Brevet FR2908465A1 — publié le 20080516

Titre de l'invention Mélangeur de flux à section variable à lobes déployables en éventail pour turboréacteur à double flux Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des mélangeurs de flux à section variable pour turboréacteur à double flux à faible taux de dilution d'avion supersonique. Un turboréacteur à double flux à faible taux de dilution pour avion supersonique se compose essentiellement d'un générateur de gaz à double flux (flux froid et flux chaud) se prolongeant par une tuyère qui définit un canal d'éjection des gaz. Les turboréacteurs à double flux à faible taux de dilution équipant les avions supersoniques qui sont destinés au transport civil doivent respecter deux exigences: d'une part, ils doivent posséder la traînée la plus faible possible lors des phases de vol en croisières transsonique et supersonique, et d'autre part, ils doivent présenter un niveau de bruit acceptable au décollage de l'avion, les autorités de certification étant de plus en plus exigeantes face aux émissions acoustiques des turboréacteurs d'avions civils. Or, ces deux exigences sont contradictoires. En effet, la première exigence conduit à des architectures de turboréacteur à faible diamètre, tandis que la seconde exigence nécessite d'élever la poussée par augmentation du débit de gaz, ce qui amène à de grands diamètres de soufflante (et donc de turboréacteur). Une solution connue pour respecter ces exigences est l'utilisation d'un mélangeur de flux à section variable. Un tel mélangeur permet d'introduire dans le turboréacteur, lors des phases de décollage de l'avion, un flux d'air externe au turboréacteur pour le mélanger au flux gazeux issu du générateur de gaz. En effet, mélanger de l'air externe au flux gazeux issu du générateur de gaz permet d'augmenter le débit de gaz produit par le turboréacteur. Aussi, à poussées constantes, la vitesse d'éjection des gaz peut être réduite par rapport à un turboréacteur double flux dépourvu de mélangeur. Comrne le bruit de jet augmente avec la vitesse d'éjection des gaz, la diminution de cette vitesse engendre une baisse importante du niveau de bruit au décollage. 2908465 2 En pratique, l'air externe est introduit dans le turboréacteur en aval du générateur de gaz en empruntant des ouvertures réparties sur toute la circonférence de la tuyère. L'air ainsi introduit se mélange au flux gazeux issu du générateur de gaz à l'aide de guides qui s'étendent 5 radialement au travers du canal d'éjection du flux gazeux. Ces guides ont généralement une forme de lobe et sont mobiles entre une position déployée dans laquelle ils dégagent les ouvertures et permettent le mélange entre flux (lors des phases de décollage de l'avion) et une position fermée dans laquelle ils obstruent les ouvertures (lors des autres 10 phases de vol). Bien que satisfaisante, l'utilisation de guides d'air en forme de lobes ne permet pas d'obtenir un mélange optimal entre les flux gazeux. Il en résulte que cette solution nécessite un allongement important du turboréacteur afin de favoriser le mélange entre le flux d'air externe et le 15 flux gazeux issu du générateur de gaz. Or, l'allongement du turboréacteur se fait au détriment de sa masse. De plus, il est généralement nécessaire d'avoir recours à un revêtement acoustique de la paroi interne de la tuyère d'éjection du turboréacteur de manière à absorber les fréquences sonores les plus nuisibles. 20 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un mélangeur de flux à section variable qui permet de diminuer le niveau de bruit de jet du turboréacteur au 25 décollage dans un encombrement réduit. Ce but est atteint grâce à un mélangeur de flux à section variable pour turboréacteur à double flux d'avion supersonique comportant une tuyère sensiblement cylindrique centrée sur un axe longitudinal et destinée à être disposée concentriquement autour d'un 30 générateur de gaz du turboréacteur, la tuyère comportant une pluralité d'ouvertures d'admission d'air externe réparties sur toute sa circonférence, débouchant dans une zone de convergence entre des flux froid et chaud issus du générateur de gaz et dans lesquelles sont montés des lobes à section transversale en U qui sont formés chacun de deux parois latérales 35 reliées par un fond et qui sont mobiles entre deux positions différentes ; une position fermée dans laquelle ils obstruent les ouvertures de la tuyère 2908465 3 et une position déployée dans laquelle ils dégagent lesdites ouvertures et se déploient radialement dans la tuyère de façon à permettre une admission d'air externe au turboréacteur dans ladite zone de convergence, mélangeur dans lequel, conformément à l'invention, chaque paroi latérale 5 des lobes est reliée à une pluralité de panneaux articulés à leur extrémité amont et se déployant dans la tuyère à la manière d'un éventail lors du déploiement des lobes. L'utilisation de lobes dont les parois latérales sont reliées à une pluralité de panneaux se déployant en éventail dans la tuyère permet, 10 lorsque ces lobes sont déployés, d'augmenter sensiblement la surface efficace pour l'admission de l'air externe dans la tuyère. Il en résulte un meilleur mélange entre le flux d'air externe admis dans la tuyère et le flux gazeux issu du générateur de gaz. De la sorte, il est possible de diminuer efficacement le bruit dans un encombrement réduit. En outre, les lobes 15 sont entièrement escamotables entre les parois de la tuyère de sorte que le mélangeur ne perturbe pas les écoulements lorsque ces lobes sont en position fermée. Les panneaux d'une même paroi latérale d'un lobe sont avantageusement fixés sur la paroi latérale à leur extrémité amont au 20 moyen d'une même liaison articulée autour d'un axe tangentiel. Dans ce cas, l'axe tangentiel de la liaison articulée des panneaux d'une même paroi latérale d'un lobe est de préférence aligné avec celui de la liaison articulée des panneaux de l'autre paroi latérale du lobe. Chaque paroi latérale d'un lobe peut être reliée à au moins deux 25 panneaux : un panneau externe fixé sur la paroi latérale à son extrémité amont et sur la tuyère à son extrémité aval, et au moins un panneau intermédiaire disposé entre le panneau externe et la paroi latérale. Selon une disposition avantageuse de l'invention, les panneaux et les parois latérales d'un lobe portent chacun à leur extrémité aval au 30 moins un crochet destiné à coopérer avec un crochet d'un panneau adjacent lors du déploiement du lobe. Selon une autre disposition avantageuse de (invention, certains panneaux portent à leur extrémité aval au moins une butée destinée à venir en contact avec un panneau adjacent lors de la fermeture du lobe. 35 Selon encore une autre disposition avantageuse de l'invention, chaque lobe est solidaire d'une écope disposée dans son prolongement 2908465 4 amont, l'écope s'ouvrant vers l'extérieur de la tuyère et débouchant dans le lobe lorsque ledit lobe est en position déployée de façon à guider l'air externe au turboréacteur vers l'intérieur de la tuyère. L'invention a également pour objet un turboréacteur à double 5 flux comportant un mélangeur de flux à section variable tel que défini précédemment. Brève description des dessins, D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 10 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : les figures 1 et 2 sont des demi vues schématiques en coupe longitudinale d'un turboréacteur muni d'un mélangeur selon 15 l'invention dans ses deux positions d'utilisation ; - les figures 3 et 4 sont des vues en perspective du mélangeur respectivement de la figure 1 et de la figure 2 ; - la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 1 ; - la figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de la figure 2 ; 20 - les figures 7 et 8 sont des vues en perspective d'un lobe du mélangeur selon l'invention respectivement dans sa position fermée et sa position déployée ; et - les figures 9 et 10 sont des vues de face du lobe des figures 7 et 8 respectivement. 25 Description détaillée d'un mode de réalisation Les figures 1 et 2 sont des demi vues en coupe longitudinale d'un turboréacteur à double flux à faible taux de dilution pour avion supersonique. 30 Un tel turboréacteur 2 se compose essentiellement d'un générateur de gaz 4 d'axe longitudinal X-X partiellement représenté sur les figures 1 et 2. De façon bien connue en soi, celui-ci présente une entrée d'air 6, un compresseur basse pression 8 alimentant en air pour partie un canal 35 d'écoulement de flux froid 10 et pour une autre partie un compresseur haute-pression 12. 2908465 5 En sortie du compresseur haute-pression 12, l'air comprimé est mélangé à du carburant dans une chambre de combustion 14 pour y être brûlé. Les gaz issus de cette combustion entraînent une turbine 16 avant d'être évacués au travers d'un canai d'écoulement de flux chaud 18. 5 Une virole annulaire 20 sépare le canal d'écoulement de flux froid 10 du canal d'écoulement de flux chaud 18. En aval de cette virole, les flux froid et chaud se mélangent dans une zone annulaire 22 dite de convergence. Le turboréacteur comporte également une tuyère 24 10 sensiblement cylindrique qui est centrée sur l'axe longitudinal X-X du turboréacteur. La tuyère 24 est disposée en aval du générateur de gaz et définit un canal annulaire 26 d'éjection des gaz. Elle est formée d'une paroi annulaire externe 24a et d'une paroi annulaire interne 24b qui sont concentriques. 15 La tuyère 24 comporte une pluralité d'ouvertures 28 d'admission d'air externe qui sont réparties sur toute sa circonférence. Ces ouvertures 28 s'ouvrent vers l'extérieur du turboréacteur et débouchent dans le canal d'éjection 26 sensiblement au niveau de la zone de convergence 22 entre les flux froid et chaud issus du générateur de gaz. 20 Dans chacune des ouvertures 28 est monté de façon pivotante un lobe 30 mobile entre deux positions différentes : une position fermée (figures 1, 3 et 5) dans laquelle le lobe obstrue l'ouverture correspondante et une position déployée (figures 2,, 4 et 6) dans laquelle le lobe dégage l'ouverture correspondante et se déploie radialement dans la tuyère de 25 façon à permettre une admission d'air externe au turboréacteur dans la zone de convergence 22. Comme plus particulièrement représenté aux figures 6 à 10, chaque lobe 30 présente une section transversale en U et est formé de deux parois latérales 32 s'étendant selon des directions radiales et reliées 30 par un fond 34. A leur extrémité amont, ces parois latérales 32 sont fixées sur la tuyère au niveau d'un axe de basculement Y-Y tangentiel. Le déplacement de chaque lobe 30 entre ses positions fermée et déployée est par exemple assuré au moyen d'au moins un vérin 35 (hydraulique, pneumatique ou électrique) dont l'une extrémité est fixée 35 sur la tuyère et l'autre sur le lobe (figures 1 et 2). 2908465 6 La position fermée des lobes correspond à toutes les phases de vol de l'avion supersonique équipé du turboréacteur, sauf les phases de décollage (il s'agit par exemple des phases de vol en croisière supersonique). Dans cette position, les lobes 30 sont entièrement 5 escamotés entre les parois externe 24a et interne 24b de la tuyère de façon à ne pas perturber les écoulements dans le canal d'éjection (figures 1 et 5). La position déployée des lobes correspond aux phases de décollage de l'avion supersonique équipé du turboréacteur. Dans cette 10 position, les lobes 30 sont déployés afin de s'étendre radialement au travers du canal d'éjection 26. Ils servent ainsi de guides pour l'air externe au turboréacteur qui s'introduit dans le canal d'éjection 26 par les ouvertures 28 pour se mélanger aux flux froid et chaud issu du générateur de gaz. Grâce à cet apport d'air externe, le débit de gaz produit par le 15 turboréacteur est augmenté lors du décollage de l'avion. Selon l'invention, chaque paroi latérale 32 des lobes 30 est reliée à une pluralité de panneaux 36, 38 articulés à leur extrémité amont et se déployant dans la tuyère à la manière d'un éventail lors du déploiement des lobes. 20 Comme représenté aux figures 7 à 10, chaque panneau 36, 38 a sensiblement une forme de triangle dont le sommet constitue l'extrémité amont du panneau et chaque panneau se situe dans un plan sensiblement parallèle à celui des parois latérales 32 du lobe. Chaque paroi latérale 32 d'un lobe est plus précisément reliée à 25 au moins deux panneaux, à savoir : un panneau externe 36 et au moins un panneau intermédiaire 38 (au nombre de deux dans l'exemple de réalisation des figures 7 à 10). Les panneaux externe 36 et intermédiaire 38 sont fixés sur la paroi latérale 32 concernée à leur extrémité amont au moyen d'une même 30 liaison articulée autour d'un axe tangentiel 40. Le panneau externe 36 est par ailleurs fixé sur la tuyère à son extrémité aval au moyen d'une attache 42. Quant au panneau intermédiaire 38, il est disposé entre le panneau externe 36 et la paroi latérale 32 concernée. 2908465 7 En outre, l'axe tangentiel 40 de la liaison articulée des panneaux 36, 38 d'une même paroi latérale 32 d'un lobe est aligné avec celui de la liaison articulée des panneaux de l'autre paroi latérale du lobe. Afin de permettre un déploiement en éventail de ces panneaux, 5 les parois latérales 32 des lobes, de même que leurs panneaux 36, 38 portent chacun à leur extrémité aval au moins un crochet destiné à coopérer avec un crochet d'un panneau adjacent lors du déploiement du lobe. Ainsi, les parois latérales 32 des lobes présentent chacune à leur 10 extrémité aval et dans leur partie supérieure un crochet 44 faisant saillie vers l'extérieur du lobe et ouvert vers leur partie inférieure (par supérieure et inférieure, on entend une partie du lobe qui est respectivement éloignée ou proche de l'axe longitudinal X-X). De même, les panneaux externes 36 portent chacun à leur 15 extrémité aval et dans leur partie inférieure un crochet 46 faisant saillie vers l'intérieur du panneau et ouvert vers leur partie supérieure. Quant aux panneaux intermédiaires 38, ils comportent chacun deux crochets à leur extrémité aval : un crochet inférieur 48 faisant saillie vers l'intérieur du panneau et ouvert vers leur partie supérieure, et un 20 crochet supérieur 50 faisant saillie vers l'extérieur du panneau et ouvert vers leur partie inférieure. Chacun des crochets 44, 46, 48 et 50 est destiné à coopérer avec un crochet d'un panneau adjacent pour permettre le déploiement des panneaux en éventail lors du déploiement du lobe selon un mode 25 opératoire détaillé ci-après. Lorsqu'un lobe 30 est en position fermée (figures 7 et 9), les panneaux de chacune de ses parois latérales sont disposés les uns à côté des autres de façon à minimiser l'encombrement radial du lobe. L'actionnement du vérin de déploiement du lobe entraîne un déplacement 30 radial des parois latérales 32 du lobe qui pivotent autour de l'axe de basculement Y-Y. Au cours de ce déplacement, les parois latérales du lobe entraînent les panneaux intermédiaires 38 adjacents par coopération entre leurs crochets respectifs 44, 48, ce qui provoque un pivotement de ces panneaux autour de leur axe tangentiel 40. De même, le déplacement des 35 panneaux intermédiaires adjacents aux deux parois latérales entraîne les autres panneaux intermédiaires par coopération entre les crochets 48, 50. 2908465 8 Ces panneaux intermédiaires pivotent donc également autour de l'axe tangentiel 40. Une fois les parois latérales 32 et les panneaux intermédiaires 38 déployés, les crochets supérieurs 50 des panneaux intermédiaires adjacents aux panneaux externes 36 viennent en prise avec 5 les crochets 46 respectifs de ces derniers, ce qui arrête le déploiement du lobe (les panneaux externes 36 sont fixés sur la tuyère au niveau de leur attache 42). Le lobe est alors entièrement déployé (figures 8 et 10). Dans cette position, les panneaux 36, 38 et les parois latérales 32 des lobes offrent une surface efficace importante pour l'admission d'air externe. 10 Certains panneaux des parois latérales d'un lobe portent également à leur extrémité aval une butée. Il en est ainsi des panneaux intermédiaires 38 adjacents aux parois latérales 32 du lobe. Ces panneaux 38 comportent chacun à leur extrémité aval une butée inférieure 52 faisant saillie vers l'extérieur du panneau et une butée supérieure 54 15 faisant saillie vers l'intérieur du panneau. Ces butées 52, 54 sont destinées à venir en contact avec un panneau adjacent lors de la fermeture du lobe selon un mode opératoire détaillé ci-après. Lorsqu'un lobe 30 est en position déployée (figures 8 et 10), 20 l'actionnement du vérin entraîne un déplacement radial des parois latérales 32 du lobe qui pivotent autour de l'axe de basculement Y-Y. Au cours de ce déplacement, les parois latérales du lobe entraînent les panneaux intermédiaires 38 adjacents par coopération entre les crochets 44 des parois latérales et les butées supérieures 54 de ces panneaux. De 25 même, le déplacement des panneaux intermédiaires adjacents aux deux parois latérales entraîne les autres panneaux intermédiaires par coopération entre les butées inférieures 52 et les crochets inférieurs 48 de ces panneaux. L'actionnement du vérin est alors arrêté une fois le lobe entièrement rétracté entre les parois de la tuyère. 30 Selon une disposition avantageuse de l'invention, chaque lobe 30 est solidaire d'une écope 56 disposée dans son prolongement amont. Lorsque le lobe est en position déployée, l'écope s'ouvre vers l'extérieur de la tuyère 24 et débouche dans le lobe de façon à guider l'air externe au turboréacteur vers l'intérieur de la tuyère. REVENDICATIONS 1. Mélangeur de flux à section variable pour turboréacteur à double flux d'avion supersonique, comportant une tuyère (24) sensiblement cylindrique centrée sur un axe longitudinal (X-X) et destinée à être disposée concentriquement autour d'un générateur de gaz (4) du turboréacteur, la tuyère (24) comportant une pluralité d'ouvertures (28) d'admission d'air externe réparties sur toute sa circonférence, débouchant dans une zone de convergence (22) entre des flux froid et chaud issus du générateur de gaz (4) et dans lesquelles sont montés des lobes (30) à section transversale en U qui sont formés chacun de deux parois latérales (32) reliées par un fond (34) et qui sont mobiles entre deux positions différentes ; une position fermée dans laquelle ils obstruent les ouvertures (28) de la tuyère (24) et une position déployée dans laquelle ils dégagent lesdites ouvertures et se déploient radialement dans la tuyère de façon à permettre une admission d'air externe au turboréacteur dans ladite zone de convergence (22), caractérisé en ce que chaque paroi latérale (32) des lobes (30) est reliée à une pluralité de panneaux (36, 38) articulés à leur extrémité amont et se déployant dans la tuyère à la manière d'un éventail lors du déploiement des lobes. 2. Mélangeur selon la revendication 1, dans lequel les panneaux (36, 38) d'une même paroi latérale (32) d'un lobe (30) sont fixés sur la paroi latérale à leur extrémité amont au moyen d'une même liaison articulée autour d'un axe tangentiel (40). 3. Mélangeur selon la revendication 2, dans lequel l'axe tangentiel (40) de la liaison articulée des panneaux (36, 38) d'une même paroi latérale (32) d'un lobe (30) est aligné avec celui de la liaison articulée des panneaux de l'autre paroi latérale du lobe. 4. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque paroi latérale (32) d'un lobe (30) est reliée à au moins deux panneaux : un panneau externe (36) fixé sur la paroi latérale à son extrémité amont et sur la tuyère (24) à son extrémité aval, et au moins un 2908465 10 panneau intermédiaire (38) disposé entre le panneau externe et la paroi latérale. 5. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 5 dans lequel les panneaux (36, 38) et les parois latérales (32) d'un lobe (30) portent chacun à leur extrémité aval au moins un crochet (44, 46, 48, 50) destiné à coopérer avec un crochet d'un panneau adjacent lors du déploiement du lobe. 10 6. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel certains panneaux (38) portent à leur extrémité aval au moins une butée (52, 54) destinée à venir en contact avec un panneau adjacent lors de la fermeture du lobe. 15 7. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque lobe (30) est solidaire d'une écope (56) disposée dans son prolongement amont, l'écope (56) s'ouvrant vers l'extérieur de la tuyère (24) et débouchant dans le lobe lorsque ledit lobe est en position déployée de façon à guider l'air externe au turboréacteur vers l'intérieur 20 de la tuyère. 8. Turboréacteur à double flux, caractérisé en ce qu'il comporte un mélangeur de flux à section variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.