Brevet FR2837240A1 — publié le 20030919

d'acLion (17) de la force de graviL. - 2837240 Dispositif de support et de recentrane d'un arbre apres decouplane. L'invention concerne le probleme de l'integrite des turboreacteurs 3 la suite d'une avarie de soufflante. Les turboreacteurs comportent un moteur qui entrane une soufflante de grand diametre disposee a ['avant du moteur. Les pales de la soufflante peuvent etre abmees par suite de ['ingestion de corps etrangers. En general, la soufflante est assez robuste pour supporter les effets de telles ingestions de corps etrangers sans trop de dommage et est capable de continuer a fonctionner avec peut-etre une efficacite reduite. Dans certaines circonstances toutefois, la soufflante peut etre abmee au point de perdre des morceaux d'une ou plusieurs pales. II se produit alors un balourd important et ceci oblige alors a couper le moteur pour diminuer les risques de l'aeronef. Toutefois, ce balourd cree par la perte de pales entrane des charges cycliques extremement importantes qui doivent etre supportees par la structure au moins pendant la kaisse de regime du moteur jusqu'a la vitesse d'autorotation de la soufflante. La vitesse d'autorotation est la vitesse de rotation du moteur, a ltetat de non fonctionnement, resultant de sa vitesse de deplacement dans 1'atmosphere. Une maniere habituelle d'eliminer les charges cycliques devant etre supportees par la structure consiste a desaccoupler l'arbre de rotation de la soufflante de la structure de support au niveau du palier avant de l'arbre. Ceci est realise habituellement en interposant entre le palier et la structure de support du palier des elements fusibles qui se rompent des que les forces radiales a supporter par le palier depassent une valeur predeterminee. L'arbre de la soufflante est alors libre de se deplacer radialement dans une certaine mesure et de tourner autour de l'axe longitudinal de symetrie du moteur, et la soufflante se met a tourner autour d'un axe de rotation passant sensiblement au voisinage de son nouveau centre de gravite. Toutefois, dans certaines circonstances, la vibration resultant du balourd qui persiste a la vitesse d'autorotation peut encore etre tres importante. Ceci est dD a la frequence naturelle de vibration de la soufflante et a la diminution de la raideur radiale du palier de support. Aussi existe-t-il dans certains agencements de support d'arbre des moyens pour conserver une certaine raideur au palier, voire de ramener l'axe de l'arbre sensiblement coaxialement 3 l'axe du moteur. EP 0 874 137 prevoit d'interposer entre la bague exterieure du palier et la structure de support un element de support normalement immobilise par des elements fusibles radialement et qui peut coulisser dans une cavite annulaire apres rupture des elements fusibles. Cet element vient alors en appui sur un amortisseur qui tend 3 le ramener vers la position initiale. La cavite annulaire se presente sous la forme d'une calotte creuse delimitee par deux parois spheriques concentriques, contre lesquelles frottent des surfaces de ['element de support, ce qui entra'fne une imprecision dans le recentrage. US 6 009 701 decrit egalement un palier de support d'un arbre de soufflante dont la bague exterieure est fixee 3 la structure fixe par des elements fusibles radialement, afin de liberer l'arbre par rapport 3 la structure fixe en cas de rupture des elements fusibles. La bague exterieure est entouree par un anneau ouvert de forme helicofdale qui est susceptible de cooperer avec une paroi conique solidaire de la structure fixe. Cette paroi conique presente une gorge interne helicofdale qui permet de deplacer l'anneau helicofdal d'une position extreme ou le debattement possible de l'arbre est maximum vers l'autre position extreme ou l'axe de l'arbre est de nouveau coaxial 3 l'axe du moteur, par suite de la rotation de l'arbre autour de l'axe du moteur pendant la baisse de regime de la soufflante de sa vitesse en fonctionnement jusqu'a la vitesse d'autorotation. L'etat de la technique est egalement illustre par US 5 733 050 et US 6 098 399. Il est 3 noter que, dans tous ces documents, les elements fusibles vent interposes entre la bague exterieure du palier et la structure fixe du moteur. Apres la rupture des elements fusibles, le palier est alors decentre par rapport 3 l'axe geometrique du moteur. Or, le palier avant de la soufflante est alimente en huile par des buses solidaires de la structure fixe. Ces buses peuvent etre ab'fmees lors du deplacement axial du palier et US 5 733 050 le prevoit expressement. Ceci peut entraner des dommages au palier lors du regime d'autorotation, si ce regime persiste pendant une tres longue periode, par suite du defaut de lubrification. Le premier but de ['invention est d'assurer un recentrage precis de l'arbre apres le decouplage. Le deuxieme but de ['invention est de conserver l'integrite des moyens de lubrification apres le decouplage. L'invention concerne done un dispositif pour supporter radialement ['avant d'un arbre d'entranement d'une soufflante d'un turboreacteur d'axe longitudinal X, I'axe geometrique audit arbre etant normalement coaxial audit axe longitudinal X, ledit dispositif comportant un support annulaire fixe entourant ledit arbre, un palier de support dispose entre ledit arbre et ledit support et presentant une bague exterieure fixe en rotation et une bague interieure mobile en rotation avec ledit arbre, des moyens fusibles radialement interposes entre l'une desdites bagues et la piece adjacente de ['ensemble constitue par ledit arbre et ledit support et destines 3 rompre des 1'apparition d'une force radiale dtintensite superieure a un seuil predetermine afin de liberer radialement ledit arbre par rapport audit support, et des moyens pour recentrer l'axe geometrique de l'arbre sur l'axe longitudinal du turboreacteur apres la rupture desdits moyens fusibles. Ce dispositif est caracterise par le fait que les moyens fusibles radialement comportent deux ailes annulaires sectorisees ou tenons prevus respectivement dans les regions radialement exterieures de la bague interieure et qui s'etendent axialement vers l'exterieur, les extremites desdits ailes ou tenons etant normalement retenus a la peripherie de deux coupelles annulaires axialement espacees et solidaires en rotation de 1'arbre, la region radialement interieure de la bague interieure etant radialement espacee de l'arbre afin de permettre le debattement de l'arbre en cas de rupture desdits ailes ou tenons, et par le fait que les moyens pour recentrer l'axe geometrique de l'arbre sur l'axe longitudinal audit turboreacteur comportent deux ensembles de billes disposes chacun entre une face axiale de la bague interieure et la coupelle adjacente, chaque bille etant normalement en appui dans les fonds de deux cuvettes menagees en vis-a-vis l'une dans la coupelle adjacente et l'autre dans la face frontale adjacente de la bague interieure, et des moyens elastiques sollicitant lesdites coupelles l'une vers l'autre afin de ramener les billes vers les fonds desdites cuvettes. c 2837240 Ainsi, en fonctionnement normal, lorsque les charges radiales supportees par le palier ont une intensite inferieure au seuil predetermine, la bague interieure est solidaire des coupelles et les billes vent positionnees dans le fond des cuvettes. Lorsqu'a la suite d'une avarie de la soufflante, le balourd cree des charges radiales d'une intensite au moins egale au seuil predetermine, les ailes ou tenons de la bague interieure se brisent, et l'arbre peut se deplacer par rapport a l'axe geometrique du turboreacteur qui est egalement l'axe geometrique de la bague interieure. Les billes gravissent les pentes des coupelles et ecartent ces derrieres, ce qui augmente les forces exercees par les moyens elastiques jusqu'a reequilibrage du rotor. L'effort radial diminuant avec la vitesse de rotation, I'arbre est recentree par les billes avec un effort de frottement tres faible. Pendant la periode ou les coupelles vent decentrees par rapport a la bague interieure, les billes roulent sur les parois des deux cuvettes en vis a-vis autour du centre de ces cuvettes, avec un effort de frottement tres faible. Le dispositif selon ['invention permet ainsi de limiter les degats secondaires au moteur et a la structure de l'aeronef pendant la phase d'autorotation qui suit un decouplage. II est a noter en outre que le deplacement radial de 1'arbre est limite par le contact entre 1'arbre et la bague interieure. Tres avantageusement, chaque cuvette est de revolution autour d'un axe normalement parallele a l'axe longitudinal X. De preference, les moyens elastiques vent en appui sur la face axialement externe de 1'une des coupelles, et 1'autre coupelle est axialement fixe par rapport a l'arbre. D'autres avantages et caracteristiques de ['invention ressortiront a la lecture de la description suivante faite a titre d'exemple et en reference aux dessins annexes dans lesquels: - la figure est une vue generale de 1'invention en mode de fonctionnement normal; - la figure 2 est semblable a la figure et montre le dispositif apres decouplage; - les figures 3a, 3b et 3c montrent des coupes de trots exemples de coupelles, selon un plan axial passant par le centre d'une cuvette; À 2837240 - la figure 4a montre le diagramme du deplacement de l'arbre en fonction de ['effort radial pour des cuvettes coniques conformes a celle de la figure 3a; et - la figure 4b montre le diagramme du deplacement de l'arbre en fonction de ['effort radial pour des cuvettes conformes a celle de la figure 3b. La figure montre la partie avant d'un arbre d'entranement 2 du moyeu 3 d'une soufflante d'un turboreacteur ayant un axe longitudinal X. L'arbre 2 est entrane en rotation par une turbine basse pression non montree sur le dessin. Cette partie avant est supportee radialement par un support annulaire fixe 4 de la structure du turboreacteur au moyen d'un palier 5 qui comporte des billes 6 positionnees dans des cavites d'une cage 7 interposee entre une bague exterieure 8 et une bague interieure 9. Le support annulaire fixe 4 coaxial a l'axe longitudinal X entoure la partie avant de l'arbre 2, et la bague exterieure 8 est bridee sur le support annulaire 4 au moyen de vis et ecrous 10. Dans les conditions normales de fonctionnement, I'axe geometrique il de l'arbre 2 est confondu avec l'axe longitudinal X du turboreacteur. Ainsi que cela se volt clairement sur la figure 1, la face radialement interieure 12 de la bague interieure 9 est espacee de la face externe la de l'arbre 2 d'une distance ou jeu], et la region radialement exterieure 13 de la bague interieure 9 comporte deux ailes annulaires ou tenons 14a et 14b qui s'etendent axialement vers l'exterieur de la bague interieure 9, I'aile 14a s'etendant vers ['avant du turboreacteur et l'aile 14b s'etendant vers l'arriere. L'extremite avant de l'aile ou du tenon 14a est retenue dans une rainure 15a menagee a la peripherie d'une premiere coupelle annulaire 16a, solidaire en rotation de l'arbre 2 et dont la face avant est en appoi contre la bride d'extremite 17 de la partie avant de l'arbre 2 sur laquelle le moyeu 3 de la soufflante est fixe par des vis-ecrous 18. De la meme maniere, I'extremite arriere de l'aile 14b est retenue dans une rainure 15b menagee a la peripherie d'une deuxieme coupelle annulaire 16b solidaire en rotation de l'arbre 2. Des cales elastiques 20 vent interposees entre la face arriere de la deuxieme coupelle 16b et une butee annulaire 21 d'axe 11 qui entoure l'arbre 2 et est fixee axialement sur cette derriere. Les cales elastiques 20 sollicitent en permanence la deuxieme coupelle 16b vers la premiere coupelle 16a qui est fixe axialement par rapport 3 I'arbre 2. La deuxieme coupelle 16b en revanche est montee sur l'arbre 2 de telle maniere qu'elle puisse se deplacer axialement. La longueur axiale des ailes ou des tenons 14a et 14b est telle que des espaces annulaires 22a et 22b separent respectivement la face arriere 23a de la premiere coupelle 16a et la face avant 24a de la bague interieure 9, et la face arriere 24b de la bague interieure 9 et la face avant 23b de la deuxieme coupelle 9. La face arriere 23a de la premiere coupelle 16a et la face avant 24a de la bague interieure 9 presentent chacune une pluralite de cuvettes de revolution autour d'un axe 30 parallele 3 I'axe longitudinal X, referencees 25 sur la premiere coupel le 16a et 26 sur la bag ue i nterieu re 9, qui, dans les conditions normales de fonctionnement montrees sur la figure 1, vent en vis-3-vis. Chaque couple de cuvettes 25 et 26 loge une bille 28a qui, dans les conditions normales de fonctionnement, est centree sur l'axe 30 commun aux deux cuvettes 25 et 26 et est en appui dans le fond desdites deux cuvettes 25 et 26. La face arriere 24b de la bague interieure 9 et la face avant 23b de la deuxieme coupelle 16b comportent egalement une pluralite de cuvettes 25 et 26, d'axe 30 retenant des billes 28b en appui dans les fonds desdites cuvettes. Le diametre des billes 28a et 28b est fonction de la longueur des ailes ou des tenons 14a et 14b et est calcule de telle maniere que, dans les conditions normales de fonctionnement du turboreacteur, les billes 28a et 28b logent dans leurs cuvettes respectives et que les extremites des ailes ou des tenons 14a et 14b solent retenues dans les rainures 15a et 15b des coupelles 16a et 16b. Les ailes ou les tenons 14a et 14b permettent le centrage de la bague interieure 9 sur les coupelles 16a et 16b. L'epaisseur des ces ailes ou tenons 14a et 14b est calculee de telle maniere que les ailes ou les tenons 14a et 14b transmettent les charges radiales de l'arbre 2 3 la bague interieure 9 lorsque ces charges radiales ont une intensite inferieure 3 un seuil predetermine Fm. Lorsque les charges radiales transmises par l'arbre 2 vent egales ou superieures 3 Fm, les ailes ou les tenons 14a et 14b se rompent, et la partie avant de l'arbre 2 est liberee radialement par rapport a l'axe longitudinal X de la bague interieure 9. Autrement dit, I'axe geometrique 11 de l'arbre 2 est decale de l'axe longitudinal X d'une distance d au plus egale au jeu entre la face interieure 12 de la bague interieure 9 et la face externe de l'arbre 2, ainsi que cela est montre sur la figure 2. Ceci peut se produire en cas de balourd important du 3 la rupture d'une aube de la soufflante. Lors du deplacement radial de l'arbre 2 par rapport a la bague interieure 9, les billes 28a et 28b s'ecartent des fonds de leurs cuvettes respectives 25 et 26 et se mettent a rouler sans frottement excessif sur les parois de ces cuvettes. La deuxieme coupelle 16b est alors ecartee de la premiere coupelle 16a et provoque l'ecrasement des cales elastiques 20. L'effort axial exerce par les cales elastiques 20 est compense par les composantes axiales des forces exercees par les billes 28a et 28b sur les parois des cuvettes 25 et 26. Les forces exercees par les billes 28a et 28b sur les parois 25 et 26 ont une resultante radiale opposee a la charge radiale F de l'arbre 2. Cette charge radiale est fonction du balourd et de la vitesse de rotation de l'arbre. Des quton coupe l'alimentation en carburant du moteur du turboreacteur, la vitesse de la soufflante decro^'t jusqu'a la vitesse de rotation, et les forces axiales appliquees par les cales elastiques 20 ont tendance 3 ramener les billes 28a et 28b vers le fond de leurs cuvettes 25 et 26. La figure 3a montre une cuvette 25 de forme conique menagee dans une coupelle 16a ou 16b, et la figure 4a montre le diagramme du deplacement d par rapport 3 la force radiale F exercee par l'arbre 2 en rotation. Tant que les ailes ou les tenons 14a et 14b vent solidaires de la bague interieure 9 et que la force F est inferieure a Fm, le deplacement d est egal a 0, ceci est represente par le segment OA. Des que la force F atteint ou depasse Fm, les ailes ou les tenons 14a et 14b se rompent et l'arbre 2 se decale d'une distance d qui est habituellement inferieure 3 J. Lorsque la valeur est obtenue, I'arbre 2 est en appui contre la face interieure 12 de la bague interieure 9. Le decalage initial est represente par le segment AB. Des que la force radiale diminue, par suite de la diminution de vitesse de l'arbre 2, la distance d est proportionnelle a la force F. ceci est represente par le segment BO. La figure 3b montre une cuvette 25 de forme biconique menagee dans une coupelle 16a ou 16b. Tant que la force radiale F est inferieure a Fm et que les ailes ou les tenons 14a et 14b vent solidaires de la bague interieure 9, le deplacement d est nul. Lorsque la force radiale F est egale a Fm, les ailes ou les tenons 14a et 14b se rompent et l'axe geometrique de l'arbre 2 se decale d'une distance d de l'axe longitudinal X. Ce deplacement est represente par le segment AB sur la figure 4b. Les billes 28a et 28b vent alors positionnees sur le cBne exterieur 3ib de la cuvette 25 et, lors de la diminution de la force radiale F. les billes se rapprochent du c8ne interieur 31a. Ceci est represente sur la figure 4b par le segment BC. Lorsque les billes 28a et 28b roulent sur la paroi du cone interieur 31a, le rapport entre le deplacement d et la force radiale F est represente par le segment CO sur la figure 4b. La figure 3c montre une cuvette 25 dont le rayon de courbure va croissant lorsqu'on s'ecarte de l'axe 30. Ceci permet de regler la raideur du palier 5 apres la rupture des ailes ou des tenons 14a et 14b. La cuvette 26 associee a la cuvette 25 est de preference identique a cette cuvette 25. La reference 32, visible sur les figures et 2, montre une buse alimentee en huile par un conduit 33 solidaire de la structure fixe du turboreacteur et servant a la lubrification du palier 5. Du fait que le palier est immobile radialement par rapport a la structure fixe, les buses 32 assurent egalement, apres le decouplage, une lubrification parfaite du palier 5. REVEN DICATIONS i. Dispositif pour supporter radialement ['avant () d'un arbre d'entranement (2) d'une soufflante (3) d'un turboreacteur d'axe longitudinal X, l'axe geometrique () audit arbre (2) etant normalement coaxial audit axe longitudinal X, ledit dispositif comportant un support annulaire (4) fixe entourant ledit arbre (2), un palier de support (5) dispose entre ledit arbre (2) et ledit support (4) et presentant une bague exterieure (8) fixe en rotation et une bague interieure (9) mobile en rotation avec ledit arbre (2), des moyens fusibles radialement interposes entre l'une desdites bagues (8, 9) et la piece adjacente de ['ensemble constitue par ledit arbre (2) et ledit support (4) et destines a rompre des ['apparition d'une charge radiale F d'intensite superieure a un seuil predetermine Fm afin de liberer radialement ledit arbre (2) par rapport audit support (4) et des moyens pour recentrer l'axe geometrique () de l'arbre (2) sur l'axe longitudinal X du turboreacteur apres la rupture desdits moyens fusibles, caracterise par le fait que les moyens fusibles radialement comportent deux ailes annulaires sectorisees ou tenons (14a, 14b) prevus respectivement dans les regions radialement exterieures de la bague interieure (9) et qui s'etendent axialement vers l'exterieur, les extremites desdits ailes ou tenons (14a, 14b) etant normalement retenues a la peripherie de deux coupelles annulaires (16a, 16b) axialement espacees et solidaires en rotation de l'arbre (2), la face radialement interieure (12) de la bague interieure (9) etant radialement espacee de l'arbre (2) afin de permettre le debattement de l'arbre (2) en cas de rupture desdits ailes ou tenons (14a, 14b), et par le fait que les moyens pour recentrer l'axe geometrique () de l'arbre (2) sur l'axe longitudinal X audit turboreacteur comportent deux ensembles de billes (28a, 28b) disposes chacun entre une face (24a, 24b) axiale de la bague interieure (9) et la coupelle (16a, 16b) adjacente, chaque bille etant normalement en appui dans les fonds de deux cuvettes menagees en vis-a-vis l'une (25) dans la coupelle adjacente (16a, 16b) et l'autre (26) dans la face frontale adjacente (24a, 24b) de la bague interieure (9), et des moyens elastiques (20) qui sollicitent lesdites coupelles (16a, 16b) I'une vers l'autre afin de ramener les billes (28a, 28b) vers les fonds desdites cuvettes (25, 26). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracterise par le fait que chaque cuvette (25, 26) est de revolution autour d'un axe (30) normalement parallele a l'axe longitudinal X. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterise par le fait que les moyens elastiques (20) vent en appui sur la face axialement externe de l'une des coupelles (16b), I'autre coupelle (16a)