Brevet FR2985501A1 — publié le 20130712

La présente invention concerne un joint d'étanchéité pour un pylône et une nacelle de turboréacteur, et un ensemble de pylône et nacelle de turboréacteur incorporant un tel joint d'étanchéité. Comme cela est connu de l'état de la technique, un ensemble 5 propulsif pour aéronef peut comprendre une nacelle entourant un turboréacteur. La partie amont de la nacelle a vocation à canaliser l'air vers l'entrée du turboréacteur, et la partie aval de la nacelle permet de rejeter à grande vitesse l'air ayant traversé le turboréacteur, permettant ainsi 10 d'engendrer la poussée nécessaire à la propulsion de l'aéronef. Une nacelle comporte typiquement un carénage externe définissant le profil aérodynamique externe de la nacelle, et un carénage interne entourant le turboréacteur, l'espace entre ces deux carénages définissant la veine de flux froid de la nacelle. 15 Le carénage interne, souvent désigné par « structure interne fixe » de la nacelle, ou « IFS », est prolongé dans sa partie aval par une tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion, permettant de canaliser la sortie d'air chaud provenant du coeur du turboréacteur. Pour assurer la sauvegarde des systèmes et de la voilure situés 20 au-dessus du turboréacteur et de sa nacelle, dans le cas d'une installation sous aile, il est nécessaire d'empêcher toute flamme issue d'un feu dans un compartiment à l'intérieur de la structure fixe interne de sortir vers la tuyère primaire d'éjection de gaz et vers l'extérieur. Il est connu dans l'état de la technique de disposer un joint 25 d'étanchéité entre la partie aval de la structure interne fixe et la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion. Or, il existe deux genres principaux de moyens d'accès aux organes internes du turboréacteur pour les opérations de maintenance. Dans un premier genre, les carénages externe et interne (structure 30 interne fixe) sont articulés autour d'axes sensiblement parallèles à celui du turboréacteur. Lorsqu'une opération de maintenance doit être exécutée sur le turboréacteur, la nacelle est ouverte en écartant les deux demi-coquilles formées par les deux moitiés de carénages externe et interne de la nacelle, et en les faisant chacune pivoter autour de leurs axes longitudinaux respectifs. Le 35 joint d'étanchéité entre la structure interne fixe et la tuyère primaire d'éjection des gaz entre alors en interaction et doit être conçu de façon à permettre ce mouvement d'ouverture en rotation axiale. Un exemple d'un tel joint est décrit dans le document EP-A835805. Le joint anti-feu de cet état de la technique est disposé entre le corps de la tuyère d'éjection des gaz et une partie de la structure externe associée au pylône de support du turboréacteur. Le joint anti-feu est composé de deux plaques en contact. Les deux plaques se recouvrent et elles sont limitées sur leur pourtour par des barrières antifeu. Dans un second genre, les carénages externe et interne de la nacelle forment chacun, ou tous les deux, un ensemble annulaire monobloc, de sorte que l'accès au turboréacteur pour les opérations de maintenance s'effectue par coulissement de ces carénages vers l'aval de la nacelle, le long de rails disposés sur le pylône de suspension de l'ensemble propulsif formé par la nacelle et le turboréacteur. On parle couramment dans ce cas de nacelle du type « O-Duct », de tels exemples de nacelles étant divulgués par exemple par FR07/03607 et F R09/05687. Pour ces nacelles, il n'existe pas de joint d'étanchéité entre la structure interne fixe et la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion qui 20 puisse entrer en interaction dans ce type de mouvement de translation longitudinal. La présente invention apporte remède à cet inconvénient de l'état de la technique. Elle concerne en effet un joint d'étanchéité au feu pour ensemble de pylône et nacelle de turboréacteur notamment de type O-duct, 25 cette nacelle comportant une structure interne fixe de nacelle et une tuyère primaire d'éjection de gaz de combustion pouvant au moins pour une partie être animés d'un mouvement relatif de translation longitudinale dans la direction de l'axe longitudinal de la nacelle, lors des opérations de maintenance. Selon l'invention, le joint d'étanchéité comporte une pluralité de 30 chicanes disposées longitudinalement de façon à ne pas entrer en interférence lors d'un mouvement de translation longitudinal la structure interne fixe de nacelle et la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion. Selon d'autres caractéristiques : - Le joint d'étanchéité est tel que, sur au moins une partie du joint, les 35 chicanes comportent une pluralité de bords annulaires concentriques à l'axe longitudinal de la nacelle. - Le joint d'étanchéité est réalisé en deux parties, une première partie solidaire de la structure interne fixe et/ou dudit pylône et une seconde partie solidaire de la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion, une partie comportant une pluralité de chicanes dont les bords sont destinés à s'interpénétrer avec les bords de la pluralité de chicanes de l'autre partie. - La pluralité de chicanes d'une première partie du joint comporte deux bords et la pluralité de chicanes de la seconde partie en vis-à-vis comporte deux bords. - Le joint d'étanchéité s'étend au moins sur l'extension angulaire d'un secteur angulaire dans lequel le risque de passage de flamme a été évalué, généralement +/-45° par rapport à la verticale. - L'espace entre les bords de la première et de la seconde parties du joint est calibré de manière que la fonction anti-feu puisse être remplie et en ce qu'un léger passage d'air entre les deux parties de joint d'étanchéité en contact en situation de fonctionnement normal est toléré. - Les matériaux et les dimensions des bords et des rainures constituant les chicanes du joint d'étanchéité sont déterminés de manière à assurer une absence de contact entre les bords et les fonds des rainures lorsque la nacelle est en situation de fonctionnement et que des régimes vibratoires s'établissent entre les deux parties du joint d'étanchéité. - Une première partie du joint est adaptée pour être solidaire d'une collerette de la tuyère primaire d'éjection disposée en sortie du compartiment des gaz brûlés du turboréacteur et la seconde partie du joint est adaptée pour être solidaire de la partie aval de la structure interne fixe de nacelle L'invention concerne aussi un ensemble de pylône et de nacelle comportant une structure interne fixe de nacelle et une tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion pouvant adopter un mouvement de translation longitudinal relativement l'un à l'autre. L'ensemble comporte un joint d'étanchéité selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et à l'examen des figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective, avec des éclatés, d'un turboréacteur, de sa nacelle et de son pylône, du genre utilisé dans la présente invention ; - la figure 2 est une vue en coupe schématique de la partie d'une nacelle 5 entourant un turboréacteur, équipée du joint d'étanchéité selon l'invention, dans une première position relative de la structure interne fixe de nacelle et de la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion de la nacelle ; - la figure 3 est une vue en coupe schématique de la partie arrière du turboréacteur équipé du joint d'étanchéité selon l'invention, dans une seconde 10 position relative de la structure interne fixe de nacelle et de la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion de la nacelle ; et - la figure 4 est une vue en coupe schématique de la fixation du joint d'étanchéité selon l'invention, à la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion et à la structure interne fixe de nacelle et à la tuyère primaire 15 d'éjection des gaz de combustion de la nacelle. A la figure 1, on a représenté une vue en perspective, avec des éclatés, d'un turboréacteur 8, de sa nacelle et de son pylône 3, du genre utilisé dans la présente invention. L'ensemble propulsif composé du pylône, de la nacelle et du turboréacteur est présenté avec un côté amont vers la gauche du 20 dessin et un côté aval vers la droite du dessin. L'air représenté par la flèche 30 est aspiré dans l'entrée d'air 35 par la soufflante (non représentée). Une partie de l'air propulsé par la soufflante (non représentée) est alors émis dans l'espace annulaire formant la veine froide représentée par la flèche 32, entre le capot ou carénage extérieur 33 et une structure interne fixe 4. 25 La soufflante (non représentée) est entraînée par le coeur du turboréacteur 8 qui comporte une chambre de combustion et une turbine (non représentées). Les gaz de combustion obtenus par la combustion de carburant et de l'air prélevé en sortie de soufflante sont éjectés par une veine chaude représentée par la flèche 31 entre la tuyère primaire d'éjection des gaz 5 et le 30 cône d'éjection des gaz 34. L'ensemble est construit et installé selon un axe longitudinal A. Le pylône 3 permet la suspension de la nacelle et du turboréacteur 8 à la voilure d'un aéronef (non représenté). Le problème de flamme/feu a lieu entre le bord aval de la structure 35 interne fixe 4 de la nacelle et la tuyère primaire d'éjection des gaz 5. Selon l'invention, la solution est apportée par un joint d'étanchéité anti-feu 10, 11 qui remplit au moins un secteur angulaire de l'espace entre le bord aval de la structure interne fixe 4 de la nacelle et la tuyère primaire d'éjection des gaz 5, ainsi qu'il va être détaillé ci-après. A la figure 2, on a représenté la partie arrière ou aval d'une nacelle équipée du joint d'étanchéité selon l'invention. La partie arrière 1 de la nacelle comporte une tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion 5 émis par le corps du turboréacteur 8. Le corps du turboréacteur 8 est monté à l'intérieur de la structure interne fixe de nacelle 4. La nacelle et le moteur sont suspendus au pylône 3 associé à la 10 voilure d'un aéronef en partie par les attaches représentées 6 et 7. Le joint d'étanchéité anti-feu 1 0, 1 1 de l'invention est chargé d'empêcher le passage de flammes de la zone aval 9, à l'intérieur de la structure interne fixe 4, vers l'extérieur. Le joint d'étanchéité 1 0, 11 de l'invention est constitué par une 15 pluralité de chicanes. Dans une section vue schématiquement à la figure 1, chaque chicane est réalisée par une rainure limitée par deux bords annulaires concentriques à l'axe A de la nacelle. Ainsi, à la figure 2, une première rainure plane est limitée entre deux bords annulaires concentriques, sensiblement perpendiculaires 12 et 13 20 au plan de la première rainure. Une deuxième rainure plane est limitée entre des bords annulaires concentriques, sensiblement perpendiculaires 14 et 15 au plan de la première rainure. Dans un mode de réalisation, les deux plans de rainure sont sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal A de la nacelle. De ce fait, 25 les bords limitant les rainures du joint d'étanchéité 10, 11 sont sensiblement alignés dans la direction de l'axe longitudinal A de la nacelle. Du fait de la symétrie cylindrique de la nacelle autour de l'axe longitudinal A, les bords sont sensiblement des cylindres ou des arcs de cylindre présentant une extension déterminée le long de l'axe longitudinal A, tandis que les rainures sensiblement 30 planes affectent la forme au moins partiellement d'un anneau plan. Dans certains modes de réalisation, l'étanchéité contre le feu est limitée sur un secteur angulaire supérieur d'environ 90° autour de l'axe longitudinal. Cette situation est illustrée à la Figure 1 dans laquelle le joint est réparti symétriquement dans le secteur supérieur de part et d'autre du plan 35 vertical séparant l'ensemble propulsif en deux moitiés sensiblement symétriques. Dans ces modes de réalisation, le joint d'étanchéité s'étend au moins sur l'extension angulaire du secteur angulaire de l'espace 2 entre tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion 5 et l'espace aval de la structure interne fixe de nacelle 4 dans lequel le risque de passage de flammes a été évalué. Dans un mode de réalisation, les chicanes du joint d'étanchéité de l'invention sont réparties en deux parties distinctes de joint d'étanchéité. Une première partie 10 du joint d'étanchéité est attachée à une partie déterminée de la tuyère d'éjection des gaz de combustion 5 tandis qu'une seconde partie 11 du joint d'étanchéité est attachée à une partie déterminée à l'aval 9 de la structure interne fixe de nacelle 4. A la figure 2, le turboréacteur 1 est configuré en fonctionnement normal. Le joint d'étanchéité 10, 11 est donc en état « fermé », en ce sens que les deux parties sont jointes en interaction d'étanchéité. Les bords 12, 13 de la rainure de la première partie 10 du joint sont interdigités avec les bords 14 et 15 en vis-à-vis de la rainure de la seconde partie 11 du joint d'étanchéité. La seconde partie 11 du joint d'étanchéité comporte aussi une pièce intégrale 16 qui est fixée par un moyen convenable sur la face intérieure de la partie aval 9 de la structure interne fixe de nacelle 4. L'espace entre les bords de la première et de la seconde parties du 20 joint est calibré de manière que la fonction anti-feu puisse être remplie étant par ailleurs noté qu'un léger passage d'air entre les deux parties 10 et 11 de joint d'étanchéité en contact en situation de fonctionnement normal est tolérée. Typiquement, un tel joint peut être réalisé en matériaux métalliques résistants au feu tels que le titane ou l'inconel. 25 De plus, les matériaux et les dimensions des bords et des rainures constituant les chicanes du joint d'étanchéité sont déterminés de manière à assurer une absence de contact entre les bords et les fonds des rainures lorsque la nacelle est en situation de fonctionnement et que des régimes vibratoires s'établissent entre les deux parties 10 et 11 du joint d'étanchéité. 30 Particulièrement, l'absence de contact entre les deux parties 10 et 11 du joint d'étanchéité assure une usure réduite voire nulle, une absence de transmission de vibrations, une longévité améliorée sur les joints d'étanchéité de l'état de la technique. A la figure 3, on a représenté une vue en coupe schématique de la 35 partie arrière du turboréacteur équipé du joint d'étanchéité selon l'invention, dans une seconde position relative de la structure interne fixe de nacelle et de la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion 5. A la figure 3, les parties identiques à celles des figures 1 et 2 portent le même numéro de référence et ne sont pas forcément décrites à nouveau. Dans la configuration représentée à cette figure 3 correspondant à 5 une situation de maintenance du turboréacteur, la structure interne fixe de nacelle 4 est déplacée longitudinalement vers l'arrière ou aval du turboréacteur sensiblement selon la flèche B alignée sur l'axe longitudinal A de la nacelle. Dans cet état, le joint d'étanchéité 10, 11 est dissocié mécaniquement entre ses deux parties, respectivement la partie 10 sur la 10 tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion et la partie 11 sur une portion aval de la structure fixe de nacelle 11. Le joint d'étanchéité 10, 11 est donc dans un état « ouvert » en ce sens que les deux parties de joint d'étanchéité sont disjointes et l'étanchéité enlevée. L'absence de contact entre les parties en regard du joint 15 d'étanchéité assure un démontage facile et naturel et l'absence de déformation ou de détérioration du joint d'étanchéité lors des changements de position des états « fermé » vers « ouvert » ou « ouvert » vers « fermé ». A la figure 4, on a représenté une vue en coupe schématique de la fixation du joint d'étanchéité selon l'invention, à la tuyère primaire d'éjection 20 des gaz de combustion 5 et à la structure interne fixe de nacelle. La vue est partiellement une représentation en trois dimensions. La première partie 10 du joint d'étanchéité est fixée par des moyens convenables sur une collerette 20 qui s'étend sous forme d'un anneau de disque disposé dans un plan normal à l'axe longitudinal A de la nacelle. La 25 collerette 20 est une partie de la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion 5 permettant la fixation de cette tuyère au corps 8 du trurboréacteur. La seconde partie 10 du joint d'étanchéité est fixée par des moyens convenables à une partie en regard qui se trouve en aval de la structure fixe de 30 nacelle 4. Le joint d'étanchéité de l'invention peut prendre diverses formes. Particulièrement le nombre de chicanes n'est pas limité et plus de deux bords et une rainure peuvent être prévus sur chaque partie du joint d'étanchéité. La forme des bords et de la rainure peut être variable tout en respectant l'absence 35 de contact d'une part et l'absence d'interaction lors de la translation longitudunale relative de la structure interne fixe de nacelle 4 et de la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion 5. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre de simple exemple. C'est ainsi par exemple que l'on pourrait étendre le concept de l'invention à toute nacelle dans laquelle la structure interne fixe peut coulisser pour les opérations de maintenance, y compris à une nacelle dans laquelle le carénage externe ne forme pas un seul bloc avec la structure interne fixe, et s'ouvre vers l'extérieur en deux moitiés pivotant chacune autour d'un axe longitudinal. C'est ainsi également que l'on peut envisager que le joint selon l'invention soit disposé entre le pylône 3 et la tuyère primaire 5 d'éjection de gaz de combustion.15 REVENDICATIONS1. Joint d'étanchéité au feu pour ensemble comprenant un pylône (3) et une nacelle de turboréacteur (8) notamment de type O-duct, cette nacelle comportant une structure interne fixe de nacelle (4) et une tuyère primaire 5 d'éjection de gaz de combustion (5) pouvant au moins pour une partie être animés d'un mouvement relatif de translation longitudinale dans la direction de l'axe longitudinal de la nacelle (A), caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de chicanes (10-15) disposées longitudinalement de façon à ne pas entrer en interférence lors d'un mouvement de translation longitudinal (B) entre 10 la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion (5) et la structure interne fixe de nacelle (4, 9). 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que, sur au moins une partie du joint, les chicanes comportent une pluralité de bords annulaires concentriques à l'axe longitudinal (A) de la nacelle. 15 3. Joint d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint est réalisé en deux parties, une première partie (11) solidaire de la structure interne fixe de nacelle (4, 9) et/ou dudit pylône (3) et une seconde partie (10) solidaire de la tuyère primaire d'éjection des gaz brûlés (2, 5), une partie comportant une pluralité de chicanes dont les bords sont destinés à 20 s'interpénétrer avec les bords de la pluralité de chicanes de l'autre partie. 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pluralité de chicanes d'une première partie (10) du joint comporte deux bords (12, 13) et la pluralité de chicanes de la seconde partie (11) en vis-à-vis comporte deux bords (14, 15). 25 5. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité s'étend au moins sur l'extension angulaire d'un secteur angulaire dans lequel le risque de passage de flamme a été évalué, généralement +/-45° par rapport à la verticale. 6. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 30 4, caractérisé en ce que l'espace entre les bords (12, 13 ; 14, 15) de la première (10) et de la seconde (11) parties du joint est calibré de manière que la fonction anti-feu puisse être remplie et en ce qu'un léger passage d'air entre les deux parties (10 et 11) de joint d'étanchéité en contact en situation de fonctionnement normal est toléré. 35 7. Joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les matériaux et les dimensions des bords et desrainures constituant les chicanes du joint d'étanchéité (10, 11) sont déterminés de manière à assurer une absence de contact entre les bords et les fonds des rainures lorsque la nacelle est en situation de fonctionnement et que des régimes vibratoires s'établissent entre les deux parties (10 et 11) du joint d'étanchéité. 8. Joint d'étanchéité selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une première partie (10) du joint est adaptée pour être solidaire d'une collerette (20) de la tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion (5) disposée en sortie du compartiment des gaz brûlés dudit turboréacteur, et en ce qu'une seconde partie (11) du joint est adaptée pour être solidaire de la partie aval (9) de la structure interne fixe de nacelle (4). 9. Ensemble de pylône et de nacelle comportant une tuyère primaire d'éjection des gaz de combustion (5) et une structure interne fixe de nacelle (4) pouvant adopter un mouvement de translation (B) longitudinal relativement l'un à l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.