Brevet FR3155263A1 — publié le 20250516

Dispositif VAFN (6) de variation d’une surface d’éjection (12) d’une tuyère d’un flux froid B, circulant dans une veine d’air formée par les parois extérieures dudit dispositif VAFN (6), et d’une paroi intérieure (11a) d’un carénage (11) à géométrie non variable, d’une turbosoufflante (10) à double flux ; Ledit dispositif VAFN (6), étant agencé en aval d’une soufflante S, en encerclant une turbomachine (2), et globalement constitué d’une paroi cylindrique (7), d’une une paroi conformée (20), coaxiale et radialement plus petite que ladite paroi cylindrique (7) ; et d’au moins un vérin linéaire (25), rattaché audit carter (8), et à ladite paroi conformée (20) ; caractérisé en ce que ladite variation de ladite surface d’éjection (12) est obtenue par la translation longitudinale, suivant X, de ladite paroi conformée (20) du dispositif VAFN (6), par rapport à ladite paroi intérieure (11a), fixe, du carénage (11). « Figure pour l’abrégé : Figure 4 » TUYERE DE SOUFFLANTE A SECTION VARIABLE POUR TURBOSOUFFLANTE A NACELLE A GEOMETRIE FIXE La présente invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz d'aéronef, en particulier pour turbosoufflante carénée, c’est-à-dire comportant une nacelle. Une turbosoufflante carénée à double flux, peut être définie globalement comme une turbomachine à gaz, entrainant au moins une soufflante, carénée, d’un module de soufflante. L’air entrant dans le moteur est divisé en deux flux, un flux dit « chaud » entrant dans la turbomachine, et un flux dit « froid » passant dans le carénage, encore appelé nacelle. Le rapport entre le volume des flux froid et chaud définissant ce qui est couramment appelé le «taux de dilution» du moteur. Les nouvelles générations de turbosoufflante à fort taux de dilution, comportent également un réducteur de vitesse mécanique raccordé coaxialement entre l'arbre de sortie de la turbomachine et l'arbre du soufflante. De manière usuelle, le réducteur de vitesse, ou réducteur, a pour but de transformer la vitesse de rotation dite rapide de l'arbre de la turbomachine en une vitesse de rotation plus lente pour l'arbre entrainant la soufflante, permettant ainsi d'optimiser la vitesse de rotation de la turbomachine en conservant une vitesse de rotation de soufflante adapté. Cela permet en outre, d'augmenter l'efficacité propulsive et de diminuer le niveau de bruit du moteur. Afin d’améliorer davantage l’efficacité propulsive des turbosoufflantes à fort taux de dilution, il est envisageable d’utiliser une soufflante à faible rapport de pression, ayant un «FPR» (Fan Pressure Ratio en langue anglaise) inférieur à 1.4 voire inférieur. Le FPR exprimant le rapport entre la pression en amont et en aval de la soufflante. Il est connu de l’homme de métier que de telle soufflante à faible FPR améliorent sensiblement l’efficacité propulsive et permet donc des moteurs plus économes en carburant. La soufflante permettant le FPR le plus bas est la soufflante dit à rotor ouvert, c’est-à-dire une soufflante non caréné, mais ce dernier est toutefois difficile à intégrer sur un aéronef commercial en raison d’un diamètre de soufflante plus grand qu’une soufflante carénée et du non confinement des aubes de la soufflante qui peux poser des problèmes de sécurité et de certification. A poussée équivalente, la soufflante carénée permet un diamètre de soufflante plus petit que le rotor ouvert, mais nécessite généralement un FPR plus élevé, comme par exemple un FPR supérieur à 1.5, pour maintenir une marge de sécurité opérationnelle suffisante. En effet pour des raisons complexes et connues de l’homme de métier, une soufflante carénée n’a pas les mêmes caractéristiques de fonctionnement en croisière et au décollage, avec notamment des conditions de vitesse et de pression atmosphérique qui sont très différentes. Le moteur ne pouvant être optimisé que pour une seule phase de vol, généralement la phase de croisière, la soufflante carénée peut être sujet à des disfonctionnement au décollage si son FPR est trop bas. Des solutions ont été proposées dans l’art antérieur pour tenter d’avoir une soufflante à faible FPR tout en conservant une marge de sécurité opérationnelle suffisante. La soufflante à pas variable permet de contourner ce problème en ajustant le pas d’hélice aux conditions de vol. Cependant cette technologie est mécaniquement délicate et peut poser des problèmes de fiabilité non souhaité. Une autre technologie connue de l’homme de métier est la tuyère de soufflante à surface d’éjection variable, aussi appelée «VAFN» (variable area fan nozzle en langue anglaise). Le principe du VAFN est de faire varier l’aire, ou surface, de sortie du flux froid par l’intermédiaire d’un dispositif à géométrie variable laissant passer plus ou moins d’air. Ce dispositif permet ainsi d’ajuster la pression à l’intérieur du carénage en fonction des conditions de vol et permet de résoudre le problème de marge de sécurité rencontré avec une soufflante à faible FPR. Les systèmes VAFN imaginés dans l’art antérieur comme par exemple dans les publications US 10156205 B2 ou US 10174716 B2, ne sont cependant pas optimaux car ils sont généralement positionnés en périphérie du carénage, à son extrémité aval dans le sens d’écoulement des flux. Outre une surcomplexité technique et un surpoids engendré par un carénage intégrant un tel VAFN, l’aérodynamique très sensible du carénage est fortement dégradée par l’intégration dudit système, ce qui est très nuisible à l’efficacité propulsive du moteur. De plus, il est connu de l’homme de métier qu'un doublet de soufflantes contrarotatives, c’est-à-dire une soufflante composée de deux soufflantes tournant en sens opposé l’une de l’autre, permet d’une part une efficacité de propulsion plus grande qu’une seule soufflante tournant en sens unique, et est d’autre part est moins sensible auxdits disfonctionnements au décollage. Du fait de la forte tendance actuelle de recherche d'un moteur d'aéronef à très haute efficacité propulsive, il serait avantageux de pouvoir utiliser une telle soufflante à faible FPR, à soufflante unique ou à doublet contrarotatif, sans dégrader la performance aérodynamique de la nacelle. Les performances énergétiques et la fiabilité des moteurs d'avions commerciaux ayant un besoin constant d'améliorations, l'objectif de l'invention est de proposer un dispositif VAFN de tuyère de soufflante à surface d’éjection variable résolvant les problèmes précités de l’art antérieur. Pour ce faire, l'invention concerne selon son acceptation la plus générale, un dispositif VAFN de variation de la surface d’éjection d’une tuyère d’un flux froid circulant dans la veine d’air annulaire formée par les parois extérieures dudit dispositif VAFN, et de la paroi intérieure du carénage à géométrie non variable, d’une turbosoufflante à double flux, d'axe longitudinal de rotation X ; Ledit dispositif VAFN, globalement de forme annulaire d’axe de révolution X, est agencé à proximité de la soufflante, en aval de celle-ci, en encerclant la partie amont de la turbomachine de la turbosoufflante. Ledit dispositif VAFN est globalement constitué d’une paroi cylindrique, d’axe de révolution X, configurée pour être rattachée à un carter, fixe, de la turbosoufflante ; d’une une paroi conformée, d’axe de révolution X, coaxiale et radialement plus petite que ladite paroi cylindrique ; et d’au moins un vérin ou actionneur linéaire, configuré pour être rattaché a une extrémité, audit carter, et à l’autre extrémité, à ladite paroi conformée ; et est caractérisé en ce que ladite variation de ladite surface d’éjection est obtenue par la translation longitudinale, suivant l’axe X, de ladite paroi conformée du dispositif VAFN, par rapport à ladite paroi intérieure, fixe, du carénage de la turbosoufflante. Ladite paroi conformée, d’axe de révolution X et s’étendant suivant X, est globalement formée d’une courte paroi cylindrique, prolongée par une paroi conique se rétrécissant de ladite courte paroi cylindrique vers le carter extérieur de la turbomachine de la turbosoufflante. Dans le présent mode de réalisation de l’invention, ladite paroi cylindrique centre diamétralement ladite courte paroi cylindrique de la paroi conformée pour assurer un guidage longitudinal en translation suivant l’axe X, et ladite paroi conformée est entrainée en translation longitudinale suivant X, par au moins un vérin linéaire ou tout autre dispositif permettant une telle translation. Ledit au moins un vérin linéaire peut, par exemple, être un actionneur linéaire de type électrique ou hydraulique bien connu de l’homme de métier. En outre, dans une variante non limitative du mode de réalisation de l’invention, ledit au moins un vérin linéaire, peut assurer à la fois le guidage longitudinal et la translation suivant l’axe X, de ladite paroi conformée. Lorsque le au moins un vérin est en position rentré avec une longueur de tige réduite à une longueur L1, ladite paroi conique de la paroi conformée est éloignée de ladite paroi intérieure, fixe, du carénage, permettant ainsi une grande surface d’éjection, de valeur B1, correspondant à l’ouverture maximal de ladite tuyère. Inversement, lorsque le au moins un vérin est en position sorti avec une longueur de tige augmentée à une longueur L2, plus grande que ladite longueur L1, ladite paroi conique de la paroi conformée est alors rapprochée de ladite paroi intérieure, fixe, du carénage, restreignant ainsi la surface d’éjection à une valeur B2, plus petite que B1, correspondant à l’ouverture minimale de ladite tuyère d’éjection du flux froid. Dans un exemple non limitatif de réalisation de la présente invention, ladite paroi conformée est formée par une pluralité de plaque conformée s’emboitant entre-elles, par exemple, par un ensemble de tenon-mortaise aménagés sur leur bords et/ou par vissage ou tout autres moyens permettant l’assemblage entre-elles desdites plaque conformée. La présente invention concerne en outre une turbosoufflante d'aéronef caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques, détails, buts, et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d’un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. DESCRIPTION DES FIGURES Sur ces dessins : - FIG. 1 est une vue générale en demie coupe longitudinale d'un exemple d'architecture de turbosoufflante double flux à soufflante contrarotative réductée incorporant le dispositif suivant l’invention - FIG. 2 est une vue générale en demie coupe longitudinale d'un second exemple d'architecture de turbosoufflante double flux à soufflante simple incorporant le dispositif suivant l’invention - FIG. 3 est une vue de détail avant selon les figures (1) ou (2), suivant une première position B1 du dispositif VAFN, correspondant à l’ouverture maximale de la surface d’éjection de la tuyère - FIG. 4 est une vue de détail avant selon les figures (1) ou (2), suivant une seconde position B2 du dispositif VAFN, correspondant à l’ouverture minimale de la surface d’éjection de la tuyère - FIG. 5 est une vue de détail isométrique selon la figure (3) d’un exemple de réalisation de l’invention - FIG. 6 est une vue de détail isométrique selon la figure (4) d’un exemple de réalisation de l’invention - FIG. 7 est une vue isométrique éclatée du dispositif VAFN selon les figures (5) et (6) Sur la FIG. 1 est représentée un exemple non limitatif de turbosoufflante (10) à double flux, caréné, incorporant une soufflante contrarotative réductée, comprenant d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des flux (A ;B), un réducteur (5) entrainant les soufflantes S et S’, et une turbomachine (2) comportant, un compresseur basse pression (2a), un compresseur haute pression (2b), une chambre de combustion (2c), une turbine haute pression (2d), une turbine basse pression (2e) et une tuyère d'échappement (2f). Le compresseur haute pression (2b) et la turbine haute pression (2d) sont reliés par un arbre haute pression (3). Le compresseur basse pression (2a) et la turbine basse pression (2e) sont reliés par un arbre basse pression (4). Le réducteur (5) est positionné en partie amont de la turbosoufflante (10) et est rattaché à un carter (8) assimilable à un élément du stator de la turbosoufflante (10). L’arbre basse pression (4) de la turbomachine (2) entraine en rotation le réducteur (5). La FIG. 2 représente un second exemple non limitatif de turbosoufflante (10) à double flux, caréné, incorporant une soufflante à soufflante simple S, non réductée, directement entrainée en rotation par l’arbre basse pression (4) de la turbomachine (2). Les axes de l’arbre haute pression (3), de l’arbre basse pression (4) et de la soufflante S;S’ sont sensiblement confondu avec l'axe de rotation X de la turbosoufflante (10). Ledit carter (8) est rattaché à un carénage (11) de la turbosoufflante (10) par l'intermédiaire d'une pluralité de rayons profilés (9). Comme illustré sur les figures 1 à 4, Le flux d’air aspiré par la soufflante S;S’ est, à son extrémité aval, divisé en deux flux A et B. Un flux d’air A entrant dans la turbomachine (2) et un flux d’air B, dit « flux froid » circulant dans la veine d’air formée par la paroi extérieure (2g) de la turbomachine (2) d’une part et la paroi intérieure (11a), fixe, du carénage (11). Afin de faire varier la surface d’éjection de la tuyère en sortie du flux froid B à l’extrémité aval du carénage (11), c’est-à-dire faire varier la surface d’éjection (12) de ladite veine d’air, sans modifier la géométrie du carénage (11) ; un dispositif VAFN (6) selon l’invention permet d’augmenter à une valeur B1 ou de réduire à une valeur B2, ladite surface d’éjection (12), permettant ainsi un passage plus ou moins étroit du flux froid B, entre ledit dispositif VAFN (6) et ladite paroi intérieure (11a), fixe, d’axe de révolution X, du carénage (11). Le dispositif VAFN (6) est globalement constitué d’une paroi conformée (20), d’axe de révolution X, ici appelé « nozzle » globalement formée par une courte paroi cylindrique (20a), prolongée par une paroi conique (20b), d’axe X ; et d’une paroi cylindrique (7), d’axe de révolution X, encerclant la turbomachine (2) et rattachée au carter (8) fixe, guidant longitudinalement en translation ledit nozzle (20), ladite courte paroi cylindrique (20a) étant diamétralement centrée et coulissant suivant l’axe X, à l’intérieur de ladite paroi cylindrique (7). Le nozzle (20) étant en outre entrainée en translation longitudinale suivant X, par au moins un vérin linéaire (25) ou tout autre dispositif permettant ladite translation du nozzle (20). Le au moins un vérin (25) peut par exemple être un actionneur de type linéaire électrique ou hydraulique bien connu de l’homme de métier. Dans une variante non représentée de l’invention, ladite paroi cylindrique (7) ne guide pas en translation ladite paroi cylindrique (20a) du nozzle (20), et ledit au moins un vérin linéaire (25) assurant à la fois le guidage longitudinal et la translation suivant l’axe X, dudit nozzle (20). Comme représenté sur les figures 3 et 5, Le au moins un vérin (25), rattaché à une extrémité au bâti fixe correspondant au stator de la turbomachine (2), et rattaché à l’autre extrémité au nozzle (20), est en position rentré, avec une longueur de tige réduite à une longueur L1, éloignant la paroi conique (20b) du nozzle (20) de la paroi intérieure (11a) du carénage (11), ouvrant ainsi ladite tuyère, en augmentant la surface d’éjection (12) à une valeur B1. En position inverse, tel que représenté sur les figures (4) et (6), le au moins un vérin (25) est en position sorti, avec une longueur de tige augmentée à une longueur L2, plus grande que la longueur L1, rapprochant la paroi conique (20b) du nozzle (20) de la paroi intérieure (11a) du carénage (11), fermant ainsi ladite tuyère, en réduisant la surface d’éjection (12) à une valeur B2. La translation du nozzle (20) suivant l’axe X permet une variation de la surface d’éjection (12), sans modification de la géométrie du carénage (11), permettant ainsi de pouvoir réguler la pression dans la veine d’air du flux froid B, sans dégrader les performances aérodynamiques dudit carénage (11). En se réfèrent aux figures 5 à 7, Dans un exemple non limitatif de réalisation, le nozzle (20) est formé d’une pluralité de plaque conformée (21) s’emboitant entre-elles pour former ledit nozzle (20). Lesdites plaques (21) peuvent par exemple être réalisée en fonderie, en plaque de métal embouties, ou encore moulées en matériaux composites, et disposer, par exemple, d’ensemble tenon-mortaise (21a;21b) et/ou de vis d’assemblage sur leur bords adjacent, afin de se tenir mutuellement entre elles une fois assemblées ensemble. Ladite courte paroi cylindrique (20a) du nozzle (20) est ajustée diamétralement afin d’être centrée sur une surface de glissement (7a) de la paroi cylindrique (7). Une pluralité de vérin (25), en nombre par exemple identique à la pluralité de plaque (21), peut, par exemple, être rattaché audites plaque (21) à l’extrémité de leur tige mobile (25a), via un trou aménagé dans la plaque conformée (21) et un écrou de fixation. Dispositif VAFN (6) de variation d’une surface d’éjection (12) d’une tuyère d’un flux froid B, circulant dans une veine d’air formée par les parois extérieures dudit dispositif VAFN (6), et d’une paroi intérieure (11a) d’un carénage (11) à géométrie non variable, d’une turbosoufflante (10) à double flux, d'axe longitudinal de rotation X ; Ledit dispositif VAFN (6), étant agencé à proximité de la soufflante S, en aval de celle-ci, en encerclant la partie amont d’une turbomachine (2) de la turbosoufflante (10), et globalement constitué : d’une paroi cylindrique (7), d’axe de révolution X, configurée pour être rattachée à un carter (8), fixe, de la turbosoufflante (10) ; d’une une paroi conformée (20), d’axe de révolution X, coaxiale et radialement plus petite que ladite paroi cylindrique (7) ; et d’au moins un vérin linéaire (25), configuré pour être rattaché a une extrémité, audit carter (8), et à l’autre extrémité, à ladite paroi conformée (20) ; est caractérisé en ce que ladite variation de ladite surface d’éjection (12) est obtenue par la translation longitudinale, suivant l’axe X, de ladite paroi conformée (20) du dispositif VAFN (6), par rapport à ladite paroi intérieure (11a), fixe, du carénage (11). Dispositif VAFN (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi conformée (20), d’axe de révolution X et s’étendant sur X, est globalement formée par une courte paroi cylindrique (20a), prolongée par une paroi conique (20b) se rétrécissant de ladite courte paroi cylindrique (20a) vers un carter extérieur (2g) de la turbomachine (2) de la turbosoufflante (10). Dispositif VAFN (6) selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite paroi cylindrique (7) centre diamétralement ladite courte paroi cylindrique (20a) de la paroi conformée (20) pour assurer un guidage longitudinal en translation suivant l’axe X. Dispositif VAFN (6) selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite paroi conformée (20) est entrainée en translation longitudinale suivant X, par au moins un vérin linéaire (25) ou tout autre dispositif permettant une telle translation. Dispositif VAFN (6) selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que, en variante, ledit au moins un vérin linéaire (25) assure à la fois le guidage longitudinal et la translation suivant l’axe X, de ladite paroi conformée (20). Dispositif VAFN (6) selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lorsque le au moins un vérin (25) est en position rentré, avec une petite longueur de tige L1, ladite paroi conique (20b) de la paroi conformé (20) est éloignée de ladite paroi intérieure (11a) du carénage (11), la surface d’éjection (12) ayant une valeur B1. Dispositif VAFN (6) selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que lorsque le au moins un vérin (25) est en position sorti, avec une longueur de tige L2 plus grande que ladite longueur L1, ladite paroi conique (20b) de la paroi conformée (20) est rapprochée de ladite paroi intérieure (11a) du carénage (11), la surface d’éjection (12) étant réduite à une valeur B2, plus petite que B1. Dispositif VAFN (6) selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit au moins un vérin linéaire (25) est un actionneur linéaire de type électrique ou hydraulique Dispositif VAFN (6) selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite paroi conformée (20) est formée d’une pluralité de plaque conformée (21) s’emboitant entre-elles par un ensemble de tenon-mortaise (21a;21b) aménagés sur leur bords et/ou par vissage ou tout autres moyens permettant l’assemblage entre-elles desdites plaque conformée. Turbosoufflante d'aéronef caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes