TITRE : Cône d’éjection pour turbomachine d’aéronef

Domaine technique de l’invention

Le présent document concerne un cône turbomachine d’aéronef, en particulier un cône d’éjection avec un caisson acoustique étanche.

Etat de la technique antérieure

Le présent exposé concerne un ensemble situé à l’arrière, au niveau d’une extrémité aval, d’un turboréacteur d'aéronef pour optimiser l'écoulement d’air expulsés par le turboréacteur. Plus précisément, le présent exposé concerne la liaison entre ce qui est souvent dénommé cône d'éjection et, située juste à l’amont du cône d’éjection, un carter du turboréacteur, par exemple un carter de sortie de gaz du turboréacteur.

La figure 1 représente un ensemble pour turboréacteur d'aéronef, comprenant un élément central d'éjection de gaz, annulaire autour d’un axe longitudinal X et adapté pour que du gaz soit éjecté par le turboréacteur autour de lui, d’amont (AM) vers l’aval (AV), ledit ensemble étant relié à une sortie métallique d'un turboréacteur. L’axe longitudinal X précité est l’axe longitudinal, ou axe de rotation, de la turbomachine, en particulier de la soufflante 20 et des aubes mobiles du moteur 12. L’élément central d'éjection de gaz peut correspondre au cône d'éjection, repéré 1 ci-après, ou au moins à la partie amont 1a ci-après.

Le turboréacteur à gaz d'aéronef 10 comprend une partie centrale, formant le moteur 12 à turbine à gaz, montée à l'intérieur d'un ensemble 14 de nacelle de moteur, comme cela est typique d'un aéronef conçu pour un fonctionnement subsonique, telle qu’un turbopropulseur ou un turboréacteur à double flux. L'ensemble 14 de nacelle comprend généralement une nacelle de moteur 16 et une nacelle de soufflante 18 entourant une soufflante 20 située axialement en amont du moteur 12.

Le moteur 12 comprend, axialement en partie aval, au moins une turbine qui peut être une turbine basse pression et, encore en partie aval, un carter d’échappement 22 métallique et comprenant une virole annulaire interne 22a et une virole annulaire externe 22b délimitant entre elles une partie aval de la veine annulaire primaire 24 dans laquelle circule les gaz de combustion issus de la chambre de combustion du moteur 12.

La virole annulaire interne 22a est reliée, à son extrémité aval, au cône d'éjection 1 , lequel peut comprendre une partie amont 1a, de forme sensiblement cylindrique, et une partie aval 1 b de forme conique. La virole annulaire interne 22a est alignée avec la paroi externe du cône d’éjection 1 pour former une veine d’écoulement homogène de l’air en sortie du moteur 12. Pour réduire les nuisances sonores produites par les gaz en sortie du moteur un caisson acoustique peut être agencé à l’intérieur du cône d’éjection, comprenant des cloisons acoustiques intercalées entre la paroi externe du cône d’éjection 1 et une paroi annulaire interne de la paroi externe, formant une cavité. L’assemblage des cloisons acoustiques et des parois interne et externe manque d’étanchéité. En effet, un jeu existe entre les cloisons et la paroi interne et/ou de la paroi externe. Ce jeu couplé à un différentiel de pression entre les cloisons acoustiques crée une accélération de l’air autour des cloisons acoustiques ce qui engendre un gradient thermique dans les parois et limite leurs tenues mécaniques. En outre, le jeu doit être inférieur à 1 mm pour respecter l’atténuation acoustique.

Il existe un besoin d’amélioration des caissons acoustiques dans les cônes d’éjection.

Résumé de l’invention

Le présent document concerne un cône d’échappement pour une turbomachine d’aéronef, s’étendant selon un axe longitudinal, ledit cône comprenant une paroi annulaire radialement interne et une peau radialement externe délimitant une veine d’écoulement d’un flux primaire de gaz chauds et entourant ladite paroi annulaire interne, et des cloisons montées radialement entre la peau externe et la paroi annulaire interne et s’entrecroisant de façon à délimiter avec elles des caissons acoustiques, caractérisé en ce que ledit cône d’échappement comprend au moins un joint d’étanchéité agencé entre une extrémité radiale d’une des cloisons et au moins l’une des parties constituant la paroi annulaire interne ou la peau externe.

Le joint d’étanchéité permet de limiter l’infiltration d’air du flux primaire dans les caissons acoustiques. Ceci permet d’améliorer l’atténuation acoustique du bruit émis par la turbomachine.

Le joint d’étanchéité peut être intercalé entre une extrémité radialement externe de la cloison et la paroi annulaire externe.

Le joint d’étanchéité peut être intercalé entre une extrémité radialement interne de la cloison et la paroi annulaire interne. Cet agencement permet de contraindre le joint d’étanchéité par la cloison de façon plus efficace, en particulier par le poids de la cloison. Ceci permet d’assurer une meilleure étanchéité du caisson acoustique.

Les cloisons peuvent être fixées à la peau externe ou à la paroi annulaire interne, par exemple par soudage, par brasage ou par vissage. L’extrémité radialement interne peut être agencée avec un jeu radial par rapport à la paroi annulaire interne. Ainsi, il est avantageux de disposer le joint d’étanchéité entre l’extrémité radialement interne et la paroi annulaire interne.

Selon un mode de réalisation, le joint d’étanchéité peut comprendre une partie torique reliée à une bande de fixation. La bande de fixation peut être fixée à une face aval de la cloison et la partie torique peut être agencée au moins en partie contre une face amont de ladite cloison.

La partie torique peut être ainsi placée du côté où la pression maximale, ce qui permet d’assurer le placage du joint sur la paroi annulaire interne.

La bande de fixation peut présenter une épaisseur inférieure au jeu radial pour permettre le passage de la bande de fixation entre l’extrémité radialement interne de la cloison et la paroi annulaire interne.

En outre, le diamètre de la partie torique peut être supérieur au jeu radial pour empêcher la partie torique de passer entre la cloison et la paroi annulaire interne. Ainsi, le joint d’étanchéité obstrue le jeu radial entre la cloison et la paroi annulaire interne et permet ainsi d’étanchéifier le caisson acoustique.

La bande de fixation peut être fixée à la cloison par un fil frein traversant des orifices prévus ladite cloison et ladite bande de fixation. Des perçages de faible diamètre peuvent être réalisés dans la cloison et le fil frein peut passer de part et d’autre de la cloison et de la bande tel une couture. En particulier, un bouton peut être prévu au niveau de la face amont de la cloison pour recevoir le fil frein et le maintenir en position de blocage. Cet agencement permet de limiter la fuite d’air dans les caissons acoustiques si les perçages ont un diamètre trop important.

Alternativement, la bande de fixation peut être fixée à la cloison par rivetage ou par vissage, des rondelles peuvent être prévus au niveau des rivets et/ou des vis.

Selon un mode de réalisation, le joint d’étanchéité peut comprendre une partie torique amont et une partie torique aval. La partie torique amont peut être disposée en contact avec la face amont de la cloison et la partie torique aval peut être disposée en contact avec la face aval de ladite cloison.

Le diamètre de la partie torique amont et/ou le diamètre de la partie torique aval peuvent être inférieur au jeu radial.

La partie torique amont et la partie torique aval peuvent être reliées par un fil frein traversant des orifices prévus dans la cloison maintenant ledit joint d’étanchéité.

Selon un mode de réalisation, le joint peut être agencé entre l’extrémité radialement interne de la cloison et la paroi interne. La partie torique amont et la partie torique aval dudit joint d’étanchéité peuvent être reliées par une bande de liaison agencée sous l’extrémité radialement interne de la cloison. La bande de liaison peut être maintenue contre la paroi interne par ladite cloison.

La ou les parties toriques du joint d’étanchéité peuvent être réalisées par tissage ou tressage de fibres céramiques et/ou métalliques.

En outre, les parties toriques amont et aval du joint d’étanchéité peuvent être réalisées par tissage ou tressage de fibres céramiques et/ou métalliques Le joint d’étanchéité peut comprendre une enveloppe constituée de matériau haute température réalisée par tissage, tressage ou enroulement de fibres céramiques ou de fibres haute températures métallique. Le joint d’étanchéité peut comprendre un corps central entouré par l’enveloppe constituée du même matériau que l’enveloppe ou d’un toron de fibres haute température par exemple des fibres réfractaires ou en silice.

Le joint d’étanchéité peut comprendre une bande de fixation fixée à la face amont de la cloison et une partie recourbée comportant une surface convexe en appui contre la paroi interne. La bande de fixation peut être fixée à la cloison par un fil frein traversant des orifices prévus ladite cloison et ladite bande de fixation. En particulier, un bouton peut être prévu au niveau de la face amont de la cloison pour recevoir le fil frein et le maintenir en position de blocage. Alternativement, la bande de fixation peut être fixée à la cloison par rivetage. Le joint d’étanchéité peut être métallique.

Les caissons acoustiques peuvent être formés par des cloisons longitudinales et des cloisons circonférentielles. Les cloisons longitudinales et les cloisons circonférentielles peuvent être perpendiculaires entre eux. Les cloisons longitudinales et les cloisons circonférentielles peuvent être perpendiculaires à la paroi annulaire interne. Au moins un, en particulier chacun, des caissons acoustiques peut être équipé d’un joint d’étanchéité dont une partie s’étend le long d’une face latérale d’une des cloisons longitudinales formant ledit caisson acoustique et d’une face amont de la cloison circonférentielle aval formant ledit caisson acoustique.

Le présent document concerne encore une turbomachine pour aéronef comprenant cône d’éjection tel que précité.

Brève description des figures

[Fig. 1] représente une vue en coupe d’une turbomachine selon l’art antérieur.

[Fig. 2] représente une vue en perspective d’une partie amont d’un cône d’éjection comprenant une structure acoustique équipée d’un premier exemple de réalisation du joint d’étanchéité.

[Fig. 3] représente une vue de coupe de la partie amont du cône d’éjection de la figure 2. [Fig. 4] représente une vue agrandie d’une extrémité d’une des cloisons de la structure acoustique des figures 2 et 3.

[Fig. 5] représente une vue de face d’un premier caisson acoustique de la structure acoustique des figures 2 à 4.

[Fig. 6] représente une vue en perspective du joint d’étanchéité équipant le premier caisson acoustique de la figure 5.

[Fig. 7] représente une vue de face d’un second caisson acoustique de la structure acoustique des figures 2 à 4. [Fig. 8] représente une vue en perspective d’un premier joint d’étanchéité équipant le second caisson acoustique de la figure 7.

[Fig. 9] représente une vue en perspective d’un second joint d’étanchéité équipant le second caisson acoustique de la figure 7.

[Fig. 10] représente une vue agrandie d’une extrémité d’une des cloisons de la structure acoustique équipée d’un second exemple de réalisation du joint d’étanchéité.

[Fig. 11] représente une vue agrandie d’une extrémité d’une des cloisons de la structure acoustique équipée d’un troisième exemple de réalisation du joint d’étanchéité.

[Fig. 12] représente une vue agrandie d’une extrémité d’une des cloisons de la structure acoustique équipée d’un quatrième exemple de réalisation du joint d’étanchéité.

Description détaillée de l’invention

La figure 2 représente une partie amont d’un cône d’éjection qui peut être le cône d’éjection 1 de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe de la partie amont de la figure 2. Cette partie amont comprend une peau externe 102 annulaire autour de l’axe longitudinal X. La peau externe 102 est en composite à matrice céramique et entoure une paroi annulaire interne 104 qui est également en composite à matrice céramique. La peau externe 102 et/ou la paroi interne 104 sont reliées à l’amont à un carter d’échappement, par exemple le carter d’échappement 22, et à l’aval à une paroi conique du cône d’éjection par une bride de liaison 114. En particulier, la peau externe 102 est fixée à sa partie aval au cône d’éjection et est libre à sa partie amont et seule la paroi interne 104 est fixée à l’amont au carter d’échappement.

Des cloisons longitudinales 106 et des cloisons circonférentielles 108 sont agencées entre la peau externe 102 et la paroi interne 104. Les cloisons 106 et 108 s’étendent sensiblement perpendiculairement à la paroi interne 104. Les cloisons longitudinales 106 sont aussi sensiblement perpendiculaires aux cloisons circonférentielles 108 et forment une structure alvéolaire, comprenant des caissons acoustiques 110 prévus pour atténuer le bruit dans la turbomachine.

Les cloisons longitudinales 106 sont fixées à la paroi interne 104 par des vis 130 à travers des équerres de maintiens 132 lesquelles sont aussi fixées auxdites cloisons longitudinales. Chaque cloison circonférentielle 108 est intercalée circonférentiellement entre deux cloisons longitudinales consécutives et ladite cloison circonférentielle 108 est fixée de part et d’autre audites deux cloisons longitudinales consécutives.

L’assemblage des cloisons à la paroi interne 104 n’assure pas une étanchéité des caissons acoustiques car un jeu radial subsiste entre une extrémité radialement interne 107 des cloisons 108, 106 et la paroi interne 104. Une partie du flux F d’air traversant la turbomachine peut s’infiltrer dans les caissons acoustiques 110 à travers ce jeu radial. De plus, ce jeu impacte l’atténuation du bruit car les ondes acoustiques ne sont plus correctement canalisées dans l’alvéole.

Pour limiter ces infiltrations, un joint d’étanchéité 112 est monté pour combler le jeu radial. La figure 4 montre l’agencement du joint d’étanchéité 112 par rapport à la cloison circonférentielle 108 mais cet agencement peut être applicable à la cloison longitudinale 106. Le joint d’étanchéité 112 comprend une partie torique 118 reliée à une bande de fixation 116. La bande de fixation 116 peut présenter une section rectangulaire et est fixée à la face aval de là cloison circonférentielle 108 par exemple par des rivets 120. La bande de fixation 116 présente une épaisseur inférieure au jeu radial entre l’extrémité 107 et la paroi interne 104. L’extrémité 107 de la circonférentielle 108 est en butée contre la partie torique 118, en particulier au niveau de la jonction entre la partie torique 118 et la bande de fixation 116. La partie torique 118 est agencée contre la face amont de la cloison circonférentielle 108. La partie torique 118 présente un diamètre supérieur au jeu radial, ainsi elle est maintenue en place.

Un premier caisson acoustique 110 est représenté sur la figure 5 et comprend un joint d’étanchéité 112A, similaire au joint d’étanchéité 112 de la figure 6. Le premier caisson acoustique 110 est formé par deux cloisons longitudinales 106 et une cloison circonférentielle aval 108 fixée à chacune des cloisons longitudinales 106 au niveau de ses extrémités circonférentielles. Le joint d’étanchéité 112A est réalisée en une seule partie. La bande de fixation 116 du joint d’étanchéité 112A présente une forme complémentaire à la surface aval de la cloison circonférentielle 108 et une partie de la cloison longitudinale 106. Une première partie torique 1181 du joint d’étanchéité 112 présente une forme complémentaire à la surface amont de la cloison circonférentielle 108. Une seconde partie torique 1182du joint 112 est agencé au niveau de la cloison longitudinale 106.

Un second caisson acoustique 110 est représenté sur la figure 7 et comprend le joint d’étanchéité 112A de la figure 8. Le second caisson acoustique 110 est formé latéralement par deux cloisons longitudinales 106. Le second caisson acoustique 110 est formé à l’amont par une cloison circonférentielle aval 108 fixée à chacune des cloisons longitudinales 106 au niveau de ses extrémités circonférentielles. Le second caisson acoustique 110 est aussi formé à l’amont par une première cloison circonférentielle 1081 et une seconde cloison circonférentielle IO82 fixées entre elles par une fixation à la paroi interne 104 et aux cloisons longitudinales. La première cloison circonférentielle IO81 est équipée du joint d’étanchéité 112B et la seconde cloison circonférentielle IO82 est équipée du joint d’étanchéité 112A. Le joint d’étanchéité 112A est formé d’un seul secteur de joint sur lequel on a réalisé une découpe spécifique pour s’accommoder de la géométrie des parois IO82 et 106. Le joint d’étanchéité 112A, lorsqu’il est monté dans le caisson acoustique 110, présente une forme complémentaire à la seconde cloison circonférentielle IO82 et la cloison longitudinale 106 adjacente à ladite seconde cloison circonférentielle IO812. Le joint d’étanchéité 112A comprend une découpe 111A de la partie torique 118 et permet ainsi l’insertion du joint d’étanchéité 112A dans le second caisson acoustique 110.

Le joint d’étanchéité 112B est présenté sur la figure 9. Le joint d’étanchéité 112B comprend un seul secteur sans découpe et qui présente une forme complémentaire à la surface aval de la première cloison circonférentielle 1 O81, lorsque le joint d’étanchéité 112B est monté dans le caisson acoustique 110.

Le joint d’étanchéité 112, 112A ou 112B comprend une enveloppe constituée de matériau haute température réalisée par tissage, tressage ou enroulement de fibres céramiques et/ou de fibres haute températures métallique. Cette enveloppe entoure un corps central du joint d’étanchéité 112 constituée du même matériau que l’enveloppe ou d’un toron de fibres haute température par exemple des fibres réfractaires ou en silice.

Un second exemple de joint d’étanchéité 212 est représenté sur la figure 10. Le joint d’étanchéité 212 comprend une première partie torique 214 agencée contre une face amont de la cloison circonférentielle 108 et une seconde partie torique 216 agencée contre une face aval de la cloison circonférentielle 108. Les première et seconde parties toriques 214 et 216 présentent chacune un diamètre supérieur au jeu radial entre l’extrémité 107 et la paroi interne 104. Le joint d’étanchéité 212 comprend une enveloppe constituée de matériau haute température réalisée par tissage, tressage ou enroulement de fibres céramiques et/ou de fibres haute températures métallique. Cette enveloppe entoure un corps central du joint d’étanchéité 212 constituée du même matériau que l’enveloppe ou d’un toron de fibres haute température par exemple des fibres réfractaires ou en silice.

La première partie torique 214 est reliée à la seconde partie torique 216 par une bande de liaison 218 présentant une section rectangulaire. La bande de liaison 218 est agencée entre l’extrémité 107 et la paroi interne 104. La bande de liaison 218 présente une épaisseur inférieure au jeu radial.

En variante, dans le troisième joint d’étanchéité 312 de la figure 11 , la première partie torique 214 est reliée à la seconde partie torique 216 par un fil de frein 318 traversant des orifices prévus la cloison circonférentielle 108 et les parties toriques 214 et 216. Le fil de frein 318 peut être métallique.

Un quatrième joint d’étanchéité 412 est représenté sur la figure 12 et comprend une bande de fixation 416 fixée à la face amont de la cloison circonférentielle 108. Le joint d’étanchéité 412 comprend une partie recourbée 414 comprenant une surface convexe 415 agencée en contact avec la paroi interne 104. La partie recourbée 414 a une forme en « U » et présente une surface concave opposée à la surface convexe 415 et tournée vers la peau externe 102. La bande de fixation 416 est reliée à la face amont de la cloison circonférentielle par un fil frein traversant la bande de fixation 416 et la cloison circonférentielle 108 et maintenu serré par un bouton 420.

Chacun du joint d’étanchéité 212, du joint d’étanchéité 312 et du joint d’étanchéité 412 sont décrit en relation avec la cloison circonférentielle 108 mais peut être agencé au niveau d’une cloison longitudinale.