Brevet FR2529257A1 — publié le 19831230

- VOLET DE TUYERE A STRUCTURE COMPOSITE CARBONE ET ACIER L'invention concerne un volet pour tuyère d'éjection à section variable comportant un corps central et une semelle. Les volets de tuyère à section variable présentent géné- ralement un corps métallique dans lequel ou sur lequel sont fixés les dispositifs permettant l'actionnement du volet, et une semelle en acier qui protège le corps des gaz d'éjection et assure l'étanchéité avec les volets adjacents La semelle porte longitudinalement une protu- bérance de forme triangulaire qui permet de rétablir le profil aérodynamique avec les volets adjacents, et sert également au refroidissement. La nécessité d'alléger les structures conduit à remplacer au moins partiellement des composants de la tuyère généra- lement en acier par des matériaux plus légers, telles des structures de type sandwich ou nid d'abeilles Il se pose alors le problème de la liaison entre deux matériaux ayant des coefficients de dilatation différents et soumis à des températures différentes Le brevet français 2 397 534 montre un joint entre l'extrémité aval de volets diver- gents, soumis au flux d'air chaud du moteur, et l'extré- mité aval des volets extérieurs qui sont soumis à la tem- pérature ambiante extérieure Le joint comprend au moins une fente allongée, dont l'axe est approximativement pa- rallèle à une directrice du-volet divergent, dans laquelle un pivot est susceptible de se déplacer longitudinalement, la fente et le pivot étant fixés chacun sur un volet. Aucune indication ne permet de connaître le mode de fixa- tion des bords longitudinaux des volets. 2 - Ce dispositif a surtout pour but de permettre le dépla- cement relatif du volet divergent par rapport au volet extérieur lors des modifications d'orientation de l'en- semble volets convergent-divergenti la distance séparant l'extrémité amont du volet convergent de l'extrémité aval du volet divergent étant variable selon le profil réa- lisé. Le volet de tuyère selon l'invention comporte un corps en composite carbone-carbone et une semelle en acier, la se- melle étant fixée au corps par des moyens permettant la libre dilatation des éléments Ces moyens permettent d'une façon générale la -liaison d'éléments de volets présentant des coefficients de dilatation différents ou soumis à des températures différentes. Les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue de dessus en perspective d'un volet selon une forme de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue de dessus en perspective d'une première partie du corps central. La figure 3 est une vue de dessus en perspective d'une deuxième partie du corps central. La figure 4 est une vue de dessus en perspective de la semelle du volet. La figure 5 est une vue en coupe à plus grande Achelle selon V-V de la figure 1. 3 - Selon la forme de réalisation de l'invention représentée figure 1, le volet de tuyère d'éjection à section variable est composé d'au moins deux parties: un corps central 1 et une semelle 2. Le corps central (figure 2) est composé d'au moins deux éléments une armature 3 ayant, vue de dessus, la forme d'un triangle isocèle à sommet arrondi; les côtés égaux 4 du triangle ont, une section approximativement en forme de U dont l'extrémité de chacune des branches est prolongée perpendiculairement par un segment de droite; le pro- longement 5 forme par rapport au U un rebord intérieur et le prolongement 6 un rebord extérieur; les deux rebords sont sur la même surface courbe que le pontet 7 formant la base du triangle, cette surface ayant par exemple, dans le plan transversal amont de la couronne de volets un rayon de courbure correspondant au rayon du canal précédant la tuyère: un couvercle 8 (figure 3) ayant la forme et les dimen- sions extérieures de la projection plane de l'armature en U et de son rebord 6 et qui est fixé, par exemple par collage, sur les rebords 5 et 6 et sur le pontet 7 pour former un caisson rigide. Des ouvertures 9, coaxiales, prévues à l'amont dans les côtés latéraux de l'armature, reçoivent des douilles métalliques destinées aux axes d'articulation du volet et des ouvertures coaxiales analogues 9 ', plus en aval, reçoivent également des douilles pour les dispositifs de commande de mouvement. La semelle 2 (figure 4) est constituée d'une pièce 4 - métallique rectangulaire, courbée longitudinalement selon un rayon de courbure correspondant au rayon de la tuyère. Une ouverture triangulaire 10 de contour correspondant au profil des ailes externes 4 de l'armature 3 du corps central 1, est prévue dans l'axe de la pièce. Des moyens de fixation constitués d'un profil 11, mé- tallique, de forme analogue au profil de l'ouverture, coopèrent avec la semelle pour serrer le bord du corps central Selon la forme de réalisation montrée figure 5, le profilé présente en section deux branches parallèles, décalées l'une par rapport à l'autre, reliées à leurs extrémités voisines par une branche transversale, par exemple, perpendiculaire Des perçages 12 sont prévus dans le bord du contour de l'ouverture et dans le profilé pour recevoir, par exemple, des rivets de fixation 13. Le serrage contrôlé des bords du corps central en matériau composite par le profilé 11 sur la semelle 2 en acier, permet aux dilatations différentes de ces deux ensembles de s'exercer sans créer de contraintes nuisibles. Il est toutefois prévu une fixation 14, dans l'axe de symétrie, entre le pontet 7 du corps central et la semelle 2, de manière à éviter d'éventuels glissements pouvant se produire à certaines températures La fixation est, par exemple, assurée par un rivet. L'avantage d'un gain de masse sensible obtenu par l'utili- sation de volets conformes à l'invention tout en répondant aux différentes conditions imposées pour une tuyère d'éjection est particulièrement appréciable dans le cas ou il s'agit des volets extérieurs de tuyère, encore appelés "volets froids". - Le mode de réalisation d'un volet conformément à l'inven- tion convient également lorsque les constituants sont en un même matériau, mais soumis à des températures diffé- rentes ayant pour conséquence des variations dimension- nelles risquant de donner naissance à des contraintes inadmissibles. Il semblerait que l'emploi d'éléments uniquement en maté- riau composite par exemple carbone-carbone pour la réali- sation de volets de tuyère, conduirait à une solution idéale présentant l'allègement maximal Cette solution pourra être retenue dans l'application à des volets d'in- version du flux secondaire dans un turboréacteur -à double- flux, par exemple Cependant, l'utilisation de volets en métal et matériau composite, par exemple semelle 2 et moyens de fixation 11 en métal, tous les autres éléments, sauf les rivets étant en composites, conformes à l'inven- tion apporte: une amélioration de l'étanchéité, les semelles acier sur acier ayant plus de souplesse et une meilleure adapta- tion que n'aurait une solution composite sur composite, une meilleure continuité en évitant un profil accentué en "marches d'escalier" entre volets, car l'utilisation de carbone-carbone imposerait des épaisseurs plus impor- tantes. Dans certaines utilisations, il pourra être avantageux de conserver ces divers avantages en associant des volets à semelle en métal et structure en composite (par exemple carbone-carbone) conformes à l'invention et des volets en matériau carbone-carbone intégral, par exemple un volet sur deux de chaque type. 6 - REVENDICATIONS 1 Volet pour tuyère d'éjection à section variable compor- tant un corps central et une semelle, caractérisé en ce que le corps central est constitué d'une armature ( 3, 4, 7) en forme de triangle isocèle à sommet arrondi et de section en U, les extrémités des branches du U étant pro- longées perpendiculairement par un segment de droite, ledit segment de droite déterminant un rebord intérieur ( 5) et extérieur ( 6) à ladite armature, et d'un couvercle ( 8), ayant la forme et les dimensions extérieures de la projection plane de l'armature ( 3, 4, 7) et de son rebord ( 6), fixé sur les rebords ( 5, 6); en ce que la semelle ( 2) est constituée d'une pièce rectangulaire comportant dans son axe une ouverture triangulaire semelle autour de l'ouverture triangulaire ( 10). 2 Volet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de fixation ( 11) sont formés d'au moins un pro- filé de forme analogue au profil de l'ouverture ( 10) de la semelle ( 2) et présentant en section deux branches paral- lèles, décalées, reliées à leurs extrémités voisines par une branche transversale, ledit profilé étant fixé à la semelle. 3 Volet selon la revendication t ou 2, caractérisé en ce que le corps central est en'un composite carbone-carbone et la semelle et les moyens de fixation, en acier. 4 Volet selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la base ( 7) du corps central et la semelle com- portent entre elles au moins une fixation ( 14). 7 - Volet selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que les côtés latéraux de l'armature com- portent des ouvertures ( 9) coaxiales prévues pour des axes d'articulation du volet et des ouvertures ( 9 ') également coaxiales pour les axes d'articulation des commandes des volets.