Brevet FR2976624A1 — publié le 20121221

La présente invention concerne les turbomoteurs pour aéronef, tels que les turboréacteurs à double flux, ayant une section transversale de sortie du flux secondaire variable permettant d'adapter le débit de celui-ci en fonction des conditions de vol. De façon usuelle, un turboréacteur à double flux, comprend : - un corps central rotatif à capot périphérique fixe entre lesquels circule le flux primaire chaud ; et - une nacelle entourant le corps central à capot périphérique et entre lesquels circule le flux secondaire froid, concentriquement au flux primaire chaud. En particulier, le corps central se compose, d'amont en aval selon un axe longitudinal de symétrie, d'une soufflante, de compresseurs basse et haute pression, d'une chambre de combustion et de turbines haute et basse pression se terminant par un cône de tuyère. Le capot périphérique est situé en aval de la soufflante et enveloppe le corps central pour la circulation du flux primaire chaud jusqu'à une tuyère de sortie convergente du carter. Quant à la nacelle, elle s'étend de la soufflante jusqu'au niveau sensiblement de la turbine basse pression du carter périphérique du flux primaire, pour la circulation du flux secondaire froid participant à la poussée de l'aéronef. Aussi, on sait que les turboréacteurs modernes à double flux ont un taux de dilution important (rapport entre le flux froid et le flux chaud) qui nécessite de faire varier le débit du flux secondaire en fonction des conditions de vol afin de permettre au mieux l'opérabilité de la soufflante sur toute « l'enveloppe » du vol, c'est-à-dire les phases de décollage, de montée, de croisière, de descente et d'atterrissage rencontrées par l'avion. Pour cela, les nacelles des turboréacteurs sont équipées de systèmes commandables leur permettant de faire varier, au final, la section transversale annulaire de sortie du flux secondaire, en agissant sur une partie structurelle de la nacelle, en l'occurrence la partie aval de celle-ci formant la tuyère de sortie du flux secondaire. Les solutions les plus courantes utilisent jusqu'à présent des actionneurs tels que des vérins qui font coulisser ou pivoter la partie structurelle aval de la nacelle. Cette partie aval mobile, liée aux vérins, entraîne par son déplacement en translation ou par pivotement, l'augmentation ou la diminution de la section de sortie du flux secondaire et, donc, son débit en fonction du régime de rotation de la soufflante et de la phase de vol considérée. Si ces solutions par actionneurs donnent des résultats satisfaisants, il s'avère néanmoins qu'elles restent relativement complexes à mettre en oeuvre (plusieurs vérins à agencer dans la nacelle et à raccorder à une source hydraulique), et nécessitent une maintenance rigoureuse. Par ailleurs, les vérins de ces solutions sont difficiles à loger compte tenu de l'espace libre restreint dans la nacelle et imposent une masse supplémentaire non négligeable, pénalisant l'ensemble propulsif. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un turbomoteur dont la conception du système commandant la section de sortie du flux secondaire et lié à la nacelle, est techniquement simple à mettre en oeuvre, fiable, ne nécessitant que peu d'espace, et également peu pénalisante du point de vue de la masse finale du système. A cet effet, le turbomoteur à double flux pour aéronef comporte : - un corps central à capot périphérique entre lesquels circule le flux primaire chaud ; - une nacelle entourant coaxialement le corps central à capot périphérique, et entre lesquels circule le flux secondaire froid ; et - un système commandable associé à la nacelle, pour faire varier la section transversale de sortie du flux secondaire délimité entre le capot périphérique du corps et la nacelle. Selon l'invention, le turbomoteur est remarquable par le fait que le système de variation de la section transversale de sortie du flux secondaire est pneumatique et comporte au moins un élément gonflable associé à une partie structurelle aval formant tuyère de la nacelle, et relié à une source d'alimentation pneumatique, de manière à pouvoir occuper un état dégonflé pour lequel ladite section de sortie du flux secondaire est minimale, et un état gonflé pour lequel ladite section est maximale par suite du déplacement de la partie structurelle aval. Ainsi, par un simple système gonflable agissant sur la partie aval à tuyère de la nacelle, on peut adapter la section de sortie du flux secondaire et, donc, le débit de celui-ci en fonction de la phase de vol concernée, le système pouvant prendre tout état entre ses états extrêmes gonflé et dégonflé et adapter ladite section au régime de fonctionnement de la soufflante. Un tel système pneumatique offre en conséquence, outre une réalisation pratique particulièrement simple et fiable, un encombrement réduit, notamment lorsqu'il occupe l'état dégonflé, et une masse minimale. Par exemple, dans une première façon de faire, ledit système pneumatique est agencé pour déplacer en translation la partie structurelle aval de la nacelle parallèlement à l'axe longitudinal du corps central, lorsqu'il passe entre deux états de gonflage. Dans une seconde façon, ledit système pneumatique est agencé pour déplacer par pivotement, vers l'extérieur de la nacelle, la partie structurelle aval de celle-ci. Avantageusement, par suite du passage du système pneumatique vers un état gonflé, des ouvertures latérales se créent entre la partie structurelle aval et la nacelle participant à l'augmentation de la section de sortie du flux secondaire. Dans une réalisation particulière, ledit élément gonflable du système pneumatique est unique et se présente sous la forme d'un anneau gonflable disposé entre la partie structurelle aval de la nacelle et celle-ci. On remarque la simplicité et la fiabilité de conception structurelle et fonctionnelle de l'élément gonflable. Dans une autre réalisation, le système pneumatique comprend une pluralité d'éléments gonflables répartis régulièrement autour de la partie structurelle aval de la nacelle. Dans ce cas, chaque élément gonflable se présente sous la forme d'un soufflet. Le passage des soufflets d'une position repliée à une position déployée correspond alors aux états extrêmes respectivement dégonflé et gonflé des éléments. De préférence, lesdits éléments gonflables sont raccordés à la même source d'alimentation pneumatique, celle-ci pouvant être issue de l'un des flux primaire et secondaire ou d'un dispositif à air sous pression logé dans la nacelle. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un turbomoteur à double flux dont la nacelle est équipée du système pneumatique de variation de section du flux secondaire, selon une réalisation conforme à l'invention, ladite section de sortie du flux représentée étant minimale. La figure 2 est une vue simplifiée de la précédente, avec le système pneumatique dans un état gonflé pour lequel la section représentée est maximale. Les figures 3 et 4 sont des vues simplifiées en demi-coupe longitudinale du turbomoteur montrant une autre réalisation du système pneumatique, avec les deux sections obtenues respectivement minimale et maximale. Les figures 5A et 5B montrent schématiquement un élément gonflable du système des figures 3 et 4, dans ses deux états extrêmes. Les figures 6A et 6B sont des vues partielles en plan des éléments gonflables selon encore une autre réalisation, dans des états extrêmes dégonflé et gonflé respectivement. La figure 7 est une vue simplifiée en demi-coupe longitudinale du turbomoteur dans un plan de fuite créé par le système pneumatique gonflable. Le turboréacteur 1 à double flux F1 et F2, respectivement primaire chaud et secondaire froid, comprend selon un axe longitudinal A de celui-ci, le réacteur proprement dit composé d'un corps central rotatif 2 à capot ou carénage périphérique fixe 3, et d'une nacelle périphérique annulaire, extérieur 4, entourant le corps et sensiblement de forme cylindrique au sens large du terme englobant celle légèrement courbe (bombée) de la nacelle. Entre le corps central 2 et le capot 3 se trouve le canal primaire 5 dans lequel circule le flux F1 et entre le capot 3 et la nacelle 4 se trouve le canal secondaire 6 dans lequel circule le flux F2. D'amont en aval du turboréacteur 1, selon le sens de circulation des flux issus d'une entrée d'air 7 du turboréacteur, le corps central 2 est muni d'une soufflante 8 entourée par une partie structurelle amont ou avant 9 de la nacelle 4, puis d'un compresseur basse pression 10, d'un compresseur haute pression 11, d'une chambre de combustion 12 et de turbines haute et basse pression 13, 14 se prolongeant par un cône 15. Le capot périphérique 3 entoure ces composants, et se termine, au niveau des turbines, par une partie aval 16 formant le col et la tuyère pour le flux F1 en convergeant vers l'axe longitudinal A, jusqu'à venir sensiblement à l'aplomb du cône 15 terminant le corps central 2. La nacelle 4 présente, après la partie amont 9, une partie structurelle médiane 19 qui est liée par des bras radiaux 17 au capot périphérique 3 du corps central 2 et qui s'étend autour de ce capot 3 pour se terminer par une partie structurelle aval ou arrière 18. Celle-ci se trouve sensiblement à l'aplomb de la partie 16 en col du capot 3. Ces parties aval, respectivement 18 de la nacelle 4 et 16 du capot 3, définissent entre elles la section transversale annulaire de sortie S du flux secondaire F2 dans le canal 6, prise à l'extrémité de la partie 18. Et, pour permettre d'adapter le débit du flux secondaire en fonction des conditions de vol et du régime de fonctionnement de la soufflante 8, la section annulaire de sortie S est réglable grâce à un système commandable 20 prévu dans la nacelle 4, plus particulièrement au niveau de la partie aval 18 de celle-ci, en formant ainsi une tuyère pour le flux F2. Avantageusement, le système 20 pour faire varier la section transversale du flux secondaire F2, est pneumatique et comprend, pour cela, au moins un élément gonflable 21 qui est agencé dans la nacelle pour agir sur la partie aval 18 de celle-ci et modifier ainsi, par une source pneumatique 22 du système alimentant l'élément gonflable et par le déplacement résultant de cette partie aval 18 par rapport à la partie 16 du capot 3 alors fixe, la section transversale S du canal secondaire 6 à ce niveau. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, l'élément gonflable 21 se présente sous la forme d'un anneau gonflable unique 23, à la manière d'une chambre à air, qui est raccordé, par une liaison 24, à la source d'alimentation fluidique 22. Celle-ci peut être issue du flux F1 circulant dans le canal primaire 5 du corps, et prélevée en amont du compresseur haute pression 11, comme le montrent les figures 1 et 2. Cependant, la source d'alimentation fluidique 22 du système 20 pourrait également provenir du flux froid F2 circulant dans le canal secondaire 6 ou d'un dispositif pressurisé autonome (accumulateur, réservoir, ...) non représenté, prévu dans le turboréacteur. L'essentiel est que l'élément gonflable puisse prendre tout état quelconque entre un état extrême dégonflé, dépressurisé (figure 1), et un état extrême gonflé, pressurisé (figure 2), par une commande appropriée (du type obturateur ou analogue) non représentée prévue sur la liaison 24 pour alimenter l'anneau gonflable 23 et déplacer, en conséquence, la partie aval formant tuyère 18 de la nacelle et, par suite, la section transversale de sortie S du flux secondaire F2. Comme les nacelles des turboréacteurs à double flux sont généralement équipées d'inverseurs de poussée prévus dans la partie aval 18 des nacelles, pour participer au freinage de l'avion, l'anneau gonflable 23 peut être installé sur la partie inverseur de poussée de la nacelle. On voit, sur la figure 1, que l'anneau gonflable 23 occupe un état dégonflé, dépressurisé du fait que la liaison 24 est coupée, par la commande non représentée prévue sur celle-ci, de la source d'alimentation, en l'occurrence le flux chaud Fl. Dans cet état dégonflé, la section transversale annulaire de sortie S du flux secondaire dans le canal 6 est minimale et indiquée par la référence S1. On remarque que, dans cet état dégonflé, l'anneau 23 occupe un encombrement forcément réduit dans la partie aval 18 de la nacelle, compte tenu de sa réalisation en un matériau souple, élastiquement déformable (par exemple en caoutchouc naturel ou synthétique). En revanche, l'anneau gonflable 23 occupe un état gonflé maximal par suite de l'ouverture de la liaison 24 et la mise en communication du flux primaire constituant la source d'alimentation 22, avec l'intérieur de l'anneau. L'anneau souple 23 subit alors une expansion volumique notamment en direction axiale conduisant à un déplacement en translation de la partie aval formant tuyère 18 de la nacelle, qui coulisse vers l'arrière du turboréacteur, parallèlement à l'axe longitudinal A. La section annulaire transversale de sortie S du flux secondaire s'est agrandie pour devenir maximale, référence S2 sur la figure 2, du fait que la partie de tuyère 16 du capot périphérique 3 est conique en convergeant vers l'axe A, ce qui augmente la section transversale du canal secondaire 6 au fur et à mesure de l'éloignement axial de la partie aval 18 de la nacelle par le gonflage de l'anneau. Quant à la section transversale de l'anneau gonflé, elle est sensiblement de forme rectangulaire, mais pourrait prendre toute autre forme. Ainsi, par la configuration en cône de la tuyère du capot périphérique 3 du flux primaire et le déplacement (recul) en translation de la partie aval 18 formant tuyère de la nacelle 4 par suite du gonflage de l'anneau 23, on modifie la section de sortie S du flux secondaire F2 entre les deux états extrêmes dégonflé et gonflé de l'élément gonflable. Toute section transversale intermédiaire entre les sections S1 et S2 peut être obtenue à partir du gonflage approprié de l'anneau en fonction du régime de rotation de la soufflante dans la phase de vol considérée. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3, 4, 5A et 5B, le système pneumatique 20 pour varier la section transversale de sortie S du flux secondaire F2 agit pour déplacer par pivotement la partie aval 18 de la nacelle 4, de manière à ouvrir cette partie par rapport à la partie en col 16 de tuyère du capot périphérique 3. Pour cela, le système 20 comporte dans ce cas une pluralité d'éléments gonflables 26 répartis régulièrement, par rapport à l'axe longitudinal A du turboréacteur, autour de la partie aval 18 de la nacelle. En particulier, pour obtenir un tel pivotement, ces éléments gonflables 26 sont du type à soufflet 27 permettant d'assurer un tel déplacement en fonction du gonflage des éléments par l'intermédiaire de la source d'alimentation pneumatique 22 à laquelle sont raccordés les éléments par les liaisons commandables 24. Comme on le voit sur la figure 5A, chaque élément gonflable 26 est rapporté de façon étanche en partie aval 18 de la nacelle et présente un côté 28 relié, par deux liaisons 29, à une zone fixe 30 de la partie aval 18, et un autre côté 31 relié, par une liaison 32, à une zone mobile 33 de la partie aval 18, telle qu'un volet. Les deux côtés sont reliés latéralement par le soufflet 27. Ainsi, lorsque la source d'alimentation 22 est coupée, les éléments 26 sont dans un état dégonflé avec les soufflets 27 repliés, figure 5A, de sorte que les volets périphériques 33 de la partie aval 18 sont dans le prolongement de la partie médiane 19 de la nacelle 4 avec, pour conséquence, une section transversale de sortie S du flux secondaire F2 minimale, référence S1 sur la figure 3, entre la nacelle et le capot périphérique, au niveau du col de la partie 16 de celui-ci. En revanche, lorsque la section transversale de sortie S du flux secondaire F2 est à modifier, la communication fluidique entre la source d'alimentation 22 et les éléments 26 à soufflets 27 est établie par la commande des liaisons 24 et est modulée en fonction de la section à obtenir. Comme le montrent les figures 4 et 5B, sous l'action de l'air pressurisé issu de la source, les éléments 26 sont passés d'un état dégonflé extrême (figures 3 et 5A) à un état gonflé extrême (figures 4, 5B) pour lequel les soufflets 27 des éléments 26 sont déployés entraînant le pivotement des volets vers l'extérieur de la nacelle autour des liaisons 32 concernées, orthogonales à l'axe longitudinal A. Comme les volets 33 de la partie aval 18 formant tuyère s'écartent par suite de l'extension des soufflets, la section transversale de sortie du flux secondaire F2 s'agrandit et, dans la représentation illustrée, elle est maximale, référence S2 sur la figure 4. Là aussi, le système pneumatique 20 peut être installé sur la partie inverseur de poussée de la nacelle. La modulation de la pression de gonflage fournie par la source d'alimentation 22 permet d'obtenir toute section de sortie souhaitée du flux secondaire F2 pour adapter celle-ci en fonction du régime de fonctionnement de la soufflante et augmenter l'efficacité du turbomoteur dans chaque phase de vol. Dans l'exemple de réalisation illustré en regard des figures 6A, 6B et 7, le système pneumatique 20 de variation de section agit pour déplacer en translation la partie aval 18 de la nacelle, comme dans l'exemple des figures 1 et 2. Cependant, au lieu d'utiliser un anneau gonflable, on utilise des éléments gonflables individuels 35 à soufflet 36 avec le passage de la position repliée à la position déployée, et inversement, selon un axe B parallèle à l'axe longitudinal A du turboréacteur. Ainsi, on voit sur les figures 6A, 6B que le système 20 comprend plusieurs éléments gonflables identiques 35, de forme cylindrique, régulièrement répartis autour de la nacelle 4. Une face transversale d'extrémité 37 de chaque élément 35 est fixée à une zone fixe 38 de la nacelle et l'autre face transversale d'extrémité 39 à une zone mobile 40 de la partie aval 18. La paroi latérale 41 des éléments, reliant les faces transversales d'extrémité, présente le soufflet 36. Et chaque élément gonflable à soufflet est relié, par la liaison commandable 24, à la source d'alimentation pneumatique 22. Celle-ci, pour rappel, est fournie par le flux primaire F1 mais pourrait être issue du flux secondaire ou d'un dispositif pressurisé indépendant. Le fonctionnement du système pneumatique 20 pour obtenir la section de sortie souhaitée S du flux secondaire F2 ne sera pas décrit davantage compte tenu qu'il est analogue à celui lié à l'anneau gonflable. Le déploiement des soufflets 36 des éléments selon l'axe B, par suite de la pression de l'air issue de la source, conduit au recul axial de la zone mobile 40 et à la variation de la section de sortie S du flux secondaire. Cependant, cet exemple de réalisation permet de créer aussi des ouvertures supplémentaires 42 entre les deux zones fixe 38 et mobile 40 de la partie aval 18 formant tuyère, lorsque la zone mobile se déplace axialement par suite du gonflage des éléments 35. Ainsi, on voit sur les figures 6B et 7, que les ouvertures 42 forment des rampes et sont traversées par une partie de l'écoulement du flux secondaire F2, qui s'évacue latéralement vers l'extérieur. Ces ouvertures 42 alors maximales sur ces figures créent par conséquent des fuites permettant d'augmenter encore le débit du flux secondaire F2 traversant le canal 6, en plus de la section de sortie S également maximale S2. Ce système pneumatique 20 peut être également installé sur l'inverseur de poussée de la nacelle. Les éléments gonflables sont prévus entre deux parties rigides de la nacelle ce qui permet de les translater l'un par rapport à l'autre. REVENDICATIONS1. Turbomoteur à double flux pour aéronef, comportant : - un corps central (2) à capot périphérique (3) entre lesquels circule le flux primaire chaud ; - une nacelle (4) entourant coaxialement le corps central à capot périphérique et entre lesquels circule le flux secondaire froid ; et - un système commandable (20) associé à la nacelle, pour faire varier la section transversale de sortie du flux secondaire délimité entre le capot périphérique du corps et la nacelle, caractérisé par le fait que le système de variation (20) de la section transversale de sortie du flux secondaire est pneumatique et comporte au moins un élément gonflable (21, 26, 35) associé à une partie structurelle aval (18) formant tuyère de la nacelle, et relié à une source d'alimentation pneumatique (22), de manière à pouvoir occuper un état dégonflé pour lequel ladite section de sortie du flux secondaire est minimale, et un état gonflé pour lequel ladite section est maximale par suite du déplacement de la partie structurelle aval. 2. Turbomoteur selon la revendication 1, dans lequel ledit système pneumatique (20) est agencé pour déplacer en translation la partie structurelle aval (18) de la nacelle (4) parallèlement à l'axe longitudinal du corps central (2), lorsqu'il passe entre ses deux états de gonflage. 3. Turbomoteur selon la revendication 1, dans lequel ledit système pneumatique (20) est agencé pour déplacer par pivotement, vers l'extérieur de la nacelle (4), la partie structurelle aval (18) de celle-ci. 4. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, par suite du passage du système pneumatique (20) vers un état gonflé, des ouvertures latérales (42) se créent entre la partie structurelle aval (18) et la nacelle (4) participant à l'augmentation de la section de sortie du flux secondaire. 5. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit élément gonflable (21) du système pneumatique (20) est unique et se présente sous la forme d'un anneau gonflable (23) disposé au niveau de la partie structurelle aval (18) de la nacelle (4). 6. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le système pneumatique (20) comprend une pluralité d'éléments gonflables (26, 35) répartis régulièrement autour de la partie structurelle aval (18) de la nacelle. 7. Turbomoteur selon la revendication précédente, dans lequel chaque élément gonflable (26, 35) se présente sous la forme d'un soufflet (27, 36). 8. Turbomoteur selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel lesdits éléments gonflables (26, 35) sont raccordés à la même source d'alimentation pneumatique (22). 9. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel ladite source d'alimentation pneumatique (22) est issue de l'un des flux primaire (F1) et secondaire (F2) ou d'un dispositif à air sous pression logé dans la nacelle.