Brevet FR2894630A1 — publié le 20070615

TUYERE D'EJECTION POUR TURBOREACTEUR D'AERONEF La présente invention concerne une tuyère d'éjection pour turboréacteur d'aéronef. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à une tuyère d'éjection utilisable dans un turboréacteur d'avion du type à décollage et atterrissage vertical (VTOL). Dans le domaine des turboréacteurs, on connait divers types de tuyères. L'un des types les plus connus est, sans doute, la tuyère coudée et rotative qui équipe le moteur PEGASUS de la firme ROLLS ROYCE PLC, propulsant l'avion HARRIER construit par BRITISH AEROSPACE PLC. Deux tuyères sont prévues de chaque côté de l'avion, et toutes les tuyères sont orientables vers l'avant et vers l'arrière pour assurer un contrôle d'inclinaison longitudinale de l'avion tandis que des petits jets à réaction prévus vers les extrémités des ailes assurent, lors du vol stationnaire, un contrôle d'inclinaison transversale. Un inconvénient de l'agencement indiqué ci-dessus réside dans le fait que les tuyères sont nécessairement en saillie par rapport à la surface du fuselage, donc constituent une gêne pour l'écoulement uniforme de l'air sur la surface de l'avion, en particulier aux vitesses d'avance élevées. Par ailleurs, des conduits complexes et coûteux sont nécessaires pour amener l'air aux jets à réaction. L'invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant une tuyère d'éjection adaptée à un aéronef nécessitant un contrôle d'inclinaison longitudinale et transversale, cette tuyère autorisant le double contrôle d'inclinaison tout en ne constituant qu'un obstacle faible, voire inexistant, à l'écoulement de l'air sur la surface de l'aéronef au cours de son vol horizontal. On notera qu'en assurant le double contrôle d'inclinaison par la tuyère elle-même, les jets à réaction et les conduits menant à ces jets peuvent être supprimés, quoique leur utilisation puisse être conservée pour améliorer le contrôle d'inclinaison transversale lors du vol stationnaire. A cet effet, la présente invention a pour objet une tuyère d'éjection pour turboréacteur, possédant un axe médian longitudinal qui comprend un conduit dont les parois latérales se terminent par une ouverture d'éjection située dans un plan transversal à l'axe médian longitudinal, un obturateur disposé dans la tuyère et dépassant vers l'extérieur par l'ouverture pour définir avec celle-ci une section d'éjection finale de la tuyère, ledit obturateur étant monté de manière à pouvoir décrire un mouvement transversal dans le plan de l'ouverture et à faire ainsi varier la répartition de la section d'éjection dans le sens transversal de cette ouverture, et de manière à pou- voir modifier sa largeur et à faire ainsi varier l'aire de la section d'éjection, et des moyens pour déplacer l'obturateur et pour provoquer sa variation de largeur. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, avec référence au dessin annexé dans lequel Figure 1 est une vue de côté d'un avion équipé de tuyères d'éjection faisant l'objet de la présente invention; Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un turboréacteur, avec deux tuyères d'éjection de conforma-25 tion particulière; Figure 3 est une vue en perspective de l'une des tuyères d'éjection visibles sur les figures 1 et 2; et Figure 4 est une vue selon la direction de la flèche A de la figure 3. 30 En se référant aux figures 1 et 2, un avion désigné dans son ensemble par 10 est équipé d'un turboréacteur 12 avec une tuyère d'éjection avant 14 et une tuyère d'éjection arrière 16. Le turboréacteur représenté est du type à double flux, comprenant en série d'amont en aval, un 35 premier compresseur axial 18, un conduit 20, un second compresseur axial 22, un ensemble de combustion 24 en aval du compresseur 22, une turbine 26 qui entraîne les compresseurs 18 et 22, et un conduit d'éjection arrière 28 qui se termine par l'une des tuyères d'éjection précitées 16, si- tuée vers l'arrière de l'avion 10. La tuyère avant 14 est placée de manière à recevoir de l'air en provenance du premier compresseur 18, par le conduit 20, lorsque cela est nécessaire. Le turboréacteur à double flux 12 est apte à fonc- tionner selon deux modes distincts, à savoir avec flux en série ou en parallèle. Dans le mode "série", utilisé en vol horizontal, tout le flux provenant du premier compresseur 18 est dirigé vers le second compresseur 22 pour le suralimenter. Dans le mode "parallèle", utilisé en vol stationnaire ou lors du décollage et de l'atterrissage vertical, tout l'air délivré par le premier compresseur 18 est dirigé vers la tuyère d'éjection avant 14, et une entrée d'air auxiliaire (non représentée) est ouverte pour fournir un flux d'air distinct au second compresseur axial 22. Une vanne indiquée schématiquement en 30, est prévue dans le conduit 20 pour empêcher l'air provenant du premier compresseur 18 d'entrer dans le second compresseur 22 dans le mode "parallèle", tandis qu'une autre vanne, non représentée, est prévue en général pour obturer la sortie de la tuyère d'éjection avant 14 dans le mode "série". On notera que les tuyères d'éjection 14 et 16, décrites ci-dessous en détail, peuvent être utilisées avec d'autres types de turboréacteurs, et ainsi le domaine d'application de la présente invention n'est nullement limité aux turboréacteurs du type à double flux. En se référant maintenant plus particulièrement aux figures 3 et 4, chaque tuyère d'éjection 14 ou 16 comprend un conduit 32 ayant une section de forme générale rectangulaire, possédant des parois latérales 34 et 36 qui se terminent par une ouverture d'éjection 38 située dans un plan P. Un obturateur 40 est disposé dans la tuyère et dé-passe vers l'extérieur, au travers de l'ouverture 38,pour définir avec cette dernière, une section d'éjection finale de la tuyère, en divisant le conduit 32 en deux passages. Les parois latérales de la tuyère comprennent deux paires de parois opposées deux à deux, avec une première paire de parois 34 qui s'étendent dans la direction transversale, en direction de la largeur W de la tuyère,tandis que la seconde paire de parois 36 s'étend dans la direction de la hauteur D de la tuyère, entre les parois de la première paire. Le plan P de l'ouverture d'éjection 38 est transversal à l'axe médian longitudinal de la tuyère d'éjection. L'obturateur 40 comprend quatre plaques 42,44,46 et 48,réparties en deux paires latérales 50 et 52 qui sont articulées les unes aux autres pour former une structure en parallèlogramme déformable, obstruant plus ou moins l'ouverture d'éjection 38 de la tuyère. Les charnières 54 et 56 qui réunissent les deux plaques de chaque paire latérale 50 et 52 sont disposées de manière à s'étendre longitudinalement entre les deux pa- rois latérales 34 de la tuyère d'éjection, et parallèlement l'une à l'autre, dans le plan P de l'ouverture d'éjection 38. Les deux autres charnières 58 et 60 s'étendent parallèlement aux deux premières charnières 54 et 56, et elles servent à réunir les deux paires latérales 50 et 52 de plaques de l'obturateur. Un mécanisme d'actionnement 62, sous la forme de deux vis à billes 64 et 66, est prévu pour commander le mouvement transversal de l'obturateur 40 sur la largeur W de la tuyère, dans le plan P de l'ouverture d'éjection 38 et faire ainsi varier la répartition de la section d'éjection A dans le sens transversal de cette ouverture; le mécanisme 62 permet aussi de modifier la largeur du corps fermé par l'obturateur 40, et de faire ainsi varier l'aire de la section d'éjection A. Les vis à billes 64 et 66 sont disposées sur des côtés opposés l'un à l'autre de la tuyère, et elles s'étendent axialement le long de l'une ou l'autre des deux paroix latérales 34, au voisinage de l'ouverture d'éjection 38 de la tuyère 14 ou 16. Chaque vis à billes 64 ou 66 comprend un axe central fileté 68, une douille 70, traversée par l'axe 68 et un moteur 72 accouplé à l'axe associé 68 pour l'entraîner en rotation. La douille 70 de la première vis à billes 64 est liée à la première paire latérale 50 de plaques de l'obturateur 40 à proximité de la charnière 54 réunissant les deux plaques de cette paire, tandis que la douille 70 de la seconde vis à billes 66 est liée de façon similaire à la seconde paire latérale 52 de plaques de l'obturateur 40. Les douilles 70 peuvent être liées aux paires de plaques respectives 50 et 52, soit sur un même côté de la tuyère 14 ou 16, soit sur des côtés opposés de cette tuyère comme montré sur les figures 3 et 4. Le fonctionnement des vis à billes est bien connu en soi, et il ne sera pas décrit ici dans le détail. On rappelle toutefois, dans un souci de clarté, que la rota- tion de l'axe fileté 68 a pour effet de déplacer la douille 70 le long de cet axe 68, le mouvement de rotation étant ainsi converti en un mouvement linéaire. Les moteurs 72 prévus pour entraîner en rotation chaque axe 68 sont des moteurs réversibles, permettant à volonté un déplacement de la douille 70 dans un sens ou dans l'autre le long de l'axe 68. Il est à noter que l'on peut utiliser, en va-riante, d'autres actionneurs tels que des vérins hydrauliques ou pneumatiques, bien connus pour des applications similaires. En cours de fonctionnement, l'aire de la section d'éjection de la tuyère peut être modifiée en augmentant ou en diminuant la largeur Wp de l'obturateur 40. La largeur de cet obturateur est augmentée en faisant tourner simultanément les axes respectifs 68 des deux vis à billes 64 et 66, de telle manière que les deux douilles 70 s'éloi- gnent l'une de l'autre, en se déplaçant suivant les directions des flèches respectives Il et I2. On notera que ce mouvement provoque le rapprochement des extrémités amont et aval de l'obturateur 40, tandis que les deux côtés longitudinaux de l'obturateur sont écartés l'un de l'autre, de manière à réduire l'aire de la section d'éjection A. A l'inverse, le déplacement des deux douilles 70 dans le sens contraire, à savoir suivant les directions des flèches Dl et D2 de la figure 4, provoque la diminution de la largeur Wp de l'obturateur 40, donc l'accroissement de l'aire de la section d'éjection A. Pour faire varier la répartition de la section d'éjection dans le sens transversal de la tuyère 14 ou 16, il est nécessaire de déplacer transversalement l'obturateur 40 dans le plan P de l'ouverture d'éjection 38. Le déplacement transversal de l'obturateur 40 est obtenu en actionnant les deux vis à billes 64 et 66 de façon simultanée, de telle sorte que leurs douilles 70 se déplacent dans le même sens, et déplacent ainsi latéralement l'obturateur 40 sur la largeur de la tuyère, soit dans la direction de la flèche Dl, soit dans la direction de la flèche Il. La tuyère d'éjection avant 14, montrée au dessin, est montée fixe de manière à se trouver dirigée en permanence vers le bas, tandis que la tuyère d'éjection arrière 16 est orientable par pivotement autour d'un point C entre une première position où l'échappement des gaz s'effectue vers l'arrière et une seconde position, montrée sur la figure 2, où l'échappement des gaz s'effectue vers le bas, ceci d'une manière bien connue en soi. Lorsque l'éjection des gaz s'effectue vers le bas, un léger déplacement latéral de l'obturateur 40 produit un effet différentiel dans la poussée, sur la largeur de la tuyère 14 ou 16. Ainsi, l'avion tend à modifier son inclinaison transversale vers le côté où la poussée est la plus faible. Le choix de ce mode de contrôle de l'inclinaison transversale supprime la nécessité de jets à réaction complexes et coûteux aux extrémités des ailes de l'avion. On notera que le contrôle d'inclinaison longitudinale de l'avion peut être assuré, en vol stationnaire ou en vol horizontal à basse vitesse, en faisant varier les sections d'éjection des deux tuyères 14 et 16, de manière à engendrer une différence de la répartition des poussées entre l'avant et l'arrière, et à obtenir une attitude de vol avec nez relevé ou nez abaissé. En outre, on notera que la tuyère 14 peut être montée dans un avion classique (et non un avion à décollage et atterrissage vertical), auquel cas cette tuyère serait positionnée de manière à diriger les gaz toujours vers l'arrière. Par ailleurs, on comprendra que, dans le cas d'une tuyère équipant un avion classique, comme indiqué ci-dessus, le sens de montage de la tuyère peut être tel que l'obturateur se déplace linéairement dans une direction sensible-ment verticale, plutôt que dans une direction sensiblement horizontale comme décrit plus haut. Le mouvement vertical de l'obturateur procurera alors un certain degré de contrôle de l'inclinaison longitudinale, lors du vol horizontal de l'avion. REVENDICATIONS - 1. Tuyère d'éjection pour turboréacteur d'aéronef, possédant un axe médian longitudinal, et comprenant un conduit (32) dont les parois latérales (34,36) se terminent par une ouverture d'éjection (38) située dans un plan P transversal à l'axe médian longitudinal, caractérisée en ce qu'elle comprend un obturateur (40) disposé dans la tuyère (14,16) et dépassant vers l'extérieur par l'ouverture (38) pour définir avec celleci une section d'éjection finale A de la tuyère, ledit obturateur (40) étant monté de manière à pouvoir décrire un mouvement transversal dans le plan P de l'ouverture (38) et à faire ainsi varier la répartition de la section d'éjection A dans le sens transversal de cette ouverture, et de manière à pouvoir modifier sa largeur Wp et à faire ainsi varier l'aire de la section d'éjection A , et des moyens (62 à 72) pour déplacer l'obturateur (40) et pour provoquer sa variation de largeur. 2. Tuyère d'éjection selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit (32) a une section de forme générale rectangulaire et possède une première paire de parois latérales (34) et une seconde paire de parois latérales (36) opposées deux à deux, la première paire de parois latérales (34) s'étendant dans la direction de la largeur W de la tuyère (14,16), tandis que la seconde paire de parois latérales (36) s'étend dans la direction de la hauteur D de la tuyère, entre les parois (34) de la première paire. 3. Tuyère d'éjection selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'obturateur (40) s'étend entre les pa-rois latérales (34) de la première paire, de manière à diviser le conduit (32) en deux passages. 4. Tuyère d'éjection selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'obturateur (40) comprend quatre plaques (42,44,46,48) articulées les unes aux autres pour former une structure en parallèlogramme déformable, obstruant plus ou moins l'ouverture d'éjection (38) de la tuyère. 5. Tuyère d'éjection selon la revendication 4, caractérisée en ce que les quatre plaques (42,44,46,48) de l'obturateur (40) sont réparties en deux paires latérales (50, 52), les charnières (54,56) qui réunissent les deux pla- ques de chaque paire latérale étant disposées de manière à s'étendre longitudinalement entre les deux parois latérales (34) de la première paire, et parallèlement l'une à l'autre, dans le plan P de l'ouverture d'éjection (38), tandis que les deux autres charnières (58,60) s'étendent parallèlement aux deux premières charnières (54,56). 6. Tuyère d'éjection selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens (62) prévus pour déplacer transversalement l'obturateur (40) et pour modifier la largeur Wp de cet obturateur comprennent deux vis à billes (64,66), chaque vis à billes comprenant un axe central fileté (68), une douille (70) traversée par l'axe (68) et un moteur (72) accouplé à cet axe pour l'entraîner en rotation, la douille (70) de la première vis à billes (64) étant liée à la première paire latérale (50) de plaques de l'obturateur (40) à proximité de la charnière (54) réunissant les deux plaques de cette paire, tandis que la douille (70) de la seconde vis à billes (66) est liée à la seconde paire latérale (52) de plaques de l'obturateur (40), à proximité de la charnière (56) réunissant les deux plaques de cette paire. 7. Tuyère d'éjection selon la revendication 6, caractérisée en ce que les douilles (70) des deux vis à billes (64,66) sont liées aux paires latérales respectives (50,52) de plaques de l'obturateur (40) sur des côtés opposés de la tuyère (14,16). 8. Tuyère d'éjection selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les moteurs (72) des deux vis à billes (64,66) sont aptes à être actionnés simultanément pour déplacer les douilles respectives (70) dans le même sens, et ainsi déplacer latéralement l'obturateur (40). 9. Tuyère d'éjection selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que les moteurs (72) des deux vis à billes (64,66) sont aptes à être actionnés simultanément pour déplacer les douilles respectives (70) en sens opposés, et ainsi modifier la largeur Wp de l'obturateur (40). 10. Tuyère d'éjection selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que chaque vis à billes (64,66) est disposée le long de l'une des parois latérales (34) de la première paire et s'étend axialement, dans une direction transversale à l'axe médian longitudinal.