Brevet FR2646880A1 — publié le 19901116

DESCRIPTION La présente invention concerne des chemises de protection thermique pour canaux de post-combustion ou canaux de transition de turboréacteurs d'aviation. La majorité des turboréacteurs supersoniques sont équipés d'un dispositif de post-combustion. Celui-ci se présente sous la forme d'un canal situé entre la turbine et la tuyère dans lequel des rampes d'injection apportent un supplément de carburant qui permet de parfaire la combustion des hydrocarbures non brûlés dans la chambre de combustion et d'élever la température des gaz d'éjection. L'apport de carburant est très important et l'on atteint des températures élevées de l'ordre de 2100 K (température moyenne d'éjection); locaiement, ces températures peuvent atteindre 2300 K. Pour les turboréacteurs équipés de tuyères axisymétriques, le canal est de forme cylindrique; il est raccordé à son amont à la bride aval du carter d'échappement et à son aval directement à la virole amont de la tuyère. Lorsque les turboréacteurs sont équipés de tuyères bidimensionnelles, le canal de post-combustion est raccordé à son aval à un canal de transition qui permet de passer d'une section circulaire à une section rectangulaire ou carrée. Compte tenu des températures régnant dans ces canaux, il est indispensable de les protéger par une chemise de protection thermique. Cette chemise est maintenue espacée de la paroi interne du canal et coaxialement à celle-ci par des attaches coulissantes. Un débit d'air de refroidissement qui peut être de l'air secondaire dans le cas d'un turboréacteur double flux, circule entre la paroi interne du canal et la paroi externe de la chemise. Le document FR-A-1 458 204 au nom de la demanderesse décrit une chemise de protection réalisée sous la forme d'une structure monobloc à paroi ondulée. Elle est reliée au canal par des points fixes et des points coulissants lui permettant de se dilater en fonctionnement, la dilatation longitudinale se faisant par les points coulissants et la dilatation diamétrale par la déformation des ondulations. Le document FR-A-2 574 859 prévoit une chemise de protection comportant divers moyens de refroidissement: une partie est à double paroi refroidie par impact et par convection tandis que la partie aval comporte des replis de formation de film de refroidissement par convection interne. Comme le précédent, ce dispositif présente l'inconvénient d'être monobloc. Dans le domaine voisin mais différent de la réalisation des brûleurs de chambre de combustion de turboréacteurs, on a déjà réalisé des structures de chambre de combustion à double paroi, la paroi externe structurelle supportant des panneaux internes formant la paroi chaude lesdits panneaux étant agencés sous forme de tuiles à recou- vrement. Les documents US-A- 4 614 082 ou FR-A-2 567 250 en montrent des modes de réalisation. La présente invention vise à réaliser des chemises de protection thermique utilisant le concept de tuiles à recouvrement dont il a été question ci-dessus, mais dans lequel lesdites tuiles ne sont pas fixées séparément sur une paroi structurale mais sont fixées entre elles pour réaliser une structure de protection thermique complète et séparable en tout, du canal dans lequel ladite structure sera disposée. L'invention a donc pour objet une chemise de protection thermique pour canal de post-combustion ou de transition d'un turboréacteur constituée d'un ensemble de tuiles se chevauchant latéralement et longitudinalement, les rangées de tuiles de deux rangs successifs étant décalées d'une demi-largeur de tuile. L'invention a également pour objet de réaliser un tout structural dans lequel chaque tuile peut avoir une certaine liberté de dilatation radiale et axiale et circonférentielle par rapport aux tuiles voisines. Pour parvenir à ce résultat, chaque tuile comporte au moins deux fenêtres amont et au moins deux pontets découpés ou emboutis en relief dans leur partie aval, les fenêtres amont d'une des tuiles composant l'anneau aval étant encastrées dans les pontets aval de deux tuiles adjacentes formant l'anneau amont tandis que des étriers d'assemblage placés radialement à l'extérieur de la tuile aval et coopérant au travers des fenêtres avec les pontets des deux tuiles adjacentes amont assurent la fixation de l'ensemble sur le carter externe du canal. D'autres caractéristiques de l'invention et son mode de réalisation et d'assemblage seront explicités en regard des planches annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la structure selon l'invention assemblée et fixée sur un canal chaud de turboréacteur avec interposition d'un anneau raidisseur; - la figure 2 est une vue de dessus de la chemise de protection thermique de la figure 1 montrée sans l'anneau raidisseur; - la figure 3 montre en partie gauche une demi-coupe selon AA de la figure 1 et en partie droite une demi-coupe selon BB de la figure 1; - la figure 3a est le détail C de la figure 3, à plus grande échelle; - la figure 4 est une vue en perspective d'une tuile selon l'invention; - la figure 5 est une vue en perspective de dessus depuis l'amont du mode de réalisation des figures 1 à 3, avec une barrette de verrouillage d'un type particulier apte à améliorer la circulation d'air de refroidissement; - la figure 6 représente en perspective selon la même vue que la figure 5, une variante de réalisation dans laquelle les pontets et les étriers sont modifiés; - la figure 7 montre une tuile modifiée pour être utilisée pour former la première rangée amont de la chemise de protection thermique; - la figure 8 montre une tuile modifiée pour être utilisée dans la dernière rangée aval de la chemise de protection thermique, - la figure 9 montre une vue de dessus de la chemise de protection assemblée indiquant le système d'étanchéité entre les tuiles. Dans cette vue, les moyens de fixation des tuiles (pontets, étriers, barrettes) n'ont pas été représentés; - la figure 10 est une vue en section selon DD de la figure 9; - la figure 11 est une section selon EE de la figure 9. Si l'on se réfère aux figures 1 à 5, on voit que le canal 1 de postcombustion ou de transition entre un canal PC et une tuyère bidimensionnelle est protégé intérieurement par une chemise de protection globalement référencée 2 et formée de tuiles. Dans les figures 1 à 11, les tuiles seront référencées selon la convention suivante: toutes les tuiles porteront un nombre de trois chiffres: le chiffre des centaines sera égal au rang de l'anneau de la chemise dans lequel la tuile référencée est incorporée; le chiffre des dizaines sera toujours le chiffre 3 désignant chaque tuile prise individuellement (telle que représentée par exemple à la figure 4) et le chiffre des unités sera caractéristique de la place de la tuile dans chaque anneau. Les tuiles du premier anneau amont seront ainsi référencées 131 et suivantes, celles du deuxième anneau 231 et suivantes et celles du dernier anneau, le plus aval, n31 et suivantes. La figure 4 montre une tuile 3, isolée de l'ensemble, le bord amont étant représenté à gauche de la figure et le bord aval à droite, la tuile étant vue de dessus. Sur le mode de réalisation représenté ici, la tuile comporte sur sa moitié amont deux paires de fenêtres respectivement 4a, 4'a et 4b, 4'b. Les fenêtres 4a et 4'a (respectivement 4b, 4'b) sont disposées sur un même axe longitudinal XX' (respectivement YY') et sont séparées par un espace "e". Les fenêtres 4a, 4'a et les fenêtres 4b, 4'b sont disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal médian et sont séparées par une largeur 2L. Deux paires de pontets respectivement 5a, 5'a et 5b, 5'b sont réalisées dans la moitié aval de chaque tuile. Chaque pontet est embouti (si la tuile est réalisée en matériau métallique) on venu de moulage (si la tuile est en matériau composite ou céramique) et dépasse de la face supérieure de la tuile sous la forme d'un demi-cylindre. Les pontets 5a, 5'a, respectivement 5b, 5'b sont espacés du bord gauche (respectivement du bord droit) de la tuile d'une largeur L. Chaque tuile comporte également sur environ la moitié amont d'un de ses bords latéraux une bande de recouvrement 6 qui viendra recouvrir le bord adjacent de la tuile voisine lors de l'assemblage. En outre chaque tuile comporte sur sa face de dessous et dans sa partie amont seulement soit des ondulations longitudinales embouties 7 d'épaisseur constante telles que représentées à la figure 4, soit des bossages 7' ou picots, disposées en quinconce, comme représenté à la figure 3a de façon à ce que, lorsque les tuiles sont mises en place, l'amont d'une tuile recouvrant la partie aval de deux tuiles de l'anneau amont adjacent, un espace "e" soitconservé radialement entre la face externe des tuiles amont et la face interne de la tuile aval afin que l'air relativement froid circulant entre la chemise 2 et le carter 1 puisse pénétrer à l'intérieur de la chemise pour former le long de la paroi intérieure de celle-ci un film pariétal de refroidissement amont ainsi qu'on le verra plus loin. Sur les figures 1 à 3 on a représenté les tuiles de deux anneaux successifs assemblés, par exemple le deuxième et le troisième anneau. Sur les figures 1 et 2 on voit ainsi que les tuiles 231 et 232 de l'anneau amont sont recouvertes à leur partie aval par la tuile 332 de l'anneau aval et sont disposées de telle sorte que les pontets aval 5b, 5'b de la tuile 231 prennent place dans les fenêtres amont 4a, 4'a de la tuile 331 tandis que les pontets aval 5a, 5'a de la tuile 232 traversent les fenêtres 4b, 4'b de la même tuile aval 331. Des étriers d'assemblage 8 en forme de U renversé comportant des ailes d'extrémité 8a parallèles à leur partie médiane 8b sont alors placés extérieurement à la tuile 332 et transversalement de telle sorte qu'une des ailes 8a soit placée dans l'espace "e" séparant les pontets 5b, 5'b de la tuile 231 dépassant au travers des fenêtres 4a, 4'a de la tuile 332, tandis que la seconde aile 8a est logée entre les pontets 5a, 5'a de la tuile 232 dépassant des fenêtres 4b, 4'b de la même tuile 332. Deux barrettes de verrouillage 9 sont alors glissées longitudinalement sous les pontets 5b et 5'b (respectivement 5a et 5'a). Une fois toutes les tuiles 331 à 33n de l'anneau aval ainsi solidarisées à celles 231 à 23n de l'anneau amont, un anneau raidisseur 10 transversal est placé sur les parties médianes de tous les étriers 8, sur lesquels il est fixé par des vis 11 engagées par l'extérieur du carter 1 dans des. écrous freins 12 encagés portés par les parties médianes 8b de chaque étrier 8. Les vis 11 servent donc ainsi à la fixation de la chemise 2 sur le carter 1. Les anneaux raidisseurs 10 comportent chacun une aile aval a repliée radialement vers l'intérieur du canal pour former en amont de chaque anneau un diaphragme aérodynamique apte à mettre sous pression l'air secondaire circulant entre la chemise 2 et le carter 1 dans la zone amont de l'anneau formé par les tuiles 331 à 33n. Du fait de l'existence des picots ou ondulations 7, 7', les tuiles amont 231, 232 et aval 332 sont espacées de l'épaisseur e' desdites ondulations et l'air secondaire mis en pression par le diaphragme formé par l'aile 10a s'infiltre entre les tuiles 231, 232 et la tuile 332 pour former un courant de refroidissement par convection entres lesdites tuiles. L'air peut également passer sous les barrettes de verrouillage 9. L'air relativement froid ayant circulé entre les tuiles et sous les barrettes peut pénétrer à l'intérieur de la chemise de protection thermique 2 par les fenêtres 4a, 4'a 4b, 4'b pour former le long de la paroi interne de la chemise un film pariétal de refroidissement. La figure 5 montre en perspective l'assemblage ainsi formé pour réaliser une chemise de protection selon l'invention. Dans cette figure, toutes les pièces représentées sont conformes à la description qui vient d'être faite à l'exception des barrettes de verrouillage 9' qui ont ici une section semicirculaire pour améliorer l'introduction d'air de refroidissement vers l'intérieur des tuiles pour former le film pariétal de refroidissement de la chemise 2. En outre, dans les figures 5 à 8, on a représenté à titre de variante des picots ou ondulations 7, 7',des surépaisseurs longitudinales en relief, sans que cela change le principe de ventilation des tuiles. Dans la variante représentée à la figure 6, on a remplacé - les paires de pontets aval par des pontets longitudinaux simples 50a, 50b. Les paires de fenêtres de la version précédente sont alors remplacées par des fenêtres simples 40a, 40b. Les écartements des fenêtres entre elles et des pontets par rapport aux bords des tuiles sont les mêmes que dans la variante précédente. Dans ce cas pour pouvoir insérer l'étrier 80, celui-ci doit alors être réalisé sous la forme de deux demi-étriers a, 80b que l'on engage respectivement sous les pontets b et 50a. Les deux demi étriers possèdent chacun une surface centrale de recouvrement,- l'une étant munie d'un orifice 80c tandis que l'autre supporte l'écrou encagé 12. Les deux demi-étriers sont alors solidarisés entre eux et à l'anneau raidisseur 10 par les vis 11. La figure 7 montre une tuile du rang le plus amont, fixée aux tuiles du second rang. Dans la partie gauche de la tuile amont, on a représenté une variante de réalisation o la tuile 13n est métallique. Dans ce cas, la tuile 13n ne comporte pas de fenêtre amont mais un étrier soudé ou riveté. Cet étrier est destiné à la liaison des tuiles 13n avec le canal de postcombustion. Cette liaison est réalisée par des vis traversant le canal et venant se bloquer dans les écrous freins 12 des étriers. Les tuiles composant cet anneau n'étant pas recouvrantes à l'amont, elles ne possèdent pas de bossages internes, la partie aval des tuiles est identique à celle des tuiles intermédiaires. Dans la partie droite de la tuile amont 13n de cette figure, on a représenté une variante pour une tuile en composite. Dans ce cas, la tuile pourra comporter des pontets amont et l'étrier amont sera solidarisé à la tuile par une barrette de verrouillage comme pour les anneaux aval. A la figure 8, on a représenté une tuile de l'anneau aval. Les tuiles composant cet anneau n'étant pas recouvertes à l'aval, ne possèdent pas de pontets dans cette zone mais un étrier de fixation est disposé à la partie aval de façon identique aux étriers de l'anneau amont. La fixation au canal est assurée également par des vis bloquées dans les écrous-freins 12 des étriers 8. La partie amont des tuiles de cet anneau est identique à celle des tuiles des- anneaux plus en amont. Il faut encore ajouter à cette description que la largeur des étriers est calculée de façon à laisser entre lesdits étriers et les pontets ou les paires de pontets correspondants un jeu permettant la dilatation dans le sens longitudinal de l'assemblage de tuiles formant ladite chemise de protection thermique. De même, une dilatation dans le sens radial est permise parce que les anneaux sont relativement libres radialement les uns par rapport aux autres, la hauteur des bossages formant les pontets étant calculée avec un jeu suffisant pour permettre cette dilatation. Une chemise de protection du type ici décrit présente pour avantage le fait que l'on peut remplacer individuellement chaque tuile qui paraîtrait défectueuse en cours de fonctionnement et qu'on peut le faire sur une base aérienne sans intervention délicate en atelier, qui nécessiterait une immobilisation longue du moteur et de l'avion qui l'utilise. En outre, le volant de pièces de rechanges nécessaires est considérablement réduit par la structure modulaire de la chemise. REVENDICATIONS 1. Chemise de protection thermique pour canal (1) de post- combustion ou de transition d'un turboréacteur caractérisée en ce qu'il est constitué d'un ensemble de tuiles (13n, 23n, 33n...) se chevauchant latéralement et longitudinalement, les rangées de tuiles de deux rangs successifs étant décalées d'une demi-largeur de tuiles. 2. Chemise de protection thermique selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque tuile (3) comporte au moins deux fenêtres amont (4a, 4'a, 4b, 4'b, 40a, 40b) et au moins deux pontets (5a, 5'a, 5b, 5'b, 50a, 50b) découpés ou emboutis en relief dans leur partie aval, les fenêtres amont (4a, 4'a; respectivement 4b, 4'b) d'une des tuiles comportant l'anneau aval étant encastrées dans les pontets aval (5b, 5'b; respectivement 5a, 5'a) de deux tuiles adjacentes formant l'anneau amont tandis que des étriers d'assemblage (8, 80) placés radialement à l'extérieur de la tuile aval et coopérant au travers des fenêtres avec les pontets des deux tuiles adjacentes amont assurent la fixation de l'ensemble sur le carter externe (1) du canal. 3. Chemise de protection thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque tuile comporte d'une part deux fenêtres amonts (40a, 40b) symétriques par rapport à l'axe longitudinal médian de la tuile et espacées d'une largeur 2L et d'autre part deux pontets longitudinaux aval (50a, 50b), chaque pontet étant écarté du bord de la tuile d'une largeur L, en ce que à chaque fenêtre amont (40a, respectivement 40b) d'une tuile correspond un seul pontet (50b, respectivement 50a) de la tuile amont correspondante et en ce que l'étrier d'assemblage (80) de deux tuiles aval et de ladite tuile amont est constitué de deux demi- étriers (80a, 80b) chacun engagé transversalement sous un des pontets (50b, 50a) des tuiles amont adjacentes, les deux demi-étriers possédant chacun une surface centrale de recouvrement munie d'un orifice (80c), les deux demi- étriers étant fixés ensemble au moyen d'une vis (11) disposée dans lesdits orifices. 4. Chambre de protection thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque tuile comporte d'une part deux paires de fenêtres amont (4a, 4'a; 4b, 4'b), les fenêtres de chaque paire étant disposées sur un même axe longitudinal, lesdits deux axes étant symétriques par rapport à l'axe longitudinal médian et écartés d'une largeur 2L, et d'autre part deux paires de pontets (5b, 'b; 5a, 5'a) transversaux, les pontets de chaque paire étant disposés l'un derrière l'autre sur un même axe longitudinal écarté du bord de la tuile d'une largeur L, et en ce que les étriers d'assemblage (8) sont monoblocs et ont leurs ailes d'extrémité (8a) disposées transver- salement entre chaque paire de pontets transversaux (5b, 5'b et 5a, 5'a) et en ce que une barrette de verrouillage (9, 9') glissée longitudinalement sous les pontets (5b, 5'b, respectivement 5a, 5'a) d'une même paire et dessus l'aile d'extrémité (8a) de l'étrier (8) assurent le verrouillage dudit étrier (8) sur les tuiles ainsi assemblées. 5. Chemise de protection thermique selon la revendication 4 caractérisée en ce que les barrettes de verrouillage (9') ont une section semi- circulaire permettant l'introduction d'air de refroidissement radialement vers l'intérieur des tuiles pour former un film pariétal de refroidissement. 6. Chemise de protection thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la partie amont de chaque tuile possède, dans la zone o elle recouvre une tuile amont, des ondulations (7') ou des picots (7) assurant un écartement desdites tuiles se recouvrant pour permettre l'introduction depuis l'amont d'air secondaire vers la face radialement interne des tuiles aval pour former un film pariétal de refroidissement. 7. Chemise de protection thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des anneaux raidisseurs (10) circulaires transversaux reliant entre eux tous les étriers (8) d'une même rangée de tuiles, étriers sur lesquels ils sont fixés par des vis (11) engagées dans des écrous freins (12) portés par la partie médiane de chaque étrier (8). 8. Chemise de protection thermique selon la revendication 7, caractérisée en ce que les anneaux raidisseurs (10) comportent une aile aval (10a) circulaire repliée vers l'intérieur du canal pour former en amont de chaque anneau un diaphragme de mise en pression de l'air de refroidissement. 9. Chemise de protection thermique selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisée en ce qu'elle est fixée à l'intérieur du carter (1) du canal au moyen de vis (11) montées par l'extérieur dudit canal et bloquées par des écrous prisonniers (12) solidaires des étriers (8). 10. Chemise de protection thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la hauteur des bossages formant les pontets (5, 50) est calculée avec un jeu suffisant pour permettre la dilatation dans le sens radial de l'assemblage des tuiles formant ladite chemise de protection thermique. 11. Chemise de protection thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que la largeur de l'étrier (8) est calculée de façon à laisser entre ledit étrier et les pontets ou les paires de pontets correspondant un jeu permettant la dilatation dans le sens longitudinal de l'assemblage des tuiles formant ladite chemise de protection thermique.