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La présente invention concerne un dispositif pour réduire le bruit du jet de propulsion s'échappant de la tuyère de poussée d'un groupe moteur à turbine à gaz.
Une caractéristique de l'invention réside dans un agencement grâce auquel le niveau du bruit du jet de propulsion est réduit particulièrement pendant les mo- ments du fonctionnement du groupe moteur à turbine à gaz au cours desquels le bruit du jet de propulsion est indésirable. Une autre caractéristique réside dans un agencement servant à faire entrer le dispositif précité en fonctionnement aux moments où on désire rendre le jet de propulsion silencieux. Une autre caractéristique en- core réside dans un agencement servant à amener le dispo- sitif de silencieux dans une position de fonctionnement et hors de cette position pendant que le groupe moteur est en fonctionnement.
Plus particulièrement, une carac- téristique de l'invention réside dans un agencement per- mettant de transformer le spectre normal du bruit pro- duit par le sillage du jet de propulsion en un spectre à haute fréquence, ce qui réduit à un minimum le son qui est émis par le groupe moteur en fonctionnement et qui parvient aux personnes habitant ou travaillant près du groupe moteur.
Plus particulièrement, une caractéristique de l'invention réside dans un tube qui fait saillie vers l'arrière à partir de la turbine et qui comporte à son extrémité des dispositifs de fermeture et un grand nom- bre de petites ouvertures orientées vers l'arrière et par lesquelles les gaz émis par la tuyère sont déchargés/ ménagées dans sa paroi à l'extérieur. Une autre carac- téristique réside dans un agencement télescopique du tu-
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be qui permet d'amener celui-ci dans une.position de non-fonctionnement, un agencement étant prévu pour ou- vrir les dispositifs de fermeture.
D'autres objets et avantgges de l'invention apparaîtront à,la lecture de la description qui va sui- vre et qu'on a faite en se référant au dessin annexé, qui représente un mode de réalisation de l'invention et sur lequel : - la figure 1 est une coupe longitudinale du dispositif de silencieux lorsqu'il est dans une position opérante ; - la figure 2 est une vue en élévation similai- re à la figure 1 et représentant ce dispositif dans une position inopérante; - la figure 3 est une vue en bout du disposi- tif et illustre le capot; - la figure 4 est une coupe fragmentaire à plus grande échelle, faite sensiblement par 4-4 de la fi- gure 5 'et représentant une partie de la paroi comportant des ouvertures; - la figure 5 est une coupa faite par 5-5 de la figure 4 ;
- la figure 6 est une coupe fragmentaire à plus grande échelle représentant les manchons et la tuyère dans une position d'emboîtement télescopique complet; - la figure 7 est une coupe fragmentaire de la tuyère dans une position d'extension en vue de montrer les dispositifs d'actionnement de fermeture; @ - la figure 8 est une coupe d'un détail ; - la figure 9 est un graphique des spectres de puissance pour tuyères.
L'invention est représentée dans son associa- tion avec la tuyère d'échappement 2 d'un moteur à réac-
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tion représenté schématiquement en 4 et disposé dans la capot 6 d'un aéroplane. Des supports de montage (non représentés) reliée aux pattes ou flasques 10 du moteur le maintiennent en position sur l'aéroplane.
Le dispositif de silencieux comporte un tube télescopique 12 constitué par une série de manchons 14,
15, 16 et 17 disposés de manière à s'emboîter les uns dans les autres et qui, dans leur position inopérante, sont placés autour de la tuyère 2 de la turbine comme représenté sur la figure 2. La tuyère, proprement dite est elle-même montée télescopiquement avec les manchons et elle est placée, lorsque ces derniers sont en posi- tion d'extension, à l'extrémité aval de leur série, com- me on le voit mieux sur la figure 1. Les manchons sont guidés par un ou plusieurs rails 20 supportés par la structure de l'avion, et chacun des manchons 15, 16 et 17 porte à son extrémité arrière un support en saillie 22 muni de galets de guidage 24 qui portent contre le rail 20.
A son extrémité aval, la tuyère comporte un support similaire 25, comme représenté sur les figures 1, 2 et 3.
A son extrémité amont, le manchon avant 14 est fixé à une partie du carter de la turbine, par exemple à un flasque 26 auquel la tuyère d'échappement est habi- tuellement fixée. L'extrémité aval de ce manchon compor- te un rebord annulaire 28 en saillie vers l'intérieur, qui porte contre un rebord'ou flasque coopérant 30 en saillie vers l'extérieur et.disposé sur l'extrémité amont du manchon voisin 15. Le rebord annulaire 28 et le re- bord 30 coopérants limitent le mouvement d'extension des manchons l'un par rapport à l'autre et assurant une liai.. son entre les manchons adjacents. On peut disposer une garniture appropriée 31 résistant aux températures éle-
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vées entre le flasque 30 et le rebord annulaire 28.
Des rebords annulaires et des flasques analogues sont prévus sur chacun des manchons.
Au lieu d'être cylindriques comme les manchons, la tuyère 2 aune forme quelque peu convergente, comme représenté, et elle porte à son extrémité aval un capot illustré en détail sur les figures 2 et 3. Dans l'agen- cement représenté, ce capot est constitué par un certain nombre de segments ou volets distincts 32 dont chacun recouvre une partie de l'ouverture de la tuyère et est fixé à des bras 33 articulés sur un axe 34 porté par des supports 36, ce qui leur permet de passer par pivotement de leur position opérante illustrée sur les figures 1 et 3 à leur position inopérante ou position d'ouverture représentée sur la figure 2.
Les secteurs-sont action- nés par n'importe quel mécanisme approprié qui peut être .constitué, par exemple, par des tiges 3$ s'étendant vers l'avant, reliés respectivement par des axes 44 aux volets' et reliés respectivement par des axes à leur ex- trémité avant à une tige de commande 40. Sur chaque ti- ge 40 est prévue une collerette 41 disposée de manière à porter contre la garniture 31' placée sur le rebord annulaire 28 du manchon 17, comme représenté sur la fi- gure 7, en vue de maintenir les volets fermés.
Lorsque les manchons du dispositif de silencieux sont complète- ment emboîtés, l'extrémité intérieure de la tige de com- mande 40 vient portér contre un rebord annulaire 43 s'é- tendant vers l'intérieur qui est prévu sur l'extrémité amont du manchon 17, comme représenté sur la figure 6, ce qui repousse les volets et les amène dans leur posi- tion inopérante illustrée sur la figure 6.
Lorsque le dispositif n'est pas utilisé, il peut être ramené de sa position opérante représenta sur
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la figure 1 par une traction des manchons vers l'avant, ce qui les amène dans leur position inopérante illustrée sur la figure 2, au moyen de câbles 42 reliés à leur ex- trémité arrière à l'extrémité aval de la tuyère et s'é- tendant vers l'avant jusqu'à un treuilou un autre dispo- sitif de traction appropriés. Lorsque le dispositif doit être amené en extension, les câbles sont libérés et la pression exercée sur les parois de la tuyère allonge le dispositif jusqu'à ce qu'il occupe la position repré- sentée sur la figure 1, ce qui détermine également la fermeture des volets 32 au moyen des tiges de commande précitées.
Le déplacement axial des tiges peut être guidé, par des supports 46 fixés au conduit d'échappement 2 de la tuyère. On peut prévoir des encoches, comme repré- senté en 48, .dans le rebord annulaire 28 et la garniture 31 du manchon 17 pour assurer le passage des supports par ces encoches lorsque les manchons du dispositif de silencieux sont en extension ou qu'ils sont complètement emboîtés, et la collerette 41 est assez grande pour re- couvrir l'encoche de la garniture 31.
Pour que la tuyère puisse se déplacer vers l'arrière de manière que les volets 32 soient complète- ment fermés, il convient de remarquer que la force exer- cée vers l'arrière sur la tuyère 'doit être suffisante pour vaincre la force exercée sur les volets qui tend à les empêcher de se fermer.- On peut obtenir ce rapport de forces en disposant convenablement l'axe 34 (figure @ 7) par rapport à l'axe 44, aux zones du volet qui suppor- tent la charge et à la tuyère. On détermine ce rapport par la projection axiale de la section de la tuyère 2 ,rapportée à la projection axiale de la surface des vo- lets 32 lorsqu'ils sont fermés.
Pour assurer la ferme-
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ture des volets l'inégalité suivante doit être satisfai- te ; b x Ad a x Ac inégalité dans laquelle a est la distance comprise entre le centre de la pression exercée sur chaque volet et l'axe de liaison 44, Ac est la projection de la surface totale délimitée par tous les volets, b est la distance comprise entre les deux axes d'articulations 44 et 34 et Ad est la projection de la section de la tuyère 2. De ce faitj le produit de la distance entre les deux axes d'articulation par la projection de la section de la tuyère doit être supérieur au produit de la longueur des bras des volets par la surface de ceux-ci.
Pour assurer l'échappement des gaz déchargés par la tuyère de poussée lorsque le silencieux est en extension, on a prévu sur les parois des manchons des saillies 50 qui comportent une petite tuyère d'échappe- ment 52, comme représenté en détail sur les figures 4 et 5. Les tuyères 52 prévues dans ces saillies orien- tées vers l'arrière permettent la décharge des gaz sor- tant du silencieux dans une direction déterminant sur le moteur une poussée vers l'avant. En même temps.la dé- charge des gaz est modifiée et, au lieu de se faire sous forme d'un grand jet unique sortant de la tuyère classi- que 2, elle se fait sous forme d'un grand nombre de pe- tits jets de gaz sortant des petites tuyères 52.
On a constaté qué le bruit produit lorsque des gaz d'échappement sont refoulés à vitesse élevée dans . la tuyère d'un moteur à réaction provient principaleme de' la partie du sillage du jet de propulsion qui est notablement en aval de la tuyère proprement dite. L'am- pleur et la nature du bruit produit par.le sillage du jet de propulsion sont fonction des dimensions de la
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tuyère, du rapport entre la pression à l'intérieur et la pression à l'extérieur de la tuyère et de la températu- re des gaz d'échappement.
Les courbes représentées sur la figure 9 sont des spectres généralisés de puissance correspondant à une grande variété de diamètres de tuyè- res fonctionnant toutes approximativement à la même tem- pérature et avec les rapports de pressions figurés et indiqués par les lettres RP. Les irrégularités de la courbe correspondant à un rapport de pressions égal à 2,5 sont l'indication de fréquences discontinues dans le spectre du bruit. Ces fréquences discontinues sont créées par des phénomènes de chocs se produisant dans l'écoulement du jet de propulsion immédiatement en aval de la tuyère.
Sur le graphique de la figure 9, "f" est la fréquence en cycles par seconde, "d" est le diamètre de la tuyère porté en unités de 25,4 mm et NPB est le niveau de la puissance du bruit par cycle, en décibels
EMI7.1
correspondant-à 0,9 x 10" watt.
En examinant les courbes de la figure 9, on voit que-si la tuyère a un grand diamètre, le sommet du spectre est atteint pour une fréquence beaucoup plus basse que si la tuyère a un petit diamètre. Par exem- ple, le sommet de la courbe pour un rapport de pressions de 2,5 est atteint pour un niveau de puissance d'environ 100 décibels et pour un produit de la fréquence par le diamètre égal à environ 5000. En divisant les valeurs de l'abscisse par le- diamètre de la tuyère pour obtenir la fréquence à laquelle est atteinte la valeur du sommet, on trouve que si le diamètre de la tuyère est égal à 635 mm, la fréquence correspondant au sommet se produit à 200 cycles par seconde. Si la tuyère a un diamètre de 2,54 mm, la fréquence correspondant au sommet se produit à 50.000 cycles par seconde.
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Pour la plupart des personnes, la limite supé- rieure de la gamme des fréquences audibles est comprise entre 10. 000 et 20.000 cycles par seconde. Compte tenu de ce fait, et en ce qui concerne le bruit; l'utilisation d'un grand nombre de tuyères d'un diamètre de 2,54 mm au lieu d'une seule tuyère d'un diamètre de 635 mm pré- sente un avantage évident. Une grande fraction du bruit que créent les petites tuyères est située au delà de la gamme audible.
Lorsqu'on étudie le mécanisme de création du bruit dans les sillages des jets de propulsion, on voit que la fréquence du bruit est fonction des dimensions des tourbillons créés au sein de ces sillages. Lors- qu'on étudie le bruit provenant de petits sillages de jets de propulsion émis par des tuyères rapprochées les unes des autres suivant des dispositions symétriques, on voit que si les tuyères sont trop rapprochées les unes des autres, les sillages fusionnent et permettent la for- mation de tourbillons plus grands, ce qui a pour consé- quence de créer un bruit à des: fréquences plus basses.
De ce fait, pour utiliser avec profit le déplacement du spectre représenté sur la figure 9, il-est nécessaire qu'au moins un minimum d'espacement sépare les tuyères les unes des autres. On a constaté qu'un espacement en- tre tuyères égal à trois diamètres donnait à ce sujet des résultats satisfaisants.
En étudiant le bruit créé par un grand nombre de petites tuyères et celui que crée une seule.grande tuyère, on a constaté que le niveau de bruit provenant des petites tuyères est même inférieur à celui auquel on pouvait s'attendre avec le rapport représenté sur la figure 9. On a également constaté que si la section to- tale de tuyère d'un grand nombre de petites tuyères est
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égale à la section d'une seule grande tuyère) l'écoule- ment d'air est approximativement le même et la poussée est approximativement la même que dans le cas d'une seu- le grande tuyère.
Il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation décrit et représenté sur le dessin, et qu'on peut y apporter diver- ses modifications sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention.