Brevet FR2907853A1 — publié le 20080502

Titre de l'invention Tuyère d'éjection des gaz pour turbomachine à double flux ayant une section d'éjection ou de col variable par déploiement de créneaux 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 de ses 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 2907853 2 outre, de telles tuyères à section variable ont un coût de fabrication relativement élevé. Aussi, les tuyères utilisées dans le civil ont généralement une section d'éjection ou de col géométriquement fixe qui est optimisée pour 5 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 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 10 vol de l'avion). 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 15 turbomachine à double flux ayant une section d'éjection ou de col géométriquement variable en fonction des régimes de fonctionnement de la turbomachine. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à une tuyère dans laquelle le capot primaire comporte une pluralité d'ouvertures 20 longitudinales réparties sur la circonférence de sa surface externe, disposées en regard de la section de col et/ou d'éjection de la tuyère et à l'intérieur de chacune desquelles est logé un créneau de forme complémentaire, chaque créneau étant apte à être déplacé entre deux positions extrêmes, une position fermée dans laquelle il obstrue 25 l'ouverture considérée de façon à reproduire la forme de la surface externe du capot primaire, et une position déployée dans laquelle il fait saillie radialement dans le canal secondaire de façon à faire varier la section de col et/ou d'éjection de la tuyère. Le déploiement des créneaux dans le canal secondaire permet 30 de fermer de façon graduelle et précise la section d'éjection ou de col de la tuyère en 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 35 utilisées dans le civil. De plus, ce système n'apporte aucune pénalité sur les aspects aérodynamiques d'installation de la nacelle sur l'avion. 2907853 3 Selon une disposition avantageuse de l'invention, chaque créneau est formé de deux éléments fixés entre eux à une première extrémité longitudinale au moyen d'une liaison articulée autour d'un axe tangentiel, ladite liaison articulée étant apte à être déplacée radialement, 5 chaque élément ayant une seconde extrémité longitudinale opposée à la première qui est fixée au capot primaire et qui est apte à être déplacée longitudinalement sous l'effet du déplacement de la liaison articulée. Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, la seconde extrémité longitudinale de chaque élément d'un créneau 10 comporte une lumière longitudinale dans laquelle est montée de façon coulissante une tige tangentielle fixée au capot primaire de façon à permettre le déplacement longitudinal de cette seconde extrémité. Selon encore une autre disposition avantageuse de l'invention, la tuyère comporte en outre des moyens de synchronisation du 15 déplacement des créneaux. Ainsi, la tuyère comporte de préférence un anneau de synchronisation centré sur l'axe longitudinal de la tuyère et apte à être mis en rotation autour de celui-ci, chaque créneau étant relié à l'anneau par l'intermédiaire d'une bielle radiale dont une extrémité est fixée à la liaison 20 articulée du créneau concerné et l'autre extrémité est fixée sur une tige longitudinale apte à coulisser dans une fente pratiquée au travers de l'anneau de sorte que la rotation de l'anneau autour de l'axe longitudinal de la tuyère provoque un déplacement synchronisé de tous les créneaux. Chaque fente de l'anneau peut être droite et inclinée d'un même 25 angle par rapport à une direction radiale. Alternativement, chaque fente de l'anneau peut être courbée. De préférence, chaque élément d'un créneau comporte un dôme supérieur arrondi se prolongeant par deux parois latérales, les éléments du créneau étant emboîtés l'un dans l'autre. 30 L'invention concerne également une turbomachine comportant une tuyère telle que définie précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 35 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins 2907853 4 annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est demi vue schématique et en coupe longitudinale d'une turbomachine équipée d'une tuyère selon l'invention ; 5 - les figures 2A et 2B sont des vues en perspective de la turbomachine de la figure 1 dans deux configurations différentes de la tuyère ; - les figures 3A et 3B sont des vues agrandies de la figure 1 montrant un créneau respectivement dans sa position fermée et dans sa 10 position déployée ; - les figures 4A et 4B sont des vues selon IV-IV de la figure 1 montrant un créneau respectivement dans sa position fermée et dans sa position déployée ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un créneau selon 15 l'invention dans sa position déployée ; et - la figure 6 est une vue partielle d'un anneau de synchronisation du déplacement des créneaux selon une variante de réalisation de l'invention. 20 Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente de façon schématique et en coupe longitudinale une turbomachine à double flux 10 équipée d'une tuyère 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 25 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 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- 30 pression 28 et une turbine basse-pression 30, chacun de ces éléments étant disposé selon l'axe longitudinal 12. 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 35 entourant de façon coaxiale le corps central pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire primaire 38, et d'un capot secondaire annulaire 40 2907853 5 entourant de façon coaxiale le capot primaire pour délimiter avec celui-ci 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). 5 On notera que sur l'exemple de réalisation de la figure 1, le 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 10 flux séparés de type interne dans laquelle le bord de fuite du capot 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 15 de la soufflante 20, le flux d'air se divise en une partie qui s'écoule dans le 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- 20 pression 30 avant d'être évacués. La tuyère 32 d'éjection des gaz présente une section de col 44 qui correspond à la section transversale 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 25 aval. Selon l'invention, le capot primaire 36 comporte une pluralité d'ouvertures longitudinales 48 réparties sur la circonférence de sa surface externe, disposées en regard de la section de col 44 et/ou d'éjection 46 de la tuyère et à l'intérieur de chacune desquelles est logé un créneau 50 de 30 forme complémentaire (sur les figures, les ouvertures sont disposées en regard de la section d'éjection 46 de la tuyère). De préférence, les ouvertures longitudinales 48 (et donc les créneaux 50) sont régulièrement espacées sur toute la circonférence du capot primaire. 35 Chaque créneau 50 est apte à être déplacé entre deux positions extrêmes, à savoir : une position fermée dans laquelle il obstrue 2907853 6 l'ouverture 48 considérée de façon à reproduire la forme de la surface externe du capot primaire 36 (figure 2A), et une position déployée dans laquelle il fait saillie radialement dans le canal secondaire 42 de façon à faire varier la section de col 44 et/ou d'éjection 46 de la tuyère (figures 1 5 et 2B). Les figures 3A, 3B, 4A et 4B représentent de façon plus précise un créneau 50 dans ses positions fermée (figures 3A et 4A) et déployée (figures 3B et 4B). La figure 5 représente ce même créneau dans sa position déployée selon une vue en perspective. 10 Comme représenté sur ces figures, chaque créneau 50 est formé de deux éléments 50a, 50b, chacun de ces éléments ayant par exemple un dôme supérieur arrondi 52 se prolongeant latéralement par deux parois latérales 54 qui s'étendent selon une direction radiale. Les deux éléments 50a, 50b d'un même créneau sont fixés 15 entre eux à une première extrémité longitudinale au moyen d'une liaison 56 qui traverse les parois latérales 54 de ces éléments et qui est articulée autour d'un axe tangentiel 58. Cette liaison articulée 56 est alignée radialement avec la section de col 44 ou la section d'éjection 46 de la tuyère selon que l'on souhaite agir sur l'une ou l'autre de ces sections. Elle 20 est par ailleurs apte à être déplacée radialement selon un mode opératoire détaillé ultérieurement. La seconde extrémité longitudinale des éléments 50a, 50b du créneau est fixée au capot primaire 36 avec un degré de liberté pour se déplacer longitudinalement. A cet effet, les parois latérales 54 des 25 éléments du créneau comportent chacune au niveau de leur seconde extrémité une lumière longitudinale 60 dans laquelle est montée de façon coulissante une tige 62 s'étendant selon une direction tangentielle. Ces tiges 62 sont fixées à des languettes 64 solidaires du capot primaire 36 par exemple à l'aide d'un système de type vis/écrou. 30 Le mode opératoire du déploiement d'un créneau est le suivant. Dans leur position fermée (figures 3A et 4A), les deux éléments 50a, 50b du créneau sont emboîtés l'un dans l'autre. A partir de cette position, une force radiale est exercée sur la liaison articulée 56 en direction du capot secondaire 40. Cette force provoque un déplacement radial vers le capot 35 secondaire de la première extrémité des éléments du créneau qui se déploie dans le canal secondaire 42 de la tuyère (figures 3B et 4B). La 2907853 7 présence d'une articulation au niveau de la liaison 56 permet au cours de ce déplacement aux deux éléments de pivoter l'un par rapport à l'autre. Quant à la seconde extrémité des éléments, sous l'effet de cette force radiale, elle pivote autour de la tige 62 et se déplace longitudinalement 5 pour permettre le déplacement des premières extrémités. Avec un tel arrangement, il est ainsi possible de faire varier la section de col 44 ou d'éjection 46 de la tuyère. En effet, dans l'exemple de réalisation de la figure 3A où les créneaux sont en position fermée, la section d'éjection 46 de la tuyère 32 10 est dans une position dite nominale qui est par exemple optimisée pour le vol en croisière. Comme indiqué précédemment, dans cette position, les créneaux obstruent les ouvertures du capot primaire pour reconstituer le profil du capot primaire. Lorsque les créneaux sont en position déployée comme 15 représenté à la figure 3B, la section de tuyère 46' au niveau de ces créneaux est réduite par rapport à la section 46 illustrée en figure 3A. Cette position de la section de tuyère est par exemple optimisée pour le haut et bas régime de fonctionnement de la turbomachine. A titre d'exemple, il est possible d'obtenir une réduction de la section d'éjection 20 de la tuyère de l'ordre de 20%. On rappellera que la seconde extrémité des éléments des créneaux étant fixée au capot primaire, seule la première extrémité de ces éléments se déploie dans le canal secondaire. Ainsi, en position déployée, le créneau présente une forme de bossage faisant saillie dans le canal 25 secondaire, ce bossage étant arrondi dans le sens longitudinal (figure 3B), ce qui limite les pertes de charge et les risques de décollement de l'écoulement dans ce canal. De plus, les parois latérales 54 de chaque élément d'un créneau permettent d'éviter qu'une partie du flux gazeux s'écoulant dans la canal secondaire ne pénètre à l'intérieur du capot 30 primaire 36 lorsque les créneaux sont déployés. On décrira maintenant un exemple de mise en oeuvre du déplacement radial d'un créneau, ainsi qu'un mode de réalisation d'une synchronisation du déplacement de tous les créneaux de la tuyère. La tuyère 32 comporte un anneau de synchronisation 66 qui est 35 centré sur son axe longitudinal 12 et monté à l'intérieur du capot primaire 2907853 8 36. Cet anneau de synchronisation 66 est par ailleurs apte à être mis en rotation autour de cet axe 12 dans les deux sens. Chaque créneau 50 est relié à l'anneau 66 par l'intermédiaire d'une bielle radiale 68 dont une extrémité est fixée à la liaison articulée 56 5 du créneau et l'autre extrémité est fixée sur une tige longitudinale 70 apte à coulisser dans une fente radiale 72 pratiquée au travers de l'anneau. Comme représenté sur les figures 4A et 4B, chaque fente 72 de l'anneau 66 est droite et inclinée d'un angle b par rapport à une direction radiale 74 passant par la tige 70. 10 Le déplacement radial d'un créneau est obtenu de la manière suivante. A partir de la position fermée du créneau représentée à la figure 4A, une rotation de l'anneau 66 autour de l'axe longitudinal 12 dans le sens indiqué par la flèche 76 a pour effet que la tige 70 fixée à la bielle 68 du créneau coulisse dans la fente 72 concernée. Cette fente étant inclinée 15 dans la direction inverse de celle repérée par la flèche 76, ce coulissement de la tige provoque un déplacement radial vers le capot secondaire 40 de la bielle 68, et donc de la liaison articulée 56, permettant ainsi un déploiement du créneau concerné. De manière similaire, à partir de la position déployée du créneau 20 illustrée à la figure 4B, on comprend aisément qu'une rotation de l'anneau en sens inverse provoque une fermeture du créneau concerné. Il est en outre aisé de comprendre que si chacune des fentes 72 de l'anneau de synchronisation 66 présente la même inclinaison b dans le même sens, une rotation de l'anneau dans un sens ou dans l'autre 25 provoque un déploiement ou une fermeture simultané pour l'ensemble des créneaux de la tuyère. On notera que le choix de l'angle d'inclinaison b pour l'ensemble des fentes 72 dépend notamment de la vitesse à laquelle les créneaux doivent être déplacés : un angle b élevé nécessitera une rotation 30 importante de l'anneau pour permettre un déploiement et une fermeture des créneaux, tandis qu'un faible angle b ne nécessitera qu'une faible rotation de l'anneau. On notera également que le déploiement et la fermeture synchronisés des créneaux peuvent être graduels : il est par exemple 35 possible de ne commander qu'un déploiement partiel des créneaux dans le canal secondaire. 2907853 9 Dans le mode de réalisation illustré par les figures 4A et 4B, chaque fente 72 de l'anneau est droite et inclinée. Alternativement, comme représenté en figure 6, les fentes 72' de l'anneau de synchronisation 66 peuvent être courbées (ou incurvées), la courbure 5 étant identique pour chacune des fentes de l'anneau. De la sorte, une rotation de l'anneau dans le sens de la flèche 76 entraîne également un déploiement synchronisé de tous les créneaux. Ce mode de réalisation de l'invention prévoit l'utilisation d'un anneau relié aux créneaux pour déplacer radialement ces derniers et 10 assurer une synchronisation de leur déplacement. Bien entendu, d'autres moyens de déplacement et de synchronisation peuvent être envisagés. Par exemple, il pourrait être prévu d'exercer la force radiale sur la liaison articulée d'un créneau en reliant celle-ci à une extrémité d'un vérin, l'autre extrémité du vérin étant fixée au capot primaire. Afin 15 d'assurer une synchronisation du déplacement de tous les créneaux de la tuyère, les vérins seraient alors reliés entre eux par exemple au moyen d'un câble de synchronisation. Alternativement, une came ovoïdale pourrait être placée sous chaque créneau et fixée au capot primaire afin d'assurer par sa rotation la 20 force radiale nécessaire au déplacement du créneau. Dans ce cas, la synchronisation du déplacement de tous les créneaux s'effectuerait en reliant toutes les cames entre elles. 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 primaire (36) comporte une pluralité d'ouvertures longitudinales (48) réparties sur la circonférence de sa surface externe, disposées en regard de la section de col (44) et/ou d'éjection (46) de la tuyère et à l'intérieur de chacune desquelles est logé un créneau (50) de forme complémentaire, chaque créneau (50) étant apte à être déplacé entre deux positions extrêmes, une position fermée dans laquelle il obstrue l'ouverture (48) considérée de façon à reproduire la forme de la surface externe du capot primaire, et une position déployée dans laquelle il fait saillie radialement dans le canal secondaire (42) de façon à faire varier la section de col (44) et/ou d'éjection (46) de la tuyère. 2. Tuyère selon la revendication 1, dans laquelle chaque créneau (50) est formé de deux éléments (50a, 50b) fixés entre eux à une première extrémité longitudinale au moyen d'une liaison (56) articulée autour d'un axe tangentiel (58), ladite liaison articulée (56) étant apte à être déplacée radialement, chaque élément (50a, 50b) ayant une seconde extrémité longitudinale opposée à la première qui est fixée au capot primaire (36) et qui est apte à être déplacée longitudinalement sous l'effet du déplacement de la liaison articulée. 3. Tuyère selon la revendication 2, dans laquelle la seconde extrémité longitudinale de chaque élément (50a, 50b) d'un créneau (50) comporte une lumière longitudinale (60) dans laquelle est montée de façon coulissante une tige tangentielle (62) fixée au capot primaire (36) de façon à permettre le déplacement longitudinal de cette seconde extrémité. 2907853 11 4. Tuyère selon l'une des revendications 2 et 3, comportant en outre des moyens de synchronisation du déplacement des créneaux. 5. Tuyère selon la revendication 4, comportant un anneau de 5 synchronisation (66) centré sur l'axe longitudinal (12) de la tuyère et apte à être mis en rotation autour de celui-ci, chaque créneau (50) étant relié à l'anneau par l'intermédiaire d'une bielle radiale (68) dont une extrémité est fixée à la liaison articulée (56) du créneau concerné et l'autre extrémité est fixée sur une tige longitudinale (70) apte à coulisser dans 10 une fente (72, 72') pratiquée au travers de l'anneau de sorte que la rotation de l'anneau (66) autour de l'axe longitudinal de la tuyère provoque un déplacement synchronisé des créneaux. 6. Tuyère selon la revendication 5, dans laquelle chaque fente 15 (72) de l'anneau de synchronisation (66) est droite et inclinée d'un même angle (b) par rapport à une direction radiale (74). 7. Tuyère selon la revendication 5, dans laquelle chaque fente (72') de l'anneau de synchronisation (66) est courbée. 8. Tuyère selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans laquelle chaque élément (50a, 50b) d'un créneau (50) comporte un dôme supérieur (52) arrondi se prolongeant par deux parois latérales (54), les éléments du créneau étant emboîtés l'un dans l'autre. 9. 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 8. 20 25