Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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WO 2012/131209 PCT/FR2012/050527
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Ensemble de joint d'étanchéité anti-feu et nacelle comprenant
un tel joint
L'invention se rapporte à un ensemble de joint d'étanchéité pour
nacelle de turboréacteur nacelle de moteur à réaction pour un aéronef, ainsi
qu'a une nacelle équipée d'un tel ensemble de joint.
Un aéronef est mû par plusieurs turboréacteurs logés chacun dans
une nacelle abritant également un ensemble de dispositifs d'actionnement
annexes liés à son fonctionnement et assurant diverses fonctions, lorsque le
turboréacteur est en fonctionnement ou à l'arrêt.
Une nacelle présente généralement une structure tubulaire
comprenant une entrée d'air en avant du turboréacteur, une section médiane
destinée à entourer une soufflante du turboréacteur, une section arrière
destinée à entourer la chambre de combustion du turboréacteur et pouvant
abriter des moyens d'inversion de poussée.
Les nacelles modernes sont souvent destinées à abriter un
turboréacteur double flux apte à générer, par l'intermédiaire des pâles de la
soufflante en rotation et du compresseur, un flux d'air chaud (également
appelé
flux primaire) issu de la chambre de combustion du turboréacteur et de la
turbine. L'ensemble compresseur, chambre de combustion et turbine constitue
le générateur de gaz du turboréacteur, aussi appelé coeur (ou core).
Ainsi, une nacelle comprend généralement une structure externe,
qui définit, avec une structure interne concentrique de la section arrière,
dite
lnner Fixed Structure (IFS) entourant le coeur du turboréacteur en arrière de
la
soufflante, un canal annulaire d'écoulement, encore appelé veine secondaire,
visant à canaliser un flux d'air froid, dit secondaire, qui circule à
l'extérieur du
turboréacteur.
La structure arrière du coeur du turboréacteur est terminée par une
tuyère dite primaire assurant l'éjection du flux d'air chaud, la structure
externe
de la nacelle étant, quant à elle, généralement terminée par une tuyère
secondaire, pouvant être à section variable et optimisant l'éjection du flux
secondaire froid.
La structure interne constitue ainsi un capotage autour du coeur du
turboréacteur et peut être désigné sous différents noms, notamment, capot
coeur arrière (Aft Core Cowl, ACC).
La capot coeur et la tuyère primaire sont deux structures distinctes
qui peuvent notamment se déplacer relativement l'une par rapport à l'autre,
par
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exemple en raison de phénomènes de dilatation longitudinale, de variations de
conditions de vol, ou de la géométrie de l'ensemble. Il existe également des
déplacements transverses entre le capot coeur et un pylone d'accrochage de la
nacelle.
Ces structures peuvent encore dans certains cas être séparables
l'une de l'autre à fins de maintenance. Le capot coeur peut notamment être
démontable et/ou mobile, de manière à permettre un accès au coeur du
turboréacteur. Une des solutions de démontage/déplacement du capot coeur
implique notamment une translation arrière de l'ensemble. La tuyère primaire
peut également être démontable de manière à, par exemple, faciliter son
remplacement le cas échéant.
L'arrière du turboréacteur est également généralement rattaché au
pylône au niveau d'un point de rattachement arrière et l'interface avec la
tuyère
primaire peut également s'effectuer au niveau de la zone de ce point d'attache
arrière. L'interface tuyère primaire/pylône constitue donc une zone
d'interface
qui, bien qu'ayant un comportement légèrement différent, notamment par le fait
que les déplacements relatifs longitudinaux varient, est également concernée
par les problèmes précédemment soulevés.
Un joint d'étanchéité est donc prévu entre ce capot coeur arrière et
la tuyère primaire, et/ou entre le pylône et la tuyère primaire, ce joint
étant
deformable de manière à tenir compte des phénomènes de déplacements
relatifs principalement longitudinaux et transversaux dans une moindre mesure.
Par ailleurs, les contraintes de certifications des ensembles
propulsifs exigent une protection feu dans un quadrant de 90 degrés supérieur,
soit 45 degrés de part et d'autre d'un axe sensiblement vertical, entre le
compartiment coeur moteur et l'extérieur de la nacelle.
Ce joint doit donc également apporter une protection au feu entre le
capot coeur moteur, la tuyère primaire et le pylône, de manière à éviter la
propagation d'un feu vers ou depuis le moteur.
Les joints actuellement utilisés au niveau de telles interfaces sont
généralement des joints de types joints à lamelles (également connus sous le
nom finger seals ) constitués d'une double rangée de fines lames
métalliques fixées, soit à la tuyère primaire, soit au capot coeur moteur et
frottant sur une surface d'appui de la pièce opposée (respectivement le capot
coeur ou la tuyère primaire).
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Des exemples de tels joints sont décrits dans les documents US
910 094 notamment.
Bien évidemment, en raison des déplacements relatifs évoqués
précédemment, ces lamelles subissent des frottements et notamment un
5 contact métal/métal qui conduit à une usure importante et souvent
prématurée
de ces joints.
On connaît dans l'état de l'art une solution basée sur l'emploi d'un
joint en P ou joint S2, deformable, et de section plus ou moins circulaire,
fixé à
une des pièces et appuyant ou frottant sur le composant opposé. Un tel joint
est décrit dans le document W02006000781 sous le terme joint en Z.
Le principe de montage d'un tel joint et les conditions de vol
associées impliquent souvent que pour fonctionner dans une plage normale
d'écrasement connue de l'homme de l'art, il doit posséder des dimensions, et
notamment un diamètre, importantes. Ces dimensions le rendent alors lourd,
difficile à installer et sujet à des déformations et des usures importantes
pouvant conduire à son endommagement et compromettre ainsi sa mission de
barrière de protection feu.
La présente invention vise à pallier les inconvénients mentionnés
ci-dessus et à proposer une nouvelle structure de joint d'étanchéité anti-feu.
La présente invention consiste pour ce faire en un ensemble de
joint d'étanchéité pour nacelle de turboréacteur comprenant une première
extrémité équipée de moyens de fixation sur au moins une première structure,
et une deuxième extrémité conçue pour venir en contact contre une zone
d'appui d'une deuxième structure, l'ensemble de joint comprenant une pluralité
de lamelles adjacentes disposées le long de la première extrémité et
s'étendant de manière sensiblement longitudinale et sensiblement
perpendiculairement à cette dernière, caractérisé en ce qu'au moins une partie
des lamelles présente une structure en accordéon.
Ainsi, en mettant en oeuvre une structure de joint présentant une
structure de joint à lamelles et équipée de lamelles en accordéon, quasiment
tous des déplacements relatifs des structures pourra être prise en compte.
Plus précisément, les déplacements relatifs longitudinaux seront
aisément amortis par compression ou relâchement des lamelles accordéons,
lesquelles ne sont donc plus soumises à un contact glissant générant des
frottements et de l'usure.
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Il a également été constaté qu'une structure en accordéon pour les
lamelles permettait la prise en compte des déplacements relatifs latéraux en
limitant pareillement les glissements et frottement latéraux.
De manière globale, les déplacements relatifs sont ainsi absorbés à
l'intérieur même de l'ensemble de joint, et non plus par le biais d'interface
en
frottement, ceci sans réduire la liberté de déplacement relatif ni
l'étanchéité feu.
Selon un premier mode de réalisation, au moins une partie des
lamelles sont métalliques.
Alternativement ou de manière complémentaire, au moins une
partie des lamelles sont en matériau élastique deformable, de type polymère,
caoutchouc ou composite.
De manière préférentielle, la deuxième extrémité destinée à venir
en contact sur une zone d'appui de la deuxième structure se présente sous la
forme d'une plaque d'interface, continue ou discontinue par morceaux.
Alternativement ou de manière complémentaire, la deuxième
extrémité destinée à venir en contact sur une zone d'appui de la deuxième
structure comprend des bourrelets élastiques d'appui.
Avantageusement, la deuxième extrémité est destinée à venir en
contact sur une zone d'appui de la deuxième structure par un contact non-
glissant.
Selon un mode de réalisation préféré, l'ensemble de joint comprend
deux ou plus rangées de lamelles.
Avantageusement, les lamelles des rangées sont décalées
latéralement ou circonférentiellement entre elles. De cette manière, on forme
des chicanes entre les lamelles des rangées, ce qui accroit l'étanchéité
feu.
Avantageusement encore, les rangées de lamelles sont
suffisamment espacées pour permettre une compression et un relâchement
des accordéons sans interférence avec une rangée voisine.
La présente invention se rapporte également à une nacelle de
turboréacteur comprenant au moins un capot coeur moteur et au moins une
tuyère primaire, caractérisée en ce qu'au moins une partie de l'interface
entre
le capot coeur moteur et la tuyère primaire est équipée d'au moins un ensemble
de joint selon l'invention.
Selon une première variante de réalisation, la première extrémité
de l'ensemble de joint est fixée dans le capot coeur.
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De manière complémentaire, la nacelle de turboréacteur comprend
au moins un pylône de rattachement de la nacelle et au moins une tuyère
primaire, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la zone entre le pylône
et la tuyère primaire est équipée d'au moins un ensemble de joint selon
5 l'invention.
Selon une variante de réalisation, la première extrémité de
l'ensemble de joint est fixée sur le pylône.
De manière alternative, la première extrémité de l'ensemble de joint
est fixée sur la tuyère primaire.
De manière préférentielle, la partie de l'interface équipée de
l'ensemble joint comprend au moins une partie supérieure s'étendant de part et
d'autre d'un plan d'un pylône de rattachement.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la
description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une représentation schématique partielle d'une
partie arrière interne d'une nacelle de turboréacteur montrant
une interface entre une tuyère primaire et une zone
pylône/capot coeur équipée d'un joint anti feu selon l'invention ;
- les figures 2 à 4 sont des représentations schématiques en
coupe longitudinale de la zone de la figure 1, le joint selon
l'invention étant installé respectivement sur le capot coeur
(figures 2 et 3), et sur un support pylône (figure 4) ;
- les figures 5 à 7 sont des représentations schématiques du
fonctionnement d'un joint selon une variante de l'invention en
configuration respectivement nominale, comprimée, et libre.
La figure 1 est une représentation schématique partielle d'une
partie arrière interne d'une nacelle de turboréacteur montrant une interface
entre une tuyère primaire 100 et un capot coeur 200, ladite interface étant
équipée en partie supérieure d'un joint anti-feu 300 s'étendant de part et
d'autre autour d'un plan sensiblement transversal correspondant à un plan
d'accrochage à un pylône (non visible), le plus fréquemment, un plan par
conséquent sensiblement vertical.
On notera, que bien que le capot coeur 200 soit principalement
situé en amont de la tuyère primaire 100, il vient au contact du joint 300 par
l'aval de celui-ci par l'intermédiaire d'un retour aval 201 du capot coeur
200.
Réciproquement, la tuyère primaire 100, bien que située en aval du capot coeur
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200, vient au contact du joint 300 par l'amont de ce dernier, par
l'intermédiaire
d'un retour amont 101 de la tuyère.
De cette manière, le capot coeur 200 reste bien aisément
translatable vers l'aval, par-dessus la tuyère primaire 100.
Le fonctionnement et la situation du joint 300 sont représentés plus
en détail sur les figures 2 et 3.
Les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques en coupe
longitudinale de la zone de la figure 1 montrant une fourche de suspension
aval
401 d'un pylône 400 supportant une partie arrière d'un turboréacteur 500 dont
une extrémité aval est terminée par la tuyère primaire 100.
Cette partie arrière du turboréacteur 500 est entourée par un capot
coeur 200 monté mobile en translation vers l'arrière du turboréacteur.
Comme décrit précédemment, le joint 300 équipe une partie
supérieure de l'interface entre le capot coeur 200 et la tuyère primaire 100.
Le joint 300 comprend une première extrémité 301 fixée dans le
retour amont 101 de la tuyère primaire 100 et une deuxième extrémité 302
conçue pour venir en contact contre une zone d'appui 202 formée dans le
retour aval 201 du capot coeur 200.
Conformément à l'invention, le joint 300 comprend une pluralité de
lamelles adjacentes 303 disposées le long de la première extrémité et
s'étendant de manière sensiblement longitudinale et sensiblement
perpendiculairement à cette dernière.
Conformément à l'invention toujours, au moins une partie des
lamelles 303 présentent une structure en accordéon.
Selon des variantes de réalisation, les lamelles 303 pourront en
tout ou partie être métalliques et/ou en matériau élastique deformable de type
caoutchouc ou composite.
Selon l'exemple représenté, le joint 300 comprend deux rangées de
lamelles espacées radialement, et notamment suffisamment espacées pour
permettre sans gêne la compression des lamelles 303 de chaque rangée.
Avantageusement, les lamelles 303 des deux rangées seront
décalées latéralement ou circonférentiellement entre elles de manière à former
des chicanes.
On notera également, qu'afin d'améliorer la tenue du joint 300, la
deuxième extrémité, conçue pour venir en contact avec le capot coeur 200,
pourra être réalisée sous la forme d'une plaque d'interface 302 , continue ou
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discontinue par morceaux, reliant entre elles une pluralités d'extrémités des
lamelles 303.
Les plaques d'interface 302 pourront être équipées de bourrelets
d'appui élastiques permettant le cas échéant d'améliorer le caractère non
glissant de l'extrémité d'appui.
La figure 4 montre une variante d'installation du joint 300 selon
l'invention, se différenciant par le fait que le joint 300 est disposé au
niveau
d'une interface entre la tuyère primaire 100 et le pylône 400, par
l'intermédiaire
d'un retour présentant une zone d'appui 405.
Les figures 5 à 7 sont des représentations schématiques du
fonctionnement d'un joint selon l'invention en configuration respectivement
nominale, comprimée et libre.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de
réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle
comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs
combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
