Brevet FR2640691A1 — publié le 19900622

La présente invention concerne les réacteurs à double flux en général et plus particulièrement un support pour la soufflante et le compresseur d'un tel moteur, la soufflante se trouvant à l'avant (ce qu'on appelle en général moteur à soufflante avant), qui permet de ne pas avoir à recourir aux châssis classiques pour moteur. Les moteurs à soufflante avant prélèvent une partie de leur poussée dans un turboréacteur et une autre partie dans la soufflante avant, la partie extérieure de l'écoulement d'air provenant de la soufflante avant contournant le turboréacteur. Les soufflantes avant, entraînées par une section de la turbine du moteur, agissent comme des hélices pour fournir au moteur sa poussée. Le turboréacteur comporte un compresseur suivi, dans l'ordre, d'une chambre de combustion, d'une turbine et d'une tuyère d'échappement. Le compresseur comprime l'air entrant pour obtenir une meilleure combustion du carburant injecté dans la chambre de compression. Le mélange carburantair s'enflamme, et les gaz de combustion provenant de la chambre de combustion font tourner les aubes de la turbine afin d'entraîner le compresseur et sortent alors de la tuyère d'échappement pour conférer au moteur sa poussée. Les moteurs à soufflante avant comportent généralement deux chassis dont le seul but est de supporter les roulements de la soufflante avant et du compresseur du turboréacteur. Ces chassis -2augmentent le poids du moteur, et leur élimination se traduirait par une meilleure consommation spécifique du carburant et par l'abaissement des coûts de fabrication. Les soufflantes et compresseurs comprennent des aubes tournantes dont les extrémités passent au.droit des conduites environnantes. Les jeux indispensables sont déterminés en partie par les constantes élastiques radiales des chassis du moteur. Une constante élastique plus élevée permet d'avoir un jeu plus petit, ce qui a pour effet de diminuer les fuites et a aussi pour résultat d'améliorer la consommation spécifique en carburant. On sait, dans les moteurs ne comportant qu'un turbo- réacteur, éliminer le chassis du moteur qui supporte le compresseur; alors,les roulements du compresseur peuvent être supportés par une rangée d'aubes directrices de ce compres- seur qui présentent la fonction double de guider l'écoulement d'air et de supporter les roulements. Dans d'autres moteurs à réaction de la technique antérieure, les aubes de la tuyère de la turbine (ou tiges de support courant à travers les aubes) supportent un roulement de la turbine. Cependant, de tels agencements n'existent pas dans les moteurs à soufflante avant pour supporter les roulements de la soufflante et du compresseur même s'il est souhaitable de disposer d'un tel support sans avoir recours à des chassis lourds pour le moteur. Dans la description de la présente invention on utilisera des expressions telles que "stators structurels de soufflante" et "aubes structurelles directrices de compres- seur". Dans le cadre de la présente invention, un "stator structurel de soufflante" est un stator de soufflante (ou une partie de celui-ci) qui supporte une charge ou est un stator de soufflante renfermant une tige (ou analogue), qui supporte une charge. D'une façon similaire, dans le cadre de la présente invention, une "aube directrice structurelle de compresseur" est une aube directrice de compresseur (ou une -3- partie de celle-ci) qui supporte une charge ou est une aube directrice de compresseur comportant une tige (ou analogue) qui supporte une charge. On comprendra que dans le cas d'un moteur ayant une aube de stator ou une aube directrice variables, sa partie de commande du pas ne supporte pas de charge. La présente invention a pour objet un réacteur à double flux ayant une meilleure consommation spécifique du carburant. La présente invention a pour autre objet un moteur du type à soufflante avant qui élimine les chassis lourds et de prix élevé du moteur qui supportent les roulements de la soufflante et du compresseur dans des réacteurs à double flux classiques. L'invention a encore pour objet un support de roule- ment de soufflante et de compresseur pour un tel moteur, qui permette d'obtenir des jeux contrôlés de façon plus étroite aux extrémités des aubes de la soufflante et du compresseur. Le sous-ensemble de base de la présente invention, formé par la soufflante avant, comporte une conduite exté- rieure du moteur, une rangée de stators structurels de soufflante, un ensemble à roulement à éléments roulants de soufflante, et un dispositif lié à la soufflante pour la fixation des roulements. Les extrémités radialement les plus à l'extérieur du stator sont fixés à la conduite extérieure du moteur. Le dispositif lié à la soufflante, qui est placé radialement entièrement à l'intérieur des stators, fixe les extrémités radialement les plus à l'intérieur du stator au chemin de roulement extérieur du roulement de la soufflante. Le sous-ensemble comporte aussi une rangée d'aubes de guidage structurelles du compresseur, un ensemble à roulement à éléments roulants du compresseur, et un dispositif de fixation de roulement lié au compresseur. Les extrémités radialement les plus à l'extérieur des aubes directrices sont étendues et fixées à la conduite extérieure du moteur. Le - 4 - dispositif lié au compresseur, qui est placé radialement entièrement à l'intérieur des aubes directrices, fixe les extrémités radialement les plus à l'intérieur des aubes de guidage au chemin de roulement extérieur du roulement du compresseur. Le sous-ensemble comporte en outre un dispositif de support inter-roulements, placé radialement entièrement à l'intérieur des stators, lequel supporte structurellement une charge axiale entre le chemin de roulement extérieur de la soufflante et le chemin de roulement extérieur du compres- seur. Le sous-ensemble étendu formé par la soufflante avant de la présente invention comporte en outre un arbre de soufflante, un arbre de compresseur, et une surface pour trajet intérieur d'écoulement. Cette surface comporte une partie de conduite qui relie aérodynamiquement les extrémités les plus à l'intérieur du stator et des aubes directrices. Le chemin de roulement intérieur du roulement de la soufflante est fixé à l'arbre de la soufflante et le chemin de roulement intérieur du roulement du compresseur est fixé à l'arbre du compresseur. Dans ce sous-ensemble, le dispositif lié à la soufflante, le dispositif lié au compresseur, et le disposi- tif de support inter-roulements sont placés chacun en étant généralement entièrement sur le côté radialement intérieur de la surface intérieure du trajet d'écoulement. La présente invention offre plusieurs avantages. La fonction double de guidage de l'écoulement d'air et de support des roulements que présentent les stators structurels et les aubes directrices améliore la consommation spécifique du carburant en permettant l'élimination des châssis clas- siques pour moteur avec leur poids élevé et leur faible constante élastique radiale. Comme les stators structurels de soufflante et les aubes structurelles directrices du compres- seur ont des constantes élastiques radiales supérieures à celles des chassis classiques ainsi éliminés, on obtient une poussée plus élevée et une meilleure consommation spécifique -- 5 -- du carburant grâce aux jeux plus étroitement contrôlés des extrémités des aubes de la soufflante et du compresseur. La suite de la description se réfère à la figure unique qui représente une vue schématique en coupe transver- sale d'une partie d'un réacteur à double flux comportant un sous-ensemble, représentant les zones de la soufflante et du compresseur. Le sousensemble 10 selon la présente invention d'un réacteur à double flux, comme représenté en figure 1, comporte une conduite extérieure 12 qui définit la limite extérieure du trajet de l'écoulement de l'air dans le moteur. La conduite 12 comporte une partie 14 de l'enveloppe du stator d'une soufflante, une partie médiane 16 et une partie arrière 18. La partie 14 présente un flasque antérieur 20 qui sert à la fixation du moteur à la cellule et - un flasque arrière 22 utilisé pour la fixation au flasque antérieur 24 de la partie médiane 16. On remarquera que dans la description de la présente invention, lorsqu'on dit de deux parties qu'elles sont "fixées", celles-ci peuvent être connectées ensemble par une ou plusieurs structures intermé- diaires ou elles peuvent être reliées directement sans structure intermédiaire. La partie médiane 16 comporte un flasque postérieur 26 servant à la fixation au flasque antérieur 28 de la partie arrière 18. La partie 14 de la conduite extérieure du moteur fait partie du stator 30 de la soufflante qui comporte aussi une rangée de stators classiques 32 de soufflante et une rangée (généralement la rangée la plus en arrière) de stators structurels 34 de soufflante. Les stators classiques 32 présentent chacun une extrémité radialement la plus à l'extérieur 36 qui est fixée à la partie 14 et une extrémité libre 38 radialement la plus à l'intérieur. Les stators 34 comportent chacun une extrémité 40 radialement la plus à l'extérieur qui est fixée à la partie 14 et présente une extrémité fixée 42 radialement la plus à l'intérieur qu'on - 6- décrira ultérieurement. L'ensemble 30 formé par le stator de la soufflante fait partie de la soufflante 44, laquelle comporte aussi une première rangée d'ailettes 46 fixées à un premier disque 48 et une seconde rangée d'ailettes 50 fixées à un second disque 52. Une entretoise 54 relie les deux disques 48 et 52. Le premier disque 48 est fixé par un cône 56 à l'arbre 58 de la soufflante. Un ensemble 60 à roulement comportant des éléments roulants, pour la soufflante, présente un chemin de roulement intérieur 62 qui est fixé à l'arbre 58 de la soufflante. Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, les éléments roulants sont un roulement à billes 64. Des moyens 66 sont prévus pour fixer les extrémités 42 radialement les plus à l'intérieur des stators structurels 34 au chemin de roulement extérieur 68 de l'ensemble 60. Ces moyens 66 sont disposés radialement en étant généralement entièrement à l'intérieur des stators structurels 34. De préférence, de tels moyens 66 comportent un cône intérieur 66 de support de soufflante ayant une extrémité fixée à l'extrémité 42 radialement la plus à l'intérieur des stators structurels 34 et une autre extrémité fixée au chemin de roulement extérieur 68. D'autres moyens de cette nature comprennent des rayons, des tirants, des carters, etc., ainsi que leurs combinaisons, reliant structurellement les extrémités 42 les plus à l'intérieur des stators structurels au chemin de roulement extérieur 68 de la soufflante. Il est souhaitable de disposer l'ensemble 60 à roulement à éléments roulants, comprenant son chemin de roulement extérieur 68, entièrement dans le sens longitudinal et à l'avant de la rangée des stators structurels 34. Un emplacement préféré pour un tel chemin de roulement 68 serait à proximité du point défini par une perpendiculaire du centre de la masse de la structure rotative de la soufflante (les ailettes 46 et 50, les disques 48 et 52, et l'entretoise 54) à l'arbre 58 de la soufflante. Après la zone de la soufflante, l'écoulement d'air du -7- moteur est divisé en deux trajets par un dispositif de fractionnement 70. Le trajet intérieur d'écoulement 72 traverse le compresseur 74 alors que le trajet extérieur 76 contourne ce compresseur. Le compresseur 74 comporte une ensemble 78 à aubes directrices, ayant une enveloppe 80 et une rangée d'aubes directrices classiques 82 présentant chacune une extrémité 84 radialement la plus à l'extérieur qui est fixée à l'enveloppe 80 et une extrémité libre 86 radialement la plus à l'intérieur. Le compresseur 74 comporte aussi une rangée (en général la rangée la plus en avant) d'aubes directrices structurelles 88, ayant chacune une extrémité 90 radialement la plus à l'extérieur qui est étendue et fixée à la partie médiane 16 de la conduite extérieure 12 et une extrémité 92 radialement la plus à l'intérieur qui est fixée comme on le décrira ultérieurement. Aux aubes directrices 88 peut être fixée une partie variable 94 dont le pas (angle par rapport à l'écoulement d'air) peut être modifié pour répondre à une vitesse particulière de l'écoulement d'air. Le compresseur 74 comporte en outre une première rangée d'aubes 96 fixée à un premier disque 98 et une seconde rangée d'aubes 100 fixée à un second disque 102. Une entretoise 104 relie les deux disques 98 et 102. Le premier disque 98 est fixé par un cône 106 à l'arbre 108 du compresseur. Un ensemble 110 à roulement à éléments roulants, pour le compresseur, présente un chemin de roulement intérieur 112 qui est fixé àl'arbre 108 du compresseur. Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, l'élément roulant est un rouleau 114. Des moyens 116 fixent les extrémités 92 radialement les plus à l'intérieur des aubes directrices 88 au chemin extérieur de roulement 118 de l'ensemble 110. Ces moyens 116 sont disposés radialement en étant généralement entièrement à l'intérieur des aubes directrices 88. De préférence, de tels moyens 116 liés au compresseur comporte un cône intérieur 116 de support du compresseur ayant une -8- extrémité fixée à l'extrémité 92 radialement la plus à l'intérieur des aubes directrices 88 et ayant une autre extrémité fixée au chemin de roulement extérieur 118 du compresseur. D'autres moyens de cette nature comprennent des rayons, des tirants, des carters, etc., et leurs combinai- sons, reliant structurellement les extrémités 92 les plus à l'intérieur des aubes directrices au chemin de roulement extérieur 118 du compresseur. Le trajet d'écoulement de l'air du moteur comporte une surface intérieure 120 ayant une partie de conduite 122 reliant aérodynamiquement, et de préférence de façon struc- turelle, les extrémités 42 les plus à l'intérieur des stators structurels 34 de la soufflante aux extrémités 92 les plus à l'intérieur des aubes directrices structurelles 88 du com- presseur. Des moyens 124 sont prévus pour supporter structurel- lement une charge axiale entre le chemin de roulement extérieur 68 de la soufflante et le chemin de roulement extérieur 118 du compresseur. Ces moyens 124 sont disposés radialement en se trouvant généralement entièrement à l'inté- rieur des stators structurels 34. Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, ces moyens 124, ainsi que les moyens 66 liés à la soufflante et les moyens 116 liés au compres- seur, sont disposés chacun en étant généralement entièrement sur le côté radialement intérieur de la surface intérieure 120. De préférence, de tels moyens de support 124 inter- roulements comprennent un tirant 126 (également appelé cône de tirant) et le cône intérieur de support 116 du compres- seur, qu'on a discuté précédemment, o le tirant 126 a l'une de ses extrémités fixées au chemin de roulement extérieur 68 de la soufflante et son autre extrémité fixée à une extrémité du cône de support intérieur 116 et o le cône 116 a son autre extrémité fixée au chemin de roulement extérieur 118 du compresseur. D'autres moyens de support inter-roulements comprennent divers tirants, rayons, cônes, etc., et leurs combinaisons, formant une structure de support de la charge axiale entre les chemins de roulement extérieurs 68 et 118 de la soufflante et du compresseur. Par exemple, les extrémités d'un tirant peuvent être fixées directement aux chemins de roulement extérieurs 68 et 118, ou peuvent être attachées à un point quelconque des cônes intérieurs de support 66 et 116 du compresseur, ou peuvent être fixées dans diverses combi- naisons. On remarquera que la présente invention élimine les châssis classiques pour la soufflante et le compresseur et propose à leur place une structure de support en forme de boite (dans une section transversale schématique du moteur) qui utilise une rangée 34 de stators structurels de souf- flante et une rangée 88 d'aubes directrices structurelles de compresseur dans un rôle double de support et de guidage de l'écoulement d'air qui, dans un mode de réalisation, fixe leurs extrémités intérieures aux chemins de roulement exté- rieurs 68 et 118 des roulements de la soufflante du compresseur par des cônes intérieurs de support 66 et 116 et interconnecte les deux chemins de roulement extérieurs 68 et 116 par l'utilisation d'un tirant 126. La description précédente d'un mode de réalisation préféré de la présente invention n'a été présentée qu'à des fins d'illustration. On n'a pas l'intention qu'elle soit -exhaustive ou limite l'invention dans la forme précise décrite (par exemple, quant à un nombre particulier de rangées d'aubes de soufflante et/ou de compresseur et d'aubes de stator et/ou directrices). - 10 - REVENDICATIONS 1. Sous-ensemble (10) dans un réacteur à double flux, caractérisé en ce qu'il comprend: a) une conduite extérieure (12) du moteur; b) une rangée de stators structurels (34) de souf- flante, chacun ayant- une extrémité radialement la plus à l'extérieur (40) qui est fixée à la conduite extérieure et une extrémité radialement la plus à l'intérieur (42), c) un ensemble (60) à roulement comportant des éléments roulants (64) pour soufflante, présentant un chemin de roulement extérieur (68); d) un moyen (66) lié à la soufflante pour fixer les extrémités les plus à l'intérieur des stators au chemin de roulement extérieur de la soufflante, ce moyen étant radiale- ment disposé en étant généralement entièrement à l'intérieur des stators, e) une rangée d'aubes directrices structurelles (88) de compresseur, chacune ayant une extrémité radialement la plus à l'extérieur (90) qui est étendue et fixée à la conduite extérieure du moteur et une extrémité radialement la plus à l'intérieur (92); f) un ensemble (110) à roulement comportant des éléments roulants (114) de compresseur, ayant un chemin de roulement extérieur (118), g) un moyen (116) lié au compresseur pour fixer les extrémités les plus à l'intérieur des aubes directrices au chemin de roulement extérieur du compresseur, ce moyen étant radialement disposé en étant généralement entièrement à l'intérieur des aubes directrices;et h) un moyen de support inter-roulements (124) pour supporter structurellement une charge axiale entre le chemin de roulement extérieur de la soufflante et le chemin de roulement extérieur du compresseur, ce moyen de support étant radialement disposé en étant généralement entièrement à l'intérieur des stators. - 11 - 2. Sous-ensemble (10) dans un réacteur à double flux, caractérisé en ce qu'il comprend: a) une conduite extérieure (12) du moteur, b) une rangée de stators structurels (34) de souf- flante, chacun ayant une extrémité radialement la plus à l'extérieur (40) fixée à la conduite extérieure et une extrémité radialement le plus à l'intérieur (42), c) un arbre de soufflante (58), d) un ensemble (60) à roulement comportant des éléments roulants (64) pour soufflante, ayant un chemin de roulement intérieur (62) fixé à l'arbre de la soufflante et présentant un chemin de roulement extérieur (68), e) une rangée d'aubes directrices structurelles (88) de compresseur, chacune ayant une extrémité radialement la plus à l'extérieur (90) qui est étendue et fixée à la conduite extérieure et une extrémité radialement la plus à l'intérieur (92), f) une surface (120) pour trajet intérieur d'écoule-- ment ayant une partie de conduite (122) reliant aérodynami- quement les extrémités les plus à l'intérieur des stators structurels de la soufflante aux extrémités les plus à l'intérieur des aubes directrices structurelles du compres- seur; g) un moyen (66) lié à la soufflante pour fixer les extrémités les plus à l'intérieur des stators structurels de la soufflante au chemin de roulement extérieur de l'ensemble à roulement comportant des éléments roulants de la souf- flante, ce moyen lié à la soufflante étant disposé générale- ment entièrement sur le côté radialement intérieur de la surface du trajet intérieur d'écoulement, h) un arbre (108) de compresseur, i) un ensemble (110) à roulement comportant des éléments roulants (114) de compresseur, ayant un chemin de roulement intérieur (112) fixé à l'arbre du compresseur et présentant un chemin de roulement extérieur (118); - 12 - j) un moyen (116) lié au compresseur pour fixer les extrémités les plus à l'intérieur des aubes directrices structurelles du compresseur au chemin de roulement extérieur de l'ensemble à roulement comportant des éléments roulants du compresseur, ce moyen lié au compresseur étant disposé généralement entièrement sur le côté radialement intérieur de la surface du trajet intérieur d'écoulement, et k) un moyen de support interroulements (124) pour supporter structurellement une charge axiale entre le chemin de roulement extérieur de la soufflante et le chemin de roulement extérieur du compresseur, ce moyen de support étant disposé généralement entièrement sur le côté radialement intérieur de la surface du trajet intérieur d'écoulement. 3. Sous-ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen (66) lié à la soufflante comprend un cône (66) de support intérieur de la soufflante ayant deux extrémités, une extrémité étant fixée à l'extrémité radialement la plus à l'intérieur (42) des stators structurels (34) de la soufflante et l'autre extré- mité étant attachée au chemin de roulement extérieur (68) de la soufflante. 4. Sous-ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen (116) lié au compresseur comprend un cône (116) de support intérieur ayant deux extrémités, une extrémité étant fixée à l'extrémité radialement la plus à l'intérieur (92) des aubes directrices structurelles (88) du compresseur et l'autre extrémité l'étant au chemin de roulement extérieur (118) du compres- seur. 5. Sous-ensemble la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le moyen de support inter- roulements (124) comprend un tirant (126) et un cône (116) de support intérieur du compresseur ayant chacun deux extrémi- tés, le tirant ayant une extrémité fixée au chemin de roulement extérieur (68) de la soufflante et son autre - 13 - extrémité à une extrémité du cône de support intérieur du compresseur, et le cône de support intérieur du compresseur ayant une autre extrémité fixée au chemin de roulement extérieur (118) du compresseur. 6. Sous-ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que: a) le moyen (66) lié à la soufflante comprend un cône (66) de support intérieur de soufflante présentant deux extrémités, une extrémité étant fixée à l'extrémité radiale- ment la plus à l'intérieur (42) des stators structurels (34) de la soufflante et l'autre au chemin de roulement extérieur (68) de la soufflante. b) le moyen (116) lié au compresseur comprend un cône (116) de support intérieur du compresseur ayant deux extrémi- tés, une extrémité étant fixée à l'extrémité radialement la plus à l'intérieur (92) des aubes directrices structurelles (88) du compresseur et l'autre extrémité au chemin de roulement extérieur (118) du compresseur, et c) un moyen de support inter-roulements (124) qui comprend un tirant (126) ayant deux extrémités et le moyen lié au compresseur, le tirant ayant une extrémité fixée au chemin de roulement extérieur (68) de la soufflante et son autre extrémité à l'extrémité du cône de support intérieur du compresseur, et le cône de support intérieur du compresseur ayant son autre extrémité fixée au chemin de roulement extérieur (118) du compresseur. 7. Sous-ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le chemin de roulement extérieur de la soufflante est disposé entièrement longitudinalement à l'avant de la rangée de stators (34). 8. Sous-ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le chemin de roulement extérieur de la soufflante est disposé entièrement longitudi- nalement à l'avant de la rangée de stators (34).