Brevet FR3012527A1 — publié le 20150501

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne de manière générale les moteurs à turbine à gaz à double flux, et plus particulièrement la métallisation d'un carter en matériau électriquement isolant pour un moteur aéronautique tel qu'un carter OFD (pour Outer Fan Duct, c'est-à-dire la paroi externe de la veine secondaire). ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les carters en matériaux composites présentent de nombreux avantages, dont notamment leur poids réduit en comparaison avec les carters métalliques équivalents. De tels carters peuvent notamment être réalisés dans un matériau composite comprenant par exemple un renfort fibreux densifié par une matrice. Le renfort fibreux peut être formé par un enroulement en couches superposées sur un mandrin d'une texture fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel avec épaisseur évolutive, afin d'intégrer le bouclier de rétention par simple augmentation localisée d'épaisseur. Néanmoins, la matrice de ces matériaux composites comprenant généralement un matériau polymère tel que de la résine, ils présentent une grande résistance électrique et ne permettent donc pas de conduire suffisamment l'électricité pour évacuer correctement l'énergie électrique. Or, les équipements du carter peuvent être soumis à un environnement électromagnétique agressif (notamment à des champs de rayonnement à haute intensité (ou HIRF en langue anglo-saxonne, pour High-Intensity Radiated Fields), des impulsions de foudre, des interférences électromagnétique (EMI, pour Electro-Magnetic Interference en anglais), etc.) dans lequel ils doivent être capables de fonctionner de façon nominale. Il en résulte un risque important d'endommager les équipements du 30 moteur, tel que le boîtier d'allumage, ou encore des équipements mécaniques dans lesquels transitent par exemple de grandes quantités d'huile ou de carburant. De plus, lorsque l'énergie électrique ne peut être évacuée, elle engendre une augmentation importante de la température du carter par effet joule. Or, les matériaux composites utilisés pour réaliser les carters de rétention de soufflante sont limités à une température d'utilisation généralement inférieure à une centaine de degrés. Passé cette température, le carter risque donc de fondre au moins localement ou de bruler (combustion) et notamment de ne plus pouvoir supporter tout ou partie des équipements qu'il soutient. Par ailleurs, dans le cas où le carter en matériau isolant est un carter OFD, celui-ci est relié au niveau de son extrémité aval à un inverseur de poussée. Afin d'évacuer l'énergie électrique de l'inverseur de poussée, il a été proposé de créer un chemin de connexion primaire entre l'inverseur de poussée et le pylône de l'avion. Néanmoins, la Demanderesse s'est aperçue que cette évacuation de l'énergie électrique via ce chemin primaire n'était pas suffisante vis-à-vis des charges qui doivent transiter. RESUME DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est donc de proposer un moteur aéronautique comprenant un carter, notamment un carter OFD, réalisé dans un matériau électriquement isolant tel qu'un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère, qui soit capable de répartir correctement les charges et intensités dans le moteur quel que soit l'environnement électromagnétique et quelles que soient ses dimensions, et qui soit en outre simple à réaliser pour un coût modéré. Pour cela, l'invention propose un moteur aéronautique, comprenant : - un carter, réalisé dans un matériau électriquement isolant, ledit carter comprenant au moins une pièce métallique, - une pièce structurale du moteur, formée dans un matériau métallique 30 et connectée au carter, et - un équipement, fixé sur le carter, l'équipement étant connecté à la pièce structurale par l'intermédiaire de la pièce métallique à l'aide d'un chemin de connexion électriquement conducteur. Avantageusement, la connexion des équipements, qu'ils soient électroniques ou mécaniques, à la pièce structurale du moteur par l'intermédiaire de la pièce métallique du carter permet de créer un chemin de métallisation pour la circulation de l'énergie électrique, ce qui permet de réduire l'importance des charges et intensités circulant au sein d'un chemin de connexion unique. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du moteur aéronautique décrit ci-dessus sont les suivantes : - la pièce métallique du carter comprend l'un au moins des éléments du groupe suivant : une bride, un bras de servitude, un seuil de trappe de visite, un seuil d'équipement, - le moteur comprend en outre une bride de connexion, adaptée pour fixer le carter sur la pièce structurale, et dans lequel le chemin de connexion est connecté à la pièce structurale par l'intermédiaire de ladite bride de connexion, - le chemin de connexion comprend au moins l'un des éléments suivants : un contact métal-métal, une tresse de masse, - le contact métal-métal comprend un support métallique fixé d'une part sur l'équipement et d'autre part à la bride de connexion, - le chemin de connexion comprend successivement les éléments suivants : un contact métal-métal entre l'équipement et le support métallique, une tresse de masse entre le support métallique et la pièce métallique du carter et une tresse de masse entre la pièce métallique du carter et la pièce structurale ; ou un contact métal-métal entre l'équipement et le support métallique, un contact métal-métal entre le support métallique et la pièce métallique du carter et une tresse de masse entre la pièce métallique du carter et la pièce structurale ; ou une tresse de masse entre l'équipement et la pièce métallique du carter et une tresse de masse entre la pièce métallique du carter et la pièce structurale, - le carter est un carter OFD et la pièce structurale est un carter de soufflante, - le moteur comprend en outre un inverseur de poussée, ledit inverseur de poussée étant connecté à la pièce métallique du carter OFD à l'aide d'un chemin de connexion électriquement conducteur, - l'équipement comprend l'un au moins des éléments du groupe suivant : un boîtier d'allumage, un capteur, un échangeur fuel-huile FOHE, un dispositif de dosage du carburant WFM, et - le matériau isolant du carter comprend un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de carter composite pouvant être utilisé dans un moteur selon l'invention, La figure 2 illustre la connexion électrique du carter de la figure 1 à 20 un exemple de carter de soufflante métallique et un inverseur de poussée dans un moteur selon l'invention, La figure 3 illustre schématiquement un mode de réalisation selon l'invention de connexion d'un équipement électrique fixé sur le carter de la figure 1 à une pièce structurale métallique du moteur via une pièce 25 métallique du carter, et La figure 4 illustre la connexion d'exemples d'équipements à un bras de servitude 6h d'un carter. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION 30 Un moteur 1 à turbine à gaz comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz. Les turbines peuvent être couplées au compresseur et à la soufflante par des arbres coaxiaux respectifs. Le moteur 1 est logé à l'intérieur d'un carter comprenant plusieurs parties correspondant à différents éléments du moteur 1, dont un carter OFD. Le carter OFD 10 peut être réalisé en une seule pièce et comprend, au niveau de ses extrémités axiales, des brides 12, 14. Une première bride 12, dite amont, permet la fixation du carter OFD à un carter de soufflante 2 au moyen d'organes de liaison du type vis 4-écrous 5, avec interposition d'une virole annulaire appliquée contre chacune des brides amont et aval, tandis que la deuxième bride 14, dite aval, permet le raccordement du carter OFD 10 avec un inverseur de poussée 3. Le carter de soufflante 2 est en métal, par exemple en titane, dans un alliage métallique à base de titane ou encore en aluminium. L'inverseur de poussée 3 est quant à lui majoritairement composé en matériau composite comprenant une structure métallique. Dans ce qui suit, l'invention va être décrite plus particulièrement dans le cadre des carters OFD 10 d'un moteur à turbine à gaz, réalisé dans un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice électriquement isolante. Ceci n'est cependant pas limitatif, dans la mesure où l'invention s'applique mutatis mutandis à tout moteur comprenant un carter réalisé dans un matériau électriquement isolant et pouvant être utilisé dans des environnements électromagnétiques sévères. Le renfort fibreux du carter OFD 10 comprend des fibres, notamment en carbone, verre, aramide ou céramique. La matrice quant à elle est typiquement une matrice polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyim ide. Le renfort peut être formé par enroulement sur un mandrin d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel avec épaisseur 3012 52 7 6 évolutive conformément à la description de la demande FR 2 913 053, le renfort fibreux constituant alors une préforme fibreuse complète du carter OFD 10 formée en une seule pièce avec des parties de renfort correspondant aux brides 12, 14. 5 Des équipements 30 électroniques ou mécaniques peuvent être fixés au carter, par exemple, un boîtier d'allumage 30c (ou « ignition box » en anglais), des capteurs, un échangeur fuel-huile FOHE 30a (acronyme de Fuel-Oil Heat Exganger en anglais), un dispositif de dosage du carburant WFM 30b (acronyme de Weight of Fuel Metered en anglais), etc. Afin de permettre une meilleure répartition des charges et intensités dans le moteur 1, notamment en cas d'environnement électromagnétique agressif, les équipements 30 sont connectés par l'intermédiaire d'une pièce métallique du carter OFD10 à une pièce structurale métallique du moteur 1, 15 de préférence une pièce adjacente au carter OFD 10, à l'aide d'un chemin de connexion électriquement conducteur. Par exemple, les équipements 30 peuvent être connectés à l'une au moins parmi les pièces métalliques suivantes du carter de soufflante 10 : une bride, un seuil d'un bras de servitude (tel que le seuil 16a du bras de 20 servitude à 6h ou le seuil 16b du bras de servitude à 12h), un seuil 18 de trappe de visite, des seuils 17 d'équipement, etc. Ces différentes pièces métalliques 16a, 16b, 17, 18 sont elles-mêmes connectées à l'une des brides du carter OFD 10, de préférence la bride amont 12 qui est fixée au carter de soufflante 2 du moteur 1, via un contact métal-métal, c'est-à-dire 25 un assemblage mécanique avec un contact direct entre les pièces métalliques. On choisit de préférence la bride amont 12 pour l'évacuation des charges électriques, dans la mesure où leur localisation par rapport à la bride amont permet d'avoir des tresses de masse les plus courtes possibles. 30 Par ailleurs, dans une forme de réalisation, les différentes pièces métalliques 16a, 16b, 17, 18 peuvent en outre être connectées à la bride aval 14 du carter OFD 10, qui est fixée à l'inverseur de poussée 3 du 3 0 1 2 5 2 7 7 moteur 1 via un contact métal-métal. On crée ainsi un chemin de connexion entre l'inverseur de poussée 3 et le carter de soufflante 2 en passant par le carter OFD 10, ce qui permet d'améliorer l'évacuation des charges de l'inverseur de poussée 3 de manière simple et peu coûteuse. 5 La connexion entre les équipements 30 et les pièces métalliques 16a, 16b, 18 du carter OFD 10 et les pièces structurales métalliques 2, 3 du moteur 1 peut être réalisée à l'aide de tresses de masse 20 et/ou de contact métal-métal 22. Par tresse de masse 20, on comprendra ici un ensemble de 10 fils électriques ou, de manière alternative, une partie métallique allongée, adaptés pour connecter deux pièces entre elles afin de permettre l'évacuation d'électrons. Avantageusement, en passant par l'intermédiaire des pièces métalliques 16a, 16b, 17 et 18 du carter OFD 10, la distance couverte par 15 les tresses de masse 20 peut ainsi être réduite en choisissant les pièces métalliques 16a, 16b, 17 et 18 et les pièces structurales 2 les mieux adaptées pour limiter la longueur du chemin de connexion électrique en fonction de la position des différents équipement 30. En effet, il est préférable que les tresses de masse 20 aient une longueur inférieure à 20 zo cm et un ratio longueur/largeur de l'ordre de 5 afin d'optimiser son fonctionnement. Une tresse de masse 20 présentant un ratio trop élevé risquerait en effet de ne pas suffisamment évacuer les électrons. Il devient ainsi possible de métalliser les équipements 30 quelle que soit leur position sur le carter OFD 10, même dans le cas où ces équipements 30 sont fixés à 25 une importante distance des pièces structurales 2 du moteur 1, grâce aux pièces métalliques 16a, 16b, 18 qui font partie intégrantes du carter OFD 10. C'est notamment le cas de l'inverseur de poussée 3, lorsqu'il est relié électriquement à l'aide de tresses de masse 20 et de contacts métal-métal 22 au carter de soufflante 2 via les pièces métalliques 16a, 16b, 17 et 18 du 30 carter OFD. La connexion entre les pièces métalliques 16a, 16b et 18 du carter OFD 10 et la bride amont 12, et le cas échéant la bride aval 14, peut quant à elle être réalisée par l'intermédiaire d'une ou plusieurs tresses de masse 20. Les équipements 30 peuvent chacun être fixés sur un ou plusieurs supports métalliques 32. Par exemple, l'équipement 30 peut être fixé sur quatre supports métalliques 32 pouvant former quatre points d'appui, disposés au niveau de quatre coins opposés de l'équipement 30. En variante, l'équipement 30 peut être fixé sur deux supports métalliques 32 globalement allongés, s'étendant chacun de part et d'autre de l'équipement 30. Selon une autre variante encore, le support métallique 32 peut comprendre une ou plusieurs pattes de fixation métalliques. Afin de permettre le passage du courant, l'équipement 30 et tout ou partie des supports métalliques 32 sont de préférence connectés électriquement. Cette connexion électrique peut notamment être établie à l'aide de tresses de masse 20, fixées entre le calculateur et les supports métalliques 32. En variante, la connexion électrique peut également être réalisée à l'aide d'un réseau de retour de courant. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 4, ont été illustrés 20 différents chemins de connexion possibles entre des équipements 30 et les pièces structurales du moteur 1, en passant par le bras de servitude à 6h du carter OFD 10. Ici, l'équipement FOHE 30a est fixé à l'aide de son support métallique 32 sur le carter OFD 10, via un contact métal-métal 22. L'un des 25 supports métalliques 32 est connecté via une tresse de masse 20 au seuil 16a du bras de servitude à 6h, qui est lui-même connecté à l'aide d'une autre tresse de masse 20 à la bride amont 12 du carter OFD 10. La bride amont 12 est enfin fixée sur le carter de soufflante 2, qui est métallique, par un contact métal-métal 22. 30 Le capteur WFM 30b quant à lui est fixé à l'aide de pattes métalliques 32 au carter OFD 10. Le capteur WFM 30b est relié au seuil d'un bras de servitude, soit par une tresse de masse soit en allongeant les pattes métalliques 32 de son support. Ainsi, dans l'exemple de réalisation de la figure 4, le capteur WFM 30 est relié au seuil 16a du bras de servitude à 6h via une tresse de masse 20. Ce capteur 30b n'est donc pas en contact direct avec le matériau isolant du carter OFD 10. Le seuil 16a de bras de servitude à 6h est ensuite connecté à la bride amont 12 par une tresse de masse 20, qui est elle-même fixée sur le carter de soufflante 2 via un contact métal-métal. Le boîtier d'allumage 30c enfin est fixé sur le carter OFD 10 à l'aide de plots généralement réalisés dans un matériau isolant du type élastomère afin d'amortir les vibrations. Le boîtier d'allumage 30c est donc directement relié à l'aide d'une tresse de masse 20 au seuil 16a du bras de servitude à 6h, qui est lui-même connecté via une autre tresse de masse à la bride amont 12. Enfin, la bride amont 12 est relié au carter de soufflante 2 via un contact métal-métal. Dans les trois exemples de réalisation décrits ci-dessus, la métallisation est systématiquement réalisée via le seuil 16a du bras de servitude à 6h. Ceci n'est cependant pas limitatif, la métallisation pouvant être réalisée sur tout autre endroit métallique du bras 16a, ou encore via le seuil 16b du bras de servitude à 12h. Par ailleurs, l'évacuation des électrons est ici faite par l'intermédiaire de la bride amont 12 et du carter de soufflante 2. On comprendra bien entendu que, dans une variante de réalisation, le seuil 16a du bras de servitude à 6h pourrait de plus être connecté à la bride aval 14 via la tresse de masse 20, afin de permettre en outre la métallisation de l'inverseur de poussée 3. La tresse de masse 20 devrait alors simplement être adaptée pour évacuer suffisamment les électrons. REVENDICATIONS1. Moteur aéronautique (1), comprenant : - un carter (10), réalisé dans un matériau électriquement isolant, ledit carter (10) comprenant au moins une pièce métallique (16a, 16b, 17, 18), et - une pièce structurale (2) du moteur (1), comprenant un matériau métallique (2, 3) et connectée au carter (10), - un équipement (30), fixé sur le carter (10), le moteur aéronautique (1) étant caractérisé en ce que l'équipement (30) est connecté à la pièce structurale (2) par l'intermédiaire de la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) à l'aide d'un chemin de connexion (20, 22) électriquement conducteur. 2. Moteur aéronautique (1) selon la revendication 1, dans lequel la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter (10) comprend l'un au moins des éléments du groupe suivant : une bride (12), un bras de servitude (16a, 16b), un seuil de trappe de visite (18), un seuil d'équipement (17). 3. Moteur aéronautique selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre une bride de connexion (12), adaptée pour fixer le carter (10) sur la pièce structurale (2), et dans lequel le chemin de connexion (20, 22) est connecté à la pièce structurale (2) par l'intermédiaire de ladite bride de connexion (12). 4. Moteur aéronautique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le chemin de connexion (20, 22) comprend au moins l'un des éléments suivants : un contact métal-métal (22), une tresse de masse (20). 5. Moteur aéronautique (1) selon la revendication 4, dans lequel le contact métal-métal (22) comprend un support métallique (32) fixé d'une part sur l'équipement (30) et d'autre part à la bride de connexion (12). 6. Moteur aéronautique (1) selon la revendication 5, dans lequel le chemin de connexion (20, 22) comprend successivement les éléments suivants : - un contact métal-métal (22) entre l'équipement (30) et le support métallique (32), une tresse de masse (20) entre le support métallique (32) et la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter (10) et une tresse de masse entre la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter (10) et la pièce structurale (2), ou - un contact métal-métal entre l'équipement (30) et le support métallique (32), un contact métal-métal entre le support métallique et la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter (10) et une tresse de masse (20) entre la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter (10) et la pièce structurale (2), ou - une tresse de masse (20) entre l'équipement (30) et la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter (10) et une tresse de masse (20) entre la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter (10) et la pièce structurale (2). 7. Moteur aéronautique (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le carter est un carter OFD (10) et la pièce structurale (2) est un carter de soufflante (2). 8. Moteur aéronautique (1) selon la revendication 7, comprenant en outre un inverseur de poussée (3), ledit inverseur de poussée (3) étant connecté à la pièce métallique (16a, 16b, 17, 18) du carter OFD (10) à l'aide d'un chemin de connexion (20, 22) électriquement conducteur. 9. Moteur aéronautique (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'équipement (30) comprend l'un au moins des éléments du groupe suivant : un boîtier d'allumage (30c), un capteur, un échangeur fuel-huile FOHE (30a), un dispositif de dosage du carburant WFM (30b). 10. Moteur aéronautique (1) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le matériau isolant du carter (10) comprend un matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice polymère.