Brevet FR2979121A1 — publié le 20130222

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des turbopropulseurs munis de deux hélices contrarotatives entraînées en rotation au moyen d'une turbine simple. Elle vise plus précisément un dispositif de transmission mécanique utilisé entre l'arbre du rotor de la turbine et les deux arbres d'entraînement en rotation des deux hélices. De façon connue, un turbopropulseur d'avion à double hélice comprend deux ensembles contrarotatifs de pales de soufflante non carénées. Dans certaines architectures de turbopropulseur à double hélice, ces ensembles de pales de soufflante sont entraînés en rotation par une turbine de puissance à deux rotors contrarotatifs. Dans d'autres architectures plus particulièrement concernées par la présente invention, les ensembles de pales de soufflante sont entraînées par un même et unique rotor de la turbine de puissance. On pourra par exemple se référer au document FR 2 942 203 qui décrit un exemple de réalisation d'une telle architecture. Les hélices contrarotatives d'un tel turbopropulseur peuvent être entraînées en rotation directement ou indirectement par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission mécanique formant réducteur et comprenant notamment un train épicycloïdal. Généralement, ce train épicycloïdal comporte notamment un arbre planétaire qui est centré sur l'axe longitudinal du turbopropulseur et qui est relié vers l'amont au rotor de la turbine de puissance pour être entraîné par celle-ci. En aval, cet arbre planétaire porte le planétaire du train épicycloïdal et transmet au travers d'engrenages son mouvement de rotation aux deux ensembles de pales de soufflante du turbopropulseur. En fonctionnement, le turbopropulseur subit des déformations qui peuvent atteindre le dispositif de transmission mécanique. Or, si ces déformations atteignent le train épicycloïdal du dispositif de transmission, elles risquent d'engendrer un désalignement des différents satellites qui le constituent, entraînant alors une usure prématurée des dentures de ces satellites. des différents éléments du train épicycloïdal lorsque le turbopropulseur subit des déformations en fonctionnement. Ce but est atteint grâce à un dispositif de transmission mécanique pour l'entraînement en rotation des hélices contrarotatives d'un turbopropulseur à double hélice, comprenant un train épicycloïdal ayant un planétaire porté par un arbre planétaire qui est centré sur un axe longitudinal du turbopropulseur et qui est destiné à être relié vers l'amont à un rotor d'une turbine du turbopropulseur pour être entraîné en rotation, au moins un satellite engrenant avec le planétaire, un porte- satellite portant de manière rotative le satellite et qui est porté par un arbre de porte-satellite destiné à être relié vers l'aval à un premier ensemble d'hélices pour l'entraîner en rotation, et une couronne engrenant le satellite et qui est portée par un arbre de couronne destiné à être relié vers l'aval à un second ensemble d'hélices pour l'entraîner en rotation. Conformément à l'invention, l'arbre planétaire comprend une extrémité amont munie d'une bride amont s'étendant radialement vers l'extérieur, et une extrémité aval opposée à l'extrémité amont et munie d'une bride aval formée en aval du train épicycloïdal et s'étendant radialement vers l'extérieur. La présence aux deux extrémités de l'arbre planétaire de brides s'étendant radialement vers l'extérieur permet de donner à l'arbre une grande souplesse mécanique en radial pour lui permettre d'absorber les déformations subies en fonctionnement par le turbopropulseur. Ces brides sont situées de part et d'autre du planétaire de façon à maximiser la distance entres elles. La tolérance au désalignement des différents éléments du train épicycloïdal est ainsi renforcée. Les risques d'usure du train épicycloïdal s'en trouvent diminués. Comme les brides sont ici formées à chaque extrémité de l'arbre planétaire, à savoir d u niveau de la liaison de cet arbre avec le rotor de turbine et en aval du train épicycloïdal, il en résulte un éloignement relatif entre ces deux brides qui augmente davantage la faculté d'obtenir une grande souplesse en radial de l'arbre planétaire. Par aTe rs, dans l'application d'un tel dispositif à certaines ,!seur Cl35 De préférence, le rapport entre le diamètre des brides amont et aval de l'arbre planétaire et le diamètre de l'arbre planétaire est compris entre 2 et 3. La bride amont de l'arbre planétaire peut être fixée sur un tourillon du rotor de turbine du turbopropulseur par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées. Quant à la bride aval de l'arbre planétaire, elle peut comprendre une portion annulaire montée autour de l'extrémité aval de l'arbre planétaire par un système de cannelures. Dans ce cas, cette bride aval peut être fixée par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées sur un flasque du planétaire du train épicycloïdal, ledit flasque du planétaire ayant une portion annulaire disposée autour de la portion annulaire de la bride aval et une portion radiale s'étendant radialement vers l'extérieur. L'invention concerne également un turbopropulseur à double hélice, comportant un premier et un second ensembles d'hélices entraînés en rotation par le rotor d'une turbine par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission mécanique tel que défini précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en demi-coupe longitudinale d'un turbopropulseur à double hélice muni d'un dispositif de transmission mécanique conforme à l'invention ; - la figure 2 représente de façon schématique le train épicycloïdal du dispositif de transmission mécanique de la figure 1; et - la figure 3 est une vue agrandie de la figure 1 montrant plus précisément le dispositif de transmission mécanique. Description détaillée de l'invention - ligure I représente de t'acontrès.ii-chématique un exlempie de (loti turbopropulseur d'a,,/ion 12 et une nacelle annulaire 14 disposée coaxialement autour de l'axe longitudinal. Le turbopropulseur 10 comprend outre, d'amont en aval, un compresseur basse-pression 16, un compresseur haute-pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute-pression 22 et une turbine de pression intermédiaire 24. En aval de la turbine de pression intermédiaire 24 se trouve un système d'hélices contrarotatives, à savoir un ensemble amont (ou avant) 26a et un ensemble aval (ou arrière) 26b de pales de soufflante à orientation réglable. Ce système d'hélices contrarotatives est entraîné en rotation au moyen d'une turbine basse-pression 28 disposée en aval de la turbine de pression intermédiaire 24. Cette turbine basse-pression comporte notamment un rotor 30 qui entraîne en rotation les deux ensembles 26a, 26b de pales par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission mécanique 100 décrit ci-après. Le dispositif de transmission mécanique 100 comporte un train épicycloïdal 102 représenté en partie sur la figure 2. Ce train est notamment muni d'un planétaire 104 qui prend la forme d'une roue dentée extérieurement et qui est porté par un arbre planétaire 106. Comme représenté sur la figure 1, cet arbre planétaire 106 est centré sur l'axe longitudinal 12 du turbopropulseur et est relié vers l'amont au rotor 30 de la turbine basse-pression 28. Ainsi, le rotor de la turbine basse-pression entraîne directement en rotation le planétaire 106. Le train épicycloïdal comporte également au moins un satellite 108, et de préférence plusieurs comme représenté sur la figure 2 (au nombre de quatre), chaque satellite prenant la forme d'une roue dentée extérieurement et engrenant avec le planétaire 106. Par ailleurs, chaque satellite 108 présente un axe qui excentré par rapport à l'axe longitudinal 12 et est porté par un arbre satellite 110 de même axe. Comme représenté sur la figure 3, le train épicycloïdal comporte encore un porte-satellites 112 centré sur l'axe longitudinal 12 et portant de manière rotative chacun des satellites 106 par l'intermédiaire des ts satellite,Ce porte-satellites 112 est porté par un arbre de porte- 11-; 1,.111(i. J train 2 9 7912 1 5 Enfin, le train épicycloïdal comporte aussi une couronne 116 centrée sur l'axe longitudinal 12 et engrenant chaque satellite 108 par ses dentures intérieures. Cette couronne est portée par un arbre de couronne 118 de même axe, celui-ci étant solidaire en aval du train épicycloïdal de 5 l'ensemble amont 26a de pales de façon à pouvoir l'entraîner directement en rotation autour de l'axe longitudinal 12. De la sorte, le rotor 30 de la turbine basse-pression entraîne en rotation le planétaire 106 du train épicycloïdal 102, ce mouvement de rotation étant transmis à la fois à l'ensemble amont 26a et l'ensemble aval 10 26b de pales pour les entraîner en rotation de façon contrarotative. Selon l'invention, l'arbre planétaire 106 du train épicycloïdal 102 comprend une extrémité amont 106a qui est munie d'une bride amont 120 s'étendant radialement vers l'extérieur, et une extrémité aval 106b opposée à l'extrémité amont et munie d'une bride aval 122 formée en aval 15 du train épicycloïdal et s'étendant radialement vers l'extérieur. Comme représenté sur la figure 3, la bride amont 120 de l'arbre planétaire 106 est ainsi disposée en amont du train épicycloïdal, tandis que la bride aval 122 est formée en aval de celui-ci. Plus précisément, la bride amont 120 de l'arbre planétaire est 20 fixée sur un tourillon radial 30a solidaire du rotor 30 de la turbine basse- pression par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées 124. De la sorte, la bride amont 120 de l'arbre planétaire et le tourillon 30a du rotor forment une structure permettant à l'arbre planétaire 106 de se déformer radialement sous l'effet de contraintes mécaniques radiales qu'il 25 pourrait subir en fonctionnement. Quant à la bride aval 122 de l'arbre planétaire, elle peut être constituée d'une pièce indépendante de l'arbre planétaire ayant une portion annulaire 122a montée autour de l'extrémité aval 106b de l'arbre planétaire par un système de cannelures 126 et une portion radiale 122b 30 prolongeant vers l'aval la portion annulaire 122a et formant la bride aval à proprement dite en s'étendant radialement vers l'extérieur. La portion radiale 122b de la bride aval est alors fixée par !Intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées 1.28 sur un flasque O du l. r. (1);1 du train épicycloiclal, ledit f1aSou du ijiaP--4,--Hr 35 122a de la bride aval et une portion radiale 130b s'étendant radialement vers l'extérieur. De la sorte, la bride aval 122 de l'arbre planétaire et le flasque 130 du planétaire 104 forment une structure permettant à l'arbre planétaire 106 de se déformer radialement sous l'effet de contraintes mécaniques radiales qu'il pourrait subir en fonctionnement. La présence des brides amont et aval confèrent ainsi à l'arbre planétaire une certaine souplesse mécanique en radial pour lui permettre d'absorber les déformations subies en fonctionnement par le 10 turbopropulseur. On notera qu'un tel agencement de la bride aval qui est indépendante de l'arbre planétaire permet d'assurer un montage d'amont en aval de cet arbre planétaire sur le train épicycloïdal, la bride aval étant ensuite assemblée sur l'arbre planétaire en étant amenée depuis l'aval 15 vers l'amont. Une fois l'arbre planétaire et ses brides montées, celles-ci sont fixées au moyen des liaisons boulonnées 124, 128. On notera également qu'avec une telle configuration et disposition des brides amont et aval de l'arbre planétaire, il est possible de supprimer toute liaison par cannelures entre l'arbre planétaire 106 et le 20 tourillon 30a du rotor 30 de la turbine basse-pression qui aurait pu être nécessaire pour le montage de l'arbre planétaire. De plus, le placement de la bride aval 122 de l'arbre planétaire en aval du train épicycloïdal présente de nombreux avantages. Notamment, il permet d'éloigner au maximum les deux brides de l'arbre 25 planétaire et d'augmenter ainsi leur capacité de conférer une grande souplesse mécanique en radial à cet arbre. De plus, il permet d'augmenter la distance séparant les deux paliers à roulement 32 représentés sur la figure 3 et portant en rotation le rotor 30 de la turbine basse-pression, ce qui augmente leur efficacité. 30 De préférence, le rapport entre le diamètre des brides amont et aval 120, 122 de l'arbre planétaire et le diamètre de l'arbre planétaire 1O est compris entre 2 et 3. Sur la figure 3, sont représentés le rayon R1 des brides e mont et aval et H a\,,/on R2 de arbre pHn(:taire_ Le rapport P1/R2 ainsi con î 35 REVENDICATIONS1. Dispositif de transmission mécanique (100) pour l'entraînement en rotation des hélices contrarotatives d'un turbopropulseur à double hélice, comprenant un train épicycloïdal (102) ayant : un planétaire (104) porté par un arbre planétaire (106) qui est centré sur un axe longitudinal (12) du turbopropulseur et qui est destiné à être relié vers l'amont à un rotor (30) d'une turbine du turbopropulseur pour être entraîné en rotation ; au moins un satellite (108) engrenant avec le planétaire ; un porte-satellite (112) portant de manière rotative le satellite et qui est porté par un arbre de porte-satellite (114) destiné à être relié vers l'aval à un premier ensemble d'hélices (26b) pour l'entraîner en rotation ; et une couronne (116) engrenant le satellite et qui est portée par un arbre de couronne (118) destiné à être relié vers l'aval à un second ensemble d'hélices (26a) pour l'entraîner en rotation ; caractérisé en ce que l'arbre planétaire comprend une extrémité amont (106a) munie d'une bride amont (120) s'étendant radialement vers l'extérieur, et une extrémité aval (106b) opposée à l'extrémité amont et munie d'une bride aval (122) formée en aval du train épicycloïdal et s'étendant radialement vers l'extérieur. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le rapport entre le diamètre des brides amont et aval de l'arbre planétaire et le diamètre de l'arbre planétaire est compris entre 2 et 3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la bride amont (120) de l'arbre planétaire (106) est fixée sur un tourillon (30a) du rotor (30) de turbine du turbopropulseur par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées (1.24). 5,don l'une ouelconque des revendications 1 quel ) brq-)1,' arbre planétaire (1106) comprend une35. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la bride aval (122) de l'arbre planétaire (106) est fixée par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées (128) sur un flasque (130) du planétaire (104) du train épicycloïdal, ledit flasque du planétaire ayant une portion annulaire (130a) disposée autour de la portion annulaire (122a) de la bride aval et une portion radiale (130b) s'étendant radialement vers l'extérieur. 10 6. Turbopropulseur à double hélice, comportant un premier et un second ensembles d'hélices (26a, 26b) entraînés en rotation par le rotor (30) d'une turbine (28) par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission mécanique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.