FR3114848A1 - Cône d’échappement pour une turbomachine - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un cône d’échappement pour une turbomachine d’aéronef, s’étendant selon un axe, ledit cône comprenant une paroi annulaire radialement interne et une peau multiperforée, radialement externe et entourant ladite paroi interne (18), des cloisons (11) montées radialement entre la peau externe et la paroi interne (18) de façon à délimiter avec elles des caissons résonateurs (14), les cloisons (11) étant fixées sur la paroi interne (18) par l’intermédiaire d’organes de fixation (21, 22, 23), caractérisé en ce que lesdites cloisons (11) comportent des cloisons de forme générale ondulée, s’étendant dans la direction générale de l’axe (X) du cône (1), les ondulations s’étendant circonférentiellement de part et d’autre d’un plan médian radial s’étendant suivant ledit axe (X). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 5

Description

Cône d’échappement pour une turbomachine
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un cône d’échappement pour une turbomachine d’aéronef, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.
Etat de la technique antérieure
La demande de brevet FR 2 987 079 divulgue un cône d’échappement 1 pour une turbomachine de l’art antérieur. Comme illustré aux figures 1 à 3, celui-ci s’étend suivant un axe X qui est confondu avec l’axe de la turbomachine. Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à cet axe. Par ailleurs, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine.
Le cône d’échappement comporte une partie amont 2 et une partie aval 3.
La partie amont 2 comporte un organe annulaire axialement médian 4, s’étendant suivant l’axe X et présentant une extrémité amont 5 et une extrémité aval 6 de formes évasées. Un flasque annulaire amont 7 est fixé à l’extrémité amont 5 de l’organe médian 4, un flasque annulaire aval 8 étant fixé à l’extrémité aval 6.
Des moyens d’atténuation acoustiques 9 sont montés autour de l’organe médian 4 et des flasques 7, 8. Les moyens d’atténuation acoustique 9 comportent une peau multiperforée 10, qui est sectorisée, entourant l’organe 4 et les flasques 7, 8, et des cloisons 11, 12 s’étendant radialement entre ladite peau 10 et la paroi annulaire de l’organe médian 4. Lesdites cloisons 10, 11 comportent en particulier des cloisons planes s’étendant axialement 10 et des cloisons planes s’étendant circonférentiellement 11. Les cloisons 10, 11 sont ainsi perpendiculaires et fixées entre elles par l’intermédiaire d’équerres boulonnées 13. Les cloisons 11, 12, la peau multiperforée 10 et la paroi de l’organe médian 4 délimitent des caissons résonateurs 14 de type Helmholtz, destinés à absorber un maximum d’énergie autour de leur fréquence de résonance qui est déterminée en fonction des dimensions des caissons 14 et des caractéristiques des perforations de la peau multiperforée 10. Ces caissons 14 permettent d’atténuer dans une certaine gamme de fréquence les ondes acoustiques produites à l’extrémité aval de la veine, dite primaire, délimitée entre le cône d’échappement 1 et une tuyère d’échappement de la turbomachine.
La partie aval 3 du cône d’échappement 1 comporte une zone amont 15 de forme évasée, qui est fixée au flasque aval, et qui se prolonge par une zone aval 16 tubulaire dont l’extrémité libre 17 correspond à l’extrémité aval du cône d’échappement 1.
Le cône 1 comporte en outre une bride de fixation annulaire, non représentée, destinée à assurer la fixation de l’extrémité amont du cône d’échappement 1 sur un carter d’échappement de la turbomachine. La bride de fixation est fixée sur le flasque amont 7 par l’intermédiaire de pattes de fixation élastiquement déformables, aptes à compenser d’éventuels phénomènes de dilatations différentielles dus à des différences de matériaux entre la bride de fixation et le flasque amont 7.
Il existe aujourd’hui un besoin de prévoir des cloisons 11, 12 présentant d’autres types de formes et de pouvoir assurer leur fixation tout en prenant en compte les phénomènes de dilatations différentielles, de façon à limiter les contraintes mécaniques sur les différents éléments. Il existe également un besoin de réaliser certains éléments dans des matériaux plus légers, tels par exemple que des matériaux composites à matrice céramiques (C.M.C.).
Présentation de l’invention
L’invention vise à répondre à ces besoins, de manière simple, fiable et peu onéreuse.
A cet effet, l’invention concerne un cône d’échappement pour une turbomachine d’aéronef, s’étendant selon un axe, ledit cône comprenant une paroi annulaire radialement interne et une peau multiperforée, radialement externe et entourant ladite paroi interne, des cloisons montées radialement entre la peau externe et la paroi interne de façon à délimiter avec elles des caissons résonateurs, les cloisons étant fixées sur la paroi interne par l’intermédiaire d’organes de fixation, caractérisé en ce que lesdites cloisons comportent des cloisons de forme générale ondulée, s’étendant dans la direction générale de l’axe du cône, les ondulations s’étendant circonférentiellement de part et d’autre d’un plan médian radial s’étendant suivant ledit axe.
L’utilisation de cloisons ondulées permet d’assurer la souplesse des cloisons et compenser d’éventuels phénomènes de dilatations différentielles.
Deux cloisons ondulées adjacentes peuvent présenter des ondulations en contact les unes par rapport aux autres au niveau de zones de contact, de façon à délimiter des caissons entre lesdites ondulations. Les cloisons adjacentes peuvent être fixées l’une à l’autre au niveau des zones de contact, par exemple par boulonnage, soudage ou brasage.
La peau multiperforée peut être réalisée en un matériau composite à matrice céramique, par exemple du type oxyde/oxyde.
Les cloisons peuvent être réalisée en un matériau métallique, par exemple du type Inconel 625 ou 718, Waspaloy ou A286.
La paroi interne peut être réalisée en un matériau composite à matrice céramique, notamment du type oxyde/oxyde.
Le cône peut être dépourvu de cloisons planes s’étendant dans la direction circonférentielle et montées radialement entre la peau externe et la paroi interne.
Au moins une cloison peut être fixée à la paroi interne par l’intermédiaire d’au moins un premier organe de fixation et d’au moins un deuxième organe de fixation, chaque organe de fixation comporte une première partie de fixation fixée à la paroi annulaire et une seconde partie de fixation fixée à la cloison correspondante, les secondes parties de fixation des organes de fixation de la cloison étant décalées axialement et/ou radialement l’une de l’autre, le deuxième organe de fixation comportant une partie souple élastiquement déformable, apte à autoriser le déplacement de la seconde partie de fixation correspondante par rapport à la première partie de fixation correspondante.
Le premier organe de fixation peut être indéformable ou peu déformable (et être alors assimilé à un organe de fixation indéformable).
En d’autres termes, les organes de fixation sont conçus de façon à ce que le déplacement de la seconde partie de fixation du premier organe par rapport à la première partie de fixation du premier organe est inférieure au déplacement de la seconde partie de fixation du deuxième organe par rapport à la première partie de fixation du deuxième organe.
Une telle configuration permet de réduire les contraintes mécaniques exercées sur la paroi interne et/ou sur les cloisons, en particulier en cas de dilatations différentielles en fonctionnement. En effet, le premier organe de fixation assure le positionnement de la cloison correspondante et le deuxième organe de fixation est apte à se déformer de manière à accompagner naturellement le déplacement de la zone correspondante de la cloison par rapport à la paroi interne du aux dilatations différentielles.
De préférence, les cloisons ne sont pas fixées à la peau externe.
La partie souple du deuxième organe de fixation peut être apte à autoriser un déplacement circonférentiel et/ou un déplacement axial, de la seconde partie de fixation par rapport à la première partie de fixation.
Le déplacement axial autorisé par la partie souple peut être inférieur à 5 mm par exemple.
Le déplacement radial autorisé par la partie souple peut être inférieur à 5 mm par exemple.
Le premier organe de fixation peut être situé au niveau d’une zone axialement médiane de la cloison.
Au moins un deuxième organe de fixation est situé au niveau d’une extrémité axiale de la cloison.
Un deuxième organe de fixation peut être situé au niveau de chaque extrémité axiale de la cloison.
Au moins un deuxième organe de fixation peut être situé au niveau d’une zone axialement médiane de la cloison.
Bien entendu, un deuxième organe de fixation peut être situé au niveau de n’importe quelle zone de la cloison.
La partie souple peut être une partie s’étendant uniquement dans la direction circonférentielle ou dans la direction axiale.
La partie souple peut être une partie s’étendant à la fois dans la direction circonférentielle ou dans la direction axiale, et dans la direction radiale.
La partie souple peut être une partie plane. La première partie de fixation et/ou la seconde partie de fixation du premier organe de fixation et/ou du deuxième organe de fixation peut être plane.
Les parties de fixation de chaque organe de fixation peuvent être fixées à la cloison ou à la paroi interne correspondante par boulonnage, rivetage, brasage ou soudage. Le type de fixation utilisée est notamment fonction des matériaux utilisés pour la réalisation de la paroi interne, de la cloison et/ou des organes de fixation.
La paroi interne peut être formée au moins en partie par un organe annulaire axialement médian, s’étendant suivant l’axe du cône d’échappement et présentant une extrémité amont et une extrémité aval de forme évasée. Un flasque annulaire amont peut être fixé à l’extrémité amont de l’organe médiane, un flasque annulaire aval pouvant fixé à l’extrémité aval.
Le cône d’échappement peut comporter une partie aval comportant une zone amont de forme évasée, qui est fixée au flasque aval, et qui se prolonge par une zone aval tubulaire dont l’extrémité libre correspond à l’extrémité aval du cône d’échappement.
Le cône d’échappement peut comporter une bride de fixation annulaire, destinée à assurer la fixation de l’extrémité amont du cône d’échappement sur un carter d’échappement de la turbomachine. La bride de fixation peut être fixée sur la paroi interne ou sur le flasque amont par l’intermédiaire de pattes de fixation élastiquement déformables, aptes à compenser d’éventuels phénomènes de dilatations différentielles.
Le cône peut comporter des cloisons longitudinales droites et des cloisons circonférentielles souples de forme arrondies ou ondulées. Les cloisons circonférentielles peuvent présenter une forme générale tronconique.
L’invention concerne également une turbomachine d’aéronef, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un cône d’échappement du type précité.
L’invention concerne également un aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une turbomachine du type précité.
Brève description des figures
est une vue en perspective et avec arrachement partiel, d’un cône d’échappement de l’art antérieur,
est une vue en perspective d’une partie du cône d’échappement de la figure 1,
est une vue en perspective du cône d’échappement de la figure 1, dans laquelle la peau externe a été retirée,
est une vue en perspective et en coupe longitudinale d’une partie d’un cône d’échappement selon l’invention,
est une vue en perspective représentant la fixation de cloisons sur une partie de la paroi interne du cône d’échappement,
est une vue de détail d’une partie de la figure 5,
est une vue de détail d’une partie de la figure 5,
est une vue de détail d’une partie de la figure 5.
Description détaillée de l’invention
Les figures 4 à 8 illustrent un cône d’échappement 1 pour une turbomachine d’aéronef, conformément à une forme de réalisation de l’invention. Celui-ci s’étend selon un axe X et comporte, de l’amont vers l’aval, c’est-à-dire de gauche à droite à la figure 4, une partie amont 2 comprenant une bride de fixation 17 ainsi qu’une paroi radialement interne 18 entourée par une peau externe 10, et une partie aval 3.
La bride de fixation 17 est annulaire et est destinée à assurer la fixation de l’extrémité amont du cône d’échappement 1 sur un carter d’échappement de la turbomachine. La bride de fixation 17 est fixée sur la paroi interne 18 par l’intermédiaire de pattes de fixation élastiquement déformables 19, aptes à compenser d’éventuels phénomènes de dilatations différentielles.
La paroi interne 18 peut être réalisée en un matériau composite à matrice céramique, notamment du type oxyde/oxyde.
La peau externe 10 est multiperforée et peut être réalisée en un matériau composite à matrice céramique, par exemple du type oxyde/oxyde
Des cloisons 11 sont montées radialement entre la peau externe 10 et la paroi interne 18 de façon à délimiter avec elles des caissons résonateurs 14. Les cloisons 11 sont de forme générale ondulée et s’étendent dans la direction générale de l’axe X du cône 1, les ondulations s’étendant circonférentiellement de part et d’autre d’un plan médian radial s’étendant suivant ledit axe X. Les cloisons 11 peuvent être réalisée en un matériau métallique, par exemple du type Inconel 625 ou 718, Waspaloy matériau composite à matrice céramique, par exemple du type oxyde/oxyde
Les cloisons ondulées 11 adjacentes deux à deux présentent des ondulations en contact les unes par rapport aux autres au niveau de zones de contact 20, de façon à délimiter les caissons 14 entre lesdites ondulations. Les cloisons adjacentes 11 peuvent être fixées l’une à l’autre au niveau des zones de contact 20, par exemple par boulonnage, soudage ou brasage.
Chaque cloison 11 est fixée à la paroi interne 18 par l’intermédiaire d’organes de fixation 21, 22, en particulier, un premier organe de fixation 21 et au moins un deuxième organe de fixation 22, 23.
Chaque organe de fixation 21, 22 comporte une première partie de fixation 24 fixée à la paroi annulaire 18 et une seconde partie de fixation 25 fixée à la cloison correspondante, décalées axialement et/ou radialement les unes par rapport aux autres.
Chaque premier organe de fixation 21 est indéformable ou peu déformable (et être alors assimilé à un organe de fixation indéformable).
Chaque deuxième organe de fixation 22 comporte une partie souple 26 élastiquement déformable, apte à autoriser le déplacement de la seconde partie de fixation 25 correspondante par rapport à la première partie de fixation 24 correspondante.
En d’autres termes, les organes de fixation 21, 22 sont conçus de façon à ce que le déplacement de la seconde partie de fixation 25 du premier organe 21 par rapport à la première partie de fixation 24 du premier organe 21 est inférieure au déplacement de la seconde partie de fixation 25 du deuxième organe 22, 23 par rapport à la première partie de fixation 24 du deuxième organe 22, 23.
Une telle configuration permet de réduire les contraintes mécaniques exercées sur la paroi interne 18 et/ou sur les cloisons 11, en particulier en cas de dilatations différentielles en fonctionnement. En effet, les premiers organes de fixation 21 assurent le positionnement de la cloison correspondante 11 et les deuxièmes organes de fixation 22, 23 sont aptes à se déformer de manière à accompagner naturellement le déplacement des cloisons 11 par rapport à la paroi interne 18 du aux dilatations différentielles.
La partie souple 26 de chaque deuxième organe de fixation 22, 23 est ainsi apte à autoriser un déplacement circonférentiel et/ou un déplacement axial, de la seconde partie de fixation 25 par rapport à la première partie de fixation 24.
Le déplacement axial autorisé par la partie souple 26 peut être inférieur à 5 mm par exemple. Le déplacement radial autorisé par la partie souple 26 peut être inférieur à 5 mm par exemple.
Chaque premier organe de fixation 21 est par exemple situé au niveau d’une zone axialement médiane de la cloison 11 correspondante. Au moins un deuxième organe de fixation 22, 23 peut être situé au niveau d’une extrémité axiale de la cloison 11 et/ou au niveau d’une zone axialement médiane de la cloison 11.
La partie souple 26 peut être une partie s’étendant uniquement dans la direction circonférentielle, notamment lorsque l’organe de fixation 22 est situé à une extrémité axiale de la cloison 11.
La partie souple 26 peut également être une partie s’étendant à la fois dans la direction circonférentielle et dans la direction radiale, notamment lorsque l’organe de fixation 23 est situé dans une zone axialement médiane de la cloison 11.
Les parties de fixation 24, 25 de chaque organe de fixation 21, 22, 23 peuvent être fixées à la cloison 11 ou à la paroi interne 18 correspondante par boulonnage, rivetage, brasage ou soudage. Le type de fixation utilisée est notamment fonction des matériaux utilisés pour la réalisation de la paroi interne 18, de la cloison 11 et/ou des organes de fixation 21, 22, 23.

Claims (10)

  1. Cône d’échappement (1) pour une turbomachine d’aéronef, s’étendant selon un axe (X), ledit cône (1) comprenant une paroi annulaire radialement interne (18) et une peau multiperforée (10), radialement externe et entourant ladite paroi interne (18), des cloisons (11) montées radialement entre la peau externe (10) et la paroi interne (18) de façon à délimiter avec elles des caissons résonateurs (14), les cloisons (11) étant fixées sur la paroi interne (18) par l’intermédiaire d’organes de fixation (21, 22, 23), caractérisé en ce que lesdites cloisons (11) comportent des cloisons de forme générale ondulée, s’étendant dans la direction générale de l’axe (X) du cône (1), les ondulations s’étendant circonférentiellement de part et d’autre d’un plan médian radial s’étendant suivant ledit axe (X).
  2. Cône d’échappement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’au moins une cloison (11) est fixée à la paroi interne (18) par l’intermédiaire d’au moins un premier organe de fixation (21) et d’au moins un deuxième organe de fixation (22, 23), chaque organe de fixation (21, 22, 23) comporte une première partie de fixation (24) fixée à la paroi annulaire (21) et une seconde partie de fixation (25) fixée à la cloison (11) correspondante, les secondes parties de fixation (25) des organes de fixation (21, 22, 23) de la cloison (11) étant décalées axialement et/ou radialement l’une de l’autre, le deuxième organe de fixation (22, 23) comportant une partie souple (26) élastiquement déformable, apte à autoriser le déplacement de la seconde partie de fixation (25) correspondante par rapport à la première partie de fixation (24) correspondante.
  3. Cône d’échappement (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie souple (26) du deuxième organe de fixation (22, 23) est apte à autoriser un déplacement circonférentiel et/ou un déplacement axial, de la seconde partie de fixation (25) par rapport à la première partie de fixation (24).
  4. Cône d’échappement (1) selon l’une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le premier organe de fixation (21) est situé au niveau d’une zone axialement médiane de la cloison (11).
  5. Cône d’échappement (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’au moins un deuxième organe de fixation (22) est situé au niveau d’une extrémité axiale de la cloison (11).
  6. Cône d’échappement (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu’au moins un deuxième organe de fixation (23) est situé au niveau d’une zone axialement médiane de la cloison (11).
  7. Cône d’échappement (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie souple (26) est une partie s’étendant uniquement dans la direction circonférentielle.
  8. Cône d’échappement (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie souple (26) est une partie s’étendant à la fois dans la direction circonférentielle et dans la direction radiale.
  9. Turbomachine d’aéronef, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un cône d’échappement (1) selon l’une des revendications 1 à 8.
  10. Aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une turbomachine selon la revendication 9.
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