Brevet FR2706947A1 — publié le 19941230

DESCRIPTION INVERSEUR DE POUSSEE DE TURBOREACTEUR A OBSTACLE AVAL A REFROIDISSEMENT AERODYNAMIQUE La présente invention concerne un inverseur de poussée à obstacle aval destiné à être installé sur des moteurs d'avions de type turboréacteur à double flux.10 Ce type de turboréacteur est composé en sortie d'un canal central émettant un flux de gaz chaud entouré par un canal annulaire émettant un flux d'air relativement froid. La tuyère centrale du canal chaud peut être équipée d'un mélangeur permettant le mélange des gaz sortant dudit canal central et du canal annulaire. En position déployée, les obstacles de l'inverseur à obstacle aval viennent se placer à l'arrière du turboréacteur de manière à dévier les flux de gaz sortant du canal central et du canal annulaire. La température des obstacles impactés par ce mélange de gaz chauds et froids peut alors atteindre par endroit des valeurs relativement élevées. Pour supporter ces températures, on doit mettre en oeuvre des solutions technologiquement et matériellement coûteuses. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Elle vise à abaisser la température des obstacles de manière à ce que les matériaux légers tels que les alliages d'aluminium et éventuellement les matériaux composites courants puissent être utilisés. On a remarqué que, dans l'écoulement créé lors de l'inversion, le flux d'air froid éjecté par le canal annulaire entoure dans une certaine mesure le flux de gaz chaud éjecté par le canal central. Ce phénomène a pour effet 2 2706947 de protéger en partie les obstacles d'inverseur de l'impact desdits gaz chauds. Cherchant à amplifier et stabiliser ce phénomène, quelques solutions ont déjà été proposées: - GB-A 1.542.642 constatant le phénomène de canalisation du flux des gaz chauds par le flux d'air froid propose de placer une petite paroi dans le fond de l'inverseur, dans l'axe10 d'éjection des gaz. Cette paroi est destinée à recevoir l'impact du flux chaud et à l'inverser, juste après la sortie de la tuyère moteur. Malheureusement, les points chauds relevés sur les obstacles sont situés vers l'extérieur des obstacles et non au centre de l'inverseur. L'action de la solution proposée n'est donc pas localisée sur les zones que l'on cherche à refroidir. - FR A-2.456.216 propose d'augmenter le rapport des pressions totales flux d'air froid sur flux de gaz chauds en plaçant des volets mobiles dans le canal annulaire froid pendant la phase d'inversion de flux. Ils utilisent le fait que lorsque le rapport des pressions totales entre le flux froid et le flux chaud est supérieur à 1,2, le flux d'air froid enveloppe25 complètement le flux chaud qui ne vient plus lécher la paroi interne des obstacles de l'inverseur. Au régime moteur standard en phase de réverse, ce rapport est normalement de l'ordre de 1,1. Avec leur mécanisme, ils obtiennent un rapport plus élevé de l'ordre de 1,2.30 Si cette solution permet effectivement de préserver les obstacles d'inverseur de l'impact du flux chaud, elle présente l'inconvénient de modifier le point de fonctionnement du moteur ce qui peut entraîner son arrêt35 brutal (phénomène de pompage). Une efficacité suffisante n'est pas obtenue lorsque le rapport de pression totale du flux froid sur le flux chaud est inférieur à 1,2. 3 2706947 -FR-A 2.551.132 prévoit d'inhiber les moyens de mélange des flux afin de protéger les obstacles d'inverseur de l'action du flux chaud. On a envisagé une autre approche du problème, basé sur le fait que le flux des gaz chauds vient impacter les obstacles parce que le flux froid faisant office de matelas protecteur peut se dérober en certains points des obstacles sous la pression exercée par ledit flux chaud.10 Pour comprendre le mécanisme de l'impact du flux de gaz chauds sur les obstacles, une analyse fine de l'écoulement inversé est nécessaire. Le flux froid sortant par les côté gauche et droite du canal annulaire vient tapisser la paroi interne de l'inverseur, et le flux chaud sortant du canal central, avec une pression totale plus faible que le flux froid, vient s'écraser sur ce matelas sans le traverser. Les obstacles ne sont donc pas20 impactés par le flux chaud dans la zone centrale de l'inverseur. Ensuite ce double flux chaud-froid s'écoulant vers l'extérieur des obstacles croise le flux froid sortant par les côtés supérieur et inférieur du canal annulaire. Ce flux froid transverse va écraser le flux chaud et le rabattre contre la porte. Le matelas d'air froid alors présent entre l'air chaud et la porte va être également écrasé et écarté, permettant le contact entre le flux chaud et l'obstacle: Ceci explique que les zones chaudes sont plutôt localisées vers l'extérieur des obstacles. Le but de l'invention est de guider aérodynamiquement le flux d'air froid le long de la paroi interne des obstacles de telle sorte que le matelas qu'il forme soit maintenu dans les35 zones o il se dérobe normalement. Cet effet est réalisable, même pour des rapports de pressions totales inférieurs à 1,2. 4 2706947 Cette méthode permet de pallier les inconvénients des solutions déjà proposées: - on peut agir directement à l'endroit des zones chaudes des obstacles, - on ne modifie pas le mode de fonctionnement du moteur défini par le motoriste. La présente invention a pour objet les différentes solutions technologiques basées sur ce principe. Un inverseur de poussée de turboréacteur à double flux comportant au moins deux obstacles aval du type précité et répondant à ces conditions est caractérisé en ce que lesdits15 obstacles comportent des moyens de guidage aérodynamique d'une couche d'air froid entrant en contact avec ledit obstacle de manière à procurer un refroidissement aérodynamique de chaque obstacle aval. On peut guider la couche d'air soit à l'aide de déflecteurs, soit à l'aide d'un obstacle formé d'une double paroi, soit avec les deux simultanément. Les déflecteurs peuvent être fixes sur les obstacles ou selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche d'air froid est guidée à l'aide de déflecteurs escamotables dans l'épaisseur des obstacles. Les déflecteurs sont rentrés en position de vol et sont sortis uniquement lors de la phase de réverse. Cela permet de dégager le canal d'air froid de tout30 obstacle lorsque les obstacles sont placés en position de vol. On s'affranchit ainsi du problème d'encombrement des déflecteurs et il devient possible de les placer pratiquement en n'importe quel point de l'obstacle. On dispose ainsi d'une certaine souplesse pour optimiser leur position. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de 2706947 modes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est un schéma global de l'écoulement des flux en phase d'inversion de poussée d'un turboréacteur à double flux, - la figure 2 est une vue en coupe dans le plan vertical de l'écoulement correspondant à la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique des zones chaudes des obstacles d'inverseur, - la figure 4 montre un exemple de disposition des déflecteurs selon l'invention, sur un inverseur de type quatres barres, la figure 5 montre un exemple de disposition des déf lecteurs selon l'invention, sur un inverseur de type à pivots fixes, - la figure 6 est une vue schématique d'ensemble d'un obstacle d'inverseur selon l'invention, équipé d'une paroi interne formant une double paroi courte,25 - la figure 7 est une vue schématique de face de l'obstacle d'inverseur représenté sur la figure 6, - la figure 8 est une vue schématique d'ensemble d'un obstacle d'inverseur selon l'invention, équipé d'une paroi interne formant une double paroi longue, - la figure 9 est une vue schématique de face de l'obstacle d'inverseur représenté sur la figure 8, - la figure 10 représente selon une vue schématique les obstacles d'inverseur en position déployée suivant un mode de réalisation à déflecteurs escamotables, conforme à 6 2706947 l'invention, - la figure 11 représente selon une vue partielle schématique en coupe suivant la ligne XI-XI de la figure 10, le système de déplacement des déflecteurs, - la figure 12 représente selon une vue partielle schématique en coupe par un plan passant par les pivots d'obstacles, le système de déplacement des déflecteurs, en position10 escamotée. Sur la figure 1, on voit comment le flux chaud symbolisé par la flèche 1 est entouré par le flux froid symbolisé par la flèche 2 lors de la phase d'inversion de l'écoulement d'un15 turboréacteur à double flux. Le matelas 3 d'air froid qui se forme le long de la paroi interne des obstacles aval 4 protege la paroi du flux chaud 1 sauf dans les régions o l'écoulement croise le flux froid 520 éjecté par les zones supérieure et inférieure du canal annulaire 2, comme le montre schématiquement la figure 2. On obtient ainsi des zones chaudes 6 dont la position sur un obstacle est montrée schématiquement sur la figure 3.25 Pour guider l'écoulement d'air froid le long de l'obstacle on propose de disposer des déflecteurs 7 ou 8 sur les obstacles. Les déflecteurs 8 sont adaptables sur des inverseurs de type pivot fixe suivant la figure 5 et les déflecteurs 7 sont adaptables sur des inverseurs de type quatre barres, suivant la figure 4. Mais des déflecteurs fixes de ce type peuvent être posés sur tout autre type d'inverseur à obstacle aval. Dans chaque cas, les déflecteurs 7 ou 8 sont placés préférentiellement dans des zones ne venant pas perturber l'écoulement froid dans une configuration de poussée directe. 7 2706947 On envisage également de canaliser l'écoulement à l'aide d'une paroi interne 9 ou 10 doublant l'obstacle 4 d'inverseur. La fonction de cette double paroi est:5 - soit de compléter l'action des déflecteurs comme présenté sur les figures 6 et 7, en assurant un guidage plus efficace du matelas d'air froid, une solution à double paroi courte étant adoptée dans ce cas, - soit de recevoir l'impact du flux chaud 1, comme présenté sur les figures 8 et 9 tout en étant refroidi par convection forcée grâce à l'écoulement circulant dans l'espace interne de ladite double paroi, une solution à double paroi longue15 étant adoptée dans ce cas. Les admissions d'air sous la double paroi se font par les entrées 11 disposées sur les côtés latéraux de ladite double paroi.20 La paroi interne formant la double paroi peut avoir différentes géométries: courte, elle peut intervenir en complément des déflecteurs et améliorer le guidage de la nappe d'air froid en contact avec les portes jusqu'aux zones o le flux chaud vient les impacter. - Plus longue, elle peut servir à recevoir l'impact du flux chaud, tout en étant refroidie par l'écoulement d'air froid passant entre elle et la paroi de la porte. - L'air passant entre la double enveloppe et la porte proprement dite de l'inverseur peut être capté sur les côtés de part et d'autre de la porte. Il ressort vers le milieu de la porte. 8 2706947 - L'air circulant sous la double enveloppe peut être guidé par des déflecteurs internes. Le nombre optimal, la taille, et la géométrie des déflecteurs ou de la double paroi à placer sont déterminés en fonction des caractéristiques de l'ensemble propulsif, notamment de la pression totale, et de critères d'efficacité et d'encombrement. Ces différents systèmes peuvent être complétés par la projection d'une couche de céramique sur les parois ayant une température critique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté sur les figures 10 à 12, pour guider l'écoulement d'air froid le long de la porte, on propose de disposer des déflecteurs escamotables 12 sur les obstacles 4. Chaque déflecteur 12 articulé sur l'obstacle 4 est commandé par une deuxième bielle "tire pousse" 13, elle même reliée à un renvoi 14, dont l'axe de rotation est fixé perpendiculairement à l'épaisseur de l'obstacle 4. La rotation du renvoi 14 est commandée par une première bielle "tire-pousse" 15. L'autre extrémité de cette première bielle 15 est reliée à un levier 16 fixe par rapport à la structure du turboréacteur et fixé sur l'axe de rotation des obstacles 4. Lorsque l'obstacle s'ouvre, son mouvement relatif par rapport au levier fixe 16 entraîne l'ensemble des bielles et renvois, amenant l'ouverture des déflecteurs 12 car le levier30 16 tire sur la première bielle 15 qui fait tourner le renvoi 14, qui à son tour tire sur la deuxième bielle 13 qui actionne le déflecteur 12. Le nombre et la position des déflecteurs est déterminé en fonction des contraintes d'encombrement et de leur efficacité à maintenir le matelas d'air froid. 9 2706947 Notamment, le nombre optimal, la taille, et la géométrie des déflecteurs escamotables sont déterminés en fonction des caractéristiques de l'ensemble propulsif, notamment de la pression totale et la géométrie de la porte, ainsi que de 5 critères d'efficacité et d'encombrement. Le dispositif d'ouverture et de fermeture des déflecteurs en variante du système mécanique lié à l'ouverture et la fermeture des portes, qui a été décrit en référence aux10 figures 10 à 12, peut être assuré par: - un système actionné par un dispositif utilisant les forces aérodynamiques, par exemple: captation de la pression au point d'arrêt de l'inverseur en position déployée,15 utilisation du fait que l'écoulement s'inverse le long de la porte entre la position en vol et la position déployée..., - un système automatique indépendant (mécanique ou hydropneumatique ou aéro-pneumatique), - d'une manière générale, tout système d'action. Les déflecteurs d'une même porte peuvent être ou non couplés ensemble dans leur mouvement, ce couplage pouvant être25 mécanique, par câble ou hydraulique. Des systèmes de sécurité peuvent être adjoints, assurant l'impossibilité d'ouverture des déflecteurs 12 dans une configuration de poussée directe.30 Comme précédemment, ce mode de réalisation de l'invention à déflecteurs escamotables peut être utilisé sur des inverseurs à obstacle aval du type à pivots fixes ou du type à quatre barres et la protection des surfaces des obstacles et des déflecteurs en contact avec l'écoulement de réserve peut être complétée par un revêtement formant barrière thermique tel qu'une couche de céramique projetée. REVENDICATIONS 1. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux comportant au moins deux obstacles aval (4) qui sont, en configuration de poussée directe, intégrés à la paroi externe et dans le prolongement du canal de turboréacteur et, en configuration d'inversion de poussée, placés sur le trajet des flux chaud et froid de manière à dévier les écoulements et inverser la poussée caractérisé en ce que lesdits obstacles (4) comportent des moyens de guidage aérodynamique d'une couche d'air froid entrant en contact avec ledit obstacle (4) de manière à procurer un refroidissement aérodynamique de chaque obstacle aval (4). 2. Inverseur de poussée de turboréacteur selon la revendication 1 dans lequel lesdits moyens de guidage aérodynamique sont au moins constitués par des déflecteurs fixes (7; 8) disposés sur la face interne desdits obstacles aval (4). 3. Inverseur de poussée de turboréacteur selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel lesdits moyens de guidage aérodynamiques sont au moins constitués par une paroi interne (9; 10) disposée sur au moins une partie de la face interne de chaque obstacle aval (4) en créant un écart pour le passage d'un écoulement d'air froid à l'intérieur de la double paroi ainsi constituée. 4. Inverseur de poussée de turboréacteur selon la revendication 3 dans lequel des entrées d'air (11) sont ménagées sur les côtés latéraux de l'obstacle aval (4) de manière à permettre les admissions d'air froid dans l'espace intérieur de la double paroi d'obstacle. 5. Inverseur de poussée de turboréacteur selon la il 2706947 revendication 1 dans lequel lesdits moyens de guidage aérodynamiques sont constitués par des déflecteurs escamotables (12) disposés sur la face interne desdits obstacles aval (4) de telle sorte que, en configuration de poussée directe, les déflecteurs (12) sont rentrés dans un logement ménagé dans la paroi de l'obstacle de manière à ne pas perturber les écoulement aérodynamiques de flux et, en configuration d'inversion de poussée, lesdits déflecteurs (12) sont sortis et agissent sur l'écoulement le long de la paroi interne des obstacles (4) de manière à canaliser le flux froid en évitant l'impact du flux chaud sur lesdits obstacles (4). 6. Inverseur de poussée de turboréacteur selon la revendication 5 dans lequel un axe de rotation des obstacles (4) porte un levier (16) fixe par rapport à la structure du turboréacteur, relié à une première bielle (15) actionnant un renvoi (14) dont l'autre extrémité actionne une deuxième bielle (13) reliée audit déflecteur escamotable (12) de telle sorte que le déplacement de l'obstacle (4) entraîne celui desdits déflecteurs associés (12).