Brevet FR3034465A1 — publié le 20161007

TURBOMOTEUR COMPORTANT DEUX FLUX DE VENTILATION DISTINCTS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un turbomoteur à hélices non carénées, et plus particulièrement un turbomoteur à hélices contrarotatives communément appelé "open- rotor". L'invention concerne plus particulièrement un turbomoteur, qui comporte des moyens améliorés de refroidissement de l'ensemble propulsif entrainant les hélices contrarotatives. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turbomoteur à hélices non carénées, aussi appelé "open-rotor" comporte principalement un générateur de gaz à double corps et un propulseur à deux disques d'hélices contrarotatives entrainés par les gaz sortant du générateur de gaz. Le générateur de gaz comporte classiquement, de l'amont vers l'aval, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le propulseur comporte une turbine de puissance, un dispositif de transmission mécanique formant réducteur entrainant les disques d'hélices en rotation en sens opposés. Les différents composants du turbomoteur sont logés dans différents carters consécutifs. De plus, un carter intermédiaire réalise la liaison entre le générateur de gaz et le propulseur. Ce carter intermédiaire comporte principalement deux viroles coaxiales reliées l'une a l'autre par une pluralité de bras radiaux et qui délimitent une veine annulaire d'écoulement de gaz. Le flux de gaz circulant au travers de cette veine d'écoulement est appelé flux de gaz primaire. 3034465 2 Les bras sont creux et sont généralement utilisés pour permettre le passage de diverses servitudes du générateur de gaz au travers de la veine d'écoulement de gaz. La turbine du propulseur reçoit le flux de gaz primaire circulant dans la 5 veine d'écoulement. Cette turbine, ainsi que la transmission mécanique du propulseur sont amenées à s'échauffer, le turbomoteur doit par conséquent comporter des moyens de refroidissement de la turbine et de la transmission mécanique. La ventilation de composants est généralement effectuée en prélevant de l'air à partir d'un flux de gaz secondaire circulant autour du flux de gaz primaire. 10 Cependant, puisque le flux de gaz primaire est situé entre ces éléments et un flux de gaz secondaire externe, l'acheminement d'un débit d'air de ventilation suffisant vers ces composants est par conséquent difficile à mettre en oeuvre. L'invention a pour but de proposer un turbomoteur du type "open rotor" comprenant des moyens suffisants pour l'aération de composants de la turbine et 15 de la transmission mécanique du propulseur EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un turbomoteur à hélices non carénées comprenant un générateur de gaz et un propulseur à hélices contrarotatives qui est séparé du 20 générateur de gaz par un carter intermédiaire, le turbomoteur comportant un carter et une virole radialement interne coaxiaux, qui délimitent une veine d'écoulement d'un flux primaire de gaz et qui sont reliés par des bras radiaux creux, ledit carter délimitant aussi en partie une veine d'écoulement d'un flux secondaire de gaz, dans lequel chaque bras radial est creux et est traversé par au moins une servitude du turbomoteur, caractérisé en 25 ce que au moins un bras est traversé par un conduit de circulation de gaz de ventilation provenant du flux secondaire de gaz et qui débouche en direction d'au moins un composant parmi notamment une turbine de puissance et une transmission mécanique dudit propulseur. 3034465 3 L'ajout d'un conduit supplémentaire permet la circulation du flux d'air de ventilation au travers du bras, sans que cet air de ventilation ne se mélange dans le volume l'entourant. Ce flux d'air supplémentaire peut ainsi être canalisé vers la turbine du propulseur sans perte. 5 De préférence, une extrémité radialement externe du conduit débouche dans la veine d'écoulement du flux secondaire et l'extrémité radialement interne du conduit débouche dans au moins une boîte de répartition du flux de gaz de ventilation. De préférence, au moins l'une des deux extrémités radiales du conduit est orientée principalement radialement par rapport à l'axe principal du turbomoteur. 10 De préférence, le turbomoteur comporte des moyens de liaison de chaque extrémité radiale du conduit à la virole ou au carter associé qui permettent un déplacement de ladite extrémité radiale du conduit par rapport à la virole ou par rapport au carter associé le long de l'axe principal de ladite extrémité radiale du conduit. De préférence, chacune du carter et de la virole interne comporte une 15 bague d'arrêt située radialement en vis-à-vis et à distance de l'extrémité radiale du conduit qui est associée à ladite virole ou au carter, et contre laquelle dite bague l'extrémité radiale du conduit est apte à venir en butée radialement. De préférence, le turbomoteur comporte une pluralité d'injecteurs de gaz de ventilation en direction dudit composant du propulseur et des moyens de 20 canalisation qui s'étendent depuis ladite au moins une boite de répartition jusqu'aux injecteurs. De préférence, ladite boite de répartition forme un élément annulaire dans lequel chaque conduit débouche. De préférence, le turbomoteur comporte plusieurs boites de répartition 25 réparties autour de l'axe principal du turbomoteur, et dans chacune desquelles au moins un conduit débouche. De préférence, chaque bras comporte un bras structurel reliant la virole et le carter l'un avec l'autre, qui est traversé radialement par au moins une servitude associée au générateur de gaz et une double peau recouvrant au moins en partie le bras 3034465 4 structurel, qui délimite un volume situé en aval du bras structurel et au travers duquel au moins le conduit est agencé. De préférence, ladite double peau présente une section aérodynamique. 5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en section axiale d'un 10 turbomoteur de type "open rotor"; - la figure 2 est un détail à plus grande échelle d'une partie du turbomoteur représenté à la figure 1, montrant une section d'un bras traversé par les conduits ; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, montrant une 15 variante de réalisation ; et - la figure 4 est une section du bras radial représenté à la figure 2. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté à la figure 1 un turbomoteur 10 à hélices non carénées, que l'on désigne communément par le type "open rotor". 20 Le turbomoteur 10 comporte un générateur de gaz 12 disposé dans la partie avant du turbomoteur 10 et un propulseur 14 disposé dans la partie arrière du turbomoteur 10. Le générateur de gaz 12 est du type à double corps, et comporte, de l'amont vers l'aval, un compresseur basse pression 16, un compresseur haute pression 18, 25 une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 22 et une turbine basse pression 24. Le compresseur basse pression 16 et la turbine basse pression 24 sont liés mécaniquement par un arbre basse pression 26, formant ainsi un corps basse pression, le 3034465 5 compresseur haute pression 18 et la turbine haute pression 22 sont liés mécaniquement par un arbre haute pression 28, formant ainsi un corps haute pression. Le propulseur 14 est disposé en aval de la turbine basse pression 24, et il reçoit le flux de gaz produit par le générateur de gaz 12, convertissant l'énergie de ce flux 5 de gaz en énergie propulsive. Le propulseur 14 comporte une turbine de puissance 30 entrainée par le flux de gaz produit par le générateur de gaz 12, une transmission mécanique 32 entrainée par la turbine de puissance 30 et deux hélices 34 contrarotatives reliées à la transmission mécanique 32. 10 La transmission mécanique 32 a pour fonctions de réduire la vitesse de rotation de chaque hélice 34 par rapport à la vitesse de rotation de la turbine de puissance 30 et d'entrainer deux arbres coaxiaux 36 en rotation selon des sens opposés. Chaque arbre 36 porte une hélice 34 qui est constituée d'une pluralité de pales 38 réparties circonférentiellement autour de l'axe principal A du turbomoteur 15 10. Puisque les arbres 36 sont entrainés en rotation selon des sens de rotation opposés, le pas d'une hélice 34 est inversé par rapport au pas de l'autre hélice 34. Les hélices 34 sont en outre décalées axialement l'une par rapport à l'autre. Le générateur de gaz 12 et le propulseur 14 sont reliés par un carter de 20 cadre statique 40. En partie avant, le turbomoteur 10 présente une entrée d'air 90 se prolongeant vers l'arrière par une nacelle 92, comportant globalement une peau extérieur 94 et une peau intérieure 96, toutes deux centrées sur l'axe A et espacées radialement l'une de l'autre. 25 La peau intérieure 96 forme un carter radial externe pour le générateur de gaz 12, elle est prolongée par un carter intermédiaire 98 qui sépare les compresseurs 16 et 10. Le compresseur haute pression 18, la chambre de combustion 20 et les turbines 22 et 24 sont entourés par un carter de générateur de gaz 100 dont l'extrémité amont est connectée au carter intermédiaire 98. 3034465 6 Le turbomoteur 10 est en outre équipé d'une enveloppe de renfort 102 qui s'étend de manière centrée autour de l'axe principal A du turbomoteur 10 entre le carter intermédiaire 98 et le carter de cadre statique 40. L'enveloppe de renfort 102 et le carter de générateur de gaz 100 5 délimitent une veine de circulation d'air 48. L'air circulant dans cette veine 48 peut être prélevé au niveau d'une dérivation prévue dans le carter intermédiaire 98. Cet air froid permet alors de refroidir les parties chaudes du générateur de gaz 14 situées sous le carter 100. Comme on peut le voir plus en détails à la figure 2, le turbomoteur 10 comporte des bras radiaux 50 qui sont répartis autour de l'axe principal A du turbomoteur 10 qui s'étendent radialement entre le carter de générateur de gaz 100 et une virole interne 44 délimitant, avec le carter 100 une veine de circulation de gaz primaire. Chaque bras radial 50 est creux, il délimite un logement 52 d'orientation principale radiale s'étendant sur toute la longueur radiale du bras 50. 15 Le logement 52 délimité par chaque bras 50 met en communication la veine 48 de circulation du flux de gaz secondaire avec des éléments du générateur de gaz, notamment la turbine basse pression 24, pour sa ventilation, afin de faciliter le refroidissement de la turbine basse pression 24. Chaque bras creux 50 permet en outre de faire transiter différentes 20 canalisations, ou servitudes 54 du turbomoteur, au travers de la veine de flux de gaz primaire, en protégeant ces servitudes 54 du flux de gaz primaire, qui est à une température élevée. Les servitudes 54 consistent généralement en des conduits de circulation de liquide de lubrification ou d'actionnement de composants, ou bien en des 25 câbles d'alimentation électrique ou de commande d'autres composants du turbomoteur 10. La turbine de puissance 30 est ainsi alimentée en liquide de lubrification et de refroidissement par une de ces servitudes 54. 3034465 7 En fonctionnement, la turbine de puissance 30 est amenée à s'échauffer fortement. Le débit de liquide de lubrification l'alimentant est parfois insuffisant pour permettre son refroidissement complet. C'est pourquoi, le turbomoteur 10 comprend en outre un circuit de 5 ventilation du propulseur 12, qui prélève une partie du flux secondaire de gaz, pour l'injecter en direction de la turbine de puissance 30 et aussi en direction de la transmission mécanique 32. Le flux de gaz de ventilation traverse la veine de flux de gaz primaire et il doit être séparé du flux de gaz de ventilation qui est dirigé vers des composants du 10 générateur de gaz 12, tels que la turbine basse pression 24. Les moyens de ventilation de la turbine de puissance 30 comportent au moins un conduit 56 de circulation de gaz de ventilation qui est d'orientation principale radiale par rapport à l'axe principal A du turbomoteur 10, et qui est agencé dans le volume intérieur 52 d'un bras 50. 15 Selon un mode de réalisation préféré mais pas limitatif, les moyens de ventilation de la turbine de puissance 30 comportent un conduit 56 agencé dans chacun des bras 50 du carter intermédiaire 40. Selon une variante de réalisation, les moyens de ventilation de la turbine de puissance 30 comportent des conduits 56 agencés dans certains des bras 50 du 20 carter intermédiaire 40. Dans la description qui va suivre, on fera référence à un seul conduit 56. Il sera compris que cette description du seul conduit s'applique de manière identique ou similaire aux autres conduits 56 des moyens de ventilation de la turbine de puissance 30. Comme on peut le voir à la figure 2, le conduit 56 s'étend radialement 25 de part et d'autre du bras 50 associé, c'est-à-dire que chacune de ses extrémités 56a, 56b dépasse radialement par rapport aux extrémités du bras 50. L'extrémité radialement externe 56a du conduit 56 fait saillie radialement vers l'extérieur par rapport à l'extrémité radialement externe du bras 50, elle est par conséquent située à l'intérieur de la veine 48 de circulation du flux de gaz 3034465 8 secondaire. C'est à cette extrémité 56a du conduit 56 que le flux de gaz de ventilation alimente le conduit 56. L'extrémité externe 56a du conduit 56 est raccordée à des moyens (non représentés) de prélèvement d'une partie du flux de gaz secondaire. A titre d'exemple 5 non limitatif, ces moyens de prélèvement consistent en une écope raccordée à l'extrémité externe 56a du conduit 56. L'extrémité radialement interne 56b du conduit 56 fait saillie radialement vers l'intérieur par rapport à l'extrémité radialement interne du bras 50. Elle débouche dans une boîte de répartition 58 du flux de gaz de ventilation qui est accolée à 10 la virole interne 44 du carter intermédiaire 40. Lors du fonctionnement du turbomoteur 10, les différents composants se dilatent ou selon des amplitudes différentes. Notamment, la longueur radiale du conduit 56 est amenée à varier par rapport à la longueur radiale du bras 50 associé. Cela a pour conséquence que la position radiale des extrémités 56a, 56b 15 du conduit 56 se déplacent radialement par rapport aux extrémités radiales du bras 50 et donc par rapport au carter de générateur de gaz 100 et à la virole interne 44. Pour permettre un tel déplacement relatif des extrémités 56a, 56b du conduit 56 par rapport au carter de générateur de gaz 100 et à la virole interne 44, le carter de générateur de gaz 100 porte une bague d'arrêt radial 60 qui est décalée 20 radialement vers l'extérieur par rapport au carter de générateur de gaz 100 et par rapport à l'extrémité radiale externe 56a associée du conduit 56 et la virole interne 44 porte une bague d'arrêt radial 62 qui est décalée radialement vers l'intérieur par rapport à la virole interne 44 et par rapport à l'extrémité radiale interne 56b du conduit 56. La distance radiale entre les deux bagues d'arrêt 60, 62 est supérieure à 25 la longueur radiale du conduit 56 et de préférence, supérieure à la longueur radiale maximale du conduit 56, c'est-à-dire lorsque la dilatation du conduit 56 est maximale. Les bagues d'arrêt 60, 62 réalisent ainsi un maintien radial du conduit 56 par rapport au carter intermédiaire 40, tout en permettant des dilatations différentes du carter intermédiaire 40 et du conduit 56. 3034465 9 Chaque bague d'arrêt 60, 62 comporte une partie annulaire plane 64 qui est perpendiculaire à l'axe principal du conduit 56 et qui comporte un orifice central de passage de gaz de ventilation. La partie annulaire 64 est fixée et est maintenue radialement à distance du carter de générateur de gaz 100 ou de la virole interne 44 qui 5 lui est associé par un manchon annulaire 66 coaxial à l'axe principal du conduit 56. Le manchon 66 est donc situé radialement entre la partie annulaire plane 64 et le carter de générateur de gaz 100 ou la virole interne 44 qui lui est associé. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, l'extrémité radiale interne 56b du conduit 56 est orientée principalement radialement et débouche 10 radialement dans la boîte de répartition 8. On a représenté à la figure 3 une variante de réalisation du conduit 56, selon laquelle son extrémité radiale interne 56b est orientée parallèlement à l'axe principal A du turbomoteur 10. L'extrémité radiale interne 56b du conduit 56 débouche dans la boîte de 15 répartition 58 selon une direction axiale, favorisant ainsi la circulation du flux de gaz de ventilation vers la turbine de puissance 30. La boîte de répartition 58 comporte à cet effet une paroi amont 104 dans laquelle le conduit 56 débouche. Selon ce mode de réalisation, la bague d'arrêt 62, qui est associée à 20 cette extrémité radiale interne 56b du conduit 56, permet au conduit 56 de se déformer axialement par rapport à la paroi amont 104 de la boîte d'arrêt 82 et il réalise un positionnement radial du conduit 56 dans le bras radial 50. La bague d'arrêt 60 qui est associée à l'extrémité radiale externe 56a du conduit 56 permet au conduit 56 de se déformer radialement par rapport au carter 100 et 25 il réalise un positionnement axial du conduit 56 dans le bras radial 50. La boîte de répartition 58 est délimitée en partie par la virole interne 44 et elle est prolongée axialement le long de l'axe A du turbomoteur 10 par des moyens de canalisation 82 du flux de gaz jusqu'à des injecteurs 68 de gaz de ventilation. A titre d'exemple, les injecteurs 68 consistent en des orifices formés dans une paroi de la boîte 30 de répartition 58. 3034465 10 Selon un mode de réalisation préféré, la boîte de répartition 58 s'étend sur tout le pourtour de la virole interne 44, c'est-à-dire qu'elle délimite un volume de répartition annulaire dans lequel tous les conduits 56 débouchent. Selon une variante de réalisation, les moyens de ventilation comportent 5 plusieurs boites de répartition 58 réparties autour de l'axe principal A du turbomoteur 10, et dans chacune desquelles un conduit 56 ou plusieurs conduits 56 adjacents débouchent. Chaque bras radial 50 est conçu pour permettre le passage des servitudes 54 en direction de composants du générateur de gaz 12, comme les bras de l'état de la technique, et aussi pour le passage de servitudes 70 du propulseur 14 et des 10 conduits 56, notamment. Par conséquent, chaque bras 50 est conçu pour être traversé par un nombre important de composants. Le diamètre de chaque conduit 56 est généralement important, pour limiter les pertes de charge et assurer une bonne alimentation en gaz de ventilation. 15 De plus, les bras 50 assurent aussi la liaison entre le carter de générateur de gaz 100 et la virole interne 44, pour le support de certains composants du générateur de gaz 12. Comme on peut le voir à la figure 4, chaque bras 50 comporte une partie formant bras structurel 72, qui assure la liaison mécanique entre le carter de 20 générateur de gaz 100 et la virole interne 44 et qui supporte les diverses sollicitations générées dans le carter intermédiaire 40. Ce bras structurel 72 est creux et il délimite un conduit radial 74 qui est traversé par les servitudes 54 destinées au générateur de gaz 12. Le bras 50 comporte aussi une double peau 76 qui entoure une partie 25 aval du bras structurel 72 et qui prolonge le bras structurel vers l'aval. La forme de la double peau 76 complète celle du bras structurel pour conférer au bras 50 un profil aérodynamique offrant une résistance moindre au flux de gaz primaire. La double peau 76 délimite un conduit radial 78 situé en aval du bras structurel 72, qui est parallèle au un conduit radial 74 délimité par le bras structurel 72. 3034465 11 De préférence, la section de ce conduit radial 78 délimité par la double peau 76 est supérieure à la section du conduit radial 74 délimité par le bras structurel 72. Cette double peau 76 permet ainsi de faire passer des éléments de section plus importante. 5 Ainsi, de préférence, le conduit 56 ainsi que les servitudes 70 dédiées au propulseur 14 traversent le conduit radial 78 délimité par la double peau 76. Il résulte de cette structure du bas 50 que le logement 52 délimité par celui-ci est composé du conduit radial 74 délimité par le bras structurel 72 et du conduit radial 78 délimité par la double peau 76. 10 Le bras 50, c'est-à-dire le bras structurel 72 et la double peau 76, est entouré par un carénage, communément appelé "fairing" 80, dont la section est de forme aérodynamique. REVENDICATIONS1. Turbomoteur (10) à hélices (34) non carénées comprenant un générateur de gaz (12) et un propulseur (14) à hélices (34) contrarotatives qui est séparé du générateur de gaz (12) par un carter intermédiaire (40), le turbomoteur (10) comportant un carter (100) et une virole radialement interne (44) coaxiaux, qui sont reliés par des bras radiaux (50) creux, ledit carter (100) délimitant aussi en partie une veine d'écoulement (48) d'un flux secondaire de gaz, dans lequel chaque bras radial (50) est creux et est traversé par au moins une servitude (54) du turbomoteur (10), caractérisé en ce que au moins un bras (50) est traversé par un conduit (56) de circulation de gaz de ventilation provenant du flux secondaire de gaz et qui débouche en direction d'au moins un composant parmi notamment une turbine de puissance (30) et une transmission mécanique (32) dudit propulseur (14). 2. Turbomoteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que une extrémité radialement externe (56a) du conduit (56) débouche dans la veine (48) d'écoulement du flux secondaire et l'extrémité radialement interne (56b) du conduit (56) débouche dans au moins une boîte de répartition (58) du flux de gaz de ventilation. 3. Turbomoteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que au moins l'une des deux extrémités radiales (56a, 56b) du conduit (56) est orientée principalement radialement par rapport à l'axe principal A du turbomoteur (10). 4. Turbomoteur (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de liaison de chaque extrémité radiale (56a, 56b) du conduit (56) à la virole (44) ou au carter (100) associé qui permettent un déplacement de ladite extrémité radiale (56a, 56b) du conduit (56) par rapport à la virole (44) ou par rapport au carter (100) associé le long de l'axe principal de ladite extrémité radiale (56a, 56b) du conduit (56). 3034465 13 5. Turbomoteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chacun du carter (100) et de la virole interne (44) comporte une bague d'arrêt (60) située radialement en vis-à-vis et à distance de l'extrémité radiale (56a, 56b) du conduit 5 (56) qui est associée à ladite virole ( 44) ou au carter (100), et contre laquelle dite bague (60), l'extrémité radiale (56a, 56b) du conduit (56) est apte à venir en butée radialement. 6. Turbomoteur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'injecteurs (68) de gaz de ventilation en direction dudit 10 composant (30, 32) du propulseur (14) et des moyens de canalisation (82) qui s'étendent depuis ladite au moins une boite de répartition (58) jusqu'aux injecteurs (68). 7. Turbomoteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite boite de répartition (58) forme un élément annulaire dans lequel chaque 15 conduit (56) débouche. 8. Turbomoteur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs boites de répartition (58) réparties autour de l'axe principal (A) du turbomoteur (10), et dans chacune desquelles au moins un conduit (56) débouche. 20 9. Turbomoteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bras (50) comporte un bras structurel (72) reliant la virole (44) et le carter (100) l'un avec l'autre, qui est traversé radialement par au moins une servitude (54) associée au générateur de gaz (12) et une double peau (76) 25 recouvrant au moins en partie le bras structurel (72), qui délimite un volume (78) situé en aval du bras structurel (72) et au travers duquel au moins le conduit (56) est agencé. 10. Turbomoteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite double peau (76) présente une section aérodynamique.30