Brevet FR3063345A1 — publié le 20180831

Dispositif de test d'une turbomachine à gaz pour aéronef La présente invention concerne un dispositif d'essais d'une turbomachine à gaz pour aéronef présentant un axe (X) le long duquel du gaz, qui peut être sous pression, doivent globalement s'écouler dans la turbomachine. Est aussi concerné un ensemble comprenant : - le dispositif d'essais précité, et - un turboréacteur double flux monté coaxialement à un axe du dispositif d'essais et comprenant : -- un carter extérieur annulaire et une roue de soufflante montée tournante autour dudit axe (X), à l'intérieur du carter, -- un corps central comprenant au moins un compresseur, une chambre de combustion et une turbine, -- une veine primaire de gaz passant par lesdits compresseur, chambre de combustion et turbine, et une veine secondaire de gaz entourant la veine primaire et passant radialement entre le carter extérieur et le corps central. L'axe du dispositif d'essais est l'axe suivant lequel le gaz (typiquement de l'air) alimente le turboréacteur et entre par l'amont dans la soufflante, pour les essais. Typiquement, de tels essais de moteur sont réalisés dans des caissons d'altitude avec veine forcée. Un ensemble de viroles connectées sur le moteur canalisent les flux d'air vers le moteur. Or, les viroles connectées sur le moteur n'ont pas ensemble une masse représentative de la manche d'entrée d'air et cela perturbe le comportement vibratoire du moteur. Il existe des solutions d'étanchéité de veine avec des joints pleins, mais ces solutions ne permettent pas d'amortir les déplacements du moteur, qui sont trop importants. 3063345 2 Par ailleurs, utiliser un ensemble de viroles du type virole joint coulissant, et virole avec double cardant, pour permettre d'amortir les déplacements du moteur, assurer l'étanchéité et la continuité de la veine implique qu'il n'est alors pas possible d'obtenir la même masse que la 5 manche d'entrée d'air utilisée dans la réalité, sur la turbomachine pour aéronef retenue ; par conséquent les essais ne seront pas représentatifs d'une telle turbomachine, avec ses équipements de vol. . Un but ici visé est donc d'apporter une solution tendant à permettre de réaliser une liaison entre une virole et un déflecteur du dispositif d'essais 10 ayant la masse de la manche d'entrée d'air, capable de garantir la continuité de la veine forcée et d'être étanche dans un environnement sous pression, avec de possibles déplacements importants entre les pièces concernées, sans générer d'effort excessif sur le moteur. Aussi est-il proposé un dispositif d'essais pour turbomachine à gaz 15 d'aéronef présentant un axe (X) le long duquel du gaz, qui peut être sous pression, doit globalement s'écouler dans la turbomachine, le dispositif comprenant, axialement en amont par rapport au sens de circulation du gaz vers et dans la turbomachine à tester, une première virole de liaison annulaire et une deuxième virole de liaison annulaire, la deuxième virole 20 étant montée axialement entre la turbomachine et la première virole et étant fixée rigidement à la turbomachine , le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, axialement entre les première et deuxième viroles, un joint creux gonflable circonférentiel assurant l'étanchéité vis-à-vis desdits gaz et permettant des mouvements relatifs entre les première et deuxième 25 viroles. Ainsi, des mouvements relatifs amortis par le joint seront possibles entre la deuxième virole, qui sera typiquement fixée rigidement avec le carter extérieur du moteur (boulonnée par exemple), et la première virole, laquelle sera reliée à d'autres viroles de liaison, annulaires de la veine forcée d'air, 30 situées plus en amont. 3063345 3 Installé dans l'axe du moteur, donc du dispositif, le joint creux gonflable peut reprendre les efforts générés par les déplacements du moteur. En outre, on a ainsi évité toute virole plus sophistiquée, à joint coulissant et/ou avec double cardant. 5 Pour favoriser ces mouvements et éviter le plus possible de générer des efforts excessifs sur le moteur, il est aussi conseillé que des jeux, respectivement axial et/ou radial, soient établis, et maintenus via le joint creux gonflable, entre les première et deuxième viroles. Pour d'ailleurs accompagner au mieux lesdits mouvements du moteur 10 pendant les essais, il est même proposé qu'axialement, entre les première et deuxième viroles, le joint creux gonflable prévu soit pourvu d'une surface circonférentielle d'écrasement qui augmente localement l'épaisseur de sa paroi et qui est adaptée pour, plus ou moins, s'écraser axialement et glisser radialement contre un rebord radial circonférentiel de la première virole, ceci 15 en fonction des mouvements relatifs entre les première et deuxième viroles et/ou de la pression du gaz. Ainsi, ayant été dimensionné en conséquence, le joint gonflable une fois sous pression pourra amortir les déplacements axiaux et radiaux du moteur qui lui seront transmis, en s'écrasant et en glissant sur la surface 20 d'écrasement de la première virole, mais aussi fonctionner avec des écarts de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la veine. Par souci d'efficacité et de fiabilité, il est aussi proposé que ladite surface d'écrasement du joint gonflable comprenne plusieurs anneaux circonférentiels et concentriques. 25 Ainsi, plusieurs barrières d'étanchéité successivement concentriques s'opposeront aux fuites de gaz, en résistant aux différences de pressions, tout en se déformant sans conséquence dommageables, au gré des mouvements du moteur. De préférence, pour un montage sécuritaire, fiable, permettant une 30 maintenance aisée, tout en assurant très efficacement une retenue du joint sur la virole, le joint creux gonflable pourra par ailleurs être disposé pour 3063345 4 partie dans un logement de la deuxième virole de liaison ouvert axialement vers la première virole. Pour sécuriser encore davantage la sécurité du montage, il est proposé que le joint creux gonflable présente au moins une poche 5 circonférentielle gonflable et que le logement définisse une rainure circonférentielle d'un rebord radial circonférentiel de la deuxième virole de liaison. La poche gonflable sera engagée dans la rainure circonférentielle. Ainsi, la poche gonflée sera, par sa partie engagée dans le logement, coincée là, tout en pouvant assurer ses fonctions de zone d'amortissement et 10 de déformation. Et pour sécuriser encore davantage la tenue de ce montage, il est aussi proposé que, dans le rebord radial de la deuxième virole, la rainure circonférentielle se prolonge par une fente circonférentielle qui reçoit un pied circonférentiel d'ancrage du joint creux gonflable dans cette deuxième virole. 15 Par sureté, le joint creux gonflable pourra être collé dans le logement de la deuxième virole de liaison, notamment par son pied. Concernant l'ensemble précité comprenant ledit dispositif d'essais et le turboréacteur à tester, on notera que le carter extérieur et la deuxième virole seront fixés rigidement ensemble. 20 Dans la présente demande : - radial a pour sens perpendiculaire à l'axe X, - circonférentiel(lement) a pour sens s'étendant autour de l'axe X; - extérieur et intérieur (ou externe et interne) ont respectivement pour sens radialement extérieur et radialement intérieur, 25 - et axial a pour sens parallèle à l'axe de rotation notamment des aubes de la turbomachine ; il s'agit ainsi de l'axe X déjà cité. L'invention sera si nécessaire encore mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention pourront apparaître à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en 30 référence aux dessins annexés dans lesquels : 3063345 5 - la figure 1 schématise, en vue partielle latérale, une demi-coupe axiale d'un turboréacteur double flux, avec son axe X de rotation et d'écoulement général du gaz, horizontal, - la figure 2 schématise, en perspective un dispositif d'essais et un 5 turboréacteur en test, lequel peut être celui de la figure 1, et - la figure 3 schématise, en demi-coupe comme sur la figure 1, un joint creux gonflable et une liaison axiale utilisant ce joint, conformément à la solution ici conseillée. Le joint est totalement annulaire et est, à tout endroit de coupe faite sur sa circonférence parallèle à l'axe X, identique à ce que montre la 10 figure 3. Comme cela est visible à la figure 1, un turboréacteur double flux 1 d'axe X comprend un carter extérieur 3, typiquement annulaire et qui peut être de forme cylindrique, et une roue de soufflante 4 montée à l'intérieur du carter extérieur 3. Lors du fonctionnement du turboréacteur, l'air A entrant en 15 amont par la soufflante 4 est divisé en un flux primaire Fp et un flux secondaire Fs. La roue de soufflante 4 est montée tournante autour dudit axe X, à l'intérieur du carter extérieur 3. Le flux primaire Fp alimente un compresseur d'entrée 5, puis est mélangé avec du carburant et brûlé dans la chambre de combustion 6. Les gaz de combustion traversent une turbine 7 20 pour ensuite être éjectés dans un carter d'échappement autour d'un cône d'éjection 8 (voir figure 2). Le compresseur 5, la chambre de combustion 6 et la turbine 7 appartiennent à, et sont disposés dans un corps central 9 du turboréacteur. Des bras (non représentés) structuraux relient le carter extérieur 3 et le corps 25 central 9. Le flux primaire Fp circule dans une veine primaire 11 de gaz passant par lesdits compresseur, chambre de combustion et turbine, tandis que le flux secondaire Fs circule dans une veine secondaire 13 de gaz entourant la veine primaire 11 et passant radialement entre le carter extérieur 3 et le 30 corps central 9. 3063345 6 Classiquement, monté sur un aéronef, un moteur 1 est pourvu d'une nacelle (non représentée) fixée sur le carter extérieur 3. La nacelle sert au montage du turboréacteur sur l'aéronef. Comme cela est visible à la figure 2, le turboréacteur 1 d'axe X est 5 monté coaxialement à l'axe X du dispositif d'essais 10 destiné à tester le fonctionnement de cette turbomachine. Dans le dispositif d'essais 10 et en direction de la turbomachine 1, va axialement passer un flux d'air A qui peut être sous pression. Axialement en amont de la turbomachine 1 par rapport au sens de 10 circulation du gaz vers et dans cette turbomachine, le dispositif d'essais 10 comprend, en entrée, un goulot annulaire 11 d'aspiration d'air, suivi d'une succession de viroles sensiblement cylindriques aboutées, telles que 13,15,17,19,21. Axialement en aval de la turbomachine 1, donc du cône d'éjection 8, le 15 dispositif d'essais 10 comprend encore un canal tubulaire 23 d'évacuation de gaz sur lequel s'ouvre le cône d'éjection 8, et donc situé axialement juste en aval du moteur 1. Pour mieux les identifier on appellera ci-après : - déflecteur 19 (annulaire de gaz), la première virole (de liaison annulaire) ci- 20 avant identifiée ainsi, et - virole 21 (de liaison annulaire), celle qui suit et qui est la deuxième virole (de liaison annulaire) ci-avant identifiée ainsi. Ladite virole de liaison 21 est montée ainsi axialement entre la turbomachine 1 et ledit déflecteur de gaz 19. Des fixations 24, tels que des 25 boulons, fixent rigidement et axialement ensemble le carter extérieur 3 et la virole de liaison 21 (voir figure 3). L'ensemble axial formé par les pièces 11,13,15,17,19,21 définit une veine forcée d'alimentation en gaz A, si nécessaire sous pression, de la turbomachine 1. 30 Axialement entre la virole de liaison 21 et le déflecteur 19 de gaz, le dispositif d'essais 10 est pourvu d'un joint creux gonflable 25, circonférentiel, 3063345 7 qui assure l'étanchéité vis-à-vis du gaz A en circulation et qui permet des mouvements relatifs entre la virole de liaison et le déflecteur de gaz. Le déflecteur 19 est un élément qui canalise le flux pour l'orienter vers les parois internes de la virole 21 équipée du joint 25. 5 Installé dans l'axe du moteur, donc du dispositif 10, le joint creux gonflable 25 peut reprendre les efforts générés par les déplacements du moteur 10. Pour favoriser encore cette reprise d'efforts en li aison avec des déplacements qui peuvent être relativement importants, des jeux, respectivement axial Ja et radial Jr, sont établis, et maintenus via le joint 10 creux gonflable, entre la virole de liaison 21 et le déflecteur de gaz 19. C'est dans l'espace du jeu axial Ja que va d'ailleurs se placer une partie du joint 25, une autre partie étant disposée dans un logement 27 de la virole de liaison 21. Le logement 27 est ouvert axialement vers le déflecteur de gaz 19, plus exactement vers un rebord 29 radial et circonférentiel que la 15 virole de liaison 21 présente là. Pour assurer les effets d'amortissement de mouvements attendus, le joint creux gonflable 25 est, dans la réalisation préférée illustrée, pourvu axialement, dans l'espace du jeu axial Ja entre la virole de liaison 21 et le déflecteur de gaz, d'une surface circonférentielle d'écrasement 31 qui 20 augmente localement l'épaisseur de sa paroi et qui est adaptée pour, plus ou moins, s'écraser axialement et glisser radialement contre le rebord radial circonférentiel 29 du déflecteur de gaz 19, en fonction des mouvements relatifs entre la virole de liaison et le déflecteur de gaz et/ou de la pression du gaz circulant dans le dispositif 10 (flux A). 25 Pour allier résistance aux différences de pressions et déformation sans conséquence dommageables, au gré des mouvements du moteur, il est conseillé que cette partie ou surface d'écrasement du joint gonflable 25 interposée dans l'espace du jeu axial Ja comprenne plusieurs anneaux 33 circonférentiels et concentriques, en appui donc contre le rebord radial 30 circonférentiel 29. 3063345 8 Concernant ladite autre partie de ce joint 25 disposée dans le logement 27 de la virole de liaison 21, il s'agira favorablement d'une poche 35 circonférentielle que le joint 25 présentera, le logement 27 définissant alors lui-même une rainure circonférentielle à l'endroit d'un rebord radial 5 circonférentiel 36 de la virole 21 dans laquelle est engagée la poche gonflable 35. Deux formes parallélépipédiques complémentaires allieront facilité de réalisation et maintien efficace de la poche 35 dans le logement 27, une fois la poche sous pression. A ce sujet, et indépendamment de l'association poche 35/logement 27, la poche 35 est raccordée à un conduit 10 37 d'amenée et d'échappement de gaz (typiquement air) relié à une source de gaz 39 via une soupape 41 pouvant aussi permettre de dégonfler la poche 35. Les deux rebords 29,36 se feront face. Pour sécuriser encore davantage la tenue du montage du joint 25, il 15 est aussi proposé que, dans le rebord radial 36, la rainure circonférentielle 27 se prolonge par une fente circonférentielle 43 qui recevra alors un pied circonférentiel 45 d'ancrage du joint creux gonflable 25 dans la virole de liaison 21. Par sureté, le joint 25 pourra être collé dans le logement 43, 20 notamment par un tel pied 45 qui s'élargira après un col 47 plus fin. REVENDICATIONS1. Dispositif d'essais d'une turbomachine à gaz pour aéronef présentant un axe (X) le long duquel du gaz doit globalement s'écouler dans la turbomachine, le dispositif comprenant, axialement en amont par rapport au sens de circulation du gaz vers et dans la turbomachine à tester, une première virole (19) de liaison annulaire et une deuxième virole (21) de liaison annulaire, ladite deuxième virole étant montée axialement entre la turbomachine (1) et la première virole (19) et fixée rigidement à la turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, axialement entre les première et deuxième viroles (19,21), un joint creux gonflable (25) circonférentiel assurant l'étanchéité vis-à-vis desdits gaz et permettant des mouvements relatifs entre les première et deuxième viroles. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel des jeux, respectivement axial et/ou radial, sont établis, et maintenus via le joint creux gonflable (25), entre les première et deuxième viroles (19,21). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le joint creux gonflable (25) est disposé pour partie dans un logement (27) de la deuxième virole de liaison (21) ouvert axialement vers la première virole (19). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le joint creux gonflable (25) présente au moins une poche gonflable (35) circonférentielle et le logement (27) définit une rainure circonférentielle d'un rebord radial circonférentiel (29) de la deuxième virole de liaison dans laquelle est engagée la poche gonflable (35). 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel , dans le rebord radial de la virole de liaison, la rainure circonférentielle (27) se prolonge par une fente circonférentielle (43) qui reçoit un pied circonférentiel (45) d'ancrage du joint creux gonflable (25) dans la deuxième virole de liaison. 3063345 10 6. Dispositif selon la revendication 3, 4 ou 5, dans lequel le joint creux gonflable (25) est collé dans le logement (27) de la deuxième virole de liaison. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes dans lequel, axialement entre les première et deuxième viroles, le joint creux gonflable (25) est pourvu d'une surface circonférentielle d'écrasement (31) qui augmente localement l'épaisseur de sa paroi et qui est adaptée pour s'écraser axialement et glisser radialement contre un rebord (29) radial circonférentiel du déflecteur de gaz, en fonction des mouvements 10 relatifs entre les première et deuxième viroles et/ou de la pression du gaz. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la surface d'écrasement comprend plusieurs anneaux circonférentiels et concentriques. 9. Ensemble comprenant : - le dispositif d'essais selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, et - un turboréacteur double flux (1) monté coaxialement à un axe du dispositif d'essais et comprenant : -- un carter (3) extérieur annulaire et une roue de soufflante (4) montée tournante autour dudit axe (X), à l'intérieur du carter, 20 -- un corps central (9) comprenant au moins un compresseur (5), une chambre de combustion (6) et une turbine (7), -- une veine primaire (11) de gaz passant par lesdits compresseur, chambre de combustion et turbine, et une veine secondaire (13) de gaz entourant la veine primaire et passant radialement entre le carter 25 extérieur et le corps central, le carter extérieur et la deuxième virole (21) de liaison étant fixés rigidement ensemble.