Brevet FR2904372A1 — publié le 20080201

Titre de l'invention Tuyère d'éjection des gaz pour turbomachine à double flux ayant une section d'éjection ou de col variable par déplacement du capot secondaire Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des tuyères d'éjection des gaz équipant les turbomachines à double flux, et plus particulièrement à une tuyère de turbomachine ayant une section d'éjection ou de col variable en fonction des régimes de fonctionnement. Une tuyère de turbomachine à double flux se compose typiquement d'un corps central annulaire centré sur un axe longitudinal de la tuyère, d'un capot primaire annulaire entourant de façon coaxiale le corps central pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire primaire, et d'un capot secondaire annulaire entourant de façon coaxiale le capot primaire pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire secondaire coaxial au canal primaire. On appelle section de col de la tuyère la section transversale du canal secondaire qui est la plus faible sur toute la longueur de la tuyère. On appelle section d'éjection de la tuyère la section transversale du canal secondaire qui est la plus en aval. Il est connu qu'en faisant varier la section d'éjection ou de col de la tuyère d'une turbomachine, il est possible de contrôler le débit de la soufflante de celle-ci de façon à la placer dans des conditions de fonctionnement correspondant à un rendement optimum quels que soient les régimes de la turbomachine. L'utilisation de tuyères d'éjection à section géométriquement variable est ainsi courante dans les applications militaires. Les techniques employées font généralement recours à des volets disposés dans le prolongement de l'extrémité aval de la tuyère et dont le braquage permet de réduire ou d'augmenter la section d'éjection ou de col de la tuyère. Or, de telles techniques sont difficiles à implanter sur des tuyères de turbomachines civiles. Ceci est notamment dû aux contraintes liées à l'installation de la nacelle par rapport à l'aile de l'avion, à la garde au sol, aux épaisseurs et à la forme des bords de fuite de la nacelle. En outre, de telles tuyères à section variable ont un coût de fabrication relativement élevé. 2904372 2 Aussi, les tuyères utilisées dans le civil ont généralement une section d'éjection ou de col géométriquement fixe qui est optimisée pour le vol de croisière qui représente la plus grande partie de la mission d'un avion. Il en résulte que les tuyères à section fixe fonctionnent de manière 5 dégradée à haut régime de fonctionnement (correspondant au décollage et à la phase d'ascension de l'avion) et à bas régime de fonctionnement (correspondant à la descente, à la phase d'approche et au mode ralenti en vol de l'avion). 10 Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une tuyère d'éjection des gaz pour turbomachine à double flux ayant une section d'éjection ou de col géométriquement variable en fonction des régimes de fonctionnement de 15 la turbomachine. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à une tuyère dans laquelle le capot secondaire se compose d'une partie fixe et d'une partie mobile disposée dans le prolongement longitudinal de la partie fixe et pouvant se déplacer longitudinalement vers l'amont et vers 20 l'aval par rapport à la partie fixe et par rapport au capot primaire de façon à varier la section d'éjection et/ou de col de la tuyère, la partie fixe du capot secondaire présentant une pluralité de motifs répétitifs espacés circonférentiellement et disposés dans le prolongement longitudinal de son bord de fuite, et la partie mobile du capot secondaire comportant sur sa 25 surface externe une pluralité d'empreintes de formes complémentaires aux motifs de la partie fixe. Par translation longitudinale vers l'amont ou vers l'aval de la partie mobile du capot primaire, il est possible d'ouvrir ou de fermer de façon continue et précise la section d'éjection ou de col de la tuyère en 30 fonction des régimes de fonctionnement de la turbomachine. Ce système présente de nombreux avantages, notamment d'être robuste, précis, compatible avec les tuyères existantes, à apport de masse relativement faible et de montage aisé sur les turbomachines à double flux utilisées dans le civil. Il est notamment facilement adaptable aux tuyères dont 35 l'inversion de poussée est obtenue par translation du capot secondaire. 2904372 3 La présence de motifs disposés dans le prolongement du bord de fuite de la partie fixe du capot secondaire permet, d'une part de diminuer la traînée parasite produite par la marche qui apparaît inévitablement entre les parties fixe et mobile du capot secondaire lors du 5 déplacement de la partie mobile, et d'autre part de contribuer à la réduction des émissions acoustiques quelque soit la position de la partie mobile du capot secondaire. Selon une disposition avantageuse de l'invention, la partie mobile du capot secondaire présente un diamètre interne décroissant vers 10 l'aval et le capot primaire présente au niveau de sa portion en regard de la partie mobile du capot secondaire une portion annulaire aval ayant un diamètre externe décroissant vers l'aval, la partie mobile du capot secondaire pouvant être déplacée longitudinalement entre deux positions extrêmes : une position extrême aval correspondant à une section 15 d'éjection ou de col nominale et une position extrême amont correspondant à une section d'éjection ou de col réduite au maximum. Le capot secondaire de la tuyère peut comporter au moins un vérin destiné à déplacer longitudinalement la partie mobile dudit capot. L'invention concerne également une turbomachine comportant 20 une tuyère telle que définie précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins 25 annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est demi vue très schématique et en coupe longitudinale d'une turbomachine partielle équipée d'une tuyère selon l'invention ; 30 - la figure 2 est une loupe de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue partielle, en perspective et en éclaté de la tuyère de la figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation 35 La figure 1 représente de façon très schématique et en coupe longitudinale une turbomachine à double flux 10 équipée d'une tuyère 2904372 4 selon l'invention. La turbomachine possède un axe longitudinal 12 et se compose d'un moteur à turbine à gaz 14 et d'une nacelle annulaire 16 centrée sur l'axe 12 et disposée concentriquement autour du moteur. D'amont en aval selon le sens d'écoulement d'un flux d'air 5 traversant la turbomachine, le moteur 14 comprend une entrée d'air 18, une soufflante 20, un compresseur basse-pression 22, un compresseur haute-pression 24, une chambre de combustion 26, une turbine haute-pression 28 et une turbine basse-pression 30, chacun de ces éléments étant disposé selon l'axe longitudinal 12. 10 La tuyère 32 d'éjection des gaz produits par une telle turbomachine se compose d'un corps central annulaire 34 centré sur l'axe longitudinal 12 de la turbomachine, d'un capot primaire annulaire 36 entourant de façon coaxiale le corps central pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire primaire 38, et d'un capot secondaire annulaire 40 15 entourant de façon coaxiale le capot primaire pour délimiter avec celuici un canal annulaire secondaire 42 coaxial au canal primaire (dans l'exemple de réalisation de la figure 1, la nacelle 16 de la turbomachine et le capot secondaire 40 de la tuyère sont une seule et même pièce). On notera que sur l'exemple de réalisation de la figure 1, le 20 corps central 34 de la tuyère 32 est de type externe, c'est à dire que le corps central s'étend longitudinalement au-delà du bord de fuite du capot primaire 36. Toutefois, l'invention peut également s'appliquer à une tuyère à flux séparés de type interne dans laquelle le bord de fuite du capot 25 primaire s'étend longitudinalement au-delà du corps central de façon à recouvrir complètement ce dernier. Le cheminement de l'air au travers de la turbomachine est le suivant. L'air est admis dans la turbomachine par l'entrée d'air 18. En aval de la soufflante 20, le flux d'air se divise en une partie qui s'écoule dans le 30 canal secondaire 42 et une autre qui emprunte le canal primaire 38. Dans ce dernier, l'air est comprimé par les compresseurs 22, 24, mélangé à du carburant dans la chambre de combustion 26 et brûlé. Les gaz issus de cette combustion entraînent les turbines haute-pression 28 et basse-pression 30 avant d'être évacués. 35 Comme représenté à la figure 2, la tuyère 32 d'éjection des gaz présente une section de col 44 qui correspond à la section transversale 2904372 5 minimale du canal secondaire 42 sur toute la longueur de la tuyère et une section d'éjection 46 qui correspond à la section transversale du canal secondaire qui est la plus en aval de la tuyère. Selon l'invention, le capot secondaire 40 de la tuyère se 5 compose d'une partie fixe 48 et d'une partie mobile 50 qui est disposée dans le prolongement longitudinal de la partie fixe et qui peut se déplacer longitudinalement vers l'amont et vers l'aval par rapport à la partie fixe 48 et par rapport au capot primaire 36 de façon à varier la section de col 44 et/ou la section d'éjection 46 de la tuyère. 10 De façon plus précise, la partie fixe 48 du capot secondaire possède une forme annulaire ayant un diamètre interne décroissant vers l'aval. Quant à la partie mobile 50, elle possède une portion amont 50a sensiblement cylindrique disposée à l'intérieur de la partie fixe 48 du capot secondaire de façon concentrique à celle-ci et se prolongeant vers l'aval 15 par une portion aval 50b. Cette dernière présente un diamètre interne qui décroît vers l'aval dans la continuité du diamètre décroissant de la partie fixe 48 du capot secondaire. Ainsi, lorsque la partie mobile 50 du capot secondaire se situe dans la position illustrée en traits pleins à la figure 2, sa portion aval 50b se situe dans le prolongement de la partie fixe 48 et 20 reproduit la géométrie générale de la nacelle 16 de la turbomachine. En outre, au niveau de sa portion en regard de la partie mobile 50 du capot secondaire 40, le capot primaire 36 présente une portion annulaire 36a ayant un diamètre externe décroissant vers l'aval. Avec un tel arrangement, lorsque la partie mobile 50 du capot 25 secondaire 40 se situe dans la position illustrée en traits pleins à la figure 2 (c'est-à-dire dans une position extrême vers l'aval), la section de col 44 et la section d'éjection 46 de la tuyère 32 sont dans une position dite nominale qui est par exemple optimisée pour le vol en croisière. Comme indiqué précédemment, dans cette position, les parties fixe et 30 mobile du capot secondaire sont disposées l'une par rapport à l'autre de façon à reproduire la géométrie générale de la nacelle 16 de la turbomachine, ce qui limite les effets néfastes pouvant être produits par la division du capot secondaire en deux parties. Lorsque la partie mobile 50 du capot secondaire 40 est déplacée 35 longitudinalement vers l'amont dans la position illustrée en traits pointillés à la figure 2 (c'est-à-dire dans une position extrême vers l'amont), la 2904372 6 partie mobile 50 du capot se rétracte sous la partie fixe 48 et la section de col 44' et la section d'éjection 46' de la tuyère sont dans une position réduite au maximum par rapport à leur position respective en traits pleins de la figure 2. Cette position est par exemple optimisée pour le haut et 5 bas régime de fonctionnement de la turbomachine. A titre d'exemple, entre les deux positions extrêmes de la partie mobile 50 du capot secondaire 40, il est possible d'obtenir une fermeture de la section d'éjection 46 de la tuyère de l'ordre de 15%. Le déplacement longitudinal de la partie mobile 50 du capot 10 secondaire peut être réalisé au moyen d'au moins un vérin 52 fixé sur la partie fixe 48 du capot secondaire, relié à la partie mobile et commandé par un dispositif de contrôle adéquat (non représenté sur les figures) permettant d'obtenir un déplacement continu de la partie mobile entre ses deux positions extrêmes. Bien entendu, tout autre moyen équivalent 15 pourrait être utilisé pour déplacer le segment mobile par rapport au reste du capot primaire. Lors du déplacement vers l'amont de la partie mobile 50, une marche (ou découpe perpendiculaire à l'écoulement dans le canal secondaire) apparaît inévitablement entre les parties fixes et mobile du 20 capot secondaire de la tuyère. Une telle cassure dans la géométrie générale de la nacelle de la turbomachine a pour effet d'engendrer une forte traînée dans le sillage de celle-ci, ce qui est particulièrement préjudiciable pour les performances aérodynamiques de la nacelle. Toujours selon l'invention, afin d'atténuer la traînée parasite 25 produite par une telle marche , la partie fixe 48 du capot secondaire 40 présente une pluralité de motifs répétitifs 54 qui sont espacés circonférentiellement et disposés dans le prolongement longitudinal de son bord de fuite, et la partie mobile 50 du capot secondaire comporte sur sa surface externe une pluralité d'empreintes 56 de formes complémentaires 30 aux motifs 54 de la partie fixe. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la partie fixe 48 du capot secondaire possède une pluralité de motifs 54 à forme triangulaire. Ainsi, l'écoulement le long du capot secondaire tourbillonne autour de la pointe de ces motifs triangulaires 54 en conservant une composante selon 35 l'axe longitudinal 12 de la turbomachine, ce qui réduit la traînée. De plus, 2904372 7 les motifs triangulaires peuvent atténuer les émissions acoustiques en réduisant le cisaillement à l'éjection. Bien entendu, toute autre forme de motif est envisageable (rectangulaire, carrée, curviligne, etc.), pourvue qu'elle permette de 5 réduire la traînée parasite produite par la cassure dans la géométrie générale de la nacelle. Avec une forme triangulaire, la partie mobile 50 du capot secondaire possède sur sa surface externe au niveau de sa portion amont 50a une empreinte 56a ayant une section transversale en forme de V 10 ouvert vers l'extérieur et se prolongeant au niveau de la portion aval 50b par une entaille 56b de forme triangulaire. On notera que la présence de tels motifs répétitifs dans la partie d'accrochage de la nacelle à une aile de l'avion via un pylône peut avoir une influence négative sur la traînée d'installation. Il est en effet possible 15 que la brusque augmentation de la section entre l'aile de l'avion et la nacelle provoque un choc ou augmente l'intensité d'un choc existant. Afin de se prémunir d'un tel phénomène, il peut être ménagé dans cette partie d'accrochage de la nacelle par le pylône une zone dépourvue de motifs répétitifs. REVENDICATIONS 1. Tuyère (32) d'éjection des gaz pour turbomachine à double flux, comportant un corps central annulaire (34) centré sur un axe longitudinal (12) de la tuyère, un capot primaire annulaire (36) entourant de façon coaxiale le corps central pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire primaire (38), et un capot secondaire annulaire (40) entourant de façon coaxiale le capot primaire pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire secondaire (42) coaxial au canal primaire, caractérisée en ce que le capot secondaire (40) se compose d'une partie fixe (48) et d'une partie mobile (50) disposée dans le prolongement longitudinal de la partie fixe et pouvant se déplacer longitudinalement vers l'amont et vers l'aval par rapport à la partie fixe et par rapport au capot primaire de façon à varier la section d'éjection (46) et/ou de col (44) de la tuyère, la partie fixe (48) du capot secondaire présentant une pluralité de motifs répétitifs (54) espacés circonférentiellement et disposés dans le prolongement longitudinal de son bord de fuite, et la partie mobile (50) du capot secondaire comportant sur sa surface externe une pluralité d'empreintes (56) de formes complémentaires aux motifs de la partie fixe. 2. Tuyère selon la revendication 1, dans laquelle la partie mobile (50) du capot secondaire (40) présente un diamètre interne décroissant vers l'aval et le capot primaire (36) présente au niveau de sa portion en regard de la partie mobile du capot secondaire une portion annulaire aval (36a) ayant un diamètre externe décroissant vers l'aval, la partie mobile du capot secondaire pouvant être déplacée longitudinalement entre deux positions extrêmes : une position extrême aval correspondant à une section de d'éjection (46) ou de col (44) nominale et une position extrême amont correspondant à une section d'éjection ou de col réduite au maximum. 3. Tuyère selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle le capot secondaire (40) comporte au moins un vérin (52) destiné à déplacer longitudinalement la partie mobile (50) dudit capot. 2904372 9 4. Turbomachine à double flux, caractérisée en ce qu'elle comporte une tuyère (32) d'éjection des gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.