Brevet FR2752017A1 — publié le 19980206

DESCRIPTION INVERSEUR DE POUSSEE DE TURBOREACTEUR A PORTES FORMANT ECOPES La présente invention concerne un dispositif d'inversion de poussée de turboréacteur à double flux. Le turboréacteur est équipé d'un conduit en arrière de la soufflante dont le but est de canaliser le flux secondaire dit froid, ce conduit est constitué d'une paroi interne qui entoure la structure du moteur proprement dite en arrière de la soufflante, et d'une10 paroi externe dont la partie amont vient en continuité du carter moteur qui entoure la soufflante. Cette paroi externe peut canaliser à la fois le flux secondaire et le flux primaire dans sa partie aval, et ceci en arrière de l'éjection du flux primaire, dit chaud, dans le cas de15 nacelle à flux mélangés ou à flux confluents par exemple, mais dans d'autres cas, la paroi externe ne canalise que le flux secondaire, dans le cas de nacelles dites à flux séparés. Une paroi peut également caréner l'extérieur du moteur, c'est à dire l'extérieur du carter qui entoure la soufflante et l'extérieur de la paroi extérieure du conduit décrit ci- dessus, ceci dans le but de minimiser la traînée de l'ensemble propulsif. Ceci est notamment le cas pour des25 ensembles propulsifs rapportés sur l'extérieur d'aéronef, particulièrement lorsque ces ensembles propulsifs sont attachés sous les ailes ou à l'arrière du fuselage. Nous appellerons capotage extérieur l'ensemble constitué par la paroi extérieure de la nacelle. La figure 1 des dessins joints montre un exemple connu de réalisation d'un inverseur de poussée de ce type, appliqué à un turboréacteur à double flux.35 Le dispositif d'inversion est constitué de portes 7 formant une partie mobile 2 et constituant en position inactive, lors d'un fonctionnement en jet direct, une partie du capotage 2 2752017 extérieur, et d'une structure fixe réalisant ce capotage extérieur en amont des portes, par une partie amont 1 en aval des portes par une partie aval 3 et entre les portes 7 par l'intermédiaire de poutres qui relient la partie aval 3 du 5 capotage extérieur à la partie amont 4 du capotage extérieur. Les portes 7 sont montées sur une circonférence du capotage extérieur et sont montées pivotantes dans une zone intermédiaire de leurs parois latérales sur les poutres 18 situées de part et d'autre de ces portes, ces parois10 latérales constituant avec les parois amont et aval, les parois qui relient la partie extérieure 9 des portes 7, qui constituent une partie de la paroi extérieure de la nacelle, à la partie intérieure 11 des portes 7, qui constituent une partie de la paroi extérieure du conduit. La partie amont 1 de structure fixe comporte un cadre avant 6 qui sert de support aux moyens de commande des déplacements des portes 7, constitués par exemple par des vérins 8. En position activée, les portes 7 basculent de telle façon que la partie des portes situées en aval des pivots, vient obstruer plus ou moins totalement le conduit, et de telle façon que la partie amont des portes vient dégager un passage dans le capotage extérieur de manière à permettre au flux25 secondaire d'être canalisé radialement par rapport à l'axe du conduit. La partie amont des portes 7 fait saillie à l'extérieur du capotage extérieur pour des raisons de dimensionnement du passage qui doit être capable de laisser passer ce flux sans compromettre le fonctionnement du moteur.30 L'angle de pivotement des portes est ajusté de manière à permettre le passage du flux et de manière à supprimer la poussée de ce flux, voire à commencer à générer une contre poussée en générant une composante du flux dévié vers l'amont. Les portes 7 sont également munies dans leur partie amont d'un becquet 13 faisant saillie vers l'avant, lorsque les portes 7 sont déployées, par rapport à la face interne des 3 2752017 portes, de manière à dévier le flux vers l'amont et achever d'obtenir la composante de contre poussée. Des exemples connus de réalisation sont illustrés par exemple par FR 1 482 538 ou par FR-A-2 030 034. Il existe aussi des dispositifs tels que celui décrit par US 3 605 411 qui permettent d'avoir une saillie de becquet vers l'amont lorsque les portes sont déployées tout en10 permettant une continuité de la paroi externe du conduit lorsque les portes ne sont pas déployées. On connaît également par FR-A-2 618 853 un dispositif o le becquet est escamoté en jet direct de façon à optimiser les performances du moteur.15 Dans certaines applications, comme représenté sur la figure 1, les becquets 13 font saillie par rapport à la face interne 11 des portes 7, même en jet direct sans pour autant faire saillie dans le conduit qui est dans cet exemple muni de cavités 16 légèrement préjudiciables aux performances du moteur alors que le dispositif d'inversion devient extrêmement simple. La combinaison des becquets et des bords de déviation permettent également d'optimiser la direction d'éjection du flux comme indiqué par FR-A-2 680 547. Enfin la commande des portes d'une position à une autre par vérin est connue en soi, nous noterons cependant la solution30 très simple o il y a un vérin par porte fixé dans sa partie amont à la structure fixe amont du capotage extérieur, et dans sa partie aval à la porte en un point situé dans la partie amont comme décrit par exemple par FR 1 482 538. Le type d'inverseur de poussée décrit ci-dessus a l'inconvénient majeur que, pour des raisons imposées par des contraintes de dimensionnement aérodynamique du passage du 4 2752017 flux dans les passages dégagés par la partie amont de ces portes, la pression du conduit exerce sur ces portes une action qui tend à les ouvrir, en effet, la section totale de ces passages doit être supérieure à la section du conduit 5 dans un plan situé en amont des portes, ceci à cause des pertes en charge engendrées par la déviation du flux, ceci dans le cas o la section de fuite (partie aval du conduit non obstruée par la partie aval des portes), est minimisée de façon à obtenir une contre poussée convenable.10 L'inconvénient majeur décrit ci-dessus se traduit suivant les deux aspects suivants: - le fait que les portes tendent à s'ouvrir est un inconvénient du point de vue de la sécurité. Des portes sur lesquelles l'action de la pression tendrait à les maintenir fermées (non déployées), rendrait le dispositif plus sûr, de même que des portes sur lesquelles l'action de la pression tendrait à les refermer lorsque celles-ci sont dans une20 position telle que la poussée n'est pas encore inversée, même si elle est partiellement détruite (nous reviendrons sur ce dernier point) - l'action de la pression sur les portes est dans certains exemples connus telle que dans certains cas à prendre en compte dans le dimensionnement de l'inverseur, des efforts très importants transitent dans les vérins entre leurs points d'attache sur la partie amont de la structure fixe et sur les portes. Il en résulte une masse importante de la structure,30 du système de commande des portes et de verrouillage de celles-ci, et des portes elles-mêmes. Par ailleurs, US 3.612.401 propose un panneau externe veine articulé à son aval et dont le bord amont pivote dans le canal annulaire. Dans ce cas il n'y a pas de porte monobloc35 et le panneau externe manoeuvre vers l'externe nacelle indépendamment du panneau interne, ce qui assure le guidage du flux vers l'avant de la nacelle. 2752017 En outre FR-A 2.121.563 propose une tuyère monobloc dans laquelle circule le flux en mode jet inversé mais dans ce cas lors du pivotement, le bord aval de la tuyère pénètre dans le canal annulaire en ouvrant une trappe aval. Ceci permet de ne 5 pas avoir d'action du flux en jet direct sur le conduit. Dans ce concept, tout le débit du jet inversé passe au travers de la tuyère et une partie de celle-ci déborde de l'externe nacelle en jet inversé. L'objet de l'invention est de proposer un moyen qui permet d'accroître la sécurité et/ou de réduire la masse de ce type d'inverseur ou en améliorer les performances en jet inversé. Les buts sont atteints conformément à l'invention par un inverseur de poussée à portes pivotantes du type précité15 caractérisé en ce que au moins une porte pivote autour d'un axe de rotation porté par la structure fixe et disposé à son aval, le bord amont de porte pénétrant dans le conduit de flux, et comporte un espace intérieur formant tuyère, entre une première ouverture aménagée au bord amont de porte entre20 un panneau intérieur et un panneau extérieur et une deuxième ouverture ménagée du côté aval entre un rebord aval et ledit panneau extérieur, la deuxième ouverture étant recouverte en position de jet direct par un élément en casquette solidaire de la partie aval de la structure fixe de l'inverseur, de25 manière que, en position de jet direct, les efforts exercés par le flux sur ledit panneau intérieur maintiennent la porte dans sa position fermée et en position de jet inversé, au moins une partie du flux dévié emprunte ledit espace intérieur de porte formant écope, ladite porte restant30 entièrement à l'intérieur des lignes extérieures de nacelle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre des modes de réalisation de l'invention, en référence aux35 dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 représente une demi-vue schématique, en coupe longitudinale par un plan passant par l'axe de rotation d'un turboréacteur associé, d'un inverseur de poussée à portes 6 2752017 pivotantes, en position fermée, d'un type connu et qui a fait précédemment l'objet d'une description; - la figure 2 représente, dans une vue analogue à celle de la figure 1 un inverseur de poussée à portes écope, en position jet direct, selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 représente le mode de réalisation de l'invention décrit suivant la figure 2, en mode jet inversé; - les figures 4 et 5 représentent un mode d'entraînement de la porte par vérin central en position jet direct et jet inversé; - la figure 6 représente la section VI VI en mode jet direct les figures 7 et 8 représentent un mode d'entraînement de la porte par l'aval en mode jet direct et jet inversé; - les figures 9 et 10 représentent un mode d'entraînement de la porte par un système d'embiellage en mode jet direct et jet inversé; - les figures 11 et 12 représentent un autre mode de réalisation de l'invention en mode jet direct et jet inversé; - les figures 13 et 14 représentent un système de casquette mobile liée à la porte; - les figures 15 à 17 représentent des exemples de réalisation de portes; - la figure 18 représente une vue de l'avant en perspective d'une demi-nacelle; - la figure 19 représente une vue latérale en perspective d'une demi- nacelle; - les figures 20 et 21 représentent une variante de réalisation de l'invention en mode jet direct et jet inversé. Selon un mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 2 et 3, une porte tuyère 20, articulée autour d'un axe de rotation 21 porté par les poutres de la structure35 fixe 22, est manoeuvrée par un moyen d'entraînement 23 qui peut être mécanique, hydraulique ou électrique, dans le sens opposé à celui des aiguilles d'une montre de telle façon que la partie amont 24 de la porte tuyère 20 vient au voisinage en amont du capot externe 25 du moteur. Le vérin 23, selon le 7 2752017 point d'accrochage sur la porte 20 par rapport au point pivot 22, peut être soit tirant, soit poussant. En position jet direct, l'étanchéité est assurée par un joint 26. Le panneau interne 27 de la porte tuyère 20 forme une partie de la veine externe du conduit annulaire 28. Une partie du panneau externe 29 de la porte tuyère forme une partie de la nacelle externe 30.10 En position jet inversé, la partie amont de la porte tuyère vient dans la veine 28 et "écope" par une première ouverture 36 une partie du flux. Celui-ci est canalisé dans un espace intérieur 37 formant tuyère ménagé dans la porte15 20. jusqu'à une deuxième ouverture 32 de la porte tuyère 30. La longueur et largeur de cette ouverture 32 est définie pour répondre au besoin de l'efficacité de l'inversion et l'espace intérieur 37 est ménagé pour permettre le passage de débit souhaité.20 On remarque qu'en position jet inversé aucune partie de la porte tuyère 20 ne dépasse de la nacelle 30, ceci peut être intéressant dans le cas de nacelle très proche du sol ou géométriquement trop proche de la structure aile ou fuselage.25 En jet inversé une partie du flux passe entre le panneau externe 29 de la porte tuyère 20 et le bord de déviation 12 de la structure 1. La direction du jet est redirigé vers l'avant de la nacelle sous l'action du jet sortant de la30 porte tuyère 20. En jet direct la casquette 33, formée d'une partie du capot de l'externe 30 de la nacelle, recouvre et carène l'ouverture 32 de la porte tuyère 20. Cette casquette peut déborder plus ou moins de l'ouverture 32 de la porte tuyère 20 en position jet inversé pour permettre une action plus ou moins prononcée sur le flux d'inversion. Le détourage de la casquette 33 peut être à bords parallèles entre-eux ou évolutif. Elle peut être réalisée en une ou plusieurs parties. 8 2752017 Ce système peut être associé à des portes d'inverseur standard de taille proche ou différente afin d'assurer un meilleur pilotage de nappes et une perturbation moindre de la 5 contrôlabilité de l'avion par l'écoulement inversé en particulier en cas de déploiement intempestif. Les portes écopes peuvent en outre être différentes en taille entre elles, en largeur, en longueur, elles peuvent avoir des10 positions de pivots différentes entre elles, les angles d'ouverture peuvent également être différent entre chaque porte. Ceci afin d'assurer un pilotage optimal et une perturbation minimale sur l'écoulement de voilure. Suivant les figures 4 à 6, au moins un vérin 23 associé à la structure fixe 1 manoeuvre la porte tuyère 20. Un espace 14 est pratiqué dans la porte pour loger le vérin. Un carénage 15 associé au vérin 23 permet de lisser l'externe de la nacelle 11 en jet direct. La porte 20 peut aussi être manoeuvrée par un ou deux vérins installés dans la (les) poutre(s) entraînant les portes tuyères 20 par les côtés. Les figures 7 et 8 montrent un exemple de manoeuvre de la porte tuyère 20 réalisée par un ou des vérins 23 installé(s) dans la partie aval de la structure fixe 22 de la nacelle. Suivant la position de l'accrochage du vérin sur la porte 20, celui-ci peut être compris dans un espace pratiqué dans30 ladite porte. Les figures 9 et 10 montrent un exemple d'entraînement réalisé par un embiellage 16 reliant le système d'entraînement, ici un vérin 23, au panneau interne 27 de la35 porte tuyère 20. L'avantage réside dans la sécurité accrue de la porte en position jet direct. Dans cette position, la porte se trouve 9 2752017 en arc-boutement sur un système mécanique, interdisant la manoeuvre inopinée de la porte. La structure fixe 22 ne supporte plus le vérin et donc ses efforts résultants, elle peut être allégée en conséquence. Le vérin peut être tirant ou poussant suivant l'orientation donnée dans le compartiment moteur. Les figures 11 et 12 montrent une porte tuyère 20 dont les lignes permettent de recevoir dans la partie amont du canal annulaire toute la section du jet d'inversion par la structure interne de la porte 20. Les figures 13 et 14 montrent un système de manoeuvre 18 de la casquette 33 associée à la porte 20. La manoeuvre est assurée par une ou plusieurs bielles. La casquette 33 peut être fixée et articulée sur la structure fixe 22 et être entraînée par une ou plusieurs bielle(s) 19 accrochée(s) en un point quelconque de la porte tuyère 20 permettant une rotation vers l'externe de la nacelle à l'ouverture de la porte, mais tout autre système connu de l'homme de métier peut être appliqué comme une mise en action25 par contact de l'aval de la porte tuyère 20 sur la partie amont du pivot de la casquette 33, celle-ci pouvant revenir dans sa position initiale par l'intermédiaire d'un système de ressort à l'aval de son pivot. la partie interne de la casquette 33 dans ce cas peut avoir des formes géométriques en interne, et des déflecteurs placés de telle façon qu'ils contribuent à un pilotage de nappes défini. Les caractéristiques remarquables dans la conception de ladite porte tuyère 20 sont: toutes les lignes des parois internes peuvent être "aménagées" de façon à répondre au but recherché dans l'efficacité de l'inversion du flux. 2752017 Suivant la figure 15, l'ouverture 32 peut être complètement dégagée et exempte de grille. Suivant la figure 16, l'ouverture peut comme représenté, comporter des grilles d'aubes 34. Les grilles sont de conception connue en soi et de forme et orientation adaptée pour répondre au besoin aérodynamique recherché.10 Pour obtenir le pilotage de nappes désiré, les orientations des grilles peuvent être longitudinales, en diagonale, comporter des parties pleines ou bien associer une ou plusieurs de ces combinaisons. Suivant la figure 17, des cloisons 35 peuvent être installées à l'interne de la porte tuyère 20. Les cloisons 35 sont en nombre, en orientation, en disposition et en longueur définis pour assurer un pilotage de nappes optimal. Les figures 20 et 21 montrent une possibilité d'extension de la casquette 33 jusqu'à la structure fixe amont 22, pour le cas d'un entraînement de la porte par un vérin amont central 23. Cette extension permet de ne pas utiliser un carénage vérin 15 comme montré sur les figures 4 et 5 et assure une meilleure continuité de ligne de la nacelle externe. Le bord aval de l'ouverture d'éjection 32 de la porte 20 peut être non linéaire ou oblique ou de n'importe quelle découpe selon les performances aérodynamiques recherchées en jet inversé. Le détourage de la casquette 33 peut recevoir le même profil de découpe. Le bord aval de l'ouverture d'éjection 32 de la porte et/ou la structure aval même de la porte 20 peut être non linéaire ou oblique ou de n'importe quelle découpe, selon les performances aérodynamiques recherchées en jet inversé. 11 2752017 REVENDICATIONS 1. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux comportant des portes pivotantes (20), susceptibles en position fermée, lors d'un fonctionnement en jet direct, de s'intégrer dans la paroi extérieure du conduit de flux en arrière de la soufflante de turboréacteur, et susceptibles en outre chacune de pivoter sous l'action d'un moyen de commande (23) des déplacements de manière à constituer des obstacles de déviation de flux lors d'un fonctionnement en inversion de poussée caractérisé en ce que au moins une porte (20) pivote autour d'un axe de rotation (21) porté par la structure fixe (1) et disposé à son aval, le bord amont de porte pénétrant dans le conduit de flux, et comporte un espace intérieur (37) formant tuyère, entre une première ouverture (36) ménagée au bord amont de porte, entre un panneau intérieur (27) et un panneau extérieur (29) et une deuxième ouverture (32) ménagée du côté aval entre un rebord aval et ledit panneau extérieur (29), la deuxième ouverture (32) étant recouverte en position de jet direct par un élément en casquette (33) solidaire de la partie aval de la structure fixe de l'inverseur, de manière que, en position de jet direct, les efforts exercés par le flux sur ledit panneau intérieur (27) maintiennent la porte (20) dans sa position fermée et en position de jet25 inversé, au moins une partie du flux dévié emprunte ledit espace intérieur (37) de porte formant écope, ladite porte (20) restant entièrement à l'intérieur des lignes extérieures de nacelle. 2. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon la revendication 1 dans lequel la deuxième ouverture (32) ménagée sur la porte (20) est munie de grilles d'aubes (34) destinées à augmenter les performances ou à contribuer au pilotage des nappes du flux inversé.35 3. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel ledit moyen de commande des déplacements de porte est constitué par au moins un vérin (23) fixé de manière articulée sur la structure fixe 12 2752017 amont (1) de l'inverseur et placé, en position de jet direct, dans un logement (14) ménagé dans la partie radialement extérieure de porte et portant un carénage (15) assurant la continuité des lignes extérieures de nacelle en jet direct. 5 4. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel ledit moyen de commande des déplacements de porte est constitué par au moins un vérin (23) fixé de manière articulée sur la structure fixe10 amont (22) de l'inverseur et placé, en position de jet direct, dans un logement (14) ménagé dans la partie radialement extérieure de porte, ledit élément en casquette (33) solidaire de la partie aval de la structure fixe de l'inverseur assurant, en jet direct, la couverture dudit logement dans la continuité des lignes extérieures de nacelle. 5. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel ledit moyen de commande des déplacements de porte est constitué par au moins un vérin (23) fixé de manière articulée sur la partie aval de structure fixe d'inverseur. 6. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel ledit moyen de commande des déplacements de porte est constitué par au moins un vérin (23) disposé à l'intérieur du capot primaire (25) du turboréacteur et relié par un ensemble de bielles comportant une articulation solidaire dudit capot primaire (25) et une30 articulation solidaire du panneau intérieur (27) de la porte (20). 7. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel ladite première ouverture ménagée au bord amont de porte reçoit la totalité du flux inversé dans la position d'inversion de poussée. 8. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel ledit 13 2752017 élément en casquette est déplaçable grâce à un déplacement lié à celui de la porte (20) entre une position de jet direct o ladite casquette est situé en continuité avec les lignes extérieures de nacelle et une position de jet inversé o 5 ladite casquette contribue au pilotage des nappes du flux inversé, le bord amont de casquette étant déployé à l'extérieur des lignes de nacelle. 9. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel une pluralité de cloisons (35) sont disposées dans l'espace intérieur de la porte (20) de manière à assurer un pilotage optimal des nappes du flux inverse.