Brevet FR2573816A1 — publié le 19860530

TURBOREACTEUR MULTIFLUX MULTICORPS A MECANISME DE TRANSMISSION PERFECTIONNE On connatt des turboréacteurs dits multiflux parce qu'ils mettent en oeuvre au moins deux flux moteurs coaxiaux : en principe, un flux interne dans lequel se trouve la chambre de combustion devant titre alimentée en air comburant sous haute pression et un flux externe par- couru par de l'air sous basse pression. On connatt par ailleurs des turboréacteurs du type dit monocorps ou double corps ou triple corps selon que les parties rotatives forment un seul bloc solidaire dont tous les disques tournent à l'unisson à la méme vitesse ou deux blocs ou trois blocs distincts pouvant tourner à des vitesses différentes et mdme en contrarotation. A cet égard, les turboréacteurs actuels se subdivisent en deux grandes catégories : - d'une part, les moteurs à faible taux de dilution, le plus souvent monocorps, offrant des avantages de simplicité de conception du fait qu'ils ne comportent tout du long qu'un seul arbre moteur supporté par un nombre restreint de paliers faciles à agencer, mais pénalisés en contrepartie du fait notamment de l'impossi- bilité intrinsèque d'adapter individuellement les différents éléments de compression en vue d'en optimiser les régimes respectifs ; - d'autre part, les moteurs à fort taux de dilution à double ou à triple corps, bien plus complexes à construire mais procurant en échange une faculté d'adap- tation : plus précisément, l'lntérdt du triple corps est de permettre d'optimiser les régimes de chacun des corps au prix d'une complexité mécanique très onéreuse tandis que le double corps compense ltavantage d'une plus grande simplicité par le désagrément d'une adaptabilité médiocre. On voit done que les avantages de simplicité en matière de construction dtune part et les avantages d'adaptabilité en matière de fonctionnement d'autre part évoluent en sens inverse en passant du monooorps au double corps et au triple corps. La présente invention permet de cumuler les avantages d'adaptabilité au plan thermodynamique propresaux turboréacteurs multiflux triple corps avec ceux de simplicité propres aux turboréacteurs multi-flux monocorps, ce qui pouvait Jusqulici apparattre paradoxal en raison des incompatibilités réciproques rappelées plus haut.Ce résultat est obtenu essentiellement grâce à l'intervention dtun engrenage adéquat dans la transmission motrice en provenance du groupe turbine pour ltentraSne- ment du groupe de compression, lequel comprend trois corps, à savoir : (a) une soufflante qui aspire dans le carénage d'entrée d'air du moteur et refoule à basse pression soit exclusivement dans le flux externe soit pouE partie dans celui-ci et pour partie dans le flux interne, (b) un compresseur dit à basse pression dans le premier cas et à pression intermédiaire dans le second --appelé dans la suite pour simplifier compresseur moyenne pression-- qui se situe dans le flux interne vers l'amont, (c) un compresseur haute pression également dans le flux interne en aval du précédent et refoulant dans la chambre de combustion. On s'est déjà proposé, dans la technique antérieure, de faire appel à un engrenage dans une telle transmission aboutissant au groupe compresseur d'un moteur à turbine à gaz. Ainsi le brevet français 1.499.830 décrit un groupe moteur à turbine à gaz dans lequel on recherche une adaptation aux variations de charge. A cet effet, deux rotors sont montés sur les arbres d'un différentiel et, dans une variante, l'arbre de sortie entratne un ventilateur de poussée. Le brevet britannique 878.934 décrit une turbo- soufflante dans laquelle deux roues de soufflantes sont montées contrarotatives sur un arbre de compresseur au moyen d'un système à roues et pignons satellites. Le brevet américain 3.673.802 décrit une turbosoufflante qui comporte, dans les trois modes de réalisation envisagés, une soufflante et un compresseur basse pression tournant en contrarotation à vitesses différentes au moyen d'un système d'engrenages. Le brevet français 2 121 524 décrit deux rotors de ventilateur entratnés par un engrenage différentiel comprenant des satellites portés par une cage, une couronne associée à l'un des rotors et une roue planétaire associée à l'autre rotor, tous ces éléments tournant dans le même sens. Le turboréacteur qui fait l'objet de la présente invention s'en distingue nettement en ce qu'à partir d'un seul et unique arbre de turbine (comme dans un monocorps), l'entraînement à des vitesses différentes des trois éléments constitutifs du groupe dé compression triple corps est effectué par l'entremise d'un différentiel sphérique. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, l'arbre moteur unique qui est solidaire du rotor du compresseur haute pression attaque, par une couronne dentée différentielle sphérique, un pignonsatellite entratnant en contrarotation le compresseur moyenne pression et, par une couronne porte-satellites, la soufflante en rotation directe à vitesse très inférieure. On peut imprimer ainsi des vitesses bien étagées pour chacun des corps de compresseur : par exemple de l'ordre de + 15000 tpm pour le corps haute pression, de - 7000 tpm pour le corps moyenne pression et de + 4000 tpm pour le corps de soufflante, ces vitesses se répartissant en fonction des charges des corps respectlBse La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peutpeut être realisée. La figure unique est une une--vue en coupe axiale partielle du groupe de compression triple corps avec son différentiel sphérique conforme à la présente invention. On voit sur cette cette figure la partie frontale du turboréacteur, c'est-à-dire son groupe de compression triple corps comprenant d'amont en aval une soufflante à basse pression BP débitant à la fois dans un flux externe E et dans un flux interne I, un compresseur à pression intermédiaire MP et un compresseur à haute pression HP. La chambre de combustion et le groupe turbine se situant au-delà du dessin vers la droite n'ont pas été représentés pour des rasons de simplification.Il suffit, pour la compréhension de l'invention, de savoir que les disques de turbine sontsolidaires d'un arbre unique 9 qui est centré sur deux paliers principaux, l'un en avant et l'autre en arrière, le palier avant étant représenté en 2, de sorte que l'arbre moteur 1 présente un prolongement antérieur 3 qui est en porteà-faux par rapport au palier avant 2 et qui se termine par une extrémité 4. Cette dernière porte extérieurement des cannelures 5 qui engrènent dans des cannelures 6 d'une couronne dentée 7 centrée sur deux paliers 8-9. Cette couronne 7 engrenage sur plusieurs pignons-satellites 10-11 portés par une cage rotative 12, elle-mtme centrée par trois paliers 13-14-15. Ces pignons-satellites 10-11 eux-mtmes engrènent sur une couronne dentée 16 portée par les paliers 14-15 et entraident en rotation les aubes 19 du compresseur MP par l'intermédiaire de cannelures 20. La cage 12 de son cSté entrasse en rotation par des cannelures 21 une seconde cage 22 centrée sur les paliers 8-23 et boulonnée en 24 sur une virole 25 solidaire des pales 26 de la soufflante BP. L'agencement qui vient d'étire décrit fonctionne de la façon suivante : La rotation de l'arbre 1 est transmise à la couronne 7 par les cannelures 6 ; la rotation de la couronne 7 entratne celle de la couronne 16 par l'interme diaire des satellites 10-11 (et donc du compresseur MP), puis celle des cages 12-22 (et donc de la soufflante BP), Si ltun des mobiles --c'est le cas de la çouf- flante-- exerce un couple résistant plus important que l'autre, cet autre mobile tourne à une vitesse plus élevée. A la limite, Si l'on bloque la soufflante BP, la couronne de sortie 16 (donc le compresseur MP) tourne en sens inverse et à la mbme vitesse que la couronne d'entrée 7. A l'inverse, si c'est le compresseur MP qu'on bloque, la soufflante BP est entratnée par les satellites et les cages 12-22 à une vitesse inférieure de moitié de celle de la couronne 7. Dans la pratique, il se produit une répartition des vitesses des deux mobiles, en fonction des charges qu'on exerce sur eux. On notera que la particularité technique fondamentale de cette disposition est de disposer de trois corps pilotables BP, MP et HP capables de tourner à des vitesses différentes, alors que la machine ne comporte qui un seul et unique arbre de turbine 1. On notera également que la couronne (entratnant le compresseur MP) et le porte-satellites (entraSnant la soufflante BP) ne sont pas liés rigidement aux organes qu'ils entratnent, mais par l'intermédiaire de cannelures. Ceci permet de soustraire le différentiel aux contraintes radiales subies par le compresseur ou la soufflante. il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qui on pourrait le modifier, no- tamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention0 On peut par exemple faire varier le rapport de réduction du réducteur sphérique en n'ayant pas le meme nombre de dents sur les pignons 7 et 16. On peut remplacer la soufflante par une hélice et réaliser un moteur dit à cycle combiné. REVENDICATIONS 1. Turboréacteur ayant un groupe turbine entratnant un groupe de compression à trois corps distincts, à savoir : une soufflante basse pression (BP), un cotpres- seur à pression intermédiaire ou moyenne pression (MP) et un compresseur à haute pression (HP), caractérisé en ce que la transmission entre ledit groupe turbine et ledit groupe de compression comprend un seul et unique arbre de turbine ou arbre moteur (1), l'entratnement à des vitesses différentes des trois corps (BP, MP, HP) du groupe de com pression s'effectuant par l'entremise d'un différentiel sphé- rique (7-16). 2. Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre moteur unique (1) qui est solidaire du rotor du compresseur haute pression (HP) attaque , par une couronne dentée (7) du différentiel sphérique, un pignon-satellite (10-11) entraSnant en contrarotation le compresseur moyenne pression (MP) et, par une couronne porte-satellites (12), la soufflante (BP) en rotation directe à une vitesse très inférieure. 3. Turbor6acteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité avant (4) de l'arbre moteur unique (1) entrasse la couronne dentée (7) du différentiel par l'entremise de cannelures (5-6) en prise les unes avec les autres. 4. Turboréacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que cette couronne dentée (7) entratne un train de pignosatellites(1O-11), lesquels entratnent en rotation une couronne (16) entratnant le compresseur moyenne pression (MP) et un porte-satellites (12) entratnant la roue de la soufflante (BP).