BIELLES DE SUSPENSION DU CANAL DE FLUX FROID D'UN TURBORÉACTEUR À ROTULES EXCENTRIQUES
Le domaine de la présente invention est celui des turboréacteurs et des organes assurant la liaison entre leurs différentes pièces. Il porte plus particulièrement sur les organes assurant la tenue mécanique du canal de flux froid des turboréacteurs double flux.
Un moteur de propulsion, tel qu'un turboréacteur, peut être monté en divers endroits de l'avion, par accrochage à un mât ou à un pylône appartenant à la structure de ce dernier. Il peut être ainsi suspendu sous la voilure, fixé au fuselage, généralement à l'arrière, ou monté dans l'empennage par des moyens d'accrochage appropriés. Ces moyens d'accrochage ont pour fonction d'assurer la transmission des efforts mécaniques entre le moteur et la structure de l'avion. Les charges à prendre en considération sont notamment le poids du moteur selon l'axe vertical Z, sa poussée selon l'axe X du moteur, et les charges aérodynamiques latérales selon l'axe Y transversal. Les charges à transmettre comprennent aussi la reprise du couple de rotation autour de l'axe du moteur. Ces moyens doivent en outre absorber, sans les transmettre au mât, les déformations subies par le moteur pendant les différentes phases du vol résultant par exemple des variations dimensionnelles dues aux dilatations ou contractions thermiques. Un mode de suspension, par exemple, dans le cas d'un turbomoteur à soufflante, consiste à accrocher le moteur à un mât appartenant à la structure de l'aile de l'avion par une suspension ou attache avant et une suspension ou attache arrière. La suspension avant est fixée en particulier sur le carter intermédiaire en aval du carter de la soufflante et la suspension arrière au carter d'échappement du flux primaire. Ces deux pièces constituent les éléments structuraux d'une turbomachine, sur lesquels l'ensemble des efforts sont repris. Les turboréacteurs modernes sont des turbomachines double flux à fort taux de dilution, le flux d'air secondaire étant comprimé par un seul étage de compresseur dit soufflante. En sortie de cet étage il est guidé par un conduit directement dans une tuyère pour participer à la poussée du moteur. Il circule ainsi entre le corps principal du moteur délimité par des carters et un canal de flux froid (désigné généralement par l'acronyme anglais OFD pour Outer Fan Duct, ou Canal extérieur de soufflante). Pour des raisons de masse ce canal est de façon courante réalisé en matériau composite. La fixation de ce canal sur le moteur s'effectue par des liaisons à ses deux extrémités longitudinales, une première fixation
s'effectuant à l'amont sur le carter entourant la soufflante et une seconde à l'arrière sur un anneau de support porté par le carter d'échappement. La liaison entre l'anneau de support et ce carter d'échappement s'effectue généralement au moyen de bras qui traversent le flux froid. Dans des réalisations plus récentes, elle peut être également assurée par des bielles profilées, attachées d'une part au canal de flux froid et d'autre part sur le carter d'échappement, ce qui permet une réduction importante de la masse consacrée à cette liaison. Dans ce cas d'attache par bielles la liaison est réalisée par un treillis de bielles, généralement au nombre de six ou de huit, alignées deux à deux, qui se rattachent en trois ou quatre points à l'anneau support, comme cela est montré sur la figure 2. Un tel ensemble est intentionnellement hyperstatique, notamment pour assurer une redondance dans le cas de rupture d'un de ces éléments. La contrepartie d'un tel choix est que le système est difficile à monter et qu'il faut prévoir des dispositifs d'ajustement de la longueur des bielles, faute de quoi le montage devient impossible. Il faut ainsi prévoir un système d'ajustement de la position des rotules en fonction de la longueur des bielles pour tenir compte des tolérances de fabrication de chacune des bielles et des chapes du carter d'échappement et, éventuellement, pour leur donner une précontrainte lors du montage. Dans l'art antérieur, de nombreux dispositifs pour le réglage de la longueur des bielles ont été imaginés comme, par exemple, ceux qui prévoient une partie porte-axe vissée à une de leurs extrémités ; le réglage s'effectue alors par rotation en un ou plusieurs demi-tours de cette partie autour de l'axe principal de la bielle. Pour pouvoir obtenir un réglage fin il faut alors réaliser un filetage à pas très fin, ce qui complique la réalisation de la bielle et constitue un système assez peu robuste en termes de tenue mécanique. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de réglage de la longueur de la bielle qui soit simple à mettre en oeuvre et qui assure un réglage de la longueur parfaitement adapté au besoin.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'assemblage d'un organe de suspension sur le carter d'une turbomachine comprenant, outre ledit organe de suspension, une chape solidaire du carter et comportant au moins deux oreilles alésées coaxialement, et un axe traversant les alésages desdites oreilles auquel est attaché, de façon mobile en rotation radiale, ledit organe de suspension par l'intermédiaire d'un moyen d'attache entourant l'axe, ledit axe étant maintenu en place dans les oreilles de ladite chape par des moyens de liaison aptes à être entraînés en rotation autour de l'axe desdits alésages, caractérisé en ce que ledit moyen d'attache et lesdits moyens de liaison sont conformés
pour que la rotation desdits moyens de liaison autour de l'axe d'alésage des oreilles entraîne un décalage de l'axe de rotation de l'organe de suspension dans une direction perpendiculaire audit axe des alésages. Le décalage créé par la rotation des moyens de liaison permet le rattrapage du jeu laissé au montage de l'organe de suspension et sa mise en précontrainte pour éviter le matage des pièces dû aux vibrations. Dans un mode préféré de réalisation le moyen d'attache est une rotule fixée à l'une des extrémités dudit organe de suspension, et alésée selon un axe décalé par rapport à l'axe de symétrie de sa partie sphérique, l'axe de rotation desdits moyens de liaison étant confondu avec l'axe d'alésage desdites oreilles. Avantageusement la rotule comporte au moins une découpe sur une face radiale faisant face auxdits moyens de liaison, et dans lequel lesdits moyens de liaison comportent une extension longitudinale apte à coopérer avec ladite découpe pour solidariser en rotation autour de l'axe d'alésage desdites oreilles, ladite rotule avec lesdits moyens de liaison.
De façon préférentielle les moyens de liaison comportent une douille et une bague porteuse de ladite extension, s'étendant toutes deux autour de l'axe de support dudit organe de suspension et comportant des moyens de solidarisation réciproque en rotation, ladite douille et ladite bague comportant chacune un épaulement radial conformé pour se positionner de part et d'autre d'une des oreilles de la chape.
De façon préférentielle la bague comporte deux extensions longitudinales situées de part et d'autre de son épaulement radial, une première extension longitudinale étant apte à coopérer avec la découpe de la rotule et une seconde extension longitudinale étant apte à coopérer avec une découpe pratiquée dans ladite douille. Avantageusement ladite douille comporte deux méplats parallèles positionnés sur sa circonférence, permettant sa mise en rotation à l'aide d'un outil autour de l'axe d'alésage desdites oreilles. Préférentiellement l'axe de support est creux et traversé par un ensemble constitué par une vis et un écrou apte à assurer le serrage de l'épaulement radial de ladite douille contre l'oreille correspondante de la chape, de façon à bloquer la rotation de la douille autour de l'axe d'alésage desdites oreilles. De façon plus préférentielle le dispositif comportant en outre une rondelle positionnée entre la douille et l'écrou, ladite rondelle comportant deux méplats parallèles aptes à être positionnés en regard des méplats de ladite douille.
Dans un mode alternatif de réalisation lesdits moyens de liaison sont alésés selon un axe décalé par rapport à l'axe d'alésage desdites oreilles dans une direction perpendiculaire à celui-ci. L'invention porte également sur une turbomachine comportant un dispositif d'assemblage tel que décrit ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique d'un turboréacteur double flux, avec une liaison par bielles entre le canal d'échappement et le canal de flux froid ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un carter d'échappement et de l'anneau de support du canal de flux froid d'un turboréacteur; - la figure 3 est une vue en perspective de l'extrémité d'une bielle de support d'un turboréacteur et de sa chape de fixation, selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe de la bielle et de la chape de la figure 3, et - la figure 5 est une vue en perspective de la vis de la chape de la figure 3 et de ses douilles. En se référant à la figure 1, on voit une représentation stylisée d'un turboréacteur à double flux, comprenant une soufflante 101, un corps primaire 102 comprenant à son aval un carter d'échappement 1 participant à la structure du moteur, et un cône arrière 103. Le flux primaire, qui traverse le corps primaire est éjecté dans une tuyère primaire 104 entourant le cône arrière, tandis que le flux secondaire, qui est issu de la soufflante, est guidé à l'aval de celle-ci par un canal de flux froid 105 se terminant par une tuyère secondaire 106. Le canal de flux froid 105 est rattaché au carter d'échappement 1 par un treillis de bielles 3 qui sont inclinées par rapport à un plan radial du moteur, l'attache sur le canal de flux froid étant positionné en amont par rapport à celle sur le carter d'échappement.
En se référant à la figure 2, on voit un carter d'échappement 1 d'un turboréacteur entouré par un anneau de support 2 destiné à maintenir le canal de flux froid 105 de ce turboréacteur. Ces efforts associés à ce maintien sont transmis au carter d'échappement par un ensemble de six bielles 3, qui sont fixées à une de leurs extrémités sur l'anneau 2 et à l'autre extrémité sur le carter d'échappement 1 par des fixations en forme de chapes.
Telles que représentées sur la figure les bielles 3 sont disposées, deux à deux,
tangentiellement au carter d'échappement 3 et forment ainsi un triangle dont les sommets sont situés sur l'anneau de support 2. La figure 3 montre une bielle 3 installée dans une chape 4 selon l'invention, fixée sur le carter d'échappement 2. La chape et la bielle sont traversées par une vis 5 qui est serrée contre les oreilles de la chape 4 par l'intermédiaire d'un écrou 6. Une première rondelle, classique, 7 est placée entre la tête de la vis 5 et une première oreille de la chape alors qu'une seconde rondelle 8 présentant sur son pourtour deux méplats parallèles, est placée entre la seconde oreille de la chape 4 et l'écrou 6. En se référant aux figures 3 et 4 on voit la chape 4 dont les oreilles sont chacune percée d'un alésage par lequel passe un axe traversant 9. Cet axe est creux et est lui-même traversé de part en part par la vis 5, qui est libre en rotation dans l'axe 9. La bielle 3 est, comme expliqué précédemment, une bielle rotulante, c'est-à-dire qu'elle est reliée à l'axe 9 autour duquel elle pivote, par une rotule 10. La liaison entre la bielle 3 et la rotule 10 est une liaison libre, la bielle pouvant, d'une part, tourner autour de la rotule dans un plan normal à l'axe 9 de la chape 4 et, d'autre part, présenter des désalignements par rapport à ce plan normal. Il convient de noter que l'alésage pratiqué dans la rotule 10 pour laisser passer l'axe 9 n'est pas aligné avec l'axe de symétrie de sa forme sphérique. Ce trou est décentré, dans une direction perpendiculaire à l'axe de support 9 de la bielle ou à la vis 5, de façon qu'à une rotation de la rotule 10 soit associé un éloignement ou un rapprochement de la bielle par rapport à l'axe d'alésage des oreilles de la chape 4. La liaison entre la rotule 10 et l'axe 9 est aussi une liaison libre en rotation, la rotule pouvant tourner autour de cet axe 9 en l'absence d'un dispositif de blocage formé par un crabot comme cela sera expliqué plus loin. L'axe de support 9 est maintenu latéralement en position, classiquement, par des douilles qui s'emmanchent sur l'axe et s'étendent radialement, du côté de leur extrémité externe, par des épaulements qui prennent appui sur les faces latérales externes des oreilles de la chape 4. Les première et seconde rondelles 7 et 8 sont ensuite placées à l'extérieur des épaulements de ces douilles pour les retenir en translation, de même que l'axe 9, et ainsi permettre la solidarisation de l'ensemble formé par l'axe 9, les douilles 11 et 12 et les rondelles 7 et 8, par un serrage de la vis 5 et de l'écrou 6. La première douille 11, située du côté de la tête de la vis 5, est une douille classique dont la partie longitudinale vient prendre appui directement sur une face radiale de la rotule 10 de la bielle 3, alors que la seconde douille 12, située du côté de l'écrou 6, est une douille crabotée qui ne prend appui sur l'autre face radiale de la rotule 10 que par l'intermédiaire
d'une pièce en forme de bague, dite crabot 14, qui sera décrite plus en détail en référence à la figure 5. La rotule 10 présente, du côté de la douille crabotée 12 et du crabot 14, une échancrure 13 qui est creusée dans sa face radiale de façon à former un logement pour une extension longitudinale du crabot 14, dont la coopération avec l'échancrure 13 assure la solidarisation en rotation de la rotule 10 et de ce crabot 14. En se référant maintenant à la figure 5 on voit, en partant de la droite de la figure, la seconde rondelle 8 qui porte deux méplats parallèles sur sa circonférence, dans le but de pouvoir être entraînée en rotation à l'aide d'une clé de serrage. L'épaulement de la seconde douille, qui vient en appui contre la face externe de la seconde oreille, présente, lui aussi, deux méplats, qui sont identiques à ceux de la seconde rondelle 8 de sorte que ces deux pièces peuvent être entraînées simultanément en rotation par la même clé de serrage. La partie longitudinale de la seconde douille 12 a une forme cylindrique qui entoure l'axe 9 et qui présente, à son extrémité, une ou deux découpes rectangulaires 15, situées symétriquement l'une par rapport à l'autre, dans le but de fournir un logement à une ou deux extensions longitudinales, dites secondes extensions 16, du crabot 14. Le crabot 14 a la forme d'une bague entourant l'axe de support 9 et présente un épaulement ou collerette 17 s'étendant radialement, et de laquelle s'étendent longitudinalement deux extensions, de part et d'autre de la collerette 17. Ces extensions longitudinales ont, chacune, la forme d'un secteur angulaire de cylindre dont l'amplitude correspond à celle des découpes pratiquées, pour la première 18 dans une face radiale de la rotule 10 et, pour la seconde 16 dans la seconde douille 12. Lors du montage de l'ensemble la pénétration des première et seconde extensions longitudinales 18 et 16 du crabot, respectivement, dans les découpes 13 et 15 de la rotule 10 et de la seconde douille 12 permettent la solidarisation en rotation autour de l'axe 9 de la rotule 10 avec le crabot 14 et avec la douille 12. En interdisant toute possibilité de rotation à la seconde douille 12 par l'intermédiaire d'une simple clé de serrage, on arrive ainsi à immobiliser la rotule 10 en rotation autour de l'axe 9. Du côté opposé, c'est-à-dire du côté de la tête de la vis, sans que le choix du côté qui porte les découpes et les extensions longitudinales n'ait une quelconque importance, on ne trouve pas de pièce formant crabot, la face radiale de la rotule 10 ne présentant pas de découpe et la première douille 11 ne portant aucune extension longitudinale. La première douille 11 est en appui contre la première oreille de la chape par son épaulement radial alors que sa partie longitudinale traverse la première oreille de la chape 4 sur toute son épaisseur pour venir directement au contact de la face radiale de la rotule 10 ; en
revanche du côté de la tête de la vis elle laisse un jeu J entre la face interne de son épaulement et la face radiale externe de la première oreille de la chape, dans le but de permettre les dilatations de l'ensemble des pièces constituant l'assemblage de la bielle 3 avec la chape 4.
On va maintenant décrire le montage et le fonctionnement d'une liaison selon l'invention entre une bielle 3 porteuse d'une rotule excentrée et une chape 4. La solution du problème technique qui est proposée par l'invention consiste en l'utilisation de bielles monolithiques à rotule excentrée, c'est-à-dire de bielles dont l'axe de l'alésage de la rotule est décalé par rapport au centre de sa surface sphérique. L'utilisation d'une telle rotule excentrée permet ainsi, en premier lieu, de rattraper le jeu de montage de la bielle sur l'axe de la chape et, en second lieu, de pouvoir appliquer une pré-tension à la bielle par l'emploi d'une simple clé dynamométrique. La mise en position de la bielle s'effectue de la façon suivante : - le crabot 14 est positionné dans la seconde oreille de la chape 44 et la bielle 3 est mise en position de façon que l'alésage de sa rotule 10 soit sensiblement aligné avec l'axe d'alésage des oreilles de la chape, - l'axe 9, muni de la première douille 11 (non crabotée) est introduit à travers les alésages de la chape 4, de la rotule 10 et du crabot 14, la première douille venant en appui, d'une part contre la face externe de la première oreille et, d'autre part, contre une face radiale de la rotule 10. Parallèlement, le crabot 14 est positionné en rotation sur l'axe 9 de façon que ses premières extensions longitudinales 18 viennent pénétrer dans la ou les découpes 13 pratiquées sur la surface radiale correspondante de la rotule 10. - la seconde douille 12 (crabotée) est, elle aussi, passée autour de l'axe 9 et faite pivotée 25 autour de cet axe jusqu'à ce que son ou ses découpes 15 viennent coopérer avec la ou les secondes extensions longitudinales 16 du crabot 14. - la vis 5, équipée de la première rondelle 7, est glissée à l'intérieur de l'axe 9 et la seconde rondelle 8 est mise en place contre la seconde douille 12, puis un pré-serrage est réalisé à l'aide de la mise en place de l'écrou 6 sur le filetage de la vis 5. Au cours de 30 cette mise en place la seconde rondelle 8 est positionnée de façon à aligner son ou ses méplats sur celui ou ceux de la seconde douille 12. Le pré-serrage est effectué de façon qu'il maintienne les éléments ensembles mais qu'il n'empêche pas la rotation relative des éléments non crabotés les uns par rapport aux autres. Il est nécessaire de prévoir un jeu entre les pièces pour, d'une part, pouvoir les monter et, d'autre part, éviter qu'en
utilisation, elles ne soient sous contrainte les unes contre les autres, ce qui générerait des usures lors de leurs mouvement relatifs. - la rotule 10 étant crabotée sur le crabot 14, lui-même étant craboté sur la seconde douille 12, une action à la clé dynamométrique sur les méplats de la seconde douille et de la seconde rondelle entraîne une rotation de la rotule 10 autour de l'axe 9. Comme cette rotule est excentrée par rapport à cet axe 9, la rotation de la rotule déclenche tout d'abord un rattrapage des jeux pouvant exister entre la bielle 3 et l'axe 9 de la chape 4, puis les jeux étant rattrapés, la mise en précontrainte de la bielle 3, ce qui permet d'éviter le matage des ces pièces par les vibrations rencontrées sur le moteur ou l'aéronef.
L'utilisation d'une clé dynamométrique permet de calibrer le niveau des précontraintes appliquées aux bielles. - une fois que la rotule 10 a été tournée de l'angle qui donne le niveau de précontrainte recherché, le serrage de l'écrou 6 assure le maintien de l'ensemble par l'immobilisation de la seconde douille grâce au serrage de la collerette 17 et de l'épaulement radial de la seconde douille 12 sur l'oreille de la chape 4. La vis, en appuyant les épaulements des première et seconde douilles 11 et 12 contre les oreilles de la chape 4 empêche désormais celles-ci de tourner autour de leur axe, et la rotule 10 étant crabotée sur la seconde douille 12, elle est bloquée en rotation comme le sont les douilles. De façon à améliorer l'adhérence des douilles sur les faces radiales des oreilles de la chape il est envisageable de placer des cannelures sur la chape ou de créer de la rugosité sur les épaulements des douilles du côté où elles viennent en contact avec les oreilles de la chape 4. A titre de variante de l'invention, il est possible d'utiliser une rotule classique, présentant un axe de symétrie aligné avec celui de l'axe 9 de la chape, et une seconde douille 12 qui, elle, est alors excentrée, la rotation par la clé dynamométrique de cette douille entraînant un décalage de l'axe 9 parallèlement à lui-même et, partant, un décalage de la rotule 10, ce qui génère le rattrapage du jeu et la mise en précontrainte de la bielle 3 recherchés.