FR3124228A1 - Bride de liaison pour le raccordement d’un carter d’échappement et d’un cône d’éjection de gaz d’échappement d’un turboréacteur d’aéronef - Google Patents
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Abstract
Bride de liaison pour le raccordement des extrémités annulaires (5, 4) d’un cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et d’un carter d’échappement (2) d’un turboréacteur d’aéronef, comprenant des premier et deuxième éléments (7, 8) aptes à coopérer pour se déplacer l’un par rapport à l’autre selon une liaison mécanique de type rotule, et des moyens de fixation de la bride de liaison (6) sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et sur le carter d’échappement (2). Figure pour l’abrégé : Fig 2A
Description
La présente invention concerne, de manière générale, l’extrémité aval d’un turboréacteur pour aéronef et notamment l’assemblage d’un cône d’éjection de gaz d’échappement et d’un carter d’échappement d’un
Plus précisément, l’invention se rapporte à une bride de liaison pour le raccordement des extrémités annulaires du cône d’éjection de gaz d’échappement et du carter d’échappement d’un turboréacteur d’aéronef ainsi qu’un système d’échappement comportant de telles brides.
Classiquement, le système d’échappement d’un turboréacteur d’aéronef, disposé en aval de la turbine, comprend d’amont en aval un carter d’échappement métallique et un cône d’éjection de gaz d’échappement, communément désigné en termes anglo-saxons « plug », formé par un matériau composite à matrice céramique, dit matériau CMC.
La différence de matériaux entre les deux structures engendre des problèmes de dilatation thermique. Les contraintes générées par de tels écarts de dilatation ne sont pas compatibles avec des matériaux composites à matrice céramique et fragilisent la structure.
Etat de la technique
Une solution connue consiste à doter le système d’échappement d’une pièce d’interface entre le carter d’échappement et le cône d’éjection de gaz d’échappement. La pièce d’interface est un support souple en métal qui permet, grâce sa déformation, d’absorber les déplacements relatifs entre les deux matériaux.
Il existe de nombreuses variantes de formes du support souple. Selon un exemple, le document WO2020030858A1 décrit un support souple formant une bride de liaison et comportant une partie annulaire raccordée à une virole annulaire interne du carter d’échappement et intégrant des pattes flexibles adaptées pour être fixées sur le cône d’éjection de gaz d’échappement.
Néanmoins, le support souple reste limitant par sa masse, atteignant jusqu’à près de 30% de la masse de l’arrière corps du turboréacteur pour des petits diamètres de structures, mais aussi par son coût et sa complexité d’usinage.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer une bride de liaison isostatique autorisant le déplacement relatif entre un carter d’échappement et un cône d’éjection de gaz d’échappement d’un turboréacteur d’aéronef, dont la masse est réduite, qui soit simple à fabriquer et peu coûteuse.
Il est donc proposé une bride de liaison pour le raccordement des extrémités annulaires d’un cône d’éjection de gaz d’échappement et d’un carter d’échappement d’un turboréacteur d’aéronef, comprenant des premier et deuxième éléments aptes à coopérer pour se déplacer l’un par rapport à l’autre selon une liaison mécanique de type rotule, et des moyens de fixation de la bride de liaison sur le cône d’éjection de gaz d’échappement et sur le carter d’échappement.
Selon un mode de réalisation, le premier élément peut être une bielle et le deuxième élément peut être une rotule, les deux têtes de bielle comportant chacune une rotule fixée sur un axe support s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal d’une entretoise, les moyens de fixation de la bride de liaison sur le cône d’éjection de gaz d’échappement et sur le carter d’échappement étant disposés sur chacune des deux entretoises disposées aux extrémités de la bielle.
Avantageusement, les deux entretoises peuvent comporter un filetage pour la fixation de la bride de liaison sur le carter d’échappement ou sur le cône d’éjection de gaz d’échappement.
L’invention concerne également un système d’échappement pour turboréacteur d’aéronef, comprenant :
un cône d’éjection de gaz d’échappement ;
un carter d’échappement : et
des moyens de liaison raccordant le cône d’éjection de gaz d’échappement et le carter d’échappement.
En outre, les moyens de liaison comportent au moins quatre brides de liaison comportant des premier et deuxième éléments aptes à coopérer pour se déplacer l’un par rapport à l’autre selon une liaison mécanique de type rotule, et des moyens de fixation de la bride de liaison sur le cône d’éjection de gaz d’échappement et sur le carter d’échappement, le système d’échappement comprenant trois points de fixation des brides de liaison sur le carter d’échappement et trois points de fixation des brides de liaison sur le cône d’éjection de gaz d’échappement.
Selon un mode réalisation, le premier élément peut être une bielle et le deuxième élément peut être une rotule, les deux têtes de bielle comportant chacune une rotule fixée sur un axe support s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal d’une entretoise, les moyens de fixation de la bride de liaison sur le cône d’éjection de gaz d’échappement et sur le carter d’échappement étant disposés sur chacune des deux entretoises disposées aux extrémités de la bielle.
De préférence, chacune des quatre brides de liaison comprend une des deux têtes de bielle fixée sur le même axe support qu’une deuxième des brides de liaison de façon à former les trois points de fixation des brides de liaison sur le carter d’échappement et les trois points de fixation des brides de liaison sur le cône d’éjection de gaz d’échappement.
Avantageusement, les deux entretoises peuvent comporter un filetage pour la fixation de la bride de liaison sur le carter d’échappement ou sur le cône d’éjection de gaz d’échappement.
De préférence, une première extrémité des brides de liaison est fixée sur une extrémité annulaire du carter d’échappement et une deuxième extrémité des brides de liaison est fixée dans le plan de gravité du cône d’éjection de gaz d’échappement.
Selon une caractéristique, le carter d’échappement peut être en métal et le cône d’éjection de gaz d’échappement peut être en composite à matrice céramique.
L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’une bride de liaison pour le raccordement d’un cône d’éjection de gaz d’échappement et d’un carter d’échappement, comportant la fabrication d’une bride de liaison telle que définie précédemment, réalisée en partie ou en intégralité par fabrication additive.
D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence au dessin annexé sur lequel :
Exposé détaillé d’un mode de réalisation
La illustre un mode de réalisation d’un système d’échappement 1 pour turboréacteur d’aéronef.
Le système d’échappement 1 comporte un carter d’échappement 2 et un cône d’éjection de gaz d’échappement 3. Une extrémité annulaire 4 du carter d’échappement 2 et une extrémité annulaire 5 du cône d’éjection de gaz d’échappement 3, s’étendant autour d’un axe X, sont raccordées par des moyens de liaison. L’axe X est l’axe longitudinal ou axe de rotation de la turbomachine.
Dans l’exemple illustré, le carter d’échappement 2 est en métal et le cône d’éjection de gaz d’échappement 3 est en matériau composite à matrice céramique.
Les moyens de liaison comprennent au moins quatre brides de liaison 6. Chaque bride de liaison 6 comprend des premier et deuxième éléments, respectivement 7 et 8, aptes à coopérer pour se déplacer l’un par rapport à l’autre selon une liaison mécanique de type rotule.
Par liaison mécanique de type rotule, on entend une liaison entre deux éléments sphériques liés de façon à être bloqués l’un par rapport à l’autre en translation, mais libres en rotation.
Les brides de liaison 6 autorisent le déplacement du cône d’éjection de gaz d’échappement et du carter d’échappement l’un par rapport à l’autre.
Le cône d’éjection de gaz d’échappement 3 peut ainsi se déplacer librement de manière radiale au niveau de chacune des brides de liaison 6, indépendamment du carter d’échappement 2, en particulier lors de sa dilatation thermique.
Dans ce contexte, la direction radiale est considérée relativement à l’axe X.
Comme on peut le voir sur les vues en coupe d’un premier type et d’un second type de point de fixation de la bride de liaison 6 sur le système d’échappement 1, illustrés respectivement aux figures 2A et 2B, le premier élément 7 est une bielle et le deuxième élément 8 est une rotule. La bielle représentée est une bielle à tête rotulée.
Les deux têtes de la bielle 7 de chaque bride de liaison 6 comprennent chacune une rotule 8. La rotule 8 est fixée sur un axe support 9 qui s’étend perpendiculairement à l’axe longitudinal d’une entretoise 10 sur lequel il est fixé. Avantageusement, deux circlips 11 et 12 peuvent maintenir la tête de bielle 7 sur l’axe support 9.
En outre, les brides de liaison 6 comprennent des moyens de fixation pour la fixation de la bride de liaison sur le cône d’éjection de gaz d’échappement 3 et sur le carter d’échappement 2.
A cet égard, chaque entretoise 10, disposée aux deux extrémités de la bielle 7 et donc aux deux extrémités de chaque bride de liaison 6, comporte un filetage 13.
Dans cet exemple, la bride de liaison 6 comprend un ensemble vis 14 et rondelle 15, la vis 14 coopérant avec le filetage 13 de l’entretoise 10.
Une première extrémité des brides de liaison 6 est fixée sur l’extrémité annulaire 4 du carter d’échappement 2 et une deuxième extrémité des brides de liaison est fixée sur la surface interne du cône d’éjection de gaz d’échappement 3, de préférence, dans le plan de gravité du cône d’éjection de gaz d’échappement 3. Le plan de gravité est représenté sur la , portant la référence PG et passant par le centre de gravité CG.
La est une représentation schématique de l’arrangement des brides de liaison 6 sur le système d’échappement 1. Le système d’échappement 1 illustré comprend trois points de fixation 16, 17 et 18 des brides de liaison 6 sur le carter d’échappement 2 et trois points de fixation 19, 20 et 21 des brides de liaison 6 sur le cône d’éjection de gaz d’échappement 3.
Pour cela, dans l’exemple illustré, chacune des quatre brides de liaison 6 comprend une première des deux têtes de bielle 7 fixée sur le même axe support 9 et entretoise 10 qu’une deuxième des brides de liaison 6. La deuxième des deux têtes de bielle 7 est fixée sur un axe support 9 et une entretoise 10 qui lui sont propres.
Ainsi, la tête de bielle 7 de deux brides de fixation 6 sont fixées sur l’axe support 9 disposé au niveau des points de fixation 18 et 19, respectivement sur le carter d’échappement 2 et sur le cône de gaz d’échappement 3.
Comme on peut le voir sur la , le système d’échappement 1 de l’exemple illustré comporte trois brides de liaison 6, disposées sensiblement à 120° les unes des autres.
On pourra également prévoir que le système d’échappement 1 comprenne un nombre supérieur à quatre brides de liaison 6.
Selon un autre mode de réalisation, on pourra prévoir que l’entretoise 10 forme un ensemble avec le carter d’échappement 2 et/ou le cône de gaz d’échappement 3. L’ensemble de l’entretoise 10 et du carter d’échappement 2 et/ou l’ensemble de l’entretoise 10 et du cône de gaz d’échappement formant ainsi avantageusement chacun une seule pièce.
Selon un exemple, l’entretoise 10 du carter d’échappement 2 peut être fabriquée par fabrication additive sur le carter d’échappement 2.
Selon un exemple, l’entretoise 10 du cône d’éjection 3 peut être une préforme CMC co-injectée avec la préforme du cône d’éjection 3.
Dans ce mode de réalisation l’entretoise ne comporte, avantageusement, pas de filetage, l’ensemble vis/rondelle n’étant pas nécessaire.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une bride de liaison 6 comme décrite précédemment pour le raccordement du cône d’éjection de gaz d’échappement 3 et du carter d’échappement 2. Le procédé de fabrication comprend au moins une étape ou l’ensemble des étapes de fabrication de la bride de liaison 6 réalisée par fabrication additive.
Les brides de liaison 6 permettent de libérer localement les déplacements radiaux entre le carter d’échappement 2 et le cône d’éjection de gaz d’échappement 3 et annule les effets de la dilation thermique tout en continuant d’assurer la transmission des efforts de structures.
Claims (10)
- Bride de liaison pour le raccordement des extrémités annulaires (5, 4) d’un cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et d’un carter d’échappement (2) d’un turboréacteur d’aéronef, comprenant des premier et deuxième éléments (7, 8) aptes à coopérer pour se déplacer l’un par rapport à l’autre selon une liaison mécanique de type rotule, et des moyens de fixation de la bride de liaison (6) sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et sur le carter d’échappement (2).
- Bride de liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément (7) est une bielle et le deuxième élément (8) est une rotule, les deux têtes de bielle (7) comportant chacune une rotule (8) fixée sur un axe support (9) s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal d’une entretoise (10), les moyens de fixation de la bride de liaison (6) sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et sur le carter d’échappement (2) étant disposés sur chacune des deux entretoises (10) disposées aux extrémités de la bielle (7).
- Bride de liaison selon la revendication 2, caractérisée en ce les deux entretoises (10) comportent un filetage (13) pour la fixation de la bride de liaison (6) sur le carter d’échappement (2) ou sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3).
- Système d’échappement pour turboréacteur d’aéronef, comprenant :
un cône d’éjection de gaz d’échappement (3) ;
un carter d’échappement (2) : et
des moyens de liaison raccordant le cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et le carter d’échappement (2),
caractérisé en ce que les moyens de liaison comportent au moins quatre brides de liaison (6) comportant des premier et deuxième éléments (7, 8) aptes à coopérer pour se déplacer l’un par rapport à l’autre selon une liaison mécanique de type rotule, et des moyens de fixation de la bride de liaison (6) sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et sur le carter d’échappement (2), le système d’échappement (1) comprenant trois points de fixation (16, 17, 18) des brides de liaison (6) sur le carter d’échappement (2) et trois points de fixation (19, 20, 21) des brides de liaison (6) sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3). - Système d’échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier élément (7) est une bielle et le deuxième élément (8) est une rotule, les deux têtes de bielle (7) comportant chacune une rotule (8) fixée sur un axe support (9) s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal d’une entretoise (10), les moyens de fixation de la bride de liaison (6) sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3) et sur le carter d’échappement (2) étant disposés sur chacune des deux entretoises (10) disposées aux extrémités de la bielle (7).
- Système d’échappement selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que chacune des quatre brides de liaison (6) comprend une des deux têtes de bielle (7) fixée sur le même axe support (9) qu’une deuxième des brides de liaison (6) de façon à former les trois points de fixation (16, 17, 18) des brides de liaison (6) sur le carter d’échappement (2) et les trois points de fixation (19, 20, 21) des brides de liaison (6) sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3).
- Système d’échappement selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les deux entretoises (10) comportent un filetage (13) pour la fixation de la bride de liaison (6) sur le carter d’échappement (2) ou sur le cône d’éjection de gaz d’échappement (3).
- Système d’échappement selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu’une première extrémité des brides de liaison (6) est fixée sur une extrémité annulaire (4) du carter d’échappement (2) et une deuxième extrémité des brides de liaison (6) est fixée dans le plan de gravité (PG) du cône d’éjection de gaz d’échappement (3).
- Système d’échappement selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le carter d’échappement (2) est en métal et le cône d’éjection de gaz d’échappement (3) est en composite à matrice céramique.
- Procédé de fabrication d’une bride de liaison pour le raccordement d’un cône d’éjection de gaz d’échappement et d’un carter d’échappement (2), caractérisé en ce qu’il comprend la fabrication d’une bride de liaison (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, réalisée en partie ou en intégralité par fabrication additive.
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