FR2708086A1 - Structure tubulaire sectorisée travaillant à l'implosion. - Google Patents

Structure tubulaire sectorisée travaillant à l'implosion. Download PDF

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Abstract

Structure tubulaire sectorisée permettant de résister à des pressions d'implosion, même au niveau des liaisons entre des secteurs annulaires (7A, 7B). Elle est constituée de ses secteurs annulaires fixés entre eux au moyen d'éléments de liaison plats comprenant chacun à ses extrémités au moins un redent (15A, 15B) dont l'extrémité (16A, 16B) permet aux secteurs annulaires (7A, 7B) de prendre appui. Ainsi, chaque élément de liaison assure la transmission des efforts d'un élément annulaire à un autre. L'ensemble est maintenu grâce à des vis de fixation (8) n'étant jamais en contact avec les deux secteurs annulaires à maintenir assemblés. Application à la fabrication des chemises de protection thermique pour les canaux de postcombustion de certains turboréacteurs.

Description

STRUCTURE TUBULAIRE SECTORISEE TRAVAILLANT A
L'IMPLOSION
Domaine de l'invention La présente invention concerne la conception de structures tubulaires sectorisées travaillant à l'implosion, par exemple comme les chemises de protection thermique utilisées dans les canaux de postcombustion ou de transition dans les turboréacteurs, utilisés surtout dans le domaine militaire. Art antérieur et problème posé La majorité des turboréacteurs supersoniques, par exemples utilisés dans le domaine militaire, sont équipés d'un dispositif de postcombustion. Celui-ci se présente sous la forme d'un canal situé entre la turbine et la tuyère, dans lequel des rampes d'injection apportent un supplément de carburant permettant de parfaire la combustion des hydrocarbures non brûlés dans la chambre de combustion, et d'élever ainsi la température des gaz d'éjection. L'apport de carburants est très important et l'on atteint des températures élevées de l'ordre de 2100 K (température moyenne d'éjection). Localement, ces températures
peuvent atteindre 2300 K.
Pour les turboréacteurs équipés de tuyères
axisymétriques, le canal est de forme cylindrique.
Comme le montre la figure 1, ce canal 6 est raccordé à son amont à la bride aval du carter d'échappement 4, placé lui-même en aval de la chambre de combustion 3, et à son aval, directement à la virole amont 5 de la
tuyère 2.
Compte tenu des températures régnant dans ce type de canal, il est indispensable de prévoir une chemise de protection thermique. Cette chemise est maintenue espacée de la paroi interne du canal et coaxialement à celle-ci par des attaches coulissantes. Un débit d'air de refroidissement, qui peut être de l'air secondaire dans le cas d'un turboréacteur double flux, circule entre la partie interne du canal 6 et la
paroi externe de la chemise 1.
Le brevet français FR-A-2 646 880 décrit une chemise de protection thermique formée d'un ensemble de tuiles se chevauchant latéralement et longitudinalement. Les rangées de tuiles successives sont décalées d'une demi-largeur de tuiles. La fixation des tuiles amont est réalisée par des pontets aval traversant des fenêtres en amont des tuiles aval, et par des étriers. Les tuiles peuvent être en matériaux métalliques, céramiques ou composites. Or, il règne une très forte pression à l'extérieur de la chemise par rapport à la pression régnant à l'intérieur. La chemise est donc soumis à des contraintes non seulement thermiques mais mécaniques. Ainsi, elle subit une sorte
de compression tendant vers un phénomène d'implosion.
Les secteurs de la chemise doivent supporter ces contraintes tangentielles importantes. Dans le cas de secteurs ou de tuiles en matériau composite, il est difficile de faire supporter par les extrémités des tuiles les efforts tangentiels dus à la différence de pression régnant de part et d'autre de la chemise. En conséquence, les efforts sont repris par les éléments
de liaison.
Le but de l'invention est de fournir une structure tubulaire sectorisée en matériau composite et travaillant en implosion, tout en pouvant résister aux contraintes tangentielles au niveau des liaisons entre les différents secteurs de la structure et les éléments
de liaison.
Résumé de l'invention L'objet principal de l'invention est une structure tubulaire sectorisée travaillant à l'implosion et comprenant: - des secteurs annulaires en matériau composites formant au moins une partie tubulaire et se chevauchant; et - des éléments de liaison pour fixer les secteurs
annulaires d'un même étage les uns aux autres.
Selon l'invention, les éléments de liaison sont des plaques métalliques comportant une partie centrale et au moins deux rebords perpendiculaires à la partie centrale et parallèles entre eux sur chacun
desquels s'appuie un secteur annulaire.
Dans la réalisation principale de ces éléments de liaison, au moins un trou central est prévu dans la partie centrale de ces éléments et des trous de fixation sont également prévus aux extrémités des
éléments annulaires.
La structure se complète avantageusement de moyens de fixation par serrage à placer dans les trous des secteurs annulaires et des éléments de liaison, les diamètres des moyens de fixation étant inférieurs aux diamètres des trous des secteurs annulaires et des éléments de liaison pour qu'il n'y ait pas de contact
entre eux.
Une réalisation principale de ces éléments de liaison prévoit que les rebords sont des redents de la tôle constituant la partie centrale, de manière à offrir en butée sa surface convexe à un secteur annulaire qui recouvre ainsi presque entièrement
l'rélément de liaison sur une de ses faces.
Ces redents sont placés de préférence à
chaque extrémité de l'élément de liaison.
Dans une de ses réalisations, l'invention prévoit que la partie centrale est cintrée d'un décalage déterminé, de sorte que ces deux extrémités ne se trouvent pas dans un même plan, mais soient parallèles et que les deux secteurs annulaires se recouvrant soient écartés du décalage augmenté de
l'épaisseur de la tôle.
La structure peut se compléter éventuellement d'un joint linéaire placé entre deux secteurs se chevauchant. Elle peut également se compléter d'au moins une entretoise placée également entre deux secteurs
annulaires se chevauchant.
Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la
lecture de la description qui suit et qui est annexée
de plusieurs figures représentant respectivement: - Figure 1, en coupe, un turboréacteur sur lequel on utilise une structure selon l'invention; Figure 2, en coupe, une première réalisation détaillée d'une jonction de la structure selon l'invention; - Figures 3, 4 et 5, en vue cavalière, trois réalisations différentes d'éléments de liaison utilisés dans la structure selon l'invention; - Figure 6, en coupe, une deuxième réalisation des jonctions utilisées dans la structure selon l'invention; Figures 7, en vue cavalière, l'élément de liaison utilisé dans la réalisation de la figure 6; et - Figure 8, en vue cavalière, un autre élément de liaison pouvant être utilisé dans la réalisation de la figure 6.
Description détaillée de plusieurs modes de réalisation
de l'invention En référence à la figure 2, on distingue deux secteurs annulaires adjacents repérés respectivement 7A et 7B. Ils se recouvrent sur une longueur de plusieurs centimètres par leurs extrémités respectives 13A et 13B. Ils sont fixés par des moyens de fixation par vissage. On a représenté ainsi une vis 8 traversant un trou 9A se trouvant à l'extrémité droit 13A du premier secteur annulaire 7A et un trou 9B se trouvant à l'extrémité 13B du deuxième secteur 7B. Un écrou de vissage 10 est vissé sur le filetage 11 de la vis 8 pour serrer une rondelle 12 qui a tendance à rapprocher les deux extrémités 13A et 13B des secteurs annulaires
7A et 7B.
En référence également à la figure 3, l'élément de liaison est constitué principalement d'une partie centrale repérée 14 et non hachurée, car ne se trouvant dans le plan de coupe de cette figure. Par contre, cet élément de liaison comprend à chaque extrémité de sa partie centrale 14 un redent 15A et 15B faisant saillie par rapport au plan de la partie centrale 14. Chaque redent 15A et 15B comprend en particulier une partie d'extrémité 16A et 16B perpendiculaire au plan de la partie centrale 14 et également perpendiculaire aux secteurs annulaires 7A et 7B. De cette manière, chacun de ces deux secteurs annulaires 7A et 7B peut venir prendre appui par son extrémité respective 13A et 13B contre une face convexe 17A et 17B de l'extrémité 16A et 16B de ces redents
A et 15B.
Les extrémités 13A et 13B des deux secteurs annulaires 7A et 7B sont appliqués chacun sur une face de la partie centrale 14 et sont donc séparés d'une distance correspondant à l'épaisseur de cette partie centrale 14. Ceci permet aux extrémités 13A et 13B de venir chacune en appui complet contre une partie rectiligne de la surface convexe 17A et 17B des redents
A et 15B.
On note que les trous 9A et 9B pratiqués dans les extrémités 13A et 13B des secteurs annulaires 7A et 7B sont impérativement plus larges que le diamètre extérieur de la vis 8. En effet, les rebords que constituent les redents 15A et 15B de élément de fixation servent à recevoir les efforts tangentiels respectivement transmis par les secteurs annulaires 7A et 7B. En conséquence la vis de fixation 8 ne doit jamais être contact avec ces secteurs annulaires 7A et 7B, d'o la différence de diamètre existant entre elles
et les trous 9A et 9B.
De plus, il faut que chaque extrémité 16A ou 16B des redents 15A ou 15B soient d'une longueur supérieure ou égale à l'épaisseur des secteurs annulaires 7A ou 7B. En référence en particulier à la figure 3, on voit que chaque redent 15 et 15B peut avoir une longueur assez importante qui peut avoisiner
la largeur d'un élément de liaison.
Dans le cas de la figure 3, la réalisation des redents 15A et 15B se fait en pratiquant une ouverture 18 au milieu de l'élément de liaison et en repoussant les morceaux de tôle constituant les extrémités de cette ouverture 18, de chaque côté. En utilisant un matériau métallique, on constitue ainsi des éléments de liaison pouvant recevoir sur chaque redent 15A et 15B les efforts de chacun des secteurs annulaires qui imposent à chaque élément de liaison une contrainte de traction supportée aisément par les branches latérales 19 de chaque élément de liaison. La figure 4 décrit une deuxième réalisation o les redents sont constitués non pas par les bords d'un trou central d'un élément de liaison, mais par ses bords latéraux. Ainsi, à chaque extrémité se trouve non pas un mais deux redents 25A placés latéralement. Dans ce cas, on prévoit un trou central 26 dans la partie centrale 24 de l'élément de liaison. Bien entendu, le diamètre du trou 26 est supérieur au diamètre de la vis
de fixation 8.
En référence à la figure 5, une troisième réalisation prévoit un élément de liaison plus large que les précédents. Il est constitué d'une large tôle percée de deux ouvertures rectangulaires 38 pratiquées perpendiculairement par rapport au grand côté de cette tôle 30. Chaque extrémité de ces ouvertures 38 constitue un redent 35B ou 35A capable de
recevoir des secteurs annulaires relativement larges.
En référence aux figures 6 et 7, on peut envisager des éléments de liaison constitués d'une partie centrale 44 cintrée de manière à ce que les extrémités 41A et 41B de l'élément de liaison ne se trouvent pas dans le même plan, mais soient parallèles entre elles. Dans ce cas, cette partie centrale 44 comporte une déformation 46, de préférence non centrale, de manière à permettre de ménager un ou plusieurs trous centraux 49 dans une partie plane de cette partie centrale 44. Ceci permet de prévoir des redents 45A et 45B avec un rayon de courbure relativement important donc d'une solidité accrue, compte tenu du fait qu'un faible rayon de courbure
pourrait constituer une amorce de rupture.
Un joint linéaire 42 peut alors être prévu entre les deux secteurs annulaires 47A et 47B. De même une ou plusieurs entretoise 43 peuvent être prévues entre eux. Elles permettent de régler l'écrasement du joint linéaire 42. On peut ainsi assurer un degré très
élevé d'étanchéité.
En référence à la figure 8, un élément de liaison peut avoir des redents 55A et 55B constitués par les extrémités de la tôle le constituant. Dans ce cas, elle possède avantageusement une partie cintrée 56 pour régler l'écartement entre les secteurs à relier
entre eux.
Avantages de l'invention Les secteurs annulaires en matériau composite ne subissent pas d'efforts de cisaillement ou d'extension. La géométrie et la résistance mécanique de la structure ainsi assemblée dépend de la qualité du détourage des secteurs annulaires, et ne dépend pas de la qualité des perçages nécessaires à la fixation. Dès lors, on peut élargir sans restriction les tolérances de fabrication de ces perçages et même s'affranchir des contre-perçages. Il y a donc un gain au niveau du coût
et du temps d'usinage de ces secteurs annulaires.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Structure tubulaire sectorisée travaillant à l'implosion, comprenant: des secteurs annulaires (7A, 7B, 47A, 47B) en matériau composite, se chevauchant les uns par rapport aux autres et formant au moins une partie tubulaire, - des éléments de liaison pour fixer les secteurs annulaires (7A, 7B, 47A, 47B) les uns aux autres, caractérisée en ce que les éléments de liaison sont des plaques métalliques comportant au moins une partie centrale (14, 44) et au moins deux rebords perpendiculaires à la partie centrale (14, 44) et parallèles entre eux, sur chacun desquels s'appuie un
secteur annulaire.
2. Structure tubulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de liaison comportent au moins un trou central (26) ou une ouverture (18, 38) dans la partie centrale (14) et en ce que des trous de fixation (9A et 9B) sont prévus dans les extrémités (13A et 13B) des secteurs annulaires (7A, 7B, 47A, 47B), les diamètres des moyens de fixation étant inférieurs aux diamètres des trous des secteurs annulaires et des éléments de liaison pour
--25 qu'il n'y ait pas de contact entre eux.
3. Structure tubulaire selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de fixation par serrage (8, 10) à placer dans les trous (9A, 9B) et les ouvertures (18, 38)' des secteurs annulaires (7A, 7B, 47A, 47B) et des éléments de liaison.
4. Structure tubulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rebords sont des redents (15A, 15B, 25A, 25B, 35A, 35B, 45A, 45B, 55A, 55B) de la tôle constituant la partie centrale (14), de manière à offrir en butée une surface convexe (17a, 17B) à un secteur annulaire (7A, 7B), chaque secteur annulaire recouvrant ainsi presque entièrement l'élément de
liaison sur une de ses faces.
5. Structure tubulaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque élément de liaison comporte au moins deux redents (25A, 25B, 35A, 35B,
A, 45B), à chaque extrémité.
6. Structure tubulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie centrale (44) d'un élément de liaison est cintrée d'un décalage déterminé, de sorte que ses deux extrémités (41A, 41B) ne sont pas dans le même plan mais sont parallèles elles, de sorte que les deux secteurs annulaires se chevauchant (47A, 47B), se recouvrant sont écartés dudit décalage augmenté de l'épaisseur de la tôle constituant
l'élément de liaison.
7. Structure tubulaire selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un joint linéaire
(42) placé entre deux secteurs annulaires (47A, 47B).
8. Structure tubulaire selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une entretoise (43) placée entre deux secteurs annulaires
(47A, 47B).
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