FR2658247A1

FR2658247A1 - Tuyere d'echappement et procede permettant de reduire la poussiere a vide.

Info

Publication number: FR2658247A1
Application number: FR9101177A
Authority: FR
Inventors: Taylor John Bailey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-02-12
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1991-08-16
Also published as: GB2241744A; IT1245154B; JPH04219450A; DE4103517A1; US5140809A; ITMI910356A1; JPH0762465B2; ITMI910356A0; GB9102859D0; CA2034406A1

Abstract

On décrit un procédé et un dispositif pour réduire la poussée due aux gaz de combustion (18) déchargés par un moteur à turbine à gaz d'avion lors de la marche à vide au sol. Le procédé comprend les étapes consistant à positionner des volets secondaires (64) d'échappement de la tuyère de façon à former un diffuseur pour les gaz de combustion lors de la marche à vide au sol dans le but de maintenir l'attachement des gaz de combustion le long des volets secondaires d'échappement afin d'altérer la poussée. On propose un mode de réalisation de la tuyère d'échappement dans laquelle les volets secondaires d'échappement peuvent être positionnés en partie indépendamment des volets primaires de façon que les volets primaires et secondaires puissent être disposés ensemble dans des positions différentes lors de la marche à vide au sol, de la marche sans post-combustion et de la marche avec post-combustion du moteur. La modification de la poussée permet au moteur de fonctionner à des vitesses relativement élevées du générateur de gaz afin de fournir de l'air de soutirage à une pression relativement élevée ou de l'énergie électrique à partir d'une génératrice, ou bien les deux, sans avoir la poussée relativement élevée du moteur obtenue lors du fonctionnement à vide au sol. Application aux moteurs à turbine à gaz des avions.

Description

La présente invention concerne les tuyères à échappe-

ment variable en général pour moteurs à turbine à gaz d'avion et, plus spécialement, un moyen et un procédé pour réduire la poussée lors de la marche à vide des moteurs lorsque l'avion est au sol. Les avions de combat classiques sont propulsés par des moteurs à turbine à gaz de hautes performances présentant un rapport relativement élevé entre la poussée et le poids de manière à fournir à l'avion des vitesses d'accélération élevées Le moteur à turbine à gaz de l'avion comprend en général un tuyère d'échappement convergente-divergente à surface variable, à l'extrémité en aval d'une chambre de post-combustion classique La tuyère d'échappement comprend

des volets primaires et secondaires d'échappement qui défi-

nissent des canaux convergent et divergent par l'intermé-

diaire desquels les gaz de combustion provenant du moteur

sont déchargés pour engendrer la poussée.

La tuyère d'échappement peut être, comme cela est

classique, positionnée pour répondre à deux modes de fonc-

tionnement: un mode de fonctionnement sans post-combustion, pendant lequel la chambre de post-combustion n'est pas en marche, et les volets d'échappement primaires et secondaires sont dans la position généralement totalement fermée, et un mode de fonctionnement "augmenté", dans lequel la chambre de post-combustion est en marche et brûle du combustible 2 supplémentaire pour fournir une poussée plus grande, et les volets primaires et secondaires se trouvent dans la position généralement complètement ouverte Naturellement, les volets primaires et secondaires de la tuyère d'échappement peuvent aussi être placés dans des positions intermédiaires dans

chacun des deux modes de fonctionnement précédents.

Un avion militaire classique peut également comprendre un Système de Réglage de l'Ambiance (SRA) qui nécessite l'extraction d'air de soutirage dans le compresseur du moteur à des pressions généralement d'au moins 0,3 M Pa En outre, le moteur comporte généralement une génératrice nécessitant un nombre de tours minimum de l'arbre pour fournir à l'avion une

puissance électrique acceptable.

Lors du fonctionnement de l'avion au décollage et en croisière, et pendant les marches avec chambre de combustion et sans chambre de combustion, le moteur est amplement en mesure de fournir l'air de soutirage SRA nécessaire ainsi que la puissance électrique à partir de la génératrice En outre, le moteur peut fonctionner dans le mode classique à vide lorsqu'il est au sol, dans lequel les gaz sont ramenés à une poussée minimum, avec un réglage de la puissance du moteur qui est généralement inférieur à environ 6 % de la poussée maximum en l'absence de post- combustion Cependant, pour obtenir des valeurs acceptables de l'air de soutirage SRA et une puissance acceptable de la part de la génératrice, le fonctionnement à vide nécessite une vitesse du générateur de gaz de l'ordre de 70 % de la vitesse maximum, bien que la vitesse classique de la soufflante soit sensiblement plus faible. Comme le moteur est un moteur à hautes performances présentant un rapport élevé entre poussée et poids, cette vitesse relativement élevée du générateur de gaz se traduit par une poussée importante du moteur lors du fonctionnement à vide au sol Cette poussée est généralement suffisante pour provoquer le roulement de l'avion sur le sol sauf à utiliser 3 - les freins Naturellement, le freinage pendant la marche à

vide augmente sensiblement l'usure des freins, des pneuma-

tiques et des roues En outre, lors du déplacement sur des pistes de roulement et des pistes d'envol et d'atterrissage verglacées, le freinage par les roues est relativement inefficace pour tenir compte de la poussée pendant la marche

à vide.

De plus, ces avions sont généralement utilisés à l'échelle mondiale et fonctionnent avec des conditions diverses des revêtements des pistes de roulement, d'envol et d'atterrissage, dont l'accumulation d'eau et de glace, et

avec des degrés différents de l'encombrement dû au traffic.

Dans ces conditions, une valeur relativement faible de la poussée au sol est souhaitable pour maintenir des vitesses d'atterrissage et de roulement au sol présentant toute sécurité. En conséquence, les freins de l'avion, comme on l'a décrit ci-dessus, peuvent être utilisés pour tenir compte de la poussée relativement élevée au sol qu'on rencontre pendant l'atterrissage, le roulement au sol et l'immobilisation, mais cela est généralement peu souhaitable à cause de la plus grande usure ainsi provoquée Naturellement, on pourrait choisir au préalable les conditions de fonctionnement à vide du moteur pour obtenir des vitesses relativement faibles du générateur de gaz afin de réduire la poussée au sol du moteur Cependant, si l'on réduit ainsi la vitesse du générateur de gaz, on n'obtiendra pas une quantité d'air SRA et une puissance de sortie de la génératrice acceptables,

nécessitant un compresseur et une génératrice auxiliaires.

Cela n'est pas souhaitable compte tenu de l'augmentation du poids, du coût et de la complexité de ces systèmes dans l'avion. Par conséquent, la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour réduire la poussée au sol d'un

moteur à turbine à gaz d'avion.

4 - La présente invention a pour autre objet une tuyère perfectionnée d'échappement à surface variable pour moteur à

turbine à gaz.

La présente invention a encore pour objet une tuyère d 'échappement pour moteur à turbine à gaz comportant des volets primaires et secondaires d'échappement pouvant être

positionnés de manière à réduire la poussée au sol du moteur.

La présente invention a pour autre objet une tuyère d'échappement pour moteur à turbine à gaz d'avion, permettant de fournir des valeurs acceptables de l'air de soutirage SRA lors des conditions de fonctionnement au sol tout en

réduisant la poussée à vide lors de ce fonctionnement au sol.

Un autre objet de la présente invention est de proposer une tuyère d'échappement de moteur à turbine à gaz

d'avion pouvant fonctionner dans les modes avec post-

combustion et sans post-combustion, ainsi que dans les conditions de marche à vide au sol dans lesquelles la poussée à vide des moteurs nécessite un freinage réduit des roues

pour éviter que l'avion ne roule sur ses roues.

La présente invention comprend un procédé et un dispositif pour réduire la poussée au sol d'un moteur à turbine à gaz d'avion Le dispositif comprend une tuyère d'échappement à surface variable pour le moteur à turbine à

gaz comportant des volets primaires et secondaires d'échap-

pement qui peuvent être positionnés de manière différente pendant les conditions de marche au sol, de fonctionnement avec post-combustion et sans post-combustion Le dispositif permet de mettre en pratique le procédé de positionnement d'un volet secondaire d'échappement afin de former un diffuseur et réduire la poussée due aux gaz de combustion lors du fonctionnement au sol et de maintenir l'attachement des gaz de combustion le long des volets secondaires d'échappement.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure 1, une illustration schématique d'un avion comportant deux moteurs à turbine à gaz de turboréacteur, comprenant des tuyères d'échappement selon un mode de

réalisation de la présente invention.

figure 2, une illustration schématique de l'un des moteurs, comportant une tuyère d'échappement, de l'avion

représenté en figure 1.

figure 3, une vue en bout du moteur de la figure 2, prise le long de la ligne 3-3, en amont de sa tuyère d'échappement, figure 4, une illustration schématique des positions des volets primaires et secondaires d'échappement de la tuyère du moteur de la figure 2 lors de la marche au sol selon un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, de la présente invention, figure 5, une illustration schématique des positions

des volets primaires et secondaires de la tuyère d'échappe-

ment du moteur de la figure 2 pendant le fonctionnement sans postcombustion, figure 6, une illustration schématique des positions

des volets primaires et secondaires de la tuyère d'échappe-

ment du moteur de la figure 2 lors d'une marche intermédiaire avec postcombustion, figure 7, une illustration schématique des positions

des volets primaires et secondaires de la tuyère d'échappe-

ment du moteur de la figure 2 lors du fonctionnement maximum avec postcombustion; figure 8, une vue en coupe transversale, en partie

schématique, de la moitié supérieure de la tuyère d'échappe-

ment de la figure 2, figure 9, une vue en plan, en partie schématique, de portions de la tuyère d'échappement représentée en figure 8

prise le long de la ligne 9-9.

En figure 1, on a représenté schématiquement un avion

de combat 10 à hautes performances, comportant deux turbo-

-6- réacteurs 12 selon un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple, de la présente invention L'avion 10 comprend des roues rétractables 14 et des freins 16 reliés aux roues Les moteurs 12 produisent des gaz de combustion 18 qui permettent de créer une poussée pour la propulsion de l'avion 10 En figure 1, l'avion 10 est représenté alors qu'il roule sur le sol 20 sous l'effet de l'énergie des gaz

de combustion 18.

En figure 2 on a représenté schématiquement l'un des turboréacteurs 12 Le moteur 12 comprend un carter annulaire 22 disposé suivant l'axe longitudinal 24 Le moteur 12 comprend en outre une entrée classique 26 pour recevoir l'air ambiant 28 et canaliser l'air à travers une soufflante classique 30 Un générateur de gaz classique 32 est disposé immédiatement en aval de la soufflante 30 et comprend, dans une communication sérielle d'écoulement, un compresseur classique 34, une chambre de combustion 36 et une turbine à haute pression 38 La turbine 38 entraîne le compresseur 34

par l'intermédiaire d'un premier arbre 40 connecté entre eux.

Le moteur 12 comprend en outre une turbine classique à basse pression 42 disposée en aval de la turbine à haute pression 38 et communiquant par fluide avec elle, afin d'entraîner la soufflante 30 par l'intermédiaire d'un second arbre 44 s'étendant entre elles Au premier arbre 40 est connecté une génératrice classique 46 pour fournir de l'énergie électrique au moteur 12 et à l'avion 10 Au compresseur 34 est connecté un système classique de réglage d'ambiance 48 (SRA) qui reçoit de l'air 50 soutiré dans le

compresseur 34.

Le moteur 12 comprend en outre une chambre classique de post-combustion ou augmenteur 52, en aval de la turbine à basse pression 42 Le chambre de post-combustion 52 comporte un carter annulaire ou conduite de queue 54, s'étendant, comme cela est classique, en aval du carter 42 La chambre de post-combustion 52 comprend une garniture de combustion 7 -

classique 56 qui confine les gaz de combustion 18.

Les gaz de combustion 18 sont constitués d'une partie de l'écoulement d'air d'entrée 28 qui est canalisée travers le générateur de gaz 32 dans lequelelleest mélangée au carburant, brûléedans la chambre de combustion 36 etdéchargée par l'intermédiaire de la turbine à haute pression 38 et de la turbine à basse pression 42 Une autre partie de l'écoulement d'air d'entrée 28 contourne le générateur de gaz 32 pour atteindre la chambre de post-combustion 52 afin de refroidir la garniture 56 Une partie de l'écoulement d'air 28 est, comme cela est classique, canalisée radialement vers

l'intérieur de la garniture 56 Pendant le mode de fonction-

nement sans post-combustion du moteur 12, la chambre 52 n'est pas en marche et les gaz de combustion 18 déchargés par la turbine à basse pression 42 la traversent sans addition de

carburant Cependant, lors du fonctionnement avec post-

combustion du moteur 12, du carburant supplémentaire est ajouté aux gaz de combustion 18 déchargés par la turbine à basse pression 42 et la partie de l'écoulement d'air 28 contournant le générateur de gaz 12 est canalisée radialement vers l'intérieur de la garniture 56, et allumées dans la chambre de post-combustion 52 pour conférer énergie et vitesse supplémentaires aux gaz de combustion 18 et par conséquent une poussée plus grande pour mouvoir le moteur 12

et l'avion 10.

Le moteur 12 comprend en outre une tuyère d'échappe-

ment 58 selon un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple, de la présente invention qui est disposée à l'extrémité aval 60 de la chambre de post-combustion 52 Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, la tuyère 58 est axisymétrique par rapport à l'axe longitudinal 24 et comporte une multitude de volets primaires d'échappement classiques 62, espacés circonférentiellement les uns des autres, une multitude de volets secondaires d'échappement classiques 64 espacés circonférentiellement les uns des 8 - autres et s'étendant vers l'aval Une multitude de carénages classiques 66, espacés circonférentiellement les uns des

autres, relient les volets secondaires 64 au carter 54.

La figure 3 est une vue, dans le sens de l'amont, de la tuyère d'échappement 58, représentant l'agencement axi- symétrique des carénages 66 à l'arrière desquels les volets

primaires et secondaires 62 et 64 sont cachés.

Le moteur 12 représenté en figure 2 peut fonctionner au sol ou mode à poussée minimum de sortie due aux gaz de décharge 18 Le mode de fonctionnement au sol est choisi au préalable pour obtenir une pression prédéterminée de l'air de soutirage 50 qui soit acceptable pour faire fonctionner le Système 48 de Règlage pour Ambiance qui, dans le mode de

réalisation représenté, est à une pression d'au moins 0,3 M Pa.

En outre, le mode de fonctionnement au sol est également choisi pour que la génératrice 46 fonctionne à un nombre de tours permettant d'obtenir une valeur acceptable de sa puissance électrique de sortie Dans le mode de réalisation représenté, le premier arbre 40 du générateur de gaz fonctionne à environ 70 % de sa vitesse maximum pendant le mode à marche à vide au sol La vitesse du second arbre 44 et de la soufflante 30 est sensiblement inférieure à celle du premier arbre 40 lors de la marche au sol comme cela est classique. L'utilisation d'une vitesse relativement élevée du premier arbre 40 pour le SRA 48 ou la génératrice 46, ou pour les deux, se traduirait par une poussée fâcheusement élevée

des gaz de décharge 18 si on utilisait une tuyère d'échappe-

ment classique Cela serait dû au fait qu'une tuyère classique d'échappement à surface variable n'a généralement une configuration que pour deux modes de fonctionnement seulement: un mode de fonctionnement sans post-combustion dans lequel les volets primaires et secondaires d'échappement sont généralement fermés, et un mode de fonctionnement avec

post-combustion dans lequel les volets primaires et secon-

-9 - daires d'échappement sont généralement dans une position convergentedivergente, généralement ouverte, afin d'obtenir une canalisation optimum des gaz d'échappement à haute

vitesse pendant ce fonctionnement avec post-combustion.

Cependant, lorsqu'un avion utilisant une telle tuyère clas- sique d'échappement à surface variable atterrit, se déplace sur la piste de roulement et fonctionne à vide sur le sol, sa tuyère est également placée dans le mode avec post-combustion

bien que la chambre de post-combustion ne fonctionne pas.

Cela a pour but de fournir une surface maximum à l'écoulement de décharge de la tuyère pendant la marche au sol afin de réduire la poussée du moteur Cependant, comme la tuyère d'échappement est conçue, dans son mode de fonctionnement avec post-combustion, pour les conditions aérodynamiques correspondant à une chambre de combustion en marche, au moment o elle fonctionne dans le mode avec post-combustion lors du roulement sur le sol, elle ne se trouve pas dans les conditions nominales Il en résulte que la poussée du moteur pendant la marche à vide au sol est relativement faible par rapport au fonctionnement du moteur en vol, mais est relativement élevée pour la propulsion au sol de l'avion et

présente une valeur absolue importante.

Selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, on propose un procédé de réduction de la poussée due aux gaz de combustion 18 déchargés par la tuyère d'échappement 58 lors du fonctionnement à vide au sol Le procédé comporte l'étape consistant à positionner les volets secondaires d'échappement 64, comme cela est représenté schématiquement en figure 4, de façon à former un diffuseur 68 pour les gaz de combustion 18 lors de la marche à vide au sol, le diffuseur permettant de maintenir l'attachement des gaz de combustion 18, sans séparation de l'écoulement, le long du volet secondaire d'échappement 64 En diffusant les gaz de combustion 18 dans le diffuseur 68, leur vitesse, et 36 par conséquent leur poussée, se trouvent réduites De manière 1 N - à obtenir une diffusion acceptable sans séparation de l'écoulement, les volets secondaires 64 doivent être mis en place par rapport à l'axe longitudinal 24, et aux gaz de combustion 18 s'écoulant parallèlement à celui-ci, suivant des angles relativement faibles L'angle du volet secondaire 64 par rapport à l'axe longitudinal 24 est appelé demi-angle H et a de préférence une valeur atteignant environ 150 pour

obtenir la diffusion sans séparation de l'écoulement.

On souhaite une valeur maximum pour la diffusion dans une étendue longitudinale minimum afin de maintenir une valeur relativement courte de la tuyère d'échappement 58 et par conséquent réduire son poids Cependant, si le demi-angle H est trop élevé, une séparation indésirable de l'écoulement se produira, avec une augmentation fâcheuse de la poussée due

aux gaz de combustion 18 déchargés par la tuyère d'échappe-

ment 58 De façon à assurer que la séparation des gaz de combustion 18 ne se produit pas, on souhaite disposer d'une marge pré-sélectionnée pour la séparation de l'écoulement,

qu'on peut déterminer pour des applications nominales parti-

culières et qui indique l'aptitude relative de la tuyère 58 à éviter la séparation de l'écoulement Par exemple, un paramètre non dimensionnel approprié pour la marge de la séparation de l'écoulement pourrait avoir une valeur de 100 % si le demi-angle H était nul, et aurait une valeur égale à zéro si on choisissait le demi-angle H pour qu'il soit l'angle auquel la séparation de l'écoulement se produit De façon à obtenir une marge acceptable pour la séparation de l'écoulement dans le mode de réalisation préféré de la

présente invention, le demi-angle H pour les volets secon-

daires d'échappement 64 aura de préférence une valeur

d'environ 10 degrés.

Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, le procédé de réduction de la poussée peut en outre comprendre l'étape consistant à placer les volets

primaires d'échappement 62 à leur position de pleine ouver-

1 1 - ture lors du fonctionnement à vide, comme cela est également représenté en figure 4 On peut définir la position des volets primaires 62 par l'angle A qui représente l'angle d'inclinaison de ces volets par rapport à l'axe longitudinal 24 Dans le mode de réalisation ayant la préférence, l'angle A est relativement petit et de préférence égal à O' lors de

la pleine ouverture des volets 62.

A la jonction des volets primaires et secondaires 62 et 64, est défini un col classique 70 de la tuyère d'échappement 58 qui présente une surface relativement minimum pour l'écoulement, qu'on désigne selon l'appellation classique par A 8 Avec le volet primaire 62 dans la position de pleine ouverture, la surface A 8 est maximum Comme les volets secondaires 64 sont reliés aux volets primaires 62, ils se terminent à une sortie d'échappement classique 72 qui présente une surface à l'écoulement désignée, comme cela est classique, par A 9 * En mettant en place le volet primaire 62 à la position de pleine ouverture, et en positionnant le volet secondaire 64 de façon à obtenir la diffusion, la tuyère d'échappement 58 fournit des surfaces A 8 et A relativement grandes pour canaliser les gaz d'échappement 18 tout en réduisant leur poussée pendant le mode de fonctionnement à vide au sol L'angle d'inclinaison A étant de préférence égal à O dans ce mode, le volet primaire 62 est généralement

parallèle à l'axe longitudinal 24.

Contrairement à une tuyère classique à échappement variable, dans laquelle la position des volets primaires et secondaires d'échappement est généralement identique pendant

la marche à vide au sol et le fonctionnement avec post-

combustion, une caractéristique supplémentaire de la présente invention est que les volets primaires et secondaires 62 et 64 sont placés à des positions différentes pendant la marche

à vide au sol et pendant le fonctionnement avec post-

combustion, ainsi que lors du fonctionnement sans post-

combustion du moteur 12.

12 - Plus spécialement, la figure 4 représente la tuyère d'échappement 58 pendant la marche à vide au sol afin que le diffuseur 68 ait la forme d'un canal divergent défini par les volets secondaires 64 et se trouvant entre eux Les volets primaires d'échappement 62 sont généralement parallèles à l'axe longitudinal 24 et définissent entre eux un canal d'écoulement 74 d'aire généralement constante Dans des variantes de réalisation de l'invention, le canal 74 peut

converger légèrement avec des angles d'inclinaison A attei-

gnant environ 50 sans effet néfaste important sur l'aptitude

des volets secondaires 64 à réduire la poussée.

En figure 5, on a représenté la tuyère d'échappement

58 mise en place pendant le fonctionnement sans post-

combustion du moteur 12 afin de former des canaux convergent et divergent 74 et 68 généralement complètement fermés, définis entre les volets primaires et secondaires 62 et 64, respectivement, pour propulser l'avion 10 en vol à des valeurs intermédiaires de la poussée supérieures à la poussée correspondant au fonctionnement à vide au sol Le canal convergent d'écoulement 74,formé par les volets primaires 62 pendant la marche sans post-combustion, est considéré comme entièrement fermé car la surface A 8 offerte à l'écoulement au droit du col 70 a des valeurs relativement minimales par

rapport aux autres modes de fonctionnement du moteur 12.

L'angle d'inclinaison A du volet primaire 62 est d'environ

350 lors d'une telle marche sans post-combustion, et naturel-

lement peut varier lors d'un tel fonctionnement On considère également comme généralement fermé le canal divergent 68 car la surface de sortie A 9 a également une valeur relativement

minimale, le demi-angle H approchant environ 7 .

En figure 6, on a représenté un mode de fonctionnement intermédiaire, avec post-combustion, du moteur 12 dans lequel les volets primaires et secondaires d'échappement 62 et 64 sont placés de manière à former des canaux convergent et divergent, généralement ouverts, 74 et 68, respectivement, 13 - pour la propulsion de l'avion 10 en vol à des valeurs élevées de la poussée supérieures aux valeurs intermédiaires de la poussée associés au mode de marche sans post-combustion Le canal convergent 74 est considéré comme généralement ouvert car l'angle d'inclinaison A est relativement petit,ce qui se produit lorsque les volets primaires 62 sont mis en place de façon à obtenir des valeurs maximum pour la surface A 8 d'écoulement au droit du col Les volets secondaires 64 sont placés en étant généralement ouverts afin d'obtenir des surfaces A 9 relativement élevées pour l'écoulement de sortie, le demi-angle H étant, par exemple, de 150 pour le mode

intermédiaire représenté en figure 6.

La figure 7 est semblable à la figure 6; cependant, elle montre la position des volets primaires et secondaires 62 et 64 pendant le fonctionnement avec post-combustion maximum, la poussée maximum étant due aux gaz d'échappement

18 On considère comme pleinement ouverts les volets pri-

maires et secondaires 62 et 64, la surface A 8 d'écoulement au droit du col étant maximum et la surface A 9 de l'écoulement à la sortie étant maximum Le demi-angle H associé au volet secondaire 64 présente une valeur d'environ 20 dans ce mode

de réalisation donné à titre d'exemple.

Dans un avion classique, la tuyère d'échappement 58 serait positionnée en étant totalement ouverte, comme cela

est représenté en figure 7, pendant la marche avec post-

combustion ainsi que lors d'un fonctionnement à vide au sol, avec séparation de l'écoulement des gaz d'échappement 18 lors de la marche à vide et une poussée relativement élevée

indésirable due aux moteurs 12 Comme on l'a décrit ci-

dessus, en plaçant les volets primaires et secondaires 62 et 64 comme cela est représenté en figure 4 pendant la marche à vide au sol, la poussée se trouve réduite Cela a pour effet de diminuer le freinage des roues permettant d'éviter le roulement de l'avion et par conséquent réduit l'usure des freins Les freins peuvent être utilisés légèrement ou 14 neuvent ne pas l'être du tout dans certains modes de réalisation afin d'éviter le roulement de l'avion 10, lequel se produirait sans cela avec une poussée relativement élevée pendant la marche à vide au sol On obtient aussi des performances plus sûres de l'avion 10, plus particulièrement lorsque la piste de roulement et la piste d'envol et d'atterrissage sont verglacées, car la fâcheuse poussée à

vide relativement élevée est réduite.

De manière à obtenir les trois positions généralement différentes des volets primaires et secondaires 62 et 64

pendant la marche à vide, sans post-combustion, et avec post-

combustion, on préfère que les volets secondaires 64 puissent

être positionnées de façon partiellement indépendante vis-à-

vis des volets primaires 62 Une tuyère classique d'échappe-

ment à surface variable comprend des volets primaires et secondaires et un carénage disposés dans un agencement

classique à quatre barres, avec des vérins pour le position-

nement des volets Comme les volets et les carénages sont disposés dans un agencement à quatre barres, leurs mouvements sont interdépendants, et sans moyen supplémentaire ils ne pourraient être placés dans les trois positions requises lors des fonctionnements à vide, sans post-combustion, et avec

post-combustion qu'on a décrits ci-dessus.

En figures 8 et 9, on a représenté un mode de réalisation préféré, à titre d'exemple, d'un dispositif permettant d'exécuter le procédé de la présente invention La

tuyère d'échappement 58, dans ce mode de réalisation axisymé-

trique, comprend le carter annulaire 54, les volets primaires 62, les volets secondaires 64, et les carénages 66 Chaque volet primaire 62 présente une extrémité en amont 76 reliée par pivotement, comme cela est classique, au carter 54, et une extrémité 78 du côté aval, une surface intérieure 80 qui est en regard et confine les gaz de combustion 18, et une surface extérieure 82 comportant en partie une nervure de

renforcement qui s'étend entre les extrémités 76 et 78. - Chaque volet secondaire 64 comprend une extrémité en amont 84 reliée en

pivotement, comme cela est classique, à l'extrémité en aval 78 d'un volet primaire, une extrémité en aval 86, une surface intérieure 88 en regard des gaz de combustion 18 qu'elle confine, et une surface extérieure 90 comprenant en partie une nervure classique de renforcement qui s'étend entre les extrémités 84 et 86 Des joints classiques 92, dont certains sont représentés en figure 3, sont placés de façon appropriée entre les volets primaires et secondaires 62 et 64 pour empêcher que les gaz d'échappement ne s'écoulent entre

les volets 62 et 64 adjacents.

Chaque carénage 66 comprend une extrémité en amont 94

reliée en pivotement au carter 54 comme on le décrit ci-

après, et une extrémité en aval 96 reliée en pivotement à

l'extrémité aval 86 du volet secondaire.

La tuyère d'échappement 58 comprend en outre un moyen 98 pour positionner de façon sélective les volets primaires et secondaires d'échappement 62 et 64 lors des trois modes de fonctionnement suivants: fonctionnement à vide sur le sol, fonctionement sans post-combustion, et fonctionnement avec post-combustion comme on l'a décrit ci-dessus Le moyen 98

comporte un anneau primaire 100 entourant les volets pri-

maires 62, une multitude de vérins primaires 102, par exemple des vérins hydrauliques, reliés fonctionnellement comme cela est classique à l'anneau primaire 100 pour animer ce dernier

d'un mouvement de translation parallèlement à l'axe longitu-

dinal 24 Chaque vérin primaire 102 comporte une extrémité en amont 104 connectée en pivotement au carter 54, à l'aide par exemple d'un joint sphérique, et une tige extensible 106 reliée en pivotement à l'anneau primaire 100, par exemple par un joint sphérique Une multitude de biellettes primaires 108, espacées circonférentiellement les unes des autres, relient en pivotement l'anneau primaire 100 aux extrémités aval 78 des volets primaires 62 par, par exemple, des joints

sphériques.

16 - Le moyen 98 de positionnement comprend en outre un anneau secondaire 110 disposé radialement à l'extérieur de l'anneau primaire 100 et relié en pivotement aux extrémités

amont 94 du carénage par, par exemple, des joints sphériques.

Une multitude de vérins secondaires 112, qui peuvent être des vérins hydrauliques classiques, sont reliés fonctionnellement à l'anneau secondaire 110 pour l'animer d'un mouvement de translation parallèlement à l'axe longitudinal 24 Chacun des vérins secondaires 102 comporte une extrémité amont 114 connectée en pivotement au carter 50 par, par exemple, un joint sphérique, et une tige extensible 116 reliée en pivotement à l'anneau secondaire 110, par, par exemple, un

joint sphérique.

Pendant la marche, les volets primaires et secondaires d'échappement 62 et 64 peuvent être positionnés par les vérins primaires et secondaires 102 et 112 Les vérins primaires 102 permettent d'animer l'anneau primaire 100 d'un mouvement de translation, ce qui provoque la rotation par les biellettes 108 des volets primaires 62 autour des extrémités amont 76 Les volets primaires 62 peuvent ainsi être animés d'un mouvement de rotation et placés dans l'une quelconque des positions représentées en figures 4-7 et à des positions intermédiaires L'angle d'inclinaison A, dans le mode de réalisation ayant la préférence, peut être compris entre environ O O pendant la marche à vide au sol représentée en figure 4 et environ 350 dans le mode de fonctionnement sans post-combustion représenté en figure 5 dans lequel les volets

primaires 62 sont entièrement fermés.

Lors de la rotation des volets primaires 62, les extrémités amont 84 des volets secondaires 64 se déplacent en

même temps que les extrémités aval 78 des volets primaires.

Les extrémités aval 86 des volets secondaires sont mises en place par le mouvement du carénage 66 provoqué par le

déplacement de l'anneau secondaire 110 Les vérins secon-

daires 112 servent à animer d'un mouvement de translation 17 - l'anneau secondaire 110, d'o il résulte que les volets secondaires 64 tournent par rapport aux extrémités aval 78 des volets primaires Par conséquent, les volets secondaires 64 peuvent être positionnés en partie indépendamment des volets primaires 62 car les extrémités aval 86 des volets secondaires peuvent être positionnée de manière indépendante par l'anneau secondaire 110 alors que les extrémités amont 84 des volets secondaires sont mises en place avec les volets primaires 62 et par conséquent dépendent de la position de ces derniers Les volets secondaires 64 peuvent ainsi être donc positionnés par le moyen 98 dans toutes les positions

représentées en figures 4-7.

Alors qu'on a décrit ce qu'on peut considérer comme des modes de réalisation préférés de la présente invention, des modifications apparaîtront au technicien et on désire

qu'elles entrent dans l'esprit des revendications annexées.

Plus spécialement, et à titre d'exemple seulement, bien qu'on ait décrit l'invention en liaison avec une tuyère d'échappement à surface variable, axisymétrique, elle peut

être également utilisée avec les types de tuyères d'échap-

pement convergent-divergent à deux dimensions qui présentent en général une section transversale rectangulaire présentée à l'écoulement Elle peut être aussi utilisée en liaison avec d'autres types encore de tuyères d'échappement, dont les

tuyères non-symétriques.

En outre, bien qu'on ait indiqué ci-dessus que le moyen 98 de positionnement avait la préférence, on peut employer d'autres moyens pour le positionnement des volets

primaires et secondaires d'échappement 62 et 64 afin d'obte-

nir toutes les positions représentées en figures 4-7 pour réduire la poussée lors de la marche à vide au sol, tout en

permettant la mise en place des volets primaires et secon-

daires 62 et 64 à des positions différentes tant pour le

fonctionnement avec post-combustion que pour le fonctionne-

ment sans post-combustion.

18 -

Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé pour réduire la poussée due aux gaz de combustion ( 18) déchargés par une tuyère d'échappement ( 50) lors du fonctionnement à vide au sol d'un avion comportant un moteur ( 12) à turbine à gaz augmenté comprenant une tuyère d'échappement à surface variable ayant un volet primaire

d'échappement ( 62) pouvant être positionné de manière sélec-

tive et un volet secondaire d'échappement ( 64) pouvant être positionné de façon sélective, volet secondaire qui s'étend en aval du volet primaire pour canaliser les gaz de

combustion, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consis-

tant à: positionner le volet secondaire d'échappement de manière à former un diffuseur ( 68) pour les gaz de combustion lors du fonctionnement à vide au sol et à maintenir l'attachement des gaz de combustion le long du volet

secondaire d'échappement.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à positionner le volet primaire d'échappement pour obtenir une ouverture

complète lors du fonctionnement à vide au sol.

3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le volet primaire d'échappement est placé dans une position d'ouverture complète qui est généralement parallèle

à l'axe longitudinal ( 24) de la tuyère d'échappement.

4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le volet secondaire d'échappement peut être placé en

partie indépendamment du volet primaire d'échappement.

5 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les volets primaire et secondaire d'échappement sont placés ensemble dans des positions différentes pendant la

marche à vide au sol et lors du fonctionnement sans post-

combustion et lors du fonctionnement avec post-combustion du

moteur.

19 - 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les volets primaire et secondaire d'échappement sont positionnés: pendant la marche à vide au sol de manière à former un canal divergent ( 68) défini par le volet secondaire d'échap- pement afin de diffuser les gaz de combustion dans le but de réduire la poussée; pendant la marche sans post-combustion afin de former des canaux convergent ( 74) et divergent ( 68) généralement fermés qui sont définis par les volets primaire et secondaire d'échappement, respectivement, pour mouvoir l'avion en vol à des valeurs intermédiaires de la poussée supérieures à ladite poussée correspondant à la marche à vide au sol; et lors du fonctionnement avec post-combustion, afin de

former des canaux convergent ( 74) et divergent ( 68) générale-

ment ouverts qui sont définis par les volets primaires et secondaires d'échappement, respectivement, pour mouvoir l'avion à des valeurs élevées de la poussée supérieures

auxdites valeurs intermédiaires.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le volet secondaire d'échappement peut être positionné en

partie indépendamment du volet primaire.

8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le volet primaire d'échappement est positionné pour obtenir une ouverture totale qui est généralement parallèle à l'axe longitudinal de la tuyère d'échappement et le volet secondaire d'échappement est positionné suivant un angle (H),

par rapport à l'axe longitudinal, atteignant environ 150.

9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le volet secondaire d'échappement est positionné suivant un angle, par rapport à l'axe longitudinal, d'environ 10 pour maintenir une marge de séparation présélectionnée pour l'écoulement des gaz de combustion pouvant circuler le long

du volet secondaire d'échappement.

10 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en - ce que le moteur à turbine à gaz comprend un compresseur ( 34), et en ce que la marche à vide au sol est choisie pour obtenir de l'air de soutirage ( 50) à partir du compresseur à

une pression d'au moins 0,3 M Pa.

11 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'avion comporte des roues ( 14), et en ce que le volet secondaire d'échappement peut être positionné lors de la marche à vide au sol de façon que la poussée du moteur soit insuffisante pour provoquer le roulement de l'avion sur

les roues.

12 Tuyère d'échappement ( 58) pour moteur à turbine à gaz d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter ( 54); un volet primaire d'échappement ( 62) comportant une extrémité amont ( 76) connectée en pivotement au carter, une extrémité aval ( 78), et une surface intérieure ( 80) pour canaliser les gaz de combustion ( 18); un volet secondaire d'échappement ( 64) comportant une extrémité amont ( 84) connectée en pivotement à l'extrémité aval du volet primaire d'échappement, une extrémité aval ( 86), et une surface intérieure ( 88) pour canaliser les gaz de combustion; un carénage ( 66) ayant une extrémité en amont ( 94) connectée en pivotement au carter et une extrémité en aval ( 96) connectée en pivotement à l'extrémité en aval du volet secondaire d'échappement; et un moyen ( 98) pour positionner sélectivement les volets primaire et secondaire d'échappement: pendant la marche à vide au sol dans le but de former un canal divergent ( 68)défini par le volet secondaire d'échappement afin de diffuser les gaz de combustion ( 18) tout en maintenant l'attachement desdits gaz le long du volet secondaire d'échappement pour réduire la poussée; lors de la marche sans postcombustion, afin de former des canaux convergent ( 74) et divergent ( 68) généralement 21 -

fermés définis par les volets primaire et secondaire d'échap-

pement, respectivement, afin de mouvoir un avion en vol à des valeurs intermédiaires de la poussée supérieures à la poussée réduite pendant le fonctionnement à vide au sol et, lors du fonctionnement avec postcombustion, dans le but de former des canaux convergent ( 74) et divergent ( 68) généralement ouverts, définis par les volets primaire et secondaire d'échappement, respectivement, afin de mouvoir

l'avion en vol à des valeurs élevées de la poussée supé-

rieures aux valeurs intermédiaires de celle-ci.

13 Tuyère d'échappement selon la revendication 12, caractérisée en ce que le moyen de positionnement sert à placer le volet primaire d'échappement à une position

d'ouverture totale lors du fonctionnement à vide au sol.

14 Tuyère d'échappement selon la revendication 13, caractérisée en ce que le volet primaire d'échappement est placé dans une position d'ouverture totale, généralement

parallèle à l'axe longitudinal ( 24) de la tuyère.

Tuyère d'échappement selon la revendication 12, caractérisée en ce que le moyen de positionnement sert à

placer l'extrémité en aval ( 86) du volet secondaire d'échap-

pement ( 64) indépendamment du volet primaire d'échappement

( 62).

16 Tuyère d'échappement selon la revendication 15, comprenant en outre: une multitude de volets primaires d'échappement ( 62) espacés circonférentiellement les uns des autres, disposés de façon axisymétrique par rapport à l'axe longitudinal ( 24) de la tuyère; une multitude de volets secondaires d'échappement ( 64) espacés circonférentiellement les uns des autres et,

une multitude de carénages ( 66) espacés circonféren-

tiellement les uns des autres, et caractérisée en ce que le moyen de positionnement ( 98) comprend; 22 -

un anneau primaire ( 100) entourant les volets pri-

maires d'échappement, une multitude de vérins primaires ( 102) connectés fonctionnellement à l'anneau primaire pour l'animer d'un mouvement de translation parallèlement à l'axe longitudinal, une multitude de biellettes primaires ( 108), espacées

circonférentiellement les unes des autres, reliant en pivote-

ment l'anneau primaire aux volets primaires d'échappement; un anneau secondaire ( 110) relié en pivotement aux extrémités en amont des carénages; et une multitude de vérins secondaires ( 112) connectés fonctionellement à l'anneau secondaire pour l'animer d'un

mouvement de translation parallèlement à l'axe longitudinal.

17 Tuyère d'échappement selon la revendication 16, caractérisée en ce que le moyen de positionnement sert à placer les volets primaires d'échappement à une position d'ouverture totale, généralement parallèle à l'axe longitinal

de la tuyère, et à placer les volets secondaires d'échappe-

ment à un angle, par rapport à l'axe longitudinal, atteignant

environ 150.

18 Tuyère d'échappement selon la revendication 17, caractérisée en ce que les volets secondaires d'échappement ( 64) sont placés suivant un angle, par rapport à l'axe longitudinal, d'environ 10 de manière à maintenir une marge de séparation pré-sélectionnée pour l'écoulement des gaz de combustion pouvant circuler le long des surfaces intérieures

des volets secondaires d'échappement.

19 Tuyère d'échappement selon la revendication 16, caractérisé en ce que le moteur à turbine à gaz comprend un compresseur ( 34), et le fonctionnement à vide au sol est choisi pour obtenir de l'air de soutirage ( 50) à partir du

compresseur à une pression d'au moins 0,3 M Pa.

Tuyère d'échappement selon la revendication 16, caractérisé en ce que le moteur à turbine à gaz et la tuyère d'échappement sont disposés dans un avion comportant des 23 - roues et les volets secondaires d'échappement peuvent être positionnés lors de la marche à vide au sol de façon que la poussée du moteur soit insuffisante pour provoquer le

roulement de l'avion sur les roues.