Brevet FR2652859A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne les tuyères d'échap- pement en général pour avions à réaction et, plus particu- lièrement, des éléments de palier sollicités par ressort qui fournissent une résistance de frottement entre le volet extérieur d'une tuyère d'échappement et ses éléments de support. Un problème de vibrations et d'excitation s'est trouvé associé aux forces aérodynamiques produites à l'intérieur d'une zone de turbulence située entre les tuyères d'échappe- ment adjacentes d'un avion à réaction de hautes performances. Lorsque les moteurs à réaction sont montés côte à côte sur l'aile d'un avion, une zone de séparation de l'écoulement se trouve formée entre eux. Cela a pour effet de créer un environnement difficile et hostile pour les volets extérieurs des tuyères d'échappement car il se produit une excitation entre les moteurs dans une vaste gamme de fréquence. L'excitation provoque une usure rapide des joints articulés des volets extérieurs et limite la durée de vie utile de ces joints et volets à une valeur relativement courte. Cette usure est la plus sévère en cas de vitesse élevée, à faible altitude, conditions de fonctionnement fréquentes pour un avion à réaction. A cause des coûts provoqués par les périodes d'immobilisation et la maintenance complexe d'un avion à réaction, ce problème de l'usure constitue un problème opérationnel et économique important. -2- Par conséquent, il existe un besoin pour une solution d'un coût relativement faible au problème de l'usure rapide due aux vibrations des joints articulés des tuyères d'échap- pement d'un avion à réaction. Il existe un besoin particulier pour un dispositif relativement simple destiné à réduire l'usure due aux vibrations, usure provoquée par la séparation de l'écoulement entre deux moteurs à réactions juxtaposés. On a mis au point la présente invention pour satis- faire les besoins venant d'être exposés et par conséquent son objet principal est un mécanisme d'amortissement des vibra- tions ayant pour but de réduire l'usure des joints articulés des tuyères d'échappement des moteurs à réaction due à de telles vibrations. La présente invention a pour autre objet de faciliter l'installation, la charge préalable et le remplacement d'un tel mécanisme d'amortissement des vibrations entre le volet extérieur et ses éléments associés de support. On satisfait les précédents objets avec un palier sollicité par ressort qui applique une force prédéterminée à une ou plusieurs pattes de montage connectées aux volets extérieurs d'une tuyère d'échappement d'un moteur à réaction. Un palier non tournant sert à appliquer directement une force de sens axial à une patte de montage d'un volet extérieur sur le joint articulé avant et une paire de blocs coulissants, mobiles dans le sens axial et soumis à l'action d'un ressort, est utilisé pour appliquer une force similaire à une paire de pattes de montage du volet extérieur sur les joints articulés arrière. Alors que le volet extérieur et ses pattes de montage en une pièce sont exposés aux forces d'excitation dynamique, celles-ci sont transférées aux joints articulés avant et arrière. Le frottement produit sur les faces des pattes de montage par les paliers soumis à l'action d'un ressort et des blocs coulissant sert à amortir les vibrations autour des joints articulés et en augmente la durée de vie utile. -3- Une cartouche à ressort peut être prévue pour facili- ter l'installation des paliers d'amortissement des vibra- tions. La cartouche facilite aussi le réglage des charges préalables des paliers. Cela est particulièrement souhaitable lorsqu'on considère la surface limitée dont on dispose à l'intérieur des tuyères d'échappement, pour permettre au monteur la manipulation des outils d'installation et de mesure. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue partielle schématique en perspective d'une paire de tuyères d'échappement d'un avion à réaction; figure 2, une vue en perspective, en partie en coupe, d'une tuyère d'échappement typique; figure 3, une élévation de côté en coupe prise le long de la ligne A-A de la figure 2, représentant les composants principaux formant une tuyère d'échappement; figure 4, une vue en coupe partielle prise le long de l'axe de pivotement d'un joint articulé antérieur selon la présente invention; figure 5, une vue en coupe partielle prise le long de l'axe de pivotement d'un joint articulé postérieur selon la présente invention; figure 6, une élévation de côté, en partie en coupe, de l'un des joints articulés postérieurs; figure 7, une élévation de côté d'une cartouche à ressort dans une coupe prise le long de la ligne B-B de la figure 8, figure 8, une vue en bout de la cartouche de la figure 7; figure 9, une vue partielle d'un joint articulé antérieur équipé d'une cartouche à ressort et; figure 10, une vue partielle du joint articulé postérieur équipé d'une cartouche à ressort. Dans les diverses figures des dessins, les mêmes - 4 - numéros de référence désignent des parties identiques. Comme on peut le remarquer en figure 1, une paire de moteurs à réaction 10 d'un avion, créent généralement!pendant leur fonctionnement, une zone Y2 de séparation de l'écoule- ment entre les volets extérieurs 14 de deux tuyères-d/échap- pement juxtaposées 16 à surface variable. Cette séparation de l'écoulement est particulièrement accentuée dans les confi- gurations d'avion qui comprennent quatre moteurs à réaction montés par paires au-dessous de chaque aile 18. Comme on l'a indiqué ci-dessus, l'excitation et les vibrations provoquent une usure rapide des joints articulés qui font pivoter les volets extérieurs 14 sur les tuyères 16. On voit le mieux l'emplacement général des joints articulés en figure 2, qui représente un ensemble à tuyère d'échappement 20 comportant des joints articulés antérieurs 22 et des joints articulés postérieurs 24. L'ensemble à tuyère d'échappement 20, qui comporte une conduite d'échappement 26 circulaire, statique, comprend une multitude de volets interconnectés par pivote- ment, semblables à ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 128 208, dont on incorpore ici le mémoire à titre de référence. Cette interconnexion pivotante permet une variation sélective de l'aire de la section transversale du trajet circulaire 28 d'écoulement de l'échappement. Cette variation est souhaitable pour tenir compte, de façon efficace, des divers débits massiques et états fluidiques qu'on rencontre dans la plage des conditions de fonctionne- ment du moteur à réaction. Comme on le voit en figures 2 et 3, les composants principaux de la tuyère d'échappement 16 sont les volets divergents 30 et les joints divergents 32, les volets principaux 34 et les joints principaux 36, les volets extérieurs 14 et un anneau d'actionnement 38. Le joint articulé antérieur 22 relie en pivotement le volet extérieur 14 à un flasque annulaire 40 de la conduite d'échappement 26 via un support de montage 42, alors que le joint postérieur 24 relie en pivotement et en coulissement axial le volet - 5 - extérieur 14 au volet divergent 30 comme on le discutera ci- dessous. En figure 4, on a représenté les détails du joint articulé antérieur 22. Bien qu'on puisse utiliser deux ensembles espacés pour supporter chaque volet extérieur 14, seul un ensemble 22 est représenté. Un support de montage 42 comporte une paire de bras de montage 44, 46 sous forme d'un étrier. Le bras 44 présente un alésage carré 48, alors que l'alésage 50 du bras 46 est circulaire. Un palier lisse 52 à collerette, présentant une surface extérieure carrée 53 qui est le complément du contour du trou carré 48, est monté dans cet alésage 48 de façon à pouvoir coulisser. Les surfaces carrées d'accouplement du bras 44 et du palier 52 empêchent la rotation du palier par rapport au support de montage 42. Un second palier lisse 54 à collerette, ayant une surface extérieure circulaire 55 est monté à ajustement serré dans l'alésage circulaire 50 ménagé dans le bras 46. Un axe d'articulation, se présentant par exemple sous la forme d'un boulon 56 à collerette, est monté dans les deux paliers 52, 54 et les deux bras de montage 44, 46. Le boulon 56 traverse aussi un alésage 58 formé dans une patte 60 de montage de volet extérieur, laquelle est située entre les paliers 52, 54 et les bras de montage 44, 46 dans une configuration de joint à étrier. Une bague 62 peut être prévue dans l'alésage 58 pour supporter en rotation la patte 60 sur le boulon 56. Un jeu 63 est de préférence assuré entre le palier 54 et la patte 60 pour permettre des tolérances entre joints articulés contigus 22 et plus particulièrement entre les pattes 60 de montage des volets extérieurs. Le jeu 63 donne aussi l'assurance que chaque joint articulé antérieur se montera correctement. L'amortissement des vibrations s'effectue sur le volet extérieur 14 grâce au frottement produit par la force de sollicitation d'un ressort en spirale 64 qui est monté coaxialement sur l'extrémité exposée du boulon 56. Cette - 6 - force est établie en vissant un élément à écrou 66 de manière à comprimer axialement le ressort 64 sur une distance prédéterminée contre le palier 52, ou un élément intermé- diaire tel qu'une rondelle 68 qui est montée en coulissement sur le boulon 56. La force d'amortissement est due à une charge axiale prédéterminée qui est appliquée par le ressort 64 entre la face 70 de l'extrémité à collerette du palier 52 et la face latérale 72 de la patte 60 de montage du volet extérieur. On peut voir que les vibrations auxquelles le joint articulé antérieur 22 est soumis sont amorties grâce à une articulation peu compliquée dans un agencement à bague qui permet une rotation limitée du volet extérieur 14 autour du support de montage antérieur 42. C'est le frottement entre la face 70 de l'extrémité du palier et la face latérale 72 de la patte de montage 60 qui provoque l'amortissement de la réponse de la portion avant du volet extérieur 14 aux forces aérodynamiques existant dans la zone de turbulence 12 (figure 1) qui entoure les volets extérieurs 14. Comme le palier 52 ne peut tourner, la création du frottement entre lui-même et la patte de montage 60 est assurée lors de la rotation de la patte autour du boulon 56. Bien que le principe de fonctionnement du joint articulé postérieur 24 soit le même que celui venant d'être décrit, la structure de ce joint est quelque peu plus complexe car elle doit permettre tant la rotation que la translation du volet extérieur 14 par rapport au volet divergent 30. Comme on le voit en figures 5 et 6, le joint articulé postérieur comporte une paire de joints articulés séparés 74, 76 ayant sensiblement la même configuration, mais qui appliquent des forces de sollicitation dans des direc- tions opposées bien que d'une amplitude de préférence identique. Pour simplifier, on ne procédera qu'à la descrip- tion d'un seul joint, à savoir le joint 74. Un support 78 de montage de volet extérieur, fixé au - 7 - volet extérieur 14, comporte une paire d'éléments d'étrier 80 présentant chacun une paire de bras de montage 82, 84. Chaque bras 82, 84 présente un alésage circulaire 86, 88 destiné à recevoir respectivement un palier circulaire à collerette 90, 92. Un support 94 de montage de volet divergent comporte une paire de pattes 96 de montage de volet divergent, chaque patte 96 présentant une fente 98 qui s'étend suivant l'axe longitudinal de la tuyère d'échappement 16. La fente 98 sert de guide linéaire permettant tant la rotation que la translation linéaire entre le volet extérieur 14 et le volet divergent 30. Un bloc coulissant 100 est monté en coulisse- ment dans chaque fente 98. Un axe d'articulation tel que le boulon à collerette 56 est monté dans chaque palier 90, 92, chaque bras de montage 82, 84, la patte 96 et le bloc coulissant 100. Deux garnitures amovibles 99 sont prévues entre la patte 96 et le bloc 100 pour servir d'éléments d'usure sacrificiaires qui protègentla patte 96 contre l'usure. Un ressort en spirale 64 est comprimé sur une distance prédéterminée entre la tête de chaque boulon 56 et chaque palier 92 de manière à appliquer une force de sollicitation prédéterminée contre la face extérieure 102 de chaque bloc 100. Cette force est transférée par l'intermédiaire du bloc coulissant 100 à chaque patte 96 via les garnitures 99. Plus précisément, la face intérieure 103 de chaque bloc transmet la force de sollicitation exercée par le ressort 64 via un contact coulissant avec les garnitures 99. Comme dans le cas du joint articulé antérieur 22, la force de sollicitation due au ressort 64 est établie par le vissage d'un élément d'écrou 66 sur une distance prédéterminée de chaque boulon 56. On peut utiliser une ou plusieurs rondelles 68 dans ce joint articulé postérieur de la même manière que pour le joint articulé antérieur. - 8 - Les bras de montage 82, 84 sont espacés et dimension- nés par rapport à chaque patte 96, au palier 90 et au bloc coulissant 100 de manière à former un joint 104 entre le palier 90, la patte 96 et le bloc 100. Ce jeu assure que toutes les forces importantes d'amortissement des vibrations seront produites entre la face intérieure 103 du bloc coulissant 100 et la face latérale 106 de la patte 96 via les garnitures 99. Ce jeu fournit aussi les tolérances d'assem- blage comme on l'a indiqué précédemment. Alors que le bloc coulisse le long de la fente 98 pendant le fonctionnement de la tuyère d'échappement 16, un mouvement axial est permis entre le volet extérieur 14 et le volet divergent 30. La force de frottement statique exercée entre le palier 92 et le bloc 100 bloque effectivement le palier 92 contre le bloc 100 tout en permettant un glissement axial limité entre le bloc 100 et la patte 96. Ce frottement statique empêche le mouvement entre le palier 92 et le bloc lorsque la tuyère d'échappement 16 est excitée par l'écoulement séparé entre moteurs. Le bloc coulissant 100 a deux fonctions: il protège le boulon 56 et la fente 98 l'un de l'autre lors de l'usure par impact et frottement et fournit une surface 102 contre laquelle une force de sollicitation peut être appliquée. Lorsque la tuyère d'échappement est en fonctionnement, le bloc coulissant 100 est animé d'un mouvement de translation le long de la fente 98 de sorte qu'un mouvement axial est permis entre les volets extérieurs 14 et les volets diver- gents 30. Le boulon à collerette 56 qui est monté dans un alésage ménagé dans le bloc coulissant 100 autorise toute rotation nécessaire des joints articulés postérieurs 24. Si le bloc coulissant 100 était absent, ou s'il était usé au point que le boulon 56 soit directement en contact avec la fente 98, la durée de vie utile du joint articulé diminuerait sensiblement car le bloc, ayant une surface de contact rectangulaire plane, présenterait une surface beau- -9- coup plus résistante à l'usure que la surface cylindrique du boulon 56 qui ne créerait qu'un contact par ligne avec la fente 98. En dehors de la fourniture de surfaces d'usure appropriées, le bloc coulissant 100 offre une surface 102 qui transmet la force élastique nécessaire à l'amortissement du joint articulé. Il est nécessaire que cette force assure la sollicitation appropriée pour obtenir une longue durée de vie de l'articulation. De manière à assurer que la force de sollicitation correcte est appliquée par les ressorts en spirale 64 tant dans les joints articulés antérieurs 22 que dans les joints articulés postérieurs 24, on utilise une cartouche 108 à ressort (figures 7 et 8) pour contrôler la longueur de travail des ressorts 64. Au lieu qu'un assembleur ait à se fier à un dispositif séparé de mesure pour établir la longueur de travail désirée pour les ressorts, on peut utiliser la cartouche 108 pour établir automatiquement ladite longueur. Cela facilite sensiblement le montage du volet extérieur sur la tuyère d'échappement et réduit le temps d'installation et de remplacementcomrpte tenu de l'enveloppe de travail limitée entre le volet extérieur 14 et le volet divergent 30. L'ensemble 108 à ressort 108 comporte un ressort en spirale de compression 64 ayant des extrémités meulées plates 110 qui sont fixées, par exemple par soudage, brasage, etc. , à des bagues de retenue 112, lesquelles maintiennent entre elles un limiteur tubulaire 114 du ressort. Chaque bague de retenue comporte de préférence plusieurs alvéoles 116 réparties à la même distance sur son diamètre intérieur pour permettre l'accessibilité pour souder le ressort 64 à la face intérieure des bagues 112. Le limiteur de ressort 114 a une longueur inférieure à la longueur libre du ressort en spirale 64 et égale à la longueur de travail comprimée prédéterminée qu'on désire pour les ressorts en spirale. Le limiteur de ressort présente en outre un diamètre intérieur qui permet le mouvement radial - 10 - libre des ressorts. Comme on le voit en figures 8 et 9, lorsqu'on serre l'écrou 66 pour comprimer les ressorts en spirale 64, le limiteur 114 finira par venir en contact avec les bagues de retenue 112, ce qui empêchera toute nouvelle compression des ressorts. Lorsque cela se produit, on obtient la longueur de travail prescrite pour les ressorts 64. La cartouche à ressort est un ensemble inséparable et donc minimise le nombre des pièces supplémentaires séparées du joint articulé. - 11 - REVENDICATIONS 1. Dispositif pour amortir les vibrations d'un volet (14) d'une tuyère (16) à surface variable d'un moteur à réaction, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins un joint pivotant (22; 24) interconnectant le volet et la tuyère, ce joint comportant un moyen de sollicitation (64) appliquant une force prédéterminée au volet de manière à développer une force d'amortissement par frottement entre le joint et le volet lors du mouvement du volet autour du joint. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de sollicitation est un moyen de ressort (64). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet comprend une patte de montage (60) connectée en pivotement au joint. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un axe d'articulation (56) traversant la patte de montage pour connecter le volet à la tuyère. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en outre en ce qu'il comprend un moyen de palier (52; 54) pour supporter l'axe d'articulation (56) à l'intérieur du joint. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de palier applique la force prédéterminée à la patte de montage (60) par l'intermédiaire du moyen de palier (52; 54). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de palier (52; 54) comprend un premier palier lisse (52) et un second palier lisse (54) et en ce qu'au moins le premier palier lisse est fixé, sans pouvoir tourner, au joint pivotant. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier moyen de palier (52) est monté en coulissement sur l'axe d'articulation (56). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en - 12 - ce que le premier palier lisse applique directement la force prédéterminée à la patte de montage (60). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de guidage (98) associé fonctionnellement au joint pour permettre la rotation et la translation combinées du volet autour du joint. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'engagement coulis- sant (100) pour transférer la force prédéterminée du moyen de sollicitation au volet. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen associé fonctionnel- lement au joint pour établir la force prédéterminée. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen permettant d'établir la force prédétermi- née comporte un élément tubulaire, et en ce que le moyen de sollicitation comprend un ressort (64) maintenu dans l'élé- ment tubulaire. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen pour établir la force prédéterminée comporte un moyen de- limitation (114) destiné à limiter la force prédéterminée. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le moyen de limitation comprend une cartouche (108) entourant le moyen de sollicitation et limitant la compres- sion de ce dernier. 16. Joint pivotant pour appliquer une force de frottement pour l'amortissement des vibrations à une patte pivotante (60) caractérisé en ce qu'il comprend: un support de montage (42); au moins un bras de support (44; 46) monté sur le support; un palier (52; 54) supporté en coulissement par le bras; un axe de pivotement (56) reliant le bras au support - 13 - de montage; et un moyen de sollicitation (64) associé fonctionnel- lement au joint pivotant pour solliciter le palier vers la patte afin de produire la force de frottement. 17. Joint selon la revendication 16, caractérisé en ce que le bras de support comprend un premier bras (44) et un second bras (46) connectés chacun aux supports de montage (42) pour former un étrier. 18. Joint selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bloc coulissant (100) placé entre la patte et le palier. 19. Joint selon la revendication 16, caractérisé en ce que la patte présente une surface de guidage allongée pour venue en contact avec le bloc coulissant.