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La présente invention a trait à des moteurs à turbine à gaz et, plus spécifiquement,elle concerne des tuyères de jet par lesquelles les gaz d'échappement provenant de tels moteurs passent vers l'atmosphère pour produire une poussée propulsive.
Dans la demande de brevet britannique antérieure n 12244/54, se trouve exposée une construction perfectionnée de tuyère de jet à section ef- ficace variable qui comprend une structure présentant une gorge dont la sec- tion efficace est la section efficace maximum de la tuyère de jet, et un dispositif destiné à injecter des jets d'air comprimé dans le courant des gaz d'échappement, à l'endroit de la gorge ou près de celle-ci, de manière à réduire la section efficace de la tuyère de jet.
Dans les deux agence- ments spécifiquement décrits dans cette demande, le dispositif destiné à injecter l'air comprimé dans le courant des gaz d'échappement est disposé en amont de la gorge ou à l'endroit de la gorge et, dans chaque cas, l'air comprimé est soutiré du compresseur du moteur, pour améliorer de cette ma- nière le fonctionnement du moteur dans les conditions où l'on désire faire varier la section efficace de la tuyère par l'injection d'air comprimé.
Selon la présente invention, on propose une tuyère de jet compre- nant une structure présentant une partie de tuyère convergente, suivie, dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement dans ladite partie, d'une par- tie de tuyère divergente, lesdites parties de tuyère se rencontrant à une gorge et ladite tuyère étant construite pour être employée dans des vols à des nombres de Mach élevés, ladite structure comprenant une paroi périphé- rique de conduit, et un dispositif destiné à injecter l'air sous pression dans la partie de tuyère divergente de manière à provoquer le décollement du courant des gaz d'échappement de la paroi périphérique de conduit, par suite de quoi la tuyère de jet se comporte en tuyère convergente simple, con- venant au fonctionnement à de petits nombres de Mach de vol.
Une tuyère convergente-divergente est généralement employée pour le vol à des nombres de Mach supérieurs à environ 1,1 et, lorsqu'une tuyère est construite pour le vol à des nombres de Mach supérieurs à cette valeur, elle est inefficace lorsqu'elle fonctionne à des nombres de Mach inférieurs à environ 1,1. L'injection de l'air sous pression à ces petits nombres de Mach, réalisée de la manière conforme à la présente invention, permet à la tuyère de fonctionner efficacement en tant que tuyère convergente simple.
Selon une particularité de l'invention, la tuyère de jet comporte des parois intérieure et extérieure, de manière à avoir la forme annulaire, la paroi extérieure ayant des parties sensiblement tronconiques convergente et divergente, leurs extrémités étroites se trouvant à la gorge et la paroi intérieure ayant des parties sensiblement tronconiques divergente et con- vergente, leurs extrémités larges se rencontrant à la gorge, et le disposi - tif destiné à injecter l'air comprend une fente circonférentielle située dans la partie divergente de la paroi extérieure. La fente est de préféren- ce sensiblement continue.
De préférence, l'injection d'air comprimé, destiné à provoquer le décollement du courant des gaz d'échappement,est effectuée à un endroit de la partie divergente de la tuyère situé à quelques pouces en aval de la gorge. L'endroit optimum de l'injection peut être déterminé par l'expérien- ce et l'on croit qu'il varie d'après le diamètre de la tuyère. La fente est de préférence disposée à une distance de la gorge, vers l'aval, compri- se entre un dixième et un sixième du diamètre extérieur de la gorge.
Selon une particularité de la présente invention, la structure de tuyère est de préférence telle qu'en vol à des nombres de Mach élevés, les gaz d'échappement se détendent de préférence dans la partie divergente
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jusqu'à occuper une aire sensiblement égale à l'aire frontale du moteur, et l'enveloppe du moteur est cylindrique et s'étend jusqu'à la sortie de la tuyère. De cette manière, la traînance provoquée par le moteur est sensi- blement réduite car, là où un courant d'air s'écoule sur l'enveloppe au cours du vol, cet écoulement est sensiblement un écoulement rectiligne.
Comme dans la demande antérieure susmentionnée, il est préférable que l'apport d'air sous pression soit obtenu par le soutirage au compresseur du moteur en un endroit convenable, dans le cas présent, à la sortie de re- foulement du compresseur ou à un étage intermédiaire. Cela peut aussi pré- senter l'effet favorable de réduire la possibilité de surcharge du compres- seur du moteur à de faibles vitesses de progression de l'avion. Cette par- ticularité de l'invention est spécialement avantageuse dans les moteurs à turbine à gaz, spécialement dans les moteurs à un seul arbre, destinés à la propulsion par jet d'avions à de grandes vitesses, dans lesquels le moteur est construit pour présenter le rendement maximum en vol à¯grande vitesse.
Lorsque c'est le cas, la vitesse de rotation corrigée, qui est définie com- me étant le quotient de la vitesse de rotation effective N par la racine carrée de la température de l'air T de l'entrée d'air du moteur, à une cer- taine valeur lorsque règnent les conditions d'établissement dans lesquelles la température d'entrée d'air est bien plus élevée, du fait de l'effet de foulage (pression dynamique), que la température ambiante au niveau du sol.
Il faut dès lors observer qu'à l'envol, lorsque la température de la prise d'air est approximativement la température de l'air ambiant, si la vitesse de rotation effective est maintenue sensiblement à la valeur de celle des conditions d'établissement, la vitesse de rotation corrigée est bien plus élevée que la valeur d'établissement et le moteur est davantage sujet à surcharge. Cette augmentation de la tendance à la surcharge est écartée par le soutirage de l'air d'un point approprié du compresseur, soutirage destiné à amener la tuyère à se comporter en tuyère convergente simple.
Une réalisation de l'invention est représentée dans le dessin sché- matique annexé à la présente description.
Dans le dessin, l'extrémité de sortie de la turbine du moteur est indiquée en 50 et l'enveloppe du moteur, qui est cylindrique, est indiquée en 51 L'enveloppe 51 du moteur s'étend au-delà de la turbine 50, jusqu'à l'extrémité de sortie d'une structure de tuyère d'échappement convergente- divergente.
La structure de tuyère d'échappement convergente-divergente com- prend une paroi extérieure de conduit ayant une partie tronconique amont 52, reliée à la paroi extérieure du conduit de sortie de turbine, et une se- conde partie tronconique 53 située immédiatement en aval de la partie a- mont 52, des deux parties 52, 53 étant reliées entre elles à leurs extrémi- tés de petit diamètre. La structure de tuyère comprend aussi une paroi in- térieure de conduit ayant des parties tronconiques amont et aval, respecti- vement 54, 55 qui sont jointes entre elles à leurs extrémités de grand dia- mètre.
L'extrémité de petit diamètre de la partie amont 54 est jointe à la paroi intérieure courbe du conduit de sortie de turbine, et l'extrémité de petit diamètre de la partie aval délimite une sortie circulaire de l'in- térieur de la paroi intérieure de conduit, Dans une variante, la partie aval de paroi 55 peut être complètement conique. Le plan de la jonction des parties amont et aval de paroi 5455 est situé dans le plan de la jonc- tion des parties de paroi 52, 53 de la paroi extérieure de conduit. Une gorge de tuyère 56 est ainsi formée dans le plan de la jonction des parties de paroi 52, 53 et 54, 55.
L'extrémité étroite de la partie aval 55 de la paroi intérieure de conduit s'étend en aval au-delà de l'extrémité aval de l'enveloppe de mo-
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teur 51 et au-delà de la partie aval 53 de la paroi extérieure de conduit,
La structure de tuyère décrite à ce point est conçue en vue du vol à des nombres de Mach élevés, c'est-à-dire à des nombres de Mach supérieurs à environ 1,1. On voit que l'extrémité aval de la partie de paroi aval divergente 53 de la paroi extérieure de conduit se termine à l'extrémité a- val de l'enveloppe de moteur 51 et il s'ensuit qu'en vol à grande vitesse, le courant des gaz d'échappement se détend jusqu'à occuper une aire sensi- blement égale à l'air frontale du moteur, par suite de quoi la traînance du moteur se trouve réduite.
Il est clair que, pour de petits nombres de Mach, une telle tuyè- re fonctionne avec un faible rendement et l'agencement suivant est employé pour faire fonctionner la tuyère sensiblement comme une tuyère convergente simple. Un collecteur 57 est prévu qui encercle la partie de paroi diver- gente 53 de la paroi extérieure de conduit et le collecteur 57 est alimenté en air sous pression par un tuyau d'alimentation 58- Un dispositif de sor- tie 59 est prévu du collecteur dans la partie divergente de la structure de tuyère de jet en un endroit situé à une distance de quelques pouce en aval de la gorge 56, de manière à injecter l'air sous pression soit radialement, soit avec une composante amont, dans la partie divergente de la structure de tuyère de jet.
La distance est de préférence d'environ 1/lOème du dia- mètre extérieur de la gorge 56. Le tuyau d'alimentation 58 est relié à un étage intermédiaire ou à la sortie de refoulement du compresseur du moteur, et un dispositif à vanne est prévu dans le tuyau pour régler le débit qui y passe. Dans les conditions de l'envol et en vol à des nombres de Mach pe- tits, l'apport de l'air sous pression du compresseur au collecteur est com- mencé par l'ouverture de la vanne et on croit que les jets d'air indiqués en 60 font dévier le courant des gaz d'échappement de manière qu'il décolle de la paroi extérieure de conduit en aval de la gorge 56, sensiblement de la manière indiquée par la ligne en pointillé 61.
Comme on l'observe, le rendement d'une tuyère convergente-divergente construite pour les vols à des nombres de Mach élevés, par exemple à M = 2,0, est bien plus faible, aux nombres de Mach existant par exemple lors de l'envol d'un avion, que les rendements que l'on peut obtenir avec une tuyère convergente simple et l'on trouve que l'injection d'une certaine quantité d'air, représente en- viron 10 % du débit de masse passant par la tuyère, rétablit le rendement et lui donne sensiblement la valeur que l'on peut obtenir avec la tuyère convergente simple. Cela peut représenter, par exemple, une augmentation de la poussée du moteur de 12% dans les conditions de l'envol.
REVENDICATIONS.
1. - Tuyère de jet comprenant une structure présentant une partie de tuyère convergente, suivie, dans le sens de l'écoulement des gaz d'échap- pement dans ladite partie, d'une partie de tuyère divergente,lesdites par- ties de tuyère se rencontrant à une gorge et ladite tuyère étant construite pour être employée dans des vols à des nombres de Mach élevés, ladite struc- ture comprenant une paroi périphérique de conduit, et un dispositif destiné à injecter l'air sous pression dans la partie de tuyère divergente de ma- nière à provoquer le décollement du courant des gaz d'échappement de la pa- roi périphérique de conduit, par suite de quoi la tuyère de jet se comporte en tuyère convergente simple convenant au fonctionnement à de petits nom- bres de Mach.