ES2217745T3 - Dispositivo de anclaje para un organo de activacion de tobera orientable. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo que comprende un soporte (22) conectado a un órgano activador (18a) montado en una tobera (12) por medio de inserciones (32) diseñadas para alinearse y cerrarse en la pared divergente de la tobera, y medios de sujeción que comprenden un elemento que se puede deformar elásticamente (24) para compensar las posibles variaciones dimensionales debidas al calor y mantener el soporte (22) presionado sobre la tobera divergente (12). Un elemento soporte (26) está conectado a las inserciones (32) para comprimir el elemento que se puede deformar elásticamente (24) entre el elemento soporte (26) y el soporte (22).

Description

Dispositivo de anclaje para un órgano de activación de tobera orientable.

Campo de la invención

La presente invención se refiere de manera general a los propulsores con tobera orientable. La misma prevé más particularmente el anclaje de un órgano de activación sobre la pared del divergente de la tobera para permitir la orientación de ésta en una dirección deseada.

Antecedentes de la invención

En un propulsor con tobera orientable, la orientación de la tobera es mandada por unos órganos de activación, por ejemplo unos gatos, que están unidos a la tobera por unión pivotante de uno de sus extremos con la pared del divergente de la tobera.

De manera general, el anclaje de un órgano de activación sobre la tobera se realiza por medio de un aro de activación que rodea el divergente, a fin de conferir la rigidez deseable e introducir un aislamiento térmico entre la pared del divergente y un herraje de anclaje fijado al aro de activación, ver por ejemplo el documento US-A-4. 477.025.

Esta solución es costosa, en particular cuando, por razones de limitación de masa y de aislamiento térmico reforzado, el aro de activación es un material compuesto termoestructural, por ejemplo un compuesto carbono/carbono (C/C). Además, es necesario bloquear el aro de activación en traslación axial y en rotación. El bloqueo en traslación puede realizarse por medio de una tuerca roscada sobre el divergente, lo que añade otra pieza de gran dimensión.

Objetivos y resumen de la invención

La presente invención tiene por objetivo proporcionar un dispositivo de anclaje que no requiere el empleo de piezas de grandes dimensiones, costosas y de masa no despreciable.

La invención tiene también por objetivo proporcionar un dispositivo de anclaje que garantiza, durante toda la misión de un propulsor, un mantenimiento de la referencia geométrica del punto de anclaje del órgano de activación, a fin de conservar una perfecta precisión de la orientación de la tobera, y respetar la ley de mando del propulsor a pesar de las dilataciones diferenciales de origen térmico.

La invención tiene también por objetivo proporcionar un dispositivo de anclaje que permita un buen aislamiento térmico entre la tobera y el punto de anclaje del órgano de activación.

Estos objetivos pueden ser alcanzados gracias a un dispositivo de anclaje para un órgano de activación de un divergente de tobera orientable, que comprende por lo menos un herraje para permitir una unión con un órgano de activación y unos medios de montaje del herraje sobre el divergente, dispositivo en el cual los medios de montaje comprenden por lo menos una inserción destinada a ser dispuesta e inmovilizada en la pared de un divergente y unos medios de fijación del herraje sobre la o las inserciones, comprendiendo los medios de fijación por lo menos un elemento elásticamente deformable destinado a compensar eventuales variaciones dimensionales de origen térmico para mantener un esfuerzo de aplicación del herraje sobre un divergente.

Ventajosamente, la o las inserciones son de un material térmicamente aislante, por ejemplo de material compuesto termoestructural.

Según una particularidad del dispositivo de anclaje, los medios de fijación comprenden un elemento de apoyo que está unido a la inserción o a las inserciones de manera que compriman el elemento elásticamente deformable dispuesto entre el elemento de apoyo y el herraje.

Según otra particularidad, una cala está interpuesta entre el herraje y la superficie exterior del divergente. Esta cala es ventajosamente de un material térmicamente aislante.

Otras particularidades y ventajas de un dispositivo de anclaje de acuerdo con la invención resaltarán con lectura de la descripción detallada dada a continuación.

Breve descripción de los dibujos

- La figura 1 es una vista en semisección meridiana de una tobera de propulsor equipada con dispositivos de anclaje de acuerdo con la invención;

- La figura 2 es una vista ampliada del dispositivo de anclaje en sección según el plano II-II de la figura 1; y

- Las figuras 3 y 4 son vistas en sección según los planos III-III y IV-IV de la figura 2.

Descripción detallada de un modo de realización

La figura 1 muestra una tobera 10 que comprende un divergente 12 fijado, por ejemplo por atornillado, sobre una pieza 14 que forma un cuello. De forma conocida, el cuello de tobera está unido a la estructura de fondo de un propulsor (no representado) por un tope flexible que permite un pivotamiento de la tobera alrededor de un centro de rotación C situado sobre el eje A de la tobera. El divergente 12 es generalmente de material compuesto. En particular, el divergente 12 puede ser de material compuesto termoestructural, tal como un compuesto carbono/carbono (refuerzo fibroso de carbono densificado por una matriz carbono) o un compuesto con matriz cerámica (refuerzo fibroso refractario, por ejemplo de fibras de carbono o de cerámica, densificado por una matriz cerámica).

Varios dispositivos de anclaje para unos órganos de activación están montados sobre el divergente. En la figura 1, está representado un solo dispositivo de anclaje 20. A fin de orientar la tobera en cualquier dirección deseada, están previstos por lo menos dos dispositivos de anclaje que tienen unas posiciones angulares alrededor del eje A separadas una de la otra en un ángulo diferente de 180º, por ejemplo igual a 90º.

Los dispositivos de anclaje 20 están dispuestos a un nivel del divergente en el que éste presenta un mayor espesor de pared, resultando este mayor espesor de un aumento progresivo del espesor de la pared.

Cada dispositivo de anclaje 20 comprende un herraje de varillaje metálico 22 que soporta un eje 16 que permite una unión pivotante con un extremo 18a de un órgano de activación 18. En el ejemplo ilustrado, el órgano de activación 18 es una gato cuyo otro extremo 18b está montado pivotante sobre un soporte (no representado) solidario del cuerpo del propulsor.

Las figuras 2 a 4 ilustran de forma más detallada un modo de realización actualmente preferido de un dispositivo de anclaje 20.

El herraje 22 comprende una base sensiblemente rectangular 22a. El eje 16 está soportado por dos placas 22b que forman resalte en la parte central de la base 22a. Un alojamiento circular 22c está formado a partir de la superficie superior de la base 22a, alrededor de las placas 22b.

Un elemento elásticamente deformable 24 constituido por un aro metálico está dispuesto en el alojamiento 22c. El aro 24 tiene unas caras de forma troncocónica que forman un ángulo no nulo con la normal al eje A del alojamiento 22c.

Las dimensiones y la forma del aro 24 se eligen para que en estado libre el aro 24 forme resalte por encima de la superficie de la base 22a por uno de sus bordes superiores, por ejemplo el borde externo 24a.

El aro 24 está comprimido en el interior del alojamiento 22c por medio de un elemento de apoyo 26 en forma de una contraplaca aplicada contra la superficie superior de la base 22a. De esta manera, el aro 24 se apoya por su borde superior externo 24a contra la contraplaca 26 y por su borde inferior interno 24c contra la base 22a, en el fondo del alojamiento 22c, estando elásticamente deformado.

Una cala 28 está interpuesta entre el herraje 22 y el divergente 12.

La aplicación de la contraplaca 26 sobre el herraje 22 y la aplicación del herraje 22 y de la cala 28 sobre el divergente 12 se realizan por medio de tornillos 30 y tuercas 31. Los tornillos 30 tienen su cabeza 30a que se apoya en un refrentado o fresado formado en una inserción 32 insertada y bloqueada en la pared del divergente 12 y su vástago 30b que atraviesa la cala 28, la base 22a y la contraplaca 26. Las tuercas 31 están roscadas en los extremos de los vástagos 30b y se apoyan sobre la base 22a por medio de arandelas metálicas 34.

Cada inserción 32 es una pieza de forma cilíndrica inmovilizada en un alojamiento ciego 36 formado en el espesor del divergente 12, a partir de su superficie exterior. Cada inserción está por ejemplo atornillada y pegada en su alojamiento 36. Una copela 38 dispuesta en la parte inferior de cada inserción 32 recubre la cabeza del tornillo 30a.

Las inserciones 32 forman ligeramente resalte por encima de la superficie exterior del divergente 12, y la cala 28 se apoya sobre las caras exteriores de las inserciones, dejando un juego J con la superficie del divergente.

Unos pivotes 40, por ejemplo en número de dos, están alojados en unos orificios ciegos alineados practicados en las caras en contacto de la cala 28 y de la base 22a. Otros pivotes 42, por ejemplo también en número de dos, están alojados en unos orificios ciegos alineados practicados en las caras enfrentadas de la cala 28 y del divergente 12.

En funcionamiento, los gases expulsados a través de la tobera provocan un calentamiento importante de la pared del divergente 12. Esta pared es de un material compuesto que tiene un coeficiente de dilatación térmica diferente del material metálico del herraje. Es por tanto necesario proteger los elementos del dispositivo de anclaje, en particular el herraje 22, contra un calentamiento excesivo y compensar unas dilataciones diferenciales. Es importante también, a pesar de estas dilataciones diferenciales, mantener el herraje 22 aplicado contra el divergente para evitar una deriva de posición del punto de anclaje del órgano de activación y, por eso mismo, evitar una imprecisión de orientación de la tobera a partir de las consignas de mando.

Así, la cala 28 tiene por función aislar térmicamente el herraje 22 del divergente 12. La cala 28 es ventajosamente de material compuesto termoestructural, tal como un compuesto carbono/carbono (C/C) o un compuesto con matriz cerámica (CMC). La función de aislamiento térmico de la cala 28 podrá ser reforzada por el mecanizado de vaciados 28d, en sus caras enfrentadas a la pared del divergente 12 y de la base 22a.

Los tornillos 30 y tuercas 31 son de metal o aleación metálica preferentemente refractaria y con bajo coeficiente de dilatación térmica. Es sin embargo deseable aislarlos térmicamente con respecto al divergente 12. Este aislamiento es aportado por las inserciones 32, que son ventajosamente de compuesto C/C ó CMC, así como las copelas 38 que protegen las cabezas 30a.

El herraje 22, la contraplaca 26 y el aro 24 son de metal o aleación metálica resistente al calor, por ejemplo de una aleación de tipo "Inconel®", tal como la aleación comercializada bajo la referencia "Haynes® Alloy Nº 718" por la sociedad de los Estados Unidos de América Haynes International Inc., Kokomo, Indiana. Las arandelas 34 pueden ser también realizadas en la misma aleación. Pueden preverse otros metales o aleaciones metálicas refractarios.

El montaje utilizado permite, incluso en caso de dilatación de los elementos metálicos, mantener el herraje 22 aplicado contra el divergente 12, gracias al pretensado elástico ejercido sobre el aro 24. Esto permite por tanto una regulación del esfuerzo de aplicación sobre el divergente.

Los pivotes 40, 42 pueden ser realizados en un material idéntico o parecido al de los tornillos 30 y tuercas 31. Cuando se aplica un esfuerzo de giro a la tobera por medio del órgano de activación unido al herraje 22, los pivotes 40, 42 absorben el esfuerzo de deslizamiento inducido. Evitan por tanto un deslizamiento o rotación del herraje 22 o de la cala 28. Además, los pivotes 40, 42, absorbiendo los esfuerzos de cizalladura, limitan las solicitaciones de los tornillos 30 esencialmente a tracción.

La aplicación de la cala 28 sobre las inserciones 32 y no directamente sobre la pared del divergente, permite limitar los esfuerzos de cizalladura sobre los fileteados de las inserciones.

El sobreespesor del divergente 12 a nivel de la implantación de los dispositivos de anclaje 20 permite incrementar la rigidez a nivel de los puntos de aplicación de los órganos de activación, por tanto evitar deformaciones que pueden perjudicar el comportamiento de la tobera y la precisión del mando de la orientación de ésta.

Diferentes variantes podrán ser aportadas al modo de realización descrito anteriormente. Así, el aro 24 podrá ser reemplazado por varios elementos elásticamente deformables, por ejemplo unas arandelas dispuestas en unos alojamientos practicados en la base a los niveles donde ésta es atravesada por los tornillos 30. Por otra parte, el anclaje de las cabezas de los tornillos podrá realizarse en una inserción única fijada en la pared del divergente y sobre la cual la cala 28 podrá apoyarse.

Claims (12)

1. Dispositivo de anclaje para un órgano de activación de divergente de tobera orientable, que comprende por lo menos un herraje (22) para permitir una unión con un órgano de activación (18) y unos medios de montaje del herraje sobre un divergente, caracterizado porque los medios de montaje comprenden por lo menos una inserción (32) destinada a ser dispuesta e inmovilizada en la pared de un divergente, y unos medios de fijación que comprenden por lo menos un elemento elásticamente deformable (24) destinado a compensar eventuales variaciones dimensionales de origen térmico para mantener un esfuerzo de aplicación del herraje sobre un divergente.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la o cada inserción (32) es de un material térmicamente aislante.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la o cada inserción (32) es de un material compuesto termoestructural.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios de fijación comprenden un elemento de apoyo (26) que está unido a la inserción o a cada inserción (32) de manera que comprima el o cada elemento elásticamente deformable entre el elemento de apoyo (26) y el herraje (22).

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el o cada elemento elásticamente deformable (24) está dispuesto en un alojamiento (22c) formado en el herraje (22).

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende una cala (28) destinada a ser interpuesta entre el herraje (22) y la pared de un divergente.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque la cala (28) es de un material térmicamente aislante.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque la cala (28) es de un material compuesto termoestructural.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque la cala (28) descansa sobre la o cada inserción (32).

10. Tobera orientable que tiene un divergente provisto de por lo menos un dispositivo de anclaje según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la o cada inserción (32) está dispuesta en una zona del divergente (12) en la que la pared de éste presenta un espesor más importante que en otras zonas del divergente.

11. Tobera orientable según la reivindicación 10, caracterizada porque la zona de pared de espesor más importante se une progresivamente a las zonas próximas de menor espesor.

12. Tobera orientable según cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11, caracterizada porque la o cada inserción (32) está atornillada y pegada en el interior de un alojamiento formado en la pared del divergente (12).