Brevet FR2903738A1 — publié le 20080118

La présente invention concerne des sorties pour jet de propulsion et un avion incorporant de telles sorties. On a proposé un avion dit ASTOVL (Décollage court et atterrissage vertical perfectionnés) qui incorpore un système dit RALS (Système de sustentation augmentée à distance). Un tel avion comprend une sortie dirigée vers le bas ou tuyère RALS située à l'avant du groupe motopropulseur qui est alimentée avec l'air réchauffé d'une soufflante pendant les modes de vol ASTOVL. La post-combustion s'est avérée essentielle dans les premières propositions RALS car, sans post-combustion, l'écoulement fourni à la sortie sera insuffisant pour développer la poussée requise. On remarquera que l'utilisation d'un système de post-combustion signifie que la sortie a un diamètre important et est volumineuse de façon à pouvoir recevoir l'équipement de post-combustion, l'alimentation en carburant et les agencements des brûleurs, à supporter les températures de post-combustion (généralement supérieures à 1000 C). Il est souhaitable que la tuyère RALS soit vectorisable mais dans un avion de combat moderne où la place et le poids sont d'importance, la nécessité d'une place et d'un poids supplémentaires dus à un système incorporant une tuyère RALS vectorisable signifie qu'un tel système sera difficile à installer. Dans les propositions RALS existantes, il n'est donc pas pratique de faire varier la direction dans laquelle le jet de propulsion quitte la sortie. Avec la nouvelle génération de moteurs à taux de dilution variable, l'écoulement massique de l'air de dilution pouvant être délivré est sensiblement accru et des études faites par la demanderesse ont montré que de tels moteurs peuvent être adaptés pour fournir un système de sustentation à distance qui ne nécessite aucune post-combustion pour fournir la poussée à distance désirée. La demanderesse a conçu un agencement pour un avion ASTOVL qui permet une transition régulière avec le vol supporté par la totalité de l'aile et qui contribue de manière minimale à la traînée de l'avion, tout en occupant un petit volume dans le fuselage de l'avion. On décrit ici 2 2903738 un agencement de cette sorte. On remarquera que cet agencement n'est pas limité dans son utilisation aux moteurs à taux de dilution variable qu'on a décrits ci-dessus. Selon un aspect de la présente invention, on 5 prévoit une sortie pour jet de propulsion pour un avion comportant une partie principale de fuselage, comprenant une conduite de décharge et une tuyère de sortie, la tuyère étant montée de manière à se déplacer par rapport à la conduite entre des positions rétractée et étendue, où une 10 surface de la tuyère forme un élément de fermeture pour une ouverture ménagée dans la partie principale du fuselage de l'avion dans la position rétractée. Selon un autre aspect de la présente invention, on prévoit un avion du type au moins à décollage court où à 15 atterrissage vertical comportant une partie principale de fuselage qui comprend un groupe motopropulseur pour produire un jet de propulsion, des sorties antérieure et postérieure, espacées longitudinalement l'une de l'autre, chacune destinée à recevoir au moins une partie du jet de propulsion 20 provenant du groupe motopropulseur, où la sortie antérieure est située généralement à l'avant du groupe motopropulseur et comporte une conduite de décharge, une tuyère de sortie mobile pour produire au moins une composante de sustentation et présentant une surface qui forme un élément de fermeture 25 pour une ouverture pratiquée dans la partie principale du fuselage de l'avion lorsqu'elle se trouve dans une position prédéterminée, et un moyen pour déplacer la tuyère afin de faire varier ainsi le sens dans lequel le jet de propulsion quitte les tuyères de sortie. 30 La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins dans lesquels : Les figures 1 et 1A sont une vue de côté et une vue en perspective, respectivement, d'une sortie pour jet de 35 propulsion dans la position rétractée; Les figures 2 et 2A sont une vue de côté et une vue en perspective, respectivement, de la sortie pour jet de 3 2903738 propulsion de la figure 1 dans la position de décollage assisté; et Les figures 3 et 3A sont une vue de côté et une vue en perspective, respectivement, de la sortie pour jet de 5 propulsion de la figure 1 dans la positon d'atterrissage vertical; La figure 4 représente des vues de côté superposées de la sortie pour jet de propulsion des figures 1, 2 et 3; 10 La figure 5 est une élévation en bout de la sortie pour jet de propulsion de la figure 3; La figure 6 est une vue de côté de la partie antérieure d'un avion ASTOVL incorporant la sortie des figures 1 à 5; 15 La figure 7 est une vue de côté de l'ensemble de l'avion de la figure 6; et La figure 8 est une vue en plan composite de l'avion de la figure 6, avec les moitiés supérieure et inférieure de la figure représentant une vue en plan de 20 dessous et une vue en plan de dessus, respectivement. Pour faciliter la compréhension des dessins, les éléments identiques qui apparaîtront dans plusieurs figures seront désignés par la même référence, et les détails de l'actionneur pour l'agencement de la tuyère ne sont 25 représentés que dans les figures montrant les vues de côté et l'élévation en bout de la sortie. En liaison tout d'abord avec les figures 1-5, une sortie pour jet de propulsion d'avion est représentée dans ses grandes lignes en 1. Une conduite de décharge 2 est 30 connectée à un groupe motopropulseur (non représenté) qui fournit le jet de propulsion à la conduite 2 pendant les modes de fonctionnement à décollage court et à atterrissage vertical de l'avion. La conduite 2 a une section transversale généralement circulaire et est maintenue sur sa 35 longueur par des support anti-vibrations 4. La conduite 2 a une partie incurvée 6 située en aval qui se termine par une extrémité 7 bicuspidée, à l'intérieur d'une surface inférieure 8 de l'avion. Une tuyère creuse de sortie 10 4 2903738 comportant une face interne incurvée 12 est placée autour de la conduite 2. La surface inférieure 14 de la tuyère 10 forme une paire de portes dans la surface inférieure 8 de l'avion, la porte 16 de la paire étant articulée sur la 5 structure de l'avion. L'extrémité bicuspidée 7 de la conduite 2 comporte des joints coulissants résistant aux hautes températures, placés sur son pourtour de manière à former un joint étanche au gaz entre l'extrémité 7 et la tuyère de sortie 10. Une glissière cylindrique 18 s'étend 10 vers l'extérieur à partir des deux faces opposées 20 de la tuyère de sortie 10. Chaque glissière 18 passe dans une piste 22 en forme de V pour mouvement coulissant par rapport à celle-ci. A l'extérieur de chacune des faces 20 s'étend également un tourillon 24 auquel est fixée en pivotement une 15 extrémité des bras 26 d'un actionneur 28. L'autre extrémité des bras 26 est fixée en pivotement à des plaques respectives de support 30. Aux plaques de support 30 sont également fixés des pistons-plongeurs respectifs 32, dont les tiges 34 sont fixées en pivotement aux bras respectifs 20 26 à un point situé entre l'une et l'autre de leurs extrémités. La monture 36 de chaque pistons-plongeur 32 permet un certain jeu dans le plan vertical de manière à tenir compte des orientations différentes de la tige 34 de l'actionneur lorsque le bras 26 pivote autour de la plaque 25 de support 30 en réponse au fonctionnement du piston-plongeur 32. Les plaques de support 30 sont connectées à la surface inférieure 8 de l'avion au moyen de dispositifs élévateurs télescopiques respectifs 38. Ces dispositifs élévateurs 38 permettent de modifier la hauteur de la plaque 30 de support 30 par rapport à la surface inférieure 8 de l'avion. On décrira maintenant le fonctionnement de la sortie 1 et de l'actionneur 28. Les figures 1 et lA représentent la tuyère 10 35 dans la position rétractée avec sa surface inférieure 14, qui constitue l'une des portes de la structure de l'avion, et l'autre porte 16, toutes deux fermées. Dans cette position, le dispositif élévateur télescopique 38 se trouve 5 2903738 à son extension la plus grande, soulevant la plaque de support 30 au-dessus de la surface inférieure 8 de la structure de l'avion. La tige 34 de l'actionneur est soumise à l'action du piston-plongeur 32 de sorte qu'elle se trouve 5 aussi à sa position d'extension maximum. L'effet combiné est de maintenir la glissière 18 dans la position supérieure gauche dans la piste 22. L'extrémité bicuspidée 7 de la conduite 2 est rendue étanche aux gaz contre les surfaces intérieures de la tuyère 10. 10 Les figures 2 et 2A représentent les différents ensembles dans une position permettant de fournir un décollage assisté de l'avion. Pour prendre cette position, la porte 16 est ouverte et le dispositif élévateur télescopique 38 rétracté alors que le piston-plongeur 32 15 ramène simultanément en arrière la tige 34 de l'actionneur, d'où il résulte que le bras 26 se déplace autour de son pivot sur la plaque de support 30. L'effet de ces opérations est que la glissière 18 occupe la position inférieure dans la piste 22, le mouvement de chacun des éléments étant 20 représenté par le sens des flèches dans les figures. Dans la position de décollage assisté, la tuyère 10 donne un jet de propulsion dans une direction se trouvant à environ 20 par rapport à la surface inférieure de la structure 8 de l'avion. 25 Les figures 3, 3A et la figure 5 représentent la tuyère 10 dans la position permettant l'atterrissage vertical de l'avion. Dans le mode de réalisation décrit, la position permattant l'atterrissage vertical découle de celle du décollage assisté, bien qu'évidemment avec une séquence 30 des mouvements différente pour l'actionneur 28 et la porte 16; la position pour 1"atterrissage vertical pourrait suivre directement la position rétractée. Le mouvement est facilité entre la position du décollage assisté et la position de l'atterrissage vertical par le retrait de la 35 tige 34 sous l'effet du piston-plongeur 32. Ce retrait a pour effet que le bras 26 tourne autour de son pivot sur la plaque de support 30, provoquant le déplacement de la glissière 22 entre la position la plus basse dans la piste 6 2903738 22 et la position supérieure droite. Dans la position d'atterrissage vertical, la tuyère 10 donne un jet de propulsion dans une direction se trouvant à environ 83 par rapport à la surface inférieure 8 de la structure de 5 l'avion. Dans cette position, une partie importante de la tuyère 10 recouvre la partie incurvée 6 située en aval de la conduite 2. Ce recouvrement assure un support structurel adéquat pour la sortie 1. Il est évident que beaucoup d'autres 10 actionneurs, autres que celui décrit ci-dessus et désigné par la référence 28 dans les dessins, pourraient être également employés pour commander le mouvement de la tuyère 10. Dans certains modes de réalisation, il sera également possible de se dispenser de la glissière 18 et de la piste 15 22. L'avion ASTOVL 44 représenté en figures 6 à 8 incorpore une sortie 1 du type représenté en figures 1 à 5 pour l'échappement de l'air de dilution dans une direction vectorisable généralement vers le bas à un endroit bien 20 éloigné de l'avant du centre de gravité 45 de l'avion 44 lorsque celui-ci est dans le mode à décollage court ou à atterrissage vertical. L'avion 44 comprend un groupe moto-propulseur 46 situé dans la partie arrière du fuselage. Le groupe motopropulseur 46 est du type à rapport de dilution 25 variable, et comporte des aubes à la courbure variable, à l'incidence variable. Le groupe motopropulseur 46 comprend un ensemble en anneau 47 pour recevoir l'air de dilution relativement froid provenant directement de la soufflante (non 30 représentée) du groupe 46. L'ensemble à anneau 47 comprend deux orifices de sortie qui sont chacun commandés par une soupape (non représentée), par exemple une soupape à palette, et chacun délivrant de l'air dans la partie amont à deux embranchements de la conduite de décharge 2. Le groupe 35 motopropulseur 46 comprend aussi une tuyère classique 48 dirigée vers l'arrière et une paire de tuyères transversales 49 pouvant être vectorisées. 7 2903738 Les tuyères transversales 49 peuvent être du type à aube tournante et sont capables de procéder à l'échappement entre une direction généralement perpendiculaire à la surface inférieure 8 de l'avion 44 et 5 une direction située à environ 20 par rapport à la surface inférieure 8. En variante, les tuyères 49 peuvent être du type cascade, créant l'échappement au-dessous du fuselage de l'avion. En utilisation, le groupe motopropulseur 46 peut 10 être commandé de façon que, pour un vol normal en croisière, l'air frais de dilution et le jet de propulsion chaud de la partie centrale soient mélangés et sortent par l'intermédiaire de la tuyère 48 dirigée vers l'arrière. Dans ce mode, la sortie 1 est rétractée et l'ouverture ménagée 15 dans la surface inférieure 8 de l'avion est fermée par les portes 14 et 16. Pour un atterrissage vertical, le groupe moto-propulseur 46 est commandé de façon que la totalité du jet de propulsion chaud provenant de la partie centrale 20 s'échappe par l'intermédiaire des tuyères vectorisables 49, et l'air frais de dilution est déchargé par l'intermédiaire de la tuyère de sortie antérieure 10 qui est mise en place dans la position d'atterrissage vertical pour produire une composante de sustentation verticale. 25 Pour un décollage court, les portes 14 et 16 sont ouvertes et la tuyère 10 est placée dans sa position de décollage assisté. Une réalisation typique du groupe moto-propulseur 46 peut être un moteur à taux de dilution et 30 rapport de pression variables avec une section soufflante ayant des aubes à cambrage variable, à incidence variable, pouvant délivrer environ 180kg/s d'air (rapport de pression de la soufflante d'environ 4,5:1) en vol normal et 250kg/s (rapport de pression de la soufflante d'environ 5,5:1) dans 35 le mode de sustentation. L'air de dilution relativement froid peut avoir une température d'environ 200 C. La tuyère de sortie 10 et la conduite de décharge 2 peuvent être constituées de matériaux tels que des céramiques, le titane 8 2903738 ou le béryllium. A cause de la faible température de l'air de la soufflante et du rapport de pression élevé, la conduite 2 peut être plus petite que nécessaire pour les systèmes RALS classiques, tout en fournissant un écoulement 5 suffisant de l'air non réchauffé pour engendrer la poussée de sustentation requise. La sortie 1 du jet de propulsion forme un agencement simple, léger, de petit diamètre, compact, qui permet de vectoriser la direction du jet de propulsion mais 10 qui n'est pas en saillie sur la surface de l'avion pendant le vol normal vers l'avant. Cela permet de vectoriser le jet de propulsion avec une ablation minimale du fuselage, et la faible masse de la partie mobile de l'ensemble 1 et l'absence d'équipement de post-combustion signifient que la 15 tuyère 10 peut être facilement vectorisée. On remarquera que la sortie 1 du jet de propulsion peut être utilisée dans des configurations d'avion autres que celle qui est représentée, et le groupe motopropulseur 46 peut être configuré ou actionné d'une 20 manière différente de celle qu'on décrit ici. Par exemple, la tuyère de sortie 10 et les tuyères 49 peuvent être vectorisées de façon asynchrone. De plus, les angles de vectorisation de 20 et 83 peuvent être différents en fonction de l'application et de la géométrie particulières 25 de l'avion. On remarquera aussi que l'utilisation de la sortie 1 n'est pas limitée aux moteurs à taux de dilution variable. 9 REVENDICATIONS 1 - Sortie (1) pour jet de propulsion pour un avion comportant une partie principale de fuselage, comprenant une conduite de décharge (2) et une tuyère de sortie (10), la tuyère étant montée de manière à se déplacer par rapport à la conduite de décharge entre des positions rétractée et étendue dans lesquelles une surface de la tuyère forme un élément de fermeture pour une ouverture pratiquée dans la partie principale du fuselage de l'avion dans la position rétractée. 2 - Sortie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conduite de décharge (2) comporte une partie aval incurvée (6) et une extrémité bicuspidée (7). 3 - Avion du type au moins à décollage court ou atterrissage vertical comportant une partie principale du fuselage, qui comprend un groupe motopropulseur (46) pour engendrer un jet de propulsion, des sorties disposées longitudinalement vers l'avant et vers l'arrière, chacune afin de recevoir au moins une partie du jet de propulsion provenant du groupe motopropulseur, caractérisé en ce que la sortie antérieure (1) est située généralement à l'avant du groupe motopropulseur et comporte une conduite de décharge (2), une tuyère de sortie mobile pour engendrer au moins une composante de sustentation et présentant une surface qui forme un élément de fermeture pour une ouverture ménagée dans le corps principal du fuselage de l'avion lorsqu'il se trouve dans une position prédéterminée, et un moyen pour déplacer la tuyère, d'où il résulte la variation de la direction dans laquelle le jet de propulsion quitte les tuyères de sortie. 4 - Avion selon la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite de décharge (2) a une partie incurvée en aval (6) et une extrémité bicuspidée (7). 5 - Avion selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel la sortie postérieure comporte un moyen pour ajuster angulairement le sens dans lequel le jet de propulsion la quitte. 10 2903738 6 - Avion selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une tuyère de sortie dirigée vers l'arrière (48) afin d'engendrer une poussée pour le vol vers l'avant. 5 7 - Avion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (46) peut fonctionner pour fournir un écoulement d'un jet de propulsion relativement froid et un écoulement d'un jet de propulsion relativement chaud, et un moyen de commande est prévu pour 10 diriger le jet d'écoulement froid pour le mélanger au jet de propulsion chaud et de là vers la tuyère de sortie dirigée vers l'arrière pour le vol en croisière et pour diriger le jet de propulsion froid vers la sortie antérieure pour l'atterrissage vertical ou le décollage court.