Matériaux carbone mécanique haute performance pour applications joints d'avion

Les matériaux carbone mécanique modernes sont utilisés dans une grande variété d'applications : boîtes de vitesses d'avion, démarreurs moteurs à turbine à air, joints d'arbre principal pour moteurs turbine avion et unités de puissance auxiliaires (APU). Ces matériaux auto-lubrifiants sont composés de substances électrographite à grain fin imprégnées de produits chimiques inorganiques propriétaires pour améliorer leurs qualités lubrifiantes et résistance à l'oxydation. Idéaux pour applications aéronautiques grâce à : faible coefficient frottement, faible taux usure à haute vitesse glissement, haute conductivité thermique, résistance oxydation air haute température.

Joints de boîte de vitesses

Boîtes de vitesses avion : réduisent vitesse rotation arbre principal jusqu'à 26 000 tr/min → ~3 400 tr/min pour entraîner composants système : pompes hydrauliques, générateurs, compresseurs climatisation. Pour sceller lubrifiant huile dans boîte et protéger fuites point entrée/sortie arbre, la plupart boîtes vitesses utilisent joints face. Joints face : anneau stationnaire carbone-graphite + anneau tournant carbure silicium ou carbure tungstène. Anneaux formant joint face dynamique : les deux rodés plats, maintenus ensemble par ressorts ou aimants → liquides ne peuvent s'écouler entre faces, même tournant l'un contre l'autre à haut régime (Figure 1).

Deux anneaux mouvement relatif scellés à l'arbre ou carter boîte par joints statiques (ex: joints toriques polymères). Concepteurs joints utilisent rainures spirales, rainures droites, coins pour canaliser/pomper mince film air/huile entre deux faces coulissantes. Crée portance aérodynamique/hydrodynamique → réduit grandement frottement/usure faces joint.

Démarreurs moteurs à turbine à air

Mêmes matériaux carbone-graphite vs carbure silicium/tungstène que joints boîte vitesses, mais vitesse glissement bien plus élevée. Ces démarreurs = petites turbines utilisant gaz échappement APU pour créer puissance nécessaire démarrage moteurs principaux.

Vitesse arbre démarreurs air : jusqu'à 180 000 tr/min, vitesse glissement ~1000 ft/s (près vitesse son). Joints conçus par fabricants joints avion avec coins et passages écoulement gaz pour produire portance aérodynamique/hydrodynamique décollage.

Joints d'arbre principal moteur avion

Anneaux joint face avec anneaux primaires carbone-graphite, et anneaux circonférentiels carbone-graphite utilisés joints arbre principal moteur pour contrôler flux air et gaz combustion à l'intérieur moteur (Figure 2). Scellent aussi lubrifiant huile paliers principal permettant rotation libre arbre compresseur et arbre turbine gaz combustion. Joints types circonférentiel et face utilisés.

Segments carbone-graphite pour joints circonférentiels arbre principal : ajustement jeu bout serré dans rainures carter stationnaire. Segments mis en tension contre revêtement céramique ou métal dur sur arbre tournant via ressort "jarretière". Coins relevage et configurations usinées créent portance → joints fonctionnent sur film aérodynamique/hydrodynamique. Vitesses rotation jusqu'à 26 000 tr/min, températures anneaux joint jusqu'à 800 °F.

Unités de puissance auxiliaires (APU)

APU = petites turbines gaz créant électricité, climatisation, chauffage cabine quand moteurs principaux arrêtés au porte pour économiser carburant. APU contiennent joints carbone-graphite similaires mais plus petits que joints moteur principal.

Matériaux carbone mécanique sans huile, auto-lubrifiants : combinaison unique caractéristiques idéale applications joints aviation commerciale et militaire. Auto-lubrifiants, auto-polissants, dimensionnellement stables → bon contact joint garanti. Résistants chaleur, haute conductivité thermique → évacue chaleur frottement surface coulissante. Facilement usinables tolérances dimensionnelles aérospatiales exigeantes, fournis rodés/polis planéité spec une bande lumière hélium.