Brevet FR2479902A1 — publié le 19811009

-2479902 La présente invention concerne des turbines à gaz et, en particulier, des structures destinées à ré- duire au minimum la déviation des carters de ces tur- bines sous l'influence des chargesengendrées par les rafales de vent et la poussée. Les concepts de l'invention ont été élaborés spécifiquement pour les turboréacteurs à double flux et à rapport de dérivation élevé, mais ils sont tout aussi applicables à des turboréacteurs à faible rapport de dérivation. Les turbines à gaz modernes actuellement en service dans l'aviation commerciale sont du type à dou- ble flux. Une partie des gaz du milieu de travail est dirigée de l'admission de la turbine à travers les sec- tions de compression, de combustion et de turbine pro- prement dite. Le reste des gaz du milieu de travail passe à travers des étages de ventilateurs et autour du coeur de la turbine, pour être ensuite déchargé di- rectement dans l'atmosphère. Aux étages de ventila- teurs, le diamètre de la turbine est spécifiquement assez grand, c'est-àdire de l'ordre de 2,4 mètres pour des turbines à rapport de dérivation élevé et rentrant dans la classe des turbines développant une poussée de 22.680 kg. Chaque turbine est supportée par une structure de l'aéronef, par exemple, sur un pylône s'étendant vers le bas en dessous de l'aile. Un premier élément de montage dirigé vers l'extrémité avant de la turbine, mais vers l'arrière de la section de ventilateur, ainsi qu'un second élément de montage dirigé vers l'extrémité arrière de la turbine assujettissent cette dernière au pylône. Un capotage comportant un passage annulaire circonscrit la turbine et s'étend vers l'aval jusqu'à l'extrémité adjacente du carter d'échappement de la tur- bine. L'extrémité d'aval du capotage est fixée de la manière habituelle au carter de la turbine dans le même plan axial que celui dans lequel la turbine est assujet- tie au pylône. Dans certains types de turbines, seule la paroi intérieure du capotage s'étend vers l'aval au- delà du carter d'échappement de la turbine. Dans ces turbines, la paroi intérieure du capotage est spécifi- quement assujettie au carter de la turbine, à nouveau dans le môme plan axial que celui dans lequel la tur- bine est fixée au pylône. Le reste du capotage peut surplomber le parcours d'écoulement ménagé au coeur de la turbine, en aval de cette dernière. Le carter de turbine lui-même comprend l'ossa- ture principale de la turbine. Les paliers du rotor sont logés dans des compartiments ménagés à l'intérieur du carter de la turbine, le long de l'axe de celle-ci. Le maintien du carter de la turbine dans une disposi- tion concentrique autour du rotor de cette dernière est évidemment critique et constitue un objectif cons- tant que s'efforcent d'atteindre les hommes de science et les ingénieurs spécialisés dans les turbines à gaz. Comme on le sait actuellement, les structures réalisées au cours des dernières décades, notamment le capotage annulaire décrit ci-dessus, permettent généralement de supporter les ossatures de turbines et, lorsqu'elles sont fixées de la manière décrite ici, ces structures confèrent une importante rigidité de renforcement aux carters des turbines. Une rigidité accrue a évidemment tendance à réduire la déviation du carter par rapport à l'axe de la turbine avec, pour résultat, une meilleure concentricité. En raison des coûts croissants des carburants et des demandes relatives à une plus longue durabilité, il est de plus en plus nécessaire d'élaborer des techni- ques permettant d'accroître la rigidité des carters de turbines et/ou d'autres techniques destinées à limiter la déviation du carter d'une turbine par rapport à l'axe de cette dernière. Suivant la présente invention, l'effet de dévia- tion exercé par les charges dues aux rafales de vent et à la poussée sur le carter d'une turbine à gaz est réduit en transférant une partie des charges résultantes engen- drées à l'extérieur du carter de la turbine, vers un point de ce carter qui est situé à l'arrière de l'élé- ment de montage arrière de la turbine. - Suivant une forme de réalisation de turboréac- teur à double flux de l'invention, les charges résultan- tes sont transférées, via un capotage circonscrivant le courant de ventilateur en direction du carter d'échappe- ment de la turbine, à un point situé en aval de l'élément de montage arrière de cette dernière. Une caractéristique principale de la présente invention réside dans le point du carter d'échappement de la turbine auquel le moment de flexion induit est neutralisé. Les charges sont transférées en un point situé en aval de l'élément de montage arrière de la tur- bine, ce qui a pour effet de faire pivoter le carter autour de l'élément de montage situé en aval, dans le sens de la charge0transférée qui est appliquée. Un avantage principal de la présente invention réside dans la meilleure concentricité du carter de la turbine autour de l'axe de celle-ci avec, pour résultat, de plus grandes économies de carburant et une plus lon- gue durabilité des éléments de la turbine. La déviation du carter de la turbine sous l'influencedes charges engen- drées par les rafales de Vent et la poussée et qui s'exercent autour de l'élément de montage avant, est contrecarrée par la char- ge transférée au point d'application situé en aval de l'élément de montage arrière. On obtient ainsi une for- te réduction de la- déviation du carter en tous points le long de l'axe de la turbine. Ces différents avantages et caractéristiques de la présente invention, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée en se référant aux dessins annexés dans les- quels: la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un turboréacteur à double flux monté en dessous de l'aile d'un aéronef; et la figure 2 est un diagramme illustrant la dé- viation du carter de la turbine sous l'influence des charges dues aux rafales de vent et à la poussée, en fonction de la position axiale le long de la ligne centrale de la turbine. La figure 1 illustre, par une vue schématique en coupe transversale, une turbine logée dans une struc- ture de montage et réalisée en adoptant les principes de la présente invention. Un pylône de montage 10 s'étend vers le bas à partir de l'aile 12 d'un aéronef. La turbine 14 est fixée à ce pylône au moyen d'un élé- ment de montage avant 16 et d'un élément de montage ar- rière 18. Cette turbine est du type turboréacteur à double flux et elle comprend principalement une section de ventilateur 20 et une section centrale 22 renfermant -une section de compression 24, une section de combus- tion 26 et une section de turbine proprement dite 28. La turbine est du type à deux rotors, à savoir un ro- tor supérieur 30 réunissant une section de turbiné à haute pression 32 à une section de compression à haute pression 34, ainsi qu'un rotor inférieur 36 réunissant une section de turbine à basse pression 38 à un com- presseur à basse pression 40 et à un étage de ventila- teur 42. Le rotor supérieur est supporté à l'écart du carter de la turbine par des paliers A et B, tandis que le rotor inférieur est supporté à l'écart de ce carter par des paliers C et D. Un carter de turbine 44 cir- conscrit un courant central 46 de la turbine. Un car- ter frontal 48 circonscrit un courant de ventilateur 50 de la turbine. Un capotage 52 s'étend en aval de la section de ventilateur autour du coeur de la turbine. Ce capotage comporte un passage annulaire 54 à travers lequel circule le courant central et qui s'étend entre une paroi intérieure 56 et une paroi extérieure 58. La turbine est illustrée dans la position ap- proximative qu'elle occupe lors d'un vol de croisière et lorsque l'aéronef roule au sol, c'est-à-dire lors- que la ligne centrale ou l'axe CL de la turbine est pratiquement horizontal. Lorsque l'aéronef décolle et prend de l'altitude, l'axe de la turbine s'incline en direction du courant d'air approchant. En conséquence, la charge exercée par les rafales de vent sur la base de la section de ventilateur dans la direction M a tendan- ce à faire pivoter la turbine dans le sens des aiguil- les d'une montre (comme l'indique le dessin) autour de l'élément de montage avant 16. Les conditions ainsi en- gendrées sont particulièrement rigoureuses dans les turbines à sections de ventilateurs de grand diamètre. En même temps, les charges de poussée engendrées dans la turbine et agissant le long de l'axe de cette der- nière dans la direction N ont également tendance à fai- re pivoter la turbine dans le sens des aiguilles d'une montre (comme l'indique le dessin) autour de l'élément de montage avant. La rotation de la turbine autour de l'élément de montage avant est freinée par l'élément de montage arrière 18, si bien que les moments de flexion induits sont dissipés dans la structure du carter de la turbine. Il en résulte des déviations du carter par rapport à l'axe initial de la turbine. La courbe X du diagramme de la figure 2 illus- tre les déviations d'une turbine correspondante qui n'est pas conçue selon les principes de la présente in- vention. Dans la structure représentée par cette cour- be, l'élément de montage arrière par lequel la turbine est assujettie au pylône et le point de fixation de la paroi intérieure du capotage sont disposés dans le même plan axial à l'extrémité d'aval du carter d'échappement de la turbine. Les déviations se produisant au carter d'échappement de la turbine peuvent avoir une amplitude proche de 0,635 mm tandis que, à la section de compres- sion, cette amplitude peut être proche de 1,27 mm. En appliquant les concepts de la présente invention, les déviations se produisant au carter d'échappement de la turbine sont réduites d'un facteur approximatif de deux, tandis que les déviations se produisant à la section de compression sont réduites d'un facteur approximatif de quatre. On notera en particulier que la paroi intérieure 56 du capotage 52 de la structure de la présente inven- tion s'étend vers l'arrière et en dehors du carter de turbine 44 auquel elle est fixée en un point 60 situé en aval de l'élément de-montage arrière 18. En réagis- sant aux charges dues aux rafales de vent et à la poussée de la même manière que le carter de la turbine, le capotage a tendance à pivoter dans le sens des aiguilles d'une mon- tre comme illustré dans le dessin. Toutefois, à la différence du carter de la turbine, la rotation du capo- tage n'est pas freinée par l'élément de montage arrière, du moins pas avant qu'une charge ait été appliquée, via ce capotage, au carter de la turbine et, partant à cet élément de montage arrière. La charge dirigée vers le bas et appliquée au capotage en 60 fait dévier le carter vers le bas à ce point. Dans au moins une forme de réalisation, on a constaté que l'amplitude de la déviation d'inversion atteignait à peu près la moitié de celle de la dévia- tion escomptée sans transfert des charges exercées sur le capotage. Comme le montre le dessin, la charge exercée sur le capotage au point 60 provoque, autour de l'élé- ment de montage arrière, un moment de rotation dirigé dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et qui est dissipé dans le carter de déviation. Les dévia- tions induites autour de l'élément de montage avant et autour de l'élément de montage arrière s'exercent dans des directions opposées et, en combinaison, elles rédui- sent les déviations que l'on observe réellement dans l'axe de la turbine. La courbe Y du diagramme de la fi- gure 2 illustre les déviations se produisant dans une turbine réalisée selon les concepts de la présente in- vention. Bien que les concepts de l'invention soient il- lustrés dans une forme de réalisation d'un turboréac- teur à double flux dans lequel les charges engendrées par les rafales de vent et la poussée sont transférées au point 60 par le capotage 52, la charge peut être transférée par d'autres systèmes de trin- glage. Il importe seulement que la charge transférée extérieurement soit appliquée au carter de la turbine en arrière des éléments de montage arrière, de telle sorte que le moment décrit ci-dessus destiné à neutra- liser les déviations puisse être engendré. Bien que l'invention ait été illustrée et décri- te en se référant à des formes de réalisation détaillées de cette dernière, l'homme de métier comprendra que di- verses modifications et omissions peuvent être envisa- gées tant dans la forme que dans les détails, sans se départir de l'esprit et du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Turbine à gaz d'aéronef du type comportant un carter, ainsi qu'un élément de montage avant et un élément de montage arrière destinés à fixer ce carter à l'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend: un élément disposé à l'extérieur du carter de la turbine en vue de transférer les charges appliquées au- tour de l'élément de montage avant, vers un point de ce carter qui est situé en aval du second élément de mon- tage. 2. Turbine à gaz d'aéronef suivant la revendi- cation 1, caractérisée en ce que l'élément destiné à transférer les charges vers le point situé en aval du second élément de montage, est fixé au carter de la turbine à la fois en amont de l'élément de montage avant et en aval de l'élément de montage arrière. 3. Turbine à gaz d'aéronef suivant la revendi- cation 2, caractérisée en ce que l'élément destiné à transférer les charges est à même de faire dévier le carter de la turbine vers le bas en aval de l'élément de montage arrière en réaction à des charges dues à la poussée et à des rafales de vent qui sont appliquées à. l'avant de l'élément de montage avant. 4. Turbine à gaz d'aéronef du type turboréacteur à double flux comprenant une section de ventilateur et une section centrale qui est circonscrite par un carter de turbine comportant, respectivement à son extrémité avant et à son extrémité arrière, un premier et un se- cond élément de montage destinés à fixer ce carter à l'aéronef, ainsi qu'un capotage assujetti à une extrémi- té du carter de la turbine en aval de la section de ven- tilateur, caractérisée en ce que ce capotage est assu- jetti au carter de la turbine par son autre extrémité, en un point situé en aval du second élément de montage, de façon à être à même de s'opposer à une déviation du carter en aval du second élément de montage en réaction -2479902 à des moments engendrés par des charges de poussée autour du premier élément de montage.