FR2651020A1 - Tuyere d'echappement a transition integrale et section convergente - Google Patents

Abstract

Une tuyère d'échappement à fonctions multiples, de faible poids, comporte un carter de transition 30 de courte longueur, au contour particulier, et deux volets convergents 20 au contour correspondant. Le changement de la section transversale du trajet d'écoulement pour passer d'une section de forme circulaire à une section de forme rectangulaire se produit en partie dans le carter de transition et en partie entre les deux volets de sorte que la section de transition de la tuyère est intégrée dans la section convergente. Les volets sont montés en pivotement dans la tuyère de sorte que les gaz d'échappement qui les frappent produisent des moments d'opposition autour de l'axe de pivotement de l'arbre du volet, d'où la réduction de la charge à laquelle les actionneurs des volets sont soumis. Application aux turboréacteurs.

Description

La présente invention concerne des tuyères

d'échappement rectangulaires pour moteurs d'avion à turbo-

réacteur et, plus particulièrement, un carter de transition

compact et léger qui relie une tuyère d'échappement rectan-

gulaire à un carter de moteur cylindrique.

La manoeuvrabilité des avions modernes à turbo-

réacteurs de hautes performances est sensiblement améliorée lorsqu'on élargit les possibilités offertes par la tuyère d'échappement du moteur au-delà de sa fonction classique

d'accélération du jet de manière à incorporer une possibi-

lité de déviation de ce jet. La déviation du jet dans la tuyère d'échappement du moteur peut. permettre des manoeuvres plus rapides de l'avion à des vitesses en vol plus faibles

que cela ne peut être obtenu avec les gouvernes classiques.

De plus, une possibilité d'inversion de la poussée incor-

porée dans la tuyère d'échappement peut permettre à un avion de décélérer rapidement lors de l'atterrissage, d'o la réduction de la distance de roulement au sol pour satisfaire

les conditions d'un atterrissage court.

On désigne par tuyères d'échappement à fonctions multiples les tuyères d'échappement pouvant exécuter des fonctions supplémentaires de cette sorte. En figures 1 à 6 on représente schématiquement un exemple typique d'une tuyère d'échappement classique à fonctions multiples. On - 2 appelle souvent tuyère à deux dimensions (2D) les tuyères d'échappement du type représenté en figure 1, lesquelles

présentent une section transversale sensiblement rectangu-

laire. On préfère ces tuyères pour des applications à fonc-

tions multiples car, contrairement aux tuyères axisymé- triques, de section transversale ronde, les volets articulés peuvent être actionnés différentiellement comme cela est représenté en figure 1, d'o il résulte la déviation du gaz d'échappement pour procéder à une manoeuvre rapide dans le

sens du tangage de l'avion.

Les tuyères d'échappement pour les moteurs à poussée augmentée tablent sur le pivotement, ou rotation, de volets articulés (10) pour faire varier sélectivement la surface de la section transversale de la tuyère en fonction des besoins. Les tuyères 2D comprennent quatre surfaces larges, sensiblement plates, formées par deux volets mobiles

(10) ou plus et deux parois latérales fixes (12), par rap-

port aux douze volets étroits ou plus qu'on utilise sur les tuyères axisymétriques classiques. Bien que l'aire totale de la surface des volets soit semblable pour chaque type de

tuyère, les tuyères 2D ont tendance à avoir un poids supé-

rieur à celui des tuyères axisymétriques.

Lors des conditions d'un vol normal en croisière, les volets (10) sont orientés symétriquement comme on le voit en figure 3. Contrairement aux tuyères axisymétriques, les volets (10) fonctionnant entre les deux parois latérales fixes (12) peuvent être fermés, comme représenté en figure

4. Cela a pour effet de bloquer l'écoulement du gaz d'échap-

pement de sorte que ce gaz est déchargé par l'intermédiaire de tuyères d'échappement auxiliaires (14) dirigées *vers

l'avant pour produire un poussée inversée.

Alors que les avantages en matière de performances des tuyères 2D sont importants, celles-ci ont un poids supérieur à celui des tuyères axisymétriques classiques. A cause de cet inconvénient inhérent du au poids, tout le

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- 3 - potentiel des tuyères 2D en matière de performances n'a pas été exploité jusqu'ici. La réduction du différentiel du poids entre tuyères axisymétriques (section circulaire) et tuyères 2D est par conséquent des plus souhaitables pour obtenir une meilleure propulsion de la part de l'avion. Un facteur important dans l'excès de poids d'une tuyère 2D par rapport à une tuyère axisymétrique concerne le poids du carter de transition de la tuyère 2D. Le carter de transition, de forme circulaire dans sa section transversale

à son extrémité antérieure, passe régulièrement à une sec-

tion de forme rectangulaire à son extrémité postérieure. A la lumière de ce changement de la configuration du trajet d'écoulement, les sections prises à travers le carter de transition d'une tuyère 2D sont généralement non circulaires et par conséquent, on ne peut s'opposer à la charge due à la pression interne du gaz par une charge de traction simple, efficace, comme cela est le cas du carter d'une tuyère axisymétrique. Par opposition à un carter rectangulaire, un

carter cylindrique, tel qu'utilisé avec une tuyère axisymé-

trique, peut avoir une construction très légère avec peu de

nervures, voire aucune, grâce à la distribution peu compli-

quée de la charge symétrique. Le carter de transition d'une tuyère 2D nécessite, par comparaison, de nombreuses nervures supportant la peau d'une conduite relativement plus épaisse, comme cela est nécessaire pour réagir aux moments de flexion des panneaux, moments dus au contour non circulaire du carter. La différence dans le traitement structurel des forces dues aux pressions internes, c'est-à-dire de la

simple traction périphérique dans le cas d'un carter cylin-

drique par rapport à la flexion d'un carter de transition 2D, est la cause fondamentale de la différence importanrte de

poids entre tuyère axisymétrique et tuyère 2D.

Un autre inconvénient dont souffrent les tuyères 2D est leur incompatibilité aérodynamique inhérente avec leur emploi dans un avion à un seul moteur. Bien que la -4- section transversale rectangulaire carar éristique des tuyères 2D typiques puisse être régulièrement intégrée dans les contours d'un avion à moteurs jumelés, dans le cas d'un

avion à un seul moteur ayant un fuselage de section trans-

versale généralement circulaire, la tuyère à deux dimensions avec sa section transversale rectangulaire ne peut se fondre facilement dans les contours du fuselage en forme d'arc pour produire une faible traînée arrière. Compte tenu de la manoeuvrabilité en vol et d'autres avantages présentés par les tuyères 2D, il existe un besoin pour une réalisation perfectionnée d'un carter de transition léger qui soit généralement compatible avec les contours d'un avion à un

seul moteur.

On a développé la présente invention dans le but de satisfaire les besoins venant d'étre exposés et celle-ci

a par conséquent comme objet principal un carter de transi-

tion 2D de faible poids pour une tuyère d'échappement de

moteur à réaction.

La présente invention a pour autre objet de ré-

duire la force d'actionnement requise pour déplacer un volet convergent à l'encontre de la contre-force exercée par

l'écoulement des gaz d'échappement.

La présente invention a aussi pour objet d'amé-

liorer la comptabilité du contour de montage d'un carter de

transition 2D avec les contours d'un moteur à un seul moteur.

La présente invention a encore pour objet de refroidir efficacement les volets des tuyères convergente et

divergente via un système étanche de distribution de réfri-

gérant. On atteint ces objets ainsi que d'autres -objets de la présente invention avec des volets convergents qui sont

profilés de façon qu'une partie de la transition circu-

laire-rectangulaire du trajet d'écoulement se produise dans la tuyère convergente, d'o la réduction de la longueur du carter de transition en amont de la tuyère et une diminution

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- 5 - correspondante du poids du carter. Le contour extérieur de la tuyère passe à l'arrière d'une forme ronde à une forme polygonale et à une forme rectangulaire à l'extrémité du volet extérieur, fournissant un contour continu qui est particulièrment bien adapté aux installations à un seul

moteur, bien qu'également avantageux dans le cas des instal-

lations à moteurs jumelés. La force agissant sur la surface de la tuyère et la puissance requise sont réduites par un moment de contre-équilibrage dû à la géométrie du contour du

volet convergent.

Le poids, la déviation sous l'effet des charges, et la déformation du contour en surface de l'enveloppe de la cavité d'équilibrage des pressions critiques sont maîtrisés

par une construction de panneaux en sandwich avec des pou-

trelles de raidissement. Les fuites dans la cavité d'équi-

librage des pressions sont contrôlées par un joint à haute excursion monté sur l'arbre des volets convergents pour venir en contact avec la surface de ladite enveloppe. Le joint à haute excursion suit les déviations de l'enveloppe et est constitué d'un composite carbone-carbone pour obtenir un faible coefficient de frottement, une longue durée de

vie, un poids faible et une bonne concordance.

Les arbres creux des volets convergents servent de chambres pour réfrigérant de manière à fournir celui-ci aux volets convergents et divergents dans toutes les positions

des volets de la tuyère.

La suite de la description se rapporte aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue en perspective d'une tuyère d'échappement à fonctions multiples, à deux dimensions, selon la technique antérieure, figure 2, une vue schématique d'une tuyère d'échappement à deux dimensions de la technique antérieure,

actionnée différentiellement pour dévier le gaz d'échappe-

ment dans la direction du bas;

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-6- figure 3, une vue schématique de la tuyère d'échappement à deux dimensions de la figure 2, actionnée pour un fonctionnement en vol de croisière; figure 4, une vue schématique de la tuyère à deux dimensions de la figure 2, actionnée de façon à produire une inversion de la poussée en déviant l'écoulement dans des tuyères auxiliaires d'échappement:

figure 5, une vue schématique en coupe longitu-

dinale d'une tuyère d'échappement à deux dimensions selon la technique antérieure; figure 6, une vue schématique de la superposition

des sections A-A et B-B de la figure 5.

figure 7, une vue schématique de la superposition des sections B-B et C-C de la figure 8;

figure 8, une vue schématique en coupe longitu-

dinale d'une tuyère d'échappement à deux dimensions de courte longueur, selon la présente invention; figures 9, 10 et 11, des vues schématiques en

coupe axiale du mouvement d'un volet de la tuyère d'échappe-

ment de la présente invention, dans lesquelles la figure 9 représente la configuration pour la poussée maximum, la figure 10 la configuration pour un vol normal en croisière

et la figure 11 une configuration de déviation de l'écoule-

ment pour un fonctionnement avec poussée inversée ou jet de sustentation; figure 12, une vue schématique en coupe axiale de

la tuyère d'échappement à deux dimensions, à surface va-

riable, selon la présente invention, représentant les vérins des volets et les biellettes reliant les vérins aux-volets; figure 13, une vue en perspective d'une tuyère d'échappement à deux dimensions, au contour régulier, selon la présente invention; figure 14, une vue en perspective d'un volet d'une paire de volets convergents incorporés dans la tuyère de la présente invention; - 7 - figures 15 et 16, des vues en coupe axiale d'une tuyère d'échappement à deux dimensions selon la présente invention, représentant en détail la liaison entre les

volets et indiquant en outre les. détails du joint de con-

trale des fuites et de l'enveloppe du joint; figure 18, une vue schématique de la réalisation d'un volet convergent plat de tuyère d'échappement de la technique antérieure; figure 19, une représentation graphique d'une zone sous pression du volet convergent plat classique de grande longueur de la figure 18; figure 20, une vue schématique du volet convergent profilé de la présente invention, décrit dans là position ouverte et dans la position fermée, positions analogues à celles représentées en figure 18; figure 21, un graphique représentant la zone sous pression du volet convergent profilé de courte longueur de la figure 20, et indiquant en outre une zone d'équilibrage de la pression qui permet de réduire le moment de la charge due à l'air; figure 22, une vue en perspective d'une tuyère à deux dimensions de la technique antérieure pour un seul moteur; figure 23, une vue en perspective d'une tuyère à

deux dimensions pour un seul moteur selon la présente inven-

tion; figure 24, une vue schématique en coupe axiale d'un système de refroidissement d'un volet de tuyère d'échappement selon la présente invention, coupe prise le long de la ligne E-E de la figure 25; figure 25, une vue ne coupe prise le long de la

ligne D-D de la figure 24.

Dans les différentes figures des dessins, les

mêmes références désignent des parties identiques.

Les tuyères d'échappement classiques à deux dimen-

-8- sions sont généralement basées sur la configuration du trajet d'écoulement représenté en figures 5 et 6. On a représenté schématiquement cette configuration autour d'un axe 18 et, pour simplifier, on n'a décrit que la moitié supérieure de ce trajet d'écoulement symétrique. Des volets convergents 20 et des volets divergents 22 sont réalisés

sous forme d'éléments plats.

La section transversale 23 du trajet d'écoulement convergent, prise le long de la ligne A-A de la figure 5 a la charnière 24 du volet convergent, est rectangulaire, alors que la section transversale 25 prise le long de la ligne B-B du carter d'échappement 32 est circulaire. Comme on le voit dans la superposition de ces sections en figure 6, il y a une désadaptation géométrique considérable entre les sections transversales rectangulaire et cylindrique 23, 25. Ce manque d'adaptation impose l'interposition d'un conduit de transition 26 ayant une longueur L, entre les sections A-A et B-B, suffisante pour obtenir une géométrie du trajet interne d'écoulement qui soit continue et qui limite les variations de l'angle d'écoulement à des valeurs suffisamment progressives pour assurer que l'écoulement ne se séparera pas des parois de la tuyère et par conséquent

qu'il ne se formera pas des turbulences. De telles sépara-

tion et turbulences sont inacceptables car cela réduirait le rendement de la tuyère et annihilerait l'efficacité du refroidissement par film fluide dont dépendent les parois métalliques pour être protégées contre le gaz de propulsion

chaud en circulation.

Comme on l'a noté précédemment, on doit construire un tel carter de transition de grande longueur en matériau

épais à cause de sa charge de flexion, de sa traction non-

périphérique, qu'on renforcera avec des nervures de manière à contenir le gaz pressurisé d'échappement. Ce renforcement structurel est la source principale du problème de poids -9-

qu'on rencontre avec les tuyères classiques à deux dimen-

sions. Les figures 7 et 8 représentent schématiquement la moitié supérieure de la réalisation du trajet d'écoulement dans un carter de transition pour une tuyère 2D de section rectangulaire qui élimine le poids excessif du carter de transition. On remarquera que le terme "2D" tel qu'il est utilisé ici, ainsi que le terme "rectangulaire" doivent s'entendre par "presque rectangulaire' ou "sensiblement rectangulaire" et qu'une tuyère 2D a pour objet de produire un écoulement sensiblement 2D, mais pas nécessairement un écoulement à 100% 2D. Une réalisation du trajet d'écoulement semblable à celle des figures 7 et 8 est fournie sur la

moitié inférieure du trajet d'écoulement (non représentée).

La comparaison de la réalisation classique du trajet d'écoulement de la figure 5 et de la réalisation perfectionnée du trajet d'écoulement de la figure 8 montre

que, dans la présente invention, on utilise approximative-

ment la même longueur L de la transition axiale que dans les réalisations classiques pour obtenir un écoulement interne non perturbé. Il faut une certaine longueur de transition L pour fournir un temps suffisant au carburant pour qu'il

brGle convenablement avant de quitter la tuyère.

Bien que les longueurs hors-tout des tuyères

d'échappement des figures 5 et 8 soient sensiblement iden-

tiques, la longueur axiale du carter de transition de la figure 8 peut être réduite par rapport à celle de la figure et on peut utiliser un matériau beaucoup plus léger et d'un coût plus faible en aval du carter de transition de courte longueur de manière à réduire le poids total de la

tuyère tout en fournissant une longueur de tuyère équiva-

lente. Plus précisément, la partie fixe de courte longueur du carter de transition 30 est constituée d'un matériau relativement.épais afin de fournir le renforcement et la résistance mécanique nécessaires pour réagir contre les

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forces exercées par le gaz d'échappement Cependant, le matériau des volets convergents 20, du carter de la tuyère et des parois contiguës et en aval des volets convergents peut être un matériau léger, au lieu du matériau lourd du carter de transition qu'on utilise dans les réalisations de

la technique antérieure.

Une caractéristique importante de la réalisation de la présente invention est la terminaison de la transition du trajet interne d'écoulement au droit du col 28 de la tuyère au lieu de la charnière 24 du volet convergent. La transition se produit en figure 8 partiellement dans le volet profilé 20 de la tuyère convergente et partiellement dans une partie renforcée, beaucoup plus courte, du carter de transition de poids plus faible, qui est fixée au carter cylindrique 32 de l'échappement du moteur. Le carter

de transition 30 présente une section transversale circu-

laire à son extrémité antérieure contiguë au carter cylin-

drique 32 d'échappement et une section transversale poly-

gonale, non rectangulaire, à son extrémité postérieure

contiguë au volet convergent 20.

Cette transition modifiée est obtenue en profilant le volet convergent 20 et son arbre de support 34 comme cela est représenté en figures 7 à 16. La partie antérieure du volet convergent 20, ainsi que les parois latérales 12 et un

arbre inférieur (non représenté) du volet convergent défi-

nissent une section polygonale, non rectangulaire pour le trajet d'écoulement, contiguë à la partie antérieure du carter de transition 30. Les sections transversales de l'extrémité postérieure du carter de transition 30 et de la partie postérieure du volet convergent 20 sont étroitement adaptées pour fournir une transition sensiblement continue pour le trajet d'écoulement. Cette réalisation fournit une intégration de la section de transition de la tuyère dans sa

section convergente grace à l'utilisation d'un volet conver-

gent à fonction double qui agit en partie en élément du

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carter de transition.

On remarquera en ré-examinant les figures 6, 7 et 14 que l'arbre 34 du volet, dont la fonction est analogue à celle de la charnière 24, n'est pas rectiligne comme dans le cas de la charnière, mais est non linéaire avec une partie centrale ayant la forme d'un arc. Ce contour en forme d'arc de l'arbre 34 du volet et le contour correspondant du volet convergent 20 fournissent un contour 27 pour le trajet d'écoulement (suivant la ligne C-C en figure 8) qui se rapproche mieux du contour du conduit cylindrique suivant la section B-B du carter 32 d'échappement du moteur. Cette meileure conformité des sections C-C et B-B par rapport aux sections A-A et B-B, comme on peut le mieux l'apprécier en comparant les figures 6 et 7, permet l'emploi d'un carter de

transition de courte longueur axiale, de faible poids.

Les figures 9 à 11 représentent le mouvement des volets supérieurs de la tuyère alors que le volet convergent supérieur 20 est animé d'un mouvement de rotation autour de son axe 36 au cours d'une marche à fonctions multiples. Le bord inférieur 33 du volet convergent 20 ainsi que la partie centrale 35 de ce volet sont dessinés dans trois positions séparées en figures 9, 10 et 11. On a également représenté dans ces figures les positions correspondantes du volet

divergent 22 et du volet extérieur 38.

En figure 9, la tuyère est largement ouverte pour donner la poussée maximum, alors que la figure 10 représente la position de la tuyère lors d'un vol normal de croisière et que la figure 11 montre la tuyère dans sa position de déviation de l'écoulement pour la marche avec inversion de la poussée ou avec jet de sustentation. Les mouvements relatifs du volet convergent 20, du volet divergent 22 et du volet extérieur 38 sont coordonnés grace à un système' de biellettes qu'on décrit ci-dessous. Une représentation simplifiée de ce système de biellettes est donnée en figures 9 à 11l, dans lesquelles le volet divergent 22 coordonne le

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mouvement entre le volet convergent 20 et le volet extérieur

(38) via un joint à rotule 37 et un joint coulissant 41.

La figure 12 représente les détails du mécanisme d'actionnement des volets de la tuyère. Un actionneur 40 des volets de la tuyère convergente est relié à une biellette 42 de cette tuyère et un actionneur 44 des volets de la tuyère

divergente est connecté à une biellette 46 de cette tuyère.

L'actionneur 40 peut avoir la forme d'un piston hydraulique ayant un arbre 45 relié à des organes de liaison pivotants

47 et 49 de la biellette 42.

L'organe de liaison 49 est connecté en pivotement à un bras (51) de pivotement du volet, alors que l'organe de liaison 47 est relié d'une façon similaire à un bras de levier correspondant du volet convergent inférieur 20 (non

représenté). L'actionneur 44 du volet divergent peut égale-

ment avoir la forme d'un piston hydraulique ayant un arbre 39 connecté à une extrémité d'un organe de liaison pivotant

53. L'autre extrémité de l'organe de liaison 53 est connec-

tée en pivotement à un bras pivotant 55 monté sur la paroi

latérale 12.

L'emplacement relatif et l'agencement du volet

convergent profilé 20 par rapport à la configuration d'en-

semble de la tuyère est représenté en figure 13. Le volet convergent 20 est en outre représenté avec son arbre 34 en figure 14 dans une vue en perspective d'artiste pour la rendre plus claire. Le volet convergent 20 à trois c8tés, en forme d'écope, est connecté rigidement à l'arbre 34 de sorte qu'une partie extérieure 20a du volet s'étend radialement vers l'extérieur de l'axe de pivotement 36 de l'arbre et qu'une partie intérieure 20b du volet s'étend radialement vers l'intérieur de cet axe. La flèche 61 indique le sens

dans lequel la force d'actionnement est appliquée par l'ac-

tionneur 40.

Les figures 15 et 16 représentent respectivement la tuyère dans sa position de déviation de l'écoulement et

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dans sa position de poussée maximum. Ces positions consti-

tuent les extrêmes du mouvement du volet. La coordination du mouvement entre le volet convergent 20, le volet divergent 22 et le volet extérieur 38 s'apprécie le mieux en comparant les figures 15 et 16. Alors que l'actionneur 44 du volet divergent (figure 12) fait tourner le bras de pivotement 55 via l'organe de liaison 53, un second bras de pivotement 57

qui est connecté à une fente 63 ménagée dans le volet diver-

gent 22 via le joint coulissant 59, provoque la rotation du

volet divergent autour du joint 37.

Un joint 48 de contr8le de l'étanchéité de la charnière du volet est fixé à l'arbre 34 et vient en contact

avec une enveloppe d'étanchéité 50 qui a le profil de l'ar-

bre 34 pour réaliser une étanchéité efficace et éviter la perte du gaz de propulsion. Compte tenu de la haute pression exercée sur l'enveloppe 50 et de l'importance d'avoir une surface intérieure lisse pour un contact intime, l'enveloppe est une construction 52 de panneaux en sandwich comme on le voit en figure 17 et est maintenue à ses bords arrière et

avant par des poutrelles de support 54 et 56, respective-

ment. Les poutrelles de support 54, 56 sont à leur tour assujetties rigidement aux parois latérales fixes 12 de la tuyère. L'enveloppe 50 ainsi que les poutrelles 54 et 56 recouvrent toute la largeur de la tuyère, soit 75 cm ou plus

pour un moteur typique. La déviation élastique de ces élé-

ments sous l'effet de la pression peut atteindre. de 6 à 12

mm. Pour tenir compte d'une telle déviation, le joint d'é-

tanchéité 48, joint à excursion élevée, peut suivre les déviations de l'enveloppe 50 en forme d'arc, ce qui assure

une maîtrise effective des fuites.

Comme on le voit en figure 17, le joint 48 est guidé par un organe 58 de retenue de joint, et est soumis à une charge préalable et sollicité vers l'extérieur par un ressort à lame 60. Le joint 48 est réalisé en composite

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carbone-carbone. Ce composite fournit la combinaison unique d'un faible coefficient de frottement, d'une longue durée de

vie, d'un faible poids, et d'une bonne concordance.

L'arbre profilé 34 avec l'enveloppe d'accouplement 50 confère un avantage supplémentaire en termes de moment réduit de la charge d'air pour le volet de la tuyère, ce qui provoque la réduction de la force d'actionnement exigée de l'actionneur 44 du volet convergent (figure 12). Cette

réduction de la force d'actionnement est représentée schéma-

tiquement en figures 18, 19, 20 et 21, qui montrent, tant pour le volet classique (plat) que pour le volet profilé de la présente invention, l'effet sur le moment de la charge d'air et la force directement concernée qui est nécessaire pour actionner les volets et obtenir une surface variable

pour la tuyère.

En figures 19 et 21, les zones hachurées représen-

tent les surfaces sous pression qui agissent autour de l'axe 36. Ces zones représentent les charges à surmonter par les actionneurs 40 des volets convergents. En figure 21, l'axe 36 de l'arbre du volet convergent est placé plus près de l'axe 18 du moteur qu'en figure 19. Ce rapprochement de

l'axe 36 réduit non seulement la surface chargée mais éga-

lement le bras du moment, ce qui se traduit par une réduc-

tion importante de la force d'actionnement du volet. La

diminution du bras du moment est rendue possible en rédui-

sant la longueur X du volet classique 20 (Fig. 18) à la longueur Y plus courte selon la présente invention, comme

représenté en figure 20.

La figure 21 représente une zone hachurée 64 en forme de trapèze, située au-dessus de l'axe 36. La zone'64 qui est une projection de la partie 20a du volet (figure 14) a, comme limite supérieure, le joint d'étanchéité 48 qui est en contact avec l'enveloppe 50. Le moment produit par le gaz d'échappement sur cette surface au-dessus de l'axe 36 a un sens opposé à celui produit au-dessous de l'axe 36 qui

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correspond à la surface projetée de la partie 20b du volet.

Ce décalage des moments réduit le moment total de la charge

d'air agissant sur le volet de la tuyère.

Sur un moteur typique, la caractéristique d'équi-

librage des pressions réduit le moment de la charge d'air et donc la force d'actionnement nécessaire à seulement 37% environ de la force requise pour l'agencement- classique représenté en figures 18 et 19. Par exemple, le moment de la charge d'air produit par la réalisation de la figure 18 pourun volet classique plat peut atteindre 2890 m-kg, alors que le moment de la charge d'air correspondant qui est produit

par la réalisation de la figure 20 n'est que de 1060 m-kg.

Alors que la section transversale rectangulaire caractéristique d'une tuyère typique à deux dimensions peut être généralement intégrée régulièrement dans les contours d'un avion à moteurs jumelés, cela n'est pas le cas avec un

avion à un seul moteur ayant un fuselage généralement circu-

laire. La figure 22 montre l'incompatibilité des contours

qui est résulte. Par comparaison, la tuyère à deux dimen-

sions représentée en figure 23 dans son contour externe

rendu polygonal, se fond très régulièrement dans les con-

tours de l'avion comme on peut le voir facilement en compa-

rant les deux réalisations. Cette fonte régulière du contour de la tuyère d'échappement dans l'enveloppe de l'avion se traduit par une traïnée plus faible et par conséquent par de

meilleures performances.

Pendant le fonctionnement en post-combustion, la

surface ouverte de la tuyère est importante, comme le mon-

trent les figures 9 et 24. Dans cette position, le volet convergent 20 est bien en alignement avec la garniture 66 du conduit de sorte qu'on peut utiliser le refroidissement classique par film fluide. Cela implique l'injection d'air de refroidissement par l'intermédiaire des fentes ménagées

dans la garniture afin d'établir un film d'air de tempéra-

ture réduite sur son coté intérieur, chaud, d'o la protec-

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tion de la garniture du conduit contre une ch-leur excessive.

Alors que la surface de la tuyere est fermée jusqu'à des positions pour vol sans post-combustion (figure

) et finalement jusqu'à la position de déviation de l'é-

coulement (figure 11), la fentee 68 d'injection du film d'air de refroidissement, qu'on voit en figure 9, s'agrandit pour former un grand interstice qui ne convient pas à un refroidissement par film fluide. La post-combustion n'est pas utilisée dans les configurations de tuyère représentées

en figures 9, 10 et 11 et, par conséquent, avec les tempéra-

tures modérées de décharge de la turbine des moteurs cou-

rants, le refroidissement des volets peut ne pas s'avérer indispensable et les grands interstices 68, qu'on voit en

figures 10 et 11, ne sont pas préjudiciables au refroidisse-

ment.

Dans les moteurs de pointe présentant des tempéra-

tures extrêmes à la décharge de la turbine, le refroidisse-

ment peut être nécessaire dans toutes les positions de la tuyère. Comme représenté en figures 24 et 25, le volet

convergent 20 comporte une fourniture d'air de refroidisse-

ment, à toutes les positions du volet, par l'intermédiaire

de l'arbre 34, lequel est creux et sert de chambre de four-

niture de réfrigérant. Le réfrigérant, comme représenté par les.flèches, circule à partir de l'arbre 34 pour traverser un réseau d'orifices 72. L'air de refroidissement est donc distribué sur la largeur.du volet convergent et entre dans un interstice 74 ménagé entre une garniture 76 du volet

convergent et le volet 20. Le réfrigérant se décharge fina-.

lement au droit du col 28 de la tuyère pour produire un refroidissement efficace par film fluide du volet. divergent 22. Le réfrigérant est fourni à la chambre de l'arbre 34 à partir d'un anneau formé par le carter de transition 30 et la garniture 66 du conduit. Deux tubes 80, ou plus, de fourniture de réfrigérant, fixés au carter de transition 30

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fournissent du réfrigérant à la chambre. Comme la chambre 34 de l'arbre tourne autour de l'axe 36, il se produit un coulissement entre les tubes 80 de fourniture de réfrigérant et la chambre 34. Un joint d'étanchéité 82 de conception classique est utilisé pour maîtriser les fuites entre les tubes et la chambre. De plus, ou en variante, le réfrigérant peut être fourni à la chambre 34 à partir de la garniture 66

des parois latérales de la tuyère. Dans ce cas, le réfrigé-

rant entre dans la chambre par l'intermédiaire d'un certain

nombre d'orifices 66 espacés étroitement les uns des autres.

Pour résumer, la tuyère d'échappement à deux dimensions de la présente invention présente de nombreux avantages par rapport aux tuyères. axisymétriques classiques, comprenant la déviation du jet pour la manoeuvrabilité en vol et la possibilité de dévier l'écoulement pour la marche avec inversion de poussée ou en sustentation. Les tuyères à deux dimensions de la technique antérieure se sont avérées beaucoup plus lourdes que les tuyères axisymétriques et se sont trouvées exclues d'un certain nombre d'applications à cause de ce poids excessif. La tuyère d'échappement à deux dimensions de la présente invention, avec son carter de transition de faible poids, permet de réduire sensiblement cet excès de poids et peut en même temps diminuer la force d'actionnement des volets et améliorer la compatibilité des contours d'installation dans le cas d'un avion à un seul moteur. On vient de décrire ce que l'on considère comme le

meilleur mode de réalisation de la présente invention.

Cependant, on remarquera qu'on peut y apporter des change-

ments et des modifications sans s'écarter de son esprit. Par exemple, on a représenté le volet convergent profilé 20 sous

forme d'un élément à trois c8tés, mais celui-ci peut présen-

ter un contour circulaire ou celui d'une coquille de peigne,

ou n'importe quel contour ayant une géométrie qui est appa-

riée à l'enveloppe d'étanchéité 50. En outre, on peut égale-

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ment utiliser les volets convergents profilés 20 avec des réalisations de tuyères divergentes, sans écoulement, qui ne fournissent pas la possibilité d'inverser la poussée. Si une tuyère ne comporte pas un inverseur de poussée, ses sections convergente et divergente peuvent être raccourcies dans le sens axial car le trajet de l'échappement ne peut être bloqué, c'est-à-dire réduit pour obtenir un col nul. Par conséquent, ces sections raccourcies subiront une force moins grande et des moments inférieurs de flexion et peuvent donc être réalisés avec dés sections d'épaisseur faible et

un poids moins élevé.

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Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Ensemble à volets convergents pour emploi dans une tuyère d'échappement à surface variable présentant un

col (28) ayant une section transversale sensiblement rectan-

gulaire, caractérisé en ce qu'il comprend: un volet convergent non-plan (20); et un arbre (34) connecté au volet convergent.pour le monter en pivotement sur la tuyère d'échappement autour d'un axe de pivotement (36);

2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet est un volet convergent, à trois côtés,

en forme d'écope.

3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (36) est un arbre non-linéaire (36) pour volet ayant une partie centrale en forme d'arc décalée par

rapport à l'axe de pivotement.

4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet convergent non-plan (20) comporte une partie extérieure (20a) qui s'étend vers l'extérieur de l'axe de pivotement et une partie intérieur (20b) qui

s'étend vers l'intérieur de cet axe.

5. Tuyère d'échappement à fonctions multiples, surface variable, pour emploi avec un carter cylindrique de

turboréacteur, caractérisée en ce que la tuyère d'échappe-

ment définit un trajet interne d'écoulement du gaz d'échap-

pement dont la section transversale passe d'une forme circu-

laire à un endroit contigu au carter du moteur à une forme rectangulaire définissant un col (28) de tuyère (28), et en ce que la section rectangulaire est définie en premier lieu

à un endroit contigu au col.

6. Tuyère d'échappement selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un carter de transition (30) ayant une partie antérieure cylindrique qui définit la section circulaire et une partie postérieure non

rectangulaire.

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7. Tuyère d'échappement selon la revendication 6, caactérisée en ce qu'elle comprend en outre deux volets convergents profilés (20) associés fonctionnellement au carter de transition, les volets définissant une section à trajet d'écoulement non rectangulaire qui est contigu à la

partie postérieure non rectangulaire du carter de transition.

8. Tuyère d'échappement selon la revendication 7,

caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une paire-

d'arbres (34) supportant en pivotement les deux volets

convergents à l'intérieur de la tuyère.

9. Tuyère d'échappement selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque volet convergent profilé a la

configuration d'une écope.

10. Tuyère d'échappement selon la revendication 8,

caractérisée en ce que chaque arbre est un arbre non li-

néaire.

11. Tuyère d'échappement selon la revendication 8,

caractérisée en ce que chaque arbre définit un axe de pivo-

tement (36), et en ce que chaque volet convergent présente une partie extérieure (20a) s'étendant vers l'extérieur de

l'axe de pivotement et une partie intérieure (20b) s'éten-

dant vers l'intérieur de cet axe. -

12. Tuyère d'échappement à fonctions multiples, surface variable, ayant un col de tuyère (28) de section rectangulaire pour faire dévier les gaz s'échappant du carter cylindrique d'un turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comprend: un carter de transition (30) présentant une partie antérieure cylindrique pour connexion au carter du moteur et

comportant en outre une partie postérieure non-rectangu-

laire, le carter de transition définissant une section circu- laire pour le trajet d'écoulement à travers la partie anté- rieure et une section non rectangulaire pour le trajet d'écoulement à travers la partie postérieure, et deux volets convergents profilés (20) associés

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fonctionnellement au carter de transition, les deux volets définissant une section non rectangulaire pour le trajet d'écoulement qui est contiguë à la partie postérieure du carter de transition et définissant en outre une section rectangulaire pour le trajet d'écoulement qui est contiguë au col de la tuyère de sorte qu'il se produit une transition

progressive du trajet d'écoulement entre la section circu-

laire et la section rectangulaire

13. Tuyère d'échappement selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre deux arbres (34) connectés respectivement aux deux volets convergents,

tuyère d'échappement comportant deux parois latérales oppo-

sées (12) situées sur les c8tés opposés de chaque volet

convergent, et en ce que chaque volet convergent est respec-

tivement connecté en pivotement à chacune des parois laté-

rales via l'un des arbres.

14. Tuyère d'échappement selon la revendication 13, caractérisée en ce que chaque volet est monté sur l'un des arbres de sorte que les gaz d'échappement traversant la

tuyère frappent les volets pour produire des moments d'oppo-

sition autour de chacun des arbres.

15. Tuyère d'échappement selon la revendication

12, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre deux enve-

loppes profilées d'étanchéité (50) associées fonctionnelle-

ment à la tuyère et deux joints d'étanchéité (48) pour maîtriser les fuites qui sont associés fonctionnellement aux deux volets convergents, les joints assurant l'étanchéité contre la perte du gaz d'échappement entre le carter de

transition et les deux volets convergents.

16. Tuyère d'échappement selon la revendication , caractérisée en ce que chaque joint pour maîtriser les

fuites est constitué d'un composite carbone-carbone.

17. Tuyère d'échappement selon la revendication 13, -caractérisée en ce que chacun des arbres (34) des volets

forme une chambre tubulaire creuse, et en ce qu'un réfrigé-

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rant est respectivement distribué sur les ciux volets con-

vergents par l'intermédiaire de la chambre.

18. Tuyère d'échappement à fonctions multiples, surface variable, pour emploi dans un carter cylindrique de turboréacteur, la tuyère définissant un trajet interne pour l'écoulement des gaz d'échappement qui subit une transition entre une section circulaire contiguë au carter du moteur et une section rectangulaire adjacente à la zone du col (28) de la tuyère, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter de transition profilé (30) connecté au carter du moteur et deux volets convergents profilés (20) associés fonctionnellement au carter de transition de sorte que la transition du trajet d'écoulement entre la section circulaire et la section rectangulaire se produit en partie à l'intérieur du carter de transition et en partie à l'intérieur des deux volets convergents.

19. Tuyère convergente-divergente à deux dimen-

sions pour emploi dans un turboréacteur, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de volets convergents (20) pour transformer l'écoulement gazeux axisymétrique d'échappement du moteur en écoulement sensiblement à deux dimensions à

l'intérieur de la tuyère.