Brevet FR3008136A1 — publié le 20150109

Domaine technique : La présente invention concerne le domaine des turboréacteurs à double flux 5 comprenant un conduit de flux secondaire allongé. Elle concerne plus particulièrement la conception d'un treillis de bielles pour suspendre le moteur et le procédé de montage associé. Etat de l'art : 10 Un exemple de turboréacteur à double flux 10 tel que celui présenté sur la figure 1, est fixé au fuselage de l'aéronef, à l'intérieur d'une nacelle 12. Il comprend essentiellement, de l'amont vers l'aval, un carter de soufflante 14, un carter intermédiaire 16, une conduite de soufflante formée entre deux 15 enveloppes coaxiales, respectivement interne 18 et externe 20, et un mélangeur 22 des flux primaire, venant du moteur, et secondaire, venant de la soufflante. L'enveloppe interne 18 de la partie du moteur parcourue par le flux primaire, se termine par le carter d'échappement avec un anneau terminal 23, avant le mélangeur 22. L'enveloppe externe 20 du canal de 20 soufflante s'étend jusqu'en aval de la zone de confluence entre le flux primaire 26 et le flux secondaire 28 où les deux flux sont mélangés par le mélangeur 22. Le conduit externe 20 du canal de soufflante, désigné dans le domaine par l'acronyme anglais OFD (outer fan duct), a une fonction structurale en assurant la reprise des efforts entre le moteur et l'aéronef sur 25 lequel il est monté. Le moteur peut être monté sous l'aile de l'aéronef ou bien le long de son fuselage, vers l'arrière notamment. Dans ce cas le moteur comprend un canal de soufflante, tel que décrit ci-dessus. Les attaches, 17 et 27, du moteur à l'aéronef sont situées au niveau de deux plans transversaux : un plan à l'amont passant par le carter intermédiaire 16 et un plan à l'aval passant par le carter d'échappement 23. Le moteur est fixé à l'aéronef, à l'amont, par une attache 17 solidaire du carter intermédiaire 16. Pour assurer la fixation à l'aval, dans le cas d'un montage sur le fuselage, on prévoit un anneau structural 21 sur le conduit externe du canal de soufflante, OFD, cet anneau étant relié par des bras ou des bielles 40 à la virole ou anneau extérieur 23 du carter d'échappement. Le brevet US 8 272 203 au nom de la demanderesse décrit un exemple de structure de conduit externe de canal de soufflante. La liaison entre les deux anneaux ci-dessus peut se présenter sous la forme de bras radiaux répartis tout autour de l'axe du moteur et fixés rigidement aux deux anneaux. La liaison peut se présenter aussi sous la forme d'un treillis de bielles inclinées par rapport aux directions radiales. Les bielles sont fixées aux deux anneaux par des attaches de type chapes et axe. Une telle attache est formée de deux chapes, simple ou double, solidaires, l'une, de l'extrémité de la bielle, l'autre, de la paroi de l'anneau et traversées par un axe commun. Quelle que soit l'inclinaison des bielles, le montage les utilisant pour la suspension de l'anneau intérieur est appelé un treillis dans le présent document. Que la liaison soit formée de bras radiaux ou de bielles, elle est hyperstatique ; les efforts transitent ainsi par tous les bras ou bielles et leur intensité dépend de l'élasticité des composants, notamment des bielles du treillis. De plus, un tel treillis doit pouvoir résister mécaniquement aux efforts qui résulteraient du balourd engendré par la perte d'une aube dans le moteur. Il s'agit de ne pas risquer de voir le moteur se décrocher si une telle situation critique devait survenir. La charge ultime, à laquelle doit résister chaque élément de suspension, est définie par les efforts maxima auquel il est soumis dans une telle situation. Dans l'art antérieur, ces considérations amènent à dimensionner les bielles, qui travaillent chacune en compression au moins à certains moments de la rotation des efforts de balourd, pour résister au flambage sous charge ultime. Cette contrainte de résistance en compression se révèle très contraignante car on constate, a contrario, qu'en général la bielle est surdimensionnée en traction, avec une marge à la rupture de l'ordre de 100%. L'optimum n'est donc pas atteint. Par ailleurs, les bielles, qui traversent le flux secondaire, doivent réaliser un compromis poids/aérodynamisme tout en résistant aux efforts. Le problème de la résistance au flambage a conduit à utiliser des bielles creuses profilées, alors que des bielles pleines seraient plus avantageuses en termes de coût. La demanderesse a déjà proposé des solutions pour limiter l'effort en compression que doit soutenir une bielle d'un treillis. Dans le document W02012/032270, elle a proposé de réaliser un treillis avec des bielles présentant une rigidité à la traction supérieure à celle à la compression, ce qui limite les efforts en compression par le fait du caractère hyperstatique du treillis. Dans le document US2013014515, le treillis est conçu avec des éléments fusibles, qui flambent au-delà d'une compression exceptionnelle déterminée, et un agencement des autres bielles conçu pour transmettre les efforts entre les anneaux. Ces deux solutions nécessitent une conception adaptée d'au moins certaines parties des bielles. Présentation de l'invention: L'invention a pour but de fournir une alternative aux solutions précédentes pour former un treillis de suspension en minimisant l'impact des contraintes de tenue aux efforts exceptionnels sur le poids et l'encombrement de ces bielles, notamment en vue de perturber le moins possible l'écoulement secondaire. L'invention concerne un ensemble comprenant une première structure, agencée pour être solidaire d'un carter de turboréacteur, une seconde structure annulaire entourant la première structure, et un treillis hyperstatique de bielles maintenant la première structure par rapport à la deuxième, ledit ensemble étant caractérisé par le fait qu'au moins une bielle dudit treillis est pré-tendue, ledit ensemble n'étant soumis à aucune contrainte extérieure. La première structure peut être un anneau directement intégré au carter ou une pièce d'attache fixée au carter sans liberté de mouvement relatif D'autre part, l'ensemble n'est soumis à aucune contrainte extérieure (poussée, vibrations, accélérations) notamment lorsque le moteur est au repos ou qu'il est démonté. Le treillis étant hyperstatique, cela implique que les efforts passant par chaque bielle du treillis sont fonction de l'état de contrainte des autres. A défaut de modifier les efforts qui transitent dans une bielle, l'invention modifie l'état de contrainte dans cette bielle, notamment lorsque des contraintes extérieures dues aux conditions d'opération du turboréacteur sont appliquées à l'ensemble. En utilisant l'invention, la contrainte de traction maximale vue en vol est augmentée mais cela n'est pas pénalisant 1() par rapport à l'état de l'art car les bielles sont déjà très fortement surdimensionnées en traction. En revanche, la contrainte de compression maximale dans la bielle est diminuée, ce qui permet de diminuer la section de la bielle. L'invention effectue un transfert de niveau de contrainte entre les deux cas de sollicitation, traction et compression. Elle donne ainsi des 15 marges de manoeuvre pour optimiser les bielles en termes de poids et d' encombrement. De préférence, toutes les bielles du treillis sont pré-tendues. D'une part, le treillis étant hyperstatique, la mise en tension d'une bielle entraîne celle d'au 20 moins une autre dans le treillis. D'autre-part, le treillis devant résister à une situation accidentelle correspondant à la perte d'une aube, les efforts auxquels doivent résister les bielles s'appliqueront dans toutes les directions radiales au cours de la rotation du moteur. 25 Avantageusement, l'ensemble devant résister à une situation accidentelle, telle que décrite précédemment, au cours de laquelle au moins une bielle dudit treillis étant soumise à des efforts en traction, dit ultimes, l'effort de pré-tension au repos de la bielle est compris entre 70% et 95% de l'effort ultime en traction. L'effort de pré-tension appliqué doit être judicieusement choisi de sorte à minimiser à la fois la marge à la rupture en traction et la marge au flambage. Si l'on considère chaque bielle indépendamment, la valeur la plus adaptée est d'environ 90% de l'effort ultime. Cependant pour tenir compte de l'ensemble du treillis et des structures attachées, il fait partie de l'invention de pouvoir s'écarter largement de cette valeur, bielle par bielle. De préférence, un tel ensemble est réalisé avec des bielles pleines. En effet, notamment lorsqu'on utilise les niveaux de pré-contrainte précédents, la contrainte en compression à laquelle doit résister la bielle peut être très fortement diminuée par rapport aux efforts ultimes, de l'ordre d'un facteur 10. Dans ce cas, bien que le ratio entre l'inertie de section et la superficie de section soit faible, il devient possible de concevoir une bielle pleine dont la masse est identique à celle d'une bielle creuse mais dont la traînée est bien moindre. Cette solution devient avantageuse en termes de performances et de coûts. L'invention concerne aussi un turboréacteur comportant un ensemble selon la revendication précédente agencé pour participer au maintien du turboréacteur sur un aéronef L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un ensemble 25 comprenant une première structure, agencée pour être solidaire d'un carter de moteur d'un turboréacteur, une seconde structure annulaire entourant la première structure, et un treillis hyperstatique de bielles maintenant la première structure par rapport à la seconde. Ledit procédé comportant une étape de montage desdites bielles du treillis hyperstatique entre lesdites structures, est caractérisé par le fait que l'étape de montage du treillis hyperstatique est réalisée en fixant ladite bielle dans un état de pré-tension à un niveau déterminé lorsque l'ensemble n'est soumis à aucune contrainte extérieure. En effet, la mise en pré-tension des bielles dans l'environnement du moteur est délicate. De plus, le montage du treillis hyperstatique demande un ajustement précis des bielles, il faut donc les maintenir en pré-tension durant l'opération. Pour ces raisons, il est plus simple de les monter en état de pré-tension avant de pouvoir le relâcher lorsque toutes les bielles sont installées. Pour cela il faut disposer d'un moyen adapté. Avantageusement, le procédé de fabrication comprend une étape de mise dans un état de pré-tension à un niveau déterminé d'au moins une desdites bielles, réalisée avant le montage de celle-ci entre lesdites structures, ladite bielle comportant une tige avec à chaque extrémité une chape apte à réaliser la fixation sur une desdites structures, le dit procédé comprenant les étapes suivantes : application des efforts de pré-tension audit niveau déterminé sur les chapes de ladite bielle par un moyen apte à la mise en tension ; installation et verrouillage d'un moyen embarqué sur ladite bielle et apte à maintenir l'écartement des chapes, le moyen de mise en tension maintenant les efforts de pré-tension audit niveau déterminé ; relâchement des efforts de pré-tension sur les chapes de ladite bielle par le moyen de mise en tension. La pré-tension correspond à un léger allongement de la bielle. Le moyen de maintien de l'écartement des chapes, lorsqu'on l'insère entre les deux chapes de la tige pré-tendue ou bien en parallèle de la tige par effort de serrage normal induisant du frottement, maintient l'état de contrainte en bloquant la tige dans cet allongement. L'invention concerne donc également un moyen de maintien de l'écartement des chapes qui comprend au moins un élément indéformable longeant la tige sur la majorité de sa longueur et un moyen de transmission des contraintes en compression exercées par la bielle prétendue audit élément indéformable. Ainsi, ce moyen peut exercer sa fonction de manière statique, sans apport d'énergie. Le moyen ainsi conçu a également une forme allongée, de section s'inscrivant sensiblement dans l'enveloppe des sections de la tige et des chapes. Cela permet de manipuler les tiges équipées du dispositif et de les monter ainsi sur le treillis. Dans un premier mode de réalisation, lesdites chapes ayant une section plus grande que la tige dans au moins une direction perpendiculaire à la tige, le moyen de maintien de l'écartement des chapes est caractérisé en ce que l'élément indéformable présente au moins deux surfaces de contact orientées vers l'extérieur dans des directions opposées, aptes à s'appuyer sur la face desdites chapes tournée vers la tige. L'appui sur les chapes de la tige permet de maintenir dégagée la partie devant coopérer avec les axes pour fixer la bielle aux chapes sur les deux structures reliées par le treillis. Dans un deuxième mode de réalisation, le moyen de maintien en pré-tension est caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de serrage apte à exercer une pression de l'élément indéformable contre la tige empêchant celle-ci de se rétracter par frottement contre l'élément indéformable. Par rapport au premier mode de réalisation, cette variante permet de se passer de l'appui sur les chapes de la tige et de mieux dégager l'espace autour des moyens de liaison pour monter la bielle sur le turboréacteur. Description d'un mode de réalisation de l'invention : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un turboréacteur à double flux. La figure 2 est une vue en perspective d'un carter d'échappement, suspendu à l'anneau du conduit extérieur de l'écoulement secondaire par un treillis de bielles selon un mode réalisation correspondant à l'art antérieur. La figure 3 représente schématiquement une coupe transversale du réacteur de la figure 1 par un plan passant par les deux anneaux et le treillis. La figure 4 présente les étapes du procédé de mise en pré-tension d'une bielle selon un premier mode de réalisation. La figure 5 présente la forme de l'outil de maintien en pré-tension près 25 d'une chape de la bielle. La figure 6 présente les étapes du procédé de mise en pré-tension d'une bielle selon un deuxième mode de réalisation. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, l'anneau structural 21 de l'enveloppe externe du canal de soufflante et l'anneau formé par l'anneau 23 du carter d'échappement ont le même axe que l'axe 44 de symétrie globale du turboréacteur. Des bielles 40 sont fixées par leurs extrémités aux deux anneaux. Une bielle 40 est constituée d'une tige 1 comprise entre deux chapes de fixation 2. Chaque fixation sur l'anneau intérieur 23 comprend, comme cela est connu et représenté sur la figure 2, une chape 4 solidaire de l'anneau 23 et une autre 2 de l'extrémité de la bielle 40, les deux chapes, 2 et 4, étant traversées par un axe 3a. Dans l'exemple de la figure 2, la fixation de la bielle 40 sur l'anneau extérieur 21 comprend une chape 2 sur la bielle, deux trous coaxiaux dans deux cercles en vis-à-vis participant à la structure de l'anneau 21, le tout étant traversé par un axe 3b. Comme on le voit sur la figure 3, la liaison est formée plus précisément de trois paires de bielles 40 tangentes à l'anneau 23 de carter d'échappement et convergeant par paires sur l'anneau structural 21 externe. Les degrés de liberté introduits par la rotation autour des axes des fixations permettent à la structure d'absorber les dilatations des structures lors du fonctionnement du moteur. Selon le procédé de la présente invention, on monte les bielles dans cette configuration entre les anneaux avec une précontrainte en tension au repos, par exemple sur le turboréacteur au repos ou en cours de montage. Le niveau de cette pré-tension est déterminé en calculant les contraintes dans les bielles du treillis pour des situations dites de charge ultime, correspondant normalement à la perte d'une aube, et en adaptant cette pré-tension pour diminuer les contraintes sous compression subies par chaque bielle. L'effort maximal est susceptible de s'appliquer dans n'importe quelle direction autour de l'axe des deux anneaux. Toutes les bielles 40 sont donc concernées par le problème du flambage et toutes sont pré-tendues. Par ailleurs, la pré-tension identique des bielles permet d'obtenir un bon centrage du carter d'échappement par rapport à l'anneau structural. De manière préférentielle, les bielles utilisées pour réaliser un treillis de suspension correspondant à l'invention sont à section pleine. Le niveau de contrainte en flambage permet de les réaliser avec une section suffisamment faible pour que le rapport de masse et d'encombrement soit meilleur que pour une tige creuse. Typiquement, la masse est identique, mais le maître couple est divisé par deux par rapport à la bielle creuse, et surtout sa fabricabilité est nettement améliorée. Pour des raisons d'aérodynamique, la tige 1 est profilée, légèrement aplatie autour d'un plan perpendiculaire à celui des chapes 2 des deux extrémités, comme on peut le voir sur la figure 2. De manière préférentielle, le moyen utilisé pour pré-contraindre les bielles est un vérin, du type vérin d'essai de traction et la mise en pré-tension s'effectue avec ce vérin en dehors de l'environnement moteur. Comme c'est illustré en B de la figure 4, la pré-tension est appliquée par des mâchoires 5 de ce vérin aux chapes 2 de la bielle. La bielle ainsi pré-tendue, en B de la figure 4, correspond à un léger écartement des chapes 2 par rapport à la bielle au repos, en A de la figure 4. Selon un premier exemple de réalisation, en C de la figure 4, un moyen de maintien de l'écartement 6 est alors installé entre les chapes 2, autour de la tige 1 et avec des faces 7 qui s'appuient sur la partie interne des chapes 2 dépassant de la tige 1. La distance entre lesdites faces 7 est réglée pour correspondre à l'écartement des chapes 2 pour la tige 1 ainsi pré-tendue et elle est figée par le moyen d'écartement 6. Le moyen d'écartement 6 est rendu solidaire de la bielle 40 par un moyen de verrouillage 8 pour qu'il reste en position lorsque la tension appliquée aux chapes 2 par les mâchoires 5 du vérin est ensuite relâchée. En D de la figure 4, le moyen d'écartement 6 verrouillé maintient seul la bielle 40 en position étendue et permet donc de la transporter ainsi avec la pré-tension voulue pour un montage ultérieur sur le moteur. De manière préférée, le moyen de maintien d'écartement 6 est composé de deux coques 6a et 6b réalisées à la bonne longueur pour correspondre à l'état de contrainte choisi pour la bielle 40. Les coques sont verrouillées l'une contre l'autre par exemple par des systèmes à vis 8. Chaque coque, 6a et 6b, forme un élément poutre résistant au flambage entre les surfaces de contact 7. De plus, la forme creuse du cylindre qu'elles constituent autour de la tige de la bielle permet que la taille de la section dudit cylindre soit du même ordre de grandeur que celle des chapes 2, tout en résistant à la contrainte en flambage imposée par la bielle pré-tendue. Enfin les faces 7 en contact avec les chapes 2 sont biseautées vers l'intérieur. En référence à la figure 5, cela correspond au fait que cette face 7, par exemple de la coque 6b, se situe dans un plan qui fait un angle aigu 0 avec l'axe de la tige 1, orienté vers l'extrémité correspondantes à ladite face. Ainsi lorsque les moyens de verrouillage 8 entre les coques 6a et 6b sont enlevés, les deux coques s'écartent naturellement sous l'effet de la rétractation de la bielle. Ce faible encombrement, plus le fait que le cylindre formé par les deux coques 6a et 6b s'arrête à l'intérieur des chapes 2, permet de fixer la bielle 40 dans le treillis avec le moyen de maintien d'écartement 6 installé. Par exemple, pour la configuration représentée schématiquement sur les figures 2 et 3, lorsque les six bielles (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) pré-tendues ont été montée pour former le treillis entre les anneaux 21 et 23, il ne reste qu'à déverrouiller les moyens de verrouillage 8 pour enlever de chaque bielle les parties 6a et 6b des moyens 6 de maintien d'écartement des chape. Dans un second exemple de réalisation, illustré sur la figure 6 lors de l'étape C, les deux éléments 6'a et 6'b sont serrés fortement sur la tige 1 de la bielle par les moyens de verrouillage 8'. De la sorte, ils exercent un frottement empêchant la tige 1 de se rétracter, lorsque le vérin est enlevé lors de l'étape D. Dans ce mode de réalisation, les moyens de verrouillage sont donc dimensionnés pour exercer une pression suffisante sur la tige. Les états de surface des deux éléments 6'a et 6'b peuvent être adaptés pour améliorer le phénomène d'arc-boutement sur la tige. Dans cet exemple de réalisation, les éléments 6'a et 6% doivent avoir une longueur équivalente à celle de la tige pour maintenir l'écartement mais ils n'ont pas à entrer en contact avec les chapes. Cela peut présenter des avantages par rapport au précédent exemple, si les faces internes des chapes ne présentent pas un appui suffisant ou si l'encombrement au niveau des fixations sur le turboréacteur ne laisse pas un espace suffisant pour un dispositif touchant les chapes. Le procédé et les dispositifs adaptés ont été décrits pour une configuration, présentée sur les figures 1 2 et 3, avec six bielles tangentes à l'anneau sur le carter 23. Il fait également partie de l'invention d'utiliser des bielles prétendues pour d'autres types de treillis hyperstatiques qui ont été évoqués en introduction, où les bielles peuvent être en nombre différent, non tangentes au carter ou radiales. L'invention est aussi applicable dans le cas où l'anneau structural 21 auquel est suspendu l'anneau 23 du carter interne est proche de l'anneau 23, sous la paroi interne du conduit d'écoulement secondaire. Cette configuration se retrouve par exemple pour la suspension de gros moteurs civils double flux sous les ailes d'un avion. La géométrie du treillis étant différente pour deux anneaux proches, les niveaux de pré-tension doivent être adaptés. REVENDICATIONS1. Ensemble comprenant une première structure (23), agencée pour être solidaire d'un carter de turboréacteur, une seconde structure annulaire (21) entourant la première structure, et un treillis hyperstatique de bielles (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) maintenant la première structure (23) par rapport à la deuxième (21), ledit ensemble étant caractérisé par le fait qu'au moins une bielle (40) dudit treillis est pré-tendue, ledit ensemble n'étant soumis à aucune contrainte extérieure. 2. Ensemble selon la revendication précédente dans lequel toutes les bielles (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) sont pré-tendues. 3. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, devant résister à une situation accidentelle au cours de laquelle au moins une bielle (40) dudit treillis est soumise à des efforts en traction, dits ultimes, et dans lequel l'effort de pré-tension au repos de ladite bielle est compris entre 70% et 95% de l'effort ultime en traction. 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel les bielles sont pleines. 5. Turboréacteur comportant un ensemble selon la revendication précédente agencé pour participer au maintien du turboréacteur sur un aéronef 6. Procédé de fabrication d'un ensemble selon l'une des revendications 1 à 4 comportant une étape de montage desdites bielles du treillis hyperstatique entre lesdites structures, caractérisé par le fait que l'étape de montage du treillis hyperstatique est réalisée par la fixation de ladite bielle (40) dans un état de pré-tension à un niveau déterminé lorsque l'ensemble n'est soumis à aucune contrainte extérieure. 7. Procédé selon la revendication 6 comprenant une étape de mise dans un état de pré-tension à un niveau déterminé d'au moins une desdites bielles (40), réalisée avant montage de celle-ci entre lesdites structures, ladite bielle (40) comportant une tige (1) avec, à chaque extrémité, une chape (2) apte à réaliser la fixation sur une desdites structures (23,21), ladite étape de mise en pré-tension comprenant les séquences suivantes : - application des efforts de pré-tension audit niveau déterminé sur les chapes (2) de ladite bielle par un moyen apte à la mise en tension ; - installation et verrouillage d'un moyen (6) embarqué sur ladite bielle (40) et apte à maintenir l'écartement des chapes (2), le moyen de mise en tension maintenant les efforts de pré-tension audit niveau déterminé ; - relâchement des efforts de pré-tension sur les chapes (2) de ladite bielle par le moyen de mise en tension. 8. Moyen de maintien de l'écartement des chapes (2) pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément indéformable (6a, 6b, 6'a, 6'b)longeant la tige (1) sur la majorité de sa longueur et un moyen de transmission des contraintes en compression exercées par la bielle (40) prétendue audit élément indéformable. 9. Moyen de maintien de l'écartement des chapes (2) selon la revendication précédente, lesdites chapes ayant une section plus grande que la tige (1) dans au moins une direction perpendiculaire à la tige, caractérisé en ce que l'élément indéformable (6a, 6b) présente au moins deux surfaces de contact (7) orientées vers l'extérieur dans des directions opposées, aptes à s'appuyer sur la face desdites chapes(2) tournée vers la tige (1). 10.Moyen de maintien de l'écartement des chapes (2) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de serrage (8') apte à exercer une pression de l'élément indéformable (6'a, 6'b) contre la tige (1) empêchant celle-ci de se rétracter par frottement par frottement contre l'élément indéformable (6'a, 6'b).20