Brevet FR2274372A1 — publié le 19760109

La présente invention concerne un procédé de réalisation de pièces de révolution, notamment refroidies par un liquide, comme des tuyères et chambres de combustion pour moteurs-fusées dont la paroi se compose de fils ou tubes juxtaposés et reliés entre eux qui sont chaque fois enroulés en spirale autour de l'axe de symétrie de la pièce. Dans la fabrication des fusées, on a déåà réalisé i partir de tubes juxtaposés en direction périphérique et rigidement reliés entre eux de telles chambres de combustion et tuyères de jet refroidies par liquide. En raison des changements de section des tuyères de jet et éventuellement aussi des chambres de combustion, il faut alors ou bien modifier conformément à la variation du diamètre la section des tubes de direction longitudinale, ou bien, si les tubes conservent un diamètre constant, ponter par des étais de jonction ou un matériau de remplissage les espaces intermédiaires qui se forment alors.Les chambres de combustion sous haute pression nécessitent, pour des raisons de rigidité, des enveloppes extérieuses résistantes à la pression ou des frettes Mais une structure de paroi à plusieurs couches de divers matériaux peut donner lieu à des tensions thermiques indésirables. D'un autre côté, la réalisation de tubes présentant les grandes variations de diamètre nécessaires est compliquée et coûteuse, On connatt par le brevet britannique n 794 660 une chambre de combustion avec tuyère de jet dont la paroi n'est constituée que par des tubes juxtaposés en direction périphérique, lesquels vont en spirale de l'une à l'autre extrémité de la pièce, la pente de cette spirale étant continuellement fonction du diamètre, plus précisément moins forte à grand diamètre et plus forte à petit diamètre.Pour réaliser l'unité de construction que forment la chambre de combustion et la tuyère de jet, on cintre les divers tubes aux formes de spirale nécessaires, on les juxtapose individuellement ou par paires et on les assemble entre eux par soudage ou autre fixation Le brevet britannique en question ne donne aucune indication détaillée quant à la mise en oeuvre du procédé connu et à ses diverses étapes ainsi qu'à leur ordre de succession. L'invention a pour objet un procédé et des dispositifs de réalisation de pièces du genre précité, telles que des chambres de combustion de fusée et tuyères de jet, dont la paroi est formée de tubes juxtaposés en direction périphérique et enroulés en spirale. Le procédé est caractérisé par la combinaison des opérations et dispositifs suivants a) cintrage en forme de tubes un à un par un dispositif ap proprié comportant au moins une encoche avec flanc selon la structure géométrique donnée de la pièce b) en correspondance avec le dispositif de cintrage, un dis positif de serrage et de réglage,pour l'extrémité arrière du tube à cintrer fixé par son extrémité avant, avec une commande de paramètres continuelle dudit tube pendant son cintrage dans l'encoche ou bien le long du flanc de cintrage selon la structure géométrique de la pièce c) un dispositif de montage, notamment un mandrin, dont le contour extérieur est identique au contour intérieur de la pièce finie et qui comporte des supports pour les ex trémités avant et arrière des tubes en vue de mettre en faisceau et assembler ces derniers. Le dispositif de serrage et de réglage est agencé en une articulation tournante combinée à cardan avec un manchon de serrage pour l'extrémité arrière du tube, et il est placé sur un chariot porte-outil avec un guidage rectiligne dont le tracé est perpendiculaire à l'axe longitudinal central du dispositif de cintrage en l'extrémité inférieure, ou arrière, de ce dernier. Pour cintrer un tube, on procède comme suit : on se règle à l'angle de pente du tube en son point de déroulement instantané sur le flanc de cintrage à l'aide du premier axe de l'articulation tournante à cardan tel qu'il coïncide avec l'axe longitudinal du guidage du chariot porte-outil, on rend ensuite le tube perpendiculaire au rayon de courbure en son point de déroulement instantané sur le fond de l'encoche de cintrage, cela au moyen du deuxième axe de cardan, après quoi, au moyen de l'axe de rotation de l'articulation tournante à cardan, on fait pivoter le tube de l'angle de rotation autour de son axe longitudinal, ledit tube étant en même temps rendu tangent à la génératrice de l'enveloppe intérieure de la pièce finie et l'articulation tournante à cardan étant positionnée, en fonction du déroulement progressif du tube sur le flanc de cintrage ou le fond de l'encoche de cintrage, par exemple par rotation du dispositif de cintrage, simultanément aussi sur la trajectoire de guidage rectiligne du chariot porte-outil, chaque fois au point d'intersection entre ledit guidage et la tangente de pente, celle-ci perpendiculaire au rayon de courbure. En cas d'utilisation d'aciers réfractaires à forts pourcentages d'alliage, par exemple de nickel et de molybdène , les tubes mis en forme présentent une certaine tension intérieure par suite de laquelle ils n'ont pas tous la même forme . C'est pourquoi, avant d'assembler mutuellement les tubes de ce genre, par exemple par soudage, on les tend ensemble en direction périphérique et les fixe dans cette position , par exemple au moyen d'un enroulement de fil dirigé perpendiculairement à l'axe longitudinal de la pièce. L'assemblage des divers tubes a ensuite lieu par secteurs, après dévidage d'une partie de l'enroulement de fil. Comparativement aux pièces telles que chambres de combustion et tuyères de jet que l'on fabrique par les procédés déjà connus, celles que l'on réalise par le procédé selon l'invention présentent, à rigidité au moins égale , un plus faible poids de construction . Les frais de leur réalisation sont également plus faibles , car le procédé permet l'utilisation de tubes d'une section de bout en bout identique , cela même pour des pièces dont le diamètre varie avec la longueur . De tels tubes, à section constante, sont en effet réalisables de façon beaucoup moins coûteuse et plus rapide , car, une fois la machine conçue et installée et la main-d'oeuvre accoutumée au travail , on peut tenir de relativetent courts délais de fabrication .La structure de la paroi de la pièce finie reste largement déterminée par les propriétés fondamentales du "tube" de départ et de son matériau ainsi que par la qualité du mode d'assemblage ; mais ce sont là des facteurs de qualité facilement contrôlables, si bien que l'invention est le gage d'une plus grande sécurité de fonctionnement et d'une longue durée de vie. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel les figures la et lb schématisent, en vue latérale, le cintrage d'un tube les figures 2a et 2b schématisent, en plan, ce même cintrage d'un tube les figures 3a et 3b représentent la position d'un tube par rapport à la génératrice ou à l'enveloppante lors du cintrage la figure 4 est une vue latérale de la machine à cintrer la figure 5 est une vue en perspective de l'articulation tournante à cardan la figure 6 est une coupe longitudinale axiale de l'articulation à cardan la figure 7 représente le dispositif de montage pour la mise en faisceau des tubes la figure 8 représente plusieurs tubes assemblés par soudage. Le dispositif de cintrage 1 se compose d'un corps parabolique muni d'une encoche de cintrage 2 fraisée avec flanc 2a conformément à la structure géométrique donnée de la pièce à réaliser. Cette encoche 2 sert chaque fois à la mise en forme d'un tube 3 dont l'extrémité avant 3a est fixée à un support fixe 4 comme on le voit sur la figure 4. L'extrémité arrière 3b du tube 3 est maintenue, comme sur la figure 6, par un manchon de serrage 5 dont font partie une vis de réglage 5a et des joues de serrage divisées 5b. Le manchon de serrage S appartient à une articulation tournante à cardan 6 combinée.Cette dernière se compose de quatre parties principales, à savoir une pièce en fourche 7, une pièce d'articulation 8 avec tourillons 8a, le manchon de serrage 5 précité et une poignée 9. La partie en fourche 7 de l'articulation à cardan est libre de pivoter, par un premier axe de cardan L6a et au moyen d'un roulement à billes 10, dans un chariot porte-outil 11 déplaçable en translation dans un guidage rectiligne 12. Concourant avec le premier axe de cardan L6a , l'axe longitudinal L12 du guidage rectiligne 12 coupe, perpendiculairement, l'axe longitudinal central LI du dispositif de cintrage 7 . La partie articulée 8 de l'articulation tournante à cardan 6 est supportée, dans la partie en fourche 7, par des roulements à aiguilles 13. L'axe de pivotement correspondant forme le deuxième axe de cardan I6b, perpendiculaire au premier, 16a.La poignée 9, solidaire du carter 5c du manchon de serrage 5, présente, du côté du cardan, un tourillon 14 libre de pivoter, grâce à un roulement à aiguilles 15 central, dans la pièce d'articulation 8, autour de l'axe de rotation L6c. Avec le guidage rectiligne 12 du chariot porte-outil 11, l'articulation pivotante combinée à cardan 6 permet le réglage en pente et tangente du tube 2 le long de la courbe de cintrage, pour chaque point de celle-ci, au moyen des quatre paramètres suivants 10 Le premier axe de cardan L6a permet de régler chaque fois la pente ss1, ss2... du tube à cintrer rapportée au point de déroulement instantané de celui-ci sur le flanc de cintragc 2a de l'encoche 2. 20 Le deuxième axe de cardan L6b permet de régler, comme on le voit sur les figures 2a et 2b, par l'angle # 1, # 2 ... le tube 3 par rapport à son point de déroulement instantané tangentiellement à la courbe de cintrage, ou perpendiculairement au rayon de courbure K1, K2 30 Le réglage tangentiel, par rapport à la génératrice E, du tube 3 à section rectangulaire s'effectue par l'articulation tournante, c'est-à-dire par la rotation de la poignée 9 et-du manchon de serrage 5, autour de l'axe de rotation L6c suivant l'angle 1 "2 Les figures 3a et 3b représentent ce réglage du tube 3 par rapport à la tangente TE de la génératrice E, et la face 3c du tube 3 tournée vers l'intérieur s'y trouve perpendiculaire au rayon de courbure KI, K2.. 40 Lors du cintrage du tube 3, le dispositif de cintrage 1 effectue un mouvement de rotation # d'une grandeur correspondant à l'angle de spirale du tube fini de cintrage. A chaque point 1, #2 ... de ce mouvement de rotation correspond un point R1, R2... sur la trajectoire du guidage rectiligne 12 du chariot porte-outil 11. Cette correspondance est imposée en.fonction de la rotation # ou de l'angle de rotation par une commande forcée qui se compose essentiellement d'une came 16 rigidement reliée a u haut du dispositif de cintrage 1, d'un palpeur 17 qui agit sur un transmetteur électrique de valeurs de commande 18, d'un récepteur électrique de valeurs de commande 19 affecté au guidage rectiligne 12, ou au chariot porte-outil 11, et d'un servo- moteur à cylindre 20a et piston 20b qui entraîne le chariot porte-outil 11. Les points R1, R2... étant atteints sur la trajectoire du guidage rectiligne 12 du chariot porte-outil 11 en fonction de l'angle de rotation instantané I, #2... du dispositif de cintrage 1 , la position du tube 3 dans l'encoche de cintrage 2, par rapport au point de déroulement instantané, se trouve réglée tangentiellement en liaison avec les angles correspondants Y #2 ... d'une façon telle que le tube 3 s'aligne constamment sur la tangente à la pente, c'est-à-dire se trouve perpendiculaire au rayon de courbure K1, K2 ... et prend ainsi la pente ss1, ss2...La came 16 a en conséquence une forme telle que, indépendamment de l'angle de rotation #2... du dispositif de cintrage 1, le chariot porte-outil 11 soit commandé point par point sur sa trajectoire de guidage en ligne droite 12 de façon telle que l'articulation tournante à cardan 6 se trouve chaque fois au point d'intersection de la tangente de pente, celle-ci perpendiculaire au rayon de courbure K1, K2 ..., et de la trajectoire de guidage précitée. Le dispositif de cintrage 1 , rotatif autour d'une colonne-support fixe 21, est entraîné, à partir d'un moteur électrique 22, par un arbre 23 muni d'un pignon 24 qui engrène avec une couronne dentée intérieure 25 rigidement reliée à ce même dispositif de cintrage 1. L'ensemble est commandé par l'intermédiaire d'un pupitre 26. La figure 7 représente le dispositif de montage sous la forme d'un mandrin 27 qui correspond dans son contour extérieur à l'enveloppe intérieure de la pièce finie. Un disque de fixation supérieur 28 présentant des fentes 28a pour la suspension des tubes 3 finis de cintrage est fixé sur ce mandrin 27. Le nombre des fentes 28a peut correspondre à celui des tubes 3 , mais il peut aussi ne comporter qu'un nombre moitié de fentes, un tube 3 sur deux étant alors inséré entre deux tubes 3 suspendus dans des fentes 28a. I1 existe en bas du mandrin 27 un disque inférieur de fixation 29 à fentes 29a pour les tubes 3, lequel est déplaçable en rotation par rapport au mandrin 27 et est tendu en direction périphérique par un excentrique 30, ce qui a pour effet de resserrer ensemble les divers tubes 3 .Ce point est important lorsque les tubes 3 sont constitués par un matériau à hystérésis élastique. A l'état ainsi resserré,on applique sur les tubes 3 mis en faisceau et perpendiculairement à l'axe longitudinal du mandrin 27 un enroulement de fil 31 qui, pou fixer lesdits tubes, est brasé par secteurs en des coulées 32. L'assemblage des des divers tubes 3 à l'état de faisceau resserré a lieu, comme on le voit d'après les figures 7 et 8, par soudage par secteurs de leurs arêtes extérieures voisines à partir du disque de fixation 29, l'enroulement de fil 31 étant au préalable retiré, également par secteurs. Les joints de soudure en direction des spirales sont désignés par la référence 33 Bien que l'on ait décrit ci-dessus l'invention d'après des tubes 3 à section rectangulaire ou carrée, elle est applicable de façon tout aussi avantageuse à des tubes de n'im- porte quelle autre section. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de pièces de révolution, notamment refroidies par un liquide, comme des tuyères et chambres de combustion pour moteurs-fusées dont la paroi se compose de fils ou tubes, notamment rectangulaires, juxtaposés et reliés entre eux qui sont chacun enroulés en spirale autour de l'axe de symétrie de ladite pièce, procédé caractérisé par la combinaison des opérations et dispositifs suivants a) cintrage en forme des tubes un à un par un dispositif approprié comportant une ou plusieurs encoches, avec flancs, selon la structure géométrique donnée de la pièce b) coopérant avec le dispositif de cintrage, un dispositif de serrage, ou tension, ex de réglage pour l'extrémité arrière du tube à cintrer fixé par son extrémité avant au dispositif de montage, avec une commande à paramètres continuelle dudit tube pendant son cintrage dans l'encoche ou bien le long du flanc de cintrage selon la structure -géométrique de la pièce c) un dispositif de montage, notamment un mandrin, dont le contour extérieur est identique au contour intérieur de la pièce finie et qui comporte des supports tou disques de fixation, pour les extrémités avant et arrière des tubes en vue de mettre en faisceau et assembler ces derniers. 2. Procédé et dispositifs selon la revendication 1 caractérisés par le fait que le dispositif de serragé et de réglage est agencé en une articulation tournante combinée à cardan comportant un manchon de serrage pour l'extrémité arrière du tube à cintrer. 3. Procédé et dispositifs selon la revendication 2 caractérisés par le fait que l'articulation tournante combinée à cardan avec manchon de serrage est montée sur un chariot porte-outil comportant un guidage rectiligne qui est dirigé perpendiculairement à l'axe longitudinal central du dispositif de cintrage en l'extrémité inférieure, ou arrière, de ce dernier. 4. Procédé et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisés par le fait que lors du cintrage, on se règle à l'angle de pente du tube en son point de déroulement instantané sur le flanc de cintrage à l'aide du premier axe de l'articulation tournante à cardan tel qu'il concourt avec l'axe longitudinal du guidage du chariot porte-outil, on rend ensuite le tube perpendiculaire au rayon de courbure en son point de déroulement instantané sur le fond de l'encoche de cintrage, cela par l'angle de pivotement au moyen du deuxième axe de cardan, après quoi, au moyen de l'axe de rotation de l'articulation tournante à cardan, on fait pivoter le tube de l'angle de rotation autour de son axe longitudinal, ledit tube étant en même temps rendu tangent à la génératrice de l'enveloppe intérieure de la pièce finie et l'articulation tournante à cardan étant positionnée, en fonction du déroulement progressif du tube sur le flanc de cintrage ou le fond de l'encoche de cintrage, par exemple par rotation du dispositif de cintrages simultanément aussi sur la trajectoire de guidage rectiligne du chariot porte-outil, chaque fois au point d'intersection entre ledit guidage et la tangente de pente, celle-ci perpendiculaire au rayon de courbure. 5 Procédé et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisés par le fait que l'articulation tournante à cardan comporte une poignée par laquelle il est actionné manuellement autour du premier axe de cardan, du deuxième et de l'axe d'articulation tournante. 6. Procédé et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisés par le fait que le dispositif de cintrage est immobile lors du cintrage, tandis que le guidage du chariot porte-outil tourne autour de l'axe longitudinal de ce même dispositif de cintrage. 7. Procédé et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisés par le fait qu'un dispositif asservi à fonctionnement automatique-détermine, en fonction de l'angle de rotation du dispositif de cintrage ou du chariot porte-outil, la position de ce dernier sur sa trajectoire rectiligne. 8. Procédé et dispositifs selon la revendication 7 caractérisés par le fait que le dispositif d'asservissement automatique se compose des éléments suivants : un dispositif de commande, par exemple sous forme d'une came rigidement liée à une colonne-support du dispositif de cintrage, et un palpeur qui, affecté au dispositif de cintrage t roulant sur la came de commande, actionne un transmetteur valeurs de commande suivi d'un récepteur électro-hydraulique de valeurs de commande qui commande pour sa part un cylindre hydraulique asservi dans lequel glisse un piston asservi entraînant le chariot porte-outil. 9. Procédé et dispositifs selon la revendication 1 caractérisés par le fait qu'après le cintrage de tous les tubes, on les serre, ou les tend, ensemble en direction périphérique de la pièce de construction terminée et on les assemble ensuite en adhérence mutuelle, par exemple par soudage. 10. Procédé et dispositifs selon la revendication 9 caractérisés par le fait que le serrage en commun des tubes s'effectue au moyen d'un excentrique attaquant le mandrin de montage et le faisant tourner en direction de serrage. 11. Procédé et dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1, 9 ou 10 caractérisés par le fait que l'assemblage entre les divers tubes s'effectue chaque fois uniquement sur leurs arêtes voisines tournées vers l'extérieur le long de la courbe de cintrage. 12. Procédé et dispositifs selon l'une quelconque ees revendications 1, 9,10 ou 11 caractérisés par le fait qu'après le serrage en commun des divers tubes, on applique sur ceux-ci un enroulement de fil perpendiculairement à l'axe longitudinal du mandrin de montage en tournant dans le sens de serrage, et, lorsque l'on assemble, ou soude, par secteurs, ces mêmes tubes, on dévide à nouveau par secteurs cet enroulement de fil. 13. Procédé et dispositifs selon la revendication 12 caractérisés par le fait que l'on brase par secteurs, notamment en diverses zones de brasure, l'enroulement de fil lors de son application.