Brevet FR2661716A1 — publié le 19911108

DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de tuyère de turboréacteur, du type comportant - au moins deux ensembles annulaires de volets d'inclinaison réglable par rapport à l'axe desdits ensembles, constituant une tuyère du type convergent divergent à col continu, chaque volet de divergent étant articulé, par son extrémité amont, relativement au sens de déplacement d'un gaz dans la tuyère, autour d'un axe, sur l'extrémité aval d'un volet de convergent, - un élément de structure, de forme générale annulaire, constituant un élément de support sur lequel est articulé autour d'un axe chaque volet de convergent, par son extrémité amont, - un ensemble de dispositifs de commande dont chacun est associé à un volet de convergent et à un volet de divergent pour régler l'inclinaison de ces volets par rapport à l'axe des deux ensembles, et chacun est articulé sur ledit élément de support, chaque dispositif de commande comprenant un premier élément de transmission d'effort monté rotatif autour d'un axe sur l'élément de support et associé pour son entraînement en rotation à un organe moteur porté par ledit élément de support, cet élément de transmission d'effort ayant une première surface de portée e espacée e dudit axe de rotation, susceptible d'agir sur une surface de portée du volet de convergent correspondant, - et une série de dispositifs, dits de synchronisation, reliant entre eux tous les dispositifs de commande de manière à ce que ces dispositifs de commande forment un ensemble mécanique radialement déformable ayant un seul degré de liberté. L'invention vise notamment, dans la construction d'un tel dispositif de tuyère, à introduire des points de liberté supplémentaires dans la définition de la géométrie de la tuyère afin d'obtenir une adaptation optimale et en particulier une optimisation plus aisée e du rapport section de sortie du divergent/section du col. De plus, de cette façon, un intervalle radial peut exister entre extrémité du divergent et extrémité des volets froids, constituant ainsi une tuyère à col continu et à culot ventilé. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que le premier élément de transmission d'effort comporte une seconde surface de portée e située e approximativement à milongueur, susceptible d'agir sur une première surface de portée d'un second élément de transmission d'effort monté rotatif autour d'un axe sur l'élément de support, ledit second élément de transmission d'effort comportant une seconde surface de portée espacée de l'axe de rotation et de la première surface de portée, susceptible d'agir sur une surface de portée e du volet de divergent correspondant. Avantageusement, la surface de portée du volet de convergent est située à l'extrémité d'un appendice prolongeant, dans une direction sensiblement radiale vers I'extérieur, l'extrémité aval dudit volet. Ce dispositif de tuyère s'applique notamment aux tuyères comportat un troisième ensemble annulaire de volets d'inclinaison réglable par rapport à l'axe dudit ensemble, du type volets froids, lesdits volets étant d'une part articulés à a' leur extrémité amont sur des ferrures support fixées sur ledit élément de support de forme annulaire et étant d'autre part reliées par des biellettes aux seconds éléments de transmission d'effort. Suivant un autre mode de réalisation, lesdits volets froids sont reliés s par des biellettes aux premiers éléments de transmission d'effort. La présente invention s'applique plus particulièrement au cas où la première surface de portée e du premier élément de transmission d'effort est conformée de manière à ce que sa trajectoire, lors du pivotement dudit élément de transmission, soit sensiblement perpendiculaire au plan de la surface de portée sur le volet de convergent correspondant et de manière à ce que lesdites surfaces de portée puissent rouler sans glisser l'une sur l'autre. Avantageusement, la seconde surface de portée du premier élément de transmission d'effort et la seconde surface de portée du second élément de transmission d'effort sont conformées de manière à ce que leur trajectoire, lors du pivotement desdits éléments de transmission, soit sensiblement perpendiculaire respectivement au plan de la première surface de portée e du second élément de transmission d'effort et au plan du volet de divergent correspondant, et de manière à pouvoir rouler sans glisser l'une sur l'autre lors d'un déplacement en rotation des volets et des éléments de transmission d'effort. Afin d'améliorer ce résultat, la seconde surface de portée du deuxième élément de transmision d'effort peut comporter un galet de roulement pour diminuer les frottements. Aux avantages relatifs à son faible encombrement et à sa masse réduite, qui sont obtenus par un dispositif du type décrit ci-dessus, la présente invention permet, grâce au second élément de transmission d'effort, d'avoir trois points de liberté dans le système - entre ledit second élément de transmission d'effort et le volet de divergent, - entre le premier élément de transmission d'effort et le volet de convergent par l'intermédiaire d'un appendice sur ce volet, - enfin, entre le premier élément de transmission d'effort et le second élément de transmission. Comme il a e' été précisé ci-dessus, les éléments mobiles sont accrochés sur l'élément de support de forme annulaire, dans lequel s'effectue le "bouclage" de tous les efforts à résultante radiale du système. Selon l'invention, aux différents points d'articulation, les actions entre pièces en mouvement, éléments de transmission d'effort ou volets, se font suivant un angle optimal, voisin de 900. Cette particularité améliore la précision en évitant les répercussions trop importantes des déformations, dilatations ou influences des tolérances et permet également de réduire à sa valeur minimale l'effort demandé à l'organe moteur. Ce résultat est amélioré aux points d'articulation par la conformation des surfaces de portée, capables de roulement sans glissement. Ce même mode d'action, appliqué selon l'invention, à l'articulation entre le dispositif de commande et le volet de divergent, permet une optimisation plus aisée du rapport "section de sortie du divergent/section du col". Dans l'application de l'invention à une tuyère convergente-divergente à col continu et à culot ventilé, comportant des volets froids, le mode avantageux de construction proposé donne la possibilité d'optimiser le rapport "section de sortie des volets froids/section de sortie du divergent". Selon l'invention, le choix de la position des trois points de liberté qui ont été notés ainsi que celle des points d'articulation des éléments de transmission d'effort sur l'élément de support permet d'obtenir une définition de la géométrie de la tuyère donnant une adaptation optimale et la meilleure performance quelle que soit la condition de fonctionnement demandée. En même temps, l'effort demandé à l'organe moteur et la puissance qui en résulte sont réduits à leur valeur minimale. Les avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation correspondant à une tuyère convergente divergente à culot ventilé. Cette description est faite en référence au dessin annexé dans lequel - la figure unique est une vue partielle schématique en perspective d'un dispositif de tuyère selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de tuyère représenté sur la figure unique est disposé à l'extrémité aval d'un canal d'éjection des gaz d'un turboréacteur (non représenté), et il comprend - un premier ensemble annulaire de volets dits de convergent 1 dont chacun est articulé, par son extrémiste amont, autour d'un axe 2, sur un anneau porteur 3 coaxial audit canal, et dont la section dans un plan contenant l'axe de la tuyère est semi-circulaire, - un deuxième ensemble annulaire de volets, dits de divergent 4, dont chacun est articulé, par son extrémité amont, autour d'un axe 5, sur l'extrémité aval d'un volet de convergent 1 correspondant, grâce à une charnière étanche 6 de type classique, - et un troisième ensemble annulaire de volets, dits volets froids 7, dont chacun est articulé, par son extrémité amont, sur des ferrures support 8 fixées sur l'anneau porteur 3. Entre deux volets de convergent 1 voisins et, également entre deux volets de divergent 4 voisins, se trouve, comme il est connu, un volet suiveur (non représenté) qui assure ltétanchéité de la jonction entre lesdits volets. Les volets 1 et les volets 4 consituent, respectivement, le tronçon convergent et le tronçon divergent d'une tuyère convergente-divergente à col continu, faisant suite au canal d'éjection des gaz de turboréacteur (non représenté) et coaxiale audit canal. La commande d'inclinaison par rapport à l'axe des tronçons convergent et divergent ainsi que celle de l'ensemble des volets froids est assurée par un dispositif comprenant une série de vérins 9 dont chacun est associé à un volet. de convergent 1, un volet de divergent 4 et un volet froid 7 ; les vérins 9 sont portés par les ferrures support 8 chaque vérin est articulé, par l'extrémité libre de sa tige 10, sur un palonnier 11, par l'intermédiaire d'une articulation à rotule 12 ; chaque palonnier 11 est luimême articulé sur l'anneau porteur 3 autour d'un axe 13 l'axe 13 est espacé radialement de l'articulation à rotule 12. Les palonniers 11 présentent chacun une forme prismatique dont la section longitudinale à la forme approximative d'un triangle rectangle ; l'axe de rotation 13 occupe un angle de la base. Chaque palonnier est susceptible d'agir sur un volet de convergent 1 correspondant, par contact le long d'une surface de portée 14 du palonnier 11 sur une surface de portée 15 appartenant à un appendice 16 prolongeant à l'extrémité aval un renfort en forme de poutre du volet 1 ; les surfaces 14 et 15 s'étendent le long du bord aval, respectivement, du palonnier 11 et de l'appendice 16 du volet 1. Chaque palonnier est en outre susceptible d'agir sur une poutre 17, de forme trapézoïdale, articulée sur l'anneau porteur 3.Dans la figure jointe cette articulation est représentée en 2, avec le même axe que les volets de convergent 1, mais l'articulation amont des poutres 17 peut être déportée par rapport à l'articulation des volets de convergent. Cette action s'effectue par contact d'une surface de portée 18 dudit palonnier sur une surface de portée 19 constituée par un patin 20 situé à mi-longueur de la poutre 17 et reliant les deux barres longitudinales 21 et 21a formant ladite poutre 17. Chaque poutre 17 est en outre susceptible d'agir sur un volet de divergent 4 correspondant, par contact d'une surface de portée 22 constituée par un patin 23 reliant à leur extrémité aval les deux barres 21 et 21a de ladite poutre 17 sur une surface de portée 24 dudit volet de divergent 4. Chaque poutre 17 est également reliée par des biellettes 25 à un volet froid 7 correspondant. Dans un mode de réalisation non représenté, les biellettes 25 sont supprimées et le volet froid 7 est relié au palonnier 11 correspondant par des biellettes. On rappelle que la "synchronisation" est l'ensemble du dispositif assurant la disposition convenable de chaque volet par rapport à l'ensemble des autres. Cette synchronisation de l'ensemble des éléments 1, 4, 7, 11, 17 est assurée par une liaison cinématique circulaire en chaîne entre tous les palonniers 11. Cette liaison cinématique comprend une paire de biellettes 26 associée à chaque palonnier 11, biellettes dont chacune est articulée, d'une part, sur ledit palonnier 11 par une articulation à rotule 27 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une articulation à rotule 28, sur une extrémité d'un levier de renvoi 29 dont l'autre extrémité est articulée sur l'anneau porteur 3, autour d'un axe et au moyen d'une chape (non représentée). Avantageusement, ces biellettes 26 sont approximativement parallèles à l'axe de la tuyère. Les axes d'articulation 2, 13, 5, 27, 28 associés à un même ensemble (poutre 17, palonnier 11, volet de convergent 1 correspondant, volet de divergent 4 articulé audit volet 1, volet froid 7) sont parallèles à une direction fixe transversale par rapport à l'axe de la tuyère. Chaque articulation à rotule 27 est située à une extrémité respective du bord amont supérieur du palonnier 11 ; de préférence, les centres des articulations 27 associées à un palonnier 11 et celui de l'articulation à rotule 12 de ce palonnier 11 sont alignés suivant une même droite parallèle à ladite direction fixe ; le centre de l'articulation 12 est de préférence situé au milieu du segment de droite délimité par les centres des articulations 27 des biellettes 26 d'une même paire. Les deux leviers de renvoi 29 associés aux biellettes 26 voisines l'une de l'autre et à deux volets 1 périphériquement consécutifs sont reliés entre eux par une barre de torsion (non représentée). Pour les détails complémentaires de réalisation et du mode de fonctionnement de la synchronisation, on se reportera aux brevets français 1 562 941 et 2 474 592 déposés au nom de la demanderesse. Avantageusement, les portées 14 et 15 sont conformées de telle sorte que la portée 14 roule sans glisser pendant le mouvement des volets 1, sur la portée 15 de l'appendice 16 des volets de convergent 1 ; il en est de même des portées 18 et 19 pendant le mouvement des volets de divergent 4. I1 peut en être également de même pour les portées 22 et 24, dans la mesure où un choix judicieux des divers axes d'articulation permet ce roulement sans glissement notable. Avantageusement, dans le cas contraire, un galet de roulement pourra être disposé, soit sur la portée 22, soit sur la portée 24. Le fonctionnement de la tuyère qui vient d'être décrit est le suivant. Les vérins 9 attaquent les palonniers 11, qui par l'intermédiaire des portées 14, 15 commandent les volets de convergent 1, donnant la variation de la section au col de la tuyère. Les palonniers 11 en outre, par l'intermédiaire des portées 19,20 commandent les poutres 17 qui, à leur tour, par l'intermédiaire des portées 22, 24, commandent les volets de divergent 4 et, par l'intermédiaire des biellettes 25, asservissent les volets froids 7, donnant les variations des sections de tuyère, à la sortie du divergent et à la sortie des volets froids. Tout le système est auto-synchronisé par - les biellettes 26, les leviers 29 et les barres de torsion, - les poutres 17, - les volets froids 7, - les biellettes 25. L'effort résultant de la pression des gaz sur les volets 1, 4 est dirigé à une incidente de 900 sur les portées 14, 18 des palonniers de commande 11 et sur les portées 22 des poutres d'appui 17, cet effort est réparti de façon uniforme, sur tout le pourtour de la tuyère par ces palonniers, ces poutres et la synchronisation 26 à 29. On note que les éléments de transmission de forces que sont les tiges de vérins 10, les biellettes 26 et les surfaces de portées 14 ou 15, 18 ou 19, 22 ou 24 appliquent ou transmettent des forces toujours orientées, par rapport aux bras de levier correspondants, selon un angle voisin de 90". I1 va de soi que des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention, notamment par l'emploi d'un anneau porteur de section différente de celle représentée au dessin, ou par l'emploi pour le second élément de transmission d'effort 17 d'une poutre unique, placée longitudinalement au milieu de chaque volet de divergent 4, aux lieu et place de deux poutres, une de chaque côté de ces volets, comme décrit dans le mode de réalisation représenté au dessin. REVENDICATIONS 1. Dispositif de tuyère de turboréacteur du type comportant - au moins deux ensembles annulaires de volets d'inclinaison réglable par rapport à l'axe desdits ensembles, constituant une tuyère du type convergent divergent à col continu, chaque volet de divergent (4) étant articulé, par son extrémité amont, relativement au sens de déplacement d'un gaz dans la tuyère, autour d'un axe (5), sur l'extrémité aval d'un volet de convergent (1). - un élément de structure (3), de forme générale annulaire, constituant un élément de support sur lequel est articulé autour d'un axe (2) chaque volet de convergent (1), par son extrémité amont, - un ensemble de dispositifs de commande dont chacun est associé à un volet de convergent (1) et à un volet de divergent (4) pour régler l'inclinaison de ces volets par rapport à l'axe des deux ensembles, et chacun est articulé sur ledit élément de support (3), chaque dispositif de commande comprenant un premier élément de transmission d'effort (11) monté rotatif autour d'un axe (13) sur l'élément de support (3) et associé pour son entraînement en rotation à un organe moteur (9) porté par ledit élément de support (3), cet élément de transmission d'effort (11) ayant une première surface de portée (14) espacée dudit axe de rotation (13), susceptible d'agir sur une surface de portée (15) du volet de convergent (1) correspondant, - et une série de dispositifs dits de synchronisation reliant entre eux tous les dispositifs de commande de manière à ce que ces dispositifs de commande forment un ensemble mécanique radialement déformable ayant un seul degré de liberté, caractérisé en ce que ledit premier élément de transmission d'effort (11) comporte une seconde surface de portée (18) située à mi-longueur, susceptible d'agir sur une première surface de portée (19) d'un second élément de transmission d'effort (17) monté rotatif autour de l'axe (2) sur l'élément de support (3), ledit second élément de transmission d'effort (17) comportant une seconde surface de portée (22) espacée de l'axe de rotation (2), susceptible d'agir sur une surface de portée (24) du volet de divergent (4) correspondant. 2. Dispositif de tuyère selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de portée (15) du volet de convergent (1) est située à l'extrémité d'un appendice (16) prolongeant, dans une direction sensiblement radiale vers l'extérieur, l'extrômitô aval du volet (1). 3. Dispositif de tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'élément de support (3) de forme annulaire a une section semicirculaire, dans un plan contenant l'axe de la tuyère. 4. Dispositif de tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite tuyère comporte un troisième ensemble annulaire de volets (7) d'inclinaison réglable, par rapport à l'axe dudit ensemble, du type volets froids, lesdits volets (7) étant d'une part articulés à leur extrémité amont sur des ferrures support (8) fixées sur l'élément de support (3) et étant d'autre part reliés par des biellettes (25) aux seconds éléments de transmission d'effort (17). 5. Dispositif de tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite tuyère comporte un troisième ensemble annulaire de volets (7) d'inclinaison réglable, par rapport à l'axe dudit ensemble, du type volets froids, lesdits volets (7) étant d'une part articulés à leur extrémité amont sur des ferrures support (8) fixées sur l'élément de support (3) et étant d'autre part reliés par des biellettes aux premiers éléments de transmission d'effort (11). 6. Dispositif de tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première surface de portée (14) du premier élément de transmission d'effort (11) est conformée de manière à ce que sa trajectoire, lors du pivotement dudit élément de tranmission (11), soit sensiblement perpendiculaire au plan de la surface de portée (15) sur le volet de convergent (1) correspondant et de manière à ce que sa trajectoire lors du pivotement dudit élément de transmission (11), soit sensiblement perpendiculaire au plan de la surface de portée (15) sur le volet de convergent (1) correspondant et de manière à ce que lesdites surfaces de portée (14, 15) puissent rouler sans glisser l'une sur l'autre, ledit dispositif de tuyère étant caractérisé en ce que la seconde surface de portée (18) du premier élément de transmission d'effort (11) et la seconde surface de portée (22) du second élément de transmission d'effort (17) sont conformées de manière à ce que leur trajectoire, lors du pivotement desdits éléments de transmisson (11, 17) soit sensiblement perpendiculaire respectivement au plan de la première surface de portée (19) du second élément de transmission d'effort (17) et au plan du volet de divergent (4) correspondant et de manière à ce que lesdites surfaces de portée (18 et 19, 22 et 24) puissent rouler sans glisser l'une sur l'autre lors d'un déplacement en rotation des volets (4) et des éléments de transmission d'effort (11, 17). 7. Dispositif de tuyère selon la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde surface de portée (22) du second élément de transmission d'effort (17) comporte un galet de roulement de sorte que les frottements sont diminués.