Brevet FR2950860A1 — publié le 20110408

DISPOSITIF D'ACCROCHAGE D'UN MOTEUR A UN MAT D'AERONEF DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un dispositif d'accrochage d'un moteur à un mât d'aéronef. Les moteurs d'aéronefs sont suspendus à ceux-ci par des mâts, et la jonction entre les moteurs et les mâts est faite par des systèmes d'attache pouvant comprendre divers éléments mécaniques. Une construction typique comprend deux systèmes d'attache placés à deux plans différents du moteur pour le soutenir de façon stable. Dans une réalisation usuelle de cette construction, qu'on peut rencontrer avec les moteurs à double flux et à soufflante carénée ou non (propfans), la région d'attache arrière est située (dans le cas d'un moteur « pousseur » où la soufflante est placée à l'arrière) au raccordement entre les turbines et la soufflante, non loin du centre de gravité du moteur, ce qui offre l'avantage d'une meilleure transmission des efforts de poussée au mât et à l'aéronef, tandis que la région d'attache avant est située tout a l'avant du moteur, devant les compresseurs, pour que l'écart important entre les régions donne une stabilité plus grande à l'accrochage. Il est apparu que cette conception pouvait être améliorée de façon à diminuer le niveau des vibrations transmises à l'aéronef par le moteur. L'amélioration représentée par l'invention a porté sur deux points: la position des systèmes d'attache du moteur et la répartition de leurs caractéristiques de raideurs. 2 Une origine de l'invention est la constatation que le premier mode de flexion vibratoire de nombreux moteurs comprend un noeud de vibration antérieur proche d'une région de séparation entre deux compresseurs, l'un à plus basse pression et l'autre à plus haute pression : on a donc décidé de placer le système d'attache avant à cet endroit afin que les vibrations de ce premier mode de flexion du moteur, qui interviennent pour une grande part dans le niveau total des vibrations, soient donc très faiblement ressenties par le système d'attache avant et donc très peu transmises à l'aéronef. Le noeud de vibration postérieur de ce mode est généralement à l'arrière du moteur, proche des hélices de la soufflante dans le cas d'un « propfan », c'est-à-dire qu'il n'est pas très loin de la région d'attache arrière habituelle mais qu'il en est tout de même distinct. Cette région d'attache étant avantageuse en soi, puisque l'accrochage du moteur par le centre de gravité diminue les déformations de flexion qu'il subit, qui causent des pertes de performance et de l'usure, son emplacement n'est pas modifié d'après l'invention, mais il a été décidé de rendre le système d'attache arrière plus souple que le système d'attache avant afin d'exercer un filtrage des vibrations qu'il transmet du fait que le noeud de vibration postérieur ne soit pas coïncidant avec le plan d'attache arrière. L'invention, pour résumer, est relative sous un premier aspect à un dispositif d'accrochage d'un moteur à un mât d'aéronef, comprenant deux systèmes d'attache du moteur au mât situés dans des 3 régions d'attache espacées en direction longitudinale du moteur et de l'aéronef, dont une région avant et une région arrière placée près d'un centre de gravité du moteur, caractérisé en ce que la région avant est située à l'endroit d'une séparation entre deux compresseurs du moteur, et en ce que le système d'attache à la région arrière est plus souple que le système d'attache à la région avant. Il est favorablement envisagé que le système d'attache de la région avant soit rigide essentiellement à l'égard d'efforts verticaux et transversaux, et de moments autour d'un axe longitudinal, et que le système d'attache de la région arrière soit conçu pour résister aussi à des efforts verticaux et transversaux, mais plus souplement que le système d'attache de la région avant. Le dispositif d'accrochage peut comprendre encore un système de bielles résistant à des efforts de poussée. Si ces différentes dispositions coexistent, l'ensemble des systèmes d'attache est conçu pour enlever six degrés de liberté entre le moteur et le mât, avec une disposition qui autorise un montage isostatique et évite ainsi de transmettre des efforts importants provenant de contraintes internes d'assemblage. De bonnes caractéristiques de transmission des efforts du moteur vers le mât peuvent être obtenues quand la bielle descend du mât au moteur d'un endroit proche de la région avant à un endroit proche de la région arrière et est dirigée vers un point de 4 l'intersection entre l'axe moteur et le plan d'attache arrière. Deux façons différentes sont envisagées pour s'assurer d'un système d'attache de la région arrière plus souple que le système d'attache avant: soit l'emploi de liaisons souples, connues de l'homme du métier, dans le système d'attache arrière; soit la construction du mât avec une portion de raccordement au système d'attache arrière construite en une structure plus souple qu'une portion principale du mât. L'invention concerne encore un aéronef pourvu d'un tel dispositif d'accrochage. Elle sera maintenant décrite dans ses différents aspects et avec plus de détails en liaison aux figures annexées suivantes : - la figure 1 illustre une conception antérieure de dispositif d'accrochage, - les figures 2 et 4 illustrent une réalisation de l'invention, - la figure 3 illustre la cinématique fonctionnelle recherchée, et les figures 5 et 6 illustrent la réalisation de deux modes de l'invention sur un autre moteur. Une conception traditionnelle est représentée à la figure 1. Un moteur 1 est suspendu à un mât 2 au moyen d'un système d'attache de région avant (qui sera abrégé en « système d'attache avant ») 3 et d'un système d'attache de région arrière (« système d'attache arrière ») 4. Le système d'attache avant 3 est tout à l'avant du moteur, et devant le compresseur à basse pression 5, après lequel on trouve classiquement un compresseur à haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine à haute pression 8, une turbine à basse pression 9, et encore deux 5 hélices 10 et 11 de soufflante non carénée. Le système d'attache arrière 4 est placé entre la turbine à basse pression 9 et l'hélice 10 antérieure, non loin du plan du centre de gravité C du moteur 1. Or un premier mode de réalisation est représenté à la figure 2. Ainsi que l'on a mentionné, le premier mode propre de vibration de flexion du moteur 1 comprend deux noeuds N1 et N2 placés à peu près entre les compresseurs 5 et 6 pour le premier et dans les hélices 10 et 11 pour le second. Le système d'attache avant, maintenant 12, s'étend entre le mât 2 et une portion du moteur 1 comprise entre les compresseurs 5 et 6, au plus près du premier noeud N1 puisque les systèmes d'attache doivent être établis aux séparations entre les éléments principaux du moteur 1, où se trouvent des structures de raidissage importantes pour soutenir des paliers des lignes d'arbres. Le système d'attache arrière 13 est laissé entre la turbine à basse pression 9 et les hélices 10 et 11, non loin du plan P transversal contenant le centre de gravité C du moteur 1. Les systèmes d'attache avant et arrière 12 et 13 peuvent être construits au moyen d'éléments mécaniques usuels comme des bielles, mais l'invention ne porte pas sur des détails d'ordre technologique de construction des attaches mais sur leurs dispositions et leurs propriétés générales. C'est ainsi que le 6 système d'attache avant 12 peut être construit de manière à transmettre les efforts transversaux en Y, verticaux en Z, et les moments de torsion Mx du moteur 1 autour de la direction longitudinale X. Cette jonction cherche à reproduire la cinématique analogue à un cardan telle qu'illustrée en figure 3. Le système d'attache arrière 13, représenté à la figure 2, est construit au moyen d'éléments mécaniques usuels comme des bielles. Ce système d'attache peut être construit de sorte à reprendre des efforts transversaux Y et verticaux Z. Une plus grande souplesse est toutefois préconisée pour le système d'attache arrière, ce qui peut être réalisé si le mât 2 a une portion arrière 21 en porte-à-faux, construite plus souple que le reste du mât, au bout de laquelle le système d'attache 13 est raccordé. La partie en porte-à-faux 21 a la faculté de fléchir quand des efforts lui sont appliqués, ce qui contribue à limiter l'ampleur des vibrations transmises au mât 2. Dans une conception équivalente, représentée à la figure 4, l'attache 13 est remplacée par des liaisons souples 30 pour reprendre de façon souple les mêmes efforts en Y et Z. Revenant à la figure 2, on voit que le dispositif d'accrochage est complété par une bielle 22 oblique s'étendant entre le mât 2 et le moteur 1 et destinée à transmettre les efforts de poussée. Cette bielle peut être placée de la façon représentée, oblique et descendante vers l'arrière, raccordée au mât 2 près du système d'attache avant 12 et s'étendant en direction de l'intersection d'un plan P' du système d'attache arrière 13 et de l'axe du moteur afin de 7 transmettre au mât 2 un effort de compression pure. Une conception différente, par exemple descendante vers l'avant, comme le représente la référence 23, pourrait toutefois être adoptée. La structure d'attache du moteur représentée aux figures 2, 3, et 4 arrête donc pour essentiel six degrés de liberté : deux translations en Y, deux translations en Z, une translation en X et une rotation autour de X. Comme les deux translations arrêtées en Y et les deux translations arrêtées en Z équivalent à des rotations autour de Z et Y respectivement, on peut considérer que les six degrés de libertés fondamentaux du moteur 1 sont arrêtés chacun une seule fois, et donc que la structure d'attache est isostatique. Le mât 2 peut indifféremment être accroché à l'aéronef 24 partiellement représenté par son fuselage ou par une voilure. Certains avantages annexes de l'invention sont que le mât 2 est plus étroit dans la direction longitudinale X, ce qui peut permettre de l'alléger et de disposer d'un volume au-dessus de l'avant du moteur 1 pour y installer un autre équipement ; et que les tirs de disques, consécutifs à une rupture partielle d'un élément du rotor du moteur 1 pendant un accident et qui auraient pour effet de rompre les structures sur la trajectoire de cet élément doté d'une très grande énergie cinétique, sont moins dangereux ici puisqu'ils risquent moins d'apparaître entre les régions d'attache 12 et 13 plus rapprochées que de coutume, où ils sont le plus à craindre puisqu'ils peuvent alors couper le mât 2 en deux de sorte qu'un des systèmes d'attache 12 8 et 13 ne serait plus relié à l'aéronef 24 et qu'une chute du moteur 1 deviendrait possible. Un autre genre de réalisation de l'invention va maintenant être décrit: on s'est jusqu'ici concentré sur des moteurs dits "poussés" dont la soufflante est à l'arrière; or il existe d'autres moteurs comprenant les mêmes éléments, mais "tractés", dont la soufflante est à l'avant. Un exemple est écrit schématiquement à la figure 5: on trouve d'avant en arrière les hélices 10' et 11', puis les compresseurs 5 et 6, la chambre de combustion 7, et les turbines 8 et 9. Les considérations précédentes s'appliquent ici de façon symétrique, puisque les noeuds N1 et Nz du premier mode de vibrations de flexion s'étendent usuellement à l'endroit des hélices 10' et 11' pour l'un et près du lieu de séparation entre les turbines 8 et 9 pour l'autre. Il est donc conforme à cet aspect de l'invention de disposer un système d'attache arrière 12' à l'endroit de ce lieu de séparation entre les turbine 8 et 9, et de disposer le système d'attache avant 13' près du plan de centre de gravité C', entre les hélices 10' et 11' d'une part, le compresseur à basse pression 5 d'autre part. De plus, la liaison entre ce moteur 1' et le mât 2 est plus souple par le système d'attache avant 13' que par le système d'attache arrière 12'. Cela peut être fait par une portion d'attache souple 21' du mât 2 près du système d'attache avant 13' ou par la construction du système d'attache avant 13' sous forme de liaisons souples 30, ce qu'illustre la figure 6. La disposition la plus 9 favorable de la bielle de poussée 22', quand l'invention en comporte une, est par analogie entre l'arrière du mât 2, près du système d'attache arrière 12' et un raccord au moteur 1' plus en avant, dans la direction d'une intersection entre son axe et un plan du système d'attache avant 13'. De l'interversion des hélices sur le moteur découle donc une interversion des régions d'attache dans les deux genres de moteurs, puisque ces régions sont choisies en fonction des positions des noeuds de vibration et du centre de gravité ; or on s'aperçoit que ces positions sont à peu près les mêmes par rapport à la soufflante dans chacun de ces genres de moteurs ; toutes les considérations, caractéristiques et tous les avantages données à propos du moteur poussé restent valables et sont applicables ici, le système d'attache le plus souple étant celui qui est le plus proche de la soufflante, et les compresseurs et turbines étant intervertis par rapport à la soufflante dans le cas d'un moteur tracté. La description précédente ne sera donc pas entièrement reprise ici.25 REVENDICATIONS1) Dispositif d'accrochage d'un moteur (1) à un mât (2) d'aéronef (24), comprenant deux systèmes d'attache (12, 13) du moteur au mât situés dans des régions d'attache espacées en direction longitudinale (X) du moteur et de l'aéronef, dont une région avant et une région arrière placée près d'un plan (P) de centre de gravité (C) du moteur, caractérisé en ce que le système d'attache à la région avant, cinématiquement proche d'un cardan, est situé à l'endroit d'une séparation entre deux compresseurs (5, 6) du moteur proche d'un noeud (Ni) d'un premier mode de flexion de moteur, et en ce que le système d'attache à la région arrière est plus souple que le système d'attache à la région avant. 2) Dispositif d'accrochage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur est à double flux et à soufflante carénée ou non, et la région arrière est située entre des turbines (8, 9) du moteur et la soufflante (10, 11), qui est placée en arrière du moteur. 3) Dispositif d'accrochage d'un moteur (1) à un mât (2) d'aéronef (24), comprenant deux systèmes d'attache (12', 13') du moteur au mât situés dans des régions d'attache espacées en direction longitudinale (X) du moteur et de l'aéronef, dont une région arrière et une région avant placée près d'un plan (P) de centre de gravité (C) du moteur, caractérisé en ce que le système d'attache à la région arrière, cinématiquement proche d'un cardan, est situé à l'endroit d'une séparation entre deux turbines (7, 8) du moteur proche 11 d'un noeud d'un premier mode de flexion de moteur, et en ce que le système d'attache à la région avant est plus souple que le système d'attache à la région arrière. 4) Dispositif d'accrochage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur est à double flux et à soufflante carénée ou non, et la région avant est située entre des compresseurs (5, 6) du moteur et la soufflante (10', 11'), qui est placée en avant du moteur. 5) Dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système d'attache (12, 12) qui n'est pas le plus souple est rigide essentiellement à l'égard d'efforts verticaux et transversaux (Y, Z) et de moments (Mg) autour de la direction longitudinale. 6) Dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système d'attache le plus souple (13, 13) est conçu pour résister souplement à des efforts verticaux et transversaux (Y, X). 7) Dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 6 précédentes, caractérisé en que le dispositif d'accrochage comprend encore une bielle (22, 22', 23) résistante à des efforts de poussée. 8) Dispositif d'accrochage suivant les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que la bielle (22) descend du mât au moteur d'un endroit proche de la région avant à un endroit proche de la région arrière et est dirigée vers une intersection entre l'axe du moteur et un plan de la région d'attache arrière. 12 9) Dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le système d'attache de la région arrière (13) comprend des liaisons souples (30). 10) Dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en que le mât (2) comprend une portion de raccordement (21) au système d'attache de la région arrière (13) qui est plus souple qu'une portion principale du mât. 11) Dispositif d'accrochage suivant les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que la bielle (22') descend du mât au moteur d'un endroit proche de la région arrière à un endroit proche de la région avant et est dirigée vers une intersection entre l'axe du moteur et un plan d'attache de la région avant. 12) Dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le système d'attache de la région avant (13') comprend des liaisons souples (30). 13) Dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en que le mât (2) comprend une portion de raccordement (21') au système d'attache de la région avant (13') qui est plus souple qu'une portion principale du mât. 14) Dispositif d'accrochage suivant les revendications 5, 6 et 7, caractérisé en ce qu'il est isostatique. 15) Aéronef, caractérisé en qu'il comprend un dispositif d'accrochage suivant l'une quelconque des 30 revendications précédentes. 25