Brevet FR2657121A1 — publié le 19910719

" Turbo-soufflante à deux rotors de soufflante tournant en sens opposés ". La présente invention concerne un moteur à turbo-soufflante à deux rotors de soufflante tournant en sens opposés et qui sont entraînés tous deux par un arbre d'entraînement à partir d'une turbine basse pression, l'un des deux rotors de soufflante tournant en sens opposés et entraînés par un arbre moteur d'un moteur. De tels moteurs à turbo-soufflante sont conçus actuellement soit avec des transmissions qui transmettent l'ensemble de la puissance de la turbine basse pression aux rotors de soufflante et dérivent cette puissance de manière correspondante ou encore avec un arbre distinct pour chacun des deux étages de soufflante par lequel chaque étage reçoit la puissance correspondante fournie d'une turbine distincte. Dans les deux cas, la vitesse de rotation des étages de soufflante est relativement faible, car la vitesse d'extrémité des pales doit rester dans certaines limites pour des raisons de bruit Les moteurs examinés cidessus et qui peuvent avoir un diamètre de pale de l'ordre de 2,5 à 3,5 m, correspondent à des vitesses de rotation dans des plages comprises entre 1200 tours/min pour les plus grandes et 1900 tours/min pour les moteurs les plus petits. Le document DE-OS 37 14 990 décrit un moteur à turbosoufflante à transmissions différentielles dont l'étage de soufflante arrière est entraîné par l'intermédiaire de la roue creuse d'une transmission planétaire alors que l'étage avant est entraîné par le support de la transmission planétaire Surtout dans le cas de moteurs relativement petits, cela nécessite des vitesses de rotation relativement élevées pour la turbine basse pression, car le rapport de démultiplication de telles transmissions pour une même vitesse de rotation mais avec des sens de rotation opposés pour les deux étages de soufflante ne doit pas être inférieur à environ 4,0 4,5. Le développement de telles turbines basse pression qui doivent avoir des vitesses de rotation supérieures à 8000 tours/min est certes possible sur le plan aérodynamique mais se traduit par des difficultés mécaniques très importantes Ces difficultés sont que les charges périphériques qui se présentent sont très élevées et aboutissent à des contraintes très importantes dans les voiles de rotor et dans les pales Du fait de la vitesse de rotation élevée, il faut en outre tenir compte d'un fonctionnement surcritique de l'axe de la turbine basse pression, ce qui pose un difficile problème d'équilibrage du système du rotor De plus, de telles transmissions sont très coûteuses à cause des moyens techniques très importants qu'elles mettent en oeuvre. En découplant la turbine basse pression et la partie soufflante par la transmission, on transmet en oeuvre des efforts axiaux très importants aux paliers de poussée du moteur; il en résulte que la réception de ces efforts se traduit par une augmentation de poids. Selon le document DE-OS 38 12 027, on connait un moteur à turbosoufflante comportant deux étages de soufflante qui sont entraînés par deux axes distincts à partir de deux étages de turbine Cette disposition suppose une turbine basse pression à deux étages dont les rotors sont soit l'un derrière l'autre, soit imbriqués mais contrarotatifs Ces deux solutions présentent toutefois l'inconvénient d'avoir deux arbres c'est-àdire que globalement avec l'axe ou arbre du générateur de gaz, on a même trois arbres, elles sont techniquement très coûteuses et se traduisent par des problèmes sur le plan des paliers. Une autre difficulté de tels moteurs à turbo-soufflante est le passage des deux axes à travers le moteur central Les passages étroits sont les perçages des voiles du premier étage de compresseur haute pression et de la turbine haute pression La dimension des perçages des voiles et le diamètre des axes doivent être choisis pour aboutir à des contraintes acceptables du voile et un comportement dynamique satisfaisant des axes du moteur Ces conditions antagonistes aboutissent nécessairement à des compromis c'est-à-dire qu'il faut des renonciations de tout côté. Partant de telles considérations, la présente invention a pour but d'éviter les inconvénients exposés ci-dessus et de créer un moteur à turbo-soufflante qui soit d'une conception technique simple et d'un poids aussi faible que possible, caractérisé en ce que l'un des deux rotors est entraîné directement et l'autre est entraîné par l'arbre moteur par l'intermédiaire d'une transmission planétaire dont les roues planétaires sont munies de deux pignons de diamètres différents, et chaque fois un pignon des roues planétaires engrène avec une roue creuse de carter solidaire du carter, et l'autre pignon engrène avec une roue creuse qui entraîne le premier rotor de soufflante, l'entretoise des roues planétaires est relié d'une part à l'arbre moteur et d'autre part à un premier rotor de soufflante. Selon l'invention, ce problème est résolu en ce que l'un des rotors de soufflante est entraîné directement et l'autre est entraîné par une transmission d'inversion ou par une transmission planétaire, directement à partir du rotor de soufflante entraîné. Cette disposition présente un certain nombre d'avantages Il suffit de ne faire passer qu'un axe à travers le moteur central La puissance transmise par la transmission d'inversion ne correspond qu'à la moitié de la puissance totale, ce qui se traduit par une réduction très importante du volume et du poids de la transmission par rapport à la transmission usuelle. L'entraînement direct peut concerner soit le rotor de soufflante arrière ou le rotor de soufflante avant, ce qui peut être avantageux puisque les rotors de soufflante peuvent demander des puissances différentes L'entraînement direct se fait dans ce cas au niveau de l'étage de soufflante le plus puissant, ce qui se traduit par une nouvelle réduction de volume et de poids de la transmission. Selon un développement préférentiel de l'invention, la transmission d'inversion est une transmission planétaire Ce mode de réalisation présente d'une part l'avantage d'un faible poids et il convient totalement du fait de sa structure annulaire, pour son montage dans un moteur à turbo-soufflante De manière préférentielle, les roues planétaires sont montées sur l'arbre du moteur Cette disposition permet un logement particulièrement peu encombrant de la transmission dans ses deux formes de réalisation dans la place réduite disponible dans un moteur. Selon un développement préférentiel de l'invention, les roues planétaires présentent des pignons échelonnés en diamètre et l'un des pignons engrène avec une roue creuse couplée au second étage de soufflante et l'autre pignon engrène avec une roue creuse de carter qui s'appuie sur le carter De préférence, les pignons sont prévus des deux côtés des roues planétaires c'est-à-dire qu'ils sont suspendus par leur plage médiane Cela présente l'avantage d'une répartition régulière des charges de palier permettant de réaliser un volume de palier aussi réduit que possible. De manière préférentielle, les deux pignons sont échelonnés de façon telle par leur diamètre pour que le rotor de soufflante entraîné indirectement c'est-à-dire par la transmission d'inversion tourne avec la même vitesse de rotation mais en sens opposé que le rotor de soufflante entraîné directement On peut toutefois envisager également de choisir un autre rapport de pignons on prévoit ainsi intentionnellement des vitesses de rotation différentes pour les deux rotors de soufflante lorsque cela est souhaitable pour des raisons aérodynamiques ou autres. Un autre développement avantageux de l'invention prévoit d'entraîner les roues planétaires en outre avec un compresseur moyenne pression Un tel compresseur souvent appelé accélérateur permet d'augmenter encore plus le rapport des pressions et est entraîné de façon particulièrement simple à l'aide d'un troisième pignon sur les roues planétaires Pour cela, on prévoit une roue creuse de compresseur qui engrène avec ce troisième pignon et est reliés au compresseur moyenne pression (accélérateur) Le choix approprié du pignon permet ainsi de réaliser une démultiplication quelconque de l'arbre moteur. D'autres améliorations de l'invention sont caractérisées en ce que: le rotor de turbo-soufflante amont dans le sens de l'écoulement est entraîné directement; les roues, planétaires entraînent en outre un compresseur moyenne pression (accélérateur); les roues planétaires comportent des troisièmes pignons qui engrènent avec une roue creuse de compresseur et celle-ci est reliée au compresseur moyenne pression; les roues planétaires montées entre les pignons sont reliées à l'entretoise. La présente invention sera décrite à l'aide d'exemples de réalisation représentés aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale partielle de la partie avant d'un moteur à turbo-soufflante et dont le rotor de soufflante, arrière est entraîné directement. la figure 2 montre un mode de réalisation avec entraînement direct du rotor de soufflante avant. la figure 3 montre un mode de réalisation avec compresseur moyenne pression. La figure 1 montre la partie soufflante c'est-à-dire la partie avant d'un moteur à turbo- soufflante Cette partie avant se compose principalement de deux rotors de turbo-soufflante 1, disposés axialement l'un derrière l'autre et tournant en sens opposés; ces rotors sont tous deux munis d'aubes de propulsion 3 réparties à la périphérie En aval du rotor arrière 2 se trouve un canal d'admission 4 pour le moteur central non représenté; ce canal comporte une série de nervures d'appui alignées axialement dont les arêtes avant et arrière 5 a, b apparaissent à la figure Ces nervures d'appui transmettent les forces d'entraînement de l'avion, créées par les aubes de turbopropulseur 3. Le moteur central non représenté ou sa turbine basse pression comporte un arbre moteur 6 servant à entraîner les deux rotors de turbo- soufflante 1, 2 Dans le mode de réalisation représenté, le rotor de turbosoufflante arrière 2 est relié par le manchon d'appui 17, la douille de palier et le cône intermédiaire 10, directement avec l'arbre moteur 6 En même temps, le manchon de palier 7 et le palier 8 a porté par ce manchon assurent l'appui du rotor de propulsion arrière 2 dans le boîtier 9 Une série de roues planétaires 11 et une transmission d'inversion (transmission planétaire) 35 sont montées dans le cône intermédiaire 10 en étant réparties à la périphérie; ces moyens sont munis de pignons 12 a, 12 b sur leurs deux côtés L'un des pignons 12 b de chacune de ces roues planétaires est en prise avec une roue creuse de carter 13 qui est fixée au boîtier 9 et sert d'appui aux efforts de réaction. L'autre pignon 12 a est en prise avec une roue creuse 14 elle-même qui entraîne deux segments d'axe de liaison 15 a, b couplés l'un à l'autre et appartenant au rotor du turbopropulseur avant 1. Le rotor de turbo-soufflante 1, avant est monté par des paliers d'axes intermédiaires 16 a, b dans le manchon d'appui 17 relié au rotor de turbo- soufflante 2, arrière. Radialement à l'intérieur du segment d'axe de liaison avant 15 b se trouve un mécanisme de réglage de pale 18 par lequel en utilisant des seuils de pivotement 19, on peut régler les pales de turbo- soufflante 3 a du rotor à turbo-soufflante 1 avant Les roues planétaires de réglage 20 montées dans l'arbre de liaison 15 a entraînent un dispositif de réglage qui se trouve dans le volume 21 mais n'est pas représenté, pour les pales 3 b du rotor arrière de la turbo- soufflante 2. En fonctionnement, lorsque l'axe moteur 6 tourne, le rotor de turbosoufflante arrière 2 tourne avec la même vitesse de rotation du fait du couplage direct Mais en même temps, les roues planétaires 11 tournent autour de l'axe du moteur 22 et autour de leur propre axe suivant les dimensions du pignon 12 b. Le rapport des deux pignons 12 a, 12 b prédétermine la rotation de la roue creuse 14 et du rotor de turbo- soufflante 1 couplé à cette roue, en direction opposée Les deux pignons 12 a, b et la distance radiale de l'axe médian de la roue planétaire 12 et de l'essieu moteur 22 sont déterminés respectivement pour que la vitesse de rotation des deux rotors de turbo- soufflante 1, 2 soit égale. Le mode de réalisation montré à la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 décrit ci-dessus en ce que l'arbre moteur 6 est relié directement au rotor avant 1 de la turbo-soufflante par les segments d'arbre de liaison 15 a, 15 b Les roues planétaires 11 sont reliées en rotation à deux entretoises de fixation 23 a, 23 b formées sur l'arbre moteur 6. Alors que le pignon 12 b est relié par la roue creuse de carter 13 au carter 9, l'autre pignon 12 a est en prise avec une denture interne 24 prévue sur la douille de palier 7 Cela fait tourner la douille de palier 7 et le rotor de turbo-soufflante 2, arrière relié à cette douille en sens opposé au sens de rotation de l'arbre moteur 6. La figure 3 montre une variante du mode de réalisation de la figure 1; le rotor de turbo- soufflante 2 arrière, est également couplé à l'arbre moteur 6 par l'intermédiaire de la douille de palier 7 et du cône intermédiaire 10. Selon ce mode de réalisation, il est prévu un compresseur moyenne pression 27 (accélérateur) dans le canal d'entrée 4; ce compresseur se compose de deux rangées d'aubes mobiles 28 a, b, rotatives et de trois rangées d'aubes directrices 29 a, 29 b, 29 c; les deux premières rangées d'aubes directrices 29 a, 29 b sont montées pivotantes Il est également possible de réaliser le compresseur moyenne pression 27 avec un nombre plus important ou plus faible d'étages Pour l'entraînement du compresseur moyenne pression 27, les roues planétaires 11 comportent un troisième pignon 30 qui, dans le mode de réalisation représenté, est prévu à côté du pignon 12 b et du carter Ce troisième pignon engrène avec une roue creuse de compresseur 31 qui est elle-même couplée aux deux rangées d'aubes 28 a, b par l'intermédiaire d'un cône 32 Une douille de palier 33 est réalisée sur le cône 32; cette douille sert au montage du compresseur moyenne pression 27 par les paliers 34 a, b s'appuyant sur la roue creuse 13 du carter. a à REVENDICATIONS 1 ') Moteur à turbo-soufflante comportant deux rotors ( 1, 2) de soufflante tournant en sens opposés et entraînés par un arbre moteur ( 6) d'un moteur, moteur caractérisé en ce que l'un des deux rotors ( 1, 2) est entraîné directement et l'autre ( 2, 1) est entraîné par l'arbre moteur par l'intermédiaire d'une transmission planétaire ( 35) dont les roues planétaires ( 11) sont munies de deux pignons ( 12 a, 12 b) de diamètres différents, et chaque fois un pignon ( 12 b) des roues planétaires ( 11) engrène avec une roue creuse de carter ( 13) solidaire du carter, et l'autre pignon engrène avec une roue creuse ( 14) qui entraîne le premier rotor de soufflante ( 1, 2), l'entretoise ( 23) des roues planétaires ( 11) est relié d'une part à l'arbre moteur ( 6) et d'autre part à un second rotor de soufflante ( 2, 1). 29) Moteur à turbo-soufflante selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor de turbo-soufflante ( 1) amont dans le sens de l'écoulement est entraîné directement. 3 *) Moteur à turbo-soufflante selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les roues planétaires ( 11) entraînent en outre un compresseur moyenne pression ( 27) (accélérateur). 4) Moteur à turbo-soufflante selon la revendication 3, caractérisé en ce que les roues planétaires ( 11) comportent des troisièmes pignons ( 30) qui engrènent avec une roue creuse ( 31) de compresseur et celle-ci est reliée au compresseur moyenne pression ( 27). *) Moteur à turbo-soufflante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les roues planétaires ( 11) montées entre les pignons ( 12 a, b) sont reliées à l'entretoise 23.