Brevet FR2121524A1 — publié le 19720825

212152k La présente invention concerne un ventilateur utilisable principalement sur un moteur à turbine à gaz* Les ventilateurs de grande capacité sont utilisés dans bien des cas, et en particulier dans les moteurs à turbine à gaz à flux dérivé important. On obtient 5 généralement u* flux dérivé important en augmentant le diamètre hors tout du ventilateur, tout en donnant au moyeu des dimensions réduites pour diminuer les inconvénients découlant des moyeux volumineux» Une difficulté provient du fait que, pour réduire le bruit de 1*appareil en fonctionnement, la vitesse des pointes des pales du ventilateur doit être inférieure à celle du son, ce qui limite la vitesse de ro-•|0 tation du ventilateur et réduit celle des parties internes des pales à une valeur inférieure à leur rendement satisfaisant. On a proposé de résoudre cette difficulté au moyea d'un étage supplémentaire de ventilateur de diamètre très inférieur à celui du ventilateur principal, ce "compresseur de moyeu" étant entraîné avec le ventila^» teur principal ou, dans certains cas, par une turbine séparée» 15 Ce compresseur de moyeu rétablit ainsi le rendement de la partie centra le du ventilateur mais entraîne des complications dans le système d'entraînement. La présente invention réalise un ventilateur muni d'un tel compresseur de moyeu, muni d'un système d'entraînement très simple partageant le couple moteur diajkaible entre le ventilateur principal et le compresseur de moyeu. 20 Le ventilateur selon la présente invention comprend un premier et un se cond étages de rotor, disposés successivement dans le sens d'écoulement des gaz, et un engrenage différentiel comprenant un planétaire, une pluralité de satellites portés par une cage, et une couronne, le premier étage du rotor étant associé au planétaire, le second étage du rotor étant entraîné par la couronne, et des organes d'en-25 traînement faisant tourner la cage. Ce premier étage de rotor comprend un compresseur de moyeu, le second é-tage de rotor pouvant comprendre un étage de rotor principal, les pales du compresseur de moyeu ne recouvrant que la partie centrale de l'étage de rotor principal. Dans le cas d'un moteur à turbine à gaz, les organes d'entraînement cok-30 prendront normalement une turbine du moteur. Le compresseur de moyeu est, de préférence, caréné, ce carénage pouvant être porté par l'étage de rotor principal et s'étendre vers l'avant pour envelopper le compresseur de mqyeu» Dans un mode préféré de réalisation, le ventilateur est monté coaxiale-55 ment à une partie du générateur de gaz, de façon que le ventilateur comprime l'air alimentant le flux dérivé ainsi que l'air surcompriœé dirigé vers le générateur de gaz. Dans le cas préféré de réalisation, le générateur de gaz aura deux arbres et comprendra une turbine basse pression entraînant la cage porte-satellites. L'invention va être décrite en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples, et dans lesquels ï 71 47521 2121524 - la figure 1 est une coupe, partiellement écorchée, d'un moteur à turbine à gaz équipé d'un ventilateur selon l'invention î et - la figure 2 est une coupe partielle à plus grande échelle d'une partie du ventilateur du moteur de la figure 1» 5 La figure 1 est un moteur à turbine à gaz comprenant un générateur de gaz 10 et un ventilateur 11. Une partie de l'air comprimé par le ventilateur surcharge, le générateur de gaz 10, le reste de l'air passant entre le générateur de gaz et un carénage 12 pour donner une poussée propulsive. On voit que le générateur de gaz est du type à deux arbres moteurs concentriques, qu'il comprend des compresseurs ■JO moyenne pression 13 et haute pression 14 dynamiquement associés à des turbines moyenne pression 16 et haute pression 15, respectivement. ïïne troisième turbine basse pression 17 entraîne un arbre basse pression 18 traversant l'axe du générateur pour entraîner le ventilateur. Les détails de construction du ventilateur apparaissent particulièrement 15 sur la figure 2. Le ventilateur comprend un rotor principal de ventilateur 20 comportant une pluralité de pales portant, à une certaine distance du centre, un anneau 21 constituant un carénage. A l'intérieur de ce carénage annulaire 21, et en amont du rotor de ventilateur principal 20, se trouve un compresseur de moyeu 22 comprenant également une pluralité de pales de rotor ne couvrant qu'une partie du rotor 20 principal de ventilateur 20. Le compresseur de mqyeu 22 est entraîné par un arbre 23 monté dans des paliers 24 et 25. Le palier 24 fait porter l'arbre 23 par l'arbre 26 du ventilateur principal 20, cet arbre 26 étant lui-même monté sur les parties fixes du moteur au moyen du palier 27. Outre ces paliers, l'arbre 26 possède encore deux paliers 29 et 25 30 dont le rôle sera décrit plus loin. L'entraînement des arbres 23 et 26 est assuré par une denture externe, montée sur l'arbre 23 et constituant le planétaire d'un train épicycloïdalo L'arbre 26 est joint à une couronne dentée 32 dont la denture interne constitue la couronne dudit train épicycloïdal. Une pluralité de pignona-satellites 33 3 portés par une 30 cage 34, embrayent à la fois avec le planétaire 31 et la couronne 32. La cage se prolonge vers l'avant pour s'engager dans le palier 29, précédemment mentionné, et vers l'arrière pour constituer l'arbre basse pression 18. Cette extension arrière est portée par le palier 30 et elle porte elle-«ême le palier 25 de l'arbre 23. Le système fonctionne comme suit : 35 L'arbre 18 est entraîné par la turbine basse pression et, par conséquent, entraîne la cage 34» La rotation de cette cage fait tourner les satellites autour de l'axe du ventilateur et transmet des efforts moteurs égaux au planétaire 31 et à la couronne 32. Du fait de la différence de diamètre de ces roues dentées, le couple s*exerçant sur la couronne sera plus grand que celui s'exerçant sur le planétaire ; 40 la puissance transmise au rotor de ventilateur principal sera donc plus grande que 71 47521 3 2121524 celle transmise au compresseur de moyeu, ce qui réalisera la répartition d'effort recherchée. Les caractéristiques aérodynamiques du ventilateur et du compresseur de mqyeu sont étudiées de façon qu'à la vitesse de régime de la turbine le ventilateur 5 tournera à une vitesse relativement faible, éloignée de la vitesse limite de fonctionnement silencieux. Le compresseur de mqyeu est disposé de façon à tourner beaucoup plus vite, ses pales, du fait de leur faible longueur, ne risquant pas de tourner à une vitesse sonique. D'autre part, ce compresseur de moyeu, du fait de sa grande vitesse de rotation, possède un rendement raisonnable sur toute son étendue 10 radiale. Il compense donc la faiblesse relative de rendement de la partie centrale des pales du ventilateur. En fait, la partie interne des pales de ventilateur peut être simplement constituée par des montants n'agissant pas sur l'air comprimé par le compresseur de moyeu. On notera que le planétaire, la cage, et la couronne dentée tournent tous 15 dans le mêse sens, la différence de vitesses entre le planétaire et la couronne étant compensée par la rotation des satellites. Tous les spécialistes comprendront qu'un dispositif dans lequel ces roues dentées tournent dans le même sens engendre infiniment moins de pertes par frottement qu'un engrenage dont les éléments tournent en sens contraire. Le dispositif selon 1'invention réduit ainsi les pertes par frotte-20 ment au sixième de celles produites par un engrenage épiçycloïdal classique. Cette réduction est particulièrement importante dans les applications où l'énergie transmise est très élevée et où les pertes par frottement, qui prennent la forme d'é-chauffement du lubrifiant, rendent très difficile l'évacuation suffisante de la chaleur. 25 On notera que si la présente invention s'applique spécialement aux venti lateurs de moteurs à turbine à gazf elle est applicable à d'autres ventilateurs tels que les soufflantes propulsives d'avions à décollage vertical, par exemple. Dans tous ces cas, il suffira d'avoir un arbre de transmission unique, le dispositif d'engrenage selon l'invention donnant la répartition nécessaire de puissance. 71 47521 2121524 REVENDICATIONS 1. Ventilateur comprenant un premier et un second étages de rotor disposés successivement dans le sens d'écoulement d'air, caractérisé en ce que lesdits étages sont entraînés par un engrenage différentiel comprenant un planétaire, une 5 pluralité de satellites portés par une cage, et une couronne dentée, le premier é-tage de rotor étant associé au planétaire tandis que le second étage de rotor est entraîné par la couronne, et des organes étant prévus pour l'entraînement en rotation de ladite cage» 2. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pre- 10 nier étage de rotor comprend un compresseur de mqyeu et que le second étage comprend un étage de rotor principal, les pales du compresseur de moyeu ne recouvrant que la partie centrale de l'étage de rotor principal. 3. Ventilateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le compresseur de mqyeu est caréné. 15 4. Ventilateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le caréna ge du compresseur de mqyeu est porté par l'étage de rotor principal et s'étend vers l'avant pour envelopper le compresseur de moyeu. 5. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes d'entraînement en rotation de la cage porte-satellites comportent une turbine 20 ^ gaz. 6. Ventilateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite turbine à gaz d'entraînement du ventilateur est entraînée par les gaz d'échappement d'un générateur de gaz. 7. Ventilateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit gé~ 25 nérateur de gaz comprend un générateur de gaz pour turbine à gaz. 8. Ventilateur selon la revnedication 79 caractérisé en ce que les rotors sont montés coaxialement en avant de l'entrée d'air du générateur de gaz de façon que le ventilateur comprime l'air destiné au flux dérivé et l'air sureompriaé dirigé vers le générateur de gaz. 30 9. Ventilateur selon une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit générateur de gaz pour turbine à gaz comprend un générateur de gaz à arbres multiples.