Brevet FR3075895A1 — publié le 20190628

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un ensemble mécanique constitué par au moins deux pièces axisymétriques assemblées l'une avec l'autre au niveau d'une zone de chevauchement totale ou partielle. L'invention concerne plus particulièrement des ensembles mécaniques constitués par des assemblages de pièces axisymétriques destinés à être baignés dans des flux hautes températures, comme par exemple dans le cas d'ensembles de chambre de combustion de moteur aéronautique ou d'arrière-corps de moteur aéronautique tels que des cônes d'échappement (encore appelés « plugs » ou « exhaust »). Dans le cas d'un ensemble mécanique constitué par un assemblage de pièces axisymétriques et devant être soumis à de hautes températures en fonctionnement, une liaison mécanique de type serrage entre les pièces axisymétriques, réalisée par exemple avec des organes de fixation de type vis-écrous ou rivets, n'est pas toujours adaptée. En effet, la tenue du serrage en température est difficile à assurer. En outre, les pièces axisymétriques à assembler doivent répondre à des exigences aérodynamiques, ce qui nécessite d'utiliser préférentiellement des éléments de serrage de type surface plane ou « flush » pour réaliser les liaisons mécaniques entre les pièces. Dans ce cas, on utilise généralement des éléments de serrage présentant, au moins d'un côté de l'assemblage, une tête fraisée logée dans une fraisure ménagée dans une des pièces à assembler. Dans le cas de pièces axisymétrique en matériau composite thermostructural (par exemple matériau composite à matrice céramique (CMC) ou carbone/carbone (Cc)), il est en outre nécessaire de prévoir, de l'autre côté de la liaison, une colonnette ou rondelle permettant une reprise des dilatations différentielles entre l'élément de serrage métallique, qui se dilate significativement, et les pièces en matériaux composite thermostructural, qui se dilatent moins. Or, il existe un besoin pour la réalisation d'une liaison mécanique entre des pièces axisymétriques qui présente une bonne tenue à hautes 35 températures et qui ne pénalise pas les performances aérodynamiques de l'ensemble mécanique. 2 Objet et description succincte de l'invention Ce but est atteint grâce à un ensemble mécanique comprenant au moins des première et deuxième pièces axisymétriques assemblées l'une 5 avec l'autre au niveau d'une zone de chevauchement totale ou partielle de la première pièce sur la deuxième pièce, caractérisé en ce que la première pièce axisymétrique comprend une première rainure annulaire présente sur la surface interne de ladite première pièce dans la zone de chevauchement avec la deuxième pièce, la deuxième pièce axisymétrique comprenant une 10 deuxième rainure annulaire présente sur la surface externe de ladite deuxième pièce dans la zone de chevauchement avec la première pièce, les première et deuxième rainures étant en vis-à-vis l'une de l'autre, et en ce qu'au moins une tige ou jonc est présent à la fois dans les première et deuxième rainures annulaires. 15 Dans l'ensemble mécanique de la présente invention, la liaison entre les pièces axisymétriques est réalisée par la présence d'une ou plusieurs tiges ou joncs dans un logement interne commun aux deux pièces. Cette liaison intégrée permet d'assurer un montage simple et fiable entre les deux pièces axisymétriques, et ce sans impact sur les performances 20 aérodynamiques de l'ensemble mécanique ainsi formé. En outre, le ou les organes de liaison, à savoir la ou les tiges ou joncs, ne sont pas directement exposées aux températures extérieures puisqu'ils sont protégés à l'intérieur du logement interne formé par les rainures annulaires en vis-à-vis des deux pièces axisymétriques. 25 Selon un aspect particulier de l'ensemble mécanique de l'invention, chaque tige ou jonc est entièrement logé dans les première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis. Dans ce cas, on réalise une liaison totalement intégrée ou « flush » qui n'a aucune incidence aérodynamique des deux côtés de l'assemblage. Ce type de liaison est notamment 30 avantageux dans le cas d'un ensemble mécanique correspondant à tout ou partie d'une chambre de combustion où un flux chaud circule du côté de la paroi interne de la chambre tandis qu'un flux de refroidissement ou de contournement circule du côté de la paroi externe de la chambre de combustion. Selon un autre aspect particulier de l'ensemble mécanique de l'invention, chaque tige ou jonc comporte une première partie logée dans les 3 première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis et une deuxième partie s'étendant en dehors des première et deuxième rainures, la deuxième partie de la tige ou du jonc étant maintenue en butée contre la surface externe de la première pièce. Cette disposition de la ou les tiges ou joncs permet de 5 bloquer en rotation les pièces axisymétriques entre elles. Les première et deuxième pièces axisymétriques peuvent être chacune en matériau métallique ou en matériau composite. Selon encore un autre aspect particulier de l'ensemble mécanique de l'invention, chaque tige ou jonc est en un des matériaux suivants : alliage 10 haute température, cuivre, matériau composite à matrice céramique, matériau composite carbone-carbone. Ces matériaux permettent notamment d'assurer une bonne tenue de la liaison lorsque l'ensemble mécanique est soumis à de hautes températures. L'invention a également pour objet une chambre de combustion 15 comprenant un ensemble mécanique selon l'invention, dans laquelle les première et deuxième pièces axisymétriques correspondent respectivement à des première et deuxième viroles d'une chambre de combustion. L'invention concerne aussi un ensemble d'anneau de turbine comprenant un ensemble mécanique selon l'invention, dans laquelle les 20 première et deuxième pièces axisymétriques correspondent respectivement à une structure de support d'anneau et à un anneau de turbine. La présente invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un ensemble mécanique comprenant : - la réalisation d'au moins une première pièce axisymétrique et d'une 25 deuxième pièce axisymétrique, - la formation d'une première rainure annulaire sur la surface interne de la première pièce, - la formation d'une deuxième rainure annulaire sur la surface externe de la deuxième pièce, 30 - le chevauchement total ou partiel de la première pièce sur la deuxième pièce de manière à placer la première rainure annulaire en vis-à-vis avec la deuxième rainure annulaire, - le placement d'au moins une tige ou jonc à la fois dans les première et deuxième rainures annulaires. 4 Selon un aspect particulier du procédé de l'invention, chaque tige ou jonc est entièrement logé dans les première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis. Selon un autre aspect particulier du procédé de l'invention, une 5 première partie de chaque tige ou jonc est logée dans les première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis, une deuxième partie de chaque tige ou jonc s'étendant en dehors des première et deuxième rainures étant maintenue en butée contre la surface externe de la première pièce. 10 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 15 la figure 1. est une vue schématique en perspective montrant deux pièces axisymétriques destinées à être assemblées pour former un ensemble mécanique selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure lA est une vue de détail d'une des deux pièces de la figure 1, 20 - la figure 2 est une schématique en perspective montrant un ensemble mécanique obtenu par assemblage des deux pièces axisymétriques de la figure 1, la figure 3 est une vue de face de l'ensemble mécanique de la figure 2, 25 - la figure 4 est une vue schématique en coupe de l'ensemble mécanique de la figure 3, la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un ensemble mécanique selon un autre mode de réalisation de l'invention. 30 Description détaillée des modes de réalisation de l'invention L'invention s'applique d'une manière générale à tout type d'ensemble mécanique comprenant au moins deux pièces axisymétriques qui sont assemblées entre elles au niveau d'une zone de chevauchement entre les deux pièces. Les pièces axisymétriques peuvent être en différents matériaux 35 et notamment en matériau métallique ou en matériau composite. 5 La figure 1 illustre le début de la réalisation d'un ensemble mécanique conformément à un mode de réalisation de l'invention. L'ensemble mécanique 100, correspondant ici à un fond de chambre de combustion d'un moteur aéronautique, est réalisé par assemblage d'une première virole 110 5 avec une seconde virole 120 toutes deux de forme tronconique. Dans l'exemple décrit ici, les première et deuxième viroles 110 et 120 sont réalisées en matériau composite « thermostructural », à savoir des matériaux ayant de bonnes propriétés mécaniques et la capacité à conserver ces propriétés à température élevée, tels que les matériaux composites 10 carbone/ carbone (C/C) formés d'un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice en carbone, les matériaux composites à matrice céramique (CMC) formés d'un renfort en fibres réfractaires (carbone ou céramique) densifiés par une matrice au moins partiellement céramique et les matériaux composites de type oxyde/oxyde formés d'un renfort en fibres oxyde 15 (alumine) densifiés par une matrice au moins partiellement oxyde. L'invention concerne également la réalisation d'ensembles mécaniques à partir de pièces axisymétriques en matériau composite à matrice organique (CMO), c'est-à-dire comportant un renfort fibreux densifié par une matrice de nature organique, ou en matériau métallique (ex. alliages hautes 20 températures). La première virole 110 comprend une première rainure ou gorge annulaire 111 présente sur sa surface interne 110a dans une zone 112 correspondant à une zone de chevauchement avec la deuxième virole 120 (figures 1 et 2). La deuxième virole 120 comprend une deuxième rainure ou 25 gorge annulaire 121 présente sur sa surface externe 120b dans une zone 122 correspondant à une zone de chevauchement avec la première virole 110. Les première et deuxième rainures annulaires 111 et 121 peuvent être réalisées lors de la fabrication des viroles en matériau composite en conformant le renfort fibreux avant sa consolidation et sa densification par 30 une matrice. Les rainures annulaires peuvent être également formées respectivement dans les viroles 110 et 120 après leur fabrication par usinage du matériau composite constitutif de chaque virole. La réalisation de l'ensemble mécanique 100 se poursuit par le placement en vis-à-vis des rainures annulaires 111 et 121 comme illustré sur 35 la figure 2. A cet effet, la première virole 110 est emboîtée sur la deuxième virole 120 avec une distance de chevauchement déterminée de manière à 6 aligner la première rainure annulaire 111 présente sur la surface interne 110b de la première virole 110 avec la deuxième rainure annulaire 121 présente sur le surface externe 120b de la deuxième virole 120. Dans l'exemple décrit ici, c'est la première virole 110 qui chevauche la deuxième 5 virole 120, la première virole 110 ayant un rayon interne (rayon mesuré depuis la surface interne 110a) légèrement supérieur au rayon externe de la deuxième virole 120 (rayon mesuré depuis la surface externe 120b). Bien entendu, un ordre inverse de chevauchement est également possible. Une tige ou jonc 130 est ensuite placée dans les première et 10 deuxième rainures annulaires 111 et 121. Chaque rainure annulaire présente de préférence en section une forme correspondant à la moitié d'une figure géométrique, comme par exemple un cercle, un carrée, une ellipse, etc., afin de former, une fois alignées ensemble, la figure géométrique. Dans l'exemple décrit ici, les 15 première et deuxième rainures 111 et 121 correspondent chacune à un demi-cercle de manière à former, une fois en vis-à-vis l'une de l'autre, un cercle complet formant un logement interne annulaire 140 pour la tige 130 (figure 4). La tige 130 est introduite dans le logement 140 par l'intermédiaire 20 d'une ouverture 113 présente sur la surface externe 110b de la première virole 110 et débouchant dans la première rainure annulaire 111 présente sur la surface interne 110b de la virole 110 (figure 1A). La tige 130 est réalisée en un matériau suffisamment déformable pour se conformer à la forme du logement annulaire 140 au fur et à mesure qu'elle est introduite 25 dans celui-ci. Dans le cas d'un ensemble mécanique destinées à être soumis à des flux hautes températures, la tige 130 peut être notamment réalisée avec un des matériaux suivants : alliage haute température, cuivre, matériau composite à matrice céramique, matériau composite carbone-carbone. Suivant les dimensions des pièces axisymétriques à assembler, une ou 30 plusieurs tiges ou joncs peuvent être utilisés pour le verrouillage en position axial des pièces axisymétriques. Dans le cas de l'utilisation de plusieurs tiges ou joncs, on forme de préférence plusieurs ouvertures sur une des pièces axisymétriques afin de faciliter l'introduction des tiges ou joncs dans le logement interne annulaire formé par les rainures des pièces axisymétriques. 35 Dans l'exemple décrit ici, quatre tiges 130 sont introduites dans le logement interne annulaire 140. Les quatre tiges 130 sont respectivement introduites 7 dans le logement 140 via quatre ouvertures 113 présentes sur la surface externe 110b de la première virole 110 et débouchant dans la première rainure annulaire 111, les quatre ouvertures 113 étant uniformément réparties autour de la première virole 110 (figure 3). 5 La tige 130 présente des dimensions au moins supérieures à celles d'une des rainures 111 et 121 afin d'être présentes à la fois dans les deux rainures et assurer un blocage axial entre les deux viroles 110 et 120. Ainsi, une fois la tige 130 introduite dans le logement 140, celle-ci verrouille en position axiale la première virole 110 sur la deuxième virole 120 comme 10 illustré sur la figure 4. Selon un aspect de l'invention, la ou les tiges sont entièrement introduites dans le logement interne annulaire présent entre les pièces axisymétrique, comme dans l'exemple décrit ici. Dans ce cas, on réalise une liaison totalement intégrée ou « flush » qui n'a aucune incidence 15 aérodynamique des deux côtés de l'assemblage. Ce type de liaison est notamment avantageux dans le cas d'un ensemble mécanique correspondant à tout ou partie d'une chambre de combustion où un flux chaud circule du côté de la paroi interne de la chambre tandis qu'un flux de refroidissement ou de contournement circule du côté de la paroi externe de la chambre de 20 combustion. Selon un autre aspect de l'invention, la ou les tiges comportent une première partie présente dans le logement interne annulaire et une deuxième partie s'étendant en dehors du logement, la deuxième partie de la tige étant maintenue en butée contre la surface externe d'une des pièces 25 axisymétrique. Cette disposition de la ou les tiges permet de bloquer en rotation les pièces axisymétriques entre elles. Selon encore un autre aspect de l'invention, une des pièces axisymétriques peut être sectorisée comme par exemple dans le cas d'un ensemble d'anneau de turbine 200 illustré sur la figure 5. Sur la figure 5, 30 l'ensemble mécanique correspond à un ensemble d'anneau de turbine 200 formée par l'assemblage d'une première pièce axisymétrique correspondant ici à une structure de support d'anneau 210 en matériau métallique et d'une deuxième pièce axisymétrique correspondant ici à un anneau de turbine 220 entourant un ensemble de pales rotatives (non représentées), l'anneau de 35 turbine 220 étant formé d'une pluralité de secteurs d'anneau 221, la figure 5 étant une vue en section radiale. La structure de support d'anneau comprend 8 une bride radiale amont 211 et une bride radiale aval 212 tandis que chaque secteur d'anneau 221 comprend une patte d'accrochage amont 222 et une patte d'accrochage aval 223. Conformément à l'invention, les brides radiales amont et aval 211 et 212 comporte chacune respectivement une rainure 5 annulaire 2110, 2120 sur la face en regard des pattes d'accrochage des secteurs d'anneau tandis que les pattes d'accrochage amont et aval 222 et 223 comportent chacune une rainure annulaire 2220, 2230 en vis-à-vis respectivement des rainures 2110 et 2120. Toujours conformément à l'invention, une ou plusieurs premières tiges 230 sont disposées dans le 10 logement interne annulaire 250 formé par les rainures 2110 et 2220 en vis-à- vis tandis qu'une ou plusieurs deuxièmes tiges 240 sont disposées dans le logement interne annulaire 260 formé par les rainures 2120 et 2230 en vis-à-vis. L'invention peut être également utilisée pour réaliser par assemblage 15 de pièces axisymétriques des ensembles mécaniques correspondant à des pièces d'arrière-corps de moteur aéronautique tels que des cônes d'échappement (encore REVENDICATIONS1. Ensemble mécanique (100) comprenant au moins des première et deuxième pièces axisymétriques (110, 120) assemblées l'une avec l'autre au niveau d'une zone de chevauchement (112, 122) totale ou partielle de la première pièce sur la deuxième pièce, caractérisé en ce que la première pièce axisymétrique (110) comprend une première rainure annulaire (111) présente sur la surface interne (110a) de ladite première pièce dans la zone de chevauchement avec la deuxième pièce, la deuxième pièce axisymétrique (120) comprenant une deuxième rainure annulaire (121) présente sur la surface externe (120b) de ladite deuxième pièce dans la zone de chevauchement avec la première pièce, les première et deuxième rainures (111, 121) étant en vis-à-vis l'une de l'autre, et en ce qu'au moins une tige (130) est présente à la fois dans les première et deuxième rainures annulaires (111, 121). 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une tige (130) est entièrement logée dans les première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis (111, 121). 3. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une tige (130) comporte une première partie logée dans les première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis (111, 121) et une deuxième partie s'étendant en dehors des première et deuxième rainures, la deuxième partie de la tige étant maintenue en butée contre la surface externe de la première pièce. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les première et deuxième pièces axisymétriques (110, 120) sont en 30 matériau métallique ou en matériau composite. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque tige (130) est en un des matériaux suivants : alliage haute température, cuivre, matériau composite à matrice céramique, matériau 35 composite carbone-carbone. 10 6. Chambre de combustion comprenant un ensemble mécanique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les première et deuxième pièces axisynnétriques (110, 120) correspondent respectivement à des première et deuxième viroles d'une chambre de combustion. 5 7. Ensemble d'anneau de turbine (200) comprenant un ensemble mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les première et deuxième pièces axisymétriques correspondent respectivement à une structure de support d'anneau (210) et à un anneau de turbine (220). 10 8. Procédé de fabrication d'un ensemble mécanique comprenant : - la réalisation d'au moins une première pièce axisymétrique (110) et d'une deuxième pièce axisymétrique (120), - la formation d'une première rainure annulaire (111) sur la surface 15 interne (110a) de la première pièce (110), - la formation d'une deuxième rainure annulaire (121) sur la surface externe (120b) de la deuxième pièce (120), - le chevauchement total ou partiel de la première pièce (110) sur la deuxième pièce (120) de manière à placer la première rainure annulaire 20 (111) en vis-à-vis avec la deuxième rainure annulaire (121), - le placement d'au moins une tige (130) à la fois dans les première et deuxième rainures annulaires (111, 121). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ladite au moins une 25 tige (130) est entièrement logée dans les première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis (111, 121). 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel une première partie de ladite au moins une tige (130) est logée dans les première et deuxième rainures annulaires en vis-à-vis (111, 121), une deuxième partie de ladite au moins une tige (130) s'étendant en dehors des première et deuxième rainures étant maintenue en butée contre la surface externe de la première pièce. 11 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel les première et deuxième pièces axisymétriques (110, 120) sont réalisées en matériau métallique ou en matériau composite. 5 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel chaque tige (130) est réalisée en un des matériaux suivants : alliage haute température, cuivre, matériau composite à matrice céramique, matériau composite carbone-carbone.