Brevet FR2444800A1 — publié le 19800718

la présente invention se rapporte à un carter de moteur à turbine à gaz et elle a trait plus particulièrenent à un anneau de retenue perfectionné utilisable dans ou faisant partie intégrante du carter de canal de soufflante d'un moteur à turbine à gaz. On sait utiliser depuis de nombreuses années des anneaux de retenue dans des moteurs à turbines à gaz. Il est nécessaire de prévoir des anneaux de retenue de manière que, en cas de détachement d'une ailette ou d'une autre partie tournante du moteur, ces ailettes ou parties soient exp8chées de passer au travers du carter du moteur par l'intermédiaire de l'anneau de retenue, ce qui réduit le risque d'endommagement du reste de la structure du moteur ou de l'avion. Par le passé, on a fabriqué des anneaux de retenue à partir de métaux ou bien, en variante, de fibres de verre ou de carbone imprégnées de résine, etc. ces anneaux faisant habituellement partie intégrante du carter du compresseur. les anneaux de retenue présentent différents inconvénients, en particulier les anneaux métalliques qui doivent titre fabriqués avec une épaisseur relativement grande pour avoir une résistance mécanique appropriée, et il en résulte évidemment une structure lourde qui est particulièrement indésirable dans le cas d'un moteur à turbine à gaz pour avion. Il est évident que des anneaux de retenue formés de matériaux composites sont bien plus légers que les anneaux métalliques mais cependant, du fait de la présence de la résine, l'absorption d'énergie est limitée à une zone localisée entourant le point d'impact et il en résulte que seulement une faible partie des fibres de l'anneau absorbe effectivement la déformation. Stinvention a en conséquence pour but de fournir un anneau de retenue pour moteur à turbine à gaz qui permette d'éliminer pratiquement les inconvénients précités. Selon l'invention, un anneau de retenue pour moteur à turbine à gaz comprend un cylindre essentiellement rigide sur la périphérie duquel sont enroulées plusieurs couches de matière fibreuse. En outre les couches peuvent Ue liées ensemble à l'aide d'un moyen approprié de fixation, par exemple par couture ou par tissage. En variante, au moins les deux dernières couches de l'ensemble sont fixées ensemble à l'aide de plusieurs broches, qui sont elles-memes maintenues en place sur une feuille portante commune. De préférence la matière fibreuse se compose de fibres polyamides aromatiques qui sont tissées sous forme d'un ruban de grande longueur. En variante, les fibres peuvent être constituées par des fibres de verre, des fibres de carbone ou des fibres métalliques qui sont tissées sous la forme d'un ruban approprié. De préférence, le cylindre essentiellement rigide comporte une structure en métal léger de section relativement mince ou bien en variante il peut être fabriqué à partir d'un matériau composite du genre résine renforcée par des fibres. Selon un autre aspect de la présente invention, les différentes couches de matière fibreuse tissée sont recouvertes d'une couche impermeable qui peut autre une couche de résine ou bien, en variante, une couche métallique ou nonmétallique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une turbine à gaz du type soufflante à canal, dont une partie du carter est dessiné en vue arrachée pour montrer schématiquement un mode de réalisation de la présente invention - la figure 2 est une vue plus détaillée à échelle agrandie du mode de réalisation de l'invention représenté schématiquement sur la figure 1. Sur les dessins, le moteur à turbine à gaz du type à soufflante à canal, désigné dans son ensemble par 10, comprend, dans la direction 'l'écoulement, une soufflante 12, un compresseur à pression intermédiaire 14, un compresseur à haute pression 15, un dispositif de combustion 16 et des turbines à haute, moyenne et basse pression désignées respectivement par 17, 18 et 19, le moteur se terminant par une tuyère d'échappement 20. Radialement à l'extérieur de la soufflante 12, il est prévu un canal 21 qui est relié au reste du moteur par des tirants, orientés radialement et non visibles sur les dessins. Dans le canal de soufflante 21, il est prévu un anneau de retenue 22, placé radialement à l'extérieur de la soufflante 12 et disposé de manière que, en cas de rupture d'ailettes ou du disque de rotor, l'ailette rompue ou bien une ou des parties du rotor soient retenues à l'intérieur du carter du moteur ou bien, en variante, que l'énergie de la partie détachée soit réduite à un niveau acceptable. L'anneau de retenue indiqué en 22 comprend un cylindre essentiellement rigide 23 de section relativement mince qui est pourvu de rebords extrêmes 24 et 25. le cylindre 23 peut entre fabriqué à partir d'un métal comme par exemple l'acier inoxydable, un alliage de nickel, ou bien en variante, à partir d'un matériau composite du genre résine renforcée par des fibres, qui peut être fabriqué par l'une quelconque des techniques bien connues de tissage, d'enroulement ou de tricotage. Plusieurs couches 26a, 26b, 26c de matière tissée, enroulée ou tricotée sont disposées autour de la périphérie extérieure du cylindre 23, ces couches pouvant astre ensuite liées ensemble afin d'hêtre maintenues dans une position préférée soit par couture, soit par tissage, soit par tout autre moyen de fixation. En variante, les moyens de fixation peuvent comprendre plusieurs broches qui sont chacune fixées sur un élément porteur commun.Celui-ci peut tette placé sur le carter partiellement enveloppé avant l'enroulement des deux dernières spires. les broches dépassent ensuite des couches finales de matière enroulée et elles peuvent alors être rabattues pour maintenir ces couches finales en position. les couches de matière comprennent une longueur continue de ruban qui, dans le mode préféré de réalisation de l'invention, est réalisée par tissage ou tricotage d'une fibre de polyamide aromatique. Les fibres qui apparaissent les mieux appropriées pour leur application à la présente invention sont celles fabriquées par la Société nDu Pont I & ited" et vendues sous la marque "BEVIAR". Pendant la mise au point de la présente invention, on a effectué plusieurs essais sur des modèles réduits d'anneaux de retenue fabriqués conformément au mode de réalisation de l'invention décrit précédemment et on a également soumis à des essais plusieurs autres anneaux fabriqués à partir d'une diversité d'autres matériaux. Tous les échantillons ont été réalisés sous la forme d'un cylindre de 213 mm de diamètre, en utilisant différentes épaisseurs de matière et en faisant intervenir des enroulements supplémentaires de rubans, dont certains ont contenu des résines. Tous les essais ont été effectués en utilisant des projectiles creux en acier d'un diamètre de 9,57 mm et d'un poids de 6 1/2 grammes. Ires projectiles ont été tirés à l'aide d'un fusil à gaz comprimé de manière que la trajectoire du projectile soit inclinée de 600 par rapport à la tangente à l'anneau d'essai au point d'impact. On a effectué des essais avec différentes vitesses d'impact en faisant varier la pression dans le fusil à gaz et on a enregistré tous les impacts sur un film cinématographique à grande vitesse. On a enregistré les vitesses de projectiles en disposant deux fils précontraints transversalement à l'extrémité du canon du fusil, les fils étant espacés d'une distance déterminée l'un de l'autre, et en mesurant électroniquement l'intervalle de temps s'écoulant jusqu'à la rupture des fils. On a indiqué dans la suite une liste des résultats d'essai qui s1 expliquent d'eux-mêmes. ENERGIES DISPOSITIF D'ESSAI PROJECTILES EN KG.m Enroulement Maximum Minimum Anneau de retenue supplémentaire retenu n on retenu Acier inoxydable épaisseur 1,14 mm Aucun 32 31,5 Alliage à base de nickel épaisseur 1 29 29,4 épaisseur mm Aucun Acier inoxydable épaisseur 0,50 mm Aucun 3,2 2,5 Acier inoxydable Fibres de carbone épaisseur 0,56 mm avec I.P.D. 16,1 16,2 " Filaments de verre E avec I.P.D. 26 26,2 Acier inoxydable Filament de verre épaisseur 0,56 mm E avec D.D.S. 26,3 26,2 n Filaments de verre E avec polyurétbane 17,2 18,6 rr Toile de verre avec I.P.D. - 15,6 Toile de verre avec enroulements alter nés en filaments 18,6 20,4 de verre E Filaments de Kevlar 49 avec I.P.D. 18,7 18,7 Filaments de Xevlar 29 avec I.P.D. 29,7 31,3 Ruban de Xevlar 49 de 19,2-mm de largeur x 9 spires 32 Ruban de Kevlar 49 de 19,2 mm de largeur x 4 spires 32,3 - Ruban de Kevlar 29 de de 19,2 mm de 32,4 largeur x 4 spires DiEINITION DES A3tREtslIATIONS KEVIAR 29 - Fibre de haute résistance et de module intermédiaire EEVLAR 49 - Fibre de haute résistance et de module élevé I.P.D. - isophorone-diamine D.D.S. - Diamino diphényl sulfone. Comme le montre le tableau de résultats, les essais ont fait ressortir que des anneaux fabriqués à partir d'un métal de section relativement épaisse, sur lequel ont été enroulées des couches de ruban EEVIAR, ont la capacité de résister à des chocs bien plus grands que ceux fabriqués à partir d'autres matériaux. On estime qu'une des raisons principales pour laquelle ce type de construction est plus robuste que d'autres types résulte du fait qu'il permet la transmission du choc sur une bien plus grande surface de la structure qu'avec les autres types. Cela s'explique par le fait que les couches de ruban peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres, en transmettant ainsi la charge de manière qu'elle soit répartie sur une plus grande partie de la structure et qu'eue soit ainsi absorbée par l'élasticité du EEVIAR. REVENDICATIONS 1. Anneau de- retenue pour moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre essentiellement rigide sur la périphérie duquel sont enroulées plusieurs couches de matière fibreuse. 2. Anneau de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes couches sont fixées ensemble par couture ou tissage. 3. Anneau de retenue selon la revendication li caractérisé en ce qu'au moins les deux dernières couches de l'ensemble sont fixées l'une avec l'autre à l'aide de plusieurs broches qui sont maintenues en place sur une feuille portante commune. 4. Anneau de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de matière fibreuse sont constituées de fibres de polyamides aromatiques qui sont tissées sous forme d'un ruban de grande longueur. 5. Anneau de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de matière fibreuse peuvent être constituées de fibres de verre, de fibres de carbone ou de fibres métalliques tissées sous forme d'un ruban. 6. Anneau de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre rigide comprend une structure en métal léger de section relativement mince. 7. Anneau de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre rigide est fabriqué à partir d'une matière composite à base de résine renforcée par des fibres. 8. Anneau de retenue selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les différentes couches de matière fibreuse tissée sont recouvertes d'une couche impérméable de matière. 9. Anneau de retenue selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche iniperméable peut comprendre une couche de résine ou bien, en variante, une couche métallique ou non-métallique. 10. Anneau de retenue approprié pour être utilisé dans le carter de soufflante d'un moteur à turbine à gaz du type à soufflante à canal.