Brevet FR2659935A1 — publié le 19910927

"Rampe d'entrée d'air pour avion supersonique ou hypersonique" L'invention concerne une rampe d'entrée d'air à section en forme de caisson, orientable par des moyens hydrauliques pour faire varier l'admission d'air dans les entrées d'air des avions supersoniques et hypersoniques. On connait différents exemples de réalisation de rampes d'entrée d'air pour des avions supersoniques, comme par exemple dans les documents US-PS 3 717 163 et US-PS 4.418 879 Il s'agit dans tous ces cas d'entrées dites de turboréacteurs ou de statoréacteurs, dans lesquelles, à l'aide d'une trappe de rampe ou d'un caisson de rampe unique, on amène de l'air au réacteur ou, comme c'est le cas pour les réacteurs auxiliaires, on obture, en position rentrée, l'entrée du réacteur Ces formes de réalisation ne sont cependant pas adaptées dans le cas d'une disposition en parallèle de deux entrées d'air séparées différentes, ni en ce qui concerne les conditions du domaine supérieur des vitesses supersoniques et hypersoniques. Le but de la présente invention est donc de créer un système d'entrée d'air du type indiqué, dans lequel la rampe d'entrée d'air sert à la fois à régler l'admission d'air vers l'entrée du réacteur et à évacuer la couche limite, qui convient à toutes les variantes d'entrée d'air et qui peut être utilisée du point de vue de l'écoulement et de la résistance mécanique pour des applications du domaine supérieur supersonique et hypersonique. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que la rampe d'entrée d'air à section variable associée à l'entrée d'air d'un réacteur est composée de deux ou de plusieurs éléments de caissons creux, mobiles les uns par rapport aux autres et orientables, réalisés en des matériaux résistant aux températures élevées, et en ce que le premier élément de caisson creux est muni d'un volet d'entrée orientable, qui permet de commander l'admission d'air vers une entrée de couche limite s'étendant parallèlement à l'entrée du réacteur. Les avantages procuré par l'invention sont notam- ment, que grâce aux segments indépendants mobiles de la rampe d'entrée d'air, celle-ci peut être amenée sur toute sa longueur sous une forme très favorable du point de vue de l'écoulement, et l'on peut faire varier avec une grande précision la section de l'entrée d'air dans la zone critique de sa lèvre d'entrée, et que l'on peut ainsi éliminer le pompage et le ronflement nuisibles pour le réacteur. Simultanément, la section en forme de caisson ou éventuellement circulaire dans tous les cas fermée de la rampe d'entrée d'air permet d'évacuer la couche limite très épaisse qui se forme par exemple sur la face inférieure du fuselage aux vitesses de vol élevées Cette couche limite d'air, dont le volume peut également être contrôlé à l'aide du volet d'entrée orientable, est dirigée vers une entrée de couche limite s'étendant parallèlement à l'entrée du réacteur et est rejetée plus loin vers l'arrière, sans que la caracté- ristique d'entrée du réacteur soit perturbée par cette couche limite nuisible L'air de cette couche limite peut également être utilisé pour saturer la zone arrière de l'avion afin de réduire la trainée de culot, ou l'air de la couche limite chargé en énergie peut être dirigé de manière avantageuse vers un statoréacteur. Par ailleurs, la rampe d'entrée d'air peut être orientée en tant qu'ensemble ou séparément autour de plu- sieurs axes, de sorte qu'elle peut s'adapter à différentes géométries d'avion. De plus, le moment de torsion élevé de la rampe d'entrée d'air résultant de sa construction fermée (en forme de caisson ou circulaire) ainsi que son moment résistant élevé sont très favorables pour absorber sans vibration les forces élevées apparaissant notamment dans la zone de la lèvre d'entrée aux vitesses hypersoniques Ceci est obtenu sans que la précision de commande de la rampe d'entrée d'air soit affectée par exemple par la flexion ou la déformation des éléments de caisson creux. De la même manière, la rampe d'entrée d'air peut être rigidifiée ou renforcée intérieurement pour des raisons de résistance mécanique ou de rigidité et on peut également utiliser en plus de tous les matériaux réfractaires, par exemple des matériaux composites renforcés par fibres, des céramiques ainsi que certains de leurs dérivés. Selon un mode de réalisation de l'invention, les bords 16 inférieurs des éléments de caisson creux 11 à 13 n sont réalisés sous forme de rainures 16 a à une extrémité et sous forme de languettes 16 b à l'autre extrémité, qui s'engagent respectivement dans une forme conjuguée correspon- dante de l'élément de caisson creux voisin. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, deux éléments de caisson creux 11 à 13 N consécutifs ainsi que l'élément de caisson creux 11 et le volet d'entrée d'air 14 sont reliés entre eux avec possibilité de mouvement par l'intermédiaire d'une articulation 16 c. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les éléments de caisson creux 11 à 13 N sont munis d'un élément en tôle à ressort 17 fixé au moins sur leur bord supérieur intérieur, qui s'engage dans la cavité de l'élément de caisson creux voisin ou dans l'entrée de couche limite 20. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les éléments de caisson creux 11 à 13 N sont munis à leur extrémité côté entrée du réacteur d'un cadre en tôle à ressort 17 a formant saillie et s'engageant intégralement dans la cavité de l'élément de caisson creux voisin ou dans l'entrée de couche limite 20. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, chaque élément de caisson creux 11 à 13 N et le volet d'entrée d'air 14 sont mûs et orientés au moyen de vérins hydrauliques 18 ou de vis. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la forme de la surface inférieure de l'élément de caisson creux 13 située au dessus de la lèvre d'entrée de l'entrée d'air du réacteur 30 peut être adaptée à la forme de la lèvre d'entrée. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'orientation de l'ensemble de la rampe d'entrée d'air 10 ou de chacun de ses éléments individuels 11, 12, 13 13 n, 14 est commandée à l'aide d'un calculateur 100. Il est décrit ci-après un exemple de réalisation en se référant aux dessins. La Figure 1 montre une vue de dessus en perspective d'un exemple de réalisation d'une rampe d'entrée d'air, sans cellule d'avion; La Figure 2 montre des rampes d'entrée d'air en coupe pour lesquelles on a représenté la position des éléments individuels de rampe pour différents nombres de mach; La Figure 3 a montre une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un élément de caisson creux de rampe; La Figure 3 b montre une vue en perspective d'un autre élément de caisson creux de rampe. Ainsi que le montre la Figure 1, il s'agit, dans l'exemple de réalisation décrit ci-après d'une rampe d'entrée d'air 10 associée à une entrée d'air de réacteur 30 Cette rampe d'entrée d'air 10 se compose de plusieurs éléments de caisson creux 11, 12, 13 13 n, lesquels peuvent également avoir une forme circulaire, qui sont au nombre de quatre dans le présent exemple et peuvent être orientés vers le bas, d'autres directions d'orientation pouvant être adoptées selon la configuration de l'avion. Ces éléments de caisson creux 11 à 13 N sont montés mobiles les uns par rapport aux autres et peuvent être orientés dans différentes positions Ils débouchent dans l'entrée de couche limite 20 disposée par exemple audessus de l'entrée de réacteur 30 et s'étendant parallèlement à celle-ci et dirigent vers ladite entrée de couche limite la couche limite d'air indésirable, qui se forme au cours du vol le long de la paroi extérieure 50 de la cellule non représen- tée de l'avion Cette couche limite d'air peut être rejetée plus loin en arrière de la cellules, être amenée avantageuse- ment à l'arrière de l'appareil ou être introduite comme air chargé d'énergie dans un statoréacteur. La quantité d'air de couche limite alimentant l'entrée de couche limite 20 peut, ainsi que le montre la Figure 2, être réglée au moyen d'un volet d'entrée d'air 14 orientable disposé à l'extrémité frontale de l'entrée d'air (entrée du caisson creux) Pour des raisons d'aérodynamisme et afin d'éviter une trop forte sollicitation, le volet d'entrée d'air 14 est tiré, pour l'ouverture, de préférence vers le haut, en direction de la paroi extérieure 50, par exemple à l'aide d'un vérin hydraulique Ceci est représenté à la Figure 2 sur les deux schémas correspondant à M 3,5, le passage du point a vers le point b représentant la position ouverte. Par ailleurs, la fonction principale de la rampe d'entrée d'air 10 orientable consiste selon la Figure 2 à réduire au moyen d'une forme favorisant l'écoulement, la section de l'entrée du réacteur 30 dans la zone de la lèvre d'entrée 19 lorsque le nombre de machs augmente (d'une vitesse subsonique jusqu'à environ M 6,8) Ceci est réalisé, malgré la contrainte d'écoulement élevée, de manière très efficace, à l'aide des éléments de caisson creux 11 à 13 n réglables les uns par rapport aux autres, donnant toujours une évolution progressive des formes et avec un profil adapté à la lèvre d'entrée 19, qui évite ainsi de manière précise un excès d'air, préjudiciable au fonctionnement d'un turboréac- teur ou d'un statoréacteur. Les éléments de caisson creux 11 à 13 N présentent, comme décrit précédemment, par leur forme de construction - telle qu'elle apparaît par exemple sur les Figures 3 a et 3 b - une résistance mécanique et une rigidité suffisantes vis-à- vis des forces considérables qui entrent en jeu lors de la réduction de l'entrée d'air du réacteur 30, combinée à une évacuation simultanée de la couche limite par l'intermédiaire de l'entrée de couche limite 20, pour une vitesse de vol dans le domaine hypersonique Lorsqu'on oriente les éléments de caisson creux, des jeux et des fentes apparaissent naturelle- ment entre les différents éléments, lesquels jeux et fentes doivent être obturés au moins au niveau des surfaces supé- rieures et inférieures des raccordements entre éléments Ceci peut être réalisé au moyen d'éléments en tôle à ressort 17, s'engageant à l'intérieur du caisson creux concerné Afin d'assurer l'étanchéité au niveau des surfaces latérales des joints, l'élément en tôle à ressort 17 peut également avoir une forme de caisson Il est encore proposé, que les éléments de caisson creux 11 à 13 N soient munis, en plus de leur rigidification ou de leur renfort 15 intérieur, à leur extrémité située côté entrée du réacteur, d'un cadre en tôle à ressort 17 a formant saillie et pouvant s'engager totalement dans la cavité de l'élément de caisson creux voisin ou dans l'entrée de couche limite 20. Les éléments de caisson creux 11 à 13 N sont reliés entre eux avec possibilité de mouvement et le volet d'entrée d'air 14 peut être relié de manière mobile au moyen d'une articulation 16 c Une variante prévoit que les bords infé- rieurs 16 des éléments de caisson creux 11 à 13 N sont réalisés sous forme de rainure 16 a à une extrémité et sous forme de languette 16 b à l'autre extrémité, qui s'engage chaque fois dans une forme conjuguée correspondante de l'élément de caisson creux voisin. Le volet d'entrée 14 et les éléments de caisson creux 11 à 13 N sont reliés à la cellule et mûs en orientation au moyen de vérins hydrauliques 18 ou de vis et peuvent être commandés par l'intermédiaire d'un calculateur 100. La rampe d'entrée d'air 10 et les organes corres- pondants peuvent être réalisés en n'importe quel matériau réfractaire ainsi qu'en matériau composite renforcé de fibres ou en matériau composite à base de céramique. REVENDICATIONS 1 Rampe d'entrée d'air à section en forme de caisson, orientable par des moyens hydrauliques pour faire varier l'admission d'air dans les entrées d'air des avions supersoniques ou hypersoniques, caractérisée en ce que la rampe d'entrée d'air ( 10) de section variable associée à l'entrée d'un réacteur ( 30) se compose de deux ou plusieurs éléments de caisson creux ( 11, 12, 13 13 n) mobiles les uns par rapport aux autres et orientables, réalisés en des matériaux résistants aux températures élevées, et en ce que le premier élément de caisson creux ( 11) est muni d'un volet d'entrée d'air ( 14) orientable, à l'aide duquel l'admission d'air peut être commandée vers une entrée de couche limite ( 20) s'étendant parallèlement à l'entrée du réacteur ( 30). 2 Rampe d'entrée d'air selon la revendication 1, caractérisée en ce que des éléments de rigidification ( 15) sont disposés à l'intérieur de la cavité des éléments de caisson creux ( 11 à 13 n). 3 Rampe d'entrée d'air selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les bords ( 16) inférieurs des éléments de caisson creux ( 11 à 13 n) sont réalisés sous forme de rainures ( 16 a) à une extrémité et sous forme de languettes ( 16 b) à l'autre extrémité, qui s'engagent respectivement dans une forme conjuguée correspondante de l'élément de caisson creux voisin. 4 Rampe d'entrée d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que deux éléments de caisson creux ( 11 à 13 n) consécutifs ainsi que l'élément de caisson creux ( 11) et le volet d'entrée d'air ( 14) sont reliés entre eux avec possibilité de mouvement par l'intermé- diaire d'une articulation ( 16 c). Rampe d'entrée d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments de caisson creux ( 11 à 13 n) sont munis d'un élément en tôle à ressort ( 17) fixé au moins sur leur bord supérieur intérieur, qui s'engage dans la cavité de l'élément de caisson creux voisin ou dans l'entrée de couche limite ( 20). 6 Rampe d'entrée d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les éléments de caisson creux ( 11 à 13 n) sont munis à leur extrémité côté entrée du réacteur d'un cadre en tôle à ressort ( 17 a) formant saillie et s'engageant intégralement dans la cavité de l'élément de caisson creux voisin ou dans l'entrée de couche limite ( 20). 7 Rampe d'entrée d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque élément de caisson creux ( 11 à 13 n) et le volet d'entrée d'air ( 14) sont mûs et orientés au moyen de vérins hydrauliques ( 18) ou de vis. 8 Rampe d'entrée d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la forme de la surface inférieure de l'élément de caisson creux ( 13) située au dessus de la lèvre d'entrée de l'entrée d'air du réacteur ( 30) peut être adaptée à la forme de la lèvre d'entrée. 9 Rampe d'entrée d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'orientation de l'ensemble de la rampe d'entrée d'air ( 10) ou de chacun de ses éléments individuels ( 11, 12, 13 13 n, 14) est commandée à l'aide d'un calculateur ( 100).