Brevet FR2501786A1 — publié le 19820917

IDisposiLif de roulement et de guidage d'une tuyère orien- table de propulseur à réaction. L'invention concerne un dispositif de roulement et de guidage d'une tuyère orientable de propulseur à réaction dans laquelle une partie fixe de la tuyère présente à son extrémité arrière une portée sphérique contre laquelle est susceptible de se déplacer une portée sphérique d'une virole constituant la portée mobile de la tuyère, des moyens d'étanchéité étant préeus entre les'deux portées sphériques. Les avions d'armes modernes imposent pour leurs changements d'assiette des moyens d'action qui, contrairement aux gou- vernes aérodynamiques, n'entraînent pas une augmentation concomitante de la traînée. Ces exigences ont conduit à l'utilisation de réacteurs à tuyère orientable qui permet- tent d'obtenir selon la composante de déviation choisie une modification rapide de l'assiette. Parmi les différents types de tuyères orientables, celles à articulation sphérique permettant une orientation dans tous les sens, sont peu en- combrantes et d'une réalisation simple. La demande de brevet 79.29208 déposée le 23 novembre 1979 au nom de la Demonde- rosse, décrit une tuyère orientable à articulation sphérique constituée d'une partie mobile comportant une virole cylir- drique de déviation du jet prolongée en amont par deux por- tées sphériques intérieure et extérieure coaxiales et une partie fixe formée par l'extrémité du canal d'éjection pro- longée en aval par une portée sphérique. La portée sphérique intérieure de la partie mobile coopère avec une portée sphé- rique maintenue à l'extrémité de la chemise de protection thermique et assure l'étanchéité du flux des gaz éjectés. La portée sphérique extérieure de la partie mobile se déplace le long de la portée sphérique de la partie fixe en entraînant l'extrémité d'une membrane d'étanchéité dont l'autre extrémité est fixée à la portée sphérique fixe. Les portées sphériques sont des pièces de chaudronnerie de faible épaisseur et dont les écarts dimensionnels dus aux tolérances de fabrication sont relativement impor- tants. De plus, ces pièces de chaudronnerie sont soumises à des vibrations qui limitent leur durée de vie. L'invention vise à la diminution, sinon à la suppression de ces vibrations et à une meilleure répartition des ef- forts dus à la pression dynamique du flux dévié par la partie mobile. Le dispositif, objet de l'invention, permet d'augmenter la rigidité des portées et de reprendre une partie des efforts supportés par la partie mobile, l'autre partie étant reprise par le système de vérins permettant l'orien- tation de la tuyère. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure l est une vue en coupe axiale d'une tuyère orientable comportant une première forme de réalisa- tion du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une tuyère orientable selon une deuxième forme de réalisation. La figure 3 est une vue en coupe axiale d'une troi- sième forme de réalisation. 250 1786 La figure 4 est une vue selon IV-IV de la figure 3 montrant une forme de réalisation des moyens de gui- dage. b La figuru 5 es L une vue en coupe axiale d'une qua- trième forme de réalisation. La figure 6 est une vue en coupe transversale par- tielle d'une cinquième forme de réalisation. La figure 7 est une vue selon VII de la figure 6. Dans la description et les figures, les éléments semblables portent les mêmes références. Les figures représentent les tuyères dirigées vers le haut. La figure 1 montre, vue en coupe axiale, une t yêre orien- table 2 équipant l'extrémité d'un fuselage ou d'une nacelle 1 d'avion. Le canal de post-combustion 3 ou d'éjection est doublé vers l'intérieur d'une chemise de protection thermique 4 qui se termine par une portée cylindrique 5. Sur la surface interne de celle-ci, vient coulisser, sous l'action de la pression des gaz de refroidissement circulant entre le canal 3 et la chemise 4, un élément cylindrique 6 solidaire intérieure- ment d'une virole sphérique 7 formant une bague sphérique creuse. La surface extérieure de la virole 7 coopère avec une portée sphérique 8 appartenant à la partie mobile de la tuyère. La bague sphérique creuse a pour fonction d'em- pêcher les gaz de refroidissement de s'échapper dans le flux des gaz d'éjection et de les amener entre la virole 7 et la membrane d'étanchéité 9 pour assurer le refroidissement de cette dernière. -4 L'extrémité aval du canal 3 est prolongée par une portae sphérique 10. La partie mobile de la tuyère comprend une virole cylin- drique 12 portant en amont une portée sphérique intérieure 8 et une portée sphérique extérieure 11. La portée exté- rieure 11 recouvre coaxialement la portée intérieure 8 et au moins une partie de la virole cylindrique 12. La portée intérieure 8 glisse, comme précédemment signalé, contre la bague sphérique creuse 7 pour assurer l'étan- chéité entre les gaz de refroidissement et le flux éjecté. La portée extérieure 11 porte la membrane d'étanchéité 9, qui est fixée par un de ses bords sur la partie de portée proche de la virole cylindrique 12 et par son autre bord au bord libre de la portée sphérique 10 de la partie fixe. Selon le mode de réalisation représenté, la virole sphérique extérieure 11 est portée par une virole 13 fixée à la virole cylindrique 12. La partie mobile de la tuyère est maintenue par une struc- ture sphérique extérieure 14 dont la rotation est commandée par un système de vérins. L'étanchéité entre la structure sphérique extérieure et le fuselage ou la nacelle est as- surée par une couronne de volets élastiques 15 qui s'ap- puient contre la structure. Les vérins 16 commandant- la rotation de la tuyère ont leur corps logé d'une façon fixe entre le canal 3 et le fuselage ou nacelle 1. Les tiges de vérins viennent agir sur les patins 17 solidaires d'une des extrémités des biellettes 16 et qui coulissent dans les glissières 19 des ferrures 20. Les autres extrémités des biellettes 18 sont articulées à la structure 14. Les vérins 16 peuvent être de n'importe quel type: hydraulique, pneumatique, à vis, etc... et agir en traction ou en poussée. 2501 78 6 La structure 14 porte à son extrémité aval les volets extérieurs 21 d'un dispositif de modification de la sec- tion terminale de l'arrière corps. Ces volets sont ac- tionnés par l'intermédiaire d'une biellette (non repré- sentée) articulée sur les volets intérieurs 22, eux-mêmes à section variable et régulée par les vérins 23 fixés entre la structure 14 et les volets 22. La liaison entre la partie mobile de la tuyère et la structure sphérique extérieure est obtenue au moins en partie par les supports 24 des vérins 23 qui sont solidaires de la virole 13 et de l'extrémité aval de la structure extérieure 14. Les éléments ci-dessus décrits sont déjà connus de la demande de brevet précédemment citée. Le dispositif selon l'invention concerne entre autres des moyens de roulement coopérant avec les surfaces en regard de deux portées sphé- riques, l'une appartenant à la partie fixe et l'autre à la partie mobile de latuyàre orientable. Selon les exemples de réalisation représentés figures 1, 2, 3, dans lesquels la virole cylindrique de l'extrémité aval du canal porte une bague sphérique creuse, il est prévu sur la partie fixe une deuxième portée sphérique extérieure 25. Les moyens de roulement 26 sont alors placés entre la portée sphérique extérieure 11 de la partie mobile et la portée sphérique extérieure 25 de la partie fixe. Dans l'exemple de la figure 1, les moyens de roulement 26 sont constitués de billes maintenues dans une cage formée de deux anneaux sphériques en clinquant d'acier inoxydable comportant des alvéoles disposés en quinconce dans lesquels sont logées les billes. Les anneaux sont réunis par des moyens de fixation connus tels que rivets, points de sou- dure, etc... Pour permettre la mise en place de l'anneau di billes 26, la portée sphérique extérieure 25 de la partie fixe est formée de deux partl. s 251 et 252, la parLie 252, démontable, est fixée par sa bride 253 sur la bride 254 de la partie 251 par boulonnage. Les moyens de roulement permettent la transmission des efforts subis par la portée extérieure 11 de la partie mobile à la partie fixe par l'intermédiaire de la portée qui peut sans inconvénient être munie des renforts sur sa paroi extérieureo Du fait de la grande souplesse de l'articulation due aux moyens de roulement, il est prévu des moyens de guidage, non représentés sur la figure 1! et qui seront ultérieure- ment décrits évitant toute rotation axiale de la partie mobile lors des changements de direction du jet. La figure 2 montre un deuxième exemple de réalisation de l'invention dans laquelle l'anneau de billes 26 est maintenu entre deux garnitures alvéolées 27, 28, souples, fixées sur les portées sphériques fixe 25 et mobile 11. Les alvéoles sont répartis en quinconce sur les faces interne et externe. Ces éléments sont destinés à amortir les vibra- tions et à absorber les écarts dimensionnels dus aux tolé- rances de fabrication des ensembles chaudronnés. Les moyens de guidage de la partie mobile de la tuyère comportent une rampe 29 ménagée à l'intérieur de la struc- ture sphérique extérieure 14 de la tuyère mobile et d'un galet 30 fixé par son axe sur la surface extérieure de la portée sphérique extérieure 25 de la partie fixe. La tuyère orientable représentée sur la figure 2 est une tuyère convergente divergente. 2 5 0 1 7 8 6 La virole cylindrique 12 est prolonge on aval par un dispositif de modification 220 de la section de la tuyère d'éjection. Ce dispositif, solidaire de la structure ex- térieure mobile 14 en ce qui concerne le déplacement de son axe, est susceptible de réaliser un profil convergent divergent comme montré en traits mixtes. Cette modifica- tion est obtenue comme décrit déjà dans la demande de brevet n079.29208 du 23 Novembre 1979 au nom de la Deman- deresse de manière classique à l'aide des vérins 221 et des biellettes 222. La figure 3 représente un troisième exemple de réalisa- tion du dispositif dans lequel les moyens de roulement sont constitués par une garniture sphérique 31 constituée d'un matériau du type "NORSIAL" formé d'une feuille plane sur laquelle est fixée une plaque ondulée. Le matériau est, par exemple, fixé sur la portée sphérique externe 11 de la partie mobile. Le sommet des ondulations coopérant avec la portée sphérique externe 25 de la partie fixe est formé concentriquement à la portée sphérique 11i Le sommet des ondulations est recouvert d'un matériau à faible coefficient de frottement, par exemple du carbone ou un matériau composite résistant à la chaleur. Des moyens presseurs 32 appuient sur la face externe de la portée sphérique fixe externe 25, laquelle est constituée de portions de sphères assemblées jointivement ou en re- couvrement.Ces moyens sont constitués d'organes de roule- ment, par exemple des galets montés sur des leviers 33 articulés en 34 sur la structure extérieure 14 de la partie mobile de la tuyère. La pression du galet sur la portée est déterminée par un organe élastique 35 fixé entre la structure 14 et l'extrémité du levier 33 portant le galet 32. Cet organe 35 joue également le râle d'amortisseur. Les galets sont répartis également le long de la péri- phérie de la portée fixe 25. L'ensemble du dispositif assure la reprise d'une-partie des efforts exercés sur la tuyère, l'autre partie des efforts étant reprise en amont par l'action des vérins 16. Selon la forme de réalisation représentée, le dispositif comporte également des moyens de, guidage, intercalés entre les galets presseurs, qui sont représentés sur la partie inférieure de la figure et forment un ensemble com- prenant une glissière 36 (figure 4) fixée sur la portée sphérique extérieure 25 de la partie fixe et un galet à double action 37 fixé dans la structure externe 14 de la partie mobile. Les galets à double action 37 sont consti- tués de deux roulements à billes 38 et 39 décentrés, montés sur un axe 40, lui-même maintenu par l'intermédiaire de deux portées à billes 41 dans un palier 42 fixé par des brides 43 sur la partie interne de la structure externe 14 de la partie mobile de la tuyère. Les moyens de guidage du dispositif ci-dessus décrit sont semblables à ceux du dispositif selon les première et deuxième formes de réalisations à l'exception près que les éléments galets et glissières sont inversés par rap- port à la portée 25 de la partie fixe et à la structure 14 de la partie mobile. La figure 5 représente un quatrième exemple de réalisa- tion dans lequel les moyens de roulement sont constitués d'un anneau en silicone 44 souple., étanche, gardant sous les variations de charges qu'il supporte, une section cons- tante de son profil dans le plan axial et sur toute son étendue périphérique, permettant ainsi de maintenir un centrage permanent de la partie mobile sur la partie fixe. L'anneau 44 est fixé à l'extrémité de la portée extérieure il de la partie mobile. Du fait de la très bonne étan- chéité de l'anneau 44, il est possible de supprimer la membrane d'étanchéité 9 des réalisations précédentes. Les modifications apportées par rapport à la tuyère orientable précédemment décrite, sont les suivantes - les portées sphériques intérieure 8 et extérieure il de la partie mobile sont solidaires à leur extrémité libre par une virole conique 45, qui assure l'étan- chéité entre ces deux éléments; - la virole sphérique 7 fixée à l'anneau cylindrique 6 est solidarisée par son extrémité amont avecle canal d'éjection 3 par un anneau cylindrique 46 et remplace ainsi la portée sphérique intérieure 10 de la partie fixe. Les figures 6 et 7 représentent une cinquième forme de réalisation dans laquelle les moyens de roulement sont constitués par un anneau déformable 47 qui est fixé sur la portée sphérique extérieure Il de la partie mobile. Cet anneau est constitué d'une membrane souple fermée en un volume étanche occupant une partie notable de la largeur de la portée mise sous pression à l'aide d'une valve 48 (figure 6). L'anneau 47 a le même rôle que l'anneau 44 de l'exemple précédent, c'està-dire assurer la reprise d'une partie des efforts de la partie mobile sur la partie fixe de la tuyère et l'étanchéité entre le jet de gaz et l'air de refroidissement. Comme dans les autres exemples, il y a également un deuxième étage d'étanchéité entre la portée splhérique intérieure 7 de la partie fixe et celle 8 de la partie mobile constituée par un matériau de frottement 49, tel qu'un nid d'abeilles. Afin d'améliorer le contact et, par conséquent, l'étanchéité entre le nid d'abeilles eL la portée sphérique mobile, il est prévu sur la face opposée de la portée 8, des organes élastiques constitués par des profils en S 50 fixés à la périphérie de la portée mobile selon des cercles coaxiaux. Les profils en S 50 peuvent avantageusement être d'un type connu, par exemple à fentes longitudinales et à recouvrement. L'extrémité des lames vient appuyer et frotter contre une partie sphérique 51 solidaire du support de la portée fixe 25. Selon une autre disposition des moyens de guidage, ceux- ci comprennent trois galets 52 solidaires de la partie fixe du canal. Les axes de deux des galets sont diamétrale- ment opposés par rapport au canal, tandis que l'axe du troisième est perpendiculaire aux deux autres et disposés au sommet d'un triangle isocèle dont la base passe par les deux autres. La partie mobile de la tuyère tourne donc au- tour de deux axes perpendiculaires, concourants au centre de rotation. En fonctionnement, le lieu géométrique de l'axe de la tuyère mobile pour une valeur de débattement angulaire maximale, est constitué par un c8ne de 30 dont le sommet est situé sur le centre de rotation. Cette valeur de 30 est d'ailleurs comparable aux valeurs de débattement des autres formes de réalisation précédemment décrites. Les galets sont constitués, comme dans les autres exemples de réalisation, de deux roulements à billes 53, 54 tournaL autour d'un axe 55 solidaire de la partie fixe 25 du canal d'éjection. Les galets sont en contact constant avec la glissière formée de deux bandes de roulement supportées 56, 57 par deux organes élastiques 58, 59 jouant également le 250 1786 râle d'amortisseurs. Lt s moyens de guidage, constitués des trois ensembles galets, bandes de roulement et organes élastiques, sont disposés dans la structure extérieure 14 de la par- tie mobile à laquelle ils se raccordent par les supports , 61. 1 2 REVENDICATIONS 1. Dispositif de roulement et de guidage d'une tuyère orien- tablc de propulseur à réaction dans laquelle une partie fixe de la tuyère présente à son extrémité aval une portée sphé- rique intérieure fixe (10) contre laquelle est susceptible de se déplacer une portée sphérique extérieure mobile (11) d'une virole cylindrique (12) constituant la partie mobile de la tuyère, ladite partie étant fixée à une structure ex- térieure (14) mobile actionnée par des moyens de commande (16, 18), des moyens d'étanchéité (9) étant fixés entre la portée sphérique intérieure fixe et la portée sphérique ex- térieure mobile, caractérisé en ce queladit dispositif com- prend, en outre, une portée sphérique extérieure fixe (25) coaxiale à la portée sphérique intérieure fixe (10), des moyens de roulement (26) disposés entre la portée sphérique extérieure fixe (25) et la portée sphérique extérieure mo- bile (11) et des moyens de guidage (29, 30; 36, 37; 52, 57) disposés entre la structure extérieure mobile (14) et la partie fixe de la tuyère (10, 25). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de roulement sont constitués de billes main- tenues dans des alvéoles d'une cage formée par deux anneaux sphériques. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de roulement sont disposés entre des garni- tures (28, 27) alvéolées souples fixées sur la portée sphé- rique extérieure fixe (25) et sur la portée sphérique ex- térieure mobile (11). 4.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de roulement sont constitués d'au moins une garnit.ure (31) fixée sur une des portées sphériques extérieures fixe ou mobile (25, 11). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la garniture (31) est formée par un matériau métallique ondulé. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'autre portée sphérique (11, 25) porte un reve- tement en un matériau à faible coefficient de frottement. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, carac- térisé en ce que des moyens presseurs (32) sont disposés entre la structure extérieure (14) et la portée sphérique extérieure fixe (25). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens presseurs sont constitués d'organes de roulement montés sur des leviers (33) articulés à une extrémité sur la structure extérieure (14) et à l'autre, à un organe élastique (35) fixé à la structure extérieure (14). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de roulement sont formés d'un anneau (44, 47) souple et étanche fixé sur une des portées sphé- riques extérieures fixe oumobile (11, 25). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'anneau (47) comporte une valve (48) de mise sous pression. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caracté- risé en ce que l'anneau constitue au moins une partie des moyens d'étanchéité. 12. Dispositif selon la revendication 1il, caractéris6 en ce que l'autre partie des moyens d'étanchéité est formée par une virole (45) reliant de façon étanche les extrémités libres des portées sphériques intérieure et extérieure mobiles. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'autre partie des moyens d'étanchéité est for- mée d'organes élastiques (50) fixes selon la périphérie de la portée sphérique intérieure mobile (8). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les organes élastiques sont constitués d'au moins une portion de profilés en S, ou de portions de profils en 5. 15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble de guidage formé d'une glissière (36) et d'un galet (37) fixés sur la portée sphérique extérieure fixe (25) et sur la structure extérieure mobile (14)o 16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, carac- térisé en ce qu'il comporte trois ensembles de guidage, les axes de deux galets étant diamétralement opposés par rapport au canal,l'axe du troisième galet étant perpendi- culaire aux deux autres et disposé au sommet d'un triangle isocèle dont la base passe par les deux autres. 17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que la glissière est formée de deux bandes de roule- ment (56, 57) supportées par des éléments élastiques (58, 59). l 5 1n. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le galet est constitué de deux roulements à billes (38, 39) axialement décentrés portés par l'extrémité d'un axe (40) maintenu dans un palier (42) par deux portées à billes (41).