Brevet FR2723764A1 — publié le 19960223

l La présente invention a pour objet une tuyère convergente-divergente réglable, apte à être parcourue par un fluide et destinée, notamment, à équiper un moteur à réaction, tel qu'un turboréacteur, utilisé pour la propulsion d'un engin volant, tel qu'un avion. La tuyère visée par l'invention est du type général comprenant une pluralité de volets à inclinaison réglable dont chacun présente une face interne tournée vers l'axe de la tuyère et une face externe tournée vers l'extérieur de la tuyère, lesdits volets étant répartis en deux couronnes disposées à la suite l'une de l'autre dans le sens de l'écoulement du fluide, à savoir une couronne de volets amont et une couronne de volets aval, chaque couronne de volets comprenant elle-même un premier groupe de volets extérieurs, ou volets commandés, et un deuxième groupe de volets intérieurs, ou volets suiveurs, les volets commandés étant disposés en alternance avec les volets suiveurs suivant la direction circonfércntielle de la tuyère, chaque volet commandé ou suiveur de la couronne amont étant articulé, à sa partie aval, à la partie amont d'un volet commandé ou suiveur de la couronne aval, et chaque volet suiveur prenant appui par sa surface externe, dans la zone de ses deux bords latéraux, sur la face interne des deux volets commandés adjacents. Suivant une disposition fréquemment utilisée, les volets extérieurs sont commandés par exemple au moyen de vérins, tandis que les volets intérieurs dits suiveurs sont appliqués par le pression du jet gazeux contre les volets commandés. Ce type de tuyère est monté notamment à l'arrière des turboréacteurs avec post-combustion qui équipent les avions militaires modernes. Ces tuyères sont capables d'une cinématique convergente-convergente aux vitesses subsoniques et d'une cinématique convergente-divergente aux vitesses supersoniques. De plus le col de la tuyère, à l'articulation des volets de la couronne amont et des volets de la couronne aval, a une section réglable. L'une des principales difficultés rencontrées dans la réalisation d'une tuyère convergente-divergente réglable, réside dans l'obtention d'une étanchéité satisfaisante aux joints des différents volets et notamment à l'articulation des volets des deux couronnes de volets au col de la tuyère. Au niveau de l'articulation des volets commandés amont et aval, l'étanchéité est assurée par les volets eux-mêmes. FR-A-2 227 433 décrit une tuyère telle que mentionnée ci-dessus, dans laquelle les volets suiveurs amont et aval sont articulés au moyen d'une charnière qui s'étend sur toute la largeur circonférentielle de ces volets, et dans laquelle les volets commandés de l'une des couronnes comportent au voisinage de leurs bords latéraux des logements pour recevoir de manière étanche et coulissante les extrémités des charnières des paires de volets suiveurs. Lors des variations d'inclinaison des volets, il se produit inévitablement des fuites entre les bords latéraux des volets de la couronne aval, du fait que les volets suiveurs aval ne peuvent se déplacer axialement par rapport aux volets suiveurs amont, de telle manière que leurs bords latéraux soient en appui étanche sur toute leur longueur sur la face interne des volets commandés aval. Pour assurer l'étanchéité entre les volets suiveurs et les volets commandés d'une couronne, on prévoit un jeu axial à l'articulation des volets suiveurs amont et aval, ce qui entraîne des fuites à cette articulation, car le jeu est variable en fonction de la striction de la tuyère. FR-A-2 366 454 montre une tuyère d'éjection des gaz à section variable dans laquelle il est prévu un joint d'étanchéité entre un volet amont et un volet aval susceptible de coulisser l'un par rapport à l'autre en fonction de leurs inclinaisons respectives. Mais il s'agit ici d'une tuyère de section globalement rectangulaire qui ne comporte pas de volets suiveurs. Le but de la présente invention est de proposer une tuyère du type mentionné, dans laquelle l'étanchéité est assurée dans toutes les configurations de la tuyère. Conformément à l'invention, dans une tuyère convergente-divergente réglable du type précité, il est prévu à l'articulation de deux volets suiveurs une plaque destinée à assurer l'étanchéité entre lesdits volets suiveurs dans toutes les configurations de la tuyère et qui s'étend au moins sur toute la largeur desdits volets suiveurs, ladite plaque étant articulée par son extrémité amont sur l'extrémité aval du volet suiveur amont et présentant sur la face externe de sa partie aval un premier bourrelet en appui sur la face interne du volet suiveur aval, ladite plaque étant pourvue sur sa face externe de moyens coopérant avec ledit bourrelet pour pincer la partie amont dudit volet suiveur aval tout en permettant son coulissement axial selon les configurations de la tuyère. Cette disposition permet d'étancher les fuites entre le volet suiveur amont et le volet suiveur aval, au niveau du col de la tuyère. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente de façon schématique la position des volets dans deux configurations différentes de la tuyère; la figure 2 est une coupe du dispositif d'étanchéité prévu à l'articulation d'un volet suiveur amont et d'un volet suiveur aval, cette coupe étant prise dans un plan passant par l'axe de la tuyère; la figure 3 est une vue en perspective du dispositif d'étanchéité prévu à l'articulation d'un volet suiveur amont et d'un volet suiveur aval, les volets commandés étant enlevés par souci de clarté; la figure 4 montre schématiquement le dispositif d'étanchéité de l'invention dans une configuration fermée convergente-divergente de la tuyère; la figure 5 montre le dispositif d'étanchéité dans une configuration fermée convergente-convergente de la tuyère. Sur la figure 1 on a représenté par la référence 1 une tuyère convergente-divergente réglable destinée à être montée à l'arrière d'un turboréacteur d'axe 2. Cette tuyère 1 comporte, en amont, dans le sens de l'écoulement du fluide F. une première couronne 3 de volets qui présente en alternance, dans le sens circonférentiel, des volets commandés amont 4 et des volets suiveurs amont 5. Les volets 4 et 5 sont articulés, à leur extrémité amont 6, sur la partie terminale du carter du turboréacteur. Ces volets 4 et 5 présentent respectivement des faces externes 4a, 5a tournées vers l'extérieur de la tuyère et des faces internes 4b, 5b tournées vers l'axe 2 du turboréacteur. Les volets commandés 4 sont situés à l'extérieur de la couronne amont 3 et les volets suiveurs 5 sont situés à l'intérieur de la couronne amont 3, chaque volet suiveurs 5 prenant appui par sa surface externe Sa, dans la zone de ses deux bords latéraux, sur la face interne 4b des deux volets commandés 4 adjacents, de manière à assurer l'étanchéité entre les différents volets 4 et5 de la couronne amont 3. La tuyère 1 comporte en outre en aval de la première couronne 3, une deuxième couronne 7 de volets, dite couronne aval. Cette couronne aval 7 comporte également en alternance, dans le sens circonférentiel de la tuyère 1, des volets commandés aval 8 et des volets suiveurs aval 9. Chaque volet commandé aval 8 est articulé à sa partie amont 10 sur la partie aval 11 d'un volet commandé amont 4, au moyen d'une articulation. étanche 12. Chaque volet suiveur aval 9 est également articulé à sa partie amont sur la partie aval d'un volet suiveur amont 5. Les volets commandés aval 8 sont situés à l'extérieur de la couronne aval 7 et les volets suiveurs aval 9 sont situés à l'intérieur de la couronne aval 7. Les volets suiveurs aval 9 prennent appui par leur surface externe 9a, dans la zone de leurs bords latéraux, sur la face interne 8b des volets commandés aval 8, de manière à assurer l'étanchéité entre les différents volets 8 et 9 de la couronne aval 7. L'étanchéité au col 13 de la tuyère 1, c'est-à-dire à l'articulation respective des volets commandés amont 4 et aval 7, et des volets suiveurs amont 5 et aval 8, est assurée, d'une part, par l'articulation 12 des volets commandés 4 et 8 et, d'autre part, par un dispositif d'étanchéité 14 prévu entre deux volets suiveurs successifs 5 et 9 et décrit plus loin dans le présent mémoire. En effet, par construction, il existe un jeu J entre un volet suiveur amont 5 et un volet suiveur aval 9, qui est fonction de la striction de la tuyère 1, et qui est nécessaire pour assurer l'étanchéité entre les bords latéraux des volets commandés et suiveurs de chacune des couronnes 3 et 7. Sur la figure 1 on a représenté deux configurations de la tuyère 1: Une première configuration A dans laquelle la section du col 13 est grande et le jeu I relativement faible, et une deuxième configuration B dans laquelle la section du col 13 est faible et le jeu J relativement grand. Le dispositif d'étanchéité 14, prévu à l'articulation entre deux volets suiveurs successifs, le volet suiveur amont 5 et le volet suiveur aval 9, et représenté sur les figures 2 à 4, comporte une plaque 15, qui s'étend au moins sur toute la largeur desdits volets 5 et 9. La partie aval 16 de la plaque 15 est relevée vers l'extérieur par rapport à l'axe 2 de la tuyère 1 et présente sur son bord aval un premier bourrelet 17 de section semi-circulaire qui est en appui coulissant sur le face interne 9b du volet suiveur aval 9. La partie amont 18 de la plaque 15 est courbe et dirigée vers l'extérieur, par rapport à l'axe de la tuyère 1 et elle se termine également par un deuxième bourrelet 19 de section semi-circulaire qui loge dans une gorge 20 semi- cylindrique, dirigée vers l'axe 2 de la tuyère 1 et aménagée dans le bord aval 21 du volet suiveur amont 5. Le deuxième bourrelet 19 et la gorge 20 sont profilés de telle manière que la plaque 15 puisse pivoter librement à l'extrémité amont du volet suiveur aval 5, autour d'un axe de pivotement 22, tout en assurant l'étanchéité à ce niveau. La plaque 15 est pourvue sur sa face externe 15a d'une colonnette 23 disposée sensiblement au milieu de sa largeur. Cette colonnette 23 est située immédiatement en aval du volet suiveur amont 5 et elle comporte un épaulement 24 situé à l'extérieur des volets suiveurs 5 et 9 et une extrémité filetée 25. Le volet suiveur aval 9 présente à son extrémité amont 26 une encoche 27 pour le passage libre de la colonnette 23. Sur l'épaulement 24 de la colonnette 23 est fixée au moyen d'un écrou, une barrette de verrouillage 29 qui comporte à son extrémité aval 30, en regard du premier bourrelet 17, une surface 31 de section semi- circulaire qui coopère avec le premier bourrelet 17 pour pincer la partie amont 9c du volet suiveur aval 9. Cette partie amont 9c comporte, de préférence, sur sa face externe 9a une gorge 32 dans laquelle coulisse l'extrémité aval 30 arrondie de la barrette de verrouillage 29. L'extrémité amont 33 de la barrette de verrouillage 23 comporte également en regard du deuxième bourrelet 19, une surface 34 de section semi- circulaire qui est en appui sur une surface cylindrique 35 prévue sur la face extrême Sa du volet suiveur amont 5 et centrée sur l'axe de pivotement 22. Les bords latéraux de la plaque 15 comportent en outre des parois latérales 36 qui encadrent les deux volets 5 et 9 et qui assurent le positionnement transversal de la plaque 15. Ces parois latérales 36 obturent partiellement la fuite transversale entre les volets commandés 4, 8 et les volets suiveurs 5, 9 dans cette zone. En fonctionnement, les volets commandés amont 4 et aval 8 sont commandés au moyen par exemple de vérins, afin que la tuyère 1 prenne des configurations adaptées aux conditions de vol. Les pressions du fluide F dans la tuyère 1 plaquent les volets suiveurs 5 et 9 sur les volets commandés adjacents 4 et 8, et les plaques 15 sur les volets suiveurs aval 9, ce qui assure l'étanchéité à l'articulation des volets suiveurs 5 et 9. La plaque 15 pivote, par rapport au volet suiveur amont 5, autour de l'axe de pivotement 22. La partie amont du volet suiveur aval 9 peut coulisser librement entre le premier bourrelet 17 de la plaque 15 et l'extrémité arrondie 30 aval de la barrette de verrouillage 29 dans toutes les configurations de la tuyère 1. La figure 1 montre la position respective des divers éléments, lorsque le jeu I entre les volets suiveurs 5 et 9 est minimum. La figure 4 montre le dispositif d'étanchéité 14 dans la configuration de la tuyère 1 en fermeture convergente-divergente, le jeu J étant maximum, et la figure 5 montre le dispositif d'étanchéité 14 dans la configuration de la tuyère en fermeture convergente-convergente, le jeu J ayant une valeur intermédiaire. REVENDICATIONS 1. Tuyère convergente-divergente réglable, apte à être parcourue par un fluide (F), du type comportant une pluralité de volets à inclinaison réglable dont chacun présente une face interne tournée vers l'axe de la tuyère (1) et une face externe tournée vers l'extérieur de la tuyère (1), lesdits volets étant répartis en deux couronnes disposées à la suite l'une de l'autre dans le sens de l'écoulement du fluide, à savoir une couronne (3) de volets amont et une couronne (7) de volets aval, chaque couronne (3; 7) de volets comprenant elle-même un premier groupe de volets extérieurs, ou volets commandés (4; 8), et un deuxième groupe de volets intérieurs, ou volets suiveurs (5; 9), les volets commandés (4; 8) étant disposés en alternance avec les volets suiveurs (5; 9) suivant la direction circonférentielle de la tuyère, chaque volet commandé (4) ou suiveur(5) de la couronne amont (3) étant articulé, à sa partie aval (10), à la partie amont (11) d'un volet commandé (8) ou suiveur (9) de la couronne aval (7), et chaque volet suiveur (5; 9) prenant appui par sa surface externe (Sa; 9a), dans la zone de ses deux bords latéraux, sur la face interne (5b; 8b) des deux volets commandés (4;8) adjacents, ladite tuyère (1) étant caractérisée par le fait qu'il est prévu à l'articulation de deux volets suiveurs (5; 9) une plaque (15) destinée à assurer l'étanchéité entre lesdits volets suiveurs dans toutes les configurations de la tuyère et qui s'étend au moins sur toute la largeur desdits volets suiveurs, ladite plaque (15) étant articulée par son extrémité amont (18) sur l'extrémité aval (21) du volet suiveur amont (S) et présentant sur la face externe (15a) de sa partie aval un premier bourrelet (17) en appui sur la face interne (9b) du volet suiveur aval (9), ladite plaque (15) étant pourvue sur sa face externe (15a) de moyens coopérant avec ledit premier bourrelet (17) pour pincer la partie amont (9c) dudit volet suiveur aval (9), tout en permettant son coulissement axial en fonction des configurations de la tuyère. 2. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la largeur de la plaque (15) est supérieure à la largeur des volets suiveurs (5; 9), et par le fait qu'il est prévu sur les bords latéraux de ladite plaque (15) deux parois latérales (36) adjacentes auxdits volets suiveurs (5; 9). 3. Tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que le premier bourrelet (17) est prévu sur le bord aval de la plaque (15). 4. Tuyère selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les moyens coopèrent avec le premier bourrelet (17) pour pincer la partie amont (9c) du volet suiveur aval (9) comportant une colonnette (23) s'étendant sur la face externe (15a) de la plaque (15) et une barrette de verrouillage (29) fixée sur ladite colonnette (23), ladite barrette de verrouillage (29) présentant en regard dudit premier bourrelet (17) une première surface (31) convexe en appui sur la face externe (9a) du volet suiveur aval (9). 5. Tuyère selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le volet suiveur aval (9) comporte sur la face externe (9a) de sa partie amont (9c) une gorge (32) longitudinale dans laquelle coulisse la première surface (31) de la barrette de verrouillage (29). 6. Tuyère selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que le volet suiveur aval (9) présente à son extrémité amont (26) une encoche (27) pour le passage de la colonnette (23). 7. Tuyère selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que la barrette de verrouillage (29) présente à son extrémité amont (33) une deuxième surface concave en appui sur la face externe (5a) de la partie aval du volet suiveur amont (5) et par le fait que l'articulation de la plaque (15) sur ledit volet suiveur amont (5) est réalisée par un deuxième bourrelet (19) prévu sur le bord amont de la plaque (15) et dirigé vers l'extérieur de la tuyère (1) et logeant dans une gorge (28) tournée vers l'axe de la tuyère et ménagée dans le bord aval (21) du volet suiveur amont (5). 8. Tuyère selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'il est prévu sur la face externe (5a) de la partie aval du volet suiveur mont (5) une surface cylindrique (35) centrée sur l'axe de pivotement (22) de la plaque (15) et du volet suiveur (5), sur laquelle la deuxième surface (35) convexe de la barrette de verrouillage (29) est en appui.