Brevet FR2685383A1 — publié le 19930625

BRAS STRUCTURAL DU CARTER D'UNE TURBOMACHINE DESCRIPTION La présente invention concerne les bras struc- turaux du carter d'une turbomachine et plus précisément les bras des carters double flux d'un turboréacteur. Ces bras structuraux sont généralement réalisés en titane, du fait de la grande résistance de ce maté- riau Toutefois, afin de diminuer le poids de ces bras, il a été imaginé de réaliser ceux-ci en matériau composite Or, les diamètres des carters de turbo- réacteur, notamment Les carters double flux étudiés actuellement, sont tellement importants que de nombreux problèmes se posent concernant la résistance de ces bras en matériau composite, la transmission des efforts par ces bras de très grandes longueurs ainsi que la liaison de ces bras d'une part avec le moyeu métallique du carter et d'autre part, avec la virole extérieure également métallique. On connaît déjà d'après le brevet européen EP-A-O 274 293, un carter d'entrée de turbomachine à double flux comportant une série de bras en matériau composite disposés radialement, chacun d'entre eux comportant un tirant métallique formant l'âme centrale de ce bras Le tirant est fixé entre La virole exté- rieure et le moyeu intérieur et il est mis en pré- contrainte par serrage d'un écrou En conséquence, le moyeu est du type flottant et il est porté par lesdits tirants radiaux Ce type de dispositif ne permet pas toutefois de diminuer le poids global du carter puisque le gain de poids obtenu par l'emploi de matériau composite est compensé par le tirant métal- lique assez lourd. On connaît également d'après la demande de brevet FR-A-2 522 362, des éléments de montage prévus sur un carter intérieur et sur un carter extérieur et munis de Logements destinés à recevoir respecti- vement l'une des deux extrémités d'une aube Ces éLéments de montage permettant d'installer ou d'enlever au choix une aube séparément et de supporter de façon élastique ces aubes. Enfin, on connaît également d'après la demande de brevet FR-A-2 610 673 un turboréacteur multiflux à couronne externe de redresseur de soufflante, compor- tant un étage d'aubes de redresseurs fixes, sans p Late- forme, régulièrement disposées entre une couronne interne et une couronne externe Ces couronnes interne et externe présentent notamment des séries d'encoches permettant la fixation des deux extrémités des aubes du redresseur. Les deux dispositifs qui viennent d'être dé- crits compliquent La construction du carter et néces- sitent L'ajout d'éléments de montage qui augmentent encore Le poids global du carter. En conséquence, L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. A cet effet, l'invention concerne un bras structural du carter d'une turbomachine fixé entre une virole extérieure et le moyeu du carter, réalisé dans un matériau composite et présentant un bord d'at- taque, un bord de fuite, un bord radialement extérieur et un bord radialement intérieur, ces quatre bords définissant les quatre coins du bras. Selon les caractéristiques de l'invention, La fixation de ce bras sur la virole et ledit moyeu est assurée par deux paires de ferrures de Liaison fixées respectivement sur les quatre coins dudit bras. Ainsi, contrairement à l'art antérieur, seuls Les quatre coins du bras sont fixés Ceci permet de simplifier la construction Ces fixations se font aux endroits Les plus fortement sollicités du bras. De façon avantageuse, chaque ferrure de liaison comprend une semelle munie d'au moins deux points de fixation sur la virole ou sur le moyeu, au moins une partie de blocage faisant saillie de cette semelle et présentant un logement destiné à recevoir l'un des quatre coins du bras, ce logement étant défini par deux bords latéraux sensiblement perpendiculaires au plan de la semelle et par un bord d'extrémité enveloppant le bord d'attaque ou le bord de fuite du bras et au moins un axe de serrage traversant les deux bords latéraux de la partie de blocage et l'un des quatre coins du bras. Ces ferrures permettent de lier les bras direc- tement avec le moyeu et la virole métallique, tout en assurant une bonne transmission des efforts au travers de ces bras. De préférence, la ferrure comprend au moins une patte de fixation s'étendant vers l'extérieur depuis l'extrémité libre de l'un des bords latéraux de la partie de blocage, sensiblement parallèlement à la semelle, cette patte de fixation étant destinée à supporter une plateforme reconstituant la veine au niveau du moyeu, entre deux bras consécutifs. En effet, comme le bras est fixé par ses fer- rures au-dessus du niveau de la virole intérieure, ces ferrures apparaissent dans le conduit d'air et risqueraient de perturber la circulation du flux d'air. La présence de la plateforme permet au contraire d'avoir une virole ayant une surface limite d'écoulement de l'air ininterrompue. De façon avantageuse, le bras structural est réalisé par un drapage de couches successives de tissus de fibres en matériau composite formant son enveloppe extérieure et il comprend un renfort sur un au moins l'un de ses quatre coins, ce renfort étant réalisé par le drapage de couches supplémentaires de tissus de fibres en matériau composite. Ce bras comprend, en outre, un évidement cen- tral à l'intérieur de l'enveloppe le constituant et cet évidement central est rempli au niveau du bord d'attaque et du bord de fuite du bras par des fibres de soutien disposés de façon unidirectionnelle selon l'axe longitudinal dudit bras. Ainsi, on obtient des bras de carter très résistants au niveau des bords d'attaque ou de fuite tout en étant plus légers que les bras réalisés en titane du fait de la présence de l'évidement central et de la nature des matériaux employés Ces bras sont également moins coûteux En outre, les efforts sont correctement transmis dans ces bras, même si ceux-ci sont de très grandes longueurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple illustratif, cette description étant faite en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure I représente une vue d'ensemble du carter d'une turbomachine, la figure 2 représente une vue en perspective de deux bras structuraux selon l'invention, et la figure 3 est une vue en coupe partielle de trois bras structuraux selon l'invention. La figure 1 illustre un turboréacteur double flux De façon classique, ce turboréacteur comprend un corps central 1 à l'avant duquel est placée une soufflante 3, ce corps étant entouré par une nacelle annulaire 5 Un moyeu intérieur annulaire 7 est placé autour du corps central I et à l'intérieur de la nacel- le 5 A l'intérieur de ce turboréacteur double flux, le flux d'air entrant se divise en un flux primaire I qui traverse le compresseur basse pression 9 dont les aubes sont disposées entre le corps principal 1 et le moyeu intérieur 7 et un flux secondaire II qui passe entre le moyeu intérieur 7 et la nacelle Contrairement au flux primaire I, le flux secondaire II ne reçoit pas d'énergie thermique Il permet d'augmenter la poussée du turboréacteur Les bras structuraux de carter objet de la présente invention sont référencés de manière générale 11 et sont places entre le moyeu intérieur 7 et une virole extérieure 13 formant la partie intérieure de la nacelle 5. Ces bras structuraux vont maintenant être décrits plus en détail. Comme illustrés en figure 2, ces bras structu- raux 11 sont des éléments allongés s'étendant radiale- ment autour du moyeu 7 représenté en pointillés Chacun de ces bras comprend un bord d'attaque 14, un bord de fuite 15, un bord radialement extérieur 17 et un bord radialement intérieur 19 Ces quatre bords définissent quatre coins 20 du bras. Comme illustré en figure 3, chaque bras 11 est réalisé par drapage de plusieurs couches de tissus de fibres 21, formant l'enveloppe extérieure de ce bras, référencée de façon générale 22. Selon un premier mode de réalisation, ce bras 11 présente un évidement central 23 à l'intérieur de l'enveloppe 22 Les deux extrémités du bras, c'est- à-dire la partie formant le bord d'attaque 14 et la partie formant le bord de fuite 15, sont remplies intérieurement par des fibres de soutien 25 disposées de façon unidirectionnelle selon l'axe longitudinal dudit bras Ceci est obtenu par le dépôt de plusieurs couches de tissu de fibres 25 superposées à L'intérieur de L'évidement 23 Ensuite La totalité du bras est chauffé de façon à réa Liser La polymérisation des fibres. Ainsi, les quatre ferrures sont disposées autour d'une partie pleine plus résistante et non autour d'un évidement. Selon un deuxième mode de réalisation de L'in- vention, non représenté en figure 3, l'évidement cen- tra L 23 peut également être rempli de fibres de soutien disposées de façon unidirectionnelle selon l'axe Longitudina L du bras Ceci est réalisé de façon simi- laire à ce qui a été décrit précédemment pour les bords d'attaque et de fuite. Le bras 11 peut être sollicité dans n'importe quelle direction, puisqu'il est soumis d'une part à des efforts radiaux et d'autre part, à des efforts axiaux dus au flux d'air entrant En conséquence, il est nécessaire que Les différentes couches succes- sives de tissus de fibres en matériau composite soient disposées de façon croisée En d'autres termes, deux couches successives du tissu de fibres constituant l'enveloppe 22 sont disposées de façon que les fibres 21 les constituant soient décalées angulairement d'un angle compris entre 45 et 900 Ainsi à titre d'exemple illustratif, on peut déposer la première couche de tissu de façon que Les fibres 21 Le constituant soient parallèles à l'axe Longitudinal du bras, puis déposer la couche suivante de façon que les fibres 21 la constituant fassent un angle de 90 avec les fibres 21 de la première couche, c'est-à-dire soient perpendiculaires à l'axe Longitudinal du bras, puis déposer La couche suivante à 450 par rapport à l'axe du bras, etc Toutefois, L'ordre et le nombre de couches peuvent varier, le but est simplement d'avoir des couches successives croisées de façon à avoir une meilleure résistance à la traction. En outre, Les quatre coins 20 du bras 11 doi- vent être renforcés puisqu'ils sont fortement sol- Licités par Les ferrures de Liaison A cet effet, on effectue un drapage de couches supplémentaires de tissus de fibres 21 en matériau composite sur les quatre coins 20 du bras 11 afin de former des renforts 24 Ces renforts 24 formant une épaisseur de tissus supplémentaire apparaissant mieux en figure 3, o ils ont été représentés uniquement sur le premier et le troisième bras. Les deux ferrures de liaison fixées sur les deux coins définis par le bord radialement extérieur 17 du bras et le bord d'attaque 14 ou le bord de fuite sont référencées respectivement 29 et 31 De même, les deux autres ferrures de Liaison fixées sur les deux coins définis par le bord radialement intérieur 19 du bras et le bord d'attaque 14 ou le bord de fuite 15 sont référencées respectivement 33 et 35. Les deux ferrures de liaison radialement exté- rieures 29 et 31 sont symétriques et en conséquence on s'attachera à décrire seulement la ferrure 31. Cette ferrure 31 comprend une semelle 37 à quatre lobes, munie de quatre orifices de fixation 38 sur la virole extérieure 13 représentée schématiquement en figure 2 Ces quatre orifices de fixation 38 permet- tent le passage de vis 39 formant des points de fixa- tion, (dont une seule a été représentée en figure 2). La ferrure 31 comprend en outre une partie de blocage 40 formant saillie depuis la semelle 37. Cette partie de blocage présente un logement 41 destiné à recevoir Le coin 20 du bras formé par son bord radia- lement extérieur 17 et par son bord de fuite 15 Le logement 41 est défini par deux bords latéraux 42 sensiblement perpendiculaires au plan de la semelle 37 et par un bord d'extrémité 43 enveloppant le bord de fuite 15 Le bord d'extrémité 43 apparaît mieux sur la ferrure de liaison 29 Inversement, cette fer- rure de liaison 29 enveloppe le bord d'attaque 14. La partie de blocage 40 est en outre percée, par quatre orifices (de préférence) permettant le passage de deux axes de serrage 44 de la ferrure 31 sur le bras 11 Ces deux axes de serrage 44 sont disposés de façon sensiblement parallèle au plan de la semelle 37 Ces axes de serrage 44 sont constitués par une vis et un boulon. La ferrure de liaison 33 est symétrique à la ferrure 35, et seule cette dernière sera décrite en détail. La ferrure 35 présente également une semelle en forme de losange et une partie de blocage 47 faisant saillie depuis cette semelle 45, de façon similaire à ce qui a été décrit pour les ferrures de liaison 29 et 31 Cette partie de blocage 47 enveloppe le bord de fuite 15 du bras La semelle présente en outre deux points ou axes de fixation 49 disposés de part et d'autre de la partie de blocage 47 et permettant la fixation de la ferrure sur le moyeu 7. En outre, la ferrure 35 présente au moins une patte de fixation, (de préférence deux), s'étendant vers l'extérieur depuis l'extrémité libre de l'un des bords latéraux 42 de la partie de blocage 47, sensiblement parallèlement à la semelle 45 On notera que sur chaque ferrure de liaison 33 ou 35, l'une des deux pattes de fixation 51 est prévue vers l'extré- mité ouverte en U de la partie de blocage 47 et que l'autre patte de fixation 52 est prévue sensiblement au niveau du bord d'extrémité 43 Ces pattes de fixa- tion 51, 52 sont destinées à supporter une plateforme 53 reconstituant la veine au niveau du moyeu 7 entre deux bras consécutifs (voir figure 2) Chaque patte de fixation 51, 52 est munie d'un orifice 55 permettant Le passage d'une vis de fixation (non représentée) de ladite plateforme. En outre, la ferrure 35 présente deux axes de serrage 44 traversant la partie de blocage 47 de façon similaire à ce qui a été décrit pour les ferrures de liaison 29 et 31. Les ferrures de liaison 29, 31, 33, 35 sont avantageusement réalisées en métal Elles sont forgées, coulées ou usinées, par exemple. On a pu constater que les bras du carter double flux ainsi réalisés sont mieux adaptés que les bras métalliques pour recevoir des efforts. Enfin, on notera que bien que la description qui vient d'être faite ait décrit principalement la fixation d'un bras de carter double flux, on pourrait adapter ce type de fixation à d'autres bras structuraux en matériau composite, par exemple à toute partie fixe et de dimensions suffisamment importantes (telle qu'un redresseur) d'un turboréacteur. REVENDICATIONS 1 Bras structural du carter d'une turbomachine fixé entre une virole extérieure ( 13) et un moyeu ( 7) du carter, réalisé dans un matériau composite et présentant un bord d'attaque ( 14), un bord de fuite ( 15), un bord radialement extérieur ( 17) et un bord radialement intérieur ( 19), ces quatre bords définis- sant les quatre coins ( 20) du bras, caractérisé en ce que la fixation de ce bras ( 11) sur la virole ( 13) et ledit moyeu ( 7) est assurée par deux paires de ferrures de liaison ( 29, 31, 33, 35) fixées respecti- vement sur les quatre coins ( 20) dudit bras. 2 Bras structural du carter d'une turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque ferrure de liaison ( 29, 31, 33, 35) comprend une semel- le ( 37, 45) munie d'au moins deux points de fixation ( 39, 49) sur la virole ( 13) ou sur le moyeu ( 7), au moins une partie de blocage ( 40, 47) faisant saillie de cette semelle et présentant un logement ( 41) destiné à recevoir l'un des quatre coins ( 20) du bras, ce logement ( 41) étant défini par deux bords latéraux ( 42) sensiblement perpendiculaires au plan de la semel- le ( 37, 45) et par un bord d'extrémité ( 43) enveloppant le bord d'attaque ( 14) ou le bord de fuite ( 15) du bras ( 11) et au moins un axe de serrage ( 44) traversant les deux bords latéraux ( 42) de la partie de blocage ( 40, 47) et l'un des quatre coins ( 20) du bras. 3 Bras structural du carter d'une turbomachine selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ferrure ( 33, 35) comprend au moins une patte de fixa- tion ( 51, 52) s'étendant vers l'extérieur depuis l'extrémité libre de l'un des bords latéraux ( 42) de la partie de blocage ( 47), sensiblement parallèLement à la semelle ( 45), cette patte de fixation ( 51, 52) étant destinée à supporter une 1 1 plateforme ( 53) reconstituant la veine au niveau du moyeu ( 7), entre deux bras ( 11) consécutifs. 4 Bras structural du carter d'une turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé par un drapage de couches successives de tissus de fibres ( 21) en matériau composite formant son enveloppe extérieure ( 22) et en ce qu'il comprend un renfort ( 24))sur un au moins l'un de ses quatre coins ( 20), ce renfort ( 24) étant réalisé par le drapa- ge de couches supplémentaires de tissus de fibres ( 21) en matériau composite. Bras structural du carter d'une turbomachine selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend un évidement central ( 23) à l'intérieur de l'enveloppe ( 22) constituant ce bras ( 11) et en ce que cet évidement central ( 23) est rempli au niveau du bord d'attaque ( 14) et du bord de fuite ( 15) du bras, par des fibres de soutien ( 25) disposées de façon unidirectionnelle selon l'axe longitudinal dudit bras. 6 Bras structural du carter d'une turbomachine selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend un évidement central ( 23) à l'intérieur de l'enveloppe ( 22) constituant ce bras et en ce que cet évidement central ( 23) est totalement rempli par des fibres de soutien ( 25) disposées de façon unidirec- tionnelle selon l'axe longitudinal dudit bras. 7 Bras structural du carter d'une turbomachine selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que deux couches successives du tissu de fibres ( 21) sont disposées de façon que les fibres ( 21) soient décalées angulairement d'un angle compris entre 45 et 90 environ. 8 Bras structural du carter d'une turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ferrures ( 29, 31, 33, 35) sont réalisées en méta L.