Brevet FR2967131A1 — publié le 20120511

La présente invention concerne un nouveau concept de propulseur d'avion dont la consommation en carburant, ainsi que le niveau de bruit au décollage, sont très inférieurs à ceux des avions de transport civils existants ou en projet. Dès les années 1980, il a été établi, en particulier par les essais en vol de l'UDF (UnDucted Fan de General Electric) que les rotors contrarotatifs non carénés avaient des rendements bien meilleurs que les turbosoufflantes. En fait, le bombardier russe Tupolev 95 (Bear), apparu en 1955, continue à voler tous les jours à près de Mach 0,85 avec ses quatre doublets Kouznetsov contrarotatifs ; sa faible consommation lui donne un grand rayon d'action. Le problème est que le bruit de ces moteurs n'est pas conforme à la règlementation internationale des avions civils. Avec l'augmentation continuelle du prix du pétrole et les exigences écologiques de réduction de consommation, les rotors contrarotatifs sont à nouveau considérés comme candidats à la propulsion des avions futurs. Des réductions de bruit ont déjà été obtenues mais, compte tenu des perspectives actuelles de règlementation, elles sont très insuffisantes et l'application future de ce mode de propulsion semble à nouveau condamnée. Cette invention permet d'abaisser nettement le bruit au décollage, ce qui permet d'envisager l'utilisation intensive de ces moteurs à court terme. La solution revendiquée consiste à faire tourner les deux rotors dans le même sens au décollage pour éviter leur bruit d'interaction. L'angle de calage des pales du rotor dont le sens de rotation est changé doit alors être modifié de façon à obtenir la poussée nécessaire dans l'autre sens de rotation. Un mode de réalisation de l'invention, avec des valeurs numériques correspondant à un avion d'environ 150 passagers, va être exposé en détail avec référence aux figures. Les valeurs numériques mentionnées résultent de l'art antérieur et des activités de recherche de l'inventeur, en particulier celles publiées dans le brevet n° 07 06552 (France). Tous les chiffres donnés correspondent à un exemple cohérent de réalisation mais l'invention reste valable pour des chiffres différents. La figure 1 est une vue de côté partielle des rotors, la partie gauche concernant la configuration de croisière et la droite celle de décollage. La figure 2 montre comment les rotors sont reliés à leurs turbines d'entraînement. La description suivante se rapporte donc à un propulseur à rotors contrarotatifs destiné à un avion subsonique d'environ 72 tonnes au décollage (environ 150 places). Chacun des deux propulseurs donne alors une poussée de 110 kN environ. Leur diamètre est d'environ 4 m. Les éléments qui ne sont pas décrits en détail, tels que le corps chaud et la nacelle mais aussi la forme des pales, des arbres et des turbines, ainsi que le détail des commandes de calage des pales, sont censés correspondre à des dispositions déjà proposées par ailleurs, existantes ou non. La figure 1 montre, sur sa partie gauche, comment fonctionnent les rotors en configuration de croisière. Le rotor (1) a des pales (11) qui tournent dans le sens de la flèche (10) autour d'un axe (3) et qui ont un angle de calage assurant une poussée. Le rotor (2) tourne aussi autour de l'axe (3) mais dans le sens inverse, suivant la flèche (20). Par comparaison aux pales (11), ses pales (21) sont calées symétriquement par rapport à un plan passant par l'axe (3) de 2967131 2. façon à fournir une poussée dans le même sens. La partie droite de cette même figure 1 montre comment fonctionnent les rotors en configuration de décollage ou d'atterrissage. Le rotor (1) continue à tourner dans le même sens, indiqué par la flèche (10). Ses pales (11) conservent leur angle de calage de façon à conserver le sens de la poussée. Par contre l'angle de calage des pales 5 (21) a été changé en les faisant tourner d'environ 90 degrés dans le sens de la flèche (22); environ 90 degrés dans le sens inverse de la flèche (22) pourrait être une autre option. Le sens de rotation du rotor (2) est alors inversé de façon qu'il tourne suivant la flèche (23), dans le même sens que le rotor (1), pour conserver le sens de sa poussée. Lorsque le rotor (2) tourne à la même vitesse que le rotor (1), ses pales (21) ne hachent plus les sillages des pales (11), ce qui diminue le bruit 10 d'environ 20 décibels. La figure 2 montre que le rotor (1) est toujours entraîné de la même façon par les turbines telles que (4) et (5). Sa boîte d'engrenages (15) ne comporte qu'une position donnant l'unique sens de rotation voulu et son embrayage (14) est optionnel. Par contre le rotor (2) est relié aux turbines telles que (4) et (5) par l'intermédiaire d'une boîte d'engrenages (25) comportant deux positions 15 donnant les deux sens de rotation. L'embrayage (24) permet de procéder au changement de la position de rotation de la boîte (25). La commande de calage des pales (21) relève des procédés existants et n'est donc pas représentée. Le nombre des pales (11) et (21) peut être de l'ordre de la dizaine. Sur les figures 1 et 2, il est proposé de changer le calage et le sens de rotation du rotor 20 aval (2). Mais on pourrait aussi obtenir un résultat semblable en faisant les changements de calage et de rotation sur le rotor amont (1) seul. La méthode de mise en oeuvre de tels propulseurs est maintenant décrite. Avant le décollage, les pales (21) du rotor (2) sont calées en position de décollage comme sur la partie droite de la figure 1. La boîte d'inversion (25) est enclenchée en position de corotation de façon à 25 obtenir les sens de rotation des flèches (i0) et (23) de la figure 1. Le réglage du flux de gaz dans les turbines (4) et (5) donne alors la poussée voulue sur les rotors (1) et (2). Une fois que l'avion n'a plus à limiter son bruit, le rotor (2) est découplé des turbines (4) et (5) au moyen de l'embrayage (24). La boîte d'engrenages (25) est mise en position neutre. L'angle de calage des pales (21) est amené en position de croisière par une rotation inverse de celle indiquée par la 30 flèche (22). Le rotor (2) se met alors à tourner dans le sens de la flèche (20), en contrarotation par rapport au rotor (1). La boîte d'engrenage (25) est alors enclenchée en position de contrarotation et le couplage du rotor (2) avec les turbines telles que (4) et (5) est rétabli au moyen de l'embrayage (24). A l'approche, toutes les opérations précédentes sont faites dans l'ordre inverse de façon à retrouver pour l'atterrissage la même configuration peu bruyante que pour le décollage 35 (réduction de bruit de plus de 10 décibels). En option, le mode de freinage au sol suivant est proposé. Après que l'avion ait touché le sol, le rotor (1) est découplé des turbines telles que (4) et (5) grâce à l'embrayage (14). L'angle de calage des pales (21) du rotor (2) est alors amené - soit en position de croisière, comme sur la partie gauche de la figure 1, par une rotation dans le sens inverse de la flèche (22), - soit à environ 180 degrés de la position de croisière pour avoir une meilleure efficacité aérodynamique. La poussée est donc inversée et produit le freinage voulu. D'après tout ce qui a été dit précédemment, il n'est pas nécessaire de modifier l'angle de calage des pales (Il) du rotor (1) qui tourne toujours dans le même sens. Il est donc suggéré pour simplifier, donc pour gagner du poids et de la fiabilité, d'avoir des pales (11) fixes sur le rotor (1) . L'adaptation du propulseur aux conditions de vol n'est alors obtenue que par la modification de l'angle de calage des pales (21) du rotor (2). Les exemples décrits ci-dessus ne sont pas limitatifs. Les nombres des pales (Il) et (21), leurs formes, leurs positions, leurs dimensions peuvent être différents de ceux apparaissant dans le texte ou sur les figures. Les positions et les formes des turbines (4) et (5) et des sous-ensemble (14), (15), (24) et (25) également. L'application de l'invention à une fabrication industrielle de propulseurs à rotors contrarotatifs peut utiliser des sous-ensembles déjà existants. L'innovation concerne la possibilité de mettre en rotation l'un des rotors dans les deux sens et de changer l'angle de calage de ses pales pour conserver le sens de la poussée quand le sens de rotation est changé. REVENDICATIONS1l Méthode pour diminuer de plus de 10 décibels le bruit au décollage et à l'atterrissage des propulseurs à rotors contrarotatifs, caractérisée par la mise en corotation de ces rotors pour le décollage et l'atterrissage, le rotor dont le sens de rotation est inversé ayant alors un angle de calage des pales modifié d'environ 90 degrés de façon à conserver le sens de sa poussée. 21 Méthode selon la revendication 1 caractérisée par la suite des opérations suivantes: Avant le décollage, les pales (21) du rotor (2) sont calées en position de décollage comme sur la partie droite de la figure 1; la boîte d'inversion (25) est enclenchée en position de corotation de façon à obtenir les sens de rotation des flèches (10) et (23) de la figure 1; le réglage du flux de gaz dans les turbines telles que (4) et (5) donne alors la poussée voulue sur les rotors (1) et (2). Une fois que l'avion n'a plus à limiter son bruit, le rotor (2) est découplé des turbines telles que (4) et (5) au moyen de l'embrayage (24); la boîte d'engrenages (25) est mise en position neutre; l'angle de calage des pales (21) est amené en position de croisière par une rotation inverse de celle indiquée par la flèche (22); le rotor (2) se met alors à tourner dans le sens de la flèche (20), en contrarotation par rapport au rotor (1); la boîte d'engrenage (25) est alors enclenchée en position de contrarotation puis le couplage du rotor (2) avec les turbines telles que (4) et (5) est rétabli au moyen de l'embrayage (24). A l'approche, toutes les opérations précédentes sont faites dans l'ordre inverse de façon à retrouver pour l'atterrissage la même configuration peu bruyante que pour le décollage. 31Propulseur à rotors contrarotatifs dont le bruit à l'atterrissage et au décollage est réduit de plus de 10 décibels, caractérisé par la mise en corotation de ces rotors pour le décollage et l'atterrissage, le rotor dont le sens de rotation est inversé ayant alors un angle de calage des pales modifié d'environ 90 degrés de façon à conserver le sens de sa poussée. Propulseur selon la revendication 3 caractérisé par : des pales (21) du rotor (2) dont l'angle de calage peut être modifié de façon à conserver un même sens de poussée dans les deux sens de rotation; une boîte d'inversion (25) permettant au rotor (2) de tourner dans le sens de la flèche (20) ou dans le sens de la flèche (23); des turbines telles que (4) et (5) dont le flux de gaz est réglable; un embrayage (24) permettant de découpler le rotor (2) des turbines telles que (4) et (5).