Brevet FR2660013A1 — publié le 19910927

i "Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsi- ves comportant un bord d'entrée susceptible d'être déplacé au moyen d'un dispositif de réglage " L'invention concerne un turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives pour un avion, avec une enveloppe entourant les hélices propulsives et qui comporte un bord d'entrée avec un tronçon annu- laire supérieur par rapport à l'avion et qui est réalisé sous la forme d'une partie profilée distincte et susceptible d'être déplacé à partir de l'enveloppe au moyen d'un dispositif de réglage. Dans un turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives, le nombre de Mach axial entre l'entrée et la sortie du propulseur se situe au voisi- nage de 0,75 à 0,78, tandis que dans un turbo propul- seur conventionnel, le nombre de Mach axial typique est à l'entrée de 0, 65 et à la sortie de 0,45 Ce ralentissement, plus accentué dans le cas du turbo propulseur conventionnel que dans le cas des hélices propulsives enveloppes, de l'écoulement se produisant en vol lorsqu'il traverse le propulseur, se traduit par une courbure plus accentuée du contour externe de l'enveloppe du propulseur, ou bien par un plus grand diamètre maximal de l'enveloppe du propulseur, rappor- té au diamètre de la veine d'air entrant, comme près de l'enveloppe des hélices propulsives. Ce contour élancé particulièrement favorable à l'écoulement, souhaitable en vol normal du point de vue de la traînée aérodynamique de l'enveloppe, et qui est possible tout au moins pour des hélices propulsi- ves contrarotatives enveloppes, est cependant sensible d'une façon beaucoup plus accentuée que le contour d'enveloppe habituel du turbo propulseur conventionnel en ce qui concerne le décollage de l'écoulement en cas d'écoulement incident défectueux Il est cependant nécessaire que, pour tous les écoulements incidents défectueux survenant au cours des vols, des décollages de l'écoulement contre l'enveloppe, aussi bien sur la face interne qu'également sur la face externe, si c'est éventuellement le cas, soient évités Ceci est valable pour tous les nombres de Mach en vol et tous les angles d'incidence de l'avion, ainsi que dans l'ensemble, de l'étendue de fonctionnement du propul- seur. Notamment lors du démarrage, c'est-à-dire lors du roulement et du décollage (rotation), ainsi que lors du vol ascendant, de tels écoulements inci- dents défavorables peuvent se produire au voisinage du bord antérieur de l'enveloppe, de sorte qu'il peut se produire à cet endroit des décollages de l'écoulement. Ces décollages de l'écoulement peuvent alors survenir aussi bien à l'intérieur qu'également à l'extérieur de l'enveloppe, et en outre, seulement dans des zones déterminées (en haut ou en bas) ou bien le long de toute la périphérie. Particulièrement critiques sont les décolla- ges d'écoulement à l'extérieur dans le haut, à cause de leur influence défavorable sur l'écoulement inci- dent de l'aile disposée la plupart du temps derrière, influence défavorable qui doit être absolument évitée. Cela se produit pour de grands angles d'incidence du propulseur ou de l'avion, tels qu'ils se présentent lors de la rotation et en vol ascendant Dans ce cas, il y a lieu, en outre, de craindre également, un décollage critique de l'écoulement à l'intérieur et en bas sur l'enveloppe en relation avec l'écoulement incident du propulseur. Il y a des solutions avec géométrie variable dans la zone de l'entrée de l'enveloppe, telles que celles décrites dans le document US-A 3 446 223, dans lesquelles derrière la lèvre, il est prévu des clapets répartis sur la périphérie, à travers lesquels l'air venant de l'extérieur peut être insufflé vers l'inté- rieur et à l'arrière De ce fait, le décollage est évité tout autour sur la face interne de l'enveloppe, c'est-à-dire une amélioration ne peut être obtenue que dans le cas plutôt non critique d'une tendance au décollage tout autour à l'intérieur, auquel cas, le propulseur lui-même a une aptitude à stabiliser l'écoulement à l'entrée du propulseur. Dans une autre solution, la partie d'entrée est réalisée sous la forme d'un anneau susceptible d'être déplacé axialement, de sorte qu'il apparait un canal annulaire à travers lequel l'air peut s'écouler de l'extérieur vers l'intérieur et le bas Cette deuxième solution doit en conséquence, être appréciée de façon analogue à la première Une réalisation ana- logue à cette proposition a été décrite dans le docu- ment DE-OS 20 48 588, réalisation dans laquelle des problèmes de vibrations pour la partie d'entrée réagissant de façon autonome à la pression statique doivent en outre, être pris en compte De plus, cette réalisation s'avère mécaniquement coûteuse Il n'est également pas possible d'influencer l'écoulement sur la face externe supérieure de l'enveloppe. Partant de là, le but de l'invention est de réaliser un turbo propulseur à double flux et à héli- ces propulsives, de façon qu'en cas d'un écoulement incident critique de l'enveloppe, les décollages de l'écoulement puissent être évités. A cet effet, le turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives conforme à l'invention, est caractérisé en ce que, lorsque le tronçon annulai- re est sorti, un canal en forme de fente s'étendant vers l'arrière et le haut se forme entre ce tronçon annulaire supérieur et l'enveloppe. Les avantages essentiels de l'invention résident en ce qu'en sortant la partie profilée ou bien les parties profilées, lorsqu'il en est prévu une aussi bien dans le haut qu'également dans le bas, la pression de décollage peut être évitée de façon cer- taine Ceci a pour conséquence qu'un avion équipé avec un turbo propulseur à double flux et à hélices propul- sives, conforme à l'invention, peut supporter des angles d'incidence importants sans décollage sur les nacelles, ce qui à son tour, se traduit par une sécu- rité de vol augmentée dans ces conditions critiques. Il est en outre avantageux que l'on puisse obtenir un contour externe de l'enveloppe au total symétrique en rotation, et qu'un contour d'enveloppe optimal du point de vue de la résistance à l'air, c'est-à-dire un contour élancé puisse être réalisé, sans avoir à se préoccuper des écoulements incidents défectueux précités En outre, le contour et la géomè- trie des parties profilées peuvent être adaptés au cas suivant particulièrement critique d'écoulement inci- dent défectueux. Le canal prenant naissance sur la face supé- rieure de l'enveloppe, lors de la sortie de la partie profilée, est alors conformé de façon que l'écoulement pénètre sur la face interne de l'enveloppe et traverse le canal dans le sens oblique vers l'arrière, puis balaie la face externe de l'enveloppe Ainsi, un décollage de l'écoulement dans le haut sur la face externe est efficacement évité. L'autre canal prenant naissance lors de la sortie de la partie profilée sur le côté inférieur de l'enveloppe est par ailleurs, conformé de façon à ren- dre possible une entrée de l'écoulement de l'extérieur à travers le canal et d'éviter ainsi le risque de décollage dans le bas sur la face interne de l'enve- loppe Les contours arrières des parties profilées susceptibles d'être sorties sont, en conséquence, con- formés de façon différente. Un complément de l'invention prévoit que les parties profilées sont susceptibles de pivoter autour d'un axe horizontal Dans ce cas, une partie profilée est fixée sur l'enveloppe de façon à pouvoir pivoter au moyen de charnières à ses extrémités périphériques, le dispositif de réglage venant en prise dans le milieu d'une partie profilée. Cette réalisation présente l'avantage qu'el- le peut être mécaniquement beaucoup mieux maîtrisée que les clapets ou anneaux connus jusqu'alors Il est en outre avantageux que l'on obtienne une réalisation de la hauteur du canal à peu près sinusoïdale (c'est- à-dire de la forme d'une demi onde sinusoïdale), qui correspond à la force souhaitable de l'impulsion le long de la périphérie pour stimuler l'écoulement On obtient ainsi un écoulement d'air réparti sur le tron- çon périphérique de la partie profilée, dont le débit correspond à l'intensité de la tendance au décollage de l'écoulement existant dans la zone périphérique considérée. D'autres améliorations sont caractérisées en ce que la partie profilée supérieure, sur son côté opposé au bord d'entrée, et le bord antérieur de l'enveloppe maintenu stationnaire, sont construits de façon telle que le canal prenant naissance s'étend radialement vers l'extérieur et vers l'aval 1 une partie profilée est en outre prévue sur un tronçon annulaire inférieur du bord d'entrée. la partie profilée inférieure, sur son côté opposé au bord d'entrée, et le bord antérieur de l'enveloppe maintenue stationnaire, sont construits de façon telle que le canal prenant naissance s'étend radialement vers l'intérieur et vers l'aval. les dispositifs de réglage des parties profilées sont susceptibles d'être déplacés indépen- damment l'un de l'autre. les dispositifs de réglage sont raccordés à une unité de commande, susceptible de recevoir des paramètres de l'état de vol et de propulseurs, et qui sort ou bien rentre en fonction de ces paramètres, les parties profilées. les parties profilées sont chacune suscep- tibles de pivoter sur un axe horizontal. une partie profilée est fixée à ses extré- mités périphériques par des charnières sur l'enveloppe et que le dispositif de réglage vient en prise dans le milieu d'une partie profilée. les charnières sont réalisées sous la for- me de goujons horizontaux qui sont rapportés, d'une part, sur la partie profilée et, d'autre part, sur des parties fixes limitrophes du bord L'invention va être ci-après exposée plus en détail à l'aide d'exemples de réalisation préférés et en se référant aux dessins ci-joints. la figure 1 montre schématiquement, l'écoulement incident pour une puissance élevée et un angle d'incidence important, la figure 2 montre schématiquement l'écou- lement incident pour une puissance réduite et un angle d'incidence important, la figure 3 est une coupe axiale d'un tur- bo propulseur avec des parties profilées sorties, la figure 4 est une coupe axiale d'une partie antérieure d'une enveloppe avec des parties profilées rentrées, la figure 5 est une vue avant de l'enve- loppe selon la figure 4, la figure 6 a est un diagramme de la hau- teur du canal en fonction de l'angle périphérique, la figure 6 b est une représentation des relations angulaires, la figure 7 est une coupe longitudinale schématique du bord d'entrée de l'enveloppe. Aux figures 1 et 2 sont représentés, schéma- tiquement, les deux cas particulièrement critiques qui peuvent être améliorés au moyen du dispositif selon l'invention. A la figure 1 est représenté le cas d'un propulseur pour une puissance élevée et un angle d'in- cidence important B, c'est-à-dire que l'air s'écoule dans l'enveloppe 2 selon le sens de la flèche 19 Des conditions de ce genre surviennent, par exemple, lors du démarrage de l'avion Les deux courbes de points de stagnation 20 a et 20 b sont bombées vers l'extérieur, c'est-à-dire qu'un volume d'air important est aspiré dans l'enveloppe 2 Dans ce cas, il apparaît une ten- dance importante au décollage sur le bord inférieur de l'enveloppe 2, ce qui est indiqué par la flèche 21 b. Ce décollage agit de façon négative sur le propulseur disposé derrière, et il doit être absolument évité, car, de ce fait, le propulseur est mis en danger de décollage, les ailettes sont mécaniquement très solli- citées, et, en outre, il se produit un bruit considé- rable. Les conditions indiquées à la figure 2 d'un angle d'incidence important " pour un propulseur au ralenti ou à l'arrêt, sont également critiques Dans ce cas, il ne s'écoule que peu d'air dans l'enveloppe 2, de sorte que les courbes de points de stagnation 20 a et 20 b sont courbées vers l'intérieur Dans ce cas, il y a particulièrement lieu de craindre le décollage de l'écoulement sur le bord supérieur de l'enveloppe 2 (flèche 21 a) Ce décollement peut avoir des effets négatifs sur l'aile placée derrière, de sorte qu'il doit être également évité. A la figure 3 est représenté un turbo pro- pulseur à double flux et à hélices propulsives 1 qui est essentiellement constitué de deux rotors 3 a et 3 b d'hélices propulsives entourés par une enveloppe 2 En aval du rotor arrière 3 b d'hélices propulsives, le canal d'écoulement 4 se subdivise en un canal de déri- vation 5 et une admission 6 pour le propulseur central 7 entraînant les rotors 3 a et 3 b des hélices propulsi- ves. Le propulseur central 7 est essentiellement constitué d'un compresseur moyenne pression 8, d'un compresseur haute pression 9, d'une chambre de combus- tion 10, d'une turbine haute pression 11, qui est cou- plée par l'intermédiaire d'arbres, non représentés, au compresseur haute pression 9, et d'une turbine basse pression 12 qui est couplée, de la même façon, au com- presseur moyenne pression 8 et aux deux rotors 3 a et 3 b des hélices propulsives tournant en sens inverse. Il est alors possible de réaliser la turbine basse pression 12 sous la forme de turbine tournant en sens inverse, qui est reliée par l'intermédiaire de deux arbres tournant en sens inverse aux deux rotors 3 a et 3 b d'hélices propulsives, ou bien une turbine basse pression unique 12 est reliée par un arbre unique à une transmission qui répartit la puissance appliquée par la turbine sur les deux rotors 3 a et 3 b des héli- ces propulsives. L'enveloppe 2 est reliée au propulseur cen- tral 7 par l'intermédiaire de nervures de soutien 13 réparties sur la périphérie, tandis que le propulseur central 7 est fixé, par l'intermédiaire d'un disposi- tif de maintien 14, non représenté plus en détail, à l'avion, notamment à l'aile de cet avion. La réalisation conforme à l'invention, pré- voit que le long du bord d'entrée 15 de l'enveloppe 2, dans au moins un secteur, est rapportée une partie profilée 16 a ou bien 16 b en forme de tronçon d'anneau, et qui est susceptible d'être déplacée à partir de l'enveloppe 2 de façon qu'entre la partie profilée 16 a ou bien 16 b et l'enveloppe, soit dégagé un canal 17 a ou bien 17 b Dans la forme de réalisation représentée, deux parties profilées 16 a et 16 b sont rapportées sur l'enveloppe 2 respectivement dans le haut et dans le bas Il est cependant tout aussi possible de rappor- ter, en cas de besoin, une telle partie profilée 16 a ou bien 16 b seulement dans le haut ou bien seulement dans le bas, lorsque dans l'autre zone, grâce à d'au- tres dispositions ou bien grâce à une géométrie parti- culière, il n'y a pas de tendance ou seulement une tendance réduite au décollage de l'écoulement. Il est toutefois particulièrement avantageux de réaliser de telles parties profilées 16 a et 16 b, aussi bien dans le haut que dans le bas, et d'obtenir, par commande distincte de ces parties, un écoulement exempt de décollage à l'entrée de l'enveloppe 2. Les parties profilées 16 a ou bien 16 b sont susceptibles d'être déplacées à peu près en direction axiale du propulseur par des dispositifs de réglage 18 a et 18 b, ces dispositifs de réglage 18 a, 18 b étant, de préférence logés dans l'enveloppe 2 Les disposi- tifs de réglage 18 a, 18 b peuvent être réalisés sous la forme de vérins hydrauliques, de broches ou d'autres dispositifs appropriés. A la figure 4 est représenté le dispositif conforme à l'invention avec les parties profilées 16 a, 16 b rentrées, c'est-à-dire que ces parties s'appli- quent contre l'enveloppe 2, de sorte que les canaux 17 a et 17 b (voir figure 3) existants lorsque ces par- ties sont sorties, sont dans ce cas, fermés. Une caractéristique essentielle de l'inven- tion consiste en ce que les canaux 17 a ou bien 17 b sont orientés dans le plan du dessin de la gauche et depuis le bas, vers le droite et vers le haut pour obtenir l'écoulement souhaité Sur la figure corres- pondante 1, est indiqué le cas d'une forte incidence pour une puissance de propulseur élevée, c'est-à-dire que l'air arrive selon le sens indiqué par la flèche 19 Les références 20 a et 20 b indiquent les courbes de points de stagnation représentés sous la forme de traits points, et la flèche 21 b indique la tendance au décollage de l'écoulement sur la surface interne infé- rieure 23 de l'enveloppe 2 De façon correspondante, la figure 2 montre le cas d'une incidence élevée pour une puissance réduite du propulseur, auquel cas des tendances au décollage apparaissent sur la surface externe supérieure 22 de l'enveloppe 2, et sont indi- quées par la flèche 21 a. La figure 5 est une vue avant de l'enveloppe 2, dans laquelle sur le secteur supérieur 24 et sur le secteur inférieur 25, sont rapportées les parties pro- il filées 16 a et 16 b Les deux secteurs 24 et 25 corres- pondent, à peu près, à un quart de la périphérie de l'enveloppe 2 c'est-àdire que l'angle par rapport à l'horizontale est d'environ 450 Mais cet angle peut être choisi également plus petit ou plus grand selon les exigences. Les parties profilées 16 a et 16 b sont mon- tées sur l'enveloppe 2 au moyen de charnières 26, ces charnières 26 étant fixées aux extrémités périphéri- ques 27 des parties profilées 16 a et 16 b Les disposi- tifs de réglage 18 a, 18 b (voir figure 3) viennent en prise en des points de fixation 28 a et 28 b placés sur les parties profilées 16 a et 16 b au milieu par rapport à leur extension périphérique Les charnières compor- tent, de préférence, des goujons orientés horizontale- ment, qui sont montés d'une part, sur la partie profi- lée correspondante 16 a, 16 b et, d'autre part, sur les parties contiguës fixes 29 a, 29 b du bord d'entrée. La figure 6 montre un diagramme dans lequel la largeur S du canal (voir figure 7) est reportée en fonction de l'angle périphérique p (figure 5) La lar- geur S du canal dépend, en outre, de l'angle a selon lequel la partie profilée 16 a ou bien 16 b est décalée par rapport à la verticale (voir figure 3, ou bien figure 6 b) La largeur du canal est représentée, d'une part, pour la partie profilée supérieure 16 a, par la zone angulaire de 40 à 1400, et pour la partie profi- lée inférieure 16 b, par la zone angulaire de 220 e à 3200 L'inscription des ordonnées dépend respective- ment de l'angle d'inclinaison a choisi, la mesure con- crète de la valeur du canal étant donnée par s = tg a R (sin p sin çpo) a est l'angle d'inclinaison de la partie profilée sor- tie 16 a ou bien 16 b par rapport au plan perpendiculai- re à l'axe de l'enveloppe, R est le rayon de l'enve- loppe 2, çp l'angle en sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport à l'horizontale, et çp O l'angle au- quel sont disposées les charnières 26 Sur la figure 6 a, on a, par exemple, ço = 45 O, c'est-à-dire que les parties profilées 16 a et 16 b s'étendent sur un quart de la périphérie. A la figure 6 b, est représentée la relation pour la largeur S du canal qui a abouti à la représen- tation du diagramme de la figure 6 a, les relations angulaires étant alors visibles Notamment sont alors représentées la largeur maximale sgo se présentant au point le plus haut de l'enveloppe 2, et sf qui corres- pond à la largeur la plus réduite du canal des deux côtés de ce maximum. A la figure 7 est représentée une coupe lon- gitudinale schématique de la partie supérieure du bord d'entrée 15 de l'enveloppe 2, la partie profilée 16 a étant dans la position sortie. Il se forme alors le canal 17 a dont la lon- gueur est désignée par 1 et la largeur par s La lar- geur du canal se situe à peu près entre un cinquième et un tiers de la longueur 1 du canal qui, à son tour, est à peu près égale à une fois et demie l'épaisseur d de l'enveloppe De préférence, le canal 17 a est courbé vers l'arrière en forme d'arc, pour obtenir un bon balayage de la surface externe 22 de l'enveloppe 2. REVENDICATIONS 1. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives pour un avion, avec une enveloppe entourant les hélices propulsives et qui comporte un bord d'entrée avec un tronçon annulaire supérieur par rapport à l'avion et qui est réalisé sous la forme d'une partie profilée distincte et susceptible d'être déplacé à partir de l'enveloppe au moyen d'un disposi- tif de réglage, turbo propulseur caractérisé en ce que, lorsque le tronçon annulaire ( 16 a) est sorti, un canal en forme de fente ( 17 a) s'étendant vers l'arriè- re et le haut se forme entre ce tronçon annulaire supérieure ( 16 a) et l'enveloppe ( 2). 2. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la partie profilée supérieure ( 16 a), sur son côté opposé au bord d'entrée ( 15), et le bord antérieur de l'enveloppe ( 2) maintenu stationnaire, sont construits de façon telle que le canal prenant naissance ( 17 a) s'étend radialement vers l'extérieur et vers l'aval. 3. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'une partie profilée ( 16 b) est en outre prévue sur un tronçon annulaire inférieur ( 25) du bord d'entrée ( 15). 4. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la partie profilée inférieure ( 16 b), sur son côté opposé au bord d'entrée ( 15), et le bord antérieur de l'enveloppe ( 2) maintenue stationnaire, sont construits de façon telle que le canal ( 17 b) pre- nant naissance s'étend radialement vers l'intérieur et vers l'aval. 5 Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 3, caractérisé en ce que les disposi- tifs de réglage ( 18 a, 18 b) des parties profilées ( 16 a, 16 b) sont susceptibles d'être déplacés indépendamment l'un de l'autre. 6. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives, selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les dispositifs de réglage ( 18 a, 18 b) sont raccordés à une unité de commande, susceptible de recevoir des paramètres de l'état de vol et de propul- seurs, et qui sort ou bien rentre en fonction de ces paramètres, les parties profilées ( 16 a, 16 b). 7. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les parties profilées ( 16 a, 16 b) sont chacune susceptibles de pivoter sur un axe horizontal. 8. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'une partie profilée ( 16 a, 16 b) est fixée à ses extrémités périphériques ( 27) par des charnières ( 26) sur l'enveloppe ( 2), et que le dispositif de réglage ( 18 a, 18 b) vient en prise dans le milieu d'une partie profilée ( 16 a, 16 b). 9. Turbo propulseur à double flux et à hélices propulsives selon la revendication 6, caracté- risé en ce que les charnières ( 26) sont réalisées sous la forme de goujons horizontaux qui sont rapportés, d'une part, sur la partie profilée ( 16 a, 16 b), et, d'autre part, sur des parties fixes ( 29 a, 29 b) limi- trophes du bord d'entrée.