Brevet FR2956162A1 — publié le 20110812

La présente invention concerne le domaine des turboréacteurs à double flux et l'agencement de la nacelle, formant leur enveloppe, tenant compte des contraintes d'installation sur un aéronef. Elle vise plus particulièrement la tuyère du flux froid d'un turboréacteur à double flux à flux séparés, incorporant un inverseur de poussée du type à grilles. Description de l'état de la technique L' invention concerne notamment les turboréacteurs à double flux comprenant une soufflante amont. L'amont et l'aval sont définis dans le présent document par rapport au sens d'écoulement des gaz dans le moteur. L'air entrant dans le moteur est comprimé par la soufflante. Une partie annulaire intérieure forme le flux primaire et est guidée à l'intérieur de la partie du moteur formant le générateur de gaz ; une partie annulaire extérieure de l'air issu de la soufflante forme le flux secondaire ; elle est redressée dans l'axe du moteur et bipasse celui-ci. Le flux secondaire est éjecté dans l'atmosphère soit directement, séparément du flux primaire, soit après avoir été mélangé avec ce dernier. Le rapport entre le flux secondaire et le flux primaire, désigné taux de dilution peut être important car il est un des paramètres influant sur la consommation spécifique en carburant du moteur. Un taux de dilution élevé apporte également un gain en ce qui concerne les nuisances sonores générées par le moteur. La présente invention concerne les moteurs où la nacelle qui les enveloppe est agencée de telle manière que les flux sont séparés : les flux, primaire et secondaire, sont éjectés séparément en deux flux coaxiaux. Le flux primaire est intérieur, et le flux secondaire est donc éjecté par une tuyère annulaire formée intérieurement par la carène du générateur de gaz et extérieurement par un élément de capot annulaire. Cet élément de capot de la nacelle peut être constitué soit d'une seule pièce annulaire soit de plusieurs pièces disposées en anneau par exemple en deux demi anneaux disposés de part et d'autre d'une attache à un pylône dans un montage sous aile. L' invention concerne plus particulièrement les moteurs à tuyères à flux séparés comportant un inverseur du type à grilles désigné également à cascade. Ce type d'inverseur connu en soi est illustré sur les figures 1 et 2 ci jointes, reprises du brevet EP 1.004.766 du présent déposant. Ces 2 figures montrent schématiquement un exemple de tuyère de flux froid avec inverseur à grilles. L'inverseur comprend un élément 7 de capot aval de la nacelle formant la tuyère du flux froid. Il est mobile en translation vers l'aval depuis une position rétractée où il forme la paroi externe de la veine annulaire 17 de flux froid, lors du fonctionnement du turboréacteur en poussée directe jusqu'à une position d'inversion de poussée. Il est mis en mouvement par exemple par des vérins 4 fixés sur la partie amont 6 de la nacelle. Le déplacement vers l'aval de l'élément 7 entraîne le basculement d'une pluralité de volets 12 solidaires de l'élément de capot io qui viennent obturer la veine 17 et dévier le flux froid dans une direction radiale. Les volets 12 sont commandés par des bielles 14 fixées par une articulation 15 à la paroi interne 16 formée par le carénage du générateur de gaz. 15 Dans cette position d'inversion de poussée, il découvre des passages radiaux mettant la veine 17 en communication avec l'extérieur à travers la nacelle. Les passages radiaux sont définis à l'amont par des bords de déviation 9 conformés sur la partie amont fixe 6 de la nacelle. Le flux froid est guidé le long de ces bords de déviation. Une pluralité de grilles 20 8 en secteurs d'anneau est disposée en travers des passages, en périphérie de la veine 17 de flux froid. Les grilles sont formées d'ailettes 81, en secteurs d'anneau, orientées radialement par rapport à l'axe du moteur et ménageant entre elles des canaux de manière à guider le flux qui les traverse vers l'extérieur avec une composante vers l'amont du moteur 25 pour fournir une poussée inverse. Les ailettes en secteurs d'anneau sont disposées parallèlement les unes aux autres, le long de l'axe moteur, en formant des grilles en portions de cylindre coaxial avec l'élément de capot mobile en translation. 30 En visant des moteurs à fort taux de dilution et par voie de conséquence à grand diamètre de soufflante, on est confronté au problème de leur montage sur l'aéronef Lorsque le moteur doit être installé sous l'aile de l'aéronef, il est généralement suspendu à un pylône solidaire de l'aile. On pallie le problème d'encombrement des moteurs à grand diamètre avec 35 leur nacelle en les disposant le plus en amont possible par rapport au bord d'attaque de l'aile. Cependant leur partie arrière reste à proximité de l'aile, et elle doit se situer à une hauteur inférieure à celle de l'aile. Il faut alors tenir compte de l'interaction du flux gazeux sortant, notamment le flux secondaire à la périphérie, avec la surface de l'aile, générateur de 3 traînée. Il faut aussi prévoir une garde au sol suffisante pour qu'il n'y ait aucun contact lors des manoeuvres. Exposé de l'invention Le présent déposant s'est fixé comme objectif de monter un moteur sous l'aile d'un aéronef sans avoir à sacrifier le diamètre de soufflante de celui-ci. Autrement dit, il s'agit de monter un moteur au diamètre de soufflante le plus grand possible, compte tenu des contraintes imposées par la io hauteur au sol de l'aile de l'aéronef Le déposant s'est fixé plus particulièrement comme objectif de réaliser la partie arrière de la nacelle du moteur de telle manière que sa hauteur puisse être réduite. Dans la mesure où le diamètre hors tout du moteur à 15 l'arrière est celui de la tuyère du flux froid et plus particulièrement de l'élément de capot extérieur de la tuyère, le déposant s'est fixé comme objectif d'en réduire la dimension verticale. Conformément à l'invention on parvient à cet objectif avec une tuyère de 20 flux froid d'un turboréacteur à double flux, à flux séparés, comprenant un élément de capot annulaire mobile en translation axiale entre une position rétractée amont pour un fonctionnement du moteur en poussée directe et une position d'extension aval, et un inverseur de poussée à grilles en forme de secteurs d'anneau cylindriques coaxiaux avec ledit élément de 25 capot, constituées d'ailettes à orientation radiale, et espacées axialement de manière à ménager entre elles des passages de guidage radiaux, l'élément de capot dégageant en position d'extension aval lesdits passages radiaux à travers les grilles d'inversion de poussée. 30 La tuyère est caractérisée par le fait que le rayon des secteurs d'anneau formant les grilles n'est pas constant le long de la circonférence de l'élément de capot. Par rayon on entend la distance entre les grilles en un point considéré du 35 pourtour et l'axe du moteur. En variant le positionnement radial des grilles d'inversion de poussée selon la direction azimutale, on peut faire varier l'encombrement de la nacelle selon l'azimut et donc ovaliser ou déformer l'élément de capot de 25 4 manière à l'adapter aux contraintes d' encombrement de son environnement. Selon un mode de réalisation particulier, les rayons des grilles évoluent entre une valeur minimale et une valeur maximale, les deux valeurs correspondant à des plans, radiaux passant par l'axe, perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. Plus particulièrement, les deux plans sont l'un vertical l'autre horizontal. La forme des grilles selon un mode de réalisation simple est ovale ou sensiblement ovale. Le grand axe de l'ovale est par exemple horizontal, mais en fonction de l'environnement du moteur il peut être incliné par rapport à la direction horizontale. Conformément à une autre caractéristique, le bord amont, dit bord de déviation, des passages radiaux, est de forme incurvée convexe, la longueur de sa section par un plan radial passant par l'axe étant constante le long de la circonférence de l'élément de capot. Conformément à une variante de la réalisation précédente le bord amont, dit bord de déviation, des passages radiaux, est de forme incurvée, convexe, la longueur de sa section par un plan radial passant par l'axe varie le long de la circonférence de l'élément de capot. On dispose ainsi d'un moyen d'ajustement aérodynamique du flux d'air froid lorsque l'inverseur est en position active. Conformément à une autre caractéristique, la longueur des grilles mesurée axialement est constante le long de la circonférence de l'élément de capot ou elle varie le long de la circonférence de l'élément de capot. 30 Conformément à une autre caractéristique, l'élément de capot comprenant une paroi intérieure délimitant la périphérie de la veine de flux froid et une paroi extérieure d'enveloppe de la nacelle, le rayon des coupes transversales par rapport à l'axe du moteur, d'au moins l'une des parois n'est pas constante, quand on se déplace le long de la circonférence de 35 l'élément de capot, les coupes étant réalisées entre le bord amont de l'élément de capot et le bord aval. Plus particulièrement, les coupes ont une forme oblongue, notamment le plus petit desdits rayons est vertical. Il s'agit ici de la solution la plus simple pour résoudre le problème d'encombrement vertical de la partie arrière de la nacelle de flux secondaire. Conformément à un mode de réalisation particulier, le bord aval de 5 l'élément de capot est circulaire. Ce mode de réalisation présente l'avantage de ne déformer ou ovaliser qu'une partie seulement de la tuyère interne, pas la zone d'éjection limitant ainsi les problèmes aérodynamiques liés à l'ovalisation ou déformation, de la tuyère. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : - la figure 1 une demi vue schématique en coupe longitudinale par un plan passant par l'axe de rotation d'un turboréacteur associé, d'un inverseur de poussée à grilles, en position fermée, d'un type connu ; - la figure 2 une demi vue schématique en coupe analogue à celle de la figure 1 de l'inverseur de poussée représenté sur la figure 1 dans une configuration de fonctionnement en inversion de poussée ; - la figure 3 une vue schématique en coupe longitudinale d'un turboréacteur avec inverseur de poussée à grilles ; - la figure 4 une vue, dans l'axe du moteur et schématique, des grilles d'inversion de poussée selon l'art antérieur ; - la figure 5 une vue, selon l'axe du moteur et schématique, des grilles d'inversion de poussée selon un exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 6, schématiquement, la position relative de deux coupes de la tuyère selon des plans passant par l'axe, l'un étant le plan vertical l'autre le plan horizontal ; - la figure 7 une vue, selon l'axe du moteur et schématique, des grilles d'inversion de poussée selon un autre exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 8 une vue, selon l'axe du moteur et schématique, des grilles d'inversion de poussée selon encore un autre exemple de réalisation de l'invention ; 6 - la figure 9, schématiquement, la position relative de deux coupes de la tuyère selon des plans passant par l'axe, l'un étant le plan vertical l'autre le plan horizontal dans le cas d'un autre mode de réalisation ; - la figure 10, schématiquement, la position relative de deux coupes de la tuyère selon des plans passant par l'axe, l'un étant le plan vertical l'autre le plan horizontal dans le cas d'un autre mode encore de réalisation. io Comme on le voit sur la figure 3, un turboréacteur à double flux, à flux séparés et à soufflante avant, comprend un rotor de soufflante 2 à l'intérieur d'un carter de soufflante lui-même enveloppé dans une nacelle dont la forme est adaptée aux contraintes aérodynamiques. 15 En aval de la soufflante, une partie de l'air, flux primaire P est guidée à l'intérieur du moteur formant générateur de gaz. Cet air primaire P est comprimé et alimente une chambre de combustion annulaire 5. Les gaz de combustion sont détendus dans différents étages de turbine qui entraînent les rotors de soufflante et de compresseurs. En aval le flux primaire est 20 éjecté dans la tuyère d'éjection primaire de gaz chauds. Le restant de l'air issu de la soufflante forme le flux d'air secondaire S dont la veine est coaxiale à celle du flux primaire. Le flux secondaire est redressé dans l'axe XX du moteur par les aubes de guidage 2' et les bras 25 du carter intermédiaire puis est éjecté par la tuyère de flux secondaire. La nacelle comprend une entrée d'air annulaire 3, conformée pour l'alimentation du moteur, fixée sur le carter de soufflante. Le carter de soufflante est enveloppé d'un élément de nacelle fixe 4 qui s'étend 30 jusqu'en aval des aubes 2' redressant le flux d'air secondaire issu de la soufflante. Dans le prolongement de cette partie fixe 4 de nacelle est monté l'élément de capot 7 formant tuyère annulaire avec la carène du générateur de gaz. 35 Comme cela l'a déjà été décrit plus haut, l'élément de capot 7 est mobile en translation pour découvrir les grilles 8 d'inversion de poussée quand il s'agit, à l'atterrissage, de réduire la vitesse de l'aéronef en créant une poussée de sens inversé par rapport à la poussée directe. 7 Dans les tuyères de l'art antérieur, l'ensemble de l'élément de capot 7 et les grilles 8 dans lequel elles sont logées forment un volume de révolution autour de l'axe du moteur. Sur la figure 4 on a représenté schématiquement l'aspect de l'ensemble des grilles, seul, vu dans l'axe XX de la machine. L'ensemble est circulaire. Conformément à l'invention, on modifie l'ensemble annulaire des grilles io de telle façon que le rayon, mesuré depuis l'axe XX, ne soit pas constant quand on se déplace sur la circonférence de l'élément de capot. On a représenté un exemple de réalisation sur la figure 5. L'ensemble de grilles que l'on désigne grille, 28, présente un rayon R1, par rapport à 15 l'axe XX, dans le plan vertical passant par l'axe XX et un rayon R2 dans le plan horizontal passant par l'axe avec R1 20 On a représenté sur la figure 6, la forme de la tuyère par rapport à l'axe dans les deux plans, respectivement vertical et horizontal. Dans un but de simplification et pour faciliter la compréhension, n'ont été représentés que la grille 28, le contour de l'élément de capot 27 avec sa paroi intérieure 27int et sa paroi extérieure 27ext et le bord de déviation 29 à l'amont des 25 passages radiaux de déviation du flux secondaire. Le bord de déviation 29 a une forme incurvée convexe et s'étend depuis un plan amont 29a jusqu'à l'extrémité amont de la grille 28. 30 La représentation en traits pleins correspond à la coupe axiale dans le plan horizontal et la représentation en traits pointillés correspond à la coupe axiale dans le plan vertical. On observe que la paroi interne 27int, qui définit la paroi externe de la 35 veine secondaire, n'est pas une surface de révolution autour de l'axe. Cette paroi s'étend en aval du plan 29a, représenté par un point sur les figures, constituant l'extrémité amont du bord de déviation. En amont de ce plan 29a, la paroi externe de la veine secondaire n'est pas concernée par l'invention. Ainsi la veine du flux secondaire 17' est cylindrique de 25 8 révolution au niveau du plan transversal passant par l'extrémité amont 29a du bord de déviation puis elle se déforme progressivement vers l'aval. La carène 16 du générateur de gaz définissant la paroi interne de la veine du flux secondaire 17' est une surface de révolution ; elle est à section circulaire. La paroi externe de la nacelle, dont la partie externe 27ext de l'élément de capot 27, est de rayon réduit dans le plan longitudinal vertical sur une longueur plus grande que la partie interne 27int de l'élément de capot. Pour l'application visée ici d'installation sous l'aile, on réduit ainsi l'encombrement vertical de la nacelle dans la partie de tuyère de flux secondaire. Le mode de réalisation représenté n'est pas le seul possible ; de nombreuses variantes sont possibles permettant de s'adapter aux contraintes liées à l'environnement dans lequel le moteur est installé. Ainsi la figure 7 montre une variante d'ovalisation de la grille d'inversion de poussée, désignée 28', dont le grand axe AA est incliné à 45° par rapport à la direction horizontale. La figure 8 montre une autre variante possible non limitative. La grille 28" a une partie de forme ovale et une autre partie présentant des méplats. D'autres variantes concernant la longueur de la grille ou bien la longueur et la hauteur du bord de déviation ou encore la forme de la tuyère dans le plan d'éjection du flux secondaire ou une combinaison de ces paramètres sont possibles. 30 Ainsi la figure 9 montre une variante où l'élément de capot 127, vu dans le plan longitudinal vertical, représenté en traits pointillés, respectivement dans le plan horizontal, représenté en traits pleins, a des parois internes 127int et 127ext évolutives entre l'extrémité amont 129a du bord de 35 déviation 129 et le plan d'éjection 127f. Cette variante présente la particularité d'une forme circulaire de la paroi externe de la tuyère 127f dans le plan d'éjection. On voit la grille 128 dont le rayon est évolutif entre le plan vertical et le plan horizontal. 9 La figure 10 montre une autre variante de forme de tuyère combinant trois caractéristiques : La grille 228 est évolutive non seulement en rayon par rapport à l'axe XX mais aussi en longueur. Sa longueur 1 dans le plan horizontal, représenté en traits pleins est plus grande que sa longueur dans le plan vertical, représenté en traits pointillés. La longueur du bord de déviation 229 mesurée depuis son extrémité amont 229a est en revanche constante ; comme on le voit sur la figure la longueur est la même dans le plan vertical et dans le plan horizontal. La paroi externe 227f de la tuyère dans le plan d'éjection est circulaire. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, elle englobe toutes les variantes à la portée de l'homme du métier.15 Revendications1. Tuyère de flux froid d'un turboréacteur à double flux à flux séparés comprenant un élément de capot annulaire (27, 127, 227) mobile en translation axiale entre une position rétractée amont pour un fonctionnement du moteur en poussée directe et une position d'extension aval, et un inverseur de poussée à grilles (28, 128, 228) en forme de secteurs d'anneau cylindrique coaxiaux avec ledit élément de capot, constituées d'ailettes à orientation radiale, et espacées axialement de manière à ménager entre elles des passages de guidage radiaux, l'élément de capot dégageant en position d'extension aval lesdits passages radiaux à travers les grilles d'inversion de poussée, tuyère caractérisée par le fait que le rayon des secteurs d'anneau formant les grilles (28, 128, 228) n'est pas constant le long de la circonférence de l'élément de capot (27, 127, 227). 2. Tuyère selon la revendication précédente selon laquelle les rayons des grilles (28) évoluent entre une valeur minimale et une valeur maximale, les deux valeurs correspondant à des plans, radiaux passant par l'axe, perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. 3. Tuyère selon la revendication précédente, lesdits deux plans étant l'un vertical l'autre horizontal. 4. Tuyère selon l'une des revendications précédentes dont le bord amont, dit bord de déviation (229), des passages radiaux, est de forme incurvée convexe, la longueur de sa section par un plan radial passant par l'axe étant constante le long de la circonférence de l'élément de capot. 5. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 3, dont le bord amont, dit bord de déviation (29, 129), des passages radiaux, est de forme incurvée, convexe, la longueur de sa section par un plan radial passant par l'axe variant le long de la circonférence de l'élément de capot. 11 6. Tuyère selon l'une des revendications précédentes dont la longueur des grilles (28, 228) mesurée axialement est constante le long de la circonférence de l'élément de capot. 7. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 5 dont la longueur des grilles (128) mesurée axialement, varie le long de la circonférence de l'élément de capot. 8. Tuyère selon l'une des revendications précédentes dont l'élément de capot (27, 127, 227) comprend une paroi intérieure (27int, 127int 227int) délimitant la périphérie de la veine de flux froid et une paroi extérieure (27ext, 127ext 227ext) d'enveloppe de la nacelle, le rayon des coupes transversales d'au moins l'une des parois n'étant pas constante, quand on se déplace le long de la circonférence de l'élément de capot, les coupes étant réalisées entre le bord amont de l'élément de capot et le bord aval. 9. Tuyère selon la revendication précédente dont les coupes transversales ont une forme oblongue, en particulier le plus petit desdits rayons étant vertical. 10. Tuyère selon l'une des revendications 8 et 9 dont le bord aval (127f, 227f) de l'élément de capot est circulaire.25