Brevet FR3132738A1 — publié le 20230818

L’invention concerne un ensemble d’éjection de gaz d’un turboréacteur comprenant un carter d’échappement métallique (28) du turboréacteur et un élément central d'éjection de gaz (34), de révolution autour de l’axe, fixé en aval du carter d’échappement par l’intermédiaire d’une bride de liaison (36) comportant un premier anneau (40) fixé au carter d’échappement et une pluralité de pattes flexibles axiales flexibles supportant l’élément central (34), cette bride (36) étant entourée par une tôle annulaire d’étanchéité (60), et une tresse annulaire d’étanchéité (72) étant interposée axialement entre deux parois annulaires (76, 72) en vis à vis respectives de la tôle annulaire d’étanchéité (60) et l’élément central (34), caractérisé en ce qu’une des deux parois annulaires (76) est mobile, l’autre (62) étant fixe et en qu’il comporte un dispositif réglage de la compression axiale du joint (72) qui est apte à ajuster la position axiale de la paroi mobile par rapport à la paroi fixe pour solliciter le joint (72) selon une compression axiale déterminée. Figure pour l'abrégé : Figure 3. ENSEMBLE D’EJECTION DE GAZ A BRIDE DE LIAISON POUR UN TURBOREACTEUR D'AERONEF Domaine technique de l'invention L’invention concerne un ensemble d’éjection de gaz pour un turboréacteur d'aéronef, notamment un ensemble d’éjection de gaz comportant un carter d’échappement métallique et un élément central d'éjection de gaz, réalisé dans un matériau différent du matériau métallique principal du carter d’échappement, et proposant une étanchéité répondant à ce contexte particulier. Arrière-plan technique Classiquement, un turboréacteur d’aéronef comporte, en sortie de la turbine basse pression, un ensemble d’éjection de gaz comportant un carter d’échappement à la sortie duquel est fixé une tuyère comportant un élément d’éjection externe et un élément central d’éjection de gaz, qui sont coaxiaux, l’élément central d’éjection étant agencé sensiblement selon l’axe du turboréacteur. L’élément central d'éjection de gaz, ou « plug » en anglais, est une pièce ayant une forme sensiblement de révolution autour de l’axe du turboréacteur, et comportant généralement une extrémité terminale conique. Cette pièce est configurée pour que les gaz éjectés en sortie du carter d’échappement du turboréacteur circulent autour d’elle sans induire de perturbations aérodynamiques du flux de gaz en sortie du turboréacteur. Dans les turboréacteurs classiques, l’étanchéité des tuyères est assurée par des pièces axisymétriques et des jonctions mécaniques, car les différentes pièces sont réalisées dans des matériaux métalliques, comme le reste du turboréacteur. Dans un avenir proche, les futurs turboréacteurs à haut rendement verront la température d’éjection des gaz augmenter sensiblement. Pour permettre aux éléments d’éjection ou plugs de ces tuyères résister à ces températures sans augmenter leur masse, on envisage d’utiliser pour leur fabrication de nouveaux matériaux susceptibles d’avoir des coefficients de dilation différents du matériau métallique du carter d’échappement, et notamment des matériaux en composites céramiques CMC (Ox-Ox), plus légers et résistants. Ces matériaux donnent toute satisfaction mais comme ils présentent des coefficients de dilation différents du matériau du carter d’échappement, ils ne peuvent donc être bridés directement sur celui-ci, sous peine d’introduire lors du fonctionnement des contraintes élevées qui risqueraient de provoquer des fissures ou des déformations du carter d’échappement ou du plug. La mise en œuvre d’un élément d’éjection de gaz ou plug ayant un coefficient de dilatation différent de celui du carter d’échappement tel qu’un élément d’éjection de gaz ou plug en composite céramique impose d’utiliser une bride de liaison souple entre la sortie du carter d’échappement et le plug pour s’accommoder des phénomènes de dilatation différentielle entre ces deux éléments. Une telle bride de liaison comporte à l’amont une partie annulaire qui est fixé à une bride métallique de sortie du carter d’échappement, et une pluralité de pattes flexibles raccordées à cette partie annulaire, ces pattes s’étendant vers l’aval à partir de cette partie annulaire et étant réparties autour de l’axe du turboréacteur sensiblement parallèlement à celui-ci. Une partie amont l’élément central ou plug est fixée à l’extrémité de ces pattes. Pour éviter que des gaz ne pénètrent à l’intérieur de l’élément central, on dispose une tôle annulaire d’étanchéité autour de la bride intermédiaire de liaison, entre la partie annulaire de la bride de liaison et l’élément central. Cette tôle d’étanchéité a pour fonction d’obturer les espaces entre les pattes de la bride de liaison par lesquels les gaz pourraient s’infiltrer. Un joint annulaire, généralement réalisé sous la forme d’une tresse annulaire d’étanchéité est de plus interposé axialement entre la tôle annulaire d’étanchéité et l’élément central, et plus particulièrement entre des première et seconde parois annulaires en regard de ces éléments, pour assurer l’étanchéité entre eux. Généralement, la paroi annulaire de l’élément central est un bord d’extrémité amont de celui-ci. L’efficacité d’un tel joint dépend principalement de la compression axiale de ce joint, qui est réalisée au montage. Si, lors du montage, on dépasse les valeurs cible de la plage de compression, par exemple en le comprimant au-delà de la plage de compression qui est prévu pour son fonctionnement, le joint qui ne possède que des propriétés élastiques limitées, restera comprimé et n’assurera plus sa fonction une fois relâché. Inversement, s’il n’est pas assez comprimé, il n’assurera pas non plus sa fonction une fois en position. Il existe donc un réel besoin pour un dispositif permettant un réglage précis, ajustable, réversible et sécurisé de la compression du joint lors de l’opération d’assemblage, que ce soit pendant la phase du montage du turboréacteur sur un site de production ou lors d’une opération de changement de ce joint sur un site de maintenance. L’invention satisfait à ce besoin en proposant un dispositif de réglage ajustable et réversible de la compression du joint qui est intégré à l’ensemble d’éjection. Dans ce but, l’invention propose un ensemble d’éjection de gaz pour un turboréacteur d'aéronef d’axe X, l’ensemble comprenant : - un carter annulaire d’échappement, s’étendant autour de l’axe X, - une tuyère comportant un élément central d'éjection de gaz, cet élément central ayant une forme de révolution autour de l’axe X, et s’étendant en aval du carter d’échappement, - une bride intermédiaire de liaison, qui porte ledit élément central et qui est fixée à une bride de sortie du carter d’échappement, ladite bride comportant d’amont en aval: une partie annulaire qui est fixée à la bride de sortie du carter d’échappement, une pluralité de pattes flexibles raccordées à ladite partie annulaire, lesdites pattes étant réparties sensiblement parallèlement autour de l’axe X et comportant des extrémités aval auxquelles est fixé ledit élément central, - une tôle annulaire d’étanchéité, qui s’étend autour de la bride intermédiaire de liaison entre la partie annulaire et l’élément central, et qui obture des espaces situés entre lesdites pattes flexibles, - un joint annulaire d’étanchéité, interposé axialement entre une première paroi annulaire portée par une partie aval de la tôle annulaire d’étanchéité et une seconde paroi annulaire en vis-à-vis, portée par une partie amont dudit élément central, caractérisé en ce qu’une des première et seconde parois annulaires est mobile axialement, en ce que l’autre de ces parois est fixe axialement, et en ce que l’ensemble d’éjection de gaz comporte un dispositif de réglage ajustable et réversible de la compression du joint qui est apte à ajuster la positon axiale de ladite paroi mobile par rapport à la paroi fixe de façon à ce que ladite paroi mobile sollicite le joint selon une force de compression axiale entre lesdites parois annulaires. Ce dispositif permet de réaliser une mise en compression du joint qui est indépendante du positionnement relatif de la tôle annulaire d’étanchéité et de la partie amont de l’élément central, puisque la compression du joint n‘est pas assurée directement par le positionnement relatif de ces éléments, mais par le positionnement de la paroi mobile par rapport à la paroi fixe. Cette configuration trouve tout son intérêt dans le cas d’un joint ayant des propriétés élastiques limitées tel qu’une tresse d’étanchéité. De plus, il permet un montage du joint avec jeu, puis un réglage ultérieur et un ajustement de sa compression après l’assemblage de l’élément central d’éjection avec la bride. Enfin, ce dispositif est réversible, c’est-à-dire que le positionnement de la paroi mobile par rapport à la paroi fixe n’est pas définitif et peut être modifié, notamment pour permettre l’extraction et le remplacement du joint. Selon d’autres caractéristiques de l’invention : - la première paroi annulaire est un anneau monté coulissant autour de la partie aval de la tôle annulaire d’étanchéité, la seconde paroi annulaire est un bord d’extrémité amont de l’élément central, et le dispositif de réglage ajustable et réversible est configuré pour solliciter l’anneau en direction du bord d’extrémité amont de l’élément central, - le joint entoure la partie aval de ladite tôle annulaire d’étanchéité, et la partie aval de ladite tôle annulaire d’étanchéité comporte, en amont de l’anneau, un support qui porte le dispositif de réglage ajustable et réversible, - le support comporte une collerette annulaire qui est fixée autour de la partie aval de la tôle annulaire d’étanchéité et qui est ouverte vers l’aval, ladite collerette recevant intérieurement en coulissement l’anneau, et le dispositif de réglage ajustable et réversible comporte des moyens expansibles ou rétractables axialement entre ladite collerette et une face de l’anneau opposée au joint, - les moyens expansibles ou rétractables axialement comportent une série de vis axiales uniformément réparties qui sont vissées au travers d’une paroi transversale de fond de la collerette et qui sollicitent la face de l’anneau opposée au joint. - chaque vis est vissée et guidée au travers d’une douille taraudée solidaire de la paroi de fond de la collerette et alignée avec un perçage de ladite paroi de fond, - chaque vis peut recevoir un contre-écrou qui est apte à être serré contre ladite douille taraudée pour immobiliser la vis en rotation, - le carter annulaire d’échappement est métallique et l’élément central d'éjection de gaz est en matériau composite céramique, - la partie amont de l’élément central et les extrémités aval des pattes flexibles comportent des premiers et deuxièmes perçages alignés qui sont traversés par des liaisons de type vis-écrou. - les pattes flexibles sont d’une pièce avec la partie annulaire de la bride de liaison et des extrémités amont des pattes flexibles comportent des troisièmes perçages qui sont alignés avec des quatrièmes perçages pratiqués dans la tôle annulaire d’étanchéité, lesdits troisièmes et quatrièmes perçages étant traversés par des rivets d’assemblage. L’invention concerne aussi deux procédés de montage d’un ensemble d’éjection de gaz pour un turboréacteur d'aéronef du type décrit précédemment. Ainsi un premier procédé comporte au moins : - une première étape au cours de laquelle on fixe la bride de liaison à la bride de sortie du carter d’échappement, - une deuxième étape au cours de laquelle on fixe la tôle annulaire d’étanchéité aux pattes flexibles de la bride de liaison, - une troisième étape au cours de laquelle on dispose le joint annulaire en aval de l’anneau sur la partie aval de la tôle annulaire, - une quatrième étape au cours de laquelle on fixe l’élément central d’éjection de gaz aux pattes flexibles de la bride de liaison, et - une cinquième étape au cours de laquelle on ajuste la position de l’anneau à l’aide du dispositif de réglage ajustable et réversible de la compression du joint. Un second procédé en variante comporte au moins : - une première étape au cours de laquelle on fixe la bride de liaison à une bride étalon de dimensions identiques à la bride de sortie du carter d’échappement, - une deuxième étape au cours de laquelle on fixe la tôle annulaire d’étanchéité aux pattes flexibles de la bride de liaison, - une troisième étape au cours de laquelle on dispose le joint annulaire en aval de l’anneau sur la partie aval de la tôle annulaire, - une quatrième étape au cours de laquelle on fixe l’élément central d'éjection de gaz aux pattes flexibles de la bride de liaison, - une cinquième étape au cours de laquelle on ajuste la position de l’anneau à l’aide du dispositif de réglage ajustable et réversible de la compression du joint, - une sixième étape au cours de laquelle on démonte la bride de liaison de la bride étalon, - une septième étape au cours de laquelle on fixe la bride de liaison à la bride de sortie du carter d’échappement. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La est une vue schématique d’un turboréacteur à double flux ; La est une vue de détail en coupe d’un ensemble d’éjection de gaz conventionnel d’un turboréacteur ; La est une vue de détail en perspective de l’ensemble d’éjection de gaz selon l’invention ; La est une vue en perspective d’une tôle annulaire et d’un joint d’étanchéité pour l’ensemble d’éjection selon l’invention ; La est une vue en coupe d’un dispositif de réglage de la compression axiale du joint d’étanchéité selon l’invention représenté dans une première étape de compression du joint ; La est une vue en coupe d’un dispositif de réglage de la compression axiale du joint d’étanchéité selon l’invention représenté dans une deuxième étape de compression du joint ; La est une vue en coupe d’un dispositif de réglage de la compression axiale du joint d’étanchéité selon l’invention représenté dans une troisième étape de compression du joint ; La est une vue en bout du dispositif de réglage de la compression axiale du joint ; La est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’un premier procédé de montage d’un ensemble d’éjection de gaz selon l’invention ; La est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’un second procédé de montage d’un ensemble d’éjection de gaz selon l’invention. Ensemble (32) d’éjection de gaz pour un turboréacteur (10) d'aéronef d’axe (X), l’ensemble comprenant : - un carter annulaire d’échappement (28), s’étendant autour de l’axe (X), - une tuyère comportant un élément central (34) d'éjection de gaz (34), cet élément central (34) ayant une forme de révolution autour de l’axe (X), et s’étendant en aval du carter d’échappement (28), - une bride intermédiaire de liaison (36), qui porte ledit élément central (34) et qui est fixée à une bride (38) de sortie du carter d’échappement (28), ladite bride (36) comportant d’amont en aval: une partie annulaire (40) qui est fixée à la bride (38) de sortie du carter d’échappement (28), une pluralité de pattes flexibles (44) raccordées à ladite partie annulaire (40), lesdites pattes (44) étant réparties sensiblement parallèlement autour de l’axe (X) et comportant des extrémités (46) aval auxquelles est fixé ledit élément central (34), - une tôle annulaire d’étanchéité (60), qui s’étend autour de la bride intermédiaire de liaison (36) entre la partie annulaire (40) et l’élément central (34), et qui obture des espaces (43) situés entre lesdites pattes flexibles (44), - une joint annulaire d’étanchéité (72), interposé axialement entre une première paroi annulaire (76) portée par une partie aval (70) de la tôle annulaire d’étanchéité (60) et une seconde paroi annulaire (62) en vis-à-vis, portée par une partie amont (48) dudit élément central (34), caractérisé en ce qu’une des première et seconde parois annulaires est mobile axialement, en ce que l’autre de ces parois est fixe axialement, et en ce que l’ensemble (32) d’éjection de gaz comporte un dispositif (74) de réglage ajustable et réversible de la compression du joint (72) qui est apte à ajuster la positon axiale de ladite paroi mobile par rapport à la paroi fixe de façon à ce que ladite paroi mobile sollicite le joint selon une force de compression axiale entre lesdites parois annulaires (76, 62). Ensemble d’éjection de gaz (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première paroi annulaire (76) est un anneau (76) monté coulissant autour de la partie aval (70) de la tôle annulaire d’étanchéité (60), en ce que la seconde paroi annulaire (62) est un bord d’extrémité amont (62) de l’élément central (34), et en ce que le dispositif (74) de réglage ajustable et réversible est configuré pour solliciter l’anneau (76) en direction du bord d’extrémité amont (62) de l’élément central (34). Ensemble d’éjection de gaz (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie aval (70) de la tôle annulaire d’étanchéité (60) a un diamètre (D 60 ) inférieur à un diamètre (D 48 ) du bord d’extrémité amont de l’élément central (34), en ce que le joint (72) entoure la partie aval (70) de ladite tôle annulaire d’étanchéité (60), et en ce que la partie aval (70) de ladite tôle annulaire d’étanchéité (60) comporte, en amont de l’anneau (70), un support qui porte le dispositif de réglage (74) ajustable et réversible. Ensemble d’éjection de gaz (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support comporte une collerette annulaire (78) qui est fixée autour de la partie aval (70) de la tôle annulaire d’étanchéité (60) et qui est ouverte vers l’aval, ladite collerette (78) recevant intérieurement en coulissement l’anneau (76), et en ce que le dispositif de réglage ajustable et réversible comporte des moyens expansibles ou rétractables axialement (82) entre ladite collerette (78) et une face (83) de l’anneau (76) opposée au joint (72). Ensemble d’éjection de gaz (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens expansibles ou rétractables axialement (82) comportent une série de vis axiales (84) uniformément réparties qui sont vissées au travers d’une paroi transversale de fond (86) de la collerette et qui sollicitent la face (83) de l’anneau (76) opposée au joint (72). Ensemble d’éjection de gaz (32) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque vis est vissée et guidée au travers d’une douille taraudée (88) solidaire de la paroi de fond (86) de la collerette (78) et alignée avec un perçage de ladite paroi de fond (86). Ensemble d’éjection de gaz (32) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter annulaire d’échappement (28) est en matériau métallique et en ce que l’élément central d'éjection (34) de gaz est en matériau composite céramique. Ensemble d’éjection de gaz (32) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie amont (48) de l’élément central (34) et les extrémités aval (46) des pattes flexibles (44) comportent des premiers et deuxièmes perçages alignés (50, 52) qui sont traversés par des liaisons (54) de type vis (56)-écrou (58). Ensemble d’éjection de gaz (32) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pattes flexibles (44) sont d’une pièce avec la partie annulaire (40) de la bride de liaison (36) et en ce que des extrémités amont (62) des pattes flexibles (40) comportent des troisièmes perçages (64) qui sont alignés avec des quatrièmes perçages (66) pratiqués dans la tôle annulaire d’étanchéité (60), lesdits troisièmes et quatrièmes perçages (64, 66) étant traversés par des rivets d’assemblage (68). Procédé de montage d’un ensemble d’éjection de gaz (32) pour un turboréacteur d'aéronef selon l’une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte au moins : - une première étape (ET1) au cours de laquelle on fixe la bride de liaison (36) à la bride (38) de sortie du carter d’échappement (28), - une deuxième étape (ET2) au cours de laquelle on fixe la tôle annulaire d’étanchéité (60) aux pattes flexibles (44) de la bride de liaison (36), - une troisième étape (ET3) au cours de laquelle on dispose le joint annulaire (72) en aval de l’anneau (76) sur la partie aval de la tôle annulaire (60), - une quatrième étape (ET4) au cours de laquelle on fixe l’élément central d'éjection de gaz (34) aux pattes flexibles (44) de la bride de liaison (36), et - une cinquième étape (ET5) au cours de laquelle on ajuste la position de l’anneau (76) à l’aide du dispositif de réglage (74) ajustable et réversible de la compression du joint (72). Procédé de montage d’un ensemble d’éjection de gaz (32) pour un turboréacteur d'aéronef selon l’une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte au moins : - une première étape (ET’1) au cours de laquelle on fixe la bride de liaison (36) à une bride étalon de dimensions identiques à la bride (38) de sortie du carter d’échappement (28), - une deuxième étape (ET’2) au cours de laquelle on fixe la tôle annulaire d’étanchéité (60) aux pattes flexibles (44) de la bride de liaison (36), - une troisième étape (ET’3) au cours de laquelle on dispose le joint annulaire (72) en aval de l’anneau (76) sur la partie aval de la tôle annulaire (60), - une quatrième étape (ET’4) au cours de laquelle on fixe l’élément central d'éjection de gaz (34) aux pattes flexibles (44) de la bride de liaison (36), - une cinquième étape (ET’5) au cours de laquelle on ajuste la position de l’anneau (76) à l’aide du dispositif (74) de réglage ajustable et réversible de la compression du joint (72), - une sixième étape (ET’6) au cours de laquelle on démonte la bride de liaison (36) de la bride étalon, - une septième étape (ET’7) au cours de laquelle on fixe la bride de liaison (36) à la bride (38) de sortie du carter d’échappement (28).