Ensemble de joint d'étanchéité anti-feu et nacelle comprenant un tel joint
L'invention se rapporte à un ensemble de joint d'étanchéité pour nacelle de turboréacteur nacelle de moteur à réaction pour un aéronef, ainsi qu'à une nacelle équipée d'un tel ensemble de joint.
Un aéronef est mû par plusieurs turboréacteurs logés chacun dans une nacelle abritant également un ensemble de dispositifs d'actionnement annexes liés à son fonctionnement et assurant diverses fonctions, lorsque le turboréacteur est en fonctionnement ou à l'arrêt.
U ne nacelle présente généralement une structure tubula ire comprenant une entrée d'air en avant du turboréacteur, une section médiane destinée à entourer une soufflante du turboréacteur, une section arrière destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur et pouvant abriter des moyens d'inversion de poussée.
Les nacel les modernes sont souvent destinées à abriter un turboréacteur double flux apte à générer, par l'intermédiaire des pâles de la soufflante en rotation et du compresseur, un flux d'air chaud (également appelé flux primaire) issu de la chambre de combustion du turboréacteur et de la turbine. L'ensemble compresseur, chambre de combustion et turbine constitue le générateur de gaz du turboréacteur, aussi appelé cœur (ou core).
Ainsi, une nacelle comprend généralement une structure externe, qui définit, avec une structure interne concentrique de la section arrière, dite Inner Fixed Structure (IFS) entourant le coeur du turboréacteur en arrière de la soufflante, un canal annulaire d'écoulement, encore appelé veine secondaire, visant à canaliser un flux d'air froid, dit secondaire, qui circule à l'extérieur du turboréacteur.
La structure arrière du cœur du turboréacteur est terminée par une tuyère dite primaire assurant l'éjection du flux d'air chaud, la structure externe de la nacelle étant, quant à el le, généralement terminée par une tuyère secondaire, pouvant être à section variable et optimisant l'éjection du flux secondaire froid.
La structure interne constitue ainsi un capotage autour du cœur du turboréacteur et peut être désigné sous différents noms, notamment, capot cœur arrière (Aft Core Cowl, ACC).
La capot cœur et la tuyère primaire sont deux structures distinctes qui peuvent notamment se déplacer relativement l'une par rapport à l'autre, par
exemple en raison de phénomènes de dilatation longitudinale, de variations de conditions de vol, ou de la géométrie de l'ensemble. Il existe également des déplacements transverses entre le capot cœur et un pylône d'accrochage de la nacelle.
Ces structures peuvent encore dans certains cas être séparables l'une de l'autre à fins de maintenance. Le capot cœur peut notamment être démontable et/ou mobile, de man ière à permettre un accès au cœur du turboréacteur. Une des solutions de démontage/déplacement du capot cœur implique notamment une translation arrière de l'ensemble. La tuyère primaire peut également être démontable de manière à, par exemple, faciliter son remplacement le cas échéant.
L'arrière du turboréacteur est également généralement rattaché au pylône au niveau d'un point de rattachement arrière et l'interface avec la tuyère primaire peut également s'effectuer au niveau de la zone de ce point d'attache arrière. L'interface tuyère primaire/pylône constitue donc une zone d'interface qui, bien qu'ayant un comportement légèrement différent, notamment par le fait que les déplacements relatifs longitudinaux varient, est également concernée par les problèmes précédemment soulevés.
Un joint d'étanchéité est donc prévu entre ce capot cœur arrière et la tuyère primaire, et/ou entre le pylône et la tuyère primaire, ce joint étant déformable de manière à tenir compte des phénomènes de déplacements relatifs principalement longitudinaux et transversaux dans une moindre mesure.
Par ailleurs, les contraintes de certifications des ensembles propulsifs exigent une protection feu dans un quadrant de 90 degrés supérieur, soit 45 degrés de part et d'autre d'un axe sensiblement vertical, entre le compartiment cœur moteur et l'extérieur de la nacelle.
Ce joint doit donc également apporter une protection au feu entre le capot cœur moteur, la tuyère primaire et le pylône, de manière à éviter la propagation d'un feu vers ou depuis le moteur.
Les joints actuellement utilisés au niveau de telles interfaces sont généralement des joints de types joints à lamelles (également connus sous le n o m « finger seals ») constitués d 'u ne dou ble rangée de fines lames métalliques fixées, soit à la tuyère primaire, soit au capot cœur moteur et frottant sur une surface d'appui de la pièce opposée (respectivement le capot cœur ou la tuyère primaire).
Des exemples de tels joints sont décrits dans les documents US 5 910 094 notamment.
Bien évidemment, en raison des déplacements relatifs évoqués précédemment, ces lamelles subissent des frottements et notamment un contact métal/métal qui conduit à une usure importante et souvent prématurée de ces joints.
On connaît dans l'état de l'art une solution basée sur l'emploi d'un joint en P ou joint Ω, déformable, et de section plus ou moins circulaire, fixé à une des pièces et appuyant ou frottant sur le composant opposé. Un tel joint est décrit dans le document WO2006000781 sous le terme joint en Z.
Le principe de montage d'un tel joint et les conditions de vol associées impliquent souvent que pour fonctionner dans une plage normale d'écrasement connue de l'homme de l'art, il doit posséder des dimensions, et notamment un diamètre, importantes. Ces dimensions le rendent alors lourd, difficile à installer et sujet à des déformations et des usures importantes pouvant conduire à son endommagement et compromettre ainsi sa mission de barrière de protection feu.
La présente invention vise à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et à proposer une nouvelle structure de joint d'étanchéité anti-feu.
La présente invention consiste pour ce faire en un ensemble de joint d'étanchéité pour nacelle de turboréacteur comprenant une première extrémité équipée de moyens de fixation sur au moins une première structure, et une deuxième extrémité conçue pour venir en contact contre une zone d'appui d'une deuxième structure, l'ensemble de joint comprenant une pluralité de lamel les adj acentes d isposées le long de l a première extrémité et s'étend ant de m an ière sens i bl ement long itud i na le et sen si bl ement perpendiculairement à cette dernière, caractérisé en ce qu'au moins une partie des lamelles présente une structure en accordéon.
Ainsi, en mettant en œuvre une structure de joint présentant une structure de joint à lamelles et équipée de lamelles en accordéon, quasiment tous des déplacements relatifs des structures pourra être prise en compte.
Plus précisément, les déplacements relatifs longitudinaux seront aisément amortis par compression ou relâchement des lamelles accordéons, lesquelles ne sont donc plus soumises à un contact glissant générant des frottements et de l'usure.
Il a également été constaté qu'une structure en accordéon pour les lamelles permettait la prise en compte des déplacements relatifs latéraux en limitant pareillement les glissements et frottement latéraux.
De manière globale, les déplacements relatifs sont ainsi absorbés à l'intérieur même de l'ensemble de joint, et non plus par le biais d'interface en frottement, ceci sans réduire la liberté de déplacement relatif ni l'étanchéité feu.
Selon un premier mode de réalisation, au moins une partie des lamelles sont métalliques.
Alternativement ou de manière complémentaire, au moins une partie des lamelles sont en matériau élastique déformable, de type polymère, caoutchouc ou composite.
De manière préférentielle, la deuxième extrémité destinée à venir en contact sur une zone d'appui de la deuxième structure se présente sous la forme d'une plaque d'interface, continue ou discontinue par morceaux.
Alternativement ou de manière complémentaire, la deuxième extrémité destinée à venir en contact sur une zone d'appui de la deuxième structure comprend des bourrelets élastiques d'appui.
Avantageusement, la deuxième extrémité est destinée à venir en contact sur une zone d'appui de la deuxième structure par un contact non- glissant.
Selon un mode de réalisation préféré, l'ensemble de joint comprend deux ou plus rangées de lamelles.
Avantageusement, les lamelles des rangées sont décalées latéralement ou circonférentiellement entre elles. De cette manière, on forme des « chicanes » entre les lamelles des rangées, ce qui accroît l'étanchéité feu.
Avantageusement encore, l e s ra n g ées d e l a m e l l es so n t suffisamment espacées pour permettre une compression et un relâchement des accordéons sans interférence avec une rangée voisine.
La présente invention se rapporte également à une nacelle de turboréacteur comprenant au moins un capot cœur moteur et au moins une tuyère primaire, caractérisée en ce qu'au moins une partie de l'interface entre le capot cœur moteur et la tuyère primaire est équipée d'au moins un ensemble de joint selon l'invention.
Selon une première variante de réalisation, la première extrémité de l'ensemble de joint est fixée dans le capot cœur.
De manière complémentaire, la nacelle de turboréacteur comprend au moins un pylône de rattachement de la nacelle et au moins une tuyère primaire, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la zone entre le pylône et la tuyère primaire est équ ipée d'au moins u n ensemble de joint selon l'invention.
Selon u ne variante de réal isation , la première extrémité de l'ensemble de joint est fixée sur le pylône.
De manière alternative, la première extrémité de l'ensemble de joint est fixée sur la tuyère primaire.
De manière préférentielle, la partie de l ' interface équ ipée de l'ensemble joint comprend au moins une partie supérieure s'étendant de part et d'autre d'un plan d'un pylône de rattachement.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une représentation schématique partielle d'une partie arrière interne d'une nacelle de turboréacteur montrant u n e i n te rfa ce e n tre u n e tu yè re p r i m a i re et u n e zo n e pylône/capot cœur équipée d'un joint anti feu selon l'invention ;
- les figures 2 à 4 sont des représentations schématiques en coupe longitudinale de la zone de la fig ure 1 , le joint selon l'invention étant installé respectivement su r l e capot cœu r (figures 2 et 3), et sur un support pylône (figure 4) ;
- les figures 5 à 7 sont des représentations schématiques du fonctionnement d'un joint selon une variante de l'invention en configuration respectivement nominale, comprimée, et libre.
La figure 1 est une représentation schématique partielle d'une partie arrière interne d'une nacelle de turboréacteur montrant une interface entre une tuyère primaire 1 00 et un capot cœur 200, ladite interface étant équ ipée en partie supérieure d'un joint anti-feu 300 s'étendant de part et d'autre autour d'un plan sensiblement transversal correspondant à un plan d'accrochage à un pylône (non visible), le plus fréquemment, un plan par conséquent sensiblement vertical.
On notera, que bien que le capot cœur 200 soit principalement situé en amont de la tuyère primaire 100, il vient au contact du joint 300 par l'aval de celui-ci par l'intermédiaire d'un retour aval 201 du capot cœur 200.
Réciproquement, la tuyère primaire 100, bien que située en aval du capot cœur
200, vient au contact du joint 300 par l'amont de ce dernier, par l'intermédiaire d'un retour amont 101 de la tuyère.
De cette manière, le capot cœur 200 reste bien aisément translatable vers l'aval, par-dessus la tuyère primaire 100.
Le fonctionnement et la situation du joint 300 sont représentés plus en détail sur les figures 2 et 3.
Les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques en coupe longitudinale de la zone de la figure 1 montrant une fourche de suspension aval 401 d'un pylône 400 supportant une partie arrière d'un turboréacteur 500 dont une extrémité aval est terminée par la tuyère primaire 100.
Cette partie arrière du turboréacteur 500 est entourée par un capot cœur 200 monté mobile en translation vers l'arrière du turboréacteur.
Comme décrit précédemment, le joint 300 équipe une partie supérieure de l'interface entre le capot cœur 200 et la tuyère primaire 100.
Le joint 300 comprend une première extrémité 301 fixée dans le retour amont 1 01 de la tuyère primaire 1 00 et une deuxième extrémité 302 conçue pour ven ir en contact contre une zone d'appui 202 formée dans le retour aval 201 du capot cœur 200.
Conformément à l'invention, le joint 300 comprend une pluralité de lamelles adjacentes 303 disposées le long de la première extrémité et s 'éte nd a n t d e m a n i è re sen s i bl e m en t l ong itu d i n a l e et sen s i bl e m en t perpendiculairement à cette dernière.
Conformément à l'invention toujours, au moins une partie des lamelles 303 présentent une structure en accordéon.
Selon des variantes de réalisation, les lamelles 303 pourront en tout ou partie être métalliques et/ou en matériau élastique déformable de type caoutchouc ou composite.
Selon l'exemple représenté, le joint 300 comprend deux rangées de lamelles espacées radialement, et notamment suffisamment espacées pour permettre sans gêne la compression des lamelles 303 de chaque rangée.
Avantageusement, les lamel les 303 des deux rangées seront décalées latéralement ou circonférentiellement entre elles de manière à former des chicanes.
On notera également, qu'afin d'améliorer la tenue du joint 300, la deuxième extrémité, conçue pour venir en contact avec le capot cœur 200, pourra être réalisée sous la forme d'une plaque d'interface 302 , continue ou
discontinue par morceaux, reliant entre elles une pluralités d'extrémités des lamelles 303.
Les plaques d'interface 302 pourront être équipées de bourrelets d'appui élastiques permettant le cas échéant d'améliorer le caractère non glissant de l'extrémité d'appui.
La figure 4 montre une variante d'installation du joint 300 selon l'invention, se différenciant par le fait que le joint 300 est disposé au niveau d'une interface entre la tuyère primaire 100 et le pylône 400, par l'intermédiaire d'un retour présentant une zone d'appui 405.
Les figures 5 à 7 sont des représentations schématiques du fonctionnement d'un joint selon l'invention en configuration respectivement nominale, comprimée et libre.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.