Brevet FR2470866A1 — publié le 19810612

Dispositif d'étanchéité d'interstice pour déflecteur de jet de poussée, notamment pour moteur à réaction L'invention a pour objet un dispositif pour rendre étanche l'interstice entre l'extrémité côté sortie d'un élément tubulaire de réacteur fixe et la surface intérieure d'une coquille sphérique à l'extrémité côté entrée d'un autre élément tubulaire disposé sur l'élément tubulaire fixe pour pivoter dans l'espace autour d'un centre commun situé sur les axes des éléments tubulaires, pour dévier le jet de poussée, notamment pour dévier le flux des gaz d'échappement après post-combustion d'un moteur à réaction à turbine. Les déflecteurs de jet du type indiqué dans le préambule doivent pouvoir être mis.en application,- entre autres, pour faire voler un avion au choix en vol horizontal ou à grande vitesse, ainsi que pour obtenir diverses manoeuvres d'un avion avec le déroulement le plus rapide possible. Pour accroître la poussée du moteur, le dispositif déflecteur de jet peut en outre être muni d'un organe de post-combustion, l'élément tubulaire pivotant dans l'espace pouvant aussi être appelé "tuyère pivotante", et étant muni en règle générale d'une tuyère de poussée réglable associée du côté de la sortie des, gaz. A cet égard, le joint. d'étanchéité nécessaire dans le dispositif déflecteur de jet conforme à l'invention est à considérer à la base comme l'élément de construction "critique". En effet, de son mode de fonctionnement dépendent entre autres,: - la sécurité de fonctionnement du dispositif déflecteur du jet, - le frottement développé lors du pivotement de l'élément tubulaire muni de la tuyère de poussée, les pertes de poussée par fuites, - le chauffage de la cellule de l'avion à proximité de l'élément tubulaire pivotant muni de la tuyère de poussée. Le carter d'étanchéité de l'élément tubulaire pivotant doit présenter une paroi intérieure en forme de zone sphérique par suite des conditions géométriques du mouvement de cet élément tubulaire. L'interstice à rendre étanche entre l'extrémité de l'élément tubulaire de réacteur rigide à position fixe et la coquille sphérique mobile prend cependant en service une forme non circulaire déplacée et - 2 - 2470866 excentrée par suite des conditions ci-après - imprécisions de fabrication, - tolérances de cotes, - tolérances de forme, - imprécisions de montage et de réglage, - déformations résultant des forces d'expulsions et des forces massiques en vol en trajectoire courbe, ainsi que des dilatations thermiques non uni- formes. Il y a lieu de tabler notamment, par principe,.sur de grandes imprécisions de forme pour la coquille sphérique à paroi mince de l'élément tubulaire pivotant. L'invention a pour but de créer un dispositif d'étanchéité d'interstice optimal en ce qui concerne les conditions mentionnées précédemment. L'invention concerne à cet effet un dispositif du type ci-dessus caractérisé en ce que: a) -un supi:ort de joint d'étanchéité est dis-osé à l'extrémrité côté sortie de l'éléiaent tubulaire de réacteur fixe, ce support étant annulaire et coaxial à l'axe longitudinal de l'élément et étant ouvert vers la surface intérieure de la coquille sphérique, b) dans ce support de joint est inséré un joint d'étanchéité annulaire avec un jeu axial et un jeu radial prédéterminés, ce joint étant constitué par des segments se recouvrant en direction périphérique, ainsi que par des faces d'appui radiales, tandis qu'il fait saillie lors de l'ouverture supérieure du support de joint, c) le joint d'étanchéité annulaire est,. lorsque le moteur est à l'arrêt, maintenu en position par un ressort à ruban ondulé de façon uniforme en direction périphérique, ce ressort venant alternativement en contact tangentiel avec le joint d'étanchéité annulaire et avec le fond du support de joint, d) lorsque le moteur est en service, les segments du joint d'étanchéité annulaire sont appliqués par la pression régnant à l'intérieur du tube à la fois sur la surface intérieure de la coquille sphérique, et sur la paroi intérieure de l'épaulement de support situé en avant ou à gauche du support du joint, e) des poches d'équilibrage de pression sont réalisées dans la paroi intérieure de l'épaulement avant du support de joint. l'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-aprés et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels-. - la Fig. 1 est une vue latérale du dispositif déflecteur de jet constitué par un élément tubulaire fixe et un élément tubulaire pivotant dans l'espace qui s'y raccorde; - la Fig. 2 représente en coupe longitudinale une partie du support de joint d'étanchéité avec le joint annulaire d'étanchéité et une partie associée en forme de coquille sphérique dirigée vers le joint; - la Fig. 3 est une vue dans la direction B de-la Fig. 2 de deux tronçons en recouvrement du joint annulaire d'étanchéité, - la Fig. 4 est une vue dans la direction A-A de la Fig. 2 du support de joint d'étanchéité; - la Fig. 5 est une vue latérale d'un second exemple de réalisation du dispo- sitif déflecteur de jet constitué par un élément tubulaire fixe et un élément tubulaire pivotant dans l'espace disposé sur le premier; - la Fig. 6 représente en coupe longitudinale une partie du support de joint d'étanchéité adapté pour fonctionner avec le second exemple de réalisation du dispositif déflecteur de jet suivant la Fig. 5. Le dispositif déflecteur de jet suivant la Fig. 1l est constitué par un élément tubulaire de réacteur fixe 1 sur lequel est monté pour pivoter un autre élément tubulaire 2. Le pivotement a lieusoit autour d'un axe de rotation horizontal 4 coupant à angle droit l'axe longitu- dinal 3 du tube de réacteur fixe 1, soit autour d'un axe de rotation vertical 4' passant par le point d'intersection des axes 3 et 4. En outre, l'autre élément tubulaire 2 peut pivoter simultanément autour des deux axes de rotation 4, 4'. Dans la position alignée représentée du dispositif déflecteur de jet pour le vol horizontal ou à grande vitesse, l'axe longitu- dinal 3' de l'élément tubulaire 2 est dans le prolongenent de l'axe longitu- dinal 3 de l'élément tubulaire fixe 1. La position de l'élément tubulaire 2 représentée en trait interrompu avec l'axe longitudinal associé (position 3") caractérise une position dans laquelle le jet des gaz d'échappement d'un moteur -4 2470866 à réaction à turbine est dévié vers le bas et vers l'arrière en se référant à une position de vol horizontale. A son extrémité aval, l'autre élément tubulaire 2 comporte une-tuyère de poussée réglable 5. Dans la zone de raccordement entre l'élément tubulaire de réacteur fixe 1 et l'autre élément tubulaire 2 est disposé un élément de construction 6 élargi en forme de coquille sphérique fixé du côté de l'entrée sur l'autre élément tubulaire 2 ou étant un élément constituant de cet élément tubulaire 2. Conformément à l'invention,un support 8 de joint d'étanchéité est disposé à l'extrémité côté sortie de l'élément tubulaire de réacteur fixe 1. Le support 8 est annulaire et coaxial à l'axe longitudinal 3 de l'élément tubulaire 1, il est ouvert vers la surface intérieure 7 de l'élément de construction 6 en forme de coquille sphérique. Dans ce support de joint 8 est inséré un joint d'étanchéité annulaire 9 (voir également la Fig. 2) avec un jeu axial et un jeu radial prédéterminés. Le joint 9 est constitué par des segments 12, 13 (Fig. 3) se recouvrant en direction périphé- rique, ainsi que par des faces d'appui radiale 12, 13. Ce joint 9 sort par l'ouverture supérieure du support de joint 8. Le joint d'étanchéité annulaire 9 est, lorsque le moteur est à l'arrêt, maintenu en position par un ressort à ruban 14 ondulé de façon uniforme en direction périphérique, ce ressort venant alternativement en contact-avec le joint d'étanchéité annulaire 9 et avec le fond du support de joint 8 (Fig. 4). Lorsque le moteur est en service, les segments 12, 13 du joint d'étanchéité annulaire 9 sont appliqués par la pression régnant à l'intérieur du tube sur la surface intérieure 7 de la coquille sphérique 6 ainsi que sur la paroi intérieure de l'épaulement de support 15, en avant et à gauche, du support de joint 8. Notamment d'après la Fig. 4, des poches d'équilibrage de pression 16 sont ménagées ou pratiquées dans la paroi intérieure de l'épaulement de support avant 15 du support de joint 8. Ces poches ont pour but de réduire le frottement provenant des forces axiales pendant le mouvement radial des segments 12, 13. Les segments 12, 13 du joint d'étanchéité annu- laire 9 peuvent, d'autre part, être réalisés en une matière frittées ou en graphite. En raison de la hauteur des épaulements latéraux de la rainure de guidage annulaire du support de joint 8 et du jeu radial relativement grand du joint d'étanchéité annulaire 9, les segments 12, 13 peuvent effectuer en direction radiale des mouvements de t 3 mm de part et d'autre de la position neutre théorique pour qu'il soit possible de compenser avec sécurité les tolérances de formes et de cotes ainsi que les excentricités et les déformations, en tenant compte également des tolérances de cotes du joint d'étanchéité annulaire. Etant donné en outre que la force radiale est sensiblement plus élevée que la force de frottement empéchant le déplacement radial, on peut compter en service sur une application sûre du joint d'étan- chéité annulaire sur la coquille sphérique De même, en raison de la force axiale élevée, on peut compter avec sécurité que le joint annulaire est appliqué de façon étanche sur l'épaulement de support 15, même lors du pivo- tenmnt de l'élément tubulaire 2 muni de la tuyère de poussée réglable 5. Pour réduire le frottement lors du pivotement de l'élément tubulaire 2, il y a lieu de veiller également à l'obtention de surfaces lisses (surface intérieure en forme de coquille sphérique/joint d'étanchéité annulaire et segments). Conformément à la Fig. 5 et à la Fig. 6, on peut aussi mettre en application l'objet de l'invention dans un dispositif déflec- teur de jet dans lequel un élément de construction 6a élargi en forme de coquille sphérique est disposé à l'extrémité côté sortie d'un élément tubu- laire de réacteur fixe la. Il est prévu dans ce cas un support annulaire 8a de joint d'étanchéité disposé à l'extrémité côté entrée de l'élément tubulaire pivotant 2a, ce support étant coaxial à l'axe longitudinal 3a' de l'élément 2a et s'ouvrant vers la surface intérieure 7a de la coquille sphérique de l'élément de construction 6a. Dans ce support 'de joint 8a est inséré un joint d'étanchéité annulaire 9a (voir également la Fig. 6) en ménageant un jeu axial et un jeu radial prédéterminés. Le joint 8a est constitué par des segments se recouvrant en direction périphérique, ainsi que par des faces d'appui radiales. Ce joint sort par l'ouverture supérieure du support de joint 8a. Lorsque le moteur est à l'arrêt, le joint d'étanchéité annulaire 9a est main- tenu en position par un ressort à ruban 14a ondulé de façon uniforme en direc- tion périphérique, ce ressort venant alternativement en contact avec le joint d'étanchéité annulaire 9a et avec le fond du support de joint 8a (Fig. 6). :35 Lorsque le moteur est en service, les segments du joint d'étanchéité annulaire 9a sont appliqués par la pression régnant à l'intérieur du tube sur la surface intérieure 7a de la coquille sphérique, ainsi que sur la paroi intérieure de l'épaulement de support 15a, en arrière et à droite, du support de joint 8a. En outre, des poches d'équilibrage de pression 16a sont ménagées ou pratiquées dans la paroi intérieure de l'épaulement de support arrière 15a du support de joint 8a. Ces poches ont pour but de réduire le frottement provenant des forces axiales pendant le mouvement radial des segments du joint d'étanchéité annulaire 9a. Dans la position rectiligne représentée du dispo- sitif déflecteur de jet pour le vol horizontal ou à grande vitesse, l'axe longitudinal 3a' de l'élément tubulaire 2a est dans le prolongement de l'axe longitudinal 3a de l'élément tubulaire fixe la. La position de l'élément tubulaire 2a représentée en trait interrompu avec l'axe longitudinal associé (position 3a") caractérise une position dans laquelle le jet des gaz d'échap- pement d'un moteur à réaction à turbine est dévié vers le bas et vers l'arrière en se référant à une position de vol horizontale. Cela est obtenu en ce que l'élément tubulaire 2a est pivoté autour de l'axe de rotation horizontal 4a. A son extrémité aval, l'autre élément tubulaire 2a comporte une tuyfre de poussée réglable 5a. L'axe de rotation vertical de l'élément tubulaire 2a est désigné par 4' sur la Fig. 5. Du reste, le mode de fonctionnement de l'objet de l'invention déjà expliqué en détail en se référant aux figures 1 à 4, est valable dans son adaptation à la Fig. 5 et à la Fig. 6. - 6 - - 7 - R E V E N D I C A l I 0 N S 1 /- Dispositif pour rendre étanche l'inters- tice entre l'extrémité côté sortie d'un élément tubulaire fixe de réac- teur (1) et la surface intérieure (7) d'une coquille sphérique prévue S à l'extrémité, côté entrée, d'un autre élément tubulaire (2) disposé pour pivoter dans l'espace sur l'élément tubulaire fixe (1) autour d'un centre commun (4, 4') situé sur les axes (3, 3', 3") des éléments tubu- laires (1, 2) en vue de dévier le jet de poussée, notamment pour dévier le flux des gaz d'échappement après post-combustion, d'un moteur à réac- tion à turbine, caractérisé en ce que a) un support (8) de joint d'étanchéité est disposé à l'extrémité, côté sortie, de l'élément tubulaire de réacteur fixe (1), ce support étant annulaire et coaxial à l'axe longitudinal (3) de l'élément tubulaire (1) et étant ouvert vers la surface intérieure (7) de la coquille sphérique, - b) dans ce support de joint (8) est inséré un joint d'étanchéité annulaire (9) avec un jeu axial et un jeu radial prédéterminés, ce joint étant constitué par des segments (12, 13) se recouvrant en direction périphérique ainsi que par des faces d'appui radiales, tandis qu'il fait'saillie hors de l'ouverture supérieure du support de joint, c) le joint d'étanchéité annulaire (9) est, lorsque le moteur est à l'arrêt, maintenu en position par un ressort à ruban (14) ondulé de façon uniforme en direction'périphérique, ce ressort venant alternativement en contact tangentiel avec le joint d'étanchéité annulaire (9) et avec le fond du support de joint, d) lorsque le moteur est en service, les segments (12, 13) du joint d'étanchéité annulaire (9) sont appliqués par la pression régnant à l'intérieur du tube à la fois'sur la surface intérieure (7) de la coquille sphérique et sur la paroi intérieure de l'épaulement de support (15), situé en avant ou à gauche du support de joint, e) des poches d'équilibrage de pression (16) sont réalisées dans la paroi intérieure de l'épaulement avant (15) du support de joint (8). ?470866 - 8 - X I2 47O8 6 6 2o/- Dispositif selon la reven cation 1, caractérisé en ce que les caractéristiques des joints b à e de la reven- dication 1 sont appliquées,de façon adaptée à son mode de fonctionniement, à un déflecteur de jet de poussée dans lequel une surface iterieure sphérique (7a) d'un élément en forme de coquille est prévue à l'extrémité",. côté sortie, de l'élément tubulaire fixe (la)., un support annulaire (8a) de joint d'étanchéité étant, par contre, disposé à l'extrémité, côté entrée, de l'élément tubulaire pivotant (2a), ce support étant coaxial à l'axe longitudinal (3a') de l'élément (2a) et s'ouvrant vers la surface intérieure (7a) de la coquille sphérique, les segments du joint d'étan- chéité annulaire (9a) étant, lorsque le moteur est en service, appliqués non seulement sur la surface intérieure (7a) de la coquille sphérique (6a) , mais aussi sur l'épaulement porteur (15a) du support de joint (Sa) situé en arrière ou à droite et muni de poches d'équilibrage de pression (16a).