Brevet FR2789123A1 — publié le 20000804

Domaine de l'invention La présente invention concerne une tuyère orientable pour propulseur à réaction, c'est-à-dire une tuyère qui est capable d'orienter le jet d'un propulseur à réaction. Plus particulièrement, la présente invention concerne une tuyère comportant une partie fixe sur laquelle sont articulés des volets orientables. Cette tuyère, lorsqu'elle est montée sur un avion, permet au pilote de modifier rapidement le pilotage en tangage et lacet 1o de l'avion (voire le roulis pour un bimoteur). Arrière-plan de l'invention Des tuyères de ce type sont connues dans la technique. Certaines d'entre elles utilisent un anneau d'activation disposé à une extrémité aval de la partie fixe et relié aux volets. L'anneau d'activation est déplacé au moyen de vérins, ce qui entraîne l'orientation des volets. Ces tuyères nécessitent des équipements compliqués, en particulier des cardans, pour transmettre les déplacements de l'anneau d'activation vers les volets. Obiet et résumé de l'invention La présente invention vise à fournir une tuyère à volets orientables qui ait une structure plus simple et moins coûteuse. A cette fin, il est prévu une tuyère orientable pour propulseur à réaction, comprenant une partie fixe destinée à être rattachée au propulseur, une pluralité de volets orientables montés sur une extrémité de la partie fixe, et un moyen d'orientation des volets, la tuyère étant caractérisée en ce que le moyen d'orientation des volets comprend un anneau élastique dont une première circonférence est solidaire de ladite extrémité de la partie fixe et une seconde circonférence est reliée aux volets, et un moyen de commande permettant de déplacer la seconde circonférence de l'anneau élastique par rapport à la première. L'anneau élastique selon l'invention permet d'une part d'activer les volets, sous l'action du moyen de commande, et d'autre part de reprendre les efforts de contre-poussée. En outre, grâce à la structure annulaire du système d'activation constitué par l'anneau élastique, la position d'équilibre de la tuyère correspond à la position de repos de l'anneau, ce qui apporte une sécurité supplémentaire en cas de panne du moyen de commande. L'anneau élastique peut être continu ou sectorisé. En outre, typiquement, lesdites première et seconde circonférences de l'anneau élastique sont respectivement les circonférences interne et externe de celui-ci. o0 De préférence, I'anneau élastique est conçu en un matériau lamifié, constitué d'un empilement de couches alternativement en élastomère et en métal, d'un empilement de couches alternativement en élastomère et en un matériau composite organique, ou d'un empilement de couches alternativement en élastomère et en un matériau thermo-structural. L'élastomère est choisi parmi les élastomères capables de supporter des températures supérieures à 150 C. On utilise par exemple un élastomère choisi parmi les matériaux fluoro-carbonés et fluoro-silicones, et les élastomères hydrogénés tels que HNBR ("Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber"). Avantageusement, la première circonférence de l'anneau élastique est formée par une première bague annulaire rigide servant à l'anneau élastique de support fixe solidaire de la partie fixe de la tuyère, et la seconde circonférence de l'anneau élastique est formée par une seconde bague annulaire rigide servant à l'anneau élastique de support mobile relié au moyen de commande et aux volets. La structure formée par l'anneau élastique et les deux bagues annulaires rigides est monobloc, si bien que les jeux fonctionnels et le nombre de pièces en mouvement sont minimisés. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de commande comprend des premiers vérins, de type hydraulique ou électrique, disposés sur la circonférence de la partie fixe de la tuyère. La seconde bague annulaire rigide comporte des premières pattes de fixation auxquelles sont rattachées les extrémités libres des premiers vérins, et des secondes pattes de fixation auxquelles sont rattachés des panneaux ou des bielles. Les volets sont articulés, en des premiers endroits respectifs, auxdits panneaux ou bielles, et en des seconds endroits respectifs, à la partie fixe de la tuyère. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention les volets précités sont des volets divergents commandés, la tuyère comporte en outre des volets convergents commandés, la seconde plaque annulaire rigide comporte des secondes pattes de fixation auxquelles sont rattachés des panneaux ou des bielles, chaque volet divergent commandé est articulé, en un premier endroit, à un panneau ou une bielle, et en un second endroit, à un volet 0o convergent commandé, et les volets convergents commandés sont en outre articulés à la partie fixe. Un moyen est alors prévu pour orienter les volets convergents commandés. Ce moyen, qui permet de modifier le diamètre du col de la tuyère, c'est-à-dire le diamètre de la section transversale délimitée par les points d'articulation entre les volets convergents et divergents, peut comprendre des seconds vérins, disposés sur la circonférence de la partie fixe, un anneau sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la tuyère et auquel sont reliées les extrémités libres des seconds vérins, et des galets montés dans ledit anneau et qui suivent chacun une surface de came sur un volet convergent commandé. Avantageusement, la tuyère selon ce mode de réalisation comprend en outre un moyen d'anti-rotation pour limiter les mouvements de rotation dudit anneau autour de l'axe longitudinal de la tuyère. Le moyen d'anti-rotation comprend lesdits seconds vérins, équipés de biellettes latérales articulées chacune, en une première extrémité, au corps du vérin correspondant, et, en une seconde extrémité, sur la partie fixe. La tuyère selon l'invention peut en outre comprendre des volets divergents suiveurs et des volets convergents suiveurs intercalés, respectivement, entre les volets divergents commandés et les volets convergents commandés. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de plusieurs modes de réalisation, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique d'une tuyère selon la présente invention, en position neutre; - la figure 2 montre en perspective un anneau élastique et des bagues annulaires de support associées, utilisés dans la tuyère selon io l'invention; - les figures 3 et 4 montrent respectivement la tuyère selon l'invention orientée vers le haut et vers le bas; - la figure 5 montre en vue de dessus un dispositif d'anti-rotation utilisé dans la tuyère selon l'invention; et - la figure 6 montre en perspective un anneau élastique et des bagues annulaires de support associées selon une autre réalisation de la présente invention. Description détaillée de modes préférés de réalisation La figure 1 montre schématiquement une tuyère orientable conforme à la présente invention. La tuyère comprend une partie fixe 1 qui est solidaire, en une extrémité amont 10, d'un propulseur à réaction (non représenté), et un ensemble annulaire de volets orientables 2, articulé sur une extrémité aval 11 de la partie fixe 1. La partie fixe 1 comprend un canal d'éjection 12 qui reçoit les gaz produits par le propulseur et les éjecte, comme indiqué par les flèches 13 et 14 sur la figure 1. Le canal d'éjection 12 est délimité par une chemise ondulée sensiblement cylindrique 15. Une paroi externe 16 définit avec cette dernière un espace de refroidissement 17 dans lequel circule un fluide de refroidissement approprié. L'ensemble annulaire de volets 2 comprend, de manière connue, des volets commandés, c'est-à-dire des volets dont les déplacements sont directement commandés par des moyens d'actionnement, et des volets suiveurs, intercalés entre les volets commandés et adaptés pour simplement suivre les déplacements des volets commandés. Plus particulièrement, I'ensemble annulaire de volets 2 est constitué d'une pluralité de structures commandées et suiveuses adjacentes, montées circulairement sur la circonférence de l'extrémité aval 11 de la partie fixe 1. Chaque structure comporte notamment un volet convergent 20 et un volet divergent 21. Les structures commandées comportent en outre chacune un panneau, ou une bielle, d'activation 22, dont le rôle sera expliqué plus loin. Dans la suite de la description, il ne sera fait référence qu'aux structures commandées. Conformément, à la présente invention, les volets divergents 21 0o sont orientés par l'intermédiaire d'un anneau d'activation élastique 3 inséré entre deux bagues annulaires rigides 30 et 31. L'anneau élastique 3 est typiquement conçu en un matériau lamifié, c'est-à-dire en un matériau constitué par un empilement de couches d'élastomère intercalées entre des armatures. Selon l'invention, L'élastomère est choisi parmi les élastomères capables de supporter des températures supérieures à 150 C. On utilise par exemple un élastomère choisi parmi les matériaux fluorocarbonés et fluoro-silicones, et les élastomères hydrogénés tels que HNBR ("Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber"). Les armatures sont de préférence conçues en métal, en un matériau composite organique ou en un matériau thermo-structural tel qu'un matériau composite carbone-carbone ou un matériau composite à matrice céramique. La bague annulaire 30, sur laquelle est fixée la circonférence interne de l'anneau élastique 3, est solidaire de la partie fixe 1, et sert de support fixe. La bague annulaire 31, sur laquelle est fixée la circonférence externe de l'anneau élastique 3, sert de support mobile à l'anneau élastique. La figure 2 montre en perspective l'anneau élastique 3 et les bagues de support associées 30 et 31. Comme illustré aux figures 1 et 2, la bague mobile 31 comporte des premières pattes de fixation 32 s'étendant vers l'amont de la tuyère, et des secondes pattes de fixation 33 s'étendant vers l'aval de la tuyère. Les premières pattes de fixation 32 permettent de relier la bague mobile 31 à des vérins 4 montés sur la circonférence de la partie fixe 1 de la tuyère (un seul vérin 4 est représenté à la figure 1). Plus particulièrement, les extrémités des tiges des vérins 4 sont rattachées aux premières pattes de fixation 32, tandis que les extrémités amont 40 des vérins 4 sont articulées sur la paroi externe 16. Les secondes pattes de fixation 33 permettent de fixer des extrémités respectives 220 des panneaux d'activation 22 à la bague mobile 31. Dans une structure de volets commandée donnée, le volet convergent 20 est articulé sur la partie fixe 1 en un point (ou une ligne) d'articulation 200. Le volet divergent 21 est articulé sur une extrémité aval du volet convergent 20, en un point d'articulation 201, et sur le panneau d'activation 22 en un point d'articulation 202, opposé à l'extrémité 220 précitée. La section circulaire délimitée, à l'intérieur de la tuyère, par l'ensemble des points d'articulation 201, et désignée à la figure 1 par le repère C, constitue le col de la tuyère. Les extrémités aval des volets divergents 21 définissent la section de sortie du divergent de tuyère, désignée par le repère S. Selon la présente invention, le déplacement de la bague mobile 31, sous l'action des vérins 4, modifie l'orientation des volets divergents 21. Ces derniers pivotent autour des points d'articulation 201, les volets convergents 20 restant fixes, dans la mesure o le diamètre du col n'est pas simultanément modifié. Les figures 3 et 4 illustrent des configurations extrêmes dans lesquelles un volet divergent 21 est orienté respectivement dans un sens et dans le sens opposé. Dans la première configuration (figure 3), le vérin 4 représenté tire la bague mobile 31 vers l'amont de la tuyère et provoque une torsion correspondante de l'anneau élastique 3, de sorte que le volet 21 s'oriente dans une direction. Dans la seconde configuration (figure 4), le vérin 4 représenté pousse la bague mobile 31 vers l'aval de la tuyère, de sorte que le volet 21 s'oriente dans la direction opposée. Les différents vérins 4 sont de préférence régulièrement répartis sur la circonférence de la paroi externe 16. En pratique, au moins trois vérins disposés selon des angles de 120 sont utilisés. En outre, les fonctionnements respectifs des vérins 4 sont synchronisés d'une manière qui permette d'obtenir l'orientation souhaitée du jet. Ainsi, par exemple, dans la configuration illustrée à la figure 3, les deux vérins (non représentés) disposés à 120 par rapport au vérin 4 représenté, poussent la bague mobile 31 tandis que le vérin 4 représenté tire cette dernière. Outre l'orientation des volets divergents 21, il est possible, selon la présente invention, de modifier le diamètre du col C. A cet effet, il est prévu des moyens d'orientation des volets convergents 20, permettant de faire pivoter les volets convergents 20 autour des points d'articulation 200. Le pivotement des volets convergents 20 autour des points 200 entraîne un déplacement des volets divergents 21. Les volets 20, 21 et les moyens d'orientation des volets convergents sont agencés de telle sorte que le déplacement combiné des volets convergents 20 et des volets divergents 21 satisfasse une loi de cinématique prédéterminée, liant le diamètre du io col C et le diamètre de la section de sortie S de la tuyère. Les moyens d'orientation des volets convergents, connus en soi, comprennent typiquement des vérins 5, dont un est représenté à la figure 1, qui sont fixés en une extrémité amont 50 à la partie fixe 1 et reliés par l'extrémité libre de leur tige à un anneau 6. En position neutre de la tuyère, l'anneau 6 a comme axe de symétrie l'axe longitudinal de la tuyère, désigné à la figure 1 par AL. Dans l'anneau 6 sont disposés des galets 7 qui suivent chacun une surface de came 8 sur un volet convergent 20. En pratique, un galet 7 est prévu par volet convergent commandé. Le déplacement des galets 7 sur les surfaces de came 8 fait pivoter les volets convergents 20 autour des points 200 d'articulation avec la partie fixe 1, ce qui modifie le diamètre du col C. En pratique, de préférence, au moins trois vérins 5 de commande des volets convergents sont disposés régulièrement sur la circonférence de la paroi externe 16 de la partie fixe 1 et intercalés entre les vérins 4. En outre, comme montré aux figures 1 et 5, chaque vérin 5 de commande des volets convergents comporte des biellettes latérales 51, montées de part et d'autre du corps du vérin 5. Les biellettes 51 sont articulées, en une extrémité amont 510, sur le corps du vérin 5 et articulées, en une extrémité aval, sur une patte de montage 52 solidaire de la partie fixe 1 de la tuyère. Les biellettes latérales 51 forment, avec les vérins 5, un dispositif d'anti-rotation qui limite les mouvements de rotation de l'anneau 6 dans une direction circonférentielle de la tuyère, orthogonale à l'axe longitudinal AL de la tuyère. L'anneau élastique 3 tel qu'il est illustré à la figure 2 est continu. En variante, l'anneau élastique 3 peut être sectorisé. La figure 6 montre un tel anneau élastique sectorisé, constitué d'un ensemble de plots élastiques 3a montés sur une bague annulaire de support mobile 31a et comportant chacun une bague annulaire de support fixe 30a solidaire de la partie fixe 1 de la tuyère. Par ailleurs, la tuyère telle qu'illustrée aux figures 1, 3 et 4 comprend un ensemble convergent-divergent formé par les volets convergents 20 et les volets divergents 21. En variante, seulement une des parties convergente et divergente peut être formée de volets articulés. Dans l'exemple o seul les volets divergents 21 sont conservés, chaque 1o volet divergent est articulé, en une extrémité 202, à un panneau ou une biellette 22 rattaché à la bague de support mobile 31, et est également articulé, en une extrémité 201 (qui est alors confondue avec le point 200 sur la figure 1), directement sur la partie fixe 1. REVENDICATIONS 1. Tuyère orientable pour propulseur à réaction, comprenant une partie fixe (1) destinée à être rattachée au propulseur, une pluralité de volets orientables (21) montés sur une extrémité (11) de la partie fixe, et un moyen d'orientation des volets (3, 4, 22, 31), caractérisée en ce que le moyen d'orientation des volets comprend: un anneau élastique (3) dont une première circonférence est solidaire de ladite extrémité (11) de la partie fixe et une seconde circonférence est reliée aux volets (21); et un moyen de commande (4) permettant de déplacer la seconde circonférence de l'anneau élastique. 2. Tuyère orientable selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première circonférence est la circonférence interne de l'anneau élastique (3) et la seconde circonférence est la circonférence externe de l'anneau élastique. 3. Tuyère orientable selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce 2o que l'anneau élastique est conçu en un matériau lamifié. 4. Tuyère orientable selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau lamifié est constitué d'un empilement de couches alternativement en élastomère et en métal. 5. Tuyère orientable selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau lamifié est constitué d'un empilement de couches alternativement en élastomère et en un matériau composite organique. 6. Tuyère orientable selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau lamifié est constitué d'un empilement de couches alternativement en élastomère et en un matériau thermo-structural. 7. Tuyère orientable selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que l'élastomère est choisi parmi les élastomères capables de supporter des températures supérieures à 150 C. 8. Tuyère orientable selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'élastomère est choisi parmi les matériaux fluoro-carbonés et fluoro- silicones, et les élastomères hydrogénés. 9. Tuyère orientable selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 0o caractérisée en ce que l'anneau élastique (3, 3a) est sectorisé. 10. Tuyère orientable selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la première circonférence de l'anneau élastique est formée par une première bague annulaire rigide (30), servant à l'anneau élastique de support fixe solidaire de la partie fixe (1). 11. Tuyère orientable selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisée en ce que la seconde circonférence de l'anneau élastique (3) est formée par une deuxième bague annulaire rigide (31), servant à l'anneau élastique de support mobile relié au moyen de commande (4) et aux volets (21). 12. Tuyère orientable selon l'une quelconque des revendications 1 à 1il, caractérisée en ce que le moyen de commande comprend des premiers vérins (4). 13. Tuyère orientable selon les revendications 11 et 12, caractérisée en ce que la deuxième bague (31) comporte des premières pattes de fixation (32) auxquelles sont rattachées des extrémités libres des premiers vérins (4). 14. Tuyère orientable selon les revendications 11 et 13, caractérisée en ce que la deuxième bague annulaire rigide (31) comporte des secondes pattes de fixation (33) auxquelles sont rattachés des panneaux ou des bielles (22), et en ce que les volets (21) sont articulés, en des premiers I1 endroits respectifs (202), auxdits panneaux ou bielles (22), et en des seconds endroits respectifs (201, 200), à la partie fixe (1). 15. Tuyère orientable selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 lorsqu'elle dépend de la revendication 10, caractérisée en ce que lesdits volets sont des volets divergents commandés (21), la tuyère comporte en outre des volets convergents commandés (20), la deuxième bague annulaire rigide (31) comporte des secondes io pattes de fixation (33) auxquelles sont rattachés des panneaux ou des bielles (22), chaque volet divergent commandé (21) est articulé, en un premier endroit (202), à un panneau ou une bielle (22), et en un second endroit (201), à un volet convergent commandé (20), et 1 5 les volets convergents commandés (20) sont en outre articulés à la partie fixe (1). 16. Tuyère orientable selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen (5, 6, 7, 8) pour orienter les volets convergents commandés. 17. Tuyère orientable selon la revendication 16, caractérisée en ce que ledit moyen pour orienter les volets convergents commandés comprend des seconds vérins (5), disposés sur la circonférence (16) de la partie fixe (1), un anneau (6) sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal (AL) de la tuyère et auquel sont reliées les extrémités libres des seconds vérins, et des galets (7) montés dans ledit anneau (6) et qui suivent chacun une surface de came (8) sur un volet convergent commandé (20). 18. Tuyère orientable selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen d'anti-rotation (5, 51, 52) pour limiter les mouvements de rotation dudit anneau (6) autour de l'axe longitudinal (AL) de la tuyère. 19. Tuyère orientable selon la revendication 18, caractérisée en ce que le moyen d'anti-rotation comprend lesdits seconds vérins (5), qui sont équipés de biellettes latérales (51) articulées chacune, en une première extrémité (510), au corps du vérin correspondant, et, en une seconde extrémité, sur la partie fixe (1). 20. Tuyère orientable selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des volets divergents suiveurs et des volets convergents suiveurs intercalés, respectivement, io entre les volets divergents commandés et les volets convergents commandés.