FR3010454A1 - Arriere corps de turboreacteur a flux melanges comportant un melangeur a lobes et des chevrons a surface interne non axisymetrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un arrière corps de turboréacteur à flux mélangé présentant un axe central (LL), comportant un mélangeur à lobes (6), présentant une alternance de lobes chauds (12) rentrant dans le flux secondaire (F2) et de lobes froids (13) pénétrant dans le flux primaire (F1), et une tuyère (1) comportant sur son bord de fuite (14) des échancrures longitudinales (15) délimitant une couronne de chevrons antibruit (7), caractérisé en ce que le rayon de la paroi interne (2) de la tuyère (1) varie entre les échancrures (15) et les chevrons (7) de manière à créer dans le flux, au voisinage de la dite couronne de chevrons (7), des fluctuations en azimut du nombre de Mach. Elle concerne également un procédé de conception d'un tel arrière corps comportant un calage en azimut du mélangeur à lobes (6) et des chevrons (7).

Description

La présente invention se rapporte au domaine de la réduction du bruit pour un turboréacteur à flux mélangés. Elle concerne plus particulièrement l'arrière corps du turboréacteur, où le flux primaire en sortie du moteur et le flux secondaire se mélangent à l'intérieur d'une tuyère, pour former un jet propulsé dans l'air externe. Le turboréacteur d'un avion doit fonctionner à différents régimes suivant les conditions de vol (croisière, décollage, atterrissage..). L'arrière corps a pour première fonction de contrôler la détente des gaz dans l'air extérieur afin d'optimiser des critères de performance opérationnelle adaptés à ces différentes conditions de vol, 10 tels que le coefficient de poussée en régime de croisière ou le coefficient de débit au décollage. Par ailleurs, la différence de vitesses entre le jet en sortie de tuyère et l'air externe engendre des cisaillements fluides et donc des turbulences, ce qui provoque du bruit, 15 communément désigné par « bruit de jet ». Ce « bruit de jet » est un bruit large bande, particulièrement gênant lors des phases de décollage et d'atterrissage de l'avion. L'utilisation de chevrons placés en couronne à l'extrémité aval de la tuyère permet 20 de réduire sensiblement la composante basse fréquence de ce bruit en diminuant l'intensité des plus grosses structures tourbillonnaires dans la zone de mélange. L'action des chevrons s'accompagne cependant généralement d'un processus de génération de petites structures qui entrainent un bruit indésirable aux hautes fréquences. Toute la difficulté de concevoir des chevrons efficaces sur le plan 25 acoustique consiste à réaliser le bon compromis entre ces deux effets, sans dégrader les performances opérationnelles. La demande de brevet EP1873389 décrit des chevrons en rappelant l'intérêt de les faire rentrer dans le jet pour atténuer le bruit et mettant en avant la forme du motif 30 de la découpe du bord de fuite. Plus particulièrement, la demande FR2986832 présente, dans le cas d'une forme de tuyère correspondant à un arrière corps de turboréacteur à flux mélangés, une configuration de chevrons à l'intérieur desquels la veine forme un divergent convergent. Par ailleurs, un mélangeur à lobes peut être installé à la confluence des flux primaire et secondaire en entrée de la tuyère d'éjection, comme cela est indiqué par exemple dans la demande FR2902469 ou EP1870588. En homogénéisant le mélange des flux passant dans la tuyère, un tel dispositif améliore les performances du turboréacteur. On constate également qu'un tel dispositif a une influence bénéfique sur le bruit rayonné sur les côtés par le moteur aux basses fréquences. Par contre, l'interaction entre la turbulence issue du mélangeur et les zones d'écoulement supersonique dans la tuyère est une source de bruit haute fréquence. Ce phénomène peut apparaitre notamment lorsque la tuyère commence à s'amorcer. La manière de remédier à ce problème peut conduire en particulier, soit à modifier la géométrie de la tuyère pour retarder l'apparition de poches de Mach supérieur à 1 en fonction du taux de détente, soit à diminuer l'efficacité du mélangeur. Cela a en général pour inconvénient une réduction des marges d'opérabilité, liée à une réduction de débit aux faibles taux de détente, et/ou une perte de coefficient de poussée.

La présente invention a pour objectif de combiner avantageusement, dans un turboréacteur à flux mélangés, l'utilisation d'un mélangeur à lobes et des modifications de l'extrémité de sortie de la tuyère, incluant notamment des chevrons, pour améliorer les performances acoustiques tout en préservant les marges d'opérabilité et les performances opérationnelles du turboréacteur. Présentation de l'invention : Pour répondre à ces objectifs, l'invention concerne un arrière corps de 30 turboréacteur à flux mélangé ayant un axe central, comportant un mélangeur à lobes, présentant une alternance de lobes chauds rentrant dans le flux secondaire et de lobes froids pénétrant dans le flux primaire, et une tuyère comportant sur son bord de fuite des échancrures longitudinales délimitant une couronne de chevrons antibruit. Ledit arrière corps est remarquable en ce que le rayon de la paroi interne de la tuyère varie entre les échancrures et les chevrons de manière à créer dans le flux, au voisinage de la dite couronne de chevrons, des fluctuations en azimut du nombre de Mach. Cette configuration, permet de faire en sorte que les structures tourbillonnaires créées par le mélangeur à lobes traversent, près de la sortie de la tuyère, des régions où l'écoulement est supersonique qui soient moins étendues qu'avec une tuyère « lisse ». Par tuyère « lisse », on entend ici une tuyère dont la section de la paroi interne dans un plan transversal à l'axe du réacteur s'appuie sur un cercle jusqu'à son bord de fuite. Comme l'interaction des structures tourbillonnaires avec l'écoulement supersonique crée des sources de bruit, notamment à haute fréquence, on minimise l'intensité de ces sources, en combinant, pour différents régimes de fonctionnement, les effets positifs sur l'atténuation du bruit entre le mélangeur à lobes et les chevrons. Cela évite ainsi de devoir avoir recours à des solutions diminuant les performances opérationnelles pour atteindre les objectifs de réduction de bruit.

Avantageusement, le mélangeur à lobes crée dans le flux au voisinage de la couronne de chevrons des fluctuations spatiales en azimut de niveau d'intensité tourbillonnaire et la couronne de chevrons est agencée de manière à ce que, dans son voisinage, l'azimut d'au moins un maximum de niveau d'intensité tourbillonnaire corresponde à un minimum du nombre de Mach dans les fluctuations en azimut du flux dans la tuyère au voisinage de la couronne de chevrons. L'intensité tourbillonnaire d'un champ de vitesse sera définie ici comme le module du rotationnel de ce champ de vecteurs. Comme les écoulements considérés sont en général turbulents, il s'agit de l'intensité tourbillonnaire des vitesses moyennes dans le temps. Ce champ de vitesses moyennes pour un régime de fonctionnement du turboréacteur peut être estimé par une méthode de calcul ou par des mesures. Le mélangeur crée dans l'écoulement des tourbillons dont le centre de chacun est un maximum local d'intensité tourbillonnaire. La disposition entre le mélangeur et la couronne de chevrons selon l'invention met en concordance les zones de l'écoulement à nombre de Mach plus faible avec le passage des principales structures tourbillonnaires créées par le mélangeur à lobes et optimise ainsi les effets de la combinaison des deux moyens. De préférence, le mélangeur et la tuyère avec la couronne de chevrons présentent chacun une symétrie de révolution autour de l'axe du turboréacteur.

Selon différentes variantes de ces modes de réalisation de l'invention qui pourront être prises ensemble ou séparément : le nombre de lobes chauds du mélangeur et le nombre de chevrons sont identiques ; les pointes des chevrons sont dans les mêmes plans axiaux que les points de rayon maximal d'un lobe chaud ; les variations de rayon de la paroi interne de la tuyère dans la partie terminale définissent en azimut des secteurs dans lesquels le rayon a une valeur maximale au niveau des échancrures et des secteurs dans lesquels le rayon a une valeur minimale au niveau des chevrons ; la surface de la paroi interne de la tuyère se rapproche continûment de l'axe du turboréacteur dans les secteurs pour lesquels le rayon a une valeur minimale.

Selon un mode de réalisation particulier, la paroi interne de la tuyère a une section circulaire jusqu'à une abscisse déterminée, ladite paroi interne ayant dans tout demi-plan axial, une tangente amont définie en cette abscisse et : dans le demi-plan axial passant par le sommet d'une échancrure la paroi interne de la tuyère s'écarte radialement vers l'extérieur de ladite tangente amont passant par le point de la paroi interne correspondant à ladite abscisse dans ce demi-plan ; dans le demi-plan axial passant par la pointe d'un chevron, la paroi interne de la tuyère s'écarte radialement vers l'intérieur de ladite tangente amont passant par le point de la paroi interne correspondant à ladite abscisse dans ce demi-plan.

L'invention concerne également un procédé de conception d'un turboréacteur à flux mélangés avec un arrière corps tel que défini précédemment dans lequel sont conçus une tuyère équipée d'une couronne de chevrons avec des variations de rayons de la paroi interne entre les échancrures et les chevrons de manière à créer dans le flux, au voisinage de la dite couronne de chevrons, des fluctuations en azimut du nombre de Mach, ainsi qu'un mélangeur à lobes. Le procédé est remarquable en ce qu'il comporte : au moins une étape d'utilisation d'une méthode d'évaluation du bruit rayonné pour au moins une valeur de positionnement relatif en azimut du mélangeur et de la couronne de chevrons dont les formes ont été préalablement définies, pour au moins un régime de fonctionnement du turboréacteur ; l'utilisation d'un algorithme utilisant l'étape précédente pour déterminer le positionnement relatif en azimut entre le mélangeur à lobes et la couronne de chevrons qui minimise le bruit rayonné évalué pour ledit régime de fonctionnement. Avantageusement, le nombre de lobes du mélangeur et le nombre de chevrons utilisés dans ce procédé sont égaux.

Description détaillée de l'invention : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 présente une vue schématique d'un arrière corps de turboréacteur selon l'invention perpendiculairement à une coupe selon un demi-plan passant par l'axe du turboréacteur. La figure 2 présente schématiquement une vue de l'arrière en perspective du 5 même arrière corps coupé selon un plan axial. La figure 3 présente schématiquement une vue de l'arrière d'un quart du mélangeur à lobes placé dans la tuyère de l'arrière corps. La figure 4 présente des résultats de mesure représentant la comparaison de la répartition en fréquence du bruit généré par l'arrière corps d'un réacteur à flux 10 mélangés avec et sans la présence d'un mélangeur à lobes selon l'invention dans la tuyère. La figure 5 présente une vue schématique en perspective de la partie terminale de la tuyère sur un chevron correspondant à un mode de réalisation de l'invention. 15 La figure 6 présente schématiquement la répartition du nombre de Mach dans la section du col lors de l'amorçage dans un arrière corps de turboréacteur selon l'invention. La figure 7 présente schématiquement une vue de l'arrière d'un arrière corps selon un premier mode de réalisation de l'invention combinant le mélangeur à lobes 20 et la couronne de chevrons. La figure 8 présente les gains acoustiques par fréquences dans une direction perpendiculaire à l'axe du turboréacteur, obtenus par la présence de chevrons avec le premier mode de réalisation combinant mélangeur à lobes et couronnes de chevrons et avec un arrière corps ne comportant pas de mélangeur. 25 La figure 9 présente schématiquement une vue de l'arrière d'un arrière corps selon un deuxième mode de réalisation de l'invention combinant le mélangeur à lobes et la couronne de chevrons. La figure 10 présente schématiquement une vue de l'arrière d'un arrière corps selon un troisième mode de réalisation de l'invention combinant le mélangeur à lobes 30 et la couronne de chevrons.

La figure 11 présente schématiquement une vue de l'arrière d'un arrière corps selon un quatrième mode de réalisation de l'invention combinant le mélangeur à lobes et la couronne de chevrons.

En référence aux figures 1 et 2, l'invention concerne un arrière corps de turboréacteur, d'axe central LL, comportant : une tuyère 1 dont la paroi intérieure 2, de section transversale par rapport à l'axe central LL du turboréacteur essentiellement circulaire, définit la surface périphérique de la veine dans laquelle s'écoule un flux de gaz interne et dont la paroi extérieure 3 est en contact avec l'air extérieur ; une arrivée 4 de flux primaire Fl dans la tuyère, de section essentiellement axisymétrique dans un plan transversal d'entrée dans la tuyère 1, d'abscisse XO sur l'axe LL ; une arrivée 5 de flux secondaire F2 dans la tuyère entourant l'arrivée 4 de flux primaire dans le même plan transversal d'entrée dans la tuyère 1, également de section essentiellement axisymétrique dans ce plan ; un mélangeur à lobes 6 disposé dans la tuyère 1 à la confluence entre l'arrivée 4 de flux primaire et l'arrivée 5 de flux secondaire ; Une partie terminale 1 a de la tuyère 1 conformée pour former, à la confluence du jet de sortie de la tuyère avec l'écoulement d'air extérieur, des chevrons antibruit 7 combinés avec des déformations de la paroi interne 2 de la tuyère dans le sens circonférentiel. Par ailleurs, ainsi que c'est représenté sur les figures 1 à 3, l'arrière corps peut comporter un corps central 8 limitant l'extension radiale de la veine à l'intérieur de la tuyère 1. Ce corps central 8 n'est pas concerné par l'invention. Sa forme, s'il existe, est prise en compte dans la géométrie de la tuyère 1 et du mélangeur à lobes pour adapter la géométrie de la veine de passage du mélange des flux primaire et secondaire, à l'intérieur de la tuyère, au fonctionnement du turboréacteur. La forme de la paroi interne de la tuyère est conçue par l'homme du métier en prenant en compte, en particulier, le coefficient de poussée obtenu avec un taux de détente important du flux passant à l'intérieur de la tuyère en régime de croisière et le coefficient de débit obtenu avec un faible taux de détente, correspondant par exemple au décollage.

En référence à la figure 1, le mélangeur à lobes 6 est une pièce profilée prolongeant à l'intérieur de la tuyère 1, jusqu'à une abscisse déterminée X1, les parois séparant l'arrivée 4 de flux primaire et l'arrivée 5 de flux secondaire. Il présente à son extrémité aval un bord de fuite 9 dont l'épaisseur est généralement faible pour éviter un effet de culot entre les deux flux. Le mélangeur à lobes 6 s'arrête généralement à une distance significative de l'extrémité aval de la tuyère 1 pour permettre au mélange de flux de s'homogénéiser. En référence aux figures 1 et 3, un exemple de mode de réalisation du mélangeur 6 est constitué avec des lobes symétriques, périodiques en azimut autour de l'axe LL du turboréacteur. Sur cet exemple, la ligne de bord de fuite 9 a une forme tridimensionnelle ondulée en azimut et régulière qui passe périodiquement par un point bas 10 de rayon minimum et un point haut 11 de rayon maximum. La forme du mélangeur est préférentiellement obtenue en rejoignant cette ligne de bord de fuite 9 par des surfaces régulières lisses, d'un côté à la section circulaire de la paroi extérieure de l'arrivée 4 de flux primaire, de l'autre côté à la section circulaire de la paroi intérieure de l'arrivée 5 de flux secondaire. Des moyens connus permettent à l'homme du métier d'obtenir ces surfaces lisses en définissant des lois régulières de variation de rayon pour joindre les sections d'entrée au bord de fuite 9 du mélangeur à lobes 6.

Sur l'exemple présenté, les évolutions du bord de fuite 9 du mélangeur 6 sont périodiques. De cette manière, la surface moyenne entre la paroi radialement externe et la paroi radialement interne du mélangeur 6 fait des ondulations périodiques en azimut autour de l'axe LL qui créent, du côté du flux primaire des lobes divergents 12 dits chauds, sous les points hauts 11 du bord de fuite 9, et du côté du flux secondaire des lobes convergents 13 dit froids, au dessus des points bas 10 du bord de fuite 9,.

Sur l'exemple présenté, l'abscisse X1 sur l'axe LL qui détermine l'extension maximale du mélangeur à lobes 6 en aval correspond aux points bas 10 des lobes froids. De même, cet exemple de réalisation de mélangeur qui sert dans la suite pour illustrer l'intérêt de l'invention, comporte dix-huit lobes chauds 12 symétriques autour du plan axial passant par leur milieu et répartis de manière périodique. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on peut envisager de définir un mélangeur à lobes 6 en modifiant son extension axiale X1, le taux de pénétration des lobes (déterminé essentiellement par les rayons des points hauts 11 et bas 10 du bord de fuite), la forme de ce bord de fuite 9, ainsi que le nombre de lobes 12,13. Les lobes peuvent également ne pas présenter de plans axiaux de symétrie. De même, bien que la répartition des lobes 12,13 soit essentiellement périodique, cette périodicité peut être localement affectée en modifiant la forme de certains lobes, par exemple pour adapter le mélangeur 6 à un passage de pylône. Le mélangeur à lobe 6 favorise le mélange des flux primaire F1 et secondaire F2 dans la veine à l'intérieur de la tuyère 1, notamment en provoquant des cisaillements et des tourbillons à l'interface entre les flux. Cela a en particulier un effet bénéfique sur le bruit généré par le turboréacteur en désorganisant les grosses structures tourbillonnaires dans l'écoulement de sortie. La figure 4 montre le spectre acoustique du bruit lointain, exprimé en décibels par rapport au logarithme de la fréquence, généré par le jet de sortie sur le côté du réacteur, dans une direction sur le côté à 120 degrés par rapport l'axe LL du turboréacteur. Ces résultats sont obtenus pour un régime de fonctionnement du turboréacteur correspondant au décollage, où les contraintes de bruit sont les plus pénalisantes. La courbe L1 correspond à un arrière corps sans mélangeur à lobes dans lequel la partie terminale de la tuyère 1 est lisse. La courbe L2 correspond à un arrière corps équipé de la même tuyère avec une partie terminale lisse où le mélangeur à lobes 6 présenté précédemment est installé.

On constate que la présence du mélangeur à lobes 6 entraine des gains acoustiques importants pour les basses fréquences, au moins jusqu'à 2000Hz. 30104 54 10 Par contre, on observe sur cette même figure 4 que la présence du mélangeur à lobes 6 entraîne une dégradation acoustique aux hautes fréquences, entre 8000 et 16000Hz. Cette dégradation est expliquée par le fait que des structures 5 tourbillonnaires générées par le mélangeur à lobes se propagent vers la périphérie de la section de sortie de la tuyère. Lors du régime de fonctionnement considéré, l'écoulement du flux à l'intérieur de la tuyère forme des zones où le nombre de Mach est voisin de un dans cette région périphérique de la veine, proche de la sortie de la tuyère. C'est l'interaction entre ces structures tourbillonnaires et la zone d'écoulement 10 supersonique qui crée les sources du bruit haute fréquence supplémentaire constaté sur la courbe L2. On remarque par ailleurs, que les maxima d'intensité tourbillonnaire sont créés par le mélangeur 6 le long des interfaces entre les lobes chauds 12 et froids 13, 15 suivant les parties du bord de fuite 9 du mélangeur 6 les plus alignées avec une direction radiale. Ces structures tourbillonnaires sont transportées par l'écoulement moyen à l'intérieur de la tuyère. On retrouve donc dans les sections proches de l'extrémité de sortie de la tuyère, une répartition en azimut de maxima et de minima d'intensité tourbillonnaire ayant la même périodicité que les lobes du mélangeur 6. 20 L'invention concerne également la partie terminale 1 a de la tuyère 1. Généralement la paroi intérieure 2 et la paroi extérieure 3 de la tuyère 1 sont axisymétriques, c'est-à-dire de section circulaire dans les plans transverses, au niveau du mélangeur à lobes 6. En référence à la figure 1, la partie terminale 1a de 25 la tuyère 1 s'étend d'un plan transversal d'abscisse X2 sur l'axe LL jusqu'à l'extrémité de sortie, dans le plan transversal d'abscisse X3. De préférence, l'abscisse X2 se situe significativement en aval de l'abscisse X1 de l'extrémité du mélangeur à lobes 6. Dans cette partie terminale, les parois intérieure 2 et extérieure 3 de la tuyère 1 se rejoignent pour former le bord de fuite 14 de la tuyère 1, qui détermine la confluence 30 entre le flux interne, sortant de la tuyère 1, et l'écoulement d'air extérieur.

Selon l'invention, en référence aux figures 1 et 5, la tuyère 1 comporte des échancrures 15 découpées dans la partie terminale 1 a, prenant une forme triangulaire arrondie sur le bord de fuite 14. Les échancrures 15 définissent ainsi des chevrons antibruit 7 de forme également triangulaire arrondie, sur le bord de fuite 14 dans le prolongement de la tuyère 1. Bien entendu, les échancrures 15 et les chevrons 7 pourraient présenter toute autre forme appropriée (par exemple trapézoïdale). Les échancrures 15, régulièrement espacées les unes des autres dans le sens circonférentiel (bien qu'il pourrait en être autrement), sont définies par un sommet 15A et une base 15B. De la même façon, les chevrons 7, définis par une pointe 7A et une base 7B, sont régulièrement espacés les uns des autres. En outre, bien qu'il puisse en être autrement, dans l'exemple de la figure 1, les échancrures 15 sont identiques entre elles. Il en est donc de même en ce qui concerne les chevrons 7. Les sommets 15A des échancrures 15 ont une abscisse X4 sur l'axe LL et les pointes des chevrons ont l'abscisse X3 du plan transverse définissant la fin de la tuyère. Selon l'invention, la partie terminale 1 a de la tuyère comporte en outre des variations circonférentielles du rayon de la paroi interne 2. L'abscisse X4 sur l'axe LL du sommet des échancrures est donc au moins égale à l'abscisse X2 de début de la partie terminale 1a.

En référence à la figure 5, selon un premier mode de réalisation, le rayon de la section transversale de la paroi interne 2 de la tuyère est circulaire jusqu'à une abscisse X5 qui correspond à un col où la surface de la section transversale de la veine passe par un minimum. La ligne 16 définissant la paroi interne 2 de la tuyère 1 en aval de l'abscisse X5 du col dans le plan axial passant par le sommet 15A d'une échancrure 15 s'écarte radialement vers l'extérieur de la tangente T1 passant par le point de la paroi interne d'abscisse X5 au col et entraîne le flux interne vers l'extérieur. Par ailleurs, la ligne 17 définissant la paroi interne 2 de la tuyère 1 en aval de l'abscisse X5 du col dans le plan axial passant par la pointe 7A d'un chevron 7 s'écarte radialement vers l'intérieur de la tangente T2 passant par le point de la paroi interne d'abscisse X5 au col et fait pénétrer le chevron 7 dans l'écoulement interne.

La surface de la paroi interne 2 entre la pointe 7A d'un chevron 7 et le sommet 15A d'une échancrure 15 est conformée par des moyens connus de l'homme du métier pour relier de manière régulière les lignes 16 et 17 ainsi définies dans les deux plans axiaux correspondants, en s'appuyant en amont sur l'arc de cercle 18 de la paroi interne 2 dans le plan transversal d'abscisse X5 au col et en aval sur le bord de fuite 14 de la tuyère 1. Selon ce mode de réalisation, les chevrons 7 et les échancrures 15 se suivent de manière périodique. On obtient ainsi des modulations périodiques du rayon de la paroi interne 2 de la tuyère dans la région terminale 1 a, à partir de l'abscisse X5 du col. Ces modulations correspondent à une répartition en azimut de secteurs en creux dans la paroi interne 2, centrés sur les échancrures 15, et de secteurs rentrant dans l'écoulement, centrés sur les chevrons 7. Par ailleurs, la tuyère 1 peut avoir une épaisseur significative dans la partie terminale 1 a. Les modifications de la paroi externe 3 dans cette partie terminale 1 a peuvent commencer à une abscisse déterminée différente de l'abscisse X5 du col. En référence à la figure 4, dans l'exemple présenté, cette abscisse est inférieure à celle du col et correspond à l'abscisse X2 de début de la partie terminale 1 a. La ligne 19 définissant la paroi externe 3 de la tuyère en aval de cette abscisse X2 dans un plan axial passant par le sommet 15A d'une échancrure 15, et respectivement, la ligne 20 dans un plan axial passant par la pointe 7A d'un chevron 7, se rapproche de la tangente T1, respectivement de la tangente T2, passant par le point d'abscisse X5 au col dans le plan axial correspondant. La surface de la paroi externe 3 de la tuyère étant définie dans la partie terminale 1a par des moyens similaires à ceux utilisés pour la paroi interne 2, on crée ainsi une convergence des écoulements interne et externe en vue d'accélérer le mélange.

La pénétration des chevrons 7 est un paramètre important pour l'efficacité de réduction de bruit par ces chevrons. Cependant, cette pénétration a un effet négatif sur les performances opérationnelles de la tuyère 1 en diminuant la section efficace de sortie, notamment pour les régimes à faibles taux de détente. Les variations de rayon de la paroi interne 2 entre les échancrures 15 et les chevrons 7 introduites après l'abscisse X5 du col dans ce premier mode de réalisation permettent de compenser cet effet et d'augmenter la section efficace de sortie.

Pour un tel mode de réalisation, on observe, de plus, un effet de modulation en azimut sur le nombre de Mach de l'écoulement dans la veine au voisinage de la paroi interne 2, au niveau des chevrons et du col, dans la partie terminale 1 a de la tuyère. La figure 6 montre la répartition de nombre de Mach dans une simulation d'écoulement représentatif du régime de fonctionnement correspondant aux résultats de bruits de la figure 4. Des lignes iso-Mach y sont représentées dans le plan transverse d'abscisse X5 au col, dans un secteur angulaire compris entre le sommet 15A d'une échancrure 15 et la pointe 7A d'un chevron 7. Sur la figure, une projection de la ligne de bord de fuite 14 dans le plan transverse pour indiquer la position par rapport à l'échancrure 15 et au chevron 5. La ligne Cl présente les iso-Mach de valeur 1, la ligne C2 celles de valeur 0.9, et les lignes C3 et C4 des iso-Mach de valeurs décroissantes. Sur ces résultats, on constate qu'il se forme au voisinage du col, dans une région annulaire où l'écoulement supersonique commence à apparaître, des poches, régulièrement réparties en azimut, où l'écoulement reste subsonique.

Il faut noter, à ce propos, que d'autres types de solutions de chevrons 7, ne correspondant pas à l'invention, pour lesquelles la paroi interne 2 de la tuyère 1 a été conformée afin d'améliorer les problèmes d'opérabilité mais en conservant une section transversale s'appuyant sur des cercles après le col ne produisent pas cet effet. Les mêmes simulations avec ce type de solution produisent dans les mêmes conditions une couronne circulaire de Mach supérieur à 1. On voit de plus sur la figure 6 que le minimum de Mach en azimut au niveau du col se produit pour un azimut intermédiaire entre le plan de la pointe 7A du chevron 7 et le plan du sommet 15A de l'échancrure 15. L'effet constaté est donc bien dû à la combinaison de la présence des chevrons 7 et des modulations en azimut du rayon de la paroi interne 2 de la tuyère 1 dans cette partie terminale la. L'invention ne se limite pas à ce premier mode de réalisation dans la partie terminale 1 a. En particulier, dans une première variante, les modulations en azimut du rayon de la paroi interne 2 de la tuyère 1 peuvent démarrer en amont de l'abscisse 10 X5 du col. Par ailleurs, dans un autre mode de réalisation, la tuyère 1 peut ne pas avoir d'épaisseur significative dans la région terminale 1 a. Dans ce cas, les évolutions de la paroi extérieure 3 dans cette partie terminale 1 a suivent celles de la paroi intérieure 15 2. De plus, comme il a été signalé précédemment, la forme des chevrons 7 peut être plus complexe que celle présentée dans la figure 5. De même, les variations en azimut du rayon de la paroi interne 2 peuvent suivre des lois plus complexes que des 20 évolutions régulières entre des valeurs déterminées sur les plan radiaux aux deux extrémités d'un secteur délimité par le sommet 15A d'une échancrure 15 et la pointe 7A d'un chevron 7 adjacent. L'invention concerne enfin la combinaison entre un mélangeur à lobes 6 et une 25 couronne de chevrons 7 à paroi interne 2 ondulée dans le sens circonférentiel, ces éléments correspondants aux modes de réalisation précédemment introduits. Dans un mode de réalisation préféré, en référence à la figure 7, le mélangeur à lobes 6 et la couronne de chevrons 7 ont une géométrie périodique en azimut, avec 30 un même nombre de chevrons 7 et de lobes chauds 12. La couronne de chevrons 7, réalisée selon le mode correspondant à la figure 5, est calée en azimut de telle sorte que la pointe 7A des chevrons 7 se trouve dans le même plan axial que le point haut 11 des lobes chauds 12. Ce point haut 11 correspond, pour le mode de réalisation fourni en exemple, au centre du lobe chaud 12 dans la direction azimutale.

Il est possible d'obtenir, par calcul ou par des mesures d'essais, une estimation de la répartition spatiale de l'intensité tourbillonnaire de l'écoulement dans la tuyère pour un régime de fonctionnement de la tuyère. Ce mode de réalisation correspond au fait que la zone d'intensité tourbillonnaire maximale créée aux interfaces entre des lobes chaud 12 et froid 13 successifs du mélangeur passe, dans la région proche de la paroi interne 2 au niveau de la partie terminale 1 a de la tuyère, dans des poches où le nombre de Mach de l'écoulement est proche d'un minimum en azimut. On minimise ainsi l'interaction entre ces tourbillons et la partie de l'écoulement où le nombre de Mach est supérieur à 1.

Le figure 8 illustre l'effet positif de l'interaction entre le mélangeur à lobes 6 et la couronne de chevrons 7 à paroi interne 2 ondulée dans le sens circonférentiel. Elle montre le gain acoustique, exprimé en décibels par rapport au logarithme de la fréquence, obtenu par les chevrons 7 sur le bruit lointain généré par le jet, à 90 degrés par rapport à l'axe du turboréacteur sur le côté du réacteur. Ces résultats sont obtenus pour le même régime de fonctionnement du turboréacteur et la même tuyère, avant la partie terminale 1a, que ceux présentés sur la figure 4. La courbe L3 montre le gain obtenu avec la couronne de chevrons 7 correspondant au mode de réalisation décrit sur la figure 5 par rapport à la tuyère lisse, lorsqu'il n'y a pas de mélangeur à lobes. La courbe L4 montre le gain obtenu avec l'invention combinant la couronne de chevrons 7 et le mélangeur à lobes 6 dans le mode de réalisation correspondant à la figure 7, par rapport à la tuyère lisse avec le même mélangeur à lobes 6. Les résultats présentés sur les figures 4 et 8 ont été obtenus en réalisant des maquettes à échelle réduite des modes de réalisation de l'invention ou des 30 configurations utilisées pour les comparaisons, puis en effectuant des mesures dans un moyen d'essai. L'application de méthodes de calcul des écoulements, puis du bruit lointain généré, peut constituer une alternative à cette méthode d'estimation. La courbe L3 illustre le fonctionnement de la couronne de chevrons 7 sans le mélangeur à lobes. On constate que la présence des chevrons 7 entraine des gains acoustiques importants, de l'ordre de 1,5 dB, pour les basses fréquences inférieures à 1000Hz. Elle révèle également un maximum de pénalisation en haute fréquence, d'environ 1,8 dB, vers une fréquence d'environ 4000Hz.

On constate sur la courbe L4 que l'interaction entre les chevrons 7 à paroi interne ondulée dans le sens circonférentiel amplifie l'action du mélangeur à lobes 6 en basse fréquence puisque le maximum de gain obtenu est cette fois d'environ 2dB pour des fréquences proches de 250Hz, et qu'il s'agit d'un gain sur celui déjà obtenu dans cette région du spectre avec le mélangeur à lobes 6, ainsi qu'on peut le voir sur la courbe L2 de la figure 4. On constate également que la dégradation de performance acoustique à hautes fréquences est généralement plus faible et que le maximum de pénalité est repoussé vers des fréquences plus élevées, d'environ 8000Hz au lieu de 4000 Hz. Ce dernier point est également intéressant puisque l'intensité du bruit est moins élevée à ces fréquences et donc moins gênante. D'autres modes de réalisation sont envisageables. Dans une première variante, en référence à la figure 9, la pointe 7A des chevrons 7 peut être positionnée en face des points bas 10 des lobes froids 13. En fonction des résultats présentés dans la figure 6 sur la répartition du nombre de Mach, cette configuration devrait aussi faire concorder des minima du nombre de Mach dans la région proche des chevrons avec des zones d'intensité tourbillonnaire maximale. On constate cependant des résultats un peu moins intéressants. Le gain maximal en basse fréquence est de l'ordre de 1,5 dB et le maximum de pénalité est positionné à des fréquences moins élevées.

Dans d'autres modes de réalisation la répartition des chevrons 7 est toujours périodique mais avec un nombre différent de celui des lobes chauds 12 du mélangeur 6. Dans un premier exemple de variante, en référence à la figure 10, le nombre de chevrons 7 est égal à la moitié de celui des lobes chauds 12, la pointe 7A de chaque chevron 7 étant positionnée en azimut en face du centre d'un lobe chaud 12. Dans un deuxième exemple de réalisation, en référence à la figure 11, le nombre de chevrons 7 est le double de celui des lobes chauds 12 du mélangeur 6, le centre de chaque lobe chaud 12 étant positionné en azimut en face de la pointe 7A d'un chevron 7. Les résultats sur les gains acoustiques obtenus avec ces variantes, sont également un peu moins intéressants que ceux du mode de réalisation préféré. Par ailleurs on constate que ces configurations ne mettent pas systématiquement en concordance en azimut dans la région proche des chevrons, toutes les zones d'intensité tourbillonnaire maximale avec des zones de Mach minimal. Les variantes décrites peuvent cependant avoir un intérêt si des contraintes structurales ou opérationnelles obligent à avoir des nombres de chevrons 7 et de lobes chauds 12 différents. De manière plus générale, la stricte périodicité des lobes et/ou des chevrons peut ne pas être possible dans une application donnée. De plus, des effets tridimensionnels complexes peuvent modifier la distribution azimutale des zones tourbillonnaires dans certaines variantes de configuration.

L'invention concerne donc également des arrières corps de réacteur à flux mélangés, comportant un mélangeur à lobes 6 et une tuyère 1 équipée d'une partie terminale 1 a avec une couronne de chevrons 7 à paroi interne 2 ondulée dans le sens circonférentiel, obtenus par une méthode de conception déterminant le calage en azimut de la couronne de chevrons 7 par rapport aux lobes chauds 12 du mélangeur à lobes 6. Un exemple d'une telle méthode peut comprendre les étapes brièvement décrites ci-après.

Dans une première étape, on conçoit une tuyère 1 d'arrière corps lisse adaptée pour répondre à des critères opérationnels du réacteur à flux mélangés. Ces critères comprennent au moins une condition de performance en régime de croisière et une condition d'opérabilité entre plusieurs régimes de fonctionnement. Dans une deuxième étape, on définit en partie terminale la de la tuyère une couronne de chevrons 7 à paroi interne 2 ondulée dans le sens circonférentiel que l'on conçoit pour : obtenir un gain acoustique indépendamment de la présence d'un mélangeur ; maintenir les résultats obtenus sur les critères opérationnels avec la tuyère lisse ; créer au voisinage de la paroi interne 2 de la tuyère 1 dans chaque intervalle en azimut entre le sommet 15A d'une échancrure 15 et la pointe 7A d'un chevron 7 une zone de Mach minimal. Dans une troisième étape, on conçoit un mélangeur à lobes 6 améliorant au moins les performances acoustiques de l'arrière corps pour au moins un régime de fonctionnement.

La seconde et la troisième étape peuvent être conduites en parallèle. Cependant, la couronne de chevrons 7 est conçue de préférence avec un nombre de chevrons 7 égal à celui du nombre de lobes chauds 12 dans le mélangeur 6.

Dans une quatrième étape, on choisit une première valeur du calage en azimut entre les lobes du mélangeur 6 et les pointes 7A des chevrons 7. Dans une cinquième étape, on évalue par une simulation le bruit lointain obtenu avec cette configuration pour au moins une direction et pour au moins un régime de 30 fonctionnement du réacteur. Une telle simulation peut être effectuée par des mesures autour d'une maquette testée dans un moyen d'essai comme pour les résultats présentés dans les figures 4 et 8. Dans une sixième étape, on compare ces évaluations de bruit lointain avec un objectif ou avec des résultats précédents. Si ces résultats ne sont pas satisfaisants, on choisit une autre valeur de calage entre le mélangeur à lobes et la couronne de chevrons par un algorithme d'optimisation. Cet algorithme peut être une simple méthode d'essai et erreur ou, de manière plus efficace, une incrémentation des paramètres par des interpolations successives entre des valeurs ayant déjà fait l'objet d'une estimation. On reprend ensuite la cinquième étape avec cette nouvelle valeur de calage en azimut. La méthode s'arrête lorsque la sixième étape a déterminé une valeur de calage en azimut entre le mélangeur à lobes 6 et la couronne de chevrons 7 à paroi interne 2 15 ondulée dans le sens circonférentiel correspondant à un maximum de gain acoustique.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Arrière corps de turboréacteur à flux mélangé ayant un axe central (LL), comportant un mélangeur à lobes (6), présentant une alternance de lobes chauds (12) rentrant dans le flux secondaire (F2) et de lobes froids (13) pénétrant dans le flux primaire (F1), et une tuyère (1) comportant sur son bord de fuite (14) des échancrures longitudinales (15) délimitant une couronne de chevrons antibruit (7), caractérisé en ce que le rayon de la paroi interne (2) de la tuyère (1) varie entre les échancrures (15) et les chevrons (7) de manière à créer dans le flux, au voisinage de la dite couronne de chevrons (7), des fluctuations en azimut du nombre de Mach.
2. 2. Arrière corps de turboréacteur à flux mélangé selon la revendication précédente dans lequel le mélangeur à lobes (6) crée dans le flux au voisinage de la couronne de chevrons (7) des fluctuations spatiales en azimut de niveau d'intensité tourbillonnaire et dans lequel la couronne de chevrons (7) est agencée de manière à ce que, dans son voisinage, l'azimut d'au moins un maximum de niveau d'intensité tourbillonnaire corresponde à un minimum du nombre de Mach dans les fluctuations en azimut du flux dans la tuyère au voisinage de la couronne de chevrons.
3. 3. Arrière corps de turboréacteur selon l'une des revendications précédentes dans lequel le mélangeur à lobes (6) et la tuyère (1) avec la couronne de chevrons (7) présentent chacun une symétrie de révolution autour de l'axe (LL) du turboréacteur.
4. 4. Arrière corps de turboréacteur selon la revendication précédente dans lequel le nombre de lobes chauds (12) du mélangeur (6) et le nombre de chevrons (7) sont identiques.30
5. 5. Arrière corps de turboréacteur selon la revendication précédente dans lequel les pointes (7A) des chevrons (7) sont dans les mêmes plans axiaux que les points (11) de rayon maximal d'un lobe chaud (12).
6. 6. Arrière corps de turboréacteur à flux mélangé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les variations de rayon de la paroi interne (2) de la tuyère dans la partie terminale (1a) définissent en azimut des secteurs dans lesquels le rayon a une valeur maximale au niveau des échancrures (15) et des secteurs dans lesquels le rayon a une valeur minimale au niveau des chevrons (7).
7. 7. Arrière corps de turboréacteur selon la revendication précédente dans lequel la surface de la paroi interne (2) de la tuyère (1) se rapproche continûment de l'axe (LL) du turboréacteur dans les secteurs pour lesquels le rayon a une valeur minimale.
8. 8. Arrière corps de turboréacteur selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel la paroi interne (2) de la tuyère (1) a une section circulaire jusqu'à une abscisse déterminée (X5), ladite paroi interne (2) ayant dans tout demi-plan axial, une tangente définie en cette abscisse (X5) et : dans le demi-plan axial passant par le sommet (15A) d'une échancrure (15) la paroi interne (2) de la tuyère (1) s'écarte radialement vers l'extérieur de ladite tangente amont (T1) passant par le point de la paroi interne correspondant à ladite abscisse (X5) dans ce demi-plan ; dans le demi-plan axial passant par la pointe (7A) d'un chevron (7), la paroi interne (2) de la tuyère (1) s'écarte radialement vers l'intérieur de ladite tangente amont (T2) passant par le point de la paroi interne correspondant à ladite abscisse (X5) dans ce demi-plan.
9. 9. Procédé de conception d'un turboréacteur à flux mélangés avec un arrière corps selon l'une des revendications précédentes dans lequel sont conçus une tuyère (1) équipée d'une couronne de chevrons (7) avec des variations de rayons de laparoi interne (2) entre les échancrures (15) et les chevrons (7) de manière à créer dans le flux, au voisinage de la dite couronne de chevrons, des fluctuations en azimut du nombre de Mach, ainsi qu'un mélangeur à lobes (6), caractérisé en ce qu'il comporte : au moins une étape d'utilisation d'une méthode d'évaluation du bruit rayonné pour au moins une valeur de positionnement relatif en azimut du mélangeur (6) et de la couronne de chevrons (7) dont les formes ont été préalablement définies, pour au moins un régime de fonctionnement du turboréacteur ; l'utilisation d'un algorithme utilisant l'étape précédente pour déterminer le positionnement relatif en azimut entre le mélangeur à lobes (6) et la couronne de chevrons (7) qui minimise le bruit rayonné évalué pour ledit régime de fonctionnement.
10. 10. Procédé de conception d'un turboréacteur à flux mélangés avec un arrière corps selon la revendication précédente dans lequel le nombre de lobes chauds (12) du mélangeur (6) et le nombre de chevrons (7) sont égaux.