FR3075271A1

FR3075271A1 - Ensemble pour la fixation entre elements a coefficients de dilatation thermique differents

Info

Publication number: FR3075271A1
Application number: FR1762330A
Authority: FR
Inventors: Marie Benoit Roussille Clement; Guy Xavier Tesson Thierry; Eric Conete
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: FR3075271B1

Abstract

Est concerné un ensemble comprenant au moins un élément (200'') en un matériau et au moins un pion de liaison (100'') en un matériau différent, engagé dans un passage dudit élément. Le pion et l'élément présentent, pour être lié, des premières faces respectives d'appui entre eux, et des secondes faces respectives d'appui entre eux, ayant chacune au moins une composante suivant ladite direction d'engagement du pion. Transversalement à la direction suivant laquelle le pion est engagé dans le passage, un jeu existe entre le pion et les premier et second éléments, à température ambiante, et les premières et secondes faces respectives d'appui entre eux du pion et dudit élément sont orientées suivant des premières et secondes surfaces respectives qui présentent entre elles un point de convergence (153'').

Description

Ensemble pour la fixation entre éléments à coefficients de dilatation thermique différents

La présente invention concerne la liaison entre un pion et au moins un élément à fixer à un autre élément ou auquel le pion est à fixer, le pion et l’élément, ou l’un au moins de ces éléments, étant à coefficients de dilatation thermique différents, ceci dans un environnement sensible où des températures élevées sont en jeu.

Sont en particulier concernées de telles liaisons sur une turbomachine à gaz pour aéronef, notamment la liaison ou fixation entre une patte annulaire fixée à un carter extérieur annulaire de la turbomachine (telle un carter extérieur de turbine) et un élément annulaire sectorisé, en un matériau différent de celui de ladite patte annulaire.

D’autres applications sont visées, notamment, sur un turboréacteur double flux pour aéronef, des liaisons entre parties d’un arrière-corps ou d’une chambre de combustion réalisées dans des matériaux différents, ayant donc des coefficients de dilatation thermique différents.

En conséquence, même si le contexte qui suit est présenté en référence à une fixation d’élément annulaire sectorisé, il peut être élargi à toute situation de liaison entre éléments où des problèmes de coefficients de dilatation thermique se posent.

Dans ce contexte donc de fixation d’élément annulaire sectorisé, il est connu, sur une turbomachine à gaz pour aéronef, un ensemble comprenant :

- un carter extérieur annulaire,

- un élément annulaire sectorisé, en un premier matériau, comprenant l’un parmi :

-- des secteurs d'anneau qui sont disposés circonférentiellement bout à bout et sont suspendus audit carter,

-- des secteurs de plateforme extérieure d’aubes d’un distributeur de la turbomachine (telle la turbine précitée),

- et des moyens de positionnement radial comprenant au moins une patte annulaire, en un second matériau ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du premier matériau, pour :

-- fixer les secteurs d'anneau avec ledit carter extérieur, par l'intermédiaire d’un support annulaire, ou

-- positionner radialement par rapport à ladite patte annulaire les secteurs de plateforme extérieure d’aubes de distributeur.

En tant qu’élément annulaire sectorisé, des anneaux de turbine permettent typiquement de définir une partie de la veine externe d’une turbine, notamment de la turbine HP (haute pression), dès lors que sur notamment les turboréacteurs à double flux actuels, les turbines comprennent une turbine BP (basse pression) suivie d’une turbine HP.

Les anneaux de turbine HP sont des pièces soumises à des flux très chauds. Des problèmes de dilatation différentielle existent entre ces anneaux et des pièces environnantes.

Or, pour tenir les anneaux, il est connu d’utiliser des ensembles comprenant individuellement :

- un premier élément et un second élément, tous deux dans un même matériau ou dans des matériaux différents, ayant alors des coefficients de dilatation thermique différents,

- au moins un pion de liaison métallique passant engagé suivant une direction dans des passages respectifs des premier et second éléments, le pion de liaison comprenant une première partie et une seconde partie, avec des moyens complémentaires de fixation desdites parties entre elles et, pour l’une au moins des première et seconde parties, avec l’un au moins des premier et second éléments, la première partie du pion de liaison et le premier élément présentant des premières faces respectives d’appui entre eux, et la seconde partie du pion de liaison et le second élément présentant des secondes faces respectives d’appui entre eux.

Le fait que l’un desdits éléments précités soit sensible à la chaleur, et ce par exemple dans le contexte d’une turbine de turbomachine, implique que sous l’effet des champs thermiques cet élément va se déformer, ce qui, par exemple dans le cas de la turbine évoquée, a un impact sur les jeux au niveau de la veine et donc sur les performances de la turbine.

Pour ces raisons, certains développements ont conduit à par exemple concevoir, pour les anneaux de turbine, des anneaux composites à matrice céramique (CMC) à section en forme de Pi (π) à lier à ladite patte annulaire par des pions se logeant dans des passages, ronds ou oblongs suivant la zone.

Comme les anneaux doivent être tenus de manière prédéfinie pendant toutes les phases de fonctionnement des turbomachines, les pions doivent être ajustés parfaitement aussi bien à froid qu’en fonctionnement à chaud. Ceci conduit à des zones sous fortes contraintes mécaniques dans la pièce en CMC.

Des problèmes comparables de dilatation différentielle existent dans d’autres cas, tel que par exemple à l’endroit des secteurs de plateforme extérieure d’aubes de distributeur, comme dans une turbine HP, mais aussi par exemple sur le premier étage des distributeurs de turbine BP (DBP1). Ces problèmes se rencontrent également au niveau d’une chambre de combustion, et de pièces d’arrière-corps, mélangeurs, corps central de tuyère (connu souvent par sa dénomination anglaise « plug »), volets, bras PC et capotage de pylône, notamment.

Ainsi, on peut a priori considérer que, par extrapolation, la solution proposée ci-après est en particulier applicable à toute liaison ou fixation où existent des températures comprises entre 400°C à 1400°C, avec des applications privilégiées entre 400°C et 1100°C, et typiquement entre 500°C et 800°C, ceci notamment pour la fixation d’un élément en CMC dans un environnement donc chaud, où sont présents un/des éléments métalliques.

C’est dans ces conditions qu’il est ici proposé, pour surmonter une partie au moins des problèmes évoqués, que l’ensemble ci-avant présenté soit tel:

- que transversalement à la direction suivant laquelle le pion est engagé dans les passages respectifs, un jeu existe entre l’une au moins des première et seconde parties du pion et les premier et/ou second éléments, à température ambiante, et,

- que les premières et secondes faces respectives d’appui entre eux des première et seconde parties du pion et desdits éléments sont orientées suivant des premières et secondes surfaces respectives qui présentent entre elles un point de convergence.

Dans toute la description les points (en fait zones) de convergence mentionnés sont à considérer à l’épaisseur d’une rondelle près (voir ci-après les rondelles 135,139), dès lors qu’une rondelle sera certainement souvent interposée entre lesdites premières et secondes faces respectives dites « d’appui ».

En outre, ce terme « d’appui » entre (partie(s) de) pion et élément(s) est à considérer, même si une telle rondelle fait que l’appui n’est pas direct.

Les « points » (zones) de convergence sont, le long de la direction A, situés entre lesdites premières et secondes surfaces respectives, ou à l’intérieur du(des) élément(s) serré(s).

Certes, les coefficients de dilatation des premier et second éléments étant différents, on aurait pu concevoir un système à colonnette (plusieurs matériaux de coefficients de dilatation différents empilés avec des longueurs précises). Mais, d’une part, un tel système est encombrant et lourd et, d’autre part, les coefficients de dilatation ne sont alors pas bien corrélés. Donc le domaine de mise en œuvre demeure restreint.

De façon différente, la solution de l’invention permet de s’affranchir des différents coefficients de dilatation et peut fonctionner en fait à toute température. Par une géométrie simple à mettre en œuvre, on peut assurer que, quelle que soit ladite température, la liaison concernée présentera le même serrage et le même centre, favorisant ainsi une maîtrise et un équilibre des contraintes mécaniques.

La solution de l’invention s’applique aussi, avec les mêmes avantages, si ne sont concernés qu’au moins un élément en un matériau et au moins un pion de liaison en un matériau différent, les matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents,

- le pion de liaison étant engagé suivant une direction (AA’) dans un passage dudit élément, et

- le pion et l’élément présentant, pour être liés, des premières faces respectives d’appui entre eux et des secondes faces respectives d’appui entre eux, les premières et secondes faces ayant chacune au moins une composante suivant ladite direction (AA) d’engagement du pion, l’ensemble considéré se caractérisant alors en ce que :

- transversalement à la direction suivant laquelle le pion est engagé dans le passage, un jeu existe entre une partie au moins du pion et ledit au moins un élément, à température ambiante, et,

- les premières et secondes faces respectives d’appui entre eux du pion et dudit au moins un élément sont orientées suivant des premières et secondes surfaces respectives qui présentent entre elles un point (c’est-à-dire une zone) de convergence.

Compte tenu de ce qui précède, le cas ci-dessus pourra en particulier s’appliquer:

- si ledit au moins un élément comprend donc un premier élément et un second élément à coefficients de dilatation thermique différents,

- si le matériau dudit au moins un pion de liaison est de préférence celui du premier élément ou du second élément, et

- si le pion de liaison comprend des(dites) première partie et seconde partie pourvues de moyens de fixation complémentaires, afin de les fixer ensemble, avec les premier et second éléments interposés entre eux.

Autre cas possible :

- ledit au moins un élément comprend (seulement) un premier élément,

- l'ensemble comprend alors en outre un second élément à fixer avec le premier élément et dans un matériau différent de celui du premier élément, avec un coefficient de dilatation thermique différent, et,

- le pion de liaison comprend toujours des(dites) première partie et seconde partie, lesquelles sont pourvues de premiers moyens de fixation complémentaires, afin de les fixer ensemble, et

- l’une au moins des première et seconde parties et le second élément étant pourvus de seconds moyens de fixation complémentaires afin aussi de les fixer ensemble.

Pour favoriser encore les limitations d’efforts attendus, il est en outre conseillé, en combinaison ou non :

- que le matériau dudit au moins un pion de liaison soit celui du second élément,

- que le jeu précité soit établi entre l'une desdites parties du pion, transversalement à l'axe d'engagement du pion, et ledit élément formé dans le matériau différent de celui de cette dite partie,

- que le pion comprenne un fût qui traverse le(s)dit(s) élément(s) et ledit jeu transversal est établi entre le fût et l’élément (ou l'un des éléments) qu’il traverse ; s’il y a deux dits éléments (les premier et second éléments précités), le jeu (à froid) sera a priori établi entre le fût et celui desdits éléments formé dans un matériau différent de celui du pion,

- que le pion comprenne un fût et ledit jeu transversal soit établi entre le fût et le premier élément qu’il traverse, s’il y en a deux.

Dans tous les cas, il est préféré:

- qu’à plus de 400°C, transversalement à la direction d’engagement du pion, ledit jeu qui existait à température ambiante autour du pion ait diminué, et,

- que les premières et secondes faces respectives d’appui entre eux du pion et dudit élément soient alors orientées suivant des premières et secondes surfaces respectives qui présentent entre elles le même point de convergence que celui existant à température ambiante.

Dans la demande, « température ambiante » ou « à froid » a pour sens : à environ 20°C (à 5°C), à pression atmosphérique. « A chaud » a pour sens : à environ 400°C (à 5°C), au moins.

Dans ce même but, il est conseillé:

- que le(s)dit(s) passage(s) et le pion engagé soient coaxiaux, et

- que le point de convergence des premières et secondes surfaces respectives soit situé sur ledit axe.

En termes de mise en œuvre, deux cas pourront en particulier se présenter, même si, à l’extrême, on pourrait prévoir un plan, ou un cône ayant son sommet sur le plan, d’un côté, et, de l’autre, un cône positif, orienté donc dans le même sens que le cône précité, du premier côté. Mais ceci n’a pas a priori réellement de sens en fabrication.

Aussi conseillera-t-on plutôt l’une des solutions pratiques suivantes :

a) - les premières faces respectives d’appui s’étendent suivant deux premiers cônes respectifs parallèles entre eux,

- les secondes faces respectives d’appui s’étendent suivant deux seconds cônes respectifs parallèles entre eux, et

- lesdits premiers et seconds cônes respectifs se rejoignent audit point de convergence, ou :

b) - les premières faces respectives d’appui s’étendent suivant deux premiers cônes respectifs parallèles entre eux,

- les secondes faces respectives d’appui s’étendent suivant deux seconds plans respectifs parallèles entre eux, et

- lesdits premiers cônes et seconds plans respectifs se rejoignent audit point de convergence.

Ceci permet des rattrapages de jeux. De telles formes coniques - ou tronconiques - favorisent un auto-centrage.

Compte tenu des applications privilégiées visées, il est prévu qu’en particulier l’(les) élément(s) soi(en)t au moins en partie en composite à matrice céramique, et que le pion soit métallique.

En effet, la différence de coefficients de dilatation thermique entre ces deux matériaux peut être critique dans certaines conditions de températures et/ou de pressions.

Outre l’ensemble ci-avant est aussi concernée une turbomachine à gaz pour aéronef comprenant cet ensemble, avec tout ou partie des caractéristiques ci-avant mentionnées.

Parmi les avantages de la solution revendiquée on notera encore :

- un possible serrage constant, dans la direction suivant laquelle le pion est engagé dans le passage, ceci indépendamment de la nature des matériaux choisi et de la thermique,

- un encombrement réduit,

- dans le cas d’un dit premier élément entre deux parties à assembler du pion : création d’une interface, possiblement CMC- métal, maîtrisée, les problèmes de tolérances de fabrication, usure, matage, assemblage, montage... se reportant sur une interface métal-métal (hypothèse de pion et de dit second élément métalliques), sur laquelle une grande expérience existe (voir application sur les anneaux de turbine),

- dans le cas d’assemblage de deux matériaux différents (premier et second éléments interposés entre deux les parties à assembler du pion) : plusieurs applications envisagées, dont celles sur les chambres de combustion et arrière-corps, et là encore possible report des problèmes de tolérances de fabrication, usure, matage, assemblage, montage... sur une interface métalmétal.

Dans les deux cas, ledit point de convergence de toutes les surfaces, peur être librement positionné, et il n’y a pas de contact le long des fûts ; les surfaces de contact et de reprise des efforts se situent exclusivement sous les têtes élargies de ces fûts.

L’invention sera si nécessaire encore mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages pourront apparaître à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 schématise, en coupe partielle axiale (axe X), une partie de turbomachine aéronautique conventionnelle à monter sur un aéronef,

- la figure 2 schématise, en coupe locale selon le même plan de coupe que la figure 1, une réalisation conforme à l’invention en zone II de la figure 1 (mais ce pourrait être la zone III ou IV), avec une patte annulaire (telle 26 ou 26’ ciaprès) dont seule la partie radialement intérieure est représentée,

- les figures 3 et 4 montrent en éclaté un pion à monter sur un ou plusieurs éléments, avec la solution de l’invention qui permet de surmonter les problèmes de différentiels de coefficients de dilatation thermique,

- la figure 5 est une coupe de la solution montée de la figure 4, à gauche en situation à froid, à droite à chaud,

- les figures 6-7 montrent deux variantes de réalisation et de montage conforme à l’invention, suivant les mêmes vues que celles de la figure 5,

- la figure 8 montre encore une autre variante de réalisation et de montage conforme à l’invention, avec un rivet comme pion de liaison, et

- la figure 9 schématise, en coupe axiale, une solution à rivet,

- les figures 10,11 schématisent, en coupe axiale,une application à un arrièrecorps, la figure 11 correspondant à l’agrandissement XI ou XIV,

- de même pour les figures 12,13, qui schématisent une application à une chambre de combustion, la figure 13 correspondant à l’agrandissement XV.

La figure 1 schématise une partie d'une turbomachine 1 connue, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion comprenant une turbine haute-pression (HP) 10 disposée axialement (axe moteur X) en aval (AV) d'une chambre de combustion 12, et en amont (AM) d'une turbine bassepression (BP) 14 de la turbomachine.

La chambre de combustion 12 comprend une paroi de révolution externe 50 reliée à son extrémité aval à une extrémité radialement interne d'une paroi 58 qui comporte une bride annulaire radialement externe 60 de fixation sur une bride annulaire 62 correspondante d'un carter externe 64 de la chambre. La turbine haute-pression 10 comprend un distributeur 16 formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes de redressement, et une roue à aubes montée rotative en aval du distributeur 16. La turbine basse-pression 14 comprend plusieurs étages de turbine, chacun comportant également un distributeur et une roue à aubes. Seul le distributeur 47 de l'étage bassepression amont est visible en figure 2. Ses aubes sont celles du premier étage de distributeurs, ou DBP1. Les aubes 18 de rotor et les distributeurs 16,47 s’étendent dans la veine de gaz 12a à laquelle est raccordée en aval la chambre de combustion 12. La roue 18 de la turbine haute-pression 10 tourne, autour de l’axe longitudinal X de la turbomachine, à l'intérieur d'un ensemble de secteurs d'anneau 20 qui sont disposés circonférentiellement bout à bout et suspendus à un carter extérieur de turbine 22 par l'intermédiaire d'un support annulaire 24. Ce support annulaire 24 comprend à sa périphérie interne des moyens 26 d'accrochage des secteurs d'anneau 20, dénommée aussi patte annulaire 26, et comprend une paroi 28 qui s'étend vers l'amont et vers l'extérieur et qui est reliée à son extrémité radialement externe à une bride annulaire radialement externe 30 de fixation au carter externe de turbine 22.

En périphérie externe, les moyens 26 d'accrochage comprennent des (premières) parois annulaires radiales 31,33 qui définissent des rebords, lesquels coopèrent avec (sont suspendus à) des crochets circonférentiels 310,330 prévus en périphérie interne d’une partie de la paroi 28 du support annulaire 24.

La patte annulaire 26 comprend en outre, en périphérie interne, deux autres (ou secondes) parois annulaires radiales 34,36 qui définissent des rebords, lesquels coopèrent avec des crochets circonférentiels 340,360 des secteurs d'anneau 20. Un organe annulaire de verrouillage 46 est engagé sur le rebord cylindrique aval 36 et sur les crochets aval 360 des secteurs d'anneau pour assurer le verrouillage de l'ensemble.

Plus en amont, la paroi 28 du support annulaire 24 définit avec la paroi 58 de la chambre une enceinte annulaire 80 qui est alimentée en air (flèche F) de ventilation et de refroidissement par des orifices 82 formés dans la paroi 58.

La plateforme externe 66 sectorisée du distributeur 16 comprend à chacune de ses extrémités amont et aval une rainure annulaire 74 débouchant radialement vers l'extérieur. Des garnitures annulaires d'étanchéité 76 sont logées dans ces rainures 74 et coopèrent avec des nervures cylindriques 78 formées sur la paroi tronconique 58 et sur une paroi radiale amont des moyens 26 d'accrochage, respectivement, pour empêcher le passage de gaz depuis ou vers la veine 12/12a.

En outre, afin d'accroître le rendement de la turbine, il est nécessaire de réduire autant que possible le jeu radial entre le sommet des aubes mobiles 18 et l'anneau 20. Un dispositif 39 de contrôle de jeu supplémentaire est donc prévu, qui comprend un boîtier circulaire de pilotage 40 entourant l'anneau fixe 20, et plus précisément le support annulaire 24.

Le distributeur DBP1 47 est, par sa plateforme extérieure 48 sectorisée, monté sur le support annulaire 24, en aval du dispositif 39. Pour cela, la plateforme extérieure 48 se prolonge radialement en périphérie externe par des pattes pourvues de parois annulaires radiales qui présentent des rebords 49,51, lesquels coopèrent avec (sont suspendus à) des crochets circonférentiels 370,380 du support annulaire 24.

Avec notamment ces solutions de montage, demeure toutefois encore une nécessité à minimiser les jeux radiaux entre la patte annulaire, ici 26 ou 26’ ci-après, de la turbine en cause, et l’élément annulaire sectorisé concerné, ici les secteurs d'anneau 20 ou 20’ ci-après, ou l’une au moins des plateformes extérieures 48,66, ceci pour la sécurité et afin d’améliorer le rendement de la turbomachine, et ce d’autant plus si la patte annulaire est un métal ou un alliage métallique et le second matériau de l’élément annulaire sectorisé contient un composite à matrice céramique (CMC).

Les figures 2 et suivantes montrent ainsi des manières, différentes de ce qui précède, de monter les secteurs d'anneau 20,20’ ou 20” avec le support annulaire 24, via la patte annulaire 26,26’ ou 26” et des moyens 125 de positionnement radial, ceci par l’intermédiaire de pions 100 ou 100’.

Sur ces figures, les mêmes moyens ou les moyens assurant les mêmes fonctions que déjà cités ont été repérés identiquement à la marque ‘ (prime) ou (seconde) près.

On notera qu’un tel montage par pions sera ici isostatique, sans jeu radial entre les éléments à assembler 20,20’ ou 20”, et 26,26’ ou 26”, ceci permettant de préserver le CMC, relativement fragile, de l’élément annulaire.

En liaison avec notamment la figure 2, une solution prévoit ainsi de fixer, en particulier suspendre, les secteurs d'anneau 20’ à la patte annulaire 26’ par l’intermédiaire de pions 100 fixés avec ladite patte annulaire. Des passages 110 qui traversent axialement les secteurs d'anneau 20 permettent d’y monter les pions (un pion par passage 110). En regard, des passages 120 coaxiaux reçoivent les pions dans la patte annulaire 26’; voir figures 3 et suivantes.

Pour cela, la patte annulaire 26’ présente des branches radiales, respectivement amont et aval (seule celle aval 115 est illustrée), reliées en partie radialement extérieure par une branche sensiblement axiale 114 et chaque secteur d'anneau 20’ présente des branches radiales, respectivement amont et aval (seule celle aval 119 est illustrée), reliées en partie radialement intérieure par une branche transversale qui peut être sensiblement axiale, 116.

La branche transversale 114 peut servir de support à des blocs d’abradable (non représentés) prévus pour coopérer avec des léchettes (non représentés) pouvant être prévues en extrémité extérieure des aubes mobiles 18, si ce montage est prévu en zone II de la figure 1, en remplacement de ce qui y est illustré. En alternative, le montage pourrait par exemple être est prévu en zone III ou IV de la figure 1. Dans ce cas, chaque secteur d'anneau 20’ deviendrait un secteur de plateforme extérieure 48 ou 66 d’aubes de distributeur de turbine, et la patte annulaire 26’ deviendrait une partie du support annulaire 24.

De façon très schématique quant à leur environnement, les figures 3 et 4 montrent deux montages conformes à l’invention, entre un premier élément, tel un secteur d'anneau 20’ ou la patte annulaire 26’, et un second élément, tel l’autre entre le secteur d'anneau 20’ et la patte annulaire 26’.

Les premier et second éléments 20’,26’ sont en matériaux différentes, ayant des coefficients de dilatation différents. L’un de ces premier et second éléments est ici métallique, l’autre est en un composite à matrice céramique.

Entre ces premier et second éléments est engagé un pion de liaison, tel un des pions 100 précités. Le pion peut être métallique.

Le pion 100 passe donc dans les passages respectifs, tels 110,120, des premier et second éléments. Le pion de liaison comprend une première partie

131 et une seconde partie 132. Lesdits passages respectifs des premier et second éléments 20’,26’ et l’engagement des première et seconde parties 131,

132 du pion sont ici coaxiaux ; axe A. Il y a entre les deux montages des figures

3,4 simplement une inversion du sens axial de montage.

Des moyens complémentaires de fixation, tels un système à filetage

133 et taraudage 134, permettent de fixer ensemble lesdites parties 131,132 entre elles, pour lier ensemble les premier et second éléments, 20’ et 26’ dans l’exemple.

Ces moyens complémentaires de fixation sont compris dans lesdites parties 131,132, ici intégrés à elles, respectivement.

La première partie 131 du pion de liaison et le premier élément, présentent des premières faces respectives 131a et 137a d’appui entre eux, dans l’exemple par l’intermédiaire d’une rondelle 135 qui peut être métallique. La face 131a appartient à une tête tronconique 1310 de la première partie 131 du pion de liaison.

La seconde partie 132 du pion de liaison et le second élément présentent des secondes faces respectives 134a et 138a d’appui entre eux, dans l’exemple par l’intermédiaire d’une rondelle 139 qui peut être métallique.

La forme de la première face d’appui 137a et celle en regard, face 131a ou rondelle 135, sont complémentaires, de même pour la forme de la seconde face d’appui 138a et celle en regard, face 134a ou rondelle 139.

Si elles sont présentes, les rondelles 135 et/ou 139 peuvent être considérées comme appartenant aux pions, typiquement à l’une ou l’autre de ses parties 131, 132.

Conformément à l’invention, et comme montré figure 5 (qui correspond au sens de montage de la figure 4), les premières et secondes faces respectives 131 a, 137a ; 134a, 138a d’appui entre eux des parties 131, 132 du pion de liaison et desdits éléments 20’ et 26’ sont orientées suivant des premières et secondes surfaces 150,151 respectives qui présentent entre elles une convergence. Dans l’exemple préféré retenu et traité ci-après, il s’agit d’un point de croisement 153. Ci-après on a donc assimilé convergence et croisement, en 153, même s’il s’agit en fait d’une zone de convergence : les premières et secondes surfaces respectives convergent vers l’intérieur du(des) élément(s) à serrer entre les deux parties (ici 131,132) du pion. Ce « point » (cette zone) de convergence est, le long de la direction A, située entre lesdites premières et secondes surfaces respectives.

Et, transversalement à la direction A suivant laquelle le pion 100 est engagé dans les passages respectifs 110,120 :

- un jeu transversal J1 existe entre le pion et les premier et second éléments, ceci à température ambiante (demi-vue de gauche sur la figure 5),

- tandis qu’à chaud (à partir typiquement de 500°C), ledit jeu J1 autour du pion a diminué, voire a disparu (J—0), du fait des dilatations consécutives à la montée en température (demi-vue de droite sur la figure 5).

Comme on le voit le pion s’est déformé/expansé à chaud dans plusieurs directions, notamment axialement et transversalement. Mais tant à froid qu’à chaud, le point de convergence153 est demeuré, au même endroit.

Figure 6, le pion de liaison, ici repéré 100’, est un peu différent ; mais le principe est le même. Cette figure illustre schématiquement une alternative de montage d’un secteur d’anneau 20” suspendu à la patte annulaire 26” liée au carter extérieur.

Dans ce cas, l’assemblage entre les deux parties 131 ’, 132’ du pion 100’ s’opère sur l’un seulement des éléments 20”,26”, ici le secteur d’anneau 20”, précisément l’une de ses branches radiales 119’. La figure montre le montage à froid : jeu transversal précité qui disparaîtra à chaud, avec maintien du point de convergence 153’, tant à froid qu’à chaud.

Une fois assemblées, les trois pièces 20”, 131’ et 132’ définissent un assemblage insensible à la température et présentant une interface métallique pour l’intégrer au carter (patte annulaire 26”) via le pion métallique 100’.

Par l’intermédiaire d’une excroissance 141 qui s’étend à l’extérieur de l’élément 20”, le fût 131’ du pion 100’ est interposé entre le secteur d’anneau 20” et la patte annulaire 26” et créé la liaison entre eux.

L’excroissance 141 peut avoir été montée à force dans un trou 121 de la patte annulaire 26”, ici de sa branche radiale 119’.

A l’opposé, la partie 131’ traverse le passage 110’ de l’élément 20” et est engagé, ici par une solution vis-écrou, avec l’autre partie 132’ du pion 100’.

Le serrage s’opère donc entre l’élément 20” et le pion qui est par ailleurs fixé à l’élément 26”.

Figure 7, le pion de liaison, ici repéré 100’, encore un peu différent ; mais toujours avec le même principe, est le même. Le pion comprend encore une première partie, ici 131’, et une seconde partie, ici 132’, coaxialement (axe A) inter-engagées (ici vissées). Pour son montage, le pion 100’ passe, dans l’exemple, dans un passage 110’ d’un élément 200 unique.

Le pion 100’ et l’élément 200 sont en matériaux différentes, ayant des coefficients de dilatation différents. L’un (a priori le pion 100’) est métallique, l’autre (a priori l’élément 200) est en un composite à matrice céramique. Le pion 100’, ici l’une de ses première et seconde parties, est en outre pourvu(e) d’une zone 141 ’ de fixation à un élément supplémentaire, non représenté. Pour cette fixation, ou liaison supplémentaire, la partie ou fût, ici 131’, du pion présente une excroissance, ici axiale, qui fait saillie de cette première partie 131” en direction opposée à l’élément 200 et à son passage 110’. Le pion 100’ comprend toujours une première partie, ici 131 ’, et une seconde partie, ici 132’.

Des moyens complémentaires de fixation, tel un système à filetage 133’ et taraudage 134’, permettent de fixer ensemble lesdites parties 131’,132’ entre elles, pour lier ensemble les parties du pion, avec l’élément 200 axialement interposé, ici serré, entre elles.

Dans l’exemple, ces moyens complémentaires de fixation sont encore compris dans lesdites parties, ici intégrés à elles, respectivement.

La première partie 131’ du pion et l’élément 200 présentent des première faces respectives 131a’ et 137a’ d’appui entre eux, dans l’exemple par l’intermédiaire d’une rondelle 135’ qui peut être métallique.

La seconde partie 132’ du pion et l’élément 200 présentent par ailleurs des seconde faces respectives 134a’ et 138a’ d’appui entre eux, dans l’exemple par l’intermédiaire d’une rondelle 139’ qui peut être métallique.

Comme précédemment les première et seconde faces respectives 137a’,138a’ de l’élément concerné, ici 200, s’étendent coaxialement (axe A’) autour du (bordent le) passage, ici 110’, considéré.

La forme de la première face d’appui 137a’ dudit élément 200 et celle en regard - face 131a’ de la première partie 131’ du pion, ou rondelle 135’ sont complémentaires, de même pour la forme de la seconde face d’appui 138a’ du même élément 200 et celle en regard - seconde face 134a’ de la seconde partie 132’ du pion, ou rondelle 139’.

Si elles sont présentes, les rondelles 135’ et/ou 139’ peuvent toujours être considérées comme appartenant aux pions, typiquement à l’une ou l’autre de ses parties 131’, 132’, de façon à satisfaire aux règles de convergence précitées.

De nouveau, conformément à l’invention, les premières et secondes faces respectives 131 a’, 137a’ ; 134a’ 138a’ d’appui entre eux des parties 131 ”, 132” du pion de liaison et l’élément support, ici 200, sont orientées suivant des premières et secondes surfaces 150’, 151’ respectives qui présentent entre elles un point de convergence 153’, et ceci tant à froid qu’à chaud, la figure montrant le montage à froid : jeu transversal J1 qui disparaîtra à chaud, avec maintien du point 153’.

Pour favoriser encore davantage la maîtrise et l’équilibre des contraintes mécaniques, le point de convergence 153 ou 153’ des premières et secondes surfaces respectives est, dans les exemples, situé sur l’axe AA.

Dans les trois exemples des figures 5,6,7:

- les premières faces respectives d’appui, telles que 131 a, 137a ; 131 a’, 137a’ (appui direct, ou via la rondelle 135 ou 135’) s’étendent suivant deux premiers cônes respectifs parallèles entre eux, 160,161 ;160’,161’,

- les secondes faces respectives d’appui, telles que 134a, 138a ; 134a’, 138a’ (appui direct, ou via la rondelle 139 ou 139’) s’étendent suivant deux seconds cônes respectifs parallèles entre eux, 170,171 ; 170’, 171’, et

- lesdits premiers et seconds cônes respectifs se rejoignent audit point de convergence 153 ou 153’, sommet commun aux deux cônes, ceci donc tant à froid qu’à chaud, comme l’illustre dans le principe la figure 5 qui s’applique donc aussi au cas des figures 6,7.

Comme pour la première version (figure 5), les cônes précités sont centrés sur l’axe A ou A. Il y a donc une composante de serrage suivant cet axe quand on serre les parties du pion l’une vers l’autre, étant précisé que d’autres moyens qu’un vissage peuvent être prévus.

A la différence près relative à l’un des doubles cônes, il en sera de même dans le cas de la solution proposée figure 8 où les mêmes moyens, ou les moyens assurant les mêmes fonctions, que ceux des modes précédents de réalisation des figures 5-7 ont encore été repérés identiquement à la marque ‘ ou près et où sont superposées les situations à froid et à chaud. On retrouve ainsi les deux parties 131 ”,132” du pion 100” à faces ou surfaces d’appui 131 a”, 134a”, et l’élément intermédiaire (unique ou non; dans l’exemple 200”) dont le passage axialement traversant 110” présente, autour de lui, sur une face, une surface plane 171” et, sur la face opposée, une surface tronconique 161”.

Dans cette solution, qui pourrait aussi s’appliquer dans le cas de deux éléments, tels 20’,26’ comme figure 5 :

- les premières faces respectives d’appui 131 a”, 137a” (appui direct, ou via la rondelle 135”) s’étendent suivant deux premiers cônes respectifs parallèles entre eux 160”, 161”,

- les secondes faces respectives d’appui 134a”, 138a” (appui direct, ou via la rondelle 139”) s’étendent suivant deux seconds plans respectifs parallèles entre eux 170”, 171”, ici confondus, et

- lesdits premiers cônes et seconds plans respectifs se rejoignent audit point de convergence 153”, ceci tant à froid qu’à chaud.

Une liaison, tel un système à filetage et taraudage 134”, existe entre les deux parties du pion 100”, pour les serrer axialement, avec l’élément 200” interposé.

Par ailleurs, et comme schématisé en traits mixtes, le fût 131” peut être pourvu d’une zone 141’ (tel un filetage, ou un embout à coincer) de fixation à un élément supplémentaire, non représenté.

Concernant les applications possibles de la solution de l’invention, elles peuvent donc concerner un ou plusieurs éléments autres que celui/ceux repérés 20’,26’. Et les solutions présentées en référence aux figures précitées peuvent se mixer entre elles.

Dans une autre variante de réalisation, illustrée sur la figure 9, les pions présentés ci-avant sont remplacés par des rivets.

Sur cette figure, où l’on voit une situation à chaud (500°C et plus) et un rivet 100X dans son état assemblé, les mêmes moyens ou les moyens assurant les mêmes fonctions que ceux du premier mode de réalisation des figures 2 à 5 ont été repérés identiquement à la marque « X » près (la référence 100 devient 100X).

Dans cet exemple, de nouveau :

- les premières faces respectives d’appui 131aX,137aX (appui direct, ou via une rondelle) s’étendent suivant deux premiers cônes respectifs parallèles entre eux,

- les secondes faces respectives d’appui 134aX,138aX s’étendent suivant deux seconds cônes respectifs parallèles entre eux, et

- lesdits premiers et seconds cônes respectifs se rejoignent au point de convergence 153X, sommet commun aux deux cônes, ceci donc tant à froid qu’à chaud, comme dans les versions précédentes.

Une rondelle 173 est interposée entre deux des couples des faces précitées. Dans l’exemple, il s’agit des faces d’appui 134aX,138aX situées du côté du fût 175 déformable du rivet. La rondelle 173 est disposée dans le creux défini par ladite seconde face d’appui 138aX de l’élément 26’X (dit second élément) au débouché du passage 120X qui prolonge coaxialement le passage 110X du premier élément 20’X. Dans l’exemple, les deux faces opposées de la rondelle 173 sont respectivement plane (côté appui contre la face 134aX du fût du rivet) et tronconique.

Le rivet 100X comprend une première partie 131X et une seconde partie 132X dans laquelle est engagée la première partie, ici suivant l’axe commun AX. Un pas de vis 181 les relie, à l’endroit du fût 175. Le fût 175, déformable, débouche au-delà du passage 120X de façon à permettre un vissage axial et ainsi une déformation de la zone de fût de la première partie 177, en un bourrelet 183 qui s’appuie sur la face plane de la rondelle 173. Le bourrelet 183 n’existait pas au montage. Le rivet 100X comprend aussi une tête élargie, ici tronconique, 185 appartenant aux deux parties 177 179 interengagées. La zone de la tête élargie 185 qui appartient à la première partie 177 présente la face 131aX tronconique qui s’appuie contre celle137aX de l’élément 20’X.

D’autres particularités évoquées dans les exemples précédents se retrouve aussi dans cette version, telle qu’illustrée. Ainsi, l’un au moins des éléments 20’X,26’X sera a priori au moins en partie en composite CMC, et le pion 100X métallique.

Comme avantages communs de toutes solutions présentées ci-avant on notera encore un serrage constant indépendant de la nature des matériaux choisi et de la thermique, et un encombrement réduit.

Sur les figures 10-11, l’application de la solution de l’invention à la chambre de combustion 12 de turboréacteur double flux montre encore des premier et second éléments 50,52 à assemblés via des pions 100X’, ici métalliques, conformes à l’un des modes de réalisation précédent.

La partie entourée XII sur la figure 11 peut être identique à celle entourée XIII figure 6, avec le point de convergence 153X’.

Les premier et second éléments 50a,50b sont deux parties, réunies à la suite l’une de l’autre, d’une des parois de révolution de la chambre de combustion 12 qui peut être celle de la figure 1. Les éléments 50a,50b sont à coefficients de dilatation thermique différents.

Cette chambre de combustion 12 comprend deux parois de révolution externe 50 (déjà citée) et interne 52 coaxiales, agencées, radialement à l’axe moteur X, l’une à l’intérieur de l’autre. Les parois externe 50 et interne 52, annulaires, sont reliées à leurs extrémités amont à une paroi annulaire de fond de chambre 55 et fixées en aval par des brides annulaires externe et interne (non représentées sur cette figure ; voir figure 1). La bride annulaire externe est en appui radialement externe sur le carter externe 64 (voir figure 1). Le fond de chambre 22 comporte des ouvertures de montage de systèmes d’injection d’un mélange air-carburant dans la chambre 12, l’air provenant du diffuseur centrifuge et le carburant étant amené par des injecteurs 56.

Le fût (ou première partie) 131X du pion 100X’ est ici vissé avec la seconde partie 132X dans laquelle est engagée la première partie qui se prolonge par une excroissance 141’ fixé rigidement avec un bord 500b de la partie 50b à réunir à l’autre partie 50a de la paroi de révolution externe 50 via les pions 100X’ qui sont ici transversaux à l’axe X.

Comme marqué en XIV figure 10, des liaisons identiques - via donc via des pions 100X’ - peuvent être prévues entre la partie aval 52b à réunir à la partie amont 52a de la paroi de révolution interne 52.

Sur les figures 12-13, l’application de la solution de l’invention à un arrière-corps 70 de turboréacteur double flux montre de nouveau des premier et second éléments 71,73 coefficients de dilatation thermique différents, assemblés via des pions 100X” métalliques conformes à l’un des modes de réalisation précédent.

Au niveau de la section d'éjection d’un turboréacteur, les flux primaire et secondaire convergent au niveau d'une tuyère primaire fixée sur un carter de turbine dans le prolongement de celui-ci. La partie externe de cette tuyère primaire constitue l'arrière-corps du moteur.

La liaison schématisée figure 13 peut être identique à celle schématisée figure 4, avec le point de convergence 153X”, avec les parties fixées ensemble : ici, fût fileté 131 et écrou 132, via les passages 110.

Ainsi, les premier et second éléments 71,73 sont en appui l’un contre l’autre, interposés entre l’écrou 132 et le fût 131 qui les serrent ensemble.

Les premier et second éléments 71,73 sont, dans l’exemple, respectivement la tuyère primaire du turboréacteur et des pattes de fixation de îo cette tuyère primaire, à coefficients de dilatation thermique différents entre elles.

Comme marqué en XV figure 12, cette solution peut aussi par exemple s’appliquer à des liaisons (voir repères 100X”) entre la tuyère primaire 71 et une pluralité de tubes 75, par exemple métalliques, qui sont répartis autour de 15 l'axe longitudinal X et qui sont destinés à injecter un fluide à l'extrémité aval de la tuyère primaire.

Claims

REVENDICATIONS

1. Ensemble comprenant au moins un élément (200,200”,20’X,26’X,20”,26”,20’,26’,50a,50b,71,73) en un matériau et au moins un pion de liaison (100,100’,100”,100X,100X”) en un matériau différent, les matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents,

- le pion de liaison étant engagé suivant une direction (Α,Α’,Αχ) dans un passage (110,110’,110”) dudit élément, et

- le pion et l’élément présentant, pour être liés, des premières faces respectives d’appui entre eux et des secondes faces respectives d’appui entre eux, les premières et secondes faces ayant chacune au moins une composante suivant ladite direction (Α,Α’,Αχ) d’engagement du pion, caractérisé en ce que :

- transversalement à la direction suivant laquelle le pion est engagé dans le passage, un jeu (J1 ) existe entre une partie au moins du pion et ledit au moins un élément, à température ambiante, et,

- les premières et secondes faces respectives d’appui entre eux du pion et dudit au moins un élément sont orientées suivant des premières et secondes surfaces respectives qui présentent entre elles un point de convergence (153,153’, 153”, 153x, 153x’, 153x”).
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel:

- ledit au moins un élément comprend un premier élément et un second élément (200,20’X,26’X,20”,26”,20’,26’,50a,50b,71,73), dans des matériaux différents ayant des coefficients de dilatation thermique différents,

- le matériau dudit au moins un pion de liaison (100,100’, 100X,100X”) est de préférence celui du premier élément ou du second élément, et

- le pion de liaison comprend une première partie (131,131’, 131 ”,131 x) et une seconde partie (132,132’,132”, 132x) pourvues de moyens (13T, 131,133,181) de fixation complémentaires, afin de les fixer ensemble, avec les premier et second éléments interposés entre eux.
3. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel:

- ledit au moins un élément comprend un premier élément (20”,200”),

- l'ensemble comprend en outre un second élément (26”) à fixer avec le premier élément et dans un matériau différent de celui du premier élément, avec un coefficient de dilatation thermique différent, et,

- le pion (100”) de liaison comprend une première partie (131”) et une seconde partie (132”),

- lesdites première et seconde parties étant pourvues de premiers moyens (134”) de fixation complémentaires, afin de les fixer ensemble, et

- l’une au moins des première et seconde parties et le second élément étant pourvus de seconds moyens (141,141’) de fixation complémentaires afin de les fixer ensemble.
4. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel :

- le matériau dudit au moins un pion de liaison (100,100’, 100X,100X”) est de préférence celui du second élément,

- le jeu transversal (J1) est établi entre l'une desdites parties du pion, qui traverse les premier et second éléments, et le premier élément, lequel est formé dans le matériau différent de celui de cette dite partie.
5. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel :

- le pion (100”) est métallique,

- et le matériau du premier élément est en composite à matrice céramique (CMC).
6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le pion comprend un fût (131,131’, 131 ”, 131X, 131X’) et ledit jeu transversal (J1) est établi entre le fût et le premier élément qu’il traverse.
7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, à au moins 400°C:

- transversalement à la direction d’engagement (Α,Α’,Αχ) du pion (100,100’, 100”, 100X, 100X”), ledit jeu (J1) qui existait à température ambiante autour du pion a diminué, et,

- lesdites premières et secondes faces respectives d’appui sont orientées suivant des premières et secondes surfaces respectives qui présentent entre elles le même point de convergence (153,153’,153”,153x,153x’,153x”) que celui qui existe à température ambiante.
8. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :

- Ie(s)dit(s) passage(s) et le pion (100,100’,100”,100X,100X”) engagé sont coaxiaux, et

- le point (153,153’,153”,153x,153x’,153x”) de convergence des premières et secondes surfaces respectives d’appui est situé sur ledit axe (ΑΑ’,ΑΧ).
9. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :

- les premières faces respectives d’appui s’étendent suivant deux premiers cônes respectifs parallèles entre eux,

- les secondes faces respectives d’appui s’étendent suivant deux seconds cônes respectifs parallèles entre eux, et

- lesdits premiers et seconds cônes respectifs se rejoignent audit point de convergence ( 100,100’, 100”, 100X, 100X”).
10. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :

- les premières faces respectives d’appui s’étendent suivant deux premiers cônes respectifs parallèles entre eux,

- les secondes faces respectives d’appui s’étendent suivant deux seconds plans respectifs (170”, 171”) parallèles entre eux, et

- lesdits premiers cônes et seconds plans respectifs se rejoignent audit point de convergence (153”).
11. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un élément (200,200”,20’X,26’X,20”,26”,20’,26’,50a,50b,71,73) dans lequel le pion (100,100’,100”,100X,100X”) est engagé est au moins en partie en composite à matrice céramique, et le pion est métallique.
12. Ensemble selon la revendication 2 ou la revendication 3, seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 4 à 11, dans lequel :

- l’un des premier et second éléments comprend un élément annulaire sectorisé lié à un carter extérieur (22) annulaire de turbine d’une turbomachine à gaz pour aéronef et comprenant l’un parmi :

-- des secteurs d'anneau (20,20’,20”) qui sont disposés bout à bout circonférentiellement et sont suspendus au carter extérieur,

-- des secteurs de plateforme extérieure (48,66) d’aubes d’un distributeur de ladite turbine,

- l’autre des premier et second éléments (20’,26’,26”,20’X,200,200’,26’X) comprend au moins une patte annulaire (26,26’,26”), pour :

-- fixer les secteurs d'anneau avec le carter extérieur (22), par l'intermédiaire d’un support annulaire (24), ou

-- positionner radialement, par rapport à ladite patte annulaire, les secteurs de plateforme extérieure (48,66) d’aubes de distributeur.
13. Ensemble selon la revendication 2 ou la revendication 3, seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 4 à 11, dans lequel les premier et second éléments comprennent des parties respectives d’un arrière-corps (70) ou d’une chambre de combustion (12) de turboréacteur double flux pour aéronef.
14. Turbomachine à gaz pour aéronef comprenant l’ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes.