Brevet FR2757570A1 — publié le 19980626

DESCRIPTION INVERSEUR DE POUSSEE DE TURBOREACTEUR A GUIDAGE DU FLUX D'INVERSION AMELIORE La présente invention concerne un dispositif d'inversion de poussée pour turboréacteur à double flux. Le turboréacteur est équipé d'un conduit annulaire en arrière de la soufflante dont le but est de canaliser le flux secondaire dit froid, ce conduit annulaire est constitué d'une paroi interne qui entoure la structure du moteur proprement dite en arrière de la soufflante, et d'une 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 de 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 annulaire décrit ci-dessus, dans le but de minimiser la traînée de l'ensemble propulsif. Ceci est notamment le cas pour des 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. Les figures 1 et 2 des dessins joints montrent un exemple connu de réalisation d'un inverseur de poussée de ce type dit à volets. Le dispositif d'inversion est constitué de volets 2 et 3 constituant en position inactive de jet direct, une partie du capotage extérieur, et d'une structure fixe 1 et 4 réalisant ce capotage extérieur en amont des volets et en aval des volets. Entre les volets, des poutres ou des entretoises relient la partie aval 4 du capotage extérieur à la partie amont 1 du capotage extérieur. Les volets 2 et 3 sont montés sur une circonférence du capotage aval extérieur et sont montés pivotants en 5 et 6 respectivement dans une zone amont dudit capotage aval extérieur 4. Les volets extérieurs 2 constituent une partie de la paroi extérieure de la nacelle et les volets intérieurs 3 constituent une partie de la paroi extérieure du conduit annulaire 14. En position activée, les volets 2 et 3 basculent de telle façon que le volet interne 3 situé sur la paroi externe du conduit annulaire 14, vient obstruer plus ou moins totalement le conduit 14, et de telle façon que le volet externe 2 situé sur la paroi externe de la nacelle vient dégager un passage dans le capotage extérieur de manière à permettre au flux secondaire d'être canalisé radialement par rapport à l'axe du conduit. Le volet extérieur 2 fait saillie à l'extérieur du capotage extérieur pour des raisons de dimensionnée du passage qui doit être capable de laisser passer ce flux sans compromettre le fonctionnement du moteur. L'angle de pivotement des volets est ajusté de manière à permettre le passage du flux et de manière à détruire la poussée de ce flux, voire à commencer à générer une contre poussée en générant une composante du flux dévié vers l'amont. La manoeuvre des volets externe 2 et interne 3 se fait par deux bielles 8 et 9 respectivement reliées en 12 et 13 aux volets 2 et 3 et reliées à un vérin 7 en 10 et 11 ou autre élément analogue. Les bielles 8 et 9 passent d'une position repos où elles se trouvent pratiquement parallèles à l'axe médian du vérin 7 à une position de travail où elles offrent un angle accentué respectivement externe et interne avec l'axe médian du vérin 7. Des exemples connus de réalisation sont décrits notamment par FR 1.529.361, US 3.612.401, US 3.764.096 et GB 1.534.583. On retient ainsi au niveau des commandes, selon FR 1.529.361, l'utilisation de bielles raccordées à l'interne des volets et reliées à la tête d'un vérin puis selon US 3.612.401, l'entraînement des bielles par un système de levier et selon US 3.764.096, un levier d'entraînement du volet externe, entraînant à son tour le volet interne manoeuvré en rotation par un vérin et enfin, selon GB 1.534.583, la manoeuvre des volets par déplacement de la virole arrière vers l'amont. Le type d'inverseur de poussée décrit ci-dessus a l'inconvénient majeur que, pour des raisons imposées par des contraintes de dimensionnée aérodynamique du passage du flux dans les passages dégagés par les volets, le volet extérieur 2 doit avoir un angle, formé par la surface interne du panneau et l'axe longitudinal de la nacelle, beaucoup plus ouvert et la dimension longitudinale du passage du flux, aussi appelé "puits" doit être plus importante. En effet, la section totale de ces passages doit être supérieure à la section du conduit 14 dans un plan situé en amont des volets 2 et 3, ceci à cause des pertes en charge engendrées par la déviation du flux, ceci dans le cas où la section de fuite constitué par la partie aval du conduit 14 non obstruée par les volets inférieurs 3 est minimisée de façon à obtenir une contre poussée convenable. L'inconvénient majeur décrit ci-dessus se traduit selon les deux aspects suivants - l'action de la pression sur les volets est, dans certains exemples connus, telle que dans certains cas à prendre en compte dans le dimensionnée de l'inverseur, des efforts très importants transitent dans les vérins 7 entre leurs points d'attache sur la partie amont 1 de la structure fixe et sur les volets 2 et 3. Il en résulte une masse importante de la structure, du système de commande des volets et de verrouillage de ceux-ci, et des volets eux-mêmes ; - en jet inversé, le flux d'inversion est orienté par la paroi interne du volet extérieur et se retrouve pratiquement dans une direction normale à l'axe longitudinal de la nacelle annulant toute efficacité du freinage. GB 4 534 583 propose une approche à la réponse aux problèmes évoqués ci dessus mais le principe de manoeuvre de la nacelle arrière intégrant des grilles est compliqué, lourd et l'application de ce type de concept associé à une nacelle arrière fine peut s'avérer problématique pour la mise en place de tous les éléments d'inversion. Ces buts sont atteints conformément à l'invention par un inverseur de poussée du type précité caractérisé en ce que au moins un élément mécanique d'entraînement des volets extérieurs et intérieurs de l'inverseur porte des éléments en forme d'aube de manière à améliorer l'efficacité aérodynamique et à assurer les performances recherchées lors du fonctionnement en inversion de poussée. L'invention permet ainsi d'obtenir une efficacité optimale en inversion de poussée en conservant un compromis intéressant par rapport à la masse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux 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 volets externes et internes, en position fermée, d'un type connu. - La figure 2 représente, le concept de la figure 1 en position jet inversé. - La figure 3 représente, dans une vue analogue de la figure 1 un inverseur de poussée à volets, en position jet direct, selon un mode de réalisation de l'invention. - La figure 4 représente le mode de réalisation de l'invention décrit suivant la figure 3 en mode jet inversé. - La figure 5 représente, une perspective d'un ensemble d'inversion d'un mode de réalisation de l'invention en jet direct. - La figure 6 représente le mode de réalisation de l'invention décrit en figure 5 en jet inversé. - La figure 7 représente un autre mode de réalisation de l'invention en cours d'ouverture. - La figure 8 représente un autre mode de réalisation de l'invention en jet direct. - La figure 9 représente le mode de réalisation décrit en figure 8 en jet inversé. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 3 et 4, un inverseur de poussée susceptible d'effectuer dans les phases de vol pertinentes d'un avion une inversion de flux du turboréacteur associé comporte les parties principales connues et précédemment décrites dans un exemple connu de réalisation, en référence aux figures 1 et 2. L'inverseur recevant cette application comporte au moins deux ensembles d'inversion. Il faut comprendre par ensemble d'inversion un volet extérieur 2 associé à son volet intérieur 3 opposé et à leurs éléments d'entraînement. Pour des raisons structurales et d'équilibre de cinématique, nous retiendrons préférentiellement une structure maîtresse triangulaire pour l'élément d'entraînement 15. Bien sûr, d'autres dispositions sont possibles sans altérer le résultat aérodynamique recherché comme d'utiliser une bielle d'entraînement à simple bras supportant les aubes (non représenté sur les figures), dans ce cas, l'ensemble bras aubes peut être dirigé et orienté par au moins un élément de guidage lié aux volets. L'élément d'entraînement supérieur 15 comporte une liaison 10 avec la tête du vérin 7, de préférence située dans l'axe médian du volet extérieur 2, et deux liaisons 12 avec l'interne du volet extérieur 2, de préférence situées à égales distances par rapport à l'axe médian dudit volet extérieur. Suivant cette technologie les axes 12 et 13 de chaque élément d'entraînement 15 et 16 sont parallèles avec les pivots 5 et 6 des panneaux externe 2 et interne 3. Deux voiles longitudinaux 20 relient la structure de la liaison 10 à celles des liaisons 12 et une barrette transversale 21 de renforcement structural peut être ajoutée entre les deux structures des liaisons 12 sur l'élément d'entraînement 15. Cette structure triangulaire se situe dans un plan qui permet le meilleur transit d'effort entre le vérin d'entraînement 7 et le volet extérieur 2. Il est à noter que les voiles 20 et la barrette 21 peuvent avoir un profil aérodynamique en forme d'aube dont l'orientation permet une gestion optimale du guidage des nappes en mode jet inversé. L'exemple montré dans la présente invention comporte les liaisons 12 sur des oreilles placées selon une orientation proche de la normale des voiles longitudinaux 20. Ces oreilles peuvent cependant être dans le prolongement des voiles longitudinaux 20 ou avoir n'importe quelle autre position ou forme. Les liaisons 10 et 11 peuvent elles aussi avoir n'importe quelle autre orientation et technologie. En jet inversé, la position des liaisons 10 et 11 peuvent l'une ou/et l'autre être situées dans la géométrie de la structure amont 1 et ainsi ne pas altérer la zone du flux inversé comme elle peut l'être lorsque ces liaisons sont situées hors de la structure amont 1 comme montrées sur les figures. Sur cette disposition géométrique et structurale ainsi définie de l'élément d'entraînement 15, au minimum une aube 18 rapportée ou intégrée peut y être associée, conformément à la disposition remarquable de l'invention. Les aubes 18 sont disposées sur la structure maîtresse de l'élément d'entraînement 15 en s'intégrant aux voiles 20 et si nécessaire à la barrette transversale 21 pour renforcer la tenue structurale. De plus des profils aérodynamiques peuvent relier une partie ou la totalité des ailettes à des endroits jugés nécessaires par l'homme de métier pour renforcer la tenue structurale de celles-ci par exemple, dans les parties latérales où les débordements importants des ailettes 18 peuvent nuire à leur rigidité. La configuration géométrique des aubes est laissée à l'appréciation de l'homme du métier pour rendre les performances aérodynamiques, pendant toutes les phases de réalisation de l'inversion, aussi proches possibles du besoin recherché. Cela veut dire aussi que toutes les formes, dispositions, orientations, nombres et autres paramètres peuvent être indépendants et différents entre les aubes elles mêmes et peuvent même être différents entre les éléments d'entraînement eux mêmes. Le matériau utilisé pour les aubes est selon le choix technologique retenu. Il peut être identique à celui de la structure porteuse si les aubes sont intégrées, il peut être de composition différente comme en composite carbone epoxy si celles-ci sont rapportées. Une autre application particulière est d'utiliser l'invention uniquement sur le système d'entraînement 16 du volet inférieur 3. Les paramètres appliqués pour le système d'entraînement 15 du volet supérieur 2 sont en tout point identiques pour cette application. Comme le montre un autre mode de réalisation de l'invention selon la figure 7, les aubes 19 associées au système d'entraînement 16 du volet inférieur 3 permet, dès le début de la manoeuvre d'inversion et ceci grâce à l'anticipation de l'écopage dû à la position angulaire que prend l'élément d'entraînement 16, d'orienter immédiatement la partie écopée du flux d'éjection vers l'extérieur de la nacelle au lieu d'avoir ce flux bloqué dans la cavité 17 formée par les deux parties internes aval des volets en créant un bouchon aérodynamique à la sortie d'éjection amont du volet supérieur. Ceci améliore nettement le transit surtout dans les phases délicates où la section de passage du flux dégagée par les volets au travers de la structure peut être identique voire légèrement inférieure à la surface d'éjection restante dans le canal annulaire 14. Ce paramètre remarquable évite tout risque d'endommagement du moteur car dans ce cas le flux généré par le fan n'est plus en partie bloqué et le moteur peut tourner à son régime normal. On voit ici l'importance de l'invention appliquée à l'élément d'entraînement inférieur 16. La configuration des aubes 19 est faite pour obtenir l'effet aérodynamique optimal en jet inversé avec la forme concave des aubes orientée vers l'amont de la nacelle. En début de manoeuvre d'ouverture des volets, cette forme est encore plus incurvée vers l'amont et l'on s'aperçoit que la géométrie des aubes 19 conservent une direction quasi constante vers la surface d'éjection progressivement libérée par le volet supérieur 2 ce qui améliore l'éjection du flux dans toute la phase d'ouverture des volets. La combinaison de l'élément d'entraînement du volet supérieur 2 avec celui du volet inférieur 3 est une troisième application possible. Les figures 5 et 6 montrent un tel exemple d'ensemble d'inversion. La liaison 11 de l'élément d'entraînement 16 du volet inférieur 3 est monté sur la même tête de vérin 7 recevant la liaison 10 de l'élément d'entraînement 15 du volet supérieur 2. Bien sûr, la liaison 11 peut être installée sur un vérin indépendant à celui de la liaison 10. Un vérin 7 peut être l'élément moteur d'un ensemble d'inversion. Un même vérin 7 peut être l'élément moteur de plus d'un ensemble d'inversion. Une pièce de synchronisation, entraînée par au moins un vérin 7 et reliant au moins deux ensembles d'inversion, peut être appliqué. En mode jet inversé et selon la configuration aérodynamique recherchée, certains panneaux externes 2 peuvent ne pas etre manoeuvrés ou certains éléments supérieurs d'entraînement 15 peuvent être partiellement ou totalement obstruées. Dans ce cas, la possibilité de ne pas cloisonner la structure entre chaque ensemble d'inversion permet d'offrir un passage à une partie du flux d'inversion du canal annulaire 14 par des éléments inférieurs d'entraînement 16 adaptés, opposés audits éléments d'obstruction, dans une direction latérale choisie. Les éléments supérieurs d'entraînement 15 en jet direct sont disposés pratiquement parallèle à l'axe du vérin 7. Ils peuvent être situés dans une enveloppe circonférentielle et chaque élément d'entraînement est en continuité de l'autre. En mode jet inversé la cinématique du concept amène tout ou une partie des éléments supérieurs d'entraînement 15 à des rayonnantes plus importantes ce qui a pour effet d'écarter les parties latérales desdits éléments entre eux, créant ainsi des zones de passage du flux d'inversion sans aubes. Pour obtenir en jet inversé une continuité d'aubes 18, les aubes latérales des éléments supérieurs d'entraînement 15 peuvent, en position jet direct, s'intercaler entre elles ou se chevaucher de la valeur nécessaire à assurer une continuité d'aubes lorsque tous les éléments d'entraînement sont en position active. La ou les parties d'aubes allongées peuvent l'être sur une des deux pièces en vis à vis ou sur chaque élément. Les modes de réalisation précédemment décrits en référence aux figures 3 à 7 prévoient un entraînement de type poussant. Les figures 8 et 9 montrent que l'invention peut aussi s'appliquer avec un entraînement de type tirant situé en aval des liaisons 10 et 11 des éléments d'entraînement 15 et 16. Dans cet exemple, un vérin 24 fixe ou articulé sur la structure aval 4 se loge tout ou en partie entre les deux éléments d'entraînement, ceux-ci pouvant être adaptés pour contenir complètement le corps du vérin 24. Le vérin est relié à son amont aux liaisons 10 et 11. Tous les paramètres définis ci-dessus pour les autres modes de réalisation sont applicables à celui-ci. Pour assurer la manoeuvre d'ouverture des ensembles d'inversion, le vérin 24 rétracte sa tige amenant vers lui les liaisons 10 et 11 pour permettre le déploiement des volets 2 et 3. En continuité de la tige du vérin 24 et en amont des liaisons 20 et 11, un guide 23 peut être ajouté. Ce guide coulisse au travers du cadre et est de section adaptée. Il permet de renforcer et d'améliorer le guidage des éléments dû au déséquilibre des chargements aérodynamiques sur les volets créant un couple néfaste au niveau des liaisons 10 et 11 et par conséquent sur la tige de vérin. Il est à noter que ce principe peut être appliqué dans le cas d'utilisation d'un vérin amont, le guide 23 se logeant au travers de la structure aval 4. Le logement des éléments d'entraînement 15 et 16 en position inactive dans la structure amont 1 engendre une cavité en aval du cadre qui risque de provoquer des perturbations aérodynamiques en jet inversé. Applicable à tous les concepts proposés, un tablier 22 réalisant par exemple la continuité des formes aval du cadre est intégré ou associé aux liaisons 10 et 11. Le tablier 22 peut aussi faire partie de la pièce de synchronisation de manoeuvre des éléments d'entraînement 15 et 16. REVENDICATIONS 1. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux comportant deux ensembles annulaires de volets respectivement extérieurs (2) et intérieurs (3), susceptibles en position fermée, lors d'un fonctionnement en jet direct, de s'intégrer dans la paroi extérieure du conduit (14) de flux en arrière de la soufflante de turboréacteur et susceptibles en outre de se déployer respectivement chaque volet intérieur (3) dans ledit conduit (14) en constituant des obstacles de déviation de flux et chaque volet extérieur (2) à l'extérieur des lignes de nacelle en assurant un guidage du flux et de manière à libérer un passage pour l'éjection du flux au travers de la nacelle lors d'un fonctionnement en inversion de poussée, le déplacement des volets (2,3) étant assuré au moyen d'éléments mécaniques (15,16) du type bielles sous l'action d'un élément actif tel qu'un vérin (7 ; 24) caractérisé en ce qu'au moins un élément mécanique (15) d'entraînement de volet porte des éléments en forme d'aube (18) de manière à améliorer l'efficacité aérodynamique et à assurer les performances recherchées lors du fonctionnement en inversion de poussée. 2. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon la revendication 1 dans lequel lesdits éléments en forme d'aube (18) sont disposés sur l'élément d'entraînement (15) du volet extérieur (2). 3. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel lesdits éléments en forme d'aube (18) sont disposés sur l'élément d'entraînement (16) du volet intérieur (3). 4. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel lesdites aubes (18) constituent un ensemble monobloc intégré avec l'élément d'entraînement (15 ; 16) 5. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel lesdites aubes (18) sont rapportées sur l'élément d'entraînement (15 ; 16). 6. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le vérin (7) de manoeuvre est placé en amont des éléments d'entraînement (15 ; 16). 7. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le verin (24) de manoeuvre est placé en aval des éléments d'entraînement (15, 16). 8. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel le vérin (24) de manoeuvre est associé à un guide (23). 9. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 dans lequel un élément en forme de tablier (22) associé aux liaisons (10, 11) entre les éléments d'entraînement (15,16) et le vérin de manoeuvre (7) assure la continuité aérodynamique du bord aval de la structure fixe amont (1) en jet inversé. 10. Inverseur de poussée de turboréacteur à double flux selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel lesdites aubes (18) ont des extrémités intercalées entre elles en jet direct de manière à assurer une continuité d'aubes en jet inversé.