Brevet FR2681401A1 — publié le 19930319

"Châssis structurel polyqonal pour moteur à turbine à qaz avec des panneaux axialement courbes" La présente invention concerne en général des moteurs à turbine à gaz et, plus particulièrement, un châssis structurel modifié dans un moteur à turbine comportant des panneaux polygonaux axialement courbes. Les moteurs à turbine à gaz comportent en général un coeur de moteur avec un compresseur pour comprimer l'air qui pénètre dans le coeur, une chambre de combustion o le combustible se mélange avec l'air comprimé et est ensuite brûlé pour fournir un écoulement de gaz de haute énergie, et une première turbine ou turbine haute pression qui extrait l'énergie de l'écoulement du gaz pour entraîner le compres- seur Dans les moteurs d'avion à soufflante carénée, une deuxième turbine ou turbine basse pression placée en aval du coeur du moteur extrait davantage d'énergie de l'écoulement de gaz pour entraîner une soufflante avant La soufflante avant fournit la principale force de poussée de propulsion créée par le moteur. Les parties statiques d'un moteur à turbine à gaz, à savoir les châssis, les enveloppes, et les éléments d'assemblage, sont des composants qui ne tournent pas mais qui fournissent plutôt l'ossature générale du moteur Ces composants statiques doivent maintenir l'alignement entre les rotors et les stators du moteur Dans de nombreux cas, cette nécessité amène à un besoin de raideur, plutôt que de force, pour la construction des châssis. Un composant de châssis structurel dans un moteur à turbine est en général une partie statique qui soutient des paliers lesquels, à leur tour, soutiennent les rotors tournants du moteur Les éléments classiques d'un composant de châssis structurel, tels qu'un châssis structurel arrière de turbine placé au niveau de l'extrémité arrière de la turbine basse pression, sont des coquilles interne et externe et une pluralité d'entretoises radiales réparties sur la circonférence qui s'étendent entre ces coquilles. A ce jour, les panneaux qui forment la configura- tion de coquille externe ont une résistance critique aux contraintes de flambage faible, et il faut donc prévoir sur la circonférence des nervures de renfort pour augmenter la capacité de résistance au flambage sous des charges de compression Toutefois, les nervures de renfort fournissent des sites de concentration de contraintes et d'initiation de fissures. Par conséquent, un besoin existe concernant une conception modifiée pour un châssis structurel arrière qui augmente la résistance au flambage sans introduire quelque autre problème. La présente invention propose un châssis structurel modifié avec des panneaux axialement courbes conçus pour satisfaire les besoins ci-dessus mentionnés La courbure des panneaux augmente la capacité de résistance au flambage sous des charges de compression et diminue la nécessité d'avoir des nervures de renfort qui étaient des sites d'initiation et de propagation de fissures dans les châssis de l'art anté- rieur. Par conséquent, la présente invention concerne un châssis structurel modifié pour utiliser dans un moteur à turbine à gaz qui comporte: (a) une coquille externe annulaire, (b) un moyeu central interne annulaire, et (c) une pluralité d'entretoises réparties sur la circonférence qui s'étendent entre la coquille externe et le moyeu central, et sont reliées à eux, en définissant une forme polygonale. La coquille externe annulaire comporte une plura- lité de panneaux reliés bout à bout les uns aux autres, chaque panneau ayant une configuration courbe La coquille externe a un axe central La configuration courbe de chaque panneau de la coquille externe s'étend dans le sens de cet axe. Ces caractéristiques et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres, apparaîtront à l'homme de l'art à la lecture de la description détaillée qui suit, prise en connexion avec les dessins dans lesquels est représenté et décrit un mode de réalisation illustratif de la présente invention. Dans la description détaillée qui suit, on fera référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à turbine à gaz de l'art antérieur dans lequel on peut utiliser un châssis structurel modifié de la présente invention, la figure 2 est une vue partielle agrandie en coupe axiale longitudinale d'un châssis structurel arrière d'une turbine de l'art antérieur et une partie de la turbine basse pression du moteur de la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective d'un châssis structurel arrière d'une turbine de l'art antérieur de la figure 2 pris séparément, la figure 4 est une vue semblable à celle de la figure 2 montrant le châssis structurel arrière d'une turbine de l'art antérieur pris séparément, la figure 5 est une vue de dessus prise suivant la ligne 5-5 de la figure 4, la figure 6 est une vue agrandie semblable à celle de la figure 4, mais montrant un châssis structurel arrière de la turbine modifié suivant la présente invention. Dans la description qui suit, des numéros de référence identiques désignent des parties correspondantes ou similaires tout au long des différents dessins Aussi, dans la description suivante, on devra savoir que des termes tels que "avant", "arrière", "gauche", "droite", "vers le haut", "vers le bas" et similaires sont des mots de convenance qui ne doivent pas être considérés comme des termes limitatifs. En se référant aux dessins, et en particulier à la figure 1, on voit illustré schématiquement un moteur à turbine à gaz de l'art antérieur, désigné de façon générale par 10, auquel on peut appliquer le châssis 12 structure arrière de turbine modifié (figure 6) de la présente inven- tion Le moteur 10 comporte une ligne centrale longitudinale ou axe A et une enveloppe 14 annulaire extérieure immobile ainsi qu'une nacelle 16 disposée coaxialement et concentri- quement autour de l'axe A La nacelle 16 est soutenue tout autour de l'extrémité avant de l'enveloppe 14 grâce à une pluralité d'entretoises 18, dont une seule est représentée sur la figure 1. Le moteur 10 comporte une soufflante avant 20 placée à l'intérieur de la nacelle 16 et un coeur de moteur 22 générateur du gaz placé à l'arrière de la soufflante 20 et à l'intérieur de l'enveloppe fixe 14 Le coeur du moteur 22 se compose d'un compresseur multi-étages 24, d'une chambre de combustion 26 et d'une turbine haute pression 28, à étage simple ou à étages multiples, tous ces éléments étant placés coaxialement autour de l'axe longitudinal A du moteur 10 et en série suivant l'axe du flux Un arbre 30 d'entraînement externe annulaire relie de façon fixe le compresseur 24 et la turbine haute pression 28 Le moteur 10 comporte en outre une turbine basse pression 32 disposée à l'arrière de la turbine haute pression 28 La turbine basse pression 32 est liée fixement à un arbre 34 d'entraînement interne qui, à son tour, est relié à la soufflante avant 20 Des paliers traditionnels ou éléments similaires ont été omis de la figure 1 par souci de clarté. En fonctionnement, de l'air entre dans le moteur de la turbine à gaz par une entrée d'air de la nacelle 16 entourant la soufflante avant 20 L'air est comprimé par rotation de la soufflante 20 et il est ensuite séparé entre un passage 36 annulaire externe délimité entre la nacelle 16 et l'enveloppe du moteur 14, et un passage 38 du coeur du moteur dont les limites externes sont définies par l'enve- loppe du moteur 14 L'air pressurisé qui pénètre dans le passage 38 du coeur du moteur est encore pressurisé par le compresseur 24 L'air pressurisé en provenance du compresseur 24 est mélangé au combustible dans la chambre de combustion 26 et allumé, ce qui génère des gaz de combustion Ces gaz fournissent de l'énergie à la turbine haute pression 28 qui entraîne le compresseur 24 Le reste des gaz de combustion est expulsé du coeur du moteur 22 dans la turbine basse pression 32 pour entraîner la soufflante avant 20 La partie du flux d'air envoyé par la soufflante 20 dans le passage externe 36 fournit la poussée de propulsion principale créée par le moteur 10. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, on voit représenté un châssis 40 structurel annulaire de l'art antérieur qui est situé au niveau de l'extrémité arrière de la turbine basse pression 32, entre la turbine basse pression 32 et une tuyère arrière 41 (figure 1) Le châssis 40 comporte principalement une coquille externe annulaire 42, un moyeu central interne annulaire 44, et une pluralité d'entre- toises 45 radiales réparties sur la circonférence qui s'étendent entre la coquille externe 42 et le moyeu central 44 auxquels elle est reliée rigidement. La coquille externe 42 du châssis structurel 40 s'étend vers l'arrière de l'enveloppe 46, à laquelle elle est fixée, de la turbine basse pression 32 et fournit une série de passages d'écoulement 47 répartis suivant la circonféren- ce La coquille externe 42 est construite avec une pluralité de panneaux 48 qui sont reliés bout à bout Ces panneaux 48 de la coquille externe 42 ont une configuration plate ayant une faible résistance au flambage quand on les met en compression. En se référant aux figures 4 et 5, pour augmenter la résistance au flambage et améliorer la raideur de la coquille externe 42, une pluralité de nervures 50 de raideur réparties sur la circonférence ont été formées dans les panneaux 48 Cependant, et désavantageusement, les nervures de renfort 50 tendent à fournir des sites de concentration de contraintes et d'initiation et de propagation de fissures. En se référant maintenant à la figure 6, on voit illustrée le châssis structurel modifié 12 de la présente invention ayant une configuration qui élimine la nécessité d'avoir des nervures de renfort et les inconvénients qui les accompagnent Alors que le châssis 12 structurel modifié représenté mettant en pratique les principes de la présente invention se situe au niveau de l'extrémité arrière de la turbine basse pression du coeur du moteur 22, d'autres châssis structurels du moteur 10 peuvent avantageusement utiliser les mêmes principes, si on le souhaite. Le châssis structurel modifié 12 comporte principa- lement les mêmes parties générales que le châssis structurel de l'art antérieur, à savoir une coquille externe annu- laire 52, un moyeu central interne annulaire 54, et une pluralité d'entretoises 56 réparties sur la circonférence qui s'étendent entre la coquille externe 52 et le moyeu central 54 auxquels elles sont reliées rigidement La coquille externe 52 et le moyeu central 54 ont en commun un axe qui est coaxial à l'axe central A (figure 1) du moteur 10 Les entretoises 56 s'étendent radialement par rapport à l'axe A. Le châssis structurel modifié 12 s'étend entre la tuyère arrière 41 et l'enveloppe externe 46 de la turbine basse pression 32, et est relié à eux La coquille externe 52, le moyeu central 54 et la pluralité d'entretoises radiales 56 délimitent ensemble une pluralité de passages d'écoulement 58 s'étendant axialement répartis sur la circonférence autour de l'axe A (figure 1). Cependant, la coquille externe annulaire 52 du châssis structurel modifié 12 comporte une pluralité de panneaux 60, chacun ayant une configuration axialement courbe au lieu de la configuration axialement plate des panneaux 48 de l'art antérieur Les panneaux courbes 60 sont reliés bout à bout les uns avec les autres La configuration courbe de chaque panneau 60 s'étend dans le sens de l'axe A La coquille externe 52 a ses extrémités avant et arrière 52 A, 52 B opposées. La figure 6 montre une coupe axiale de l'un des panneaux courbe 60 suivant sa ligne apex 60 A et sa ligne apothème 60 B Les panneaux courbes 60 constituent une transi- tion douce entre la turbine basse pression 32 et la tuyère arrière 41, sans interférer significativement avec le passage d'écoulement des gaz. On pense que la présente invention et nombreux de ses avantages seront compris de la description qui précède et il est bien entendu que cette description n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Un châssis structurel pour utiliser dans un moteur à turbine à gaz, comportant: (a) une coquille externe annulaire ( 52), (b) un moyeu central interne annulaire ( 54), (c) une pluralité d'entretoises ( 56) réparties sur la circonférence s'étendant entre ladite coquille externe et ledit moyeu central, et reliées à eux, (d) ladite coquille externe annulaire comportant une pluralité de panneaux ( 60) reliés bout à bout les uns aux autres, chacun desdits panneaux ayant une configuration courbe. 2 Le châssis selon la revendication 1, dans lequel ladite coquille externe a un axe central (A), la configura- tion courbe de chaque panneau de ladite coquille externe s'étendant dans le sens dudit axe. 3 Dans un moteur ( 10) à turbine à gaz comportant une turbine ( 32) basse pression et une tuyère arrière ( 41), un châssis structurel ( 12) comportant: (a) une coquille externe annulaire ( 52) s'étendant entre ladite turbine basse pression et ladite tuyère arrière, auxquelles elle est reliée, (b) un moyeu central interne annulaire ( 54), concen- trique avec ladite coquille externe autour d'un axe (A) commun, et (c) une pluralité d'entretoises ( 56) espacées sur la circonférence qui s'étendent entre ladite coquille externe et ledit moyeu central auxquels elles sont reliées, et qui s'étendent radialement par rapport audit axe de ladite coquille externe et dudit moyeu interne, ladite coquille interne, ledit moyeu central et ladite pluralité d'entretoises radiales délimitant ensemble une pluralité de passages d'écoulement 58 qui s'étendent axialement et qui sont espacés sur la circonférence les uns par rapport aux autres autour dudit axe, (d) ladite coquille externe annulaire comportant une pluralité de panneaux ( 60) reliés bout à bout les uns aux autres, chacun desdits panneaux ayant une configuration courbe qui s'étend dans le sens dudit axe. 4 Le châssis de la revendication 3, dans lequel ladite coquille externe a un axe central A, la configuration courbe de chaque panneau de ladite coquille externe s'éten- dant dans le sens dudit axe.