EP4153408A1 - Structure d'assemblage d'une pièce comprenant une première partie métallique et une deuxième partie en matériau composite à matrice organique - Google Patents

Structure d'assemblage d'une pièce comprenant une première partie métallique et une deuxième partie en matériau composite à matrice organique

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Publication number
EP4153408A1
EP4153408A1 EP21731247.9A EP21731247A EP4153408A1 EP 4153408 A1 EP4153408 A1 EP 4153408A1 EP 21731247 A EP21731247 A EP 21731247A EP 4153408 A1 EP4153408 A1 EP 4153408A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection portion
blind holes
holes
depth
blind
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21731247.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Arnaud Fontaine
Alban Du Tertre
Didier Guichard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
ArianeGroup SAS
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
ArianeGroup SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National dEtudes Spatiales CNES, ArianeGroup SAS filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
Publication of EP4153408A1 publication Critical patent/EP4153408A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F05D2220/70—Application in combination with
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • One-piece assembly structure comprising a first metal part and a second part made of composite material with an organic matrix
  • This disclosure relates to a part comprising a metal part and a part of composite material with an organic matrix assembled together.
  • a part can be a rocket engine combustion chamber casing, but not exclusively.
  • Parts comprising a metal part and a part made of a composite material with an organic matrix assembled together.
  • the assembly of these two parts is very often perfectible and, for example, is not always suitable for a component such as a rocket engine combustion chamber casing. There is therefore a need in this direction.
  • One embodiment relates to a part comprising a first metal part and a second part made of composite material with an organic matrix, in which the first part has a first connection portion and the second part has a second connection portion, the second connection portion having at least one blind hole, the second connection portion being sandwiched in whole or in part between the first connection portion and a metal fixing element, the fixing element being fixed to the first part on another portion as the first connection portion and extending into the at least one blind hole, whereby the first part and the second part are fixed to each other.
  • connection portion of one part is the portion which is in contact and cooperates directly with the other part.
  • a portion of a part which does not cooperate with the other part for example which is not superimposed with, or does not overlap, the connection portion of the other part, does not form part of the connection portion of said part.
  • the second connection portion has one or more blind holes.
  • the blind hole or “the hole” is meant “the at least one blind hole”.
  • the fixing element may be in a metal shade identical to that of the first part, but not necessarily.
  • the fixing element is fixed to the first part by enclosing at least part of the second connection portion.
  • the second connection portion is blocked between the first connection portion and the fixing element.
  • the fastening element is attached directly to the first part on a portion other than the first connection portion.
  • the fixing element has a projection which engages in and fills all or part of the blind hole. This projection forms a lug for locking and maintaining the second connection portion.
  • the second connection portion is therefore sandwiched between the first connection portion and the fixing element, and blocked within the sandwich by the projection of the fixing element, which is itself fixed directly to the first part. .
  • the parts can be plates, flat or curved, and the fixing portions form flanges, flat or curved.
  • the first part and the second part each form a plate extending in a first direction and in a second direction, and having a thickness in a third direction perpendicular to the first and to the second direction, the first part and the second part being arranged side by side in the first direction, the at least one blind hole extending in the third direction, the first and the second connection portion overlapping each other in the first and the second direction.
  • second direction, the fixing element and the first connection portion being respectively arranged on either side of the second connection portion in the third direction.
  • the first and / or the second direction may be rectilinear or curved, for example in a similar or comparable manner to the directions defined in a Cartesian, cylindrical or spherical coordinate system.
  • the at least one blind hole has an entrance, a bottom, a side wall extending between the entrance and the bottom and a geometric axis, the side wall of said at least one blind hole being inclined with respect to the geometric axis so as to form a convergent from the entrance to the bottom.
  • the side wall of the blind hole has at least one portion inclined relative to the geometric axis of the blind hole, and oriented so as to face the fixing element.
  • a configuration is particularly suitable when the fixing element is formed by cold additive metal deposition.
  • such a hole forms a conical or frustoconical hole converging from the entrance to the bottom.
  • the part has at least two rows of blind holes, the holes of each row being staggered with respect to the blind holes of the adjacent row or rows.
  • the holes of a first row are offset from the holes of a second row adjacent to the first row, in the direction of alignment of the holes within the same row.
  • the holes of a first row are opposite the spacing between two holes of a second row adjacent to the first row, considered in a direction perpendicular to the direction of alignment of the holes within the same row.
  • Such a staggered arrangement makes it possible to increase the number of holes per unit area, while ensuring a minimum spacing between the holes so as to preserve the mechanical and structural integrity of the second connection portion, in particular during the resumption of shear forces.
  • At least a first blind hole has a first depth
  • at least a second blind hole has a second depth, the second depth being smaller than the first depth
  • the second connection portion may have one or more first blind holes, one or more second blind holes, and possibly one or more third, fourth and so on. blind holes, third, fourth, etc. blind holes respectively having a third, fourth, etc. different depths from each other and different from the first and second depths.
  • the first / second / etc. hole means“ the at least a first / second / etc. blind hole ”.
  • the depth extends along the geometric axis of the hole, or along the third direction mentioned above by way of example.
  • the first deeper hole is configured to primarily take up the shear forces between the second connection portion and the fastener while the second shallower hole is primarily configured to provide adhesion between the fastener. and the second connection portion.
  • the part has several first blind holes, the first holes all having the same first maximum diameter, the centers of the adjacent first blind holes being spaced from each other by at least twice the first diameter maximum.
  • the part has several second blind holes all having the same second maximum diameter smaller than the first maximum diameter, the first depth being at least twice as great, for example three times as great, as the second depth, the second blind holes being arranged between the first blind holes.
  • a maximum diameter is the largest diameter of the hole along the geometric axis of the hole.
  • the diameter is constant along the geometric axis of the hole so that the maximum diameter is equal to this constant diameter.
  • the maximum diameter along the geometric axis of the hole is the diameter at the entrance of the hole.
  • one or more second holes can be placed between two adjacent first holes without risk to the mechanical and structural integrity of the second connection portion, in particular when the shear forces are taken up. This also improves the adhesion between the second connection portion and the fastener.
  • the first blind holes are arranged in rows and staggered, the first blind holes all having the same first maximum diameter, the spacing between two adjacent rows of first blind holes being less than or equal to two maximum first diameters, the spacing being measured between the lines of each adjacent row where the centers of the first blind holes are located.
  • the centers of the first adjacent blind holes may be spaced from each other by at least twice the maximum first diameter.
  • the first part and the second part each form a plate extending in a first direction and in a second direction, and having a thickness in a third direction perpendicular to the first and to the second direction , the first part and the second part being disposed side by side in the first direction, the at least one blind hole extending in the third direction
  • the fixing element has a first fixing portion extending only over the portion of the first part other than the first connection portion, said first attachment portion having a width measured in the first direction, and a second attachment portion extending only over the second connection portion, the second attachment portion having a thickness measured in the third direction, the minimum value of the width being greater than or equal to the minimum value of l 'thickness and less than or equal to three times the minimum value of the thickness.
  • the first connection portion comprises a shoulder configured to cooperate with the second connection portion.
  • the shoulder provides an additional surface for cooperation between the first and the second part, and reinforces the strength of the assembly.
  • the first portion forms a step defining a shoulder.
  • the shoulder extends in the second and third direction.
  • the fastener is formed by additive manufacturing by projection deposition of metal powder entrained by a cold gas, also known by the acronym CGS for "Cold Gas Spraying" in English.
  • additive manufacturing by deposition by spraying metal powder entrained by a cold gas is an additive manufacturing method where the metal is deposited at a temperature below its melting point.
  • Such a deposition method is particularly suitable for the part because it is ensured that the temperature of the metal during the deposition remains below the deterioration temperature of the composite material with an organic matrix of the second part.
  • Such a fastening element is particularly easy to manufacture, makes it possible to dispense with the welding or bolting steps of the state of the art, and thus has a relatively small mass.
  • a protective layer is disposed between the fastening element and the second connection portion.
  • Such a protective layer makes it possible to protect the second connection portion, and in particular the side wall of the hole, for example when the fixing element is formed by additive manufacturing by deposition by projection of metal powder entrained by a cold gas . This ensures the mechanical integrity of the second connection portion, and therefore ensures the mechanical strength of the assembly.
  • the protective layer can also extend over the entire interface between the second part and the fastener.
  • the part has a general shape with symmetry of revolution.
  • the assembly structure according to the present disclosure is particularly well suited to annular parts.
  • the part forms a rocket engine combustion chamber envelope.
  • the assembly structure according to the present disclosure is particularly well suited for a rocket engine combustion chamber casing.
  • One embodiment also relates to a rocket engine comprising a part according to any one of the embodiments described in the present description, and in particular a combustion chamber casing according to any one of the embodiments described in this presentation.
  • Figure 2 shows the envelope of the combustion chamber of the rocket engine of Figure 1
  • FIG. 3 represents the assembly structure between a metallic part and a part made of composite material with an organic matrix of the casing of the combustion chamber, seen along the section plane III of FIG. 2, and
  • Figure 4 shows a developed view of blind holes of the second connection portion.
  • FIG. 1 represents a rocket engine 100 comprising a combustion chamber casing 10 opening onto an ejection nozzle 20.
  • FIG. 2 represents the combustion chamber casing 10, comprising a first metal part 12, a second metal part. organic matrix composite material 14 and a fastener 16 for securing the first part 12 with the second part 14.
  • the fastener 16 is single and forms an annular flange.
  • the combustion chamber casing 10 is a part having a general shape with symmetry of revolution of axis X, the first part 12 and the second part 14 each having substantially the general shape of annular plates.
  • the axial direction corresponds to the direction of the geometric axis X of the part 10
  • a radial direction R is a direction perpendicular to the axis X.
  • the azimuthal or circumferential direction C corresponds to the direction describing a ring around the axial direction X.
  • the three directions axial, radial and azimuthal correspond respectively to the directions defined by the coast, the radius and the angle in a cylindrical coordinate system.
  • the first and second parts 12 and 14 form plates extending in a first direction DA (in this example the first direction is inclined relative to the axial direction X) and in a second direction DB (in this example the second direction DB being parallel to the circumferential direction C), and have a thickness in a third direction DC, perpendicular to the first and to the second direction DA and DB.
  • the DA, DB and DC coordinate system forms a local coordinate system in the X, C, R coordinate system.
  • the first part 12 is made of a metal alloy, for example a nickel-based alloy
  • the second part 14 is made of a composite material with an organic matrix, for example of the thermoplastic or thermosetting type
  • the fixing element 16 is made of a steel-type or nickel-based metal alloy.
  • Other materials are possible.
  • Figure 3 shows a sectional view along the plane III of Figure 2 of the assembly structure of the first part 12 with the second part 14 using the fixing element 16.
  • Figure 4 shows a developed view of the second connection portion 14A of the second part 14.
  • the first part 12 comprises a first connection portion 12A having a shoulder 12C.
  • the shoulder 12C extends transversely to the first direction DA.
  • the shoulder 12C extends in the second direction DB and the third direction DC.
  • the first connection portion 12A thus forms a step receiving a second connection portion 14A described below from the second part 14, the second part 14 cooperating in abutment in the axial direction X (and in the first direction DA) with the shoulder 12C.
  • the first part 12 and the second part 14 are arranged side by side in the first direction DA.
  • the second part 14 has a second connection portion 14A having a plurality of blind holes, in this example several first blind holes 14B1 and several second blind holes 14B2 (see also FIG. 4).
  • Each hole 14B1 and 14B2 has a geometric axis At, which extends in the third direction DC, and respectively has a side wall 14B11, 14B21.
  • the holes 14B1 and 14B2 are of conical shape, the side wall 14B11, 14B21 being uniformly inclined with respect to the axis At, forming a convergent from the fixing element 16 (or the entry of the hole) towards the first connection portion 12A (or the bottom of the hole).
  • any other form of blind hole is possible.
  • the first holes 14B1 are all identical and in particular all have the same first maximum diameter D1 and the same first depth P1.
  • the second holes 14B2 are all identical and in particular all have the same second maximum diameter D2 and the same second depth P2.
  • the centers C1 of the first adjacent holes 14B1 are spaced by a minimum distance D, in this example greater than twice the diameter D1 of the first holes 14B1, for example equal to four times the diameter D1 of the first holes 14B1.
  • the first holes 14B1 are arranged in rows. In this example, there are two adjacent rows R1 and R2 of first holes 14B1, within each row R1 and R2 the centers C1 of the first holes 14B1 being aligned on a line L1. The first 14B1 holes in one row are staggered from the first three 14B1s in the other row.
  • the second holes 14B2 are arranged between the first holes 14B1.
  • the second connection portion 14B is equipped with a protective layer 18. More particularly in this example, the protective layer 18 extends over the entire interface of the second part 14 with the fastener 16. In other words, in this example the protective layer 18 extends not only on the side walls 14B11, 14B21 of the holes 14B1 and 14B2 but also on the walls of the second part 14 facing the fixing element 16.
  • the protective layer 18 is formed by a metal foil, or by a metal deposit of the additive manufacturing type by metal arc-wire deposit or "metal arc wire" in English.
  • the metal used for the protective layer 18 is copper, but any other metallic material can be envisaged.
  • the fastener 16 and formed by additive manufacturing by deposition by spraying metal powder entrained by a cold gas.
  • the protective layer 18 protects the second connection portion 14B during the formation of the fixing element 16, in particular from any abrasion which could result from the projection of the metal powder.
  • the fixing element 16 encloses, with the first part 12, the whole of the second connection portion 14A, in the third direction DC.
  • the fixing element 16 extends into the blind holes 14B1 and 14B2.
  • the fixing element 16 is fixed to the first part 12 on a separate portion of the first connector portion 12A, in this example a portion 12D adjacent to the first connector portion 12A.
  • the fixing element 16 has a first fixing portion 16A extending only over the portion 12D.
  • the first fixing portion 16A has a width L measured in the first direction DA.
  • the width L of the first fixing portion 16A is constant in the third direction DC.
  • the fastening element 16 has a second fastening portion 16B extending only over the second connecting portion 14A.
  • the second fixing portion 16B has a minimum thickness Emin (ie a minimum value of the thickness of the second fixing portion 16B), the thickness being measured in the third direction DC.
  • the minimum value of the width L is greater than the minimum thickness Emin and less than three times the minimum thickness Emin.
  • the fixing element 16 makes it possible to block the second connection portion 14A and to stiffen the assembly, which in particular reduces the bending deformations F (in the radial direction R, around the circumferential direction C) by all.
  • the fastener 16 forming an annular flange extending over the entire circumferential direction C, improves the reduction of bending deformations around the axial direction X of the assembly.
  • the fixing points are therefore less stressed and their mechanical strength is reinforced.

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Abstract

Pièce comprenant une première partie (12) métallique et une deuxième partie (14) en matériau composite à matrice organique, dans laquelle la première partie (12) présente une première portion de raccord (12A) et la deuxième partie (14) présente une deuxième portion de raccord (14A), la deuxième portion de raccord (14A) présentant au moins un trou borgne (14B1, 14B2), la deuxième portion raccord (14A) étant prise en sandwich en tout ou partie entre la première portion de raccord (12A) et un élément de fixation (16) métallique, l'élément de fixation (16) étant fixé à la première partie (12) sur une portion (12D) autre que la première portion de raccord (12A) et s'étendant dans le au moins un trou borgne (14B1, 14B2), grâce à quoi la première partie (12) et la deuxième partie (14) sont fixées l'une à l'autre.

Description

Structure d'assemblage d'une pièce comprenant une première partie métallique et une deuxième partie en matériau composite à matrice organique
Domaine Technique
[0001] Le présent exposé concerne une pièce comprenant une partie métallique et une partie en matériau composite à matrice organique assemblées ensemble. Par exemple, une telle pièce peut être une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée, mais pas uniquement.
Technique antérieure
[0002] On connaît des pièces comprenant une partie métallique et une partie en matériau composite à matrice organique assemblées ensemble. Toutefois, l’assemblage de ces deux parties est très souvent perfectible et, par exemple, n’est pas toujours adapté à un composant tel qu’une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée. Il existe donc un besoin en ce sens.
Exposé de l’invention
[0003] Un mode de réalisation concerne une pièce comprenant une première partie métallique et une deuxième partie en matériau composite à matrice organique, dans laquelle la première partie présente une première portion de raccord et la deuxième partie présente une deuxième portion de raccord, la deuxième portion de raccord présentant au moins un trou borgne, la deuxième portion raccord étant prise en sandwich en tout ou partie entre la première portion de raccord et un élément de fixation métallique, l’élément de fixation étant fixé à la première partie sur une portion autre que la première portion de raccord et s’étendant dans le au moins un trou borgne, grâce à quoi la première partie et la deuxième partie sont fixées l’une à l’autre.
[0004] On comprend que la portion de raccord d’une partie est la portion qui est en contact et coopère directement avec l’autre partie. Ainsi, une portion d’une partie qui ne coopère pas avec l’autre partie, par exemple qui n’est pas superposée avec, ou ne chevauche pas, la portion de raccord de l’autre partie, ne fait pas partie de la portion de raccord de ladite partie.
[0005] On comprend également que la deuxième portion de raccord présente un ou plusieurs trous borgnes. Par la suite, et sauf indication contraire par « le trou borgne » ou « le trou » on entend « le au moins un trou borgne ».
[0006] Par exemple l’élément de fixation peut-être dans une nuance de métal identique à celle de la première partie, mais pas nécessairement.
[0007] L’élément de fixation est fixé à la première partie en enserrant au moins une partie de la deuxième portion de raccord. Ainsi, la deuxième portion de raccord est bloquée entre la première portion de raccord et l’élément de fixation.
[0008] L’élément de fixation est fixé directement à la première partie sur une autre portion que la première portion de raccord. Par ailleurs l’élément de fixation présente une saillie qui s’engage dans et remplit en tout ou partie le trou borgne. Cette saillie forme un ergot de blocage et de maintien de la deuxième portion de raccord. La deuxième portion de raccord est donc prise en sandwich entre la première portion de raccord et l’élément de fixation, et bloquée au sein du sandwich par la saillie de l’élément de fixation, qui est lui-même fixé directement sur la première partie.
[0009] Par rapport aux pièces connues de l’état de la technique, une telle structure d’assemblage permet de multiplier les zones de reprise des efforts sur l’élément de fixation et donc de mieux répartir les efforts mécaniques subis. Par ailleurs, en prenant en sandwich tout ou partie la deuxième portion de raccord, la partie prise en sandwich de la deuxième portion de raccord entre la première partie et l’élément de fixation est parfaitement bloquée, notamment en flexion. Ceci a pour effet de rigidifier et de renforcer mécaniquement la structure d’assemblage selon le présent exposé par rapport pièces connues de l’état de la technique. Notamment, en réduisant des déformations en flexion, on réduit les contraintes d’arrachage subies par l’élément de fixation.
[0010] Par exemple, les parties peuvent être des plaques, planes ou courbes, et les portions de fixation former des brides, planes ou courbes. [0011] Par exemple, la première partie et la deuxième partie forment chacune une plaque s’étendant selon une première direction et selon une deuxième direction, et présentant une épaisseur selon une troisième direction perpendiculaire à la première et à la deuxième direction, la première partie et la deuxième partie étant disposées côte à côte selon la première direction, le au moins un trou borgne s’étendant selon la troisième direction, la première et la deuxième portion de raccord se chevauchant l’une l’autre selon la première et la deuxième direction, l’élément de fixation et la première portion de raccord étant respectivement disposés de part et d’autre de la deuxième portion de raccord selon la troisième direction. La première et/ou la deuxième direction peuvent être rectilignes ou courbes, par exemple de manière similaire ou comparable aux directions définies dans un repère cartésien, cylindrique ou sphérique.
[0012] Dans certains modes de réalisation, le au moins un trou borgne présente une entrée, un fond, une paroi latérale s’étendant entre l’entrée et le fond et un axe géométrique, la paroi latérale dudit au moins un trou borgne étant inclinée par rapport à l’axe géométrique de manière à former un convergent depuis l’entrée vers le fond.
[0013] En d’autres termes, la paroi latérale du trou borgne présente au moins une portion inclinée par rapport à l’axe géométrique du trou borgne, et orientée de manière à être en regard de l’élément de fixation. Ceci permet d’augmenter la surface de coopération entre l’élément de fixation et la deuxième portion de raccord, grâce à quoi les efforts sont mieux répartis. Par ailleurs, une telle configuration est particulièrement adaptée lorsque l’élément de fixation est formé par dépôt métallique additif à froid. Par exemple, un tel trou forme un trou conique ou tronconique convergent depuis l’entrée vers le fond.
[0014] Dans certains modes de réalisation, la pièce présente au moins deux rangées de trous borgnes, les trous de chaque rangée étant disposés en quinconce par rapport aux trous borgnes de la ou des rangées adjacentes.
[0015] On comprend que les trous d’une première rangée sont décalés par rapport aux trous d’une deuxième rangée adjacente à la première rangée, selon la direction d’alignement des trous au sein d’une même rangée. Autrement dit, les trous d’une première rangée sont en regard de l’espacement entre deux trous d’une deuxième rangée adjacente à la première rangée, considérés selon une direction perpendiculaire à la direction d’alignement des trous au sein d’une même rangée.
[0016] Une telle disposition en quinconce permet d’augmenter le nombre de trous par unité de surface, tout en assurant un espacement minimum entre les trous de manière à préserver l’intégrité mécanique et structurelle de la deuxième portion de raccord, notamment lors de la reprise des efforts de cisaillement.
[0017] Dans certains modes de réalisation, au moins un premier trou borgne présente une première profondeur, et au moins un deuxième trou borgne présente une deuxième profondeur, la deuxième profondeur étant plus petite que la première profondeur.
[0018] On comprend que la deuxième portion de raccord peut présenter un ou plusieurs premiers trous borgnes, un ou plusieurs deuxièmes trous borgnes, et éventuellement un ou plusieurs troisièmes, quatrièmes etc. trous borgnes, les troisièmes, quatrièmes, etc. trous borgnes présentant respectivement une troisième, quatrième, etc. profondeur différentes l’une de l’autre et différentes des première et deuxième profondeur. Par la suite et sauf indication contraire par « le premier/deuxième/etc. trou » on entend « le au moins un premier/deuxième/etc. trou borgne ».
[0019] On comprend que la profondeur s’étend selon l’axe géométrique du trou, ou selon la troisième direction mentionnée ci-avant à titre d’exemple.
[0020] La présence de trous présentant des profondeurs différentes permet de configurer ces trous pour des fonctions principales différentes. Par exemples, le premier trou plus profond est configuré pour principalement reprendre les efforts en cisaillement entre la deuxième portion de raccord et l’élément de fixation tandis que le deuxième trou moins profond est principalement configuré pour assurer l’adhérence entre l’élément de fixation et la deuxième portion de raccord.
[0021] Dans certains modes de réalisation, la pièce présente plusieurs premiers trous borgnes, les premiers trous présentant tous un même premier diamètre maximum, les centres des premiers trous borgnes adjacents étant distants les uns des autres d’au moins deux fois le premier diamètre maximum. [0022] Une telle distribution permet d’assurer l’intégrité mécanique et structurelle de la deuxième portion de raccord, notamment lors de la reprise des efforts de cisaillement.
[0023] Dans certains modes de réalisation, la pièce présente plusieurs deuxièmes trous borgnes présentant tous un même deuxième diamètre maximum inférieur au premier diamètre maximum, la première profondeur étant au moins deux fois supérieure, par exemple trois fois supérieure, à la deuxième profondeur, les deuxièmes trous borgnes étant disposés entre les premiers trous borgnes.
[0024] Un diamètre maximum est le diamètre le plus important du trou le long de l’axe géométrique du trou. Par exemple, pour un trou de forme strictement cylindrique de section circulaire, le diamètre est constant le long de l’axe géométrique du trou de sorte que le diamètre maximum est égal à ce diamètre constant. Selon un autre exemple, pour un trou conique ou tronconique convergent vers le fond, le diamètre maximum le long de l’axe géométrique du trou est le diamètre à l’entrée du trou.
[0025] Les deuxième trous n’ayant pas pour fonction principale de reprendre les efforts de cisaillement, on peut disposer un ou plusieurs deuxièmes trous entre deux premiers trous adjacent sans risque pour l’intégrité mécanique et structurelle de la deuxième portion de raccord, notamment lors de la reprise des efforts de cisaillement. Ceci permet par ailleurs d’améliorer l’adhérence entre la deuxième portion de raccord et l’élément de fixation.
[0026] Dans certains modes de réalisation, les premiers trous borgnes sont disposés en rangées et en quinconce, les premiers trous borgnes présentant tous un même premier diamètre maximum, l’espacement entre deux rangées adjacentes de premiers trous borgnes étant inférieur ou égal à deux premiers diamètres maximum, l’espacement étant mesuré entre les lignes de chaque rangée adjacente où sont disposés les centres des premiers trous borgnes.
[0027] Une telle distribution permet d’assurer l’intégrité mécanique et structurelle de la deuxième portion de raccord, notamment lors de la reprise des efforts de cisaillement. Par exemple, au sein d’une telle configuration, les centres des premiers trous borgnes adjacents peuvent être distants les uns des autres d’au moins deux fois le premier diamètre maximum. [0028] Dans certains modes de réalisation, la première partie et la deuxième partie forment chacune une plaque s’étendant selon une première direction et selon une deuxième direction, et présentant une épaisseur selon une troisième direction perpendiculaire à la première et à la deuxième direction, la première partie et la deuxième partie étant disposées côte à côte selon la première direction, le au moins un trou borgne s’étendant selon la troisième direction, l’élément de fixation présente une première portion de fixation s’étendant uniquement sur la portion de la première partie autre que la première portion de raccord, ladite première portion de fixation présentant une largeur mesurée selon la première direction, et une deuxième portion de fixation s’étendant uniquement sur la deuxième portion de raccord, la deuxième portion de fixation présentant une épaisseur mesurée selon la troisième direction, la valeur minimale de la largeur étant supérieure ou égale à la valeur minimale de l’épaisseur et inférieure ou égale à trois fois la valeur minimale de l’épaisseur.
[0029] Une telle configuration de l’élément de fixation permet d’assurer sa tenue mécanique et structurelle, notamment lors de la reprise de différents efforts.
[0030] Dans certains modes de réalisation, la première portion de raccord comprend un épaulement configuré pour coopérer avec la deuxième portion de raccord.
[0031] L’épaulement procure une surface supplémentaire de coopération entre la première et la deuxième partie, et renforce la solidité de l’assemblage. Par exemple, la première portion forme une marche définissant un épaulement. Par exemple, l’épaulement s’étend selon la deuxième et la troisième direction.
[0032] Dans certains modes de réalisation, l’élément de fixation est formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entraînée par un gaz froid, également connu sous l’acronyme CGS pour « Cold Gaz Spraying » en anglais.
[0033] On comprend qu’une fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entraînée par un gaz froid est un mode de fabrication additive où le métal est déposé à une température inférieure à sa température de fusion. Un tel mode de dépôt est particulièrement adapté à la pièce car on s’assure que la température du métal lors du dépôt reste inférieure à la température de détérioration du matériau composite à matrice organique de la deuxième partie.. [0034] Un tel élément de fixation est particulièrement aisé à fabriquer, permet de s’affranchir des étapes de soudure ou de boulonnage de l’état de de la technique, et présente ainsi une masse relativement réduite.
[0035] Dans certains modes de réalisation, une couche de protection est disposée entre l’élément de fixation et la deuxième portion de raccord.
[0036] Une telle couche de protection permet de protéger la deuxième portion de raccord, et notamment la paroi latérale du trou, par exemple lorsque l’élément de fixation est formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entraînée par un gaz froid. Ceci permet d’assurer l’intégrité mécanique de la deuxième portion de raccord, et donc d’assurer la tenue mécanique de l’assemblage. Par exemple, la couche de protection peut s’étendre également sur toute l’interface entre la deuxième partie et l’élément de fixation.
[0037] Dans certains modes de réalisation, la pièce présente une forme générale à symétrie de révolution.
[0038] La structure d’assemblage selon le présent exposé est particulièrement bien adaptée à des pièces annulaires.
[0039] Dans certains modes de réalisation, la pièce forme une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée
[0040] La structure d’assemblage selon le présent exposé est particulièrement bien adaptée pour une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée.
[0041] Un mode de réalisation concerne également un moteur-fusée comprenant une pièce selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé, et notamment une enveloppe de chambre de combustion selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé.
Brève description des dessins
[0042] L’objet du présent exposé et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : [0043] [Fig. 1] La figure 1 représente un moteur-fusée,
[0044] [Fig. 2] La figure 2 représente l’enveloppe de la chambre de combustion du moteur-fusée de la figure 1 ,
[0045] [Fig. 3] La figure 3 représente la structure d'assemblage entre une partie métallique et une partie en matériau composite à matrice organique de l'enveloppe de la chambre de combustion, vue selon le plan de coupe III de la figure 2, et
[0046] [Fig. ] La figure 4 représente une vue développée de trous borgnes de deuxième portion de raccord.
Description des modes de réalisation
[0047] Pour la clarté du présent exposé, on note que les vues des figures 1 à 4 sont très schématiques. La figure 1 représente un moteur-fusée 100 comprenant une enveloppe de chambre de combustion 10 débouchant sur une tuyère d’éjection 20. La figure 2 représente l’enveloppe de chambre de combustion 10, comprenant une première partie métallique 12, une deuxième partie en matériau composite à matrice organique 14 et un élément de fixation 16 pour fixer la première partie 12 avec la deuxième partie 14. Dans cet exemple, l’élément de fixation 16 est unique et forme une bride annulaire. Selon un autre exemple, il peut y avoir plusieurs éléments de fixation 16 distincts, formant chacun par exemple une portion de bride annulaire. Dans cet exemple, l’enveloppe de chambre de combustion 10 et une pièce présentant une forme générale à symétrie de révolution d’axe X, la première partie 12 et la deuxième partie 14 ayant chacune sensiblement une forme générale de plaques annulaires. De manière générale, dans cet exemple la direction axiale correspond à la direction de l'axe géométrique X de la pièce 10, et une direction radiale R est une direction perpendiculaire à l'axe X. La direction azimutale ou circonférentielle C correspond à la direction décrivant un anneau autour de la direction axiale X. Les trois directions axiale, radiale et azimutale correspondent respectivement aux directions définies par la côte, le rayon et l’angle dans un système de coordonnées cylindrique. [0048] Les première et deuxième parties 12 et 14 forment des plaques s’étendant selon une première direction DA (dans cet exemple la première direction est inclinée par rapport à la direction axiale X) et selon une deuxième direction DB (dans cet exemple la deuxième direction DB étant parallèle à la direction circonférentielle C), et présentent une épaisseur selon une troisième direction DC, perpendiculaire à la première et à la deuxième direction DA et DB. Dans cet exemple, le repère DA, DB et DC forme un repère local dans le repère X, C, R.
[0049] Dans cet exemple, la première partie 12 est en alliage métallique par exemple en alliage à base de nickel, la deuxième partie 14 est en matériau composite à matrice organique, par exemple de type thermoplastique ou thermodurcissable et l’élément de fixation 16 est en alliage métallique de type acier ou à base de nickel. D’autres matériaux sont envisageables.
[0050] La figure 3 représente une vue en coupe selon le plan III de la figure 2 de la structure d’assemblage de la première partie 12 avec la deuxième partie 14 à l’aide de l’élément fixation 16. La figure 4 représente une vue en développé de la deuxième portion de raccord 14A de la deuxième partie 14.
[0051] La première partie 12 comprend une première portion de raccord 12A présentant un épaulement 12C. L’épaulement 12C s’étend transversalement à la première direction DA. En d’autres termes, dans cet exemple, l’épaulement 12C s’étend selon la deuxième direction DB et la troisième direction DC. La première portion de raccord 12A forme ainsi une marche recevant une deuxième portion de raccord 14A décrite ci-après de la deuxième partie 14, la deuxième partie 14 coopérant en butée selon la direction axiale X (et selon la première direction DA) avec l’épaulement 12C. La première partie 12 et la deuxième partie 14 sont disposées côte à côte selon la première direction DA.
[0052] La deuxième partie 14 présente une deuxième portion de raccord 14A présentant une pluralité de trous borgnes, dans cet exemple plusieurs premiers trous borgnes 14B1 et plusieurs deuxièmes trous borgnes 14B2 (voir aussi figure 4).
[0053] Chaque trou 14B1 et 14B2 présente un axe géométrique At, qui s’étend selon troisième direction DC, et présente respectivement une paroi latérale 14B11 , 14B21. Dans cet exemple, les trous 14B1 et 14B2 sont de de forme conique, la paroi latérale 14B11 , 14B21 étant uniformément inclinée par rapport à l’axe At, en formant un convergent depuis l’élément de fixation 16 (ou l’entrée du trou) vers la première portion de raccord 12A (ou le fond du trou). Bien entendu, toute autre forme de trou borgne est envisageable.
[0054] Dans cet exemple, les premiers trous 14B1 sont tous identiques et présentent notamment tous un même premier diamètre maximum D1 et une même première profondeur P1. De manière similaires, dans cet exemple, les deuxièmes trous 14B2 sont tous identiques et présentent notamment tous un même deuxième diamètre maximum D2 et une même deuxième profondeur P2. La première profondeur P1 est plus grande que la deuxième profondeur P2, dans cet exemple la première profondeur P1 est égale à trois fois la deuxième profondeur P2 (i.e. P1 = 3 x P2). Le premier diamètre D1 est supérieure au deuxième diamètre D2, dans cet exemple le premier diamètre D1 est égal à trois fois le deuxième diamètre D2 (i.e. D1 = 3 x D2).
[0055] Comme cela est visible sur la figure 4, les centres C1 des premiers trous 14B1 adjacents sont distants d’une distance minimale D, dans cet exemple supérieure à deux fois le diamètre D1 des premiers trous 14B1 , par exemple égale à quatre fois le diamètre D1 des premiers trous 14B1.
[0056] Les premiers trous 14B1 sont disposés en rangés. Dans cet exemple, il y a deux rangés adjacentes R1 et R2 de premiers trous 14B1 , au sein de chaque rangée R1 et R2 les centres C1 des premières trous 14B1 étant alignés sur une ligne Ll. Les premiers trous 14B1 d’une rangée sont disposés en quinconce par rapport aux premiers trois 14B1 de l’autre rangée. L’espacement EE entre les deux rangées R1 et R2 est inférieure à deux diamètre D1 , dans cet exemple l’espacement EE est égal à 1.5 fois le diamètre D1 (i.e. EE = 1.5 x D1 ).
[0057] Les deuxièmes trous 14B2 sont disposés entre les premiers trous 14B1. Dans cet exemple, il y a des deuxièmes trous 14B2 entre les premiers trous 14B1 au sein d’une même rangée, et entre les rangées R1 , R2 de premiers trous 14B1.
[0058] La deuxième portion de raccord 14B est équipée d’une couche de protection 18. Plus particulièrement dans cet exemple, la couche de protection 18 s’étend sur toute l’interface de la deuxième partie 14 avec la pièce de fixation 16. En d’autres termes, dans cet exemple la couche de protection 18 s’étend non seulement sur les parois latérales 14B11 , 14B21 des trous 14B1 et 14B2 mais également sur les parois de la deuxième partie 14 en regard avec l’élément de fixation 16.
[0059] Par exemple, la couche de protection 18 est formée par une feuille métallique, ou par un dépôt métallique du type fabrication additive par dépôt métallique arc-fil ou « métal arc wire » en anglais. Dans cet exemple le métal utilisé pour la couche de protection 18 est du cuivre, mais tout autre matériau métallique est envisageable.
[0060] Dans cet exemple, l’élément de fixation 16 et formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entraînée par un gaz froid. La couche de protection 18 protège la deuxième portion de raccord 14B lors de la formation de l’élément fixation 16, notamment d’une éventuelle abrasion qui pourrait résulter de la projection de la poudre de métal.
[0061] Dans cet exemple, l'élément de fixation 16 enserre, avec la première partie 12, la totalité de la deuxième portion de raccord 14A, selon la troisième direction DC. L'élément de fixation 16 s'étend dans les trous borgnes 14B1 et 14B2. L'élément de fixation 16 est fixé à la première partie 12 sur une portion distincte de la première portion de raccord 12A, dans cet exemple une portion 12D adjacente à la première portion de raccord 12A.
[0062] L'élément de fixation 16 présente une première portion de fixation 16A s'étendant uniquement sur la portion 12D. La première portion de fixation 16A présente une largeur L mesurée selon la première direction DA. Dans cet exemple, la largeur L de la première portion de fixation 16A est constante selon la troisième direction DC. L'élément de fixation 16 présente une deuxième portion de fixation 16B s'étendant uniquement sur la deuxième portion de raccord 14A. La deuxième portion de fixation 16B présente une épaisseur minimale Emin (i.e. une valeur minimale de l'épaisseur de la deuxième portion de fixation 16B), l'épaisseur étant mesurée selon la troisième direction DC. Dans cet exemple la valeur minimale de la largeur L est supérieure à l'épaisseur minimale Emin et inférieure à trois fois l'épaisseur minimale Emin. Dans cet exemple, la valeur minimale de la largeur L est égale à deux fois l'épaisseur minimale Emin (i.e. L = 2 x Emin).
[0063] L’élément de fixation 16 permet de bloquer la deuxième portion de raccord 14A et de rigidifier l’ensemble, ce qui réduit notamment les déformations en flexion F (selon de la direction radiale R, autour de la direction circonférentielle C) de l’ensemble. Dans cet exemple, l’élément de fixation 16 formant une bride annulaire s’étendant sur toute la direction circonférentielle C, permet d’améliorer la réduction des déformations en flexion autour de la direction axiale X de l’ensemble. Les points de fixations sont donc moins sollicités et leur tenue mécanique renforcée.
[0064] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Pièce comprenant une première partie (12) métallique et une deuxième partie (14) en matériau composite à matrice organique, dans laquelle la première partie (12) présente une première portion de raccord (12A) et la deuxième partie (14) présente une deuxième portion de raccord (14A), la deuxième portion de raccord (14A) présentant au moins un trou borgne (14B1, 14B2), la deuxième portion raccord (14A) étant prise en sandwich en tout ou partie entre la première portion de raccord (12A) et un élément de fixation (16) métallique, l'élément de fixation (16) étant fixé à la première partie (12) sur une portion (12D) autre que la première portion de raccord (12A) et s'étendant dans le au moins un trou borgne (14B1, 14B2), grâce à quoi la première partie (12) et la deuxième partie (14) sont fixées l'une à l'autre.
[Revendication 2] Pièce selon la revendication 1, présentant au moins deux rangées (RI, R2) de trous borgnes (14B1), les trous borgnes (14B1) de chaque rangée (RI, R2) étant disposés en quinconce par rapport aux trous borgnes (14B1) de la ou des rangées adjacentes (RI, R2).
[Revendication 3] Pièce selon la revendication 1 ou 2, présentant au moins un premier trou borgne (14B1) présentant une première profondeur (PI), et au moins un deuxième trou borgne (14B2) présentant une deuxième profondeur (P2), la deuxième profondeur (P2) étant plus petite que la première profondeur (PI).
[Revendication 4] Pièce selon la revendication 3, présentant plusieurs premiers trous borgnes (14B1), les premiers trous borgnes (14B1) présentant tous un même premier diamètre maximum (Dl), les centres (Cl) des premiers trous borgnes (14B1) adjacents étant distants les uns des autres d'au moins deux fois le premier diamètre maximum (Dl).
[Revendication 5] Pièce selon la revendication 3 ou 4, présentant plusieurs deuxièmes trous borgnes (14B2) présentant tous un même deuxième diamètre maximum (D2) inférieur au premier diamètre maximum (Dl), la première profondeur (PI) étant au moins deux fois supérieure, par exemple trois fois supérieure, à la deuxième profondeur (P2), les deuxièmes trous borgnes (14B2) étant disposés entre les premiers trous borgnes (14B1).
[Revendication 6] Pièce selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, et selon la revendication 2, dans laquelle les premiers trous borgnes (14B1) sont disposés en rangées (RI, R2) et en quinconce, les premiers trous borgnes (14B1) présentant tous un même premier diamètre maximum (Dl), l'espacement (EE) entre deux rangées adjacentes (RI, R2) de premiers trous borgnes (14B1) étant inférieur ou égal à deux premiers diamètres maximum (Dl), l'espacement (EE) étant mesuré entre les lignes (LI) de chaque rangée (RI, R2) adjacente où sont disposés les centres (Cl) des premiers trous borgnes (14B1).
[Revendication 7] Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la première partie (12A) et la deuxième partie (14A) forment chacune une plaque s'étendant selon une première direction (DA) et selon une deuxième direction (DB), et présentant une épaisseur selon une troisième direction (DC) perpendiculaire à la première et à la deuxième direction (DA, DB), la première partie (12A) et la deuxième partie (14A) étant disposées côte à côte selon la première direction (DA), le au moins un trou borgne (14B1) s'étendant selon la troisième direction (DC), l'élément de fixation (16) présente une première portion de fixation (16A) s'étendant uniquement sur la portion (12D) de la première partie (12) autre que la première portion de raccord (12A), ladite première portion de fixation (16A) présentant une largeur (L) mesurée selon la première direction (DA), et une deuxième portion de fixation (16B) s'étendant uniquement sur la deuxième portion de raccord (14A), la deuxième portion de fixation (16B) présentant une épaisseur mesurée selon la troisième direction (DC), la valeur minimale de la largeur (L) étant supérieure ou égale à la valeur minimale de l'épaisseur (Emin) et inférieure ou égale à trois fois la valeur minimale de l'épaisseur (Emin).
[Revendication 8] Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'élément de fixation (16) est formé par fabrication additive par dépôt par projection de poudre métallique entraînée par un gaz froid.
[Revendication 9] Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une couche de protection (18) disposée entre l'élément de fixation (16) et la deuxième portion de raccord (14A).
[Revendication 10] Pièce selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, formant une enveloppe de chambre de combustion de moteur-fusée (10).
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