Brevet FR2920036A1 — publié le 20090220

La présente invention concerne des chevrons anti-bruit pour les tuyères de turbomoteurs pour aéronefs, ainsi que les tuyères pourvues desdits chevrons et les turbomoteurs pourvus d'au moins une telle tuyère. On sait que, à l'arrière-d'une tuyère de turbomoteur, le jet émis par cette dernière entre en contact avec au moins un autre flux gazeux : dans le cas d'un turbomoteur à simple flux, ce dernier entre en contact avec l'air ambiant, alors que, dans le cas d'un turbomoteur à double flux, le flux froid et le flux chaud entrent en contact, non seulement l'un avec l'autre, mais encore avec l'air ambiant. 1 o Du fait que la vitesse du jet émis par ladite tuyère est différente ale la vitesse du ou desdits autres flux gazeux rencontrés par ledit jet, il en résulte des cisaillements fluides de pénétration entre lesdits flux, lesdits cisaillements fluides engendrant du bruit, généralement appelé "bruit de jet" dans la technique aéronautique. 15 Pour atténuer un tel bruit de jet, on a déjà pensé à engendrer des turbulences aux- frontières entre lesdits flux ayant des vitesses différentes. Par exemple, le document GB-A-766 985 décrit une tuyère dont l'orifice de sortie est pourvu, à sa périphérie, d'une pluralité de saillies qui s'étendent vers l'arrière et dont la direction générale est au moins ap- 20 proximativernent celle du jet émis par ladite tuyère. De telles saillies sont constituées par des "dents" pouvant présenter de nombreuses- formes différentes. En variante, le document GB-A-2 289 921 propose de pratiquer des échancrures dans le bord de l'orifice de sortie de la tuyère. De telles 25 échancrures sont réparties à la périphérie dudit orifice de sortie et chacune d'elles présente généralement la forme au moins approximative d'un trian- gle dont la base est confondue avec ledit bord de l'orifice de sortie et dont le sommet se trouve en avant de ce bord de sortie. Il en résulte la formation, entre deux échancrures consécutives, d'une dent en forme au moins approximative-de triangle ou de trapèze. Que, par rapport à l'orifice de sortie de la tuyère, lesdites dents soient saillantes vers l'arrière (comme dans GB-A-766 985) ou disposées_ en avant (comme dans GB-A-2 289 921), elles sont généralement appelées "chevrons" dans la technique aéronautique, quelle que soit leur forme précise. Les chevrons connus sont généralement efficaces pour atténuer le bruit de jet ; cependant, ils présentent l'inconvénient d'engendrer une traînée importante, notamment en vol de croisière. La présente invention a pour objet de réduire la traînée engendrée par les chevrons, tout en augmentant l'efficacité de ceux-ci dans Patté- nuation du bruit de jet. A cette fin, selon l'invention, le chevron disposé à la périphérie d'un orifice de sortie du jet d'une tuyère de turbomoteur en vue d'atténuer le bruit dudit jet, est remarquable en ce que sa forme est délimitée : û par deux côtés latéraux dont les extrémités avant sont solidaires de la- dite-tuyère et qui, en s'éloignant de- cette dernière, convergent l'un vers l'autre sans se rejoindre, de sorte que les extrémités arrière desdits cô- tés latéraux sont écartées l'une de l'autre ; -et - par une ligne transversale qui relie les extrémités arrière desdits côtés latéraux en formant deux protubérances latérales séparées par un évi- dement intermédiaire. -Ainsi, chacune des protubérances latérales d'un tel chevron en-gendre un tourbillon, les deux tourbillons d'un chevron étant imbriqués et contrarotatifs. L'ensemble desdits chevrons engendre donc un système tourbillonnaire homogénéisant rapidement les flux gazeux à l'arrière de la tuyère. Il en résulte donc une atténuation rapide du bruit de jet. Par ailleurs, par rapport à un chevron triangulaire connu, qui serait formé par lesdits côtés latéraux convergeant jusqu'à se rejoindre, on re-marquera qu'un chevron conforme à la présente invention est plus court (il présente donc une masse et une traînée plus faibles que ledit chevron triangulaire). En effet, ledit chevron selon l'invention se présente alors comme ledit chevron triangulaire connu tronqué par ladite ligne transversale, tout en ayant une efficacité d'atténuation sonore accrue. Ainsi, grâce à la présente invention, on peut obtenir qu'un aéronef dont les tuyères sont munies desdits chevrons soit silencieux dans les phases d'atterrissage et de décollage et présente une traînée réduite en croisière. La présente invention permettra également d'améliorer le bruit dans les phases de vol en croisière et en montée, avec au final une cabine d'aéronef plus silencieuse. De préférence, pour réduire encore plus ladite traînée, ladite ligne transversale est curviligne de façon que lesdites protubérances latérales et ledit évidement intermédiaire soient arrondis. Quant à eux, lesdits côtés latéraux peuvent être rectilignes ou légèrement courbes. La forme d'un chevron selon l'invention peut être symétrique par rapport à un axe longitudinal médian dont la direction générale est celle dudit jet. En variante, les côtés latéraux desdits chevrons étant symétrique-ment inclinés l'un de l'autre par rapport audit axe longitudinal médian, les-dites protubérances latérales peuvent être décalées l'une de- l'autre lalong de ce dernier. Une tuyère de turbomoteur conforme à la présente invention comporte donc une pluralité de chevrons, tels que décrits ci-dessus, répartis à la périphérie de l'orifice de sortie dudit jet. Tous les chevrons portés par ledit orifice peuvent être identiques. En variante, deux chevrons consécutifs peuvent être différents et symétriques l'un de l'autre par rapport à la direction générale dudit jet. Dans le cas où le turbomoteur est du type à doubl-e flux, avec une tuyère pour le flux froid et une tuyère pour le flux chaud, au moins l'une desdites tuyères est du type mentionné ci-dessus. Avantageusement, la-tuyère pour le flux froid et la tuyère pour le flux chaud sont pourvues de chevrons conformes à la présente invention. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment 70 l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue en coupe partielle schématique d'un turbomoteur à double flux, dont les tuyères sont équipées de chevrons conformes à la présente invention. 15 La figure 2 est une vue latérale schématique partielle agrandie de la partie arrière des tuyères du turbomoteur de la figure 1. La figure 3 est une vue agrandie en plan d'un chevron conforme à la présente invention. Les figures 4 et 5 sont des vues en plan de variantes de réalisation 20 du chevron selon l'invention. Les figures 6 à 8 montrent, en vues en plan (parti-elles), des exemples d'agencements de chevrons selon l'invention disposés à l'arrière d'une tuyère. Le turbomoteur à double flux de type connu, montré par la figure 25 1, comporte une nacelle creuse 1, d'axe longitudinal L-L, comportant, à l'avant, une entrée d'air 2 pourvue d'un bord d'attaque 3 et, dans sa partie arrière, une tuyère de sortie- d'air annulaire 4 pourvue d'un bord de fuite 5. A l'intérieur de ladite nacelle creuse 1, sont disposés : une soufflante 6 dirigée vers l'entrée d'air 2 et apte à engendrer le flux froid 7 dudit turbomoteur, sortant-par la tuyère 4 ; et un générateur central 8, comprenant de façon connue des compresseurs à basse et haute pression, une chambre de combustion et des turbines à basse et haute pression, et engendrant le flux chaud 9 dudit turbomoteur, ledit générateur de flux chaud 9 comportant, dans sa partie arrière, une tuyère 10 pourvue d'un bord de fuite 11 pour le flux chaud 9. Le générateur central 8 délimite avec la nacelle 1 un canal interne 12 à section annulaire, aboutissant à la tuyère 4. Le flux froid traverse le canal interne 12 et la tuyère 4 et sort à travers le bord de fuite 5. Ainsi, à la sortie de ce turbomoteur connu, le flux chaud central 9 est entouré par le flux froid annulaire 7, qui pénètre dans l'air ambiant. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement la frontière 13 entre le flux chaud 9 et le flux froid 7 et la frontière 14 entre le flux froid 7 et l'air ambiant. Bien entendu, aux frontières 13 et 14, les fluides en contact ont des vitesses différentes, ce qui engendre le bruit de jet décrit ci-dessus. Pour atténuer ce bruit de jet, le bord de sortie 11 du flux chaud 9 et/ou le bord de fuite 5 du flux froid 7 sont pourvus de chevrons répartis à leur périphérie, comme cela est illustré sur la figure 2. L'exemple de chevron 20.1, conforme à la présente invention et représenté sur les figures 2 et 3, comporte deux côtés latéraux 21 et 22 dont les extrémités avant 21A et 22A-sont solidaires de ladite tuyère 4 ou 10. Les côtés latéraux 21 et 22 convergent l'un vers l'autre en s'éloignant vers l'arrière, sans toutefois se rencontrer : il en résulte que les extrémités arrière 21R et 22R desdits- côtés latéraux convergents 21 et 22 sont écartées l'une de -l'autre. Elles sont reliées l'une à l'autre par une -ligne transversale curviligne 23.1, qui forme deux protubérances latérales, 24.1 et 25.1 respectivement, séparées par un évidement intermédiaire 26.1. Dans le chevron 20.1, la ligne transversale 23.1 est curviligne et les protubérances 24.1, 25.1, ainsi que l'évidement intermédiaire 26.1, sont arrondis, les côtés latéraux 21 et 22 sont au moins approximative- ment rectilignes et l'ensemble du chevron 20.1 est symétrique par rapport 5 à un axe longitudinal médian t-.e, dont la direction générale est celle du jet 7, 9. Comme illustré sur la figure 3, l'évidement intermédiaire 26.1 peut être symétrique, par rapport à un axe a-a tangent auxdites protubérances 24.1, 25, de la pointe 27 du chevron triangulaire qui serait formé par les 10 deux côtés latéraux 21, 22 s'ils se croisaient à un sommet 28. En fonctionnement de la tuyère 4, 10, les deux protubérance-s latérales 24.1, 25.1 engendrent, à l'arrière de celle-ci, un système tourbillonnaire comportant des couples de tourbillons contrarotatifs. On comprendra aisément que l'amplitude de ce système tourbillonnaire dépend non seu- 1 5 lement de la longueur du chevron 20.1, mais encore de la longueur des protubérances 24.1, 25.1 et de la profondeur de l'évidement 26.1. Des calculs et des expériences permettent d'adapter la forme exacte dudit chevron 20.1 (ainsi que la répartition des chevrons 20.1 autour_ de l'orifice 2, 11) [voir la figure 21 à chaque tuyère 4, 10 particulière. 20 Sur les figures 2 et 3, on a supposé que deux chevrons 20.1 successifs étaient jointifs et reliés par un arrondi 29. Les figures 4 et 5 illustrent des variantes de réalisation 20.2 et 20.3 du chevron conforme à la présente invention. Les chevrons 20.2 et 20.3 diffèrent du chevron 20. 1 en ce que les lignes transversales 23.2 et 25 23.3, contrairement à la ligne transversale 23.1, ne sont pas symétriques par rapport à l'axe e-.e. Il en résulte que, dans le chevron 2-0.2, la--protubérance 24.2 est moins en arrière que la protubérance 25.2, alors que, dans le chevron 20.3, la protubérance 24.3 est plus en arrière que la protubérance 25.3. Les protubérances 24.2 et 25.2, d'une part, et 24.3 et 25.3, d'autre part, sont alors dissymétriques. La dissymétrie entre les deux protubérances 24.2, 25.2 du chevron 20.2 et 24.3, 25.3 du chevron 20.3 constitue alors un paramètre supplémentaire pour agir sur le système tourbillonnaire engendré par les chevrons conformes à la présente inven- tion. Sur les figures 6, 7 et 8, on a représenté, en développée, un bord -de tuyère 5, 1 1 formé par une suite de chevrons 20.2, par une- suite de chevrons 20.3 et par une suite mixte de chevrons 20,2 et 20.3, respectivement. Dans le cas de la suite mixte de la figure 8, deux chevrons 20.2 et 20.3 consécutifs peuvent être symétriques l'un de l'autre par rapport à un axe longitudinal b-b, dont la direction générale est celle dudit jet 7, 9. REVENDICATIONS 1. Chevron (20.1, 20.2, 20.3) disposé à la périphérie d'un orifice de sortie (5, 11) du jet (7, 9) d'une tuyère- (4, 10) de turbomoteur en vue d'atténuer le bruit dudit jet, caractérisé en ce que sa forme est -délimitée : par deux côtés latéraux (21, 22) dont les extrémités avant (21A, 22A) sont solidaires de ladite tuyère (4, 10) et qui, en s'éloignant de cette dernière, convergent l'un vers l'autre sans se rejoindre, de sorte que les extrémités arrière (21 R, 22R) desdits côtés latéraux (21, 22) sont écartées l'une de l'autre ; et par une ligne transversale (23.1, 23.2, 23.3) qui relie les extrémités arrière (21 R, 22R) desdits côtés latéraux (21, 22) en formant deux protubérances latérales (24.1, 25.1 -24.2, 25.2 - 24.3, 25.3) séparées par un évidement intermédiaire (26.1, 26.2, 26.3). 15 2. Chevron selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ligne transversale (22.1, 23.2, 23.3) est curviligne- de façon que lesdites protubérances latérales (24.1, 25.1 - 24.2, 25.2 - 24.3, 25.3) et ledit évidement intermédiaire (26.1-, 26.2, 26.3) soient arrondis. 20 3. Chevron selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits côtés latéraux (21, 22) sont au moins approximativement rectilignes. 4. Chevron selon l'une des-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sa forme est symétrique par rapport à -un axa Iongi- 25 tudinal médian (Ê-Ê') dont la direction générale est celle dudit jet (7, 9). 5. Chevron selon--l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce- que, les côtés latéraux -(21, 22) desdits chevrons étant généralement inclinés l'un de l'autre par rapport à un axe longitudinal médian dont la direction générale est celle dudit jet (7, 9), lesdites protubé- rances latérales (24.2, 25.2 ; 24.3, 25.3) sont décalées l'une de l'autre le long dudit axe longitudinal médian dudit chevron (20.2, 20.3). 6. Tuyère de turbomoteur dont l'orifice de sortie du jet (5, 11) est pourvu de chevrons répartis à sa périphérie pour atténuer le bruit dudit jet, caractérisée en ce que lesdits chevrons sont ceux spécifiés sous l'une des revendications 1 à 5. 7. Tuyère selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits chevrons sont tous identiques. 8. Tuyère- selon la revendication 6, pourvue de chevrons selon la revendication 5, caractérisée en ce que deux chevrons consécutifs sont différents et symétriques l'un de l'autre par rapport à la direction générale dudit jet (7, 9). 9. Turbomoteur à double flux, comportant une tuyère pour le flux froid et une tuyère pour le flux chaud, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites tuyères est telle que spécifiée sous l'une des revendications 6 à 8. 10. Turbomoteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite tuyère pour le flux froid et ladite tuyère pour le flux chaud sont telles que spécifiées sous l'une des revendications 6 à 8.