Brevet FR2763098A1 — publié le 19981113

SYSTÈME D'ADMISSION D'AIR DANS UNE VEINE DE TURBOMACHINE DESCRIPTION L'invention concerne un système d'admission d'air dans une turbomachine. Certains aéronefs, supersoniques en particulier, sont équipés de turbomachines spéciales à double alimentation d'air: l'alimentation ordinaire, qui s'effectue par l'avant de la veine et qui est seule en activité pendant le vol à vitesse stable, doit être complétée par une alimentation d'air secondaire au décollage et aux montées en régime de l'aéronef. Cette alimentation d'air secondaire est produite en dégageant des ouvertures de l'enveloppe (appelée "nacelle") qui entoure la veine, pour permettre donc à de l'air environnant d'entrer dans la veine par le côté. Des portes mobiles, qui couvrent les ouvertures quand l'alimentation ordinaire suffit, sont déplacées pour cela. Plusieurs genres de portes ont été conçus. On peut citer d'abord les portes appelées "rampes" qui coulissent sur des glissières le long de la nacelle pour dégager les ouvertures, mais leur désavantage essentiel est qu'elles ne sont pas capables de guider l'air, qui circule ainsi sur la nacelle et devant les ouvertures sans être incité à les traverser: l'entrée d'air dans la veine est peu importante à moins de donner une grande surface aux portes, qui doivent alors être déplacées sur une plus grande longueur; le dispositif devient encombrant et la machine plus SP 13336 JCI bruyante, car les sons se propagent plus facilement à travers ces portes, qui vibrent facilement. Une autre conception connue consiste à remplacer les portes coulissantes par des portes rotatives appelées "écopes" et articulées à la nacelle par leur bord arrière. Ces portes s'ouvrent vers l'extérieur de la veine et présentent alors une obliquité qui leur permet d'arrêter une grande quantité d'air et de la dévier dans les ouvertures de la nacelle, qui s'étendent devant elles et à leur pied, et dans la veine. Leur inconvénient est qu'elles produisent une force de traînée aérodynamique importante qui réduit les performances de la machine, notamment aux vitesses élevées. Il faut alors rentrer partiellement les écopes, ce qui diminue la surface d'ouverture par laquelle l'air entre dans la nacelle et l'efficacité du guidage. Cette conception devient donc insuffisante. Enfin, on a aussi proposé un système comprenant des "persiennes", c'est-à-dire des portes rotatives différentes des précédentes, orientées obliquement vers l'intérieur de la veine en position d'ouverture et qui ne s'étendent pas hors de la nacelle: elles ne créent donc pas de force de traînée appréciable mais présentent plusieurs inconvénients, qui vont être évoqués à l'aide des figures 1 et 2 qui permettent de comprendre ce système d'entrée d'air et ses caractéristiques. La nacelle 1 isolant la veine 2 de l'extérieur 3 est interrompue sur une partie de sa surface et sa continuité est rétablie par le système d'admission d'air 4. Les persiennes portent la référence 5 et une rampe coulissante, située à l'avant des persiennes 5, la référence 6. Les persiennes 5 se SP 13336 JCI présentent sous forme d'ailettes sensiblement plus minces que la nacelle 1 et qui s'étendent de manière à prolonger la face externe de celle-ci en se touchant par les extrémités dans la position de fermeture représentée sur cette figure; la rampe 6 occupe alors sa position arrière extrême. Il n'en va plus de même à la situation de la figure 2, o les persiennes 5 ont basculé autour de leur axe de rotation, situé vers l'avant, et sont alors inclinées vers la veine 2, ce qui délimite des passages 8 derrière elles et entre elles. De plus, la rampe 6 a avancé pour ouvrir un autre passage 9 devant la persienne 5 la plus proche, et comme le bord 40 de la rampe 6 s'effile vers l'arrière, sa face externe fuyant vers la veine 2, l'air extérieur est encore guidé vers celle-ci. La position de la figure 2 est utilisée pour des vitesses faibles de l'aéronef. Quand la vitesse devient plus élevée, la résistance des persiennes 5 assez minces et ordinairement assez longues sur la circonférence de la nacelle 1 devient problématique, ce qui impose de les refermer en leur faisant reprendre la position de la figure 1, et on rétablit une section de passage d'air acceptable en avançant encore la rampe 2. On voit que le fonctionnement de ce dispositif, o l'addition de la rampe 6 est nécessaire, est compliqué et impose d'utiliser un mécanisme de commande particulier. De plus, la renonciation au guidage d'air qu'offraient les écopes externes à la veine rend nécessaire l'accroissement de la surface d'ouverture pour favoriser un débit suffisant de passage d'air: on est donc amené à utiliser plusieurs persiennes 5 de grande extension angulaire (78 dans une conception particulière), ce qui les rend fragiles SP 13336 JCI et leur donne un bombement important, qui fait que leur rotation s'accompagne de déplacements de translation notables, surtout au milieu. On est donc conduit à laisser des jeux entre les persiennes 5 à toutes les positions, même à la position de fermeture de la figure 1, pour éviter les coincements à la rotation, avec la conséquence que le rendement et la discrétion acoustique de la machine sont compromis. Enfin, les persiennes 5 doivent être minces, ce qui interdit de respecter la continuité de profil de la nacelle 1: la figure 1 montre que la veine 3 est formée avec une poche 7 devant elles; l'écoulement d'air ne peut plus y être régulier, même quand les persiennes 5 sont fermées. L'invention a pour objet d'échapper autant que possible aux inconvénients de ces différents systèmes tout en retenant certains de leurs avantages. Elle permet en particulier d'obtenir un guidage efficace de l'air vers la veine quand le système d'admission d'air est ouvert tout en rétablissant un profil interne et externe lisse de la nacelle quand il est fermé. Ensuite, ce système d'admission est de constitution et de commande simples et il n'est pas fragile. Enfin, un bon détournement de l'air vers la veine ne s'accompagne pas d'une force de traînée élevée. Pour résumer, cette invention concerne un système d'admission d'air dans une veine de turbomachine par des ouvertures d'une enveloppe latérale de la veine pouvant être refermées par des portes mobiles comprenant des portes rotatives s'ouvrant hors de la veine et articulées à l'enveloppe par des charnières arrière, caractérisé en ce que les SP 13336 JCI portes comprennent aussi des portes coulissant sur la nacelle, situées en avant des portes rotatives, reliées aux portes rotatives par des moyens de liaison mécanique et pourvues de bords arrière inclinés vers la veine et couverts par les portes rotatives quand les ouvertures sont refermées; avantageusement, les moyens de liaison mécanique consistent en des bras dépendant des portes coulissantes, encadrant les portes rotatives et portant des rainures inclinées sur des faces internes, dans lesquelles glissent des galets montés sur des côtés des portes rotatives. Les portes rotatives, analogues aux écopes s'ouvrant vers l'extérieur l'art antérieur, ne semblent pas avoir été auparavant combinées à des rampes coulissantes. Cette combinaison permet de maintenir une entrée d'air suffisante aux vitesses élevées de l'aéronef: il est en effet possible de refermer à demi les écopes et de réduire ainsi leur force de traînée sans réduire le débit d'air introduit dans la veine à condition d'avancer davantage la rampe; le guidage moins important des portes est donc compensé par un accroissement de l'ouverture. De plus, ce système se prête bien à une commande simple et simultanée des écopes et des rampes, contraitement à la conception combinée des figures 1 et 2 o la relation entre les déplacements des persiennes et de la rampe était complexe. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures suivantes, qui sont annexées à titre illustratif et non limitatif: * les figures 1 et 2, déjà décrites, illustrent un système d'admission d'air de l'art antérieur en position de fermeture et d'ouverture; SP 13336 JCI * la figure 3 illustre le système d'admission d'air conforme à l'invention en position de fermeture; * la figure 4 illustre un détail de construction; * la figure 5 illustre le système d'admission d'air à l'état d'ouverture; * la figure 6 représente une rampe isolée; * la figure 7 représente le mécanisme de connexion d'une rampe à une porte; * les figures 8 et 9 représentent le mécanisme de connexion d'une rampe à une porte dans une autre direction et suivant deux états différents; * et la figure 10 est une vue plus générale de la machine. La description portera désormais sur les figures 3 à 9, dans cet ordre. La nacelle porte la référence 10 avec l'invention, la veine d'écoulement des gaz la référence 11 et l'extérieur la référence 12. Le système d'admission d'air 13 est composé d'écopes (portes rotatives) 14 et de rampes (portes coulissantes) 15 en avant des précédentes, qui possèdent l'épaisseur de la nacelle 10 à leurs portions opposées et qui s'effilent toutes deux à des portions de jonction, qui sont superposées à l'endroit d'une région de raccordement 16 obtenue à l'état fermé illustré à la figure 3, o les écopes 14 s'effilent en fuyant vers l'extérieur 12 et les rampes 15 en fuyant vers la veine 11; mais comme la surface extérieure des écopes 14 reste droite jusqu'à l'extrémité, ce qui permet de préserver l'aspect lisse de la nacelle à l'extérieur 12, et que les rampes 15 présentent de leur côté une face interne droite qui préserve l'aspect lisse de la nacelle 10 devant la veine 11, aucun SP 13336 JCI obstacle à l'écoulement des gaz n'est crée. Bien que la superposition des pièces à la région de raccordement 16 soit bonne, on a prévu un système d'étanchéité illustré en détail à la figure 4 et qui consiste en une languette élastique 17 dont le liseré avant 18 est riveté à une plaquette 19 solidaire de la rampe 15 et dont la partie libre fléchit sous l'appui du bord d'attaque 20 de l'écope 14. Comme la plaquette 19 s'étend presque jusqu'au bord d'attaque 20, il ne subsiste qu'un mince interstice entre eux, qui de plus est bouché par le joint 17. On remarque en passant que le bord d'attaque 20 n'est pas effilé comme il est habituel, avec un arrondi à rayon constant de petite valeur à l'extrémité, mais qu'il présente au contraire une section bulbeuse, avec une proéminence 21 dirigée vers la veine 11 (et contre laquelle repose le joint 17), et que cette proéminence 21 a un rayon constant sur environ un quart de cercle dirigé vers la veine 11 et vers l'avant, et qui s'interrompt pratiquement à angle vif en se raccordant à la face externe de l'écope 14. Cette construction permet une admission plus efficace de l'air, qui s'écoulera le long de la proéminence 21 avec des décollements de couche limite beaucoup plus réduits avec la forme habituelle du bord d'attaque des portes. La porte 15 et l'écope 14 sont sensiblement jointives dans la position de fermeture du système d'admission, sauf devant la proéminence 21 o la porte 15 dessine une cavité 22 dans laquelle le joint 17 est logé. La position d'ouverture du système d'admission d'air 13 a été représentée à la figure 5: les écopes 14 ont pivoté autour d'une charnière arrière et les rampes 15 ont coulissé vers l'avant, SP 13336 JCI entraînées par un moteur linéaire 26 ou toute autre système équivalent. La conjonction de ces mouvements a produit une ouverture 27 de surface assez grande vers la veine 11, et les surfaces fuyantes des écopes et des rampes 14 et 15, toutes inclinées vers la veine 11 en se dirigeant vers l'arrière, favorisent l'admission de l'air. Comme on l'a déjà mentionné, on diminue progressivement l'angle d'ouverture des écopes 14 quand la vitesse de l'aéronef augmente tout en manoeuvrant plus les rampes 15, afin de régler le débit d'air. On a aussi représenté, par souci explicatif, une zone 28 située sous le bord d'attaque 20 des écopes 14 et dans laquelle aucun écoulement n'est produit à cause des décollements de la couche limite à cet endroit. Les déplacements des rampes 15 nécessaires sont beaucoup plus réduits qu'avec un bord d'attaque qui serait dépourvu de la proéminence 21. Enfin, le joint 17 s'est redressé et couvre entièrement la cavité 22, ce qui assure un profil extérieur à la porte 15. La synchronisation des mouvements des portes 14 et des rampes 15 est réalisée grâce à des bras 30 situés sur ces dernières et qui viennent encadrer latéralement les écopes 14. Ils s'étendent en arrière de la zone 28 sur ses deux côtés, et sont entaillés par une rainure 31 sur leur face interne 32 dirigée vers l'écope 14; les rainures 31 sont obliques sur au moins une partie de leur longueur et présentent une partie ascendante 33 vers l'extrémité des bras 30. Leur face externe 34 est par ailleurs entaillée d'une rainure rectiligne 35. Si on sait que les portes 14 sont munies de galets 36 roulant dans les rainures 31, comme il est représenté à la figure 7, on s'aperçoit que le mouvement vers l'avant des rampes 15 produit une SP 13336 JCI élévation des écopes 14 dès que les galets 36 atteignent les parties ascendantes 33 des rainures 31. D'autres galets 37, qui sont montés sur la nacelle 10, roulent dans les rainures 35 rectilignes de la face externe 34 et soutiennent donc la rampe 15. La figure 8 illustre la position relative des galets 36 et 37 à la fermeture des écopes 14, et la figure 9 leur position relative à l'ouverture des écopes 14. La figure 10 permet enfin de représenter plus complètement l'invention sur la nacelle 10: le système décrit jusqu'ici est disposé sur des secteurs angulaires relativement brefs et à quelques exemplaires sur la circonférence de la nacelle 10. La veine 11 est une veine externe occupée par les pales d'une soufflante 38, qui s'étendent aussi dans une veine interne 39 entourée par la précédente et constituant la veine principale d'écoulement des gaz de la machine. Le système de l'invention apporte donc un débit d'air supplémentaire à la soufflante 38 quand il est ouvert, sans qu'on ait à augmenter le diamètre de la nacelle. SP 13336 JCI REVENDICATIONS 1. Système d'admission d'air dans une veine de turbomachine par des ouvertures d'une enveloppe latérale (10) de la veine pouvant être refermées par des portes mobiles comprenant des portes rotatives (14) s'ouvrant hors de la veine et articulées à l'enveloppe par une charnière arrière (25), caractérisé en ce que les portes mobiles comprennent aussi des portes (15) coulissant sur la nacelle, situées en avant des portes rotatives (14), reliées aux portes rotatives par des moyens de liaison mécanique et pourvues de bords arrière inclinés vers la veine et couverts par les portes rotatives quand les ouvertures sont refermées. 2. Système d'admission d'air suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison mécanique consistent en des bras (30) dépendant des portes coulissantes (15), encadrant les portes rotatives (14) et portant des rainures (33) inclinées sur des faces internes (32), dans lesquelles glissent des galets (36) montés sur des côtés des portes rotatives (14). 3. Système d'admission d'air suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les bras (30) portent des rainures droites (35) sur des faces externes, dans lesquelles glissent des galets (37) montés sur l'enveloppe (10). 4. Système d'admission d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des joints d'étanchéité (17) sont placés sur des bords arrière des portes coulissantes (15) qui sont couvertes par des bords avant (20) des portes rotatives (14) quand les ouvertures sont refermées. SP 13336 JCI 5. Système d'admission d'air suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les joints d'étanchéité (17) sont des languettes élastiques fixées par un liseré arrière (18) aux portes coulissantes (15) et assurant la continuité de la veine avec les portes ouvertes. 6. Système d'admission d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les portes rotatives (14) ont un bord avant à proéminence (21) dirigée vers la veine. SP 13336 JCI