Brevet FR2614937A1 — publié le 19881110

Turbopropulseur de type Propfan à système de lubrification d'huile annulaire. L'invention concerne un groupe turbopropulseur Propfan, comprenant une turbine à gaz, un boitier réducteur et un, ou des rotor(s). Les turbopropulseurs qui travaillent en propul- seurs avec puissance sur l'arbre nécessitent un boitier réducteur, du fait des vitesses de rotation élevées du rotor de turbine, qui rabaisse ces vitesses de rotation à une vitesse de rotation d'arbre exploitable, avec un couple de rotation important. Un cas d'application typique de cela est le groupe turbopropulseur dans lequel une turbine à gaz entraîne une hélice, par une transition à roue planétaire. Jusqu'ici, le circuit d'huile du boitier ré- ducteur, qui est destiné à la lubrification et à l'évacuation de la chaleur des pertes par frottement du boitier réducteur était raccordé au système de lubrification à huile de la turbine à gaz. Les propulseurs Propfan représentent une nou- velle direction de développement dans la construction des pro- pulseurs de vol, dans lesquels un, ou bien deux rotors Propfan sont reliés à la turbine à gaz de propulsion par un boitier ré- ducteur. Les puissances transmises à cette occasion pour.de tels propulseurs Propfan se situent notablement au dessus des plus puissants propulseurs de turbopropulseurs. Les quantités de chaleur qui apparaissent de ce fait dans le boitier réducteur et les températures de turbine accrues au cours du développement du propulseur conduisent à ce qu'un système de lubrification à huile commun pour la turbine à gaz et le boitier réducteur présente de graves inconvénients. Ainsi est nécessaire un système de lubrification à huile capable de plus de puissance, par rapport au genre de constructipn pré- cédente, du fait des débits calorifiques importants à évacuer. Un réfrigérant d'huile qui est dimensionné de manière suffisan- te et logé à l'extérieur du propulseur nécessite de longues con- duites d'huile, faisant qu'apparaissent des pertes par frottement importantes, du fait des débits importants de lubrifiant. Une séparation d'avec la turbine à gaz, du groupe constructif compo- sé des rotors de type Propfan et du boitier réducteur et rendu nécessaire pour des raisons de réparation,'est en outre problé- matique, du fait qu'à cette occasion les conduites d'huile doi- vent être interrompues. C'est pourquoi le but de l'invention est de créer une alimentation en huile de lubrification pour un turbo propulseur du type Propfan, en particulier pour le boitier ré- ducteur, qui permette une bonne évacuation de la chaleur pour des pertes par frottement limitées, ne sollicite que peu de pla- ce et permette une séparation simple de la turbine à gaz d'avec le boitier réducteur, lors des travaux d'entretien ou bien de réparation. Le problème est résolu selon l'invention en ce que le boitier réducteur possède up système propre de lubrification à huile, se composant d'un réfrigérant d'huile, d'une'pompe à huile et d'un réservoir d'huile, soit un groupe constructif exé- cuté sous forme annulaire, qui est disposé entre le boitier ré- ducteur et la turbine à gaz. La disposition selon l'invention présente l'a- vantage de ce que le système de lubrification à huile utilise pour des raisons aérodynamiques l'espace qui est situé entre la turbine à gaz et'le boitier réducteur. De par la position anté- rieure du boitier réducteur, celui-ci est logé d'une manière- 26 1 4937 protégée, de telle sorte que les corps étrangers qui pourraient frapper le capot de nez du propulseur ne conduisent pas à une fuite du système d'huile, avec les conséquences dévastatrices pour le propulseur. En outre, le système de lubrification à hui- le n'est seulement relié qu'au boitier réducteur antérieur et aux paliers des rotors, alors qu'il est complètement séparé de la turbine à gaz. La turbine à gaz possède un système propre de lubrification à huile. L'ensemble du groupe constructif est de ce fait séparé à peu de frais de la turbine à gaz, sans que des conduites d'huile ne dussent être interrompues. Les conduites d'huile peuvent être très courtes, de telle sorte que les pertes par frottement dans les tuyauteries restent faibles. On obtient une faible longueur constructive pour le système de lubrification à huile, du fait de la configu- ration de forme annulaire d'un réfrigérant d'huile, qui est dis- posé radialement à l'intérieur du canal d'admission de turbine à gaz. Dans une forme de réalisation préférée, on prévoit un ca- nal d'admission d'air de refroidissement avant le canal d'admis- sion de turbine à gaz, dans la direction de l'écoulement. On obtient de ce fait une alimentation favorable en air de refroi- dissement, sans que l'écoulement d'air allant vers le canal d'ad- mission de la turbine à gaz ne soit influencé défavorablement. Le canal d'admission d'air de refroidissement est en outre avan- tageusement relié à un espace annulaire, qui est formé entre un carter d'admission de la turbine à gaz et le carter de transmis- sion de boitier de réducteur, dans lequel est disposé le réfri- gérant d'huile. Le réfrigérant d'huile est de ce fait bien ac- cessible lors des travaux d'entretien, lorsque l'ensemble du groupe constructif est séparé de la turbine à gaz. Dans une autre conception de l'invention, un canal de sortie d'écoulement de forme annulaire est disposé-.axia- lement, en y étant ainsi relié, derrière l'espace annulaire par un certain nombre de nervures d'appui creuses, à un espace exté- rieur, qui se trouve entre la turbine à gaz et une enveloppe de groupe propulseur. On rend possible de cette manière une bonne évacuation de l'air de refroidissement qui s'est réchauffé dans le réfrigérant d'huile et l'on empêche que celui-ci n'aboutisse dans le canal d'admission de la turbine à gaz et n'influence de manière inadmissible ses paramètres de fonctionnement. On obtient une construction compacte pour le système de lubrification à l'huile, du fait que le réservoir d'huile est intégré dans le carter de transmission de réducteur. Celui-ci est avantageusement réalisé sous forme d'espace annulaire, qui entoure un arbre des- tiné à l'entraînement du boitier de réducteur. La pompe à huile est à cette occasion disposée à l'intérieur du réservoir d'hui- le, en économisant de la place. Dans un autre développement de l'invention, il est proposé que le boitier de réducteur soit réalisé sous forme de transmission à engrenage épicycloidal combiné et que la pom- J5 pe à huile soit entrainée par un arbre cannelé, qui est relié à l'un des planétaires placé dans le carter de transmission fi- xe du boitier de réducteur. On obtient de ce fait pour la pom- pe à huile un entraînement simple et d'un encombrement réduit. Une forme de réalisation préférée de l'inven- tion est décrite ci-après, à l'aide des dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 représente une vue lonqitudinale en coupe partielle d'un groupe turbopropulseur de type Propfan à deux étages et la figure 2 représente une coupe longitudinale à travers la par- tie avant du groupe turbopropulseur. La figure 1 représente un groupe turbopropul- seur du type Propfan 34, qui se compose principalement d'un éta- ge 12 antérieur, d'un étage 11 postérieur et d'une turbine à gaz 35. Un rotor 2, qui est accouplé à un compresseur 36 et à une turbine 37 deé'la turbine à gaz 35, est monté par bride sur un arbre d'entraînement 1 et est relié à nouveau au boitier de réducteur 6. Une chambre de combustion 38 est disposée entre le compresseur 36 et la turbine 37. Le système de lubrification à huile selon l'invention est prévu entre un boitier de réducteur 6 et un canal d'admission de turbine à gaz 28 du compresseur 36. L'arbre d'entraînement], qui est réalisé sous forme d'arbre creux est - comme indiqué sur la figure 2 - suppor- té du côté du rotor par le roulement à bille 3, dans le carter d'admission 4 de la turbine à gaz 35 et est relié du côté de la transmission, avec la roue solaire 5 du boitier de réducteur 6. Le couple de rotation est transmis depuis l'arbre d'entraînement 1, sur la douille]0, par des roues planétaires 7, qui sont dis- posées de manière tournante, au moyen des paliers 8a, 8b, dans le carter de transmission 9 en deux parties, et au moyen d'une roue creuse 32, la douille]0 étant à nouveau montée bridée sur l'étage]] postérieur. Le couple de rotation qui est prévu pour l'étage 32 antérieur est transmis par des roues planétaires]3, depuis la roue solaire 5, sur les boulons 15 qui se trouvent dans la nervure et, de là, sur l'arbre creux]4. L'arbre creux]4 est relié à l'étage 12 anté- rieur et supporté dans le carter de transmission 9, par des pa- liers 16a, 16b. Les deux étages 3], 12 ont à cette occasion des sens de rotation opposé. Un capot de nez 17 et des enveloppes 18a, 18b,]8c sont fixés sur les rotors des étages de Propfan 11 et 12. Le carter de transmission 9 est relié au car- ter d'admission 4, par la bride 19. Le réservoir d'huile 20 est sous forme annulaire et intégré dans le carter de transmission 9. La pompe à huile 21 est bridée sur le réservoir d'huile 20 et l'ensemble de son étendue est disposée à l'intérieur du réservoir d'huile 20. L'entraînement de la pompe à huile 21 s'effectue par un arbre de pompe à huile 22 cannelé,qui est relié à l'une des roues planétaires 7 qui sont placées de manière tournante dans le carter de transmission 9. La pompe à huile 2] est reliée au réfrigérant d'huile 24 de forme annulaire, par une tuyauterie 23. Venant de la sortie d'huile 25 du réfrigérant d'huile 24, l'huile de lubrification arrive par des conduites qui ne sont pas représentées, jusqu'aux points de lubrification du boitier de réducteur 6 et des paliers 3, 33. Les carters pour recueillir l'huile et Ies tuyauteries de retour de l'huile de lubrifica- tion dans le réservoir d'huile 20 ne sont pas non plus représen- tés. 26 1 4937 Le courant d'air de refroidissement 26, pour le réfrigérant d'huile 24, passe derrière l'étage I] postérieur, à travers un canal d'admission de l'air de refroidissement 27, de forme annulaire, rentre dans l'espace annulaire 39 qui est for- mé entre le carter d'admission 4 de la turbine à qaz 35 et le car- ter de transmission 9 du boitier de réducteur 6, puis irrigue, en contre-courant croisé, le réfrigérant d'huile 24 qui y est fi- xé. De là, l'air de refroidissement s'écoule par un canal de sor- tie d'écoulement 40 de forme annulaire, qui est relié à'l'èspace annulaire 39, à travers les nervures d'appui 29 creuses qui se trouvent dans le canal d'admission de turbine à qaz, va dans l'es- pace extérieur 30 qui est situé entre la turbine à gaz 35 et l'en- veloppe de propulseur 31, d'o il sort à l'extérieur au point ap- proprié, à travers l'enveloppe de propulseur 3] et est adjoint au courant d'air de dérivation qui s'écoule autour du propulseur. 265f4937 R E V E N D I CA T I 0 N S 1 ) Turbopropulseur de type Propfan, comprenant une turbine à gaz, un boitier réducteur un, ou bien des rotors de type Propfan, dans lequel le boitier réducteur (6) possède un système propre de lubrification à huile, se composant d'un ré- frigérant d'huile (24), d'une pompe à huile (21)- et d'un réser- voir d'huile, caractérisé en ce que le système de lubrification à huile est un groupe constructif exécuté sous forme annulaire, qui est disposé entre le boitier réducteur (6) et la turbine à gaz (35). 2 ) Turbopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réfrigérant d'huile (24) est réalisé de manière annulaire et est disposé à l'intérieur d'un canal d'admission de turbine à gaz (28). 3 ) Turbopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un canal d'admission d'air de refroidisse- ment (27) est prévu avant le canal d'admission de turbine à gaz (28), dans le sens de l'écoulement. 4 ) Turbopropulseur selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le canal d'admission d'air de re- froidissement (27) est relié à un espace annulaire (39), qui est formé entre un carter d'admission (4) de la turbine à gaz (35) et un carter de transmission (9) du boitier réducteur. (6) dans lequel est disposé le réfrigérant d'huile (24). ) Turbopropulseur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un canal de sortie d'écoulement (40) de forme annulaire est diposé axialement, en y étant relié, der- rière l'espace annulaire (39) et est relié par un certain nom- bre de nervures d'appui (29) creuses, à un -espace extérieur (30), qui se trouve entre la turbine à gaz (35) et une enveloppe de groupe propulseur (31). 6 ) Turbopropulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réservoir d'huile (20) est intégré dans le carter de transmission (9). 7 ) Turbopropulseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir d'huile (20) est réalisé sous forme annulaire et entoure un arbre d'entralnement (1) qui sert à l'entraînement du boitier réducteur (6). ) Turbopropulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boitier réducteur (6) est réalisé en une transmission à engrenage épicycloidal combiné et que la pompe à huile (21) est entrainée par un arbre de pompe à huile (22) cannelé, relié à l'une des roues plané- taires (7) placées dans le carter de transmission (9).