FR2716933A1 - Thermal protection jacket element for a turbomachine and its manufacturing processes. - Google Patents
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Abstract
L'élément de protection thermique a un meilleur comportement mécanique vis-à-vis des différentes contraintes. Un élément de cette protection est constitué d'une tôle (9) équipée de bossages (10) transversaux comportant des courbes des sommets (11) alternées, de façon à constituer des bossages, non seulement longitudinaux, mais également transversaux. Le procédé de fabrication consiste à utiliser une mollette indéformable (14S) et lui indiquer un mouvement alternatif de translation selon son axe de rotation (12). Une mollette de réaction (14I) peut être utilisée sur l'autre surface de la tôle (9). Application à la fabrication des chemises de protection thermique dans les turboréacteurs au niveau de la tuyère d'éjection des gaz brûlés.The thermal protection element has a better mechanical behavior vis-à-vis the various stresses. An element of this protection consists of a sheet (9) equipped with transverse bosses (10) comprising alternating curves of the vertices (11), so as to constitute bosses, not only longitudinal, but also transverse. The manufacturing process consists in using a non-deformable wheel (14S) and indicating to it an alternating translational movement along its axis of rotation (12). A reaction wheel (14I) can be used on the other surface of the sheet (9). Application to the manufacture of thermal protection jackets in turbojets at the level of the exhaust gas ejection nozzle.
Description
ELEMENT DE CHEMISE DE PROTECTION THERMIQUETHERMAL PROTECTION SHIRT ELEMENT
POUR TURBOMACHINE ET SES PROCEDES DE FABRICATION FOR TURBOMACHINE AND METHODS OF MAKING
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Domaine de l'invention L'invention concerne des éléments destinés à constituer une chemise de protection thermique dans le canal de réchauffe d'une turbomachine aéronautique FIELD OF THE INVENTION The invention relates to elements intended to constitute a thermal protection jacket in the heating channel of an aerospace turbomachine.
telle qu'un turboréacteur.such as a turbojet.
Elle concerne, entre autres, la fabrication It concerns, inter alia, the manufacture
de tels éléments.such elements.
Art antérieur et problème posé Les turboréacteurs, en particulier ceux utilisés sur des avions militaires, sont équipés de systèmes de réchauffe. Ces derniers exigent en particulier l'existence de dispositifs de distribution de carburant, d'une tuyère d'éjection des gaz brûlés et PRIOR ART AND PROBLEM INVOLVED Turbojets, in particular those used on military aircraft, are equipped with heating systems. These require, in particular, the existence of fuel dispensing devices, a flue gas ejection nozzle and
d'un canal de réchauffe.a warming channel.
En référence à la figure 1, la tuyère d'éjection des gaz brûlés 1 placée après la sortie de la chambre de combustion 2 doit être, en outre, équipée d'une chemise de protection thermique 3, car les gaz brûlés sont maintenus à une température très élevée qui aurait tendance à endommager la paroi externe 4 de la tuyère d'éjection 1. De plus, une circulation d'air est prévue dans un canal de réchauffe 5 compris entre la protection thermique 3 et la paroi externe 4 de la With reference to FIG. 1, the flue gas discharge nozzle 1 placed after the exit of the combustion chamber 2 must, in addition, be equipped with a thermal protection liner 3, since the flue gases are maintained at a minimum temperature. very high temperature that would tend to damage the outer wall 4 of the ejection nozzle 1. In addition, an air flow is provided in a heating channel 5 between the thermal protection 3 and the outer wall 4 of the
tuyère 1.nozzle 1.
Sur le plan mécanique, cette chemise de protection thermique est considérée comme subissant un From the mechanical point of view, this thermal protection jacket is considered to be undergoing a
grand nombre de contraintes mécaniques et thermiques. large number of mechanical and thermal stresses.
On utilise, à cet effet, des matériaux composites pour fabriquer les différents panneaux qui, une fois assemblés, constituent la chemise de protection thermique 3. Ces différents panneaux 6 sont assemblés en étages cylindriques, qui sont ensuite eux-mêmes For this purpose, composite materials are used to manufacture the various panels which, once assembled, constitute the thermal protection jacket 3. These various panels 6 are assembled in cylindrical stages, which are then themselves
assemblés entre eux de façon décalée. assembled together in a staggered manner.
En référence à la figure 2, actuellement, les chemises de protection thermique ont une structure ondulée le long de leur axe longitudinal 7. En d'autres termes, les éléments de chemise de protection thermique sont donc constitués chacun d'une section cylindrique présentant des bourrelets 8 placés les uns à côté des autres, dans la direction de l'axe longitudinal 7 de la chemise de protection thermique. Ces ondulations permettent à la chemise de protection thermique de mieux résister aux contraintes mécaniques et ainsi With reference to FIG. 2, the thermal protection shirts presently have a corrugated structure along their longitudinal axis 7. In other words, the thermal protection jacket elements therefore each consist of a cylindrical section presenting 8 beads placed next to each other, in the direction of the longitudinal axis 7 of the thermal protection jacket. These corrugations allow the thermal protection jacket to better withstand mechanical stresses and thus
d'éviter à la chemise d'imploser.to prevent the shirt from imploding.
Or, dans le plan longitudinal, si l'on applique un effort important à l'extrémité aval de la chemise et si l'on considère l'extrémité amont comme encastrée, la flèche obtenue dans le plan d'application de cet effort est à peu près identique à celle présentée pour une chemise de protection thermique However, in the longitudinal plane, if a large force is applied to the downstream end of the jacket and if we consider the upstream end as embedded, the arrow obtained in the application plan of this effort is to almost identical to that presented for a thermal protection jacket
cylindrique sans ondulation.cylindrical without ripple.
Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en présentant un autre type de chemise de The object of the invention is to overcome this disadvantage by presenting another type of shirt of
protection thermique.thermal protection.
Résumé de l'invention Un premier objet principal de l'invention est donc un élément de chemise de protection thermique pour turbomachine aéronautique, constitué d'une tôle métallique cintrée de manière circulaire par rapport à un axe longitudinal, cette tôle étant ondulée le long dudit axe longitudinal de manière à former des bossages successifs s'étendant chacun sur toute la largeur de la tôle, perpendiculairement à l'axe longitudinal de la tôle. Selon l'invention, ces bossages sont sinueux, c'est-à-dire qu'ils sont partiellement et SUMMARY OF THE INVENTION A first main object of the invention is therefore a thermal protection jacket element for an aeronautical turbomachine, consisting of a metal sheet curved in a circular manner with respect to a longitudinal axis, this sheet being corrugated along said longitudinal axis. longitudinal axis so as to form successive bosses each extending over the entire width of the sheet, perpendicular to the longitudinal axis of the sheet. According to the invention, these bosses are sinuous, that is to say that they are partially and
alternativement décalés longitudinalement. alternately offset longitudinally.
Un autre objet principal de l'invention est un procédé de fabrication d'un tel élément tel qu'il vient d'être décrit. Il consiste à effectuer par roulage les opérations suivantes: - appliquer sur une surface d'une tôle une mollette indéformable dont le profil de la surface correspond à celui à obtenir, cette mollette étant montée tournante autour d'un axe de rotation perpendiculaire à l'axe longitudinal de la chemise; - entraîner en rotation la mollette; - créer une translation transversale parallèlement à l'axe de rotation de la mollette, Another main object of the invention is a method of manufacturing such an element as just described. It consists in rolling the following operations: - Apply on a surface of a sheet a non-deformable wheel whose profile of the surface corresponds to that to obtain, this wheel being rotatably mounted about an axis of rotation perpendicular to the longitudinal axis of the shirt; - Rotate the wheel; - create a transverse translation parallel to the axis of rotation of the wheel,
relativement entre la mollette et la tôle. relatively between the wheel and the plate.
Dans une première version du procédé, on utilise une deuxième mollette identique à la première, dont l'axe de rotation est parallèle à celui de la première, et dont la forme extérieure est identique à celle de la première, mais décalée transversalement d'un demi pas du profil, les deux mollettes étant écartées l'une de l'autre de manière à ce que l'espace subsistant entre les surfaces de ces deux mollettes soit égal à l'épaisseur de la tôle, et déplacées In a first version of the method, using a second wheel identical to the first, whose axis of rotation is parallel to that of the first, and whose outer shape is identical to that of the first, but shifted transversely of a half step of the profile, the two knobs being spaced apart from each other so that the space remaining between the surfaces of these two knobs is equal to the thickness of the sheet, and displaced
alternativement ensemble et transversalement. alternately together and transversely.
Dans une mise en oeuvre préférentielle du procédé selon l'invention, la forme de la surface des In a preferred implementation of the process according to the invention, the shape of the surface of the
mollettes comporte plusieurs pas d'ondulation. mollettes has several ripple steps.
Dans une deuxième version du procédé, on utilise une deuxième mollette déformable appliquée sur la deuxième surface de la tôle et dont l'axe de rotation est parallèle à celui de la première mollette, ces deux mollettes étant déplacées transversalement In a second version of the method, using a second deformable wheel applied on the second surface of the sheet and whose axis of rotation is parallel to that of the first wheel, these two wheels being moved transversely
ensemble.together.
Dans une troisième mise en oeuvre du procédé, on applique simultanément sur la deuxième surface de la tôle une plaque plane déformable solidaire du bâti de la machine-outil utilisée et dont les dimensions sont au moins égales à celles de la tôle. Dans les deux premières versions du procédé, la tôle peut être solidaire de la table de la machine-outil employée pour être entraînée In a third implementation of the method, is applied simultaneously on the second surface of the sheet a deformable flat plate integral with the frame of the machine tool used and whose dimensions are at least equal to those of the sheet. In the first two versions of the method, the sheet may be secured to the table of the machine tool used to be driven
parallèlement par rapport aux deux mollettes. parallel to the two wheels.
Dans une autre version, la tôle peut être fixe et les mollettes mobiles en translation In another version, the sheet may be fixed and the mobile knobs in translation
parallèlement à leur axe de rotation. parallel to their axis of rotation.
Dans le procédé de fabrication selon l'invention, on peut, soit cintrer chaque élément de tôle selon l'axe longitudinal de la chemise après la création des bossages, soit cintrer ces éléments de tôle selon ce même axe longitudinal pendant la création In the manufacturing method according to the invention, it is possible either to bend each sheet metal member along the longitudinal axis of the sleeve after the bosses have been created, or to bend these sheet elements along the same longitudinal axis during the creation.
des bossages par roulage.bosses by rolling.
Liste des figures - figure 1, en coupe, un turboréacteur sur lequel l'invention est utilisée; - figure 2, en vue cavalière, un élément de chemise de protection thermique selon l'art antérieur; - figure 3, en vue cavalière, un élément de chemise de protection thermique selon l'invention; - figure 4, un élément de chemise de protection thermique selon l'invention avant son cintrage, accompagné des mollettes de roulage utilisées dans le premier procédé de fabrication; - figure 5, les mollettes de roulage utilisées dans un deuxième procédé de fabrication; et - figure 6, les outils de fabrication List of Figures - Figure 1, in section, a turbojet on which the invention is used; - Figure 2, in a cavalier view, a thermal protection jacket element according to the prior art; - Figure 3, in a cavalier view, a thermal protection jacket element according to the invention; - Figure 4, a thermal protection jacket element according to the invention before its bending, accompanied rollers used in the first manufacturing method; - Figure 5, rolling wheels used in a second manufacturing process; and - Figure 6, the manufacturing tools
utilisés dans un troisième procédé de fabrication. used in a third manufacturing process.
Description détaillée de l'invention Detailed description of the invention
En référence à la figure 3, un élément de chemise de protection thermique selon l'invention comporte des bossages qui constituent une succession de bosses adjacentes successives le long de l'axe With reference to FIG. 3, a thermal protection jacket element according to the invention comprises bosses which constitute a succession of successive adjacent bumps along the axis.
longitudinal 7 de l'élément.longitudinal 7 of the element.
En outre, ces bossages 10 ont une forme sinueuse, c'est-à-dire que, le long de l'axe longitudinal 7, l'élément 6 a une variation alternée et régulière de cote formant des bossages adjacents. En d'autres termes, vu transversalement, une ligne des sommets 11 des bossages fait des virages alternés, successifs. Les sommets 11 des bossages 10 sont donc reproduits une fois que tous les éléments 6 sont assemblés sur toute la circonférence de la chemise de protection thermique. Cela revient à faire sur toute la circonférence contenue dans un plan yox (transversal à l'élément 6) une variation de hauteur et ceci dans tous In addition, these bosses 10 have a sinuous shape, that is to say that, along the longitudinal axis 7, the element 6 has an alternating and regular variation of side forming adjacent bosses. In other words, viewed transversely, a line of the peaks 11 of the bosses makes alternating turns, successive. The vertices 11 bosses 10 are reproduced once all the elements 6 are assembled over the entire circumference of the thermal protection jacket. This amounts to making a variation of height on all the circumference contained in a plane yox (transversal to the element 6) and this in all
les plans successifs.successive plans.
On comprend ainsi que la tenue mécanique, non seulement en flexion, mais également en torsion d'un élément et de l'ensemble de la chemise de It is thus understood that the mechanical strength, not only in flexion, but also in torsion of an element and the whole of the shirt of
protection thermique, soit améliorée. thermal protection, be improved.
On note que la forme de chacun des bossages peut être sinusoïdale ou non, le principe étant qu'il ait une variation de la cote du bossage le long Note that the shape of each of the bosses may be sinusoidal or not, the principle being that it has a variation of the dimension of the boss along
de l'axe longitudinal 7 de chacun des éléments. of the longitudinal axis 7 of each of the elements.
La figure 4 reprend un tel élément o chaque bossage 10 est représenté avec son parcours FIG. 4 shows such an element where each boss 10 is represented with its path
sinueux et, notamment, des sommets 11. winding and, in particular, peaks 11.
En bas de cette figure 4 et à droite, sont représentées deux mollettes de roulage 14S et 14I indéformables. Ces outils sont utilisés dans le premier At the bottom of this figure 4 and to the right, are represented two rolling rolls 14S and 14I undeformable. These tools are used in the first
procédé de fabrication selon l'invention. manufacturing method according to the invention.
On distingue d'ailleurs sur cette figure un montant fixe 15 représentant la machine-outil supportant ces deux outils que sont ces deux mollettes 14S et 14I. Leurs axes respectifs de rotation 12 et 13 sont parallèles et horizontaux. Leurs surfaces respectives 16 ont une forme correspondant au profil à donner à la tôle 9 devant constituer un élément. La mollette supérieure 14S est mise en appui sur la surface supérieure 9S, tandis que la mollette inférieure 14I est mise en appui sur la surface There is also in this figure a fixed amount 15 representing the machine tool supporting these two tools that are these two wheels 14S and 14I. Their respective axes of rotation 12 and 13 are parallel and horizontal. Their respective surfaces 16 have a shape corresponding to the profile to be given to the sheet 9 to form an element. The upper wheel 14S is placed on the upper surface 9S, while the lower wheel 14I bears on the surface
inférieure 9I de la tôle 9.lower 9I of the sheet 9.
Sur cette figure, chaque mollette 14S ou 14I présente sur sa surface 16 un creux 17 destiné à In this figure, each wheel 14S or 14I has on its surface 16 a recess 17 for
former chacun des bossages 10.form each of the bosses 10.
Les mollettes 14S et 14I sont décalées le long de leurs axes respectifs 12 et 13 de manière à ce qu'à chaque creux 17 corresponde une bosse 29 de la mollette correspondante. En d'autres termes, la forme de chaque surface 16 d'une mollette est en correspondance avec la forme de la surface 16 de The knobs 14S and 14I are offset along their respective axes 12 and 13 so that each recess 17 corresponds to a boss 29 of the corresponding knob. In other words, the shape of each surface 16 of a wheel is in correspondence with the shape of the surface 16 of
l'autre mollette.the other wheel.
Un espace est prévu entre les deux surfaces 16 de chacune des mollettes 14S et 14I. Cet espace a de préférence un intervalle égal à l'épaisseur initiale de la tôle 9 devant constituer l'élément de chemise de A space is provided between the two surfaces 16 of each of the 14S and 14I knobs. This space preferably has an interval equal to the initial thickness of the sheet 9 to form the sleeve member of
protection thermique.thermal protection.
On comprend aisément que si une des mollettes 14S est entraînée en rotation autour de l'axe de rotation 12, comme l'indique la flèche 18, la tôle 9 aura tendance à se déplacer selon l'axe Oy du repère orthonormé entre les deux mollettes 14S et 14I dès l'instant qu'elle est introduite entre ces deux mollettes. Une seule de ces mollettes, par exemple 14S, peut être entraînée en rotation pour que l'ensemble It is easy to understand that if one of the knobs 14S is rotated about the axis of rotation 12, as indicated by the arrow 18, the sheet 9 will tend to move along the axis Oy of the orthonormal mark between the two knobs 14S and 14I from the moment it is introduced between these two wheels. Only one of these wheels, for example 14S, can be rotated so that the assembly
puisse fonctionner.can work.
On voit que, si on fait subir à l'ensemble composé du panneau fixe 15 et des mollettes 14 une translation alternée selon l'axe Ox du repère orthonormé représenté sur la figure 4, il est possible d'appliquer, lors de la translation relative de la tôle 9 par rapport à cet ensemble, selon l'axe Oy, un parcours sinueux des bossages 10. En d'autres termes, on peut créer, selon l'axe Ox du repère orthonormé, des variations de cotes de chacun des bossages 10, créant ainsi des courbes des sommets 11 à gauche, comme à droite. On remarque que, sur la figure 4, une des mollettes a été représentée avec un creux 17 et deux bosses 19. Ceci représente un pas et demi du profil. On peut envisager d'utiliser des mollettes comportant plusieurs pas de profil pour augmenter la cadence de It can be seen that, if the set made up of the fixed panel 15 and the knobs 14 is subjected to an alternating translation along the axis Ox of the orthonormal frame represented in FIG. 4, it is possible to apply, during the relative translation of the sheet 9 relative to this assembly, along the axis Oy, a sinuous path of the bosses 10. In other words, it is possible to create, along the axis Ox of the orthonormal coordinate system, dimensional variations of each of the bosses. 10, thus creating curves of the vertices 11 on the left, as on the right. Note that in Figure 4, one of the knobs has been shown with a hollow 17 and two bumps 19. This represents a step and a half of the profile. It is conceivable to use knobs with several profile steps to increase the rate of
production par roulage de ce procédé de fabrication. rolling production of this manufacturing process.
En référence à la figure 5, une même mollette indéformable 14 est conservée et montée tournante autour de son axe de rotation 12. Comme l'indique la flèche 18, elle est entraînée en rotation autour de cet axe de rotation 12. Parallèlement à cette mollette 14 est disposée une autre mollette 20 montée tournante autour d'un même axe de rotation 13 que celui de la deuxième mollette 14I de la figure 4. Par contre, cette deuxième mollette 20 est constituée d'un matériau souple, déformable, tel qu'une mousse. Dans ce cas, la deuxième mollette déformable 20 n'est déformée ou ondulée que lors du passage de la tôle 9, cette déformation s'effectuant sous l'action de la première Referring to Figure 5, the same non-deformable wheel 14 is retained and rotatably mounted about its axis of rotation 12. As indicated by the arrow 18, it is rotated about this axis of rotation 12. Parallel to this wheel 14 is disposed another wheel 20 rotatably mounted about the same axis of rotation 13 as that of the second wheel 14I of Figure 4. By cons, this second wheel 20 is made of a flexible material, deformable, such as a foam. In this case, the second deformable wheel 20 is deformed or undulated only during the passage of the sheet 9, this deformation being effected under the action of the first
mollette rigide ou indéformable 14. rigid or indeformable wheel 14.
En référence à la figure 6, une troisième réalisation possible utilise toujours une première mollette supérieure 14 indéformable montée tournante autour de son axe 12. Elle est en appui sur la surface supérieure 9S de la tôle 9. La surface inférieure 9I est en appui sur une plaque plane 20 fixée sur une table 21 de la machine-outil, par exemple un centre With reference to FIG. 6, a third possible embodiment always uses a first non-deformable upper wheel 14 rotatably mounted around its axis 12. It bears on the upper surface 9S of the sheet 9. The lower surface 9I is supported on a flat plate 20 fixed to a table 21 of the machine tool, for example a center
d'usinage à commande numérique.numerically controlled machining.
La plaque est de préférence déformable, comme dans le cas de la figure 6, c'est-à-dire qu'elle peut être en mousse. La plaque plane 20 doit avoir des dimensions au moins égales à celles de la tôle à former 9. De manière générale, dans la plupart de ces cas, la tôle 9 est fixe en translation, c'est-à-dire qu'elle est fixée au bâti de la machine-outil sur laquelle elle est travaillée. La mollette 14 (figure 6) ou les deux mollettes 14S et 14I (figures 4 et 5) sont The plate is preferably deformable, as in the case of Figure 6, that is to say that it can be foam. The flat plate 20 must have dimensions at least equal to those of the sheet to be formed 9. Generally, in most of these cases, the sheet 9 is fixed in translation, that is to say that it is attached to the frame of the machine tool on which it is worked. The knob 14 (FIG. 6) or the two knobs 14S and 14I (FIGS. 4 and 5) are
mobiles en translation le long de leurs axes 12 et 13. movable in translation along their axes 12 and 13.
On assure ainsi le déplacement latéral relatif des mollettes 14, 14I, 14S et 20 par rapport à la tôle 9, ce mouvement transversal alterné provoquant les bossages 10 et les courbes des sommets 11 sur la figure 4. Ainsi, les courbes des sommets 11, le long de l'axe longitudinal du futur élément, sont assurées de manière alternative pendant le roulage, grâce à ce déplacement transversal des mollettes 14, 14I, 14S et 20 par This ensures the relative lateral displacement of the knobs 14, 14I, 14S and 20 relative to the sheet 9, this alternating transverse movement causing the bosses 10 and the curves of the vertices 11 in FIG. 4. Thus, the curves of the vertices 11, along the longitudinal axis of the future element, are provided alternately during the rolling, thanks to this transverse movement of the knobs 14, 14I, 14S and 20 by
rapport à la tôle 9.compared to sheet 9.
Dans le cas de la figure 4, on pourrait également envisager que la tôle 9 puisse être translatée le long de l'axe Ox, alors que les mollettes In the case of Figure 4, one could also consider that the plate 9 can be translated along the axis Ox, while the dials
14S et 14I resteraient fixes dans cette direction. 14S and 14I would remain fixed in this direction.
Dans tous ces cas, la tôle ainsi ondulée est ensuite cintrée pour obtenir la courbure selon In all these cases, the corrugated sheet is then bent to obtain the curvature according to
l'axe 7 de la figure 3.the axis 7 of FIG.
Par contre, une quatrième solution, en outre plus complexe, consiste à former les ondulations lors de l'opération de cintrage de la tôle utilisée pour obtenir le cylindre de la chemise. Dans ce cas aussi, il est possible d'utiliser deux mollettes By cons, a fourth solution, more complex, is to form the corrugations during the bending operation of the sheet used to obtain the cylinder of the jacket. In this case too, it is possible to use two knobs
indéformables ou une déformable avec une indéformable. undeformable or a deformable with an indeformable.
Si le mouvement alternatif de la ou des mollettes est alternatif sinusoïdal, les profils obtenus sont également des parcours sinusoïdaux. Avantages La structure de chemise de protection thermique ainsi obtenue possède une rigidité augmentée sur le plan longitudinal par rapport aux chemises de protection thermique qui ne possèdent pas cette double ondulation. Cette structure permet également de réduire If the reciprocating movement of the wheel (s) is sinusoidal, the profiles obtained are also sinusoidal paths. Advantages The thermal protection jacket structure thus obtained has an increased rigidity in the longitudinal plane compared to the thermal protection jackets that do not have this double undulation. This structure also reduces
les déformations dans la zone aval de la chemise. deformations in the downstream zone of the shirt.
La signature infra-rouge d'une telle The infra-red signature of such
chemise de protection thermique est plus discrète. thermal protection shirt is more discreet.
Enfin, cette structure permet d'empêcher la Finally, this structure prevents the
formation de points chauds.formation of hot spots.
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