIONS 1. Commande par vecteur de poussée, pour améliorer la manoeuvrabilité d'aéronefs propulsés par réaction, en particulier d'avions de combat à hautes performances, avec un ou plusieurs volets basculant sur des axes fixés sur la cellule ou le propulseur, volets basculés en cas de besoin dans un jet de gaz d'échappement de section variable, caractérisé en ce que le contour intérieur (3,5,7,9), tourné vers le jet de gaz d'échappement (15,17), de chaque volet (2,4,6,8) présente dans la direction de l'écoulement une courbure double avec un point d'inversion (PI), une zone de contour convexe, partant de l'arête avant du volet, se transformant au point d'inversion (PI) en une zone de contour concave se terminant sur l'arête arrière du volet, et en ce qu'il y a au moins un capteur de mesure de pression ( par exemple alésage de mesure de pression 10,12; tube de Pitot 13) dans la zone de l'arête arrière du volet, sur le côté tourné vers le jet de gaz d'échappement, pour détecter une valeur de la pression fonction de la pression dynamique locale. 2. Commande par vecteur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression est réalisé sous forme d'alésage de mesure de pression (10) partant du contour intérieur (5) du volet (4), orienté en biais dans le sens de l'écoulement, dans l'intérieur du volet (Fig.3). 3. Commande par vecteur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression est réalisé sous forme d'un alésage de mesure de pression (12) partant du contour intérieur (7) du volet (6), orienté perpendiculairement dans l'intérieur du volet, et en ce qu'un élément de retenue (11) ressortant du contour intérieur (7) du volet (6) est disposé en aval de l'alésage de mesure de pression (12) (Fig.4). 4. Commande par vecteur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression est réalisé sous forme d'un tube de Pitot (13) ressortant du contour intérieur (9) du volet (8), orienté avec son embouchure face à l'arrivée de l'écoulement (Fig.5). 5. Commande par vecteur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression est réalisé sous forme de quartz piezoélectrique. 6. Commande par vecteur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression est réalisé sous forme de dispositif à jauge -extensométrique (à modification de résistance). 7. Commande par vecteur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression est réalisé sous forme de transmetteur inductif. 8. Commande par vecteur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression est réalisé sous forme de transmetteur capacitif. 9. Méthode d'utilisation de la commande par vecteur de poussée selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en vol normal, sans commande du jet, les volets (2,4,6,8) sont basculés en une position située à l'extérieur du bord de jet (16,18) du jet de gaz d'échappement (15,17), en ce que, peu avant les manoeuvres extrêmes de vol, les volets (2,4,6,8) sont disposés avec la partie arrière de leur zone de contour concave sur le bord de jet (16,18), en rétrécissant le cas échéant légèrement le jet de gaz d'échappement (15,17) , et en ce que, lors de l'exécution de la ou des manoeuvre(s) extrême(s) de vol, les volets (2,4,6,8) sont basculés de la valeur nécessaire à la déflexion souhaitée du jet, ou suivent le bord du jet (16,18), la saisie du bord du jet (16,18) s'effectuant à l'aide d'une valeur de pression fonction de la pression dynamique locale (alésage de mesure de pression 10,12; tube de Pitot 13).