Brevet FR2899940A1 — publié le 20071019

GROUPE MOTOPROPULSEUR A TURBINE A GAZ La présente invention concerne des groupes motopropulseurs à gaz et en 5 particulier des groupes motopropulseurs à gaz destinés aux aéronefs du type connu, en tant qu'aéronefs à atterrissage et décollage vertical ou court. Ce type d'aéronefs à décollage et atterrissage vertical ou court est bien connu et utilise au moins un groupe propulseur à turbine à gaz comprenant une ou plusieurs buses d'échappement à changement de vecteur qui peuvent être dirigées 10 vers l'arrière pour la propulsion vers l'avant en vol horizontal et vers le bas pour le vol ascensionnel à réaction et dans des directions et conditions intermédiaires entre celles mentionnées ci-dessus. L'un de ces aéronefs a un groupe motopropulseur disposé de façon centrale muni de deux buses d'ascension avant et deux buses d'ascension arrière à 15 changement de vecteur ou pivotantes, montées directement sur le groupe motopropulseur de façon à être disposées symétriquement de part et d'autre du centre de gravité de l'aéronef. Cette disposition présente l'avantage que la poussée engendrée par les buses d'ascension est correctement équilibrée par rapport au centre de gravité et les conduits menant aux buses peuvent être rendues courtes et 20 de ce fait efficaces. Cependant, la disposition centrale du groupe motopropulseur dans un tel aéronef est beaucoup plus avancée que dans la plupart des autres aéronefs et impose de sévères contraintes dans la configuration de l'aéronef, notamment en ce qui concerne la structure du centre du fuselage et de l'attache des ailes et de la position 25 du soubassement et la structure de support. De plus, la disposition avancée du groupe motopropulseur réduit l'espace pour l'entrée d'air, qui est compensée en prévoyant des coudes pointus qui engendrent une perte d'efficacité. De même, le conduit de réaction du groupe motopropulseur qui aboutit à une buse de sortie pour produire la poussée pour le vol horizontal est rallongée, ce qui pose un problème 30 notamment dans un aéronef comprenant un brûleur secondaire pour augmenter la performance. Dans une amélioration d'un tel aéronef, la turbine à combustible est disposée dans une position plus conventionnelle vers l'arrière de l'aéronef et un ou plusieurs dispositifs ou buses d'ascension sont disposés de manière séparée du corps 35 principal du groupe motopropulseur pour maintenir l'aéronef lors du vol d'ascension par réaction. L'alimentation vers les dispositifs d'ascension est fournie, d'une part par le flux principal d'échappement du groupe motopropulseur et d'autre part, par un écoulement d'air froid sous faible pression à partir de l'avant du groupe motopropulseur qui est guidé par une conduite vers un dispositif de portance éloigné. Cette disposition est connue en tant que système de portance éloigné. L'avantage d'une telle disposition est la plus grande liberté dans la position du groupe motopropulseur tout en permettant l'équilibre de la poussée d'être atteint lors du vol d'ascension par réaction. Toutefois, les réalisations des systèmes de portance éloignés qui sont actuellement disponibles mettent toutes en oeuvre des conduites situées à l'extérieur du corps principal ou boîtier du groupe motopropulseur à gaz pour véhiculer l'air vers l'avant vers le(s) dispositif(s) de portance disposés de façon éloignée ; une telle disposition a des inconvénients sous différents aspects dans la conception de l'aéronef en ce qui concerne notamment la section transversale du fuselage, la traînée dans l'air, la consommation de carburant et le poids de l'aéronef. Il est également connu dans les groupes motopropulseurs à turbine à gaz de souffler une faible proportion de l'air à faible pression du compresseur à travers le moyeu du compresseur en vue de pressuriser des joints et réaliser un refroidissement pour l'huile de lubrification et les ailettes de la turbine. Cet air est utilisé pour contribuer à l'efficacité du compresseur, mais n'a pas d'utilisation pour les dispositifs ou buses de portance. Le but de la présente invention est de créer un groupe motopropulseur comprenant une alimentation pour un ou plusieurs dispositifs ou buses de portance qui remédie aux différents problèmes évoqués ci-dessus et combine une portance efficace et effective avec une réalisation compacte du groupe motopropulseur. Le groupe motopropulseur à turbine à gaz utilise un passage allant du groupe motopropulseur vers le nez de l'aéronef coaxial à l'axe principal du groupe motopropulseur, pour diriger de l'air basse pression du compresseur vers un dispositif de portance éloigné. Selon l'un des aspects de la présente invention, il est fourni un groupe motopropulseur à turbine à gaz pour aéronefs à décollage et atterrissage vertical ou court, dans lequel des moyens sont prévus pour diriger vers l'avant une proportion suffisante d'air sous faible pression du compresseur, de préférence par un espace à l'intérieur du moyeu du ventilateur de dérivation basse-pression, sensiblement le long ou près de l'axe central du compresseur pour diriger de l'air vers un dispositif éloigné de portance de l'aéronef efficace pour maintenir l'aéronef en vol d'ascension par réaction. 3 L'invention a de nombreux avantages et en particulier, permet une installation simplifiée du groupe motopropulseur en comparaison avec les réalisations connues caractérisées par des conduites importantes extérieures au corps principal du groupe motopropulseur. Il en résulte une économie de poids et une réduction de la section transversale de l'aéronef améliorant de ce fait la performance de vol, la consommation de carburant et réduisant le coût de l'aéronef et de sa maintenance. En prévoyant un passage s'étendant le long de l'axe principal du groupe motopropulseur, une alimentation plus directe vers le dispositif éloigné de portance est possible. Il en résulte une réduction de poids et une amélioration de l'efficacité aérodynamique du dispositif de portance et évite le compromis à la fois de la longueur du conduit d'entrée d'air et la section transversale de l'aéronef qui normalement imposent des conduits à l'extérieur du moteur. Même si le diamètre de l'entrée d'air dans le groupe motopropulseur doit être augmenté, un telle augmentation ne sera pas significative et n'affectera pas significativement le fonctionnement du groupe motopropulseur. De préférence, le passage précité est évasé vers l'avant. Dans une réalisation préférée de l'invention, le groupe motopropulseur comprend un ventilateur -de dérivation et un conduit de dérivation entourant le boîtier du compresseur et les moyens pour diriger de l'air vers l'avant sont actionnables de façon sélective pour diriger l'air de dérivation vers l'avant au lieu de vers l'arrière dans le conduit de dérivation ou compresseur haute pression. L'air dirigé vers l'avant peut être mis en oeuvre pendant le vol d'ascension par réaction seulement pour l'actionnement du dispositif de portance éloigné, ou alternativement, l'air sous basse pression peut continuer à être dirigé vers l'avant durant le vol horizontal, par exemple pour l'alimentation d'un groupe motopropulseur auxiliaire ou pour l'actionnement d'une soupape de commande à réaction pour la commande de la pente et de la direction de l'aéronef à faible vitesse ou pour alimenter tout autre dispositif requérant un écoulement d'air tel que buses additionnelles, ailettes soufflées etc... L'invention est décrite ci-après, seulement à titre d'exemple, en référence à la figure annexée qui est une vue schématique en coupe d'une réalisation d'un groupe motopropulseur selon l'invention. En référence au dessin (Figure 1) qui est une coupe axiale d'un groupe motopropulseur représentant la présente invention, la moitié inférieure de la figure illustre le groupe motopropulseur dans un mode classique de vol horizontal tandis que la moitié supérieure de la figure illustre le groupe motopropulseur dans un mode d'ascension par réaction. La partie inférieure de la figure sera décrite en premier. Comme montré, le groupe motopropulseur à turbine à gaz comprend une entrée d'air 10 alimentant un ventilateur 12 basse pression ou à dérivation à l'intérieur d'un boîtier de ventilateur 14. En aval du ventilateur basse pression 12 est situé un compresseur haute pression 16 dans un boîtier de compresseur 18. Un conduit de dérivation 20 entoure le boîtier 18 du compresseur. Une chambre de combustion 22 est située en aval du compresseur pour injecter du carburant dans l'air comprimé et pour l'enflammer, l'air chaud de combustion étant ensuite conduit à une turbine 24, et de là à des buses à réaction non illustrées qui peuvent être des buses à changement de vecteur. L'air de dérivation issu du conduit 20 est dirigé vers une buse de vol non illustrée qui peut également, lors du vol horizontal, recevoir l'air d'échappement de la turbine. Une section du brûleur secondaire peut être prévue en amont de cette buse de vol. Dans ce mode, un volet déflecteur 26 actionnable sélectivement ou un autre dispositif approprié de contrôle de l'écoulement, situé dans le conduit de dérivation 20 à l'extrémité amont du compresseur est ouvert. Le groupe motopropulseur fonctionne de façon classique pour assurer une propulsion vers l'avant et ne nécessite pas d'être décrit plus en détail. Concernant maintenant la moitié supérieure de la figure, on voit que le déflecteur 26 a été actionné pour restreindre l'écoulement de l'air dans le conduit 20. Ceci a pour effet d'obliger l'air comprimé par le ventilateur 12 de véhiculer une alimentation d'air vers l'avant vers un dispositif éloigné de portance ou buse à changement de vecteur (non représenté). Dans ce mode, la quantité d'air dévié dans le passage 28 dirigé vers l'avant peut être d'une proportion substantielle de façon à permettre au(x) dispositif(s) éloigné(s) de portance de fonctionner d'une manière telle que l'aéronef portant le groupe motopropulseur soit maintenu en vol vertical ou en vol d'ascension par réaction. Un moyen pour éviter l'air de s'écouler vers l'avant pendant le vol classique horizontal doit être prévu. A titre d'exemple, la moitié inférieure de la figure montre la disposition dans le passage 28 dirigé vers l'avant d'une cloison de barrage 30 qui est adaptée pour bloquer le passage 28 et empêcher l'air de s'écouler vers l'avant durant le mode conventionnel de vol. La cloison 30 ou autre dispositif de barrage peut être situé en tout point convenable du trajet d'écoulement de l'air vers l'avant. Comme décrit en référence à la figure, le groupe motopropulseur à turbine à gaz est caractérisé par une disposition actionnable sélectivement pour faire dévier l'air basse pression du compresseur et l'empêcher de s'écouler dans le conduit de dérivation 20 et dans le passage 28 dirigé vers l'avant. Dans une réalisation alternative de l'invention, l'air basse pression du compresseur peut être dirigé vers l'avant sur une partie du trajet le long du compresseur 16 par le moyeu de celui-ci. Dans chaque cas, l'écoulement dirigé vers l'avant a lieu le long de l'axe du groupe motopropulseur à turbine à gaz, qui a des avantages significatifs en ce qui concerne à la fois la conception du groupe motopropulseur et la conception globale de l'aéronef. Le passage 28 peut comporter des structures de support radiales pour le moyeu lui-même ou pour le logement frontal d'appui du groupe motopropulseur, et celles-ci peuvent être conçues pour favoriser un écoulement optimal. Par exemple, de telles structures de support radiales peuvent être sous la forme d'aubes statiques pour générer une force de réaction ou sous la forme d'aubes rotatives 35 pour être actives à l'égard de l'écoulement, pour éliminer les turbulences de l'écoulement d'air ou augmenter l'enthalpie totale de l'air dévié pour augmenter la poussée disponible au dispositif de portance éloigné. En augmentant la proportion de poussée verticale disponible au dispositif de portance avant un équilibre amélioré peut être obtenu entre les cycles du groupe motopropulseur en vol horizontal (vers l'avant) et en vol ascensionnel par réaction. Si les aubes 35 sont statiques, elles peuvent être conçues pour qu'une partie ou la totalité de leur corde soit d'incidence variable pour assurer le maintien de la portée de l'engin dans les conditions escomptées ou pour contrôler la relation entre la poussée disponible à partir de l'air dévié et la poussée disponible à partir de l'air qui passe à travers les éléments avals de l'engin. Cette dernière peut être d'une importance particulière pour maintenir l'équilibre effectif et pour contrôler l'aéronef pendant tout le régime de vol ascensionnel par réaction et lors du changement entre le vol horizontal (vers l'avant) et le vol ascensionnel par réaction. REVENDICATIONS 1. Groupe motopropulseur à turbine à gaz pour aéronef à décollage et atterrissage vertical ou court comprenant un compresseur (16) et des moyens (26, 28) pour alimenter en air des moyens éloignés de portance situés à l'avant, pouvant être actionnés pour maintenir l'aéronef en vol ascensionnel par réaction, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en air comprennent des moyens (26, 28) pour diriger vers l'avant sensiblement le long ou près de l'axe central du compresseur (16) une proportion suffisante d'air du compresseur basse pression pour actionner les moyens de portance éloignés pour maintenir l'aéronef en vol ascensionnel par réaction. 2. Groupe motopropulseur à turbine à gaz conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour diriger de l'air vers l'avant comprennent un passage (28) traversant le moyeu dudit groupe motopropulseur. 3. Groupe motopropulseur à turbine à gaz conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le passage (28) est évasé vers l'avant. 4. Groupe motopropulseur à turbine à gaz conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en outre par des moyens (20) pour diriger une proportion restante de l'air du compresseur basse pression vers l'arrière pour alimenter d'autres moyens de portance éloignés. 5. Groupe motopropulseur conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en outre par un ventilateur basse pression (12), un conduit de dérivation (20) et un brûleur secondaire, lesdits moyens pour diriger de l'air étant adaptés pour diriger de l'air depuis la sortie du ventilateur basse pression (12) à travers le moyeu du ventilateur basse pression (12). 6. Groupe motopropulseur conforme à la revendication 5, caractérisé par un déflecteur (26) actionnable de façon sélective pour restreindre l'écoulement de l'air par le conduit de dérivation pour provoquer un écoulement d'air vers l'avant par ledit moyeu. 7. Groupe motopropulseur conforme à la revendication 5, caractérisé en outre par des moyens de barrage actionnables sélectivement pour restreindre l'écoulement dirigé vers l'avant de l'air basse pression de l'hélice. 8. Groupe motopropulseur conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens (26, 28) pour diriger de l'air sont 35 actionnables uniquement pour le vol d'ascension à réaction. 9. Groupe motopropulseur conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens pour diriger de l'air sont actionnables sélectivement pour diriger de l'air vers l'avant pour le vol ascensionnel par réaction et pour diriger de l'air vers l'arrière pour la propulsion horizontale. 10. Groupe motopropulseur conforme à l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens pour diriger de l'air sont adaptés pour diriger de l'air vers l'avant à la fois pendant la propulsion ascensionnelle et horizontale. 11. Groupe motopropulseur conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens (26, 28) pour diriger de l'air vers l'avant sont adaptés pour alimenter des moyens de propulsion vers l'avant durant le vol horizontal. 12. Groupe motopropulseur conforme à l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens (26, 28) pour diriger de l'air sont adaptés pour alimenter en air des équipements de l'aéronef par exemple une soupape de commande à réaction pour la commande de la pente et de la direction et/ou des ailettes soufflées durant le vol horizontal. 13. Groupe motopropulseur conforme à la revendication 2 ou l'une quelconque des revendications rattachées à celle-ci, caractérisé en ce que ledit passage comprend au moins un anneau d'aubes. 14. Groupe motopropulseur conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que ledit anneau comprend une aube rotative. 15. Groupe motopropulseur conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que ledit anneau comprend des aubes statiques, au moins une partie de leur corde étant à incidence variable. 16. Aéronef à décollage ou atterrissage vertical ou court caractérisé par un groupe motopropulseur tel que revendiqué dans l'une des revendications précédentes et une pluralité de moyens de portance comprenant des buses de portance situés en avant et en arrière du groupe motopropulseur, la(es) buse(s) arrière également, étant en communication d'écoulement d'air avec les moyens pour diriger de l'air.