FR2651536A1 - Charniere de tuyere d'echappement et moteur a turbine a gaz comportant une tuyere equipee d'une telle charniere. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une charnière (100) permettant de relier par pivotement des parois amont (102) et aval (104) adjacentes d'une tuyère d'échappement de moteur à turbine à gaz. Les parois (102, 104) comportent respectivement des surfaces internes (106, 108) et des chemises (110, 112) qui délimitent des passages d'air de refroidissement (114, 116). Un volume (136), défini par une lame d'étanchéité (122) et par la partie incurvée (118) de la paroi aval (104), permet d'assurer un écoulement d'air continu et uniforme (138) entre les passages d'air de refroidissement (114, 116); cet écoulement pratiquement sans fuite ne se mélange pas aux gaz d'échappement chauds qui s'échappent de la tuyère. Des consoles (140) permettent aux parois (102, 104) de pivoter l'une par rapport à l'autre selon des angles d'orientation qui correspondent à différents modes de fonctionnement de la tuyère.
Description
La présente invention concerne des charnieres permettant de relier par
pivotement selon un axe des parois amont et aval adjacentes d'une tuyère d'échappement de moteur à turbine à gaz, et plus particulièrement une charnière de tuyère présentant une nouvelle configuration permettant d'assurer le passage de l'air de refroidissement de la paroi amont vers la
paroi aval.
La maniabilité des avions modernes à hautes performances est grandement accrue par l'extension du rôle de la tuyère d'échappement du moteur audelà de sa fonction classique d'accélération du jet. Une tuyère d'échappement présentant une possibilité de déflexion du jet permet, à des vitesses de vol plus faibles, des manoeuvres d'avion plus rapides que celles obtenues avec des surfaces de contrôle classiques. En outre, la possibilité de poussée inverse prévue à l'intérieur de la tuyère d'échappement peut empêcher la décélération trop rapide de l'avion lors de manoeuvres en vol, ainsi que la décélération à l'atterrissage afin de réduire les mouvements de roulis d'atterrissage pour les
manoeuvres sur courtes distances.
Les tuyères d'échappement capables de satisfaire à de telles fonctions additionnelles sont appelées tuyères d'échappement multifonctions. Une tuyère d'échappement 10 de ce type est représentée sur la figure 1. La tuyère 10 est une tuyère d'échappement bidimensionnelle qui présente des parois composées de parties latérales 12, d'un volet de convergence 14, et de volets de divergence 16 et 16a situés entre les parties latérales 12. De telles tuyères bidimensionnelles sont utilisées de préférence dans des applications multifonctions puisque, à la différence des parois sphériques des tuyères de symétrie axiale, les volets 16 et 16a peuvent être manoeuvrés de manière différentielle pour dévier le courant gazeux chaud résultant de la combustion qui traverse la tuyère lors des petits mouvements rapides de l'avion. Une telle manoeuvre différentielle des volets 16 et 16a est représentée sur la figure 3. La figure 2 montre la position des volets 16 et 16a lors des opérations de poussée normale. La figure 3 représente les positions en déflexion des volets 16 et 16a lors des petits mouvements rapides de l'avion. La figure 4 représente une position fermée des volets 14, 16 et 16a, dans laquelle les gaz chauds de combustion s'échappent par les tuyères auxiliaires d'échappement 18 pour produire
une poussée inverse.
Du fait que les parois des tuyères d'échappement sont soumises à des températures extrêmement élevées dues au courant des produits de combustion chauds qui s'échappent de la tuyère 10, il est souhaitable de refroidir les surfaces internes des parois afin de prolonger la durée de vie de la tuyère et de réduire les nécessités de maintenance. Les tuyères connues de l'art antérieur utilisent typiquement un mode de refroidissement de surface pour les parois des tuyères, comme illustré sur la figure 5. La figure 5 représente de façon schématique une partie de la tuyère d'échappement 10 comportant une paroi de carter 20 située à l'amont du volet de convergence 14 à l'intérieur du conduit d'écoulement des gaz chauds. Le carter 20 comprend une chemise 22 éloignée de sa surface interne. L'air de refroidissement, qui est typiquement un air qui provient du moteur de la turbine, est injecté à l'intérieur du passage d'air de refroidissement 24 entre la paroi du carter 20 et la chemise 22. L'air de refroidissement est éjecté, depuis le passage d'air de refroidissement 24, le long des parois internes des volets 14 et 16, et constitue un film d'air de refroidissement sur les parois internes de ces volets comme l'indiquent les flèches de la
figure 5.
La configuration de la figure 5 présente cependant certains inconvénients significatifs. En premier, l'air de refroidissement qui s'échappe du passage 24 est dilué lorsqu'il s'écoule le long des parois des volets 14, 16 et 16a du fait qu'il se mélange avec des gaz chauds dans le conduit d'écoulement des gaz d'échappement. Cette dilution de l'air de refroidissement résulte de l'importance excessive de l'écoulement d'air de refroidissement nécessaire au refroidissement des parois des volets 14, 16 et 16a. L'écoulement excessif d'air de refroidissement entraîne une perte en performances du fait que l'écoulement d'air de refroidissement provient typiquement de l'air du moteur de la turbine. En outre, si l'on se réfère à la figure 6, o les volets 14, 16 et 16a sont en déflexion pour de petits mouvements de l'avion, on observe un angle important à la jonction entre les volets de convergence 14 et les volets de divergence 16 et 16a, cet angle entraînant une rupture locale aval de l'écoulement 28 au niveau de la gorge 30. Les parois internes des volets 16 et 16a, qui dépendent du film d'air de refroidissement classiquement injecté à l'amont du volet pour leur refroidissement sont en surchauffe du fait que la turbulence dans la région de rupture d'écoulement 28 entraîne le mélange de l'air de refroidissement avec le gaz chaud qui provient de la tuyère d'échappement, et de ce fait, diminue sérieusement l'efficacité de ce mode de refroidissement. Bien que le problème du refroidissement des parois de tuyères concerne également les tuyères de symétrie axiale multifonctions ainsi que les tuyères d'échappement de type bidimensionnel, les problèmes liés au refroidissement du volet de divergence le plus en arrière d'une tuyère d'échappement bidimensionnelle ou multifonctions sont plus importants pour deux raisons de base. En premier, les volets de divergence des tuyères de type bidimensionnel sont plus longs, pour une tuyère d'une taille donnée et pour un conduit d'écoulement donné, que les volets de tuyères de symétrie axiale, et de ce fait, sont plus difficiles à refroidir par les méthodes classiques d'injection d'un film d'air de refroidissement au niveau de la charnière du volet. Les volets des tuyères d'échappement bidimensionnelles sont plus longs que les volets des tuyères de symétrie axiale du fait que les parois latérales de la tuyère bidimensionnelle sont fixes et que le mouvement du volet doit par conséquent fournir la totalité de la variation de surface de la tuyère souhaitée. Les volets de tuyères bidimensionnelles, dont les extrémités se déplacent selon un plus grand débattement pour fournir la variation de surface souhaitée, doivent nécessairement être plus longs que les angles de contour externe des volets de tuyères sont faibles afin d'assurer une faible traînée et de permettre ainsi des performances plus élevées de l'avion. En second lieu, et en relation avec les raisons développées cidessus, on observe pendant le fonctionnement d'une tuyère d'échappement de type bidimensionnel, un angle important au niveau de la jonction entre le volet de convergence et le volet de divergence, cet angle entraînant une rupture locale de l'écoulement aval au niveau de la gorge comme décrit
ci-dessus en référence à la figure 6.
En pratique, les volets des tuyères d'échappement bidimensionnelles refroidis par un film d'air de refroidissement injecté au niveau de la charnière sont soumis à des températures excessives et non uniformes dues à l'inefficacité générale de ce type de film. Une telle inefficacité entraîne la distorsion, la fatigue thermique, et la fissuration de la paroi du volet des tuyères d'échappement en service régulier. En outre, comme l'efficacité des moteurs est accrue pour répondre à la nécessité toujours actuelle d'augmenter l'économie de carburant ainsi que l'autonomie de l'avion, la possibilité de dérivation d'air pour refroidir les volets de la tuyère d'échappement devient de plus en plus difficile. Pour obtenir un niveau satisfaisant de la température des volets de tuyère des moteurs modernes, des moyens de refroidissement efficaces par convection sont nécessaires, moyens qui, en général, assurent une distribution d'air de refroidissement plus
uniforme sur les parois de la tuyère.
En outre, un objet de la présente invention est de présenter une charnière assurant la liaison par pivotement des parois amont et aval de la tuyère d'échappement, et dans laquelle l'air de refroidissement peut passer plus efficacement de la
paroi amont à la paroi aval de la tuyère.
Un autre objet de la présente invention est de présenter une liaison au moyen d'une charnière entre les parois amont et aval d'une tuyère d'échappement, cette liaison s'adaptant à l'emploi des chemises situées au niveau des surfaces internes des parois de la tuyère, de manière à définir des passages d'air de
refroidissement entre les parois et les chemises.
Un autre objet de la présente invention est de présenter une liaison au moyen d'une charnière entre les parois amont et aval d'une tuyère d'échappement, cette liaison assurant un passage de l'air de refroidissement plus efficace le long des surfaces internes amont et aval des parois de la tuyère et de ce fait, permettant de réduire le débit d'air de refroidissement, ce qui entraîne un accroissement des
performances et de l'efficacité du moteur de l'avion.
D'autres objets et avantages de l'invention
transparaissent dans la description qui suit, et sont
en partie évidents au vue de cette description, ou
peuvent apparaître lors de la mise en application de l'invention. Les objets et les avantages liés à cette invention peuvent être réalisés et obtenus par des moyens supplémentaires qui ressortent de la
description.
Pour atteindre les objets cités ci-dessus en relation avec les buts de l'invention présentée et largement décrite ici à partir d'un mode de réalisation particulier, on propose une charnière pour relier une première paroi à une seconde paroi d'une tuyère d'échappement de moteur à turbine à gaz, et pour permettre un mouvement relatif de pivotement entre ces parois. Les première et seconde parois présentent chacune une surface interne et une chemise fixée au niveau de la surface interne et éloignée d'elle de manière à délimiter des premier et second passages d'air de refroidissement. La charnière comprend une extrémité incurvée qui présente une surface incurvée formée à une première extrémité de la première ou seconde paroi, et une lame d'étanchéité, fixée rigidement à la première extrémité de l'autre paroi et se prolongeant au-delà, qui s'appuie et glisse sur la surface incurvée de manière à assurer une étanchéité à l'air lorsque les première et seconde parois pivotent l'une par rapport à l'autre. Un volume, défini au moins en partie par la lame d'étanchéité et par la première extrémité de la seconde paroi, assure une commmunication de l'écoulement entre les premier et second passages d'air de refroidissement, et une console permet la liaison par pivotement entre les première et seconde parois au niveau de leurs premières
extrémités respectives.
La première paroi est située de préférence à l'amont de la seconde paroi dans le conduit d'écoulement des gaz qui traversent la tuyère d'échappement, et la surface incurvée est formée au niveau de l'extrémité amont de la seconde paroi. La chemise de la seconde paroi est configurée de manière à inclure une extrémité amont incurvée éloignée de la partie incurvée de la seconde paroi de manière à définir une partie du passage de l'air de refroidissement de la seconde paroi. Avec une telle configuration, la chemise de la première paroi présente une extrémité aval se terminant à proximité de la partie incurvée de la chemise de la seconde paroi, cette extrémité aval étant éloignée de la partie incurvée de la chemise de la seconde paroi et étant fixée à elle de manière étanche. De cette manière, lorsque les première et seconde parois pivotent l'une par rapport à l'autre, l'extrémité incurvée amont de la chemise de la seconde paroi suit l'extrémité aval de la chemise de la première paroi, reste à proximité et assure l'étanchéité de manière à maintenir un conduit d'écoulement continu depuis le premier passage d'écoulement d'air de refroidissement, à travers le volume, et jusqu'au second passage d'écoulement d'air
de refroidissement sans fuite significative.
Les figures ci-jointes représentent un mode particulier de réalisation de l'invention, et
illustrent la description générale fournie ci-dessus
ainsi que la description détaillée du mode de
réalisation particulier présenté ci-après, ce qui
permet d'expliciter l'invention.
La figure 1 représente une vue en perspective d'une tuyère d'échappement de type bidimensionnel convergent/divergent; la figure 2 est une vue de côté schématique de la tuyère de la figure 1 dans laquelle les volets de la tuyère sont en position de pleine poussée; la figure 3 est une vue de côté schématique de la tuyère de la figure 1 dans laquelle les volets de la tuyère sont en déflexion pour permettre des petites manoeuvres de l'avion; la figure 4 est une vue de côté schématique de la tuyère de la figure 1 dans laquelle les volets de la tuyère sont en position fermée de manière à diriger les gaz d'échappement à travers les tuyères auxiliaires qui permettent une poussée inverse pour les manoeuvres s'effectuant sur de courtes distances; la figure 5 est une vue de côté schématique d'une configuration classique de film d'air de refroidissement traversant les volets de convergence et de divergence d'une tuyère d'échappement bidimensionnelle; la figure 6 est une représentation schématique de l'écoulement du film d'air de refroidissement qui traverse les surfaces internes de la tuyère bidimensionnelle de la figure 5 et qui illustre la zone de rupture de l'écoulement située en aval de la liaison par charnière et qui survient lorsque les volets de convergence et de divergence sont en déflexion pour permettre des manoeuvres de l'avion; la figure 7 est une vue de côté détaillée d'une charnière de tuyère d'échappement selon la présente invention et dans laquelle les parois de la tuyère sont totalement fermées pour permettre un fonctionnement en pousssée inverse; la figure 8 est une vue de côté détaillée de la charnière de la tuyère d'échappement de la figure 7 dans laquelle les parois de la tuyère sont en position de déflexion du conduit d'écoulement des gaz d' échappement pour permettre des manoeuvres de l'avion la figure 9 est une vue isométrique partielle de la charnière de la tuyère d'échappement de la figure 7 qui représente la liaison de pivotement par console entre les parois de la tuyère; la figure 10 est une vue de côté partielle de la charnière de la tuyère d'échappement de la figure 7; la figure 11 est une vue de dessus partielle de la charnière de la tuyère d'échappement de la figure 7 et la figure 12 est une représentation schématique d'une partie d'une tuyère d'échappement dans laquelle des charnières incluant des caractéristiques de la présente invention sont utilisées pour la liaison des volets de convergence et de divergence ainsi que pour la liaison du volet de convergence avec le carter de la tuyère. Dans ce qui suit, référence est faite au mode de réalisation particulier de l'invention illustré par les figures jointes. La présente invention s'applique également aux tuyères d'échappement de type axisymétrique, ainsi qu'aux tuyères d'échappement bidimensionnelles ou multifonctions évoquées précédemment. Cependant, pour décrire le mode de réalisation particulier de l'invention, et non par
souci de limitation, la description qui suit concerne
une charnière selon la présente invention pour la liaison des première et seconde parois d'une tuyère d'échappement de type bidimensionnel. En outre, alors qu'un grand nombre de charnières selon la présente invention peuvent être incorporées dans une tuyère d'échappement donnée pour relier les différentes parois pivotantes, chaque charnière doit présenter sensiblement la même configuration, et c'est pourquoi une seule charnière est décrite dans ce qui suit. Il
est évident pour l'homme de l'art que la description de
la liaison par charnière pour le pivotement des parois de la tuyère bidimensionnelle s'applique également aux liaisons des parois d'une tuyère de type axisymétrique ainsi qu'à d'autres variantes des tuyères d'échappement
de type multifonctions.
Selon la présente invention, des moyens de charnière sont fournis pour relier une première paroi et une seconde paroi d'une tuyère d'échappement. Selon le mode de réalisation décrit ici, et comme représenté sur les figures 7 et 8, les moyens de charnière sont constitués d'une charnière portant dans son ensemble la référence 100. La charnière 100 est reliée à une première paroi 102 ainsi qu'à une seconde paroi 104, et permet un pivotement relatif entre la première paroi 102 et la seconde paroi 104. Les première et seconde parois 102 et 104 comportent respectivement des surfaces internes 106 et 108. Les parois 102 et 104 comportent en outre des chemises respectives 110 et 112, éloignées des surfaces internes 106 et 108 de manière à définir des passages d'air de refroidissement
114 et 116.
Selon la présente invention, la charnière comporte une partie incurvée constituée par une première extrémité de la première ou de la seconde paroi. Dans le mode de réalisation particulier de la présente invention représenté sur les figures 7 et 8, la partie incurvée 118 est constituée par une première
extrémité 120 de la seconde paroi 104.
Selon la présente invention, la charnière comporte en outre des moyens d'étanchéité prévus pour permettre d'obtenir une étanchéité à l'air entre la partie incurvée de la seconde paroi et une première extrémité de la première paroi lorsque les première et
seconde parois pivotent l'une par rapport à l'autre.
Les moyens d'étanchéité sont de préférence réalisés à l'aide d'une lame liée de façon fixe à l'une des parois et se prolongeant depuis cette paroi, ceci afin de s'appuyer et de glisser sur l'autre paroi pour constituer une étanchéité à l'air entre ces parois lorsque les première et seconde parois pivotent l'une par rapport à l'autre. Comme représenté dans la figure 7, les moyens d'étanchéité par lame sont liés de façon fixe à une première extrémité 121 de la paroi 102 et sont constitués d'une lame d'étanchéité 122 comprenant un pied 124 et une partie inclinée 126 en saillie par rapport au pied 124. La partie inclinée 126 comporte une extrémité 128. Le pied 124 de la lame d'étanchéité 122 est lié à une première extrémité 121 de la paroi 102 au moyen d'une console 130. Le pied 124 est fixé rigidement à- la console 130 par un moyen d'assemblage par boulons 132. Le pied 124 peut également être relié à la console 130 par soudage ou par tout autre moyen de fixation. La console 130 est fixée rigidement à la paroi 102 par un moyen d'assemblage par boulons 134. La console 130 n'est bien sûr pas limitée dans sa liaison à la paroi 102 par ce moyen d'assemblage par boulons 134 et peut aussi être soudée à la paroi 102 ou liée à elle par n'importe quel moyen de fixation connu. Le pied 124 peut aussi être directement fixé rigidement à la paroi 102. Dans le mode de réalisation particulier présenté ici, la console permet de positionner et de maintenir la partie inclinée 126 de la lame
d'étanchéité 122 dans la position souhaitée décrite ci-
après. Du fait des configurations de la lame d'étanchéité 122 et de la console 130 représentées sur les figures 7 et 8, l'extrémité 128 de la partie inclinée 126 s'adapte à la partie incurvée 118 de la seconde paroi 104, s'appuie et glisse sur elle lorsque les parois 102 et 104 pivotent l'une par rapport à l'autre, formant ainsi une étanchéité à l'air entre la
partie inclinée 126 et la partie incurvée 118.
Selon la présente invention, la charnière comprend en outre des chambres, délimitées au moins en partie par les moyens d'étanchéité par lame et par une première extrémité d'une paroi, et permettant de faire communiquer les premier et second passages d'air de refroidissement. Selon le mode de réalisation particulier présenté, et comme illustré par les figures 7 et 8, les chambres sont constituées d'un volume 136 délimité au moins en partie par la première extrémité
121 de la paroi 102 et par la lame d'étanchéité 122.
Chacune des parois 102 et 104 s'étend respectivement en largeur le long des premières extrémités 120 et 121, et est donc adaptée à chacune d'elles. Les chemises 110 et 112 sont également adaptées aux largeurs des parois 102 et 104. Le volume 136 s'étend sur la totalité de la largeur des premières extrémités 120 et 121 des première et seconde parois 102 et 104, de manière à former un conduit d'écoulement d'air continu entre le premier passage d'air de refroidissement 114 et le second passage d'air de refroidissement 116 au travers du volume 136 sur la totalité de la largeur des parois 102 et 104. Le conduit d'écoulement d'air qui traverse les passages d'air de refroidissement, ainsi que le volume, sont représentés dans la figure 7 par les flèches 138. Ainsi, comme le volume 136 est relié aux passages d'air de refroidissement 114 et 116 sur la totalité de la largeur des parois 102 et 104, on obtient un écoulement uniforme d'air de refroidissement à travers le volume et le long des parois, et cet écoulement ne se mélange pas aux gaz d'échappement
chauds sortant de la tuyère.
Selon la présente invention, la charnière comprend en outre un moyen de console faisant saillie pour relier par pivotement les première et seconde parois au niveau de leurs premières extrémités respectives. Dans le mode de réalisation présenté ici, le moyen de console faisant saillie comprend au moins deux consoles 140. Si l'on se réfère aux figures 9 et 11, la console 140 comporte une base 142 et un bras 144 qui prolonge la base 142. La base 142 est liée rigidement à la première extrémité 121 de la paroi 102 par soudage ou par tout autre moyen de fixation adéquat. Chacune des deux consoles 140 est espacée de l'autre par la largeur de la première extrémité 121 de la paroi 102. Le bras 144 de la console 140 comporte une extrémité 146 qui présente une ouverture 148. Les extrémités 146 de chaque console sont éloignées de la paroi 102 d'une distance égale à la longueur de bras 144. De cette manière, les consoles 140 permettent une liaison par pivotement entre les première et seconde parois tout en passant au niveau de la partie incurvée
118, comme décrit ci-dessous.
Des nervures 150 sont liées rigidement à la paroi 104 à proximité de la première extrémité 120 par exemple par soudage. Les paires de nervures 150 sont espacées de manière à recevoir l'extrémité 146 de la console 140, et comportent des ouvertures 151 qui sont alignées avec l'ouverture 148 lorsque l'extrémité 146 est placée entre les nervures 150. La paroi 104 est fixée par articulation à l'extrémité 146 du bras 144 par des axes qui traversent l'ouverture 148 de la console 140 ainsi que les ouvertures 151 des nervures
afin de relier ensemble les parois 102 et 104.
La configuration des consoles faisant saillie permet aux parois 102 et 104 de pivoter l'une par rapport à l'autre selon différents angles d'orientation en relation avec le fonctionnement de la tuyère, tout en passant au niveau de la partie incurvée 118 de la paroi 104. De cette manière, la partie incurvée 118 reste éloignée de la première extrémité 121 de la paroi 102, et délimite en partie le volume 136. La figure 9 représente au moins deux consoles 140; chacune étant de fabrication identique aux autres, une seule est décrite ici. En outre, n'importe quel nombre de consoles 140 peut être disposé le long des premières extrémités des parois 102 et 104 afin de relier par pivotement les parois entre elles et de les maintenir en position. La présente invention n'est pas limitée à la configuration particulière de console 140 présentée et décrite, et nombre d'autres configurations de console peuvent être envisagées par l'homme de l'art
tout en respectant l'objet de la présente invention.
Si l'on se réfère aux figures 7 et 8, la chemise 112 de la paroi 104 comporte une extrémité amont incurvée 154 séparée de la partie incurvée 118 de la seconde paroi 104 de manière à définir le passage d'air de refroidissement amont 116. La chemise 110 comporte une partie aval 156 qui se termine à proximité de l'extrémité incurvée 154 de la chemise 112, tout en étant légèrement éloignée de manière à définir un
conduit d'écoulement 158.
Le conduit d'écoulement 158 qui sépare l'extrémité incurvée amont 154 de la chemise 112 et l'extrémité aval 156 de la chemise 110 peut être dimensionné de manière à assurer le contrôle du niveau de fuite de l'air de refroidissement en provenance du volume 136, et de manière à assurer l'émission d'un fin film d'air de refroidissement le long de la chemise 112, comme indiqué par la flèche 160. La charnière 100 peut aussi présenter un conduit d'écoulement 158 étanche. Selon le mode de réalisation présenté ici, l'étanchéité peut être réalisée au moyen d'une tôle élastique 162 fixée rigidement à l'extrémité aval 156 de la chemise 110, une partie 164 de la tôle élastique 162 étant configurée de manière à plaquer contre l'extrémité incurvée amont 154 de la chemise 112 de
façon à rendre étanche le conduit d'écoulement 158.
La partie incurvée 118 de la paroi 104 comporte au moins deux entailles 166 représentées par des traits interrompus dans la figure 8. Les entailles 166 sont espacées l'une de l'autre dans la largeur de la paroi
104 pour correspondre aux bras 144 de la console 148.
Les bras 144 peuvent se déplacer à l'intérieur et à l'extérieur des entailles 166 de la partie incurvée 118 quand les première et seconde parois 102 et 104 pivotent l'une par rapport à l'autre à l'aide de la console. Lorsque les parois 102 et 104 sont placées l'une par rapport à l'autre de telle sorte que la tuyère d'échappement est en complète déflexion, comme le montre la figure 3, l'extrémité incurvée amont 154 de la chemise 112 s'étend vers le haut du volume 136 et les bras 144 se déplacent dans les entailles 166. Dans cette position, l'air de refroidissement du passage 114 passe dans le volume 136 puis ensuite autour de l'extrémité de la partie incurvée amont 154, et s'achemine vers le bas dans le passage d'air de refroidissement 116, comme illustré par les flèches 138. Si l'on se réfère à la figure 9, les lames d'étanchéité 122 s'étendent sur la largeur des parois 102 et 104 et sont séparées par des consoles 140 espacées le long de la largeur de la paroi 102. De cette manière, les lames d'étanchéité 122 n'interfèrent pas avec les consoles 140 lorsque les parois 102 et 104 pivotent l'une par rapport à l'autre. Pour contrôler la fuite en provenance du volume 136 qui passe au travers des entailles 166, des attaches 168 sont fixées à l'extrémité 128 de la partie en saillie 126 de chaque lame d'étanchéité de manière à relier les entailles 166 et le volume 136 lorsque les première et seconde parois 102 et 104 pivotent par rapport aux consoles pour former progressivement un angle plus grand. De cette manière, la fuite potentielle d'air de refroidissement en provenance du volume 136 est réduite par les attaches 168 des entailles 166 lorsque les parois pivotent l'une par rapport à l'autre et par l'extrémité incurvée 118 de la paroi 104 pour chacune des orientations angulaires des parois. De manière analogue, la fuite d'air au travers du conduit d'écoulement 158 situé entre l'extrémité aval 156 de lachemise 110 et l'extrémité incurvée amont 154 de la chemise 112 peut être réduite par l'introduction de la
tôle élastique 162 au travers du conduit 158.
Un troisième point possible de fuite d'air de refroidissement en provenance du volume 136 est situé à l'extrémité des liaisons des parois 102 et 104, plus précisément à l'endroit o ces liaisons rejoignent les parois. Afin de réduire les fuites d'air de refroidissement en provenance des extrémités du volume 136, un bouchon 170 est fixé à chaque bord de la première extrémité 120 de la paroi 102, comme représenté sur les figures 9 et 10, de manière à rendre étanche le volume 136 en ces extrémités. Le bouchon 170 s'emboîte à proximité de l'extrémité de la lame d'étanchéité 122 et de la console 130 de manière à réduire la fuite d'air de refroidissement entre les surfaces jointives de la lame d'étanchéité et de la console. Pour contrôler les fuites au niveau de l'interface entre les parois 102 et 104 et une paroi latérale 172 de la tuyère, une lame cylindrique 174 est insérée à chaque extrémité de la partie incurvée 118 de la paroi 104. Un ressort 176 peut être inséré à l'intérieur de chaque lame cylindrique 174 de manière à plaquer contre une butée 177 et à pousser chaque lame
cylindrique vers une paroi latérale 172 de la tuyère.
Puisque les bouchons 170 et les lames cylindriques associées 174 disposées à chaque bord externe des parois 102 et 104 sont identiques, un seul bord est
représenté et décrit ici.
Dans le mode de réalisation particulier de la présente invention décrit ci-dessus, la paroi 104 comporte un volet de divergence d'une tuyère d'échappement bidimensionnelle et la paroi 102 comporte un volet de convergence de la tuyère d'échappement. Le volet de convergence 102 est positionné en amont du volet de divergence 104 à l'intérieur du conduit d'écoulement du gaz d'échappement qui traverse la tuyère. Les chemises 110 et 112 des volets de convergence 102 et de divergence 104 définissent une
partie du conduit d'écoulement qui traverse la tuyère.
Cependant, la présente invention ne se limite pas à l'utilisation de la liaison entre des volets de convergence et de divergence d'une tuyère bidimensionnelle. Comme représenté schématiquement sur la figure 12, les enseignements de la présente invention peuvent aussi être inclus dans une liaison par charnière entre une paroi de carter de tuyère et la paroi de convergence, telle que la liaison par charnière 200 entre une paroi de carter de tuyère 202 et une paroi de convergence 102. Une chemise 204 est espacée de la paroi de carter 202 de manière à définir un passage d'air de refroidissement 206. Dans ce mode de réalisation, l'air de refroidissement s'écoule à travers le passage 206 et arrive dans le volume 208 au niveau de la liaison par charnière 200, et depuis ce volume 208, traverse le passage 114 sur la totalité de la largeur de la paroi de convergence 102 et passe à l'intérieur du volume 136 de la charnière 100. Depuis le volume 136, l'air de refroidissement s'écoule à l'intérieur du passage 116 de la paroi de divergence 104. Ainsi, la présente invention peut être incorporée à chaque liaison par pivotement des parois qui
définissent le conduit d'écoulement de la tuyère.
En outre, le mode de réalisation particulier de la présente invention décrit ci-dessus présente une partie incurvée 118 formée au niveau de la première extrémité 120 de la paroi 104 ainsi qu'une lame d'étanchéité fixée rigidement à la première extrémité 121 de la paroi 102, et se prolongeant au-delà. Selon la présente invention, la partie incurvée formée au niveau de la première extrémité 121 de la paroi 102 comporte la lame d'étanchéité et la console qui s'étend depuis la première extrémité 120 de la paroi 104. Dans un tel mode de réalisation, le volume est toujours défini au moins en partie par la lame d'étanchéité ainsi que par la première extrémité de l'une des parois, et l'air de refroidissement s'écoule depuis le passage 114 jusqu'à l'intérieur du volume 136, et
depuis ce volume, jusqu'à l'intérieur du passage 116.
La présente invention offre une nouvelle configuration d'une charnière de tuyère d'échappement permettant l'écoulement de l'air de refroidissement depuis un passage amont délimitée par une chemise espacée de la paroi amont, jusqu'à un passage aval délimité par une chemise espacée de la paroi aval. Cet assemblage permet une utilisation plus efficace de l'air de refroidissement qui traverse les passages, et s'applique particulièrement aux tuyères d'échappement bidimensionnelles dans lesquelles les volets de
divergence présentent une longueur relativement grande.
L'utilisation de la présente invention permet d'éviter toute distorsion thermique et toute fatigue, et une amélioration du maintien des parois de la tuyère
d'échappement est obtenu.
Des avantages et des modifications
supplémentaires sont évidents pour l'homme du métier.
Dans ses aspects les plus larges, l'invention n'est par conséquent pas limitée aux détails particuliers et au
dispositif représentés ici, ni aux exemples fournis.
Des changements peuvent donc être apportés sans s'éloigner de l'esprit et du champ d'application de l'invention.
Claims (24)
1. Charnière permettant de relier selon un axe une première paroi (102) d'une tuyère d'échappement de moteur à turbine à gaz à une seconde paroi (104) de la même tuyère, et permettant un mouvement de pivotement relatif entre ces deux parois, les première et seconde parois (102, 104) présentant chacune une surface interne (106, 108) ainsi qu'une chemise (110, 112) fixée à la surface interne et éloignée d'elle de manière à définir des premier (114) et second (116) passages d'air de refroidissement, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une partie incurvée (118) formée à une première extrémité (120) de la première ou seconde (104) paroi; - une lame d'étanchéité (122) fixée rigidement à une première extrémité (121) de l'autre paroi (102) et se prolongeant au-delà, de manière à s'appuyer et à glisser sur la partie incurvée (118) pour former une surface étanche à l'air entre les première et seconde parois (102, 104) lorsque celles-ci pivotent l'une par rapport à l'autre; - un volume (136), défini au moins en partie par la lame d'étanchéité (122) et par la première extrémité (121) de l'autre paroi (102), et permettant d'assurer la communication entre les premier (114) et second (116) passages d'écoulement d'air de refroidissement; et - une console (140) faisant saillie pour relier par pivotement les première (102) et seconde (104) parois au niveau de leurs premières extrémités
(121, 120).
2. Charnière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première (102) et seconde (104) parois comportent respectivement un volet de convergence (14) et un volet de divergence (16, 16a) de tuyère d'échappement (10), les chemises (110, 112) étant espacées par rapport aux surfaces internes (106, 108) des parois (102, 104) de manière à définir une partie d'un conduit d'écoulement gazeux (138) dans la tuyère, la paroi de convergence (102) étant située en amont de la paroi de divergence (104) dans le conduit
d'écoulement gazeux (138).
3. Charnière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première (102) et seconde (104) parois de la tuyère comportent respectivement un carter (20) et un volet de convergence (14) de tuyère d'échappement (10), les chemises (110, 112) étant espacées par rapport aux surfaces internes (106, 108) des parois (102, 104) de manière à définir une partie d'un conduit d'écoulement gazeux (138) dans la tuyère, le carter (20) étant situé en amont de la paroi de divergence (104) dans le conduit d'écoulement gazeux
(138).
4. Charnière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les chemises (110, 112) des première et seconde parois (102, 104) définissent une partie d'un conduit d'écoulement gazeux (138) dans la - tuyère, la première paroi (102) étant située à l'amont de la seconde paroi (104) dans le conduit d'écoulement gazeux (138), et la partie incurvée (118) étant formée
à l'extrémité amont (120) de la seconde paroi (104).
5. Charnière selon la revendication 4, caractérisée en ce que la chemise (112) de la seconde paroi (104) comporte une extrémité amont incurvée (154) espacée de la partie incurvée (118) de la seconde paroi (104) de manière à définir une partie du passage d'air
de refroidissement (138).
6. Charnière selon la revendication 5, caractérisée en ce que la chemise (110) de la première paroi (102) comporte une extrémité aval (156) se terminant à proximité de l'extrémité incurvée (154) de la chemise (112) de la seconde paroi (104) et étant espacée de cette extrémité incurvée (154) de manière à
définir un conduit d'écoulement d'air.
7. Charnière selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (122) pour rendre étanche le volume (136) défini entre l'extrémité aval (156) de la chemise (110) de la première paroi (102) et la partie incurvée amont (118)
de la chemise (112) de la seconde paroi (104).
8. Charnière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de console comprennent au moins deux consoles (140), chacune comportant une base (142) rigidement fixée à la première extrémité (121) de la première (102) ou de la seconde paroi, et étant espacée de l'autre console par la largeur de la première extrémité (121) de la première (102) ou de la seconde paroi, et chacune comportant un bras (144) qui prolonge la base (142) et qui présente une extrémité (146), la seconde (104) ou première paroi étant liée par pivotement à l'extrémité
(146) de chaque bras (144).
9. Charnière selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (122) comprennent au moins une lame d'étanchéité comportant un pied (124), ce pied étant rigidement fixé à la première (102) ou seconde paroi et s'étendant entre les bras (144) des consoles (140), la partie inclinée (126) faisant saillie par rapport à l'extrémité du pied (124), cette partie inclinée (126) étant configurée en au moins une extrémité (128) de manière à s'appuyer et à glisser sur la partie incurvée (118) lorsque les première et seconde parois (102, 104) pivotent l'une
par rapport à l'autre.
10. Charnière selon la revendication 9, caractérisée en ce que la partie incurvée (118) de la seconde (104) ou première paroi comporte au moins deux entailles (166) espacées l'une de l'autre pour correspondre aux bras (144) des consoles (140), ces bras se déplaçant dans les entailles (166) lorsque les première et seconde parois (102, 104) pivotent l'une
par rapport à l'autre à l'aide des consoles (140).
11. Charnière selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (122) comprennent des attaches (168) fixées à l'extrémité (128) de la partie en saillie (126) d'au moins une lame d'étanchéité de manière à relier les entailles (166) de la partie incurvée (118) et le volume (136) lorsque les première et seconde parois (102, 104) pivotent par rapport aux consoles (140) pour former progressivement
des angles plus grands.
12. Charnière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et seconde parois (102, 104) présentent, au niveau de leurs premières extrémités (121, 120) respectives, des largeurs en proportion l'une par rapport à l'autre, un volume (136) et des chemises (110, 112) qui s'étendent sur la totalité de la largeur des premières extrémités (120, 121) des première et seconde parois (102, 104), de manière à former un conduit d'écoulement d'air continu (138) entre les premier (114) et second (116) passages d'air de refroidissement sur la totalité de la largeur de ces parois, et en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'étanchéité (122) et un volume (136) situés au niveau des premières extrémités (120, 121) des première et seconde parois (102, 104).
13. Charnière selon la revendication 12, caractérisée en ce que les première et seconde parois (102, 104) comprennent des volets de convergence (14) et de divergence (16, 16a) respectivement situés entre les parois latérales (12) d'une tuyère d'échappement bidimensionnelle, adjacents à ces parois, et en ce que les moyens d'étanchéité (122) du volume (136) comprennent: des bouchons (170) fixés aux bords des premières extrémités (120) des volets de convergence (14) et de divergence (16, 16a) , de manière à assurer l'étanchéité du volume (136) en ses extrémités; - une paire de lames d'étanchéité cylindriques (174) dimensionnées de manière à plaquer respectivement contre les butées (177) de la partie incurvée du volet de convergence (14) ou de divergence (16, 16a); et - un ressort (176) permettant de pousser la paire de lames cylindriques (174) vers les parois
latérales (172) de la tuyère.
14. Moteur de turbine à gaz comportant une tuyère définissant un conduit d'écoulement de gaz d'échappement (138), caractérisé en ce qu'il comprend: - un certain nombre de paires de parois amont et aval (102, 104) de tuyère, chaque paroi d'une paire présentant, au niveau de sa première extrémité, une largeur en proportion avec celle de l'autre paroi de la même paire, chaque paroi présentant une surface interne (106, 108) et comportant en outre une chemise (110, 112) espacée de chacune des surfaces internes de manière à former un conduit d'écoulement d'air de refroidissement (138); - une charnière (100) permettant d'assurer une liaison par pivotement entre chaque paire de parois, au niveau de leurs premières extrémités, cette charnière comprenant: - une partie incurvée (118) formée à la première extrémité (120) de la paroi amont ou de la paroi aval constituant chaque paire de parois; - une lame d'étanchéité (122) fixée rigidemment au niveau de la première extrémité de la paroi amont ou de la paroi aval constituant chaque paire de parois, de manière à s'appuyer et à glisser sur la partie incurvée (118) pour assurer une étanchéité à l'air entre ces parois lorsqu'elles pivotent l'une par rapport à l'autre; - un volume (136), défini au moins en partie par la lame d'étanchéité et par la première extrémité de la paroi amont ou de la paroi aval, de manière à permettre la communication entre les premier et second conduits d'écoulement d'air de refroidissement; et - des consoles (140) pour assurer la liaison par pivotement entre les premières extrémités de la paroi amont et de la paroi aval constituant chaque
paire de parois.
15. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la chemise (110, 112) de la paroi amont ou de la paroi aval comporte une extrémité incurvée (154) espacée de la partie incurvée (118) de manière à délimiter une partie du conduit d'écoulement d'air de
refroidissement (138).
16. Moteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que la chemise de la paroi aval ou de la paroi amont comporte une extrémité (154) se terminant à proximité de l'extrémité incurvée (158) de la chemise (110) de la paroi amont ou de la paroi aval et étant espacée de cette extrémité de manière à délimiter un
conduit d'écoulement d'air.
17. Moteur selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (122) pour rendre étanche le conduit d'écoulement d'air situé entre l'extrémité aval de la chemise de la paroi aval ou de la paroi amont et la partie incurvée amont de la
chemise de la paroi amont ou de la paroi aval.
18. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de console comportent au moins deux consoles (140), chacune étant constituée d'une base (142) rigidement liée à la première extrémité de la paroi aval ou de la paroi amont et éloignée de cette première extrémité, ainsi que d'un bras (144) qui prolonge la base et qui présente une extrémité (146), la paroi amont ou la paroi aval étant reliée par
pivotement à l'extrémité de chaque bras.
19. Moteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent au moins une lame d'étanchéité (122) comportant un pied (124) rigidement lié à la paroi aval ou à la paroi amont et s'étendant entre les bras des consoles, et une partie inclinée (126) faisant saillie par rapport à l'extrémité du pied, cette partie inclinée s'adaptant et glissant sur la partie incurvée (118) lorsque les parois amont et aval pivotent l'une par rapport à l'autre.
20. Moteur selon la revendication 19, caractérisé en ce que la partie incurvée (118) de la paroi amont ou de la paroi aval comporte au moins deux entailles (166) espacées l'une de l'autre de manière à correspondre aux bras de chacune des deux consoles, ces bras pouvant se déplacer à l'intérieur et à l'extérieur des entailles lorsque les parois amont et aval pivotent l'une par
rapport à l'autre à l'aide des consoles.
21. Moteur selon la revendication 20, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (122) comportent des attaches (168) fixées à une extrémité (128) de la partie en saillie d'au moins une lame d'étanchéité de manière à relier les entailles de la partie incurvée et le volume (136) lorsque les première et seconde parois pivotent par rapport aux consoles pour former
progressivement des angles plus grands.
22. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le volume et les chemises s'étendent sur la totalité de la largeur des premières extrémités des parois amont et aval de manière à former un conduit d'écoulement d'air continu entre les premier et second passages d'air de refroidissement sur la totalité de la largeur citée ci-avant, et en ce que ce moteur comprend en outre des moyens pour assurer l'étanchéité du volume
en ses extrémités.
23. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend une source d'air de refroidissement et des moyens pour diriger l'air de refroidissement à l'intérieur du conduit d'écoulement
de la paroi amont.
24. Charnière caractérisée en ce qu'elle relie selon un axe une première et une seconde parois (102, 104) d'une tuyère d'échappement de moteur à turbine à gaz, et en ce qu'elle permet un mouvement de pivotement entre ces deux parois, ces première et seconde parois présentant chacune une surface interne (106, 108) et une chemise (110, 112) liée à la surface interne et étant espacée de celle-ci de manière à délimiter des premier (114) et second (116) paasages d'air de refroidissement, et caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: - une partie incurvée (118) formée à une première extrémité (120) de la première ou de la seconde paroi; - des moyens d'étanchéité (122) permettant d'assurer l'étanchéité à l'air entre la partie incurvée (118) de l'une des parois et la première extrémité de l'autre paroi lorsque les première et seconde parois pivotent l'une par rapport à l'autre; - un volume (136), défini au moins en partie par les moyens d'étanchéité et la première extrémité (121) de l'autre paroi, et permettant d'assurer la communication entre les premier et second passages (114, 116) d'air de refroidissement; et - des moyens de console (140) assurant la liaison par pivotement entre les première et seconde parois au niveau de leurs premières extrémités
respectives (120, 121).
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|---|---|
| GB9010081D0 (en) | 1990-06-27 |
| GB2235728A (en) | 1991-03-13 |
| JPH0711259B2 (ja) | 1995-02-08 |
| CA2021086A1 (fr) | 1991-03-08 |
| DE4014574A1 (de) | 1991-03-21 |
| JPH03100359A (ja) | 1991-04-25 |
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