Brevet FR2635824A1 — publié le 19900302

"Turbomoteur à turbine à gaz entraînant par un réduc- teur des rotors à hélices ou des rotors de soufflante" La présente invention concerne un turbomo- teur comportant une turbine à gaz qui entraîne des ro- tors d'hélices ou des rotors de soufflante par l'in- termédiaire d'un réducteur, ce dernier ayant un systè- me d'huile de graissage indépendant formé d'un radia- teur d'huile, d'une pompe à huile et d'un réservoir d'huile. On connaît par exemple un turbomoteur du type ci-dessus selon DE-OS 37 14 990; dans celui-ci, la chaleur perdue dégagée en quantités importantes par le réducteur, est évacuée par un système de refroidis- sement par circulation d'air réalisé sous la forme d.'un ensemble compact. Le fonctionnement de ce système de refroidissement dépend principalement de la garan- tie d'une alimentation certaine en air de refroidisse- ment quels que soient les états de fonctionnement du moteur pour le radiateur d'huile. L'inconvénient de ce mode de réalisation se remarque notamment en ce qu'au ralenti ou au sol, on a une transformation importante d'énergie liée à une émission thermique importante alors que le radiateur d'huile reçoit à peine suffi- samment d'air de refroidissement. La présente invention a ainsi pour but de permettre une alimentation en air de refroidissement suffisante pour tous les états de fonctionnement du moteur et de garantir l'alimentation du radiateur d'huile. A cet effet, l'invention concerne un turbo- moteur du type ci-dessus, caractérisé en ce qu'entre la turbine à gaz et le réducteur, il est prévu un ro- tor de soufflante sur l'arbre, rotor placé dans le canal de passage d'air de refroidissement du courant d'air de refroidissement du radiateur d'huile. Cette disposition offre l'avantage d'assurer le débit d'air de refroidissement nécessaire, par une soufflante complémentaire. Le débit que l'on peut ob- tenir, dépend ainsi principalement de la vitesse de rotation de l'arbremoteur et du diamètre choisi pour le rotor de la machine soufflante. On obtient ainsi une alimentation suffisante en air de refroidissement même dans des conditions de fonctionnement extrêmes, avec une pression faible au niveau de l'entrée du ca- nal de passage de l'air de refroidissement. Cela se produit par exemple lors de l'inversion de poussée, à l'atterrissage d'un avion, notamment si l'inversion de poussée se fait par un réglage des pales. Le radiateur d'huile peut avantageusement être conçu pour des pertes de charge importantes pour l'air de refroidissement et avoir ainsi les dimensions plus faibles et une construction plus légère. En même temps, on réduit l'air de refroidissement nécessaire, ce qui permet de réduire les influences gênantes au niveau du procédé de fonctionnement du moteur. Le nombre et l'importance des entretoises servant au passage de l'air de refroidissement à l'en- trée du compresseur peuvent être réduits grâce aux pertes de charge acceptables, plus importantes, ce qui donne un passage plus avantageux à l'entrée de la tur- bine à gaz. En outre, grâce aux pertes de charge ac- ceptables, plus importantes, on peut réduire la sec- tion de passage du canal d'air de refroidissement. Cela libère de manière complémentaire de la place dans le boîtier du moyeu. Grâce au montage direct sans transmission intermédiaire sur l'arbre, on arrive à une construc- tion compacte et relativement simple pour l'intégra- tion de l'étage de la soufflante. De plus, comme il n'y a pas de transmission intermédiaire, on a pour le rotor de la soufflante un fonctionnement demandant ex- trêmement peu d'entretien. Du fait des contraintes mécaniques et ther- miques relativement faibles, le rotor de la machine soufflante peut être réalisé en construction légère utilisant des matériaux légers, faiblement anoblis (comme par exemple des alliages d'aluminium). L'aug- mentation de poids liée au rotor radial est ainsi ré- duite à un minimum; il en est de même des forces d'inertie qui en résultent et qui pourraient limiter la réponse dynamique des étages de rotors de soufflan- te. Selon un développement avantageux de l'in- vention, le canal de passage de l'air de refroidisse- ment a une forme de U en section axiale et il s'étend radialement vers l'intérieur à partir des orifices d'aspiration situés à la périphérie du moyeu, il com- porte dans son coude le rotor de la machine soufflan- te, puis revient radialement à l'extérieur. Cela per- met une disposition compacte et avantageuse sur le plan fluidique. Selon un autre développement avantageux de l'invention, le rotor de soufflante est en forme de rotor de soufflante radiale, ce qui permet d'obtenir une différence de pression, élevée pour une compacité maximale. Selon un autre mode de réalisation avanta- geux de l'invention, le canal de passage de l'air de refroidissement débouche dans une chambre extérieure en passant par des nervures d'appui, creuses dans le canal d'entrée de la turbine à gaz. On évite que l'air chaud influence les paramètres de fonctionnement de la turbine à gaz (élévation de la température d'entrée du compresseur haute pression). Selon une variante, le canal de passage de l'air de refroidissement est relié par un nombre de nervures d'appui creuses, ouvertes à l'arête de sortie, dans le canal d'entrée de la turbi- ne à gaz. Même s'il en résulte une action sur les pa- ramètres de la turbine à gaz, cela permet d'utiliser l'augmentation de pression créée par l'étage de la soufflante pour l'entraînement et de réinjecter de nouveau l'air de refroidissement de manière utile au fonctionnement du moteur. De manière avantageuse, les orifices d'aspi- ration sont des tamis en forme de segments de cylindre répartis au-delà de la périphérie du moyeu. On réalise ainsi un contour extérieur de moyeu, avantageux sur le plan de l'écoulement, au niveau en amont du canal d'entrée de la turbine à gaz. De façon avantageuse, à l'intérieur du ta- mis, on a un second tamis concentrique et en déçalant la rangée intérieure de tamis, on modifie la section d'ouverture du canal de passage. Ainsi, de manière simple, on peut régler le débit de l'air de refroi- dissement. En même temps, ce dispositif permet d'évi- ter en charge partielle, lorsque la prise d'air de re- froidissement est réduite, tout effet défavorable sur l'écoulement du moteur principal. Selon une variante de réalisation de l'in- vention, les orifices d'aspiration du canal de passage d'air de refroidissement sont prévus à l'intérieur du canal d'entrée de la turbine de gaz et le rotor de la machine soufflante est en amont du radiateur d'huile dans le sens de passage, le canal de passage du fluide de refroidissement étant relié à des conduites de dé- givrage en aval du radiateur d'huile. De cette maniè- re, on peut utiliser l'air de refroidissement réchauf- fé par le radiateur d'huile pour dégivrer le moyeu, par exemple du spinner ou des parties des pales de la soufflante proches du moyeu. De manière préférentielle, le canal de pas- sage d'air de refroidissement est relié à des canaux de dégivrage qui passent sous la pellicule extérieure au niveau de l'avant et qui présentent des orifices de sortie répartis régulièrement. L'air de refroidisse- ment qui s'échappe évite ainsi le givrage du segment de moyeu. En variante ou de manière complémentaire, le canal de passage de l'air de refroidissement est relié aux canaux de dégivrage des bords d'attaque des pales de la soufflante, ce qui évite également leur givrage. Selon un autre mode de réalisation de l'in- vention, le rotor de la soufflante peut être débrayé de l'arbre, ce qui en cas de pressions statiques suf- fisantes, par exemple en vol, permet de supprimer le travail de ventilation assuré par le rotor de la ma- chine soufflante. En variante, on peut introduire dans le ca- nal de passage de l'air de refroidissement, un regis- tre pour régler le débit d'air de refroidissement ou le travail de ventilation du rotor de soufflante. - La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale schématique de la partie avant d'un turbomoteur à rotors de soufflante. - la figure 2 est une vue de détail coupée du turbomoteur de soufflante avec deux modes de réalisa- tion préférentiels de l'invention. - la figure 3 est une coupe axiale partielle d'une variante de réalisation de l'invention. Le turbomoteur 1 représenté à la figure 1 se compose principalement de deux rangées de pales de soufflante 9, 10 réparties à la périphérie et qui tournent en sens opposé en étant couplées à un réduc- teur 3. Le réducteur 3 est relié à la turbine à gaz 2 non représentée en détail par l'intermédiaire d'un ar- bre 4; cette turbine entraîne les pales de soufflante 9-10. La turbine à gaz 2 est alimenté en air frais par le canal d'entrée 11 de la turbine. Entre la rangée arrière des pales de soufflante 10 et le canal d'en- trée de la turbine à gaz 11, se trouvent les orifices d'aspiration 8 du canal d'air de refroidissement 6, orifices répartis à la périphérie; l'air de refroi- dissement est fourni au radiateur d'huile 7 par ce ca- nal. En aval du radiateur d'huile 7, on a un rotor de soufflante 5 monté sur l'arbre 4; ce rotor fournit le courant d'air de refroidissement à une chambre exté- rieure 13 en passant par un certain pombre de nervures d'appui 12, creuses. La figure 2 montre deux variantes de réali- sation. Le mode de réalisation représenté au-dessus de l'axe médian 14 comporte un rotor de soufflante 5 com- me rotor de soufflante axiale à un étage monté sur l'arbre 4. Les orifices d'aspiration 8 sont réalisés sous la forme de tamis 15 en section de cylindre à l'intérieur desquels on a une seconde rangée concen- trique de tamis 16; en décalant l'une des rangées de tamis dans la direction axiale ou périphérique, on mo- difie la section d'ouverture du canal de passage d'air de refroidissement. Le canal de passage d'air de re- froidissement 6 débouche dans un certain nombre de nervures d'appui 17, creuses dont l'arête de sortie 18 est ouverte, si bien que le canal de passage d'air de refroidissement 6 est relié au canal d'entrée 11 de la turbine à gaz et l'air de refroidissement du canal 6 se mélange à l'air frais aspiré dans le canal d'entrée de la turbine 11. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2 en-dessous de l'axe médian 14, le rotor de soufflante 16 correspondant à une soufflante radiale et entre le radiateur d'huile 7 et le rotor de souf- flante 5, on a un registre 19 dans le canal de passage 6 pour modifier le débit d'air de refroidissement. Le mode de réalisation représenté à la figu- re 3 comporte des orifices d'aspiration 8 qui dévient vers le canal d'entrée de la turbine à gaz 11 une par- tie de l'air d'aspiré, alimentant le rotor de souf- flante 5. Le radiateur d'huile 7 est logé dans le ca- nal de passage 6 en aval du rotor 5; en aval du ra- diateur d'huile 7, le canal de passage 6 est relié à des conduites de dégivrage 20. Celles-ci sont placées sous la pellicule extérieure 21 jusqu'au niveau du bec 22 du turbomoteur de soufflante 1; une partie du cou- rant de fluide de refroidissement s'échappe à l'exté- rieur par des orifices de sortie 23 répartis réguliè- rement. En variante ou de manière complémentaire, le canal de passage de l'air de refroidissement 6 peut également être relié à des canaux de dégivrage 24 au niveau du bord d'attaque 25 des pales de la soufflan- te. REVENDICATIONS 1') Turbomoteur comportant une turbine à gaz qui entraîne des rotors d'hélices ou de soufflante par l'intermédiaire d'un réducteur, ce dernier ayant un système d'huile de graissage indépendant formé d'un radiateur d'huile, d'une pompe à huile et d'un réser- voir d'huile, moteur caractérisé en ce qu'entre la turbine à gaz (2) et le réducteur (3), l'arbre (4) porte un rotor de soufflante (5) placé dans le canal de passage d'air de refroidissement (6) du courant d'air de refroidissement du radiateur d'huile. 2') Turbomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal de passage d'air de re- froidissement (6) présente en coupe axiale une forme de U et il s'étend des orifices d'aspiration (8) à la périphérie du moyeu, radialement vers l'intérieur, au niveau du coude du rotor de ventilateur (5), puis le canal de passage d'air de refroidissement (6) est de nouveau dirigé radialement vers l'extérieur. 3') Turbomoteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor de soufflante (5) est un rotor de soufflante radiale. 4') Turbomoteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor de soufflante (5) est un rotor de soufflante axiale à un étage. ') Turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rotor de soufflante (5) est situé en aval du radiateur d'huile (7) dans le sens de l'écoulement. 6') Turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal de passage d'air de refroidissement (6) débouche par l'intermédiaire de nervures d'appui creuses (12) du canal d'entrée (11) de la turbine à gaz dans une cham- bre extérieure (13). 7) Turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal de passage d'air de refroidissement (6) est relié par un certain nombre de nervures d'appui (17), creuses, ouvertes au niveau de l'arête de sortie (18), au canal d'entrée (11) de la turbine à gaz, dans le sens de l'écoulement. 8') Turbomoteur selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé en ce que les ori- fices d'aspiration (8) sont formés par des tamis (15) en forme de segments de cylindre et qui sont répartis à la périphérie du moyeu. 9') Turbomoteur selon la revendication 8, caractérisé par une seconde rangée de tamis (16) con- centriques, placés à l'intérieur du tamis (15) et par décalage de l'un des tamis (15, 16), on modifie la section de l'ouverture du canal de passage (6). ') Turbomoteur selon l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce que les orifi- ces d'aspiration (8) du canal de passage d'air de re- froidissement (6) sont prévus à l'intérieur du canal d'entrée (11) de la turbine à gaz, le rotor de souf- flante (5) se trouve en amont du radiateur d'huile (7) dans le sens de l'écoulement et le canal de passage de fluide de refroidissement (6) est relié à des condui- tes de dégivrage (20) en aval du radiateur à huile (7). 11') Turbomoteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le canal de passage d'air de re- froidissement (6) est relié par des conduites de dégi- vrage (20) passant sous le recouvrement extérieur (21) pour arriver dans la zone avant (22), conduites qui présentent des orifices de sortie (23) répartis régu- lièrement. 12') Turbomoteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le canal de passage d'air de re- froidissement (6) est relié par des canaux de dégivra- ge (24) à l'arête avant des pales de la soufflante (25). 13') Turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le rotor de soufflante (5) peut être débrayé de l'arbre (4). 14') Turbomoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'un regis- tre (19) peut être introduit dans le canal de passage d'air de refroidissement (6).