Brevet FR2714421A1 — publié le 19950630

Tuyère comportant un convergent-divergent réglable, notam- ment pour moteur à réaction. La présente invention concerne une tuyère comportant un convergentdivergent dans lequel la section de sortie Ae est une onction prédéterminée f (Aj) de la section de col Aj, du type comprenant: un ensemble annulaire non jointif de premiers volets dont chacun est articulé autour d'un axe dit premier axe, sur une structure fixe, cet ensemble constituant un convergent; un ensemble annulaire non jointif de deuxièmes volets dont chacun est articulé au- tour d'un axe, dit deuxième axe, sensiblement parallèle audit premier axe, sur un premier volet correspondant, cet ensemble constituant un divergent; un dispositif de liaison articulée reliant chaque deuxième volet à la structure fixe afin de lier cinématiquement ce deuxième volet au premier volet correspondant, en vue d'asservir i5 la section de sortie Ae à la section de col Aj de la tuyère suivant la relation Ae = f (Aj); et des moyens moteurs associés à chaque premier volet, pour faire pivoter ce volet autour de son articulation reliant ce dernier à la structure fixe. Les tuyères connues de ce type sont généralement dotées d'un dispositif particulier pour réaliser la fonction Ae = f (Aj) ou Ae/Aj = f (Aj) et la liaison cinématique de synchronisation des volets des ensembles annulaires est assurée par un autre dispositif, indépendant du premier, ce qui entraîne une multiplication des éléments constitutifs de la tuyère, un accroissement de son poids et de son prix, ainsi qu'une diminution de sa fiabilité. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer une tuyère dans laquelle un même dispositif permet à la fois de réaliser l'asser- vissement des sections Ae et Aj, suivant une fonction prédéterminée Ae = f (Aj) et la liaison cinématique de synchronisation de chacun des deux jeux de volets de tuyère (convergent et divergent). Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que ledit dispositif de liaison articulée comprend un jeu d'organes, dits de synchronisation, dont chacun est asso- cié à un intervalle entre deux deuxièmes volets voisins et il est, d'une part, articulé sur la structure fixe autour d'un axe parallèle auxdits premier et deuxième axes et, d'autre part, relié à chacun des deux deuxièmes volets voi- sins, par l'intermédiaire d'une biellette respective, cha- cune desdites biellettes, dites premières biellettes étant reliée, d'une part, à l'un des éléments suivants: deuxième volet et organe de synchronisation, par une articulation du type sphérique et, d'autre part, à l'autre de ces éléments, par une articulation du type axial dont l'axe est solidaire dudit autre élément, moyennant quoi on assure, à l'aide du seul dispositif de liaison, à la fois l'asservissement de la section de sortie Ae à la section de col Aj, et la liai- son cinématique entre tous les volets de chaque ensemble annulaire permettant la synchronisation mutuelle des mouve- ments de tous les volets de chaque ensemble. Avantageusement, ledit autre élément est de forme sensible- ment plate. L'axe desdites articulations axiales est incliné ou non par rapport au plan général dudit autre élément. Avantageusement, une première biellette présente une forme générale triangulaire dont un côté coïncide sensiblement avec l'axe de ladite articulation axiale et dont le sommet opposé audit côté coïncide sensiblement avec le centre de ladite articulation du type sphérique. Avantageusement, un organe de synchronisation comprend un troisième volet qui est disposé en face de l'intervalle entre deux premiers et/ou deuxièmes volets voisins, qui est articulé sur la structure fixe autour d'un axe parallèle audit premier axe, et qui est relié à chacun desdits deu- xièmes volets via une biellette respective, ces biellettes dites secondes biellettes étant chacune reliée à au moins l'un des éléments adjacents suivants: deuxième et troisième volets, par une articulation du type sphérique. Avantageusement, lesdites secondes biellettes sont consti- tuées par lesdites premières biellettes. Avantageusement, un organe de synchronisation comprend deux bielles qui sont, d'une part, articulées sur la struc- ture fixe autour d'un même axe parallèle audit premi eraxe et, d'autre part, reliées chacune à un deuxième volet res- pectif desdits deuxièmes volets voisins, via une biellette respective, chacune desdites biellettes, dites troisièmes biellettes étant reliée à au moins l'un des éléments adja- cents suivants: bielle et deuxième volet, par une articu- lation du type sphérique. Avantageusement, lesdites troisièmes biellettes sont cons- tituées par lesdites premières biellettes. Avantageusement, lesdits moyens moteurs sont constitués par un ensemble d'organes moteurs indépendants les uns des autres, chacun desdits organes étant associé à un premier volet. Ainsi, l'ensemble d'organes de synchronisation forme avec les ensembles annulaires de premiers et deuxièmes volets une chaîne annulaire formée de maillons articulés agencés de telle sorte que ladite chaîne n'ait qu'un degré de liberté. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle schématique en coupe par un plan axial longitudinal d'une tuyère selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est un exemple de diagramme du rapport Ae/Aj de la section de sortie Ae par la section de col Aj de la tuyère, en fonction de Aj; - la figure 3 est une vue de détail de la figure 1; - la figure 4 est une vue partielle schématique en coupe par un plan axial longitudinal d'une tuyère selon un deuxième mode de réalisation de l'inven- tion; et - la figure 5 est une vue en perspective schématique montrant la disposition des volets de la tuyère se- lon la figure 1. La tuyère représentée sur les figures 1 et 3 comprend un canal 1 dont l'extrémité aval comporte des éléments de sup- port 2 répartis de façon uniforme autour de ladite extré- mité aval, ces éléments 2 faisant saillie vers l'extérieur à partir de la face extérieure du canal 1. Les éléments 2 sont fixés en 3 et 4 au canal 1. Au canal 1 fait suite, du c6té aval, une tuyère convergente- divergente réglable comprenant: un premier jeu de volets articulés chacun en 6 sur un élément 2, et un deuxième jeu de volets 7 articulés chacun en 8 sur l'extrémité aval d'un volet 5 correspondant. Chaque volet 7 fait suite de façon sensiblement coaxiale - ou alignée - au volet 5 cor- respondant. La tuyère comprend en outre un troisième jeu de volets 9 articulés chacun en 10 par son extrémité amont sur un élé- ment 2. Le nombre n de volets 9 - dits volets froids - est égal à celui des volets, dits de convergents, 5 ou des volets, dits de divergents, 7, et chaque volet froid 9 est décalé angulairement sur le pourtour du canal 1 d'un angle égal à 3260n (c'est-à-dire d'un demi pas), par rapport à un volet de convergent 5 - ou de divergent 7 - respectif. De façon bien connue, l'étanchéité entre deux volets 5 ou 7 voisins est assurée, par exemple, par des volets suiveurs - ou intercalaires, ou asservis - non représentés; pour une description plus détaillée de ces volets suiveurs, on se reportera par exemple au brevet français no 2 180 440. Un vérin hydraulique 11 - ou tout autre dispositif moteur - est associé à chaque volet de convergent 5 du premier jeu de volets; ce vérin est, d'une part, par son carter lia, articulé en 12 sur la structure fixe 2 et, d'autre part, par l'extrémité libre de sa tige l1b, il est articulé sur le volet de convergent 5 correspondant, suivant un axe d'ar- ticulation 13 espacé vers l'extérieur - c'est-à-dire en sens opposé à l'axe du canal 1 - par rapport à l'articulation 6. Dans l'exemple représenté, l'axe 13 est porté à l'extrémité libre d'un bras 5a faisant saillie vers l'extérieur prévu à l'extrémité amont du volet 5. Comme on peut le voir aussi sur le schéma de la figure 5, chaque volet de divergent 7 porte, vers son extrémité aval, deux chapes 14 disposées symétriquement l'une de l'autre par rapport à un plan médiateur P1 dudit volet divergent 7; ce plan P1 est perpendiculaire au volet 7, il passe par l'axe du canal 1 et il divise ledit volet de divergent 7 en deux parties égales. Chaque chape 14 est agencée pour recevoir un axe d'articulation 15 qui est incliné par rapport au plan du volet 7 d'un angle "a" quelconque, (voir aussi figure 3); les deux axes 15 d'un même volet 7 sont, bien entendu, symétriques l'un de l'autre par rapport auplan P1. Chaque chape 14 reçoit une biellette 16 par exemple de forme triangulaire, qui est articulée sur le volet 7, via la chape 14, autour de l'axe 15 et qui présente à une extrémité - ou à un sommet - opposée à l'axe 15 - une par- tie saillante sphérique 17 logée dans un évidement - ou cavité - sphérique correspondant 18 ménagé dans le volet froid 9 adjacent, de manière à constituer une articulation à rotule 100 entre les éléments 16 et 9. Ainsi, chaque volet froid 9 constitue une liaison mécanique articulée (liaison par biellettes) entre deux volets de divergents 7 voisins. De même chaque volet de divergent 7 constitue une liaison articulée entre deux volets froids 9 voisins. Les cavités sphériques 18 d'un même volet froid 9 sont symétri- ques l'une de l'autre par rapport à un plan médiateur P2 dudit volet froid 9; ce plan P2 est perpendiculaire au plan dudit volet 9, il passe par l'axe du canal 1 et il divise ce volet froid 9 en deux parties égales (voir le schéma de la figure 5). L'ensemble formé par les volets froids 9, les biellettes 16 et les volets de divergent 7, constitue ainsi une chaîne annulaire fermée centrée sur l'axe du canal 1, et dont le diamètre moyen ainsi que l'angle de conicité de sa paroi intérieure 7 ou celui de sa paroi extérieure 9 est variable en fonction dudit diamètre moyen. Sur la figure 2 on a représenté un exemple de loi de section Ae/Aj = f (Aj). Les points A, B et C repérés sur la courbe F représentée à la figure 2 correspondent, respectivement, aux positions désignées A, B et C sur la figure 1, de l'en- semble articulé 5, 7, 9. Le fonctionnement du dispositif de tuyère qui vient d'être décrit est le suivant: Lors d'une manoeuvre de tuyère, chaque volet froid 9 tourne autour de l'axe fixe 10. Chaque centre 0 de logement sphé- rique 18 décrit un arc de cercle contenu dans un plan P3 parallèle au plan P2 (voir figure 5). De même, chaque volet 2de convergent 5 tourne autour de l'axe fixe 6 entraînant de convergent 5 tourne autour de l'axe fixe 6 entraînant avec lui le volet de divergent 7 par l'intermédiaire de l'articulation 8. A chaque configuration de tuyère, c'est-à-dire à chaque couple de valeurs Aj et Ae/Aj, correspond une position spatiale déterminée des axes 15. Chaque centre 0 d'extrémité sphérique/de biellettes 16 ne peut que décrire un arc de cercle centré sur l'axe 15a et contenu dans un plan P4 (figure 3). Cet arc de cercle intercepte le plan P3 en un seul point car les plans P4 et P3 ne sont pas confondus ni parallèles entre eux. Les centres 0 de chaque extrémité sphérique 17 des biel- lettes 16 et de leur logement sphérique 18 étant confondus, à une position angulaire déterminée du volet froid 9, au- tour de l'axe 10, correspond une seule position des volets et 7 adjacents. Bien entendu, les angles formés par chaque plan Pi et le plan P2 voisin sont égaux. A chaque position du volet froid 9 correspond une position bien déterminée, symétrique par rapport au plan P2, des deux biellettes 16, qui sont liées audit volet 9 par les articulations sphériques 100 De même, les deux volets 7 liés, de part et d'autre à ce volet froid 9, par une première biellette 16, sont posi- tionnés symétriquement par rapport au plan P2. Sur chacun de ces volets 7 la seconde biellette 16 assure la liaison avec le volet froid 9, adjacent et impose une position symétrique de ce volet 9 vis-à-vis de son homo- logue adjacent, par rapport au plan médiateur P1 de ce volet 7. Ainsi, sur chaque volet 7, les biellettes 16 imposent une position symétrique des volets 9 par rapport au plan P1. Réciproquement, sur chaque volet 9, les biellettes 16 imposent une position symétrique des volets Y par rapport au plan P2. Par extension, l'ensemble des biellettes 16 impose à l'ensemble des volets 5, 7, 9 des positions symé- triques par rapport à l'axe de la tuyère, de sorte que l'on obtient un effet de "synchronisation" de l'ensemble des volets de tuyère dans toutes ses configurations. Les déplacements relatifs des jeux de volets 5 et 7 par rapport aux jeux de volets froids 9 sont fonction de: - l'angle "a"; - la distance "b" entre le centre 0 et l'axe géomé- trique 15a d'articulation des biellettes 16 sur les volets 7 (figure 3); la position des axes 15 - ou 15a - par rapport aux articulations 8; et - la position des logements sphériques 18 par rap- port aux articulations 10. Le choix judicieux de chacun de ces paramètres permet d'ob- tenir la loi de section Ae/Aj = f (Aj) recherchée. Il est possible que le type de loi de section Ae/Aj ne soit pas compatible avec les longueurs et/ou les angles des volets imposés par d'autres considérations (aérodynamiques ou thermodynamiques par exemple). Dans ce cas, on peut utiliser une variante représentée à la figure 4. Selon cettevariante, chaque cavité sphérique 18 est ménagée à l'extrémité aval d'une bielle 19 articulée à son autre extrémité en 20 sur l'élément de support 2. Chaque volet froid 9 est relié à chacun des volets de diver- gent 7 adjacents, par une biellette respective 21; les biellettes 21 sont articulées au moyen d'articulations sphériques - ou à rotule - 101, sur les éléments 7 et 9 qu'elles relient. Sur la figure 4, les éléments identiques ou analogues à ceux des figures 1, 3 et 5, portent les mêmes références, On remarquera que dans le cas du mode de réalisation de la figure 4, la construction symétrique des différents élé- ments étant respectée, l'effet de "synchronisation" est identique à celui du mode de réalisation des figures 1 et 3. Selon une autre variante, non représentée, en respectant une construction symétrique, on peut permuter la chape 14 avec le logement à rotule 16 en inversant le sens de la biellette 16. La loi de section Ae/Aj estalors différente.15 Cette possibilité permet de réaliser des "familles" de loi supplémentaires. La tuyère qui vient d'être décrite constitue un convergent- divergent dans lequel la section de sortie Ae est une20 fonction prédéterminée f (Aj) de la section de col Aj; cette tuyère est du type comprenant: un ensemble annulaire non jointif de premiers volets 5 dont chacun est articulé autour d'un axe, dit premier axe, 6 sur la structure fixe 2, cet ensemble constituant avec des volets suiveurs asso- ciés, d'un type connu, le convergent; un ensemble annu- laire non jointif de deuxièmes volets 7 dont chacun est arti- culé autour d'un axe, dit deuxième axe, a sensiblement paral- lèle audit premier axe 6 sur un premier volet 5 correspondant; ce deuxième ensemble de volets constituant avec des volets30 suiveurs associés, d'un type connu, le divergent; un dispo- sitif de liaison articulée reliant chaque deuxième volet 7 à la structure fixe 2 afin de lier cinématiquement ce deu- xième volet au premier volet 5 correspondant, en vue d'asser- vir la section de sortie Ae à la section de col Aj suivant35 la relation Ae = f (Aj); et des moyens moteurs associés à chaque premier volet 5, pour faire pivoter ce volet autour de son articulation 6 reliant ce dernier à la structure fixe 2. Le dispositif de liaison articulée comprend un jeu d'organes, dits de synchronisation 9 ou 19, dont chacun est associé à un intervalle entre deux deuxièmes volets 7 voi- sins et il est, d'une part, articulé sur la structure fixe 2 autour d'un axe (10 ou 20) parallèle auxdits premier et deuxième axes 6 et 6, et, d'autre part, relié à chacun des deux deuxièmes volets 7 voisins, par l'intermédiaire d'une biellette 16 respective, chacune de ces biellettes 16, dites premières biellettes, étant reliée, d'une part, à l'un des élémencs suivants: deuxième volet 7 et organe de synchro- nisation, par une articulation du type sphérique 100 et, d'autre part, à l'autre de ces éléments par une articulation du type axial 14, 15 dont l'axe 15 est solidaire dudit autre élément, moyennant quoi on assure, à l'aide du seul dispo- sitif de liaison (9, 10, 14 à 16, 100) ou (19, 20, 14 à 16, ) à la fois l'asservissement de la section de sortie Ae à la section de col Aj, et la liaison cinématique entre tous les volets 5, 7 de chaque ensemble annulaire de volets, per- mettant la synchronisation mutuelle des mouvements de tous les volets de chaque ensemble. La tuyère selon l'invention trouve notamment application dans les moteurs à réaction. REVENDICATIONS DE BREVET 1. Tuyère comportant un convergent-divergent dans lequel la section de sortie Ae est une onction prédéterminée f (Aj) de la section de col Aj, du type comprenant: un ensemble annulaire non jointif de premiers volets dont chacun est ar- ticulé autour d'un axe dit premier axe, sur une structure fixe, cet ensemble constituant un convergent; un ensemble annulaire non jointif de deuxièmes volets dont chacun est articulé autour d'un axe, dit deuxième axe, sensiblement parallèle audit premier axe, sur un premier volet correspon- dant, cet ensemble constituant un divergent; un dispositif de liaison articulée reliant chaque deuxième volet à la structure fixe, afin de lier cinématiquement ce deuxième volet au premier volet correspondant, en vue d'asservir la section de sortie Ae à la section de col Aj de la tuyère suivant la relation Ae = f (Aj); et des moyens moteurs aptes à faire pivoter chaque premier volet autour de son articulation reliant ce dernier à la structure fixe, carac- térisée en ce que ledit dispositif de liaison articulée comprend un jeu d'organes dits de synchronisation, dont chacun est associé à un intervalle entre deux deuxièmes volets voisins et il est, d'une part, articulé sur la struc- ture fixe autur d'un axe parallèle auxdits premier et deu- xième axes et, d'autre part, relié à chacun des deux deu- xièmes volets voisins, par l'intermédiaire d'une biellette respective,, chacune desdites biellettes, dites premières biellettes, étant reliée, d'une part, à l'un des éléments suivants: deuxième volet et organe de synchronisation, par une articulation du type sphérique et, d'autre part, à l'autre de ces éléments par une articulation du type axial dont l'axe est solidaire dudit autre élément, moyennant quoi on assure, à l'aide du seul dispositif de liaison, à la fois l'asservissement de la section de sortie Ae à la section de col Aj, et la liaison cinématique entre tous les volets de chaque ensemble annulaire permettant la synchronisation mutuelle des mouvements de tous les volets de chaque ensemble. 2. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit autre élément est de forme sensiblement plate. 3. Tuyère selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risée en ce qu'une première biellette présente une forme générale triangulaire dont un côté coïncide sensiblement avec l'axe de ladite articulation axiale et dont le sommet opposé audit côté coincide sensiblement avec le centre de ladite articulation du type sphérique. 4. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risée en ce qu'un organe de synchronisation comprend un troisième volet qui est disposé en face de l'intervalle entre deux premiers et/ou deuxièmes volets voisins, qui est articulé sur la structure fixe autour d'un axe parallèle audit premier axe, et qui est relié à chacun desdits deuxièmes volets via une biellette respective, ces biel- lettes dites secondes biellettes étant chacune reliées à au moins l'un des éléments adjacents suivants: deuxième et troisième volet, par une articulation du type sphérique. 5. Tuyère selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdites secondes biellettes sont constituées par lesdites premières biellettes. 6. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risée en ce qu'un organe de synchronisation comprend deux bielles qui sont, d'une part, articulées sur la structure fixe autour d'un même axe parallèle audit premier axe, et, d'autre part, reliées chacune à un deuxième volet respec- tif desdits deuxièmes volets voisins, via une biellette respective, chacune desdites biellettes, dite troisièmes biellettes, étantreliée à au moins l'un des éléments adja- cents suivants: bielle et deuxième volet, par une articu- lation du type sphérique. 7. Tuyère selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites troisièmes biellettes sont constituées par lesdi- tes premières biellettes. 6. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens moteurs sont constitués par un ensemble d'organes moteurs indépendants les uns des autres, chacun desdits organes étant associé à unpremier volet. 9. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens moteurs sont constitués par un ensemble d'organes moteurs qui sont liés entre eux, le moyen de liaison étant à son tour relié aux premiers volets.