Brevet FR2722249A1 — publié le 19960112

La présente invention se rapporte aux chambres de combustion de propulseurs comprenant une structure tubulaire en matériau composite et au moins un fond rapporté à une extrémité de la structure tubulaire, et concerne plus particulièrement un dispositif de liaison étanche entre la structure tubulaire et le fond. Une technique bien connue pour réaliser une chambre de combustion de propulseur consiste à fabriquer séparément une structure tubulaire ou virole formant le corps du propulseur et des fonds qui sont rapportés aux extrémités de la structure tubulaire, l'un des fonds, le fond arrière, ménageant un passage pour les gaz de combustion vers une tuyère. La structure tubulaire est couramment réalisée en matériau composite, en utilisant la technique du bobinage filamentaire, la structure tubulaire devant être apte à supporter les pressions élevées engendrées dans la chambre de combustion. Les fonds peuvent être également en matériau composite, mais aussi en métal, par exemple en titane. La liaison entre la structure tubulaire et un fond comprend des moyens de liaison mécanique aptes à résister aux pressions engendrées dans la chambre et au moins un joint d'étanchéité s'opposant à toute circulation de gaz entre la structure tubulaire et le fond. Un dispositif connu de liaison étanche entre la structure tubulaire et le fond arrière d'une chambre de combustion de propulseur est illustré schématiquement par la figure 1. La structure tubulaire 1 en matériau composite et le fond arrière métallique 2 sont assemblés au moyen de vis 3. Le fond 2 présente une partie périphérique en forme de couronne 2a qui est engagée à l'intérieur de la structure tubulaire et dans laquelle les vis 3 qui traversent la structure tubulaire sont vissées. Les vis 3 sont disposées en une ou plusieurs rangées circonférentielles. Un joint d'étanchéité torique 5 est comprimé entre la partie 2a du fond et une portée de joint annulaire 6 constituée par un revêtement métallique partiel de la surface interne de la structure tubulaire 1. La structure tubulaire 1 et le fond 2 sont munis de protections thermiques internes, respectivement 7 et 8. La protection thermique 7 est en caoutchouc et est collée sur les faces internes de la structure tubulaire et de la portée de joint 6. Cette solution connue présente plusieurs inconvénients. Il est nécessaire de serrer fortement les vis 3 dans la rangée circonférentielle la plus proche du joint d'étanchéité 4 afin d'assurer une compression suffisante de celui-ci même en cas de déformation du fond, par exemple sous l'effet de pressions internes élevées dans la chambre. En outre, les vis travaillent en cisaillement, flexion et matage latéral. Les pressions internes dans la chambre se traduisent par des efforts axiaux très importants sur le fond, donc des efforts transversaux importants sur les filetages des vis. Or, faire travailler des filetages de vis en matage suivant un axe transversal doit être évité et est même contraire à la norme aéronautique MIL STD 1515A des Etats-Unis d'Amérique. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de liaison qui assure une liaison mécanique et une étanchéité satisfaisantes sans présenter les inconvénients précités. Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que les moyens de liaison mécanique entre la structure tubulaire et le fond comprennent des pions à paroi lisse engagés à travers la structure tubulaire et le fond afin d'assurer une liaison en direction axiale et en direction circonférentielle, et des moyens de maintien des pions en direction radiale, et un joint d'étanchéité est interposé entre le fond et une pièce intermédiaire annulaire formant portée de joint solidaire du fond en direction radiale. Ainsi, les efforts axiaux entre le fond et la structure tubulaire sont transmis par des pions à paroi lisse et non par des vis. Le maintien radial des pions peut être assuré au moyen de vis qui traversent les pions avec jeu et se vissent dans le fond, depuis l'extérieur de la structure tubulaire. Le jeu entre les vis et les pions fait que les filetages des vis ne travaillent pas en matage latéral. En outre, l'utilisation de vis comme moyens de maintien des pions autorise un démontage et un remontage aisés. D'autres moyens de maintien radial des pions peuvent être utilisés, par exemple une frette entourant la structure tubulaire au niveau de l'emplacement des pions. La frette peut être démontable ou non démontable. Elle est réalisée par exemple par un surbobinage de la structure tubulaire. Selon une autre caractéristique du dispositif de liaison étanche, la portée de joint et le fond entre lesquels le joint d'étanchéité est comprimé sont solidaires en direction radiale. De la sorte, la portée de joint suit d'éventuelles déformations radiales du fond et la compression du joint, donc l'efficacité de l'étanchéité n'en sont pas affectées. La liaison radiale entre la portée de joint et le fond peut être assurée grâce à une partie en saillie ou becquet faisant partie de la portée de joint et engagé dans un logement annulaire correspondant du fond. Avantageusement, mais non nécessairement, la portée de joint et le fond sont en un même matériau, par exemple un matériau métallique, tel que le titane. La structure tubulaire est munie d'une protection thermique interne. Avantageusement, celle-ci adhère à la fois à la paroi interne de la structure tubulaire et à la portée de joint, de sorte qu'une étanchéité est réalisée entre la portée de joint et la structure tubulaire. Le fond est également muni d'une protection interne. Celle-ci se raccorde avec la protection interne de la structure tubulaire en formant de préférence une chicane afin d'imposer un trajet sinueux aux gaz qui s'infiltrent entre les deux protections thermiques jusqu'au joint d'étanchéité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci- après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, est une vue partielle en coupe montrant la liaison entre la structure tubulaire et le fond arrière d'une chambre de combustion selon l'état technique, - la figure 2 est une vue partielle en coupe montrant la liaison entre la structure tubulaire et le fond arrière d'une chambre de combustion selon un mode de réalisation de la présente invention, et - la figure 3 est une vue partielle en coupe montrant une variante de réalisation de la liaison illustrée par la figure 2. Bien que l'on envisage ci-après uniquement une liaison étanche entre une structure tubulaire, ou virole, d'une chambre de combustion, et un fond arrière, il va de soi qu'une liaison étanche similaire peut être réalisée entre la structure tubulaire et un fond avant. La chambre de combustion illustrée schématiquement par la figure 2 comprend une virole ou structure tubulaire 11 formant le corps du propulseur et entourant la chambre 10 proprement dite. La structure tubulaire 11 est en matériau composite réalisé par enroulement filamentaire. Cette technique, consistant à bobiner un fil imprégné par une résine ensuite polymérisée est bien connue. A l'arrière, la structure tubulaire 11 est fermée par un fond 12, par exemple en titane. Le fond 12 comprend un passage axial pour les gaz de combustion, une partie centrale en forme de dôme et une ou plusieurs couronnes 12a, 12b à sa périphérie. Les couronnes 12a, 12b ont un même diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur de la partie arrière de la structure tubulaire 11 dans laquelle le fond 12 est engagé. L'extrémité arrière 11a de la structure tubulaire 11, au-delà du fond 12, forme une jupe annulaire. La liaison mécanique axiale et circonférentielle entre la structure tubulaire et le fond 12 est assurée par des pions cylindriques 13 à paroi lisse. Chaque pion s'étend sensiblement radialement à travers un trou traversant formé dans la structure tubulaire 11 et un trou borgne formé à la périphérie du fond 12. Une ou plusieurs rangées circonférentielles de pions 13 sont prévues, chaque rangée étant disposée au niveau d'une des couronnes 12a, 12b du fond 12. Le nombre de rangées de pions 13 est choisi en fonction des efforts principalement axiaux exercés sur la liaison mécanique. Les pions 13 sont maintenus dans leurs logements au moyen de vis 14 qui traversent les pions et se vissent dans le fond 12. Les vis 14 sont accessibles depuis l'extérieur autorisant un montage, démontage et remontage aisé du fond 12. L'étanchéité entre le fond 12 et la structure tubulaire 11 est assurée au moyen d'un joint d'étanchéité torique 15. Le joint 15 est logé dans une gorge annulaire 12c formée à la partie avant du fond 12 et s'appuie contre la face interne d'une portée de joint 16. Celle-ci est constituée par une pièce en forme de bague intercalée entre le fond 12 et la structure tubulaire 11 et réalisée de préférence dans le même matériau que le fond 12, c'est-à-dire, dans l'exemple considéré, du titane. Du côté arrière, la portée de joint 16 est prolongée par une saillie ou becquet annulaire 16a qui fait partie intégrante de la portée de joint et qui s'engage dans un logement correspondant 12d formé dans la partie arrière du fond 12. De la sorte, la portée de joint 16 est radialement solidaire du fond 12, garantissant le maintien du joint 15 à l'état comprimé même en cas de déformation du fond 12 sous l'effet de la pression s'établissant dans la chambre de combustion 10. Le fond 12 et la portée de joint 16 sont réalisés dans des matériaux ayant sensiblement le même coefficient de dilatation thermique, par exemple dans le même matériau, ce qui offre l'avantage particulier d'éviter toute variation dimensionnelle différentielle sous l'effet de la chaleur. La portée de joint 16 est maintenue solidaire axialement de la structure tubulaire 11. Dans l'exemple illustré, ceci est obtenu en formant, à la surface externe de la portée de joint 16 une gorge annulaire 16b dans laquelle est logée une nervure interne de forme correspondante de la partie tubulaire 11. En pratique, la structure annulaire 11 peut être bobinée par dessus la portée de joint 16. Les faces internes de la structure tubulaire 11 et du fond 12 sont, de façon bien connue en soi, munies de revêtements de protection thermique respectivement 17 et 18. La protection thermique en caoutchouc 17 recouvre également la partie avant de la surface interne de la portée de joint 16. Toujours de façon connue, l'adhésion de la protection thermique 17 à la structure tubulaire 11 et à la portée de joint 16 est assurée par collage ou est obtenue lors de la vulcanisation du caoutchouc. De la même façon, la protection thermique 18 adhère à la surface interne du fond 12. L'adhésion entre la protection thermique 17 et la portée de joint 16 réalise l'étanchéité entre la portée de joint 16 et la structure tubulaire 11. On note en outre que les extrémités adjacentes des protections thermiques 17 et 18 définissent une chicane 19 qui impose un parcours sinueux aux gaz de combustion engendrés dans la chambre 10 vers le joint d'étanchéité 15, protégeant ainsi ce dernier contre une action trop directe de ces gaz. La figure 3 illustre une variante de réalisation de la liaison montrée à la figure 2. Seuls diffèrent les moyens de maintien radial des pions 13. A la place de vis, on utilise une frette 20 qui encercle une partie de la structure tubulaire 11 au moins au niveau o se trouvent les pions 13. La frette 20 est par exemple réalisée par un bobinage effectué autour de la structure tubulaire, après la mise en place des pions. Ce surbobinage peut être réalisé de la même façon que le bobinage filamentaire constituant la structure composite 11, auquel cas la frette 20 n'est pas démontable. En variante, la frette 20 peut être réalisée par bobinage d'un fil ou d'une bande ou par sanglage, avec des moyens de blocage mécanique autorisant le démontage et le remontage de la frette. REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion de propulseur comprenant une structure tubulaire (11) en matériau composite, au moins un fond (12) rapporté à une extrémité de la structure tubulaire et un dispositif de liaison étanche entre la structure tubulaire et le fond, le dispositif de liaison comportant des moyens de liaison mécanique (13) entre la structure tubulaire et le fond et au moins un joint d'étanchéité(15) interposé entre la structure tubulaire et le fond, caractérisée en ce que les moyens de liaison mécanique comprennent des pions (13) à paroi lisse engagés à travers la structure tubulaire (11) et le fond (12) afin d'assurer une liaison en direction axiale et en direction circonférentielle, et des moyens (14) de maintien des pions en direction radiale, et en ce qu'un joint d'étanchéité (15) est interposé entre le fond (12) et une pièce intermédiaire annulaire (16) formant portée de joint solidaire du fond (12) en direction radiale. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la portée de joint (16) est solidaire de la structure tubulaire (11) en direction axiale. 3. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une protection thermique interne (17) qui adhère à la fois à la structure tubulaire (11) et à la portée de joint (16). 4. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la portée de joint (16) comprend une saillie ou becquet (16a) annulaire engagé dans un logement annulaire correspondant (12d) du fond (12) de manière à solidariser la portée de joint (16) et le fond (12) en direction radiale. 5. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de maintien des pions (13) en direction radiale sont constitués par des vis (14) qui traversent les pions (13) avec jeu et se vissent dans le fond (12). 6. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de maintien des pions (13) en direction radiale sont constitués par une frette (20) entourant la structure tubulaire (11) au moins au niveau de l'emplacement des pions. 7. Chambre de combustion selon la revendication 6, caractérisée en ce que la frette (20) est réalisée par un surbobinage de la structure tubulaire (11). 8. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une protection thermique interne (17) de la structure tubulaire (11) qui adhère à celle-ci et à la portée de joint (16), et une protection thermique interne (18) du fond (12), et les extrémités adjacentes de la protection thermique de la structure tubulaire et de la protection thermique du fond se raccordent en formant une chicane (19) entre le volume interne de la chambre (10) et le joint d'étanchéité (15). 9. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la portée de joint (16) et le fond (12) ont sensiblement le même coefficient de dilatation thermique.