Brevet FR3008155A1 — publié le 20150109

TRANSMISSION A REDUCTEURS MULTIPLES ENTRE UN ARBRE D'ENTRAINEMENT ET UNE PAIRE D'HELICES COAXIALES A CET ARBRE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est une transmission réducteurs multiples entre un arbre d'entraînement et une paire d'hélices coaxiales à cet arbre. Certains aéronefs sont propulsés par deux hélices contrarotatives, entraînées par un même arbre et coaxiales à lui. L'entraînement se fait traditionnellement par une transmission par engrenage planétaire, instaurant la réduction de vitesse et l'inversion de sens de rotation pour l'une des hélices. Un engrenage planétaire comprend un planétaire denté ou roue solaire, une couronne extérieure entourant le planétaire et également dentée, et des satellites dentés, disposés entre la couronne et le planétaire et engrenant avec eux. Les axes de support des satellites sont montés sur un porte-satellites commun. Le planétaire est assujetti à l'arbre de turbine, la couronne à l'une des hélices et le porte-satellites à l'autre des hélices. Cette transmission a l'avantage d'être très simple car l'arbre d'entrée et les deux arbres de sortie sont liés aux trois éléments de l'engrenage planétaire, mais présente toutefois certains inconvénients car tous les éléments de l'engrenage planétaire sont en rotation, comme la sensibilité aux désalignements, vibrations, orbitages, qui peuvent produire des usures prématurées, imprévisibles à l'origine. De plus, les hélices ont un pas variable qui doit être commandé, ce qui impose de transmettre de l'énergie électrique ou des fluides par des réseaux d'alimentation à un module de commande, dit PCM, adjacent à chaque hélice. Pour l'hélice aval, la plus éloignée de l'arbre de turbine, il faut disposer les câbles et canalisations d'acheminement au centre de l'arbre de turbine, qui est creux, dans un fourreau qui doit éviter tout contact avec l'arbre de turbine tournant à grande vitesse. Cela implique qu'un jeu suffisant doive être prévu entre eux, ainsi qu'un rayon minimal de l'arbre de turbine, et donc du planétaire et de tout le réducteur, afin de respecter les rapports de réduction de vitesse nécessaires. Le réducteur devient en pratique assez encombrant. Un travail de démontage et de réparation important doit être fait si un contact accidentel se produit tout de même. Un autre inconvénient est que des roulements doivent aussi être disposés entre des manchons concentriques de support des deux hélices, et soumis à des vitesses de rotation très élevées, puisque ces manchons sont contrarotatifs eux aussi. Un tel dispositif est décrit plus en détail par le document FR-2 943 035-A, et le document FR-2 94 615-A décrit un dispositif d'acheminement d'énergie électrique ou de fluide à un module de commande, comprenant des joints dynamiques et des collecteurs tournants. Un perfectionnement à ce dispositif constitue le sujet de l'invention, dont le but est de remédier aux inconvénients énumérés ci-dessus, au moyen d'une transmission différente. Sous un aspect général, l'invention concerne une transmission entre un arbre d'entraînement et une paire d'hélices coaxiales à l'arbre d'entraînement, la transmission incluant un dispositif de réduction de vitesse de l'arbre d'entraînement à engrenage planétaire, caractérisée en ce que le dispositif de réduction comprend une pluralité d'engrenages planétaires comprenant chacun un planétaire denté, une couronne extérieure dentée entourant le planétaire et des satellites dentés, montés sur un porte-satellites et engrenant chacun avec le planétaire et la couronne extérieure, le planétaire, la couronne extérieure et le porte-satellites formant trois éléments principaux des engrenages planétaires, un des éléments principaux de chacun de deux des engrenages planétaires est respectivement assujetti à une des hélices, un des éléments principaux de chacun des engrenages planétaires est assujetti à une structure fixe environnant l'arbre d'entraînement et les hélices. La multiplication des engrenages planétaires par rapport à l'engrenage planétaire unique constitutif de la technique connue est la caractéristique la plus visible de l'invention. Elle permet de rendre certains des éléments principaux de ces engrenages solidaires de la structure fixe de la machine, qui est donc appelée à reprendre une grande partie des efforts statiques et dynamiques s'exerçant dans la transmission et à soulager ainsi l'arbre de turbine. La rigidité plus grande qui est obtenue donne l'espoir de réduire les désalignements, vibrations et, en général, les défauts de montage et de fonctionnement. Les câbles et conduits d'acheminement d'électricité ou de fluide aux modules de commande des hélices peuvent passer commodément par la structure fixe. La région de l'axe du dispositif est alors inoccupée, ce qui permet de réduire les rayons de l'arbre de turbine et des réducteurs, et donc de ne pas accroître voire de diminuer l'encombrement de la transmission, malgré la multiplication des réducteurs. Enfin, les roulements contrarotatifs peuvent en général être évités, les roulements étant désormais tous intercalés entre la partie fixe de la transmission et un des ensembles tournants. Il est nécessaire de respecter les mêmes contraintes de réduction de vitesse que dans les conceptions connues, ainsi que des contraintes cinématiques d'absence de collision entre les différents ensembles tournants. Ces contraintes de conception ont amené à préférer certains modes de réalisation particuliers dans la définition générale de l'invention, donnée ci-dessus. On a ainsi déterminé l'intérêt des solutions à trois engrenages planétaires, un des éléments tournants d'un premier de ces engrenages étant assujetti à l'arbre d'entraînement, et le deuxième et le troisième de ces engrenages comportant les éléments tournants assujettis aux hélices, alors que les solutions à deux engrenages planétaires seulement respectaient moins facilement les contraintes de conception subies par cette transmission. Plusieurs modes de réalisation envisagés seront exposés ci-dessous. L'invention concerne encore un dispositif de propulsion d'un aéronef, comprenant un arbre de turbine qui est l'arbre d'entraînement, une transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes et deux hélices contrarotatives, qui sont les hélices coaxiales à l'arbre d'entraînement. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, à l'aide des Figures suivantes : - la Figure 1 représente schématiquement une transmission connue ; - et les Figures 2, 3 et 4, trois modes de réalisation de l'invention. La Figure 1 représente une conception connue de propulseur d'aéronef, du genre de l'invention. Un ensemble propulsif 1 comporte une hélice amont 2 et une hélice aval 3. Une turbine 4 entraîne un arbre de turbine 5, maintenu dans l'axe de la turbomachine à laquelle appartient l'arbre de turbine 5 par des roulements et, en particulier, un roulement avant 6 soutenu par un élément de carter fixe 7. Un réducteur 8 comprend un planétaire 9 assujetti au bout de l'arbre de turbine 5, une couronne extérieure 10 et des satellites 11 engrenant avec la roue planétaire 9 et la couronne extérieure 10 et tournant autour d'axes 12, soutenus par un porte-satellites 13 annulaire. La couronne extérieure 10 est assujettie à un moyeu 16 de l'hélice aval 3 par l'intermédiaire d'un premier arbre creux 14, et le porte-satellites 13 est assujetti à un moyeu 17 de l'hélice amont 2 par un deuxième arbre creux 15, entourant le précédent. Des roulements 18, 19 et 20 soutiennent le deuxième arbre creux 15 et le corps 17 sur un autre élément de carter fixe 21, et d'autres roulements 22 et 23 soutiennent le premier arbre creux 14 par le deuxième arbre creux 15. Ces autres roulements 22 et 23 sont contrarotatifs à grande vitesse, ayant des bagues entraînées dans des sens opposés. L'élément de carter fixe 21 abrite les câbles et canalisations menant au module de commande 24 de l'hélice amont 2, alors que le module de commande 25 de l'hélice aval 3 est alimenté par des câbles et canalisations situés dans un fourreau 49 passant par l'axe de la machine, l'intérieur de l'arbre de turbine 5, qui est creux, et, ensuite, à travers le deuxième arbre creux 14. Les inconvénients de ce genre de réalisations ont été détaillés plus haut. Des réalisations de l'invention seront maintenant décrites. La Figure 2 représente une première d'entre elles. L'arbre de turbine 5 n'est pas modifié substantiellement par rapport à la technique connue, pas plus que l'hélice amont 2 et l'hélice aval 3, et l'agencement comporte encore des modules de commande 24 et 25 des hélices 2 et 3. La transmission comprend désormais trois engrenages planétaires 26, 27 et 28, en place de l'engrenage planétaire 8 unique de la technique connue. Chacun des engrenages planétaires 26, 27 et 28 comprend, comme l'engrenage planétaire 8, un planétaire central, une couronne extérieure entourant le planétaire et des satellites engrenant avec eux et dont les axes sont soutenus par un porte-satellites commun. Dans le mode de réalisation présent, le planétaire 29 du premier engrenage 26 est assujetti à l'extrémité de l'arbre de turbine 5, les axes 30 des satellites 31 sont assujettis à un élément de carter fixe 32, et la couronne extérieure 33 est assujettie par un arbre creux conique 34 au planétaire 35 du deuxième engrenage planétaire 27. Les axes 36 des satellites 37 de ce deuxième engrenage planétaire 27 sont assujettis à un autre élément de carter fixe 38, solidaire de l'élément 32 déjà rencontré. La couronne extérieure 39 du deuxième engrenage est assujettie au moyeu 17 de l'hélice amont 2. Les éléments de carter fixe 32 et 38 intègrent donc les porte-satellites des engrenages planétaires 26 et 27. Le planétaire 40 du troisième engrenage planétaire 28 est assujetti au planétaire 35 du deuxième engrenage 27 par un arbre creux cylindrique 41, solidaire de l'arbre creux conique 34. Les axes 42 des satellites 43 du troisième engrenage planétaire 28 sont assujettis au moyeu 16 de l'hélice aval 3, qui correspond donc au porte-satellites du troisième engrenage planétaire 28. Et la couronne 44 du troisième engrenage planétaire 28 est assujettie aux axes 36 du deuxième engrenage 27 par un autre élément de carter fixe 45. Ainsi, le carter fixe est d'une pièce avec les porte-satellites des deux premiers engrenages planétaires 26 et 27, ainsi que la couronne extérieure 44 du troisième engrenage planétaire 28. Les structures fixes de l'aéronef et en particulier du moteur soutiennent donc directement un des éléments principaux de chacun des engrenages planétaires 26, 27 et 28. De plus, l'ensemble tournant s'étendant de la couronne extérieure 33 du premier engrenage 26 au planétaire 40 du troisième engrenage 28 et comprenant encore les arbres creux 34 et 41 est aussi soutenu par la même structure fixe, par l'intermédiaire de roulements 50, ce qui décharge presque complètement l'arbre de turbine 5 des efforts en porte-à-faux. Les moyeux des hélices 2 et 3 peuvent aussi être soutenus par cette structure fixe par l'intermédiaire d'autres roulements 53 et 54 respectivement, de sorte que les roulements reliant des corps tournants contrarotatifs entre eux et soumis à de très grandes vitesses de rotation sont omis ici. Ce mode de réalisation est parfaitement constructible du point de vue cinématique et respecte les rapports de réduction voulus. Dans ce mode comme dans les suivants, il est possible de disposer les réseaux 52 d'alimentation (conduits et câbles d'alimentation) aux modules de commande le long de la structure fixe constituée par les éléments de carter fixe 32 et 38. Ils traversent le deuxième engrenage planétaire 27 en passant entre deux des axes 36. Il est possible aussi de jxutaposer les modules de commande 24 et 25 sur la structure fixe, et d'obtenir ainsi un agencement simplifié et probablement moins encombrant. Un autre mode de réalisation est décrit à la Figure 3. Il est semblable au précédent et les pièces correspondantes portent des numéros de référence identiques, à l'exception de ceci. Le premier engrenage planétaire 26 est remplacé par un autre 126, dont les axes 130 des satellites 31 sont assujettis à un arbre creux conique 134 menant, par l'intermédiaire de l'arbre creux cylindrique 41, aux planétaires 35 et 40 des deux autres engrenages planétaires 27 et 28, qui ne sont pas modifiés ; alors que la couronne extérieure 133 du premier engrenage planétaire 126 est assujettie à un élément de carter fixe 132. On retrouve des avantages analogues à ceux de la réalisation précédente : cohésion plus grande de la transmission grâce à la structure fixe passant par un élément principal de chacun des engrenages planétaires 126, 27 et 28, et au corps tournant passant par un autre élément principal de chacun de ces engrenages, absence de roulements contrarotatifs, faible encombrement et meilleur agencement des modules de commande et de leur réseau d'acheminement d'électricité et de fluide ; mais les rapports de réduction sont ici plus importants au premier engrenage planétaire 126, ce qui permet d'alléger les deux suivants (27 et 28) et de réduire la masse en porte-à-faux vers l'avant. La réalisation de la Figure 4 diffère de la précédente en ce que le troisième engrenage planétaire 28 est remplacé par un autre engrenage planétaire 228. Si le planétaire 40 est toujours assujetti à l'arbre creux cylindrique 41, la couronne extérieure 244 est désormais assujettie à l'hélice aval 3, et un porte-satellites 250 est désormais assujetti à l'élément de carter fixe 45 et porte l'embout 251 des hélices de l'aéronef, qui est donc ici fixe contrairement aux réalisations précédentes, où il était assujetti à l'hélice aval 3. Cette immobilité de l'embout 251 peut être préférée. Les autres avantages des réalisations précédentes sont conservés. Les satellites 243 sont ici dédoublés et comprennent une première portion 252 engrenant avec le planétaire 40, d'un côté, et le porte-satellite 250, et l'autre portion 253 engrenant avec la couronne extérieure 244, de l'autre côté du porte-satellites 250. REVENDICATIONS1) Transmission entre un arbre d'entraînement et une paire d'hélices coaxiales à l'arbre d'entraînement, la transmission incluant un dispositif de réduction de vitesse de l'arbre d'entraînement à engrenage planétaire, caractérisé en ce que le dispositif de réduction comprend une pluralité d'engrenages planétaires (26, 27, 28 ; 126, 27, 28 ; 126, 27, 228) comprenant chacun un planétaire denté, une couronne extérieure dentée entourant le planétaire et des satellites dentés, montés sur un porte-satellites et engrenant chacun avec le planétaire et la couronne extérieure, le planétaire, la couronne extérieure et le porte-satellites formant trois éléments principaux des engrenages planétaires, un des éléments principaux de chacun (27, 28 ; 228) des engrenages planétaires est respectivement assujetti à une des hélices, un des éléments principaux de chacun des engrenages planétaires est assujetti à une structure fixe environnant l'arbre d'entraînement (5). 2) Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que les engrenages planétaires sont au nombre de trois, un des éléments principaux d'un premier desdits trois engrenages planétaires étant assujetti à l'arbre d'entraînement, et un deuxième et un troisième desdits trois engrenages planétaires comportant les éléments principaux assujettis aux hélices. 3) Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments assujettis à la structure fixe sont le porte-satellites du premier engrenage planétaire, le porte-satellites du deuxième engrenage planétaire et la couronne extérieure (44) du troisième engrenage planétaire. 4) Transmission selon la revendication 3, caractérisée en ce que la couronne extérieure (33) du premier engrenage planétaire, le planétaire (35) du deuxième engrenage planétaire et le planétaire (40) du troisième engrenage planétaire sont assujettis entre eux et forment un ensemble tournant. 5) Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments principaux assujettis à la structure fixe sont la couronne extérieure (126) dupremier engrenage planétaire, le porte-satellites du deuxième engrenage planétaire et la couronne extérieure (44) du troisième engrenage planétaire. 6) Transmission selon la revendication 3 ou 5, caractérisée en ce que les éléments principaux assujettis aux hélices sont la couronne extérieure (39) du deuxième engrenage planétaire et le porte-satellites (42) du troisième engrenage planétaire. 7) Transmission selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments principaux assujettis à la structure fixe sont la couronne extérieure (126) du premier engrenage planétaire, le porte-satellites du deuxième engrenage planétaire et le porte-satellites (251) du troisième engrenage planétaire. 8) Transmission selon la revendication 5 ou 7, caractérisée en ce que le porte-satellites (130) du premier engrenage planétaire, le planétaire (35) du deuxième engrenage planétaire et le planétaire (40) du troisième engrenage planétaire sont assujettis entre eux et forment un ensemble tournant. 9) Transmission selon la revendication 7, caractérisée en ce que les éléments principaux assujettis aux hélices sont la couronne extérieure (39) du deuxième engrenage planétaire et la couronne extérieure (244) du troisième engrenage planétaire. 10) Transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des modules de commande des hélices, et des réseaux (52) d'alimentation desdits modules, lesdits réseaux s'étendant sur ladite structure fixe. 11) Transmission selon la revendication 10, caractérisée en ce que les modules de commande des hélices sont juxtaposés sur la structure fixe. 12) Dispositif de propulsion d'un aéronef, comprenant un arbre de turbine (5) qui est l'arbre d'entraînement, une transmission selon l'une quelconque des revendications précédentes et deux hélices contrarotatives, qui sont les hélices coaxiales à l'arbre d'entraînement.