Brevet FR3035439A1 — publié le 20161028

MOTEUR D'AERONEF A SOUFFLANTE NON CARENEE COMPORTANT UNE HELICE AYANT DES AUBES DONT LES PIEDS SONT HORS DE LA NACELLE EN ETANT COUVERTS PAR DES CAPOTS DEMONTABLES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un moteur d'aéronef de type à soufflante non carénée, encore appelé open rotor, c'est-à-dire comportant une soufflante qui est externe. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un moteur à soufflante non carénée 1 tel que celui de la figure 1, comporte une nacelle 2 généralement cylindrique dont la portion avant délimite une manche d'entrée d'air et dont la portion arrière porte deux hélices contrarotatives 3 et 4. Ces deux hélices constituent une soufflante externe de propulsion, les pales de ces hélices 3 et 4 étant situées radialement hors de la nacelle 2. La manche que délimite la nacelle 2 est traversée par un premier flux d'air 6, encore appelé veine primaire, qui est d'abord compressé dans un compresseur 7 avant d'être brûlé dans une chambre de combustion 8. Ce flux est ensuite détendu dans une turbine 9 pour entraîner un arbre principal du moteur qui s'étend selon un axe longitudinal AX du moteur. Cet arbre principal entraîne en rotation les hélices ou rotors contrarotatifs 3 et 4, via un mécanisme intermédiaire, les pâles de ces rotors étant traversées par un second flux d'air encore appelé veine secondaire. Cette veine secondaire entoure la nacelle et est propulsée par les hélices contrarotatives pour produire la poussée que le moteur génère. Chaque rotor 3, 4 comprend un moyeu support 12, porté par la nacelle 2 en étant entraîné par l'arbre central, ce moyeu 12 ayant une face externe carénée cylindrique s'étendant dans le prolongement du carénage externe fixe de la nacelle 2, ce moyeu 12 portant les aubes 13 du rotor dont il fait partie. 3035439 2 Les aubes d'une telle hélice 3, 4 sont du type à calage variable, c'est-à-dire que la position angulaire de chaque aube 13 autour de son axe radial est ajustable en cours de fonctionnement du moteur 1, pour rendre cette orientation optimale vis-à-vis des conditions de fonctionnement en toutes circonstances. 5 Le moyeu 12 comporte plus particulièrement un corps principal portant une série de supports d'aubes 14 régulièrement espacées les uns des autres, chaque support 14 portant une aube 13. Plus concrètement, chaque aube 13 comporte une pale et un pied par lequel est rigidement solidarisée à une embase correspondante du support 14 qui la 10 porte. L'orientation des supports 14 autour de leurs axes radiaux respectifs est ajustable via un mécanisme interne du moyeu 12, ce qui permet d'ajuster au besoin le calage des aubes. Le rotor comporte encore une virole externe constituée de différents éléments ou capots rapportés à la face périphérique externe du corps de moyeu, cette 15 virole étant traversée par les pales des aubes, les supports d'aubes rotatifs étant quant à eux implantés dans le corps de moyeu. Chaque aube est fixée au support qui la porte de manière à être démontable. Ainsi, en cas de dégradation d'une aube, celle-ci peut être remplacée en démontant la virole pour accéder au support qui porte cette aube de manière à 20 désolidariser le pied d'aube de l'embase de ce support, avant de procéder au montage de la nouvelle aube. Le but de l'invention est de définir une nouvelle architecture de moteur à soufflante non carénée pour simplifier la fixation des aubes et leur refroidissement. 25 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet un moteur d'aéronef à soufflante non carénée, ce moteur comportant une nacelle de forme générale cylindrique, dans laquelle circule une veine primaire, cette nacelle portant un rotor de soufflante comportant des aubes à calage variable qui sont situées radialement hors de la nacelle pour être traversées par 3035439 3 une veine secondaire s'écoulant longitudinalement autour de cette nacelle, ce rotor comprenant un moyeu portant des supports d'aube à calage variable qui portent chacun une aube, chaque aube comprenant une pale prolongeant un pied par lequel elle est fixée de manière démontable à une embase du support qui la porte, caractérisé en ce que 5 chaque embase est située radialement hors de la nacelle pour être dans la veine secondaire et en ce que chaque ensemble formé par une embase et le pied d'aube porté par cette embase est entouré et couvert par un capot aérodynamique démontable. D'une manière générale, l'invention permet de simplifier le remplacement d'une aube tout en améliorant significativement l'aérodynamique des 10 aubes et du rotor de soufflante. Elle apporte en outre un meilleur refroidissement des supports d'aubes ce qui contribue à simplifier les moyens de refroidissement qui sont habituellement requis pour cette région. L'invention concerne également un moteur ainsi défini, dans lequel le capot aérodynamique comporte un demi-capot amont et un demi-capot aval qui 15 entourent respectivement une portion amont et une portion aval de l'ensemble formé par l'embase et le pied d'aube porté par cette embase. L'invention concerne également un moteur ainsi défini, dans lequel le capot aérodynamique est mobile en étant rigidement solidarisé à l'ensemble que constituent le pied d'aube et l'embase du support portant l'aube. 20 L'invention concerne également un moteur ainsi défini, dans lequel le capot aérodynamique est fixe en étant solidarisé à une virole du moyeu pour être fixe par rapport à ce moyeu. L'invention concerne également un moteur ainsi défini, dans lequel le capot aérodynamique comporte une ouverture d'admission d'air de la veine secondaire 25 pour refroidir le support d'aube et une ouverture de refoulement de cet air de refroidissement. L'invention concerne également un moteur ainsi défini, dans lequel les ouvertures du capot aérodynamique sont obturées par l'aube lorsque cette aube occupe une position de référence. 3035439 4 L'invention concerne également un moteur ainsi défini, dans lequel le capot aérodynamique comporte une excroissance en forme de volet situé en aval de l'aube et s'étendant dans le prolongement du bord de fuite de cette aube. L'invention concerne également une soufflante non carénée de moteur 5 d'aéronef, comprenant un rotor de soufflante ainsi défini. L'invention concerne également un moteur d'aéronef, comprenant une soufflante ainsi définie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue latérale en coupe d'un moteur à soufflante non 10 carénée selon l'Etat de la technique ; La figure 2 est une vue latérale en coupe d'un moteur à soufflante non carénée selon l'invention ; La figure 3 est une vue partielle en perspective d'une aube ayant son pied rigidement solidarisé à une embase de support rotatif avec deux demi-capots 15 destinés à être fixés sur l'embase et le pied pour former un capot les couvrant conformément à l'invention ; La figure 4 est une vue partielle en perspective d'une aube ayant son pied rigidement solidarisé à une embase de support rotatif avec un capot fixé sur l'embase et le pied pour les couvrir conformément à l'invention ; 20 La figure 5 est une vue partielle de face d'une aube ayant son pied rigidement solidarisé à une embase de support rotatif avec un capot fixé sur l'embase et le pied d'aube pour les couvrir conformément à l'invention ; La figure 6 est une représentation schématique en vue de dessus d'une aube inclinée par rapport à son calage de référence et qui est équipée d'un capot mobile 25 couvrant son pied ainsi que l'embase dans laquelle ce pied est monté en étant fixé à ce pied et à cette embase pour être mobile avec l'aube conformément à l'invention ; La figure 7 est une représentation schématique en vue de dessus d'une aube inclinée par rapport à son calage de référence et qui est équipée d'un capot fixe 3035439 5 couvrant son pied ainsi que l'embase dans laquelle ce pied est monté en étant fixé à la virole pour être fixe par rapport à l'aube conformément à l'invention ; La figure 8 est une représentation schématique en vue latérale d'une aube équipée d'un capot fixe dont les becs constituent des écopes de 5 refroidissement conformément à l'invention ; La figure 9 est une vue latérale schématique d'une aube équipée d'un capot fixe comprenant un volet fixe dans le prolongement du borde de fuite de l'aube conformément à l'invention ; La figure 10 est une vue schématique de dessus d'une aube équipée 10 d'un capot fixe comprenant un volet fixe dans le prolongement du bord de fuite de l'aube lorsque l'aube est orientée selon son angle de calage de référence conformément à l'invention ; La figure 11 est une vue schématique de dessus d'une aube équipée d'un capot fixe comprenant un volet fixe dans le prolongement du bord de fuite de 15 l'aube lorsque l'aube est inclinée par rapport à son angle de calage de référence conformément à l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le moteur à soufflante non carénée 21 selon l'invention qui apparaît sur 20 la figure 2, a une structure générale se rapprochant de celle du moteur de l'Etat de la technique de la figure 1. Il comporte lui aussi une nacelle 22 délimitant une manche d'entrée d'air et portant deux hélices ou rotors contrarotatifs 23 et 24 dont les aubes sont situées hors de la nacelle 2. La manche délimitée par la nacelle 22 est traversée par une veine 25 primaire d'air 26 qui entre dans un compresseur 27 puis une chambre de combustion 28 et une turbine 29 pour entraîner un arbre principal s'étendant le long d'un axe longitudinal AX. Cet arbre entraîne les rotors 23 et 24, via un mécanisme intermédiaire, les pâles de ces rotors étant traversées par une veine secondaire 31 pour générer la poussée du moteur. 3035439 6 Chaque rotor 23, 24 comprend là aussi un moyeu 32, porté par la nacelle 22 et entraîné par l'arbre, ce moyeu 32 ayant une face externe carénée par une virole cylindrique s'étendant dans le prolongement du carénage externe fixe de la nacelle 22, chaque moyeu 32 portant les aubes 13 de l'hélice ou rotor dont il fait partie. Les 5 aubes des rotors 23, 24 sont là aussi à calage variable, pour pouvoir ajuster leur orientation à une valeur optimale en toutes circonstances de fonctionnement. Chaque moyeu 32 comporte un corps principal portant une série de supports d'aubes 34 régulièrement espacés les uns des autres et portant chacun une aube 33. Chaque aube 33 est là aussi rigidement solidarisée au support 34 qui la porte, 10 l'orientation des supports 34 autour de leurs axes radiaux respectifs étant modulable grâce à un mécanisme situé dans le moyeu 12, pour modifier le calage des aubes en fonctionnement. Contrairement au moteur connu de la figure 1, les supports 34 qui portent les aubes 33 sont ici déportés radialement pour être situées partiellement hors 15 de la nacelle 22 et du moyeu 32 qui les porte. Plus particulièrement, chaque support 34 comporte dans sa partie la plus éloignée de l'axe de rotation AX lorsqu'il est en place, une embase 36 qui reçoit le pied de l'aube 33 qu'il porte, cette embase étant située dans la veine secondaire, c'est-à-dire radialement hors de la nacelle. En pratique, le moyeu comporte à sa face externe une virole cylindrique 20 qui le carène, qui est traversée par chaque support d'aube, les embases de ces supports étant situés à la face externe de la virole, dont elles dépassent, le diamètre externe du moyeu au niveau de la virole correspondant au diamètre externe de la nacelle. Chaque ensemble formé par un pied d'aube et l'embase dans laquelle il est engagé est couvert d'un capot 37 entourant cet ensemble pour constituer un 25 déflecteur aérodynamique ayant son pourtour externe se prolongeant jusqu'à la face externe de la virole, de manière à réduire la tramée aérodynamique de la région de fixation. La fixation de l'aube 33 au support 34 est une fixation par brochage du pied de l'aube dans l'embase 36, c'est-à-dire une fixation par laquelle l'embase 36 30 comporte une glissière orientée selon un axe normal à l'axe radial, le pied d'aube ayant 3035439 7 une forme complémentaire, s'engageant dans cette glissière. Un tel système de fixation par brochage avec système de retenue par butées est décrit dans le document de brevet FR3005683. Dans le cas présent, l'embase est située hors de la virole 42, de façon à permettre un démontage de l'aube sans qu'il soit nécessaire de démonter cette virole. 5 Le capot 37 qui apparaît plus clairement sur les figures 3 à 5 comporte une partie amont 38 et une partie aval 39 de formes complémentaires qui entourent le pied d'aube et l'embase 36 dans laquelle ce pied est maintenu tout en les couvrant. Comme visible dans les figures 3 à 5, la portion amont 38 et la portion aval 39 qui sont sensiblement symétriques l'une de l'autre se présentent chacune comme 10 une surface gauche. Elles ont l'une comme l'autre, en vue de dessus, une forme s'apparentant à celle d'un demi-disque comportant une excroissance en forme de bec du côté opposé au bord rectiligne de ce demi-disque. Lorsque ces deux portions sont réunies, c'est-à-dire lorsqu'elles sont complètement montées comme dans les figures 4 et 5, elles délimitent en vue de dessus 15 une forme s'apparentant à celle d'un disque ayant deux excroissances en forme de becs diamétralement opposées. La première demi-portion 38 a une forme générale de demi-disque initialement plan, replié à environ 1500 autour de la médiatrice de son côté rectiligne, et comportant une échancrure partant de sa région centrale et s'étendant de part et d'autre 20 de la médiatrice du côté rectiligne pour s'ouvrir dans ce côté rectiligne. L'excroissance en forme de bec, qui est repéré par 40, s'étend ainsi dans le prolongement de la médiatrice du côté rectiligne, c'est-à-dire qu'elle est diamétralement opposée à l'ouverture de l'échancrure dans le bord rectiligne. Lorsque la première portion 38 est en place, comme dans les figures 3 et 25 4, l'échancrure entoure la moitié amont de la base de l'aube 33, le contour 41 en demi- cercle avec le bec 40 est sensiblement en appui sur la virole 42. Le bord rectiligne de la première portion est alors séparé en deux moitiés situées de part et d'autre de l'aube pour constituer deux segments inclinés l'un par rapport à l'autre d'environ 1500, l'un de ces segments étant visible sur la figure 3. 3035439 8 La deuxième demi-portion, repérée par 39, a une forme généralement symétrique de celle de la première portion 38 par rapport à un plan normal à la médiatrice du côté rectiligne. Lorsque cette seconde portion est en place, son échancrure entoure la moitié aval de la base de l'aube 33, son contour en demi-cercle pourvu d'un 5 autre bec repéré par 43 est sensiblement en appui sur la virole 42, et son bord rectiligne est séparé en deux parties ou segments venant en appui contre les segments correspondants de la première portion 38. Dans cet exemple, le capot est constitué de deux demi-portions correspondant à une demi-portion avant et une demi-portion arrière, mais ces deux 10 demi-portions pourraient aussi être latérales avec une demi-portion gauche et une demi- portion droite constituant conjointement le capot. Dans l'exemple des figures 3 à 5, une fois que le capot 37 est monté, il est rigidement solidarisé à l'ensemble que forme l'embase 36 et le pied de l'aube 33, tout en ayant son pourtour ou bord généralement circulaire avec ses deux becs 40, 43 15 maintenu en appui sur la face externe virole 42. Ainsi, lorsque l'aube 33 tourne sur elle- même pour modifier son calage, le capot 37 tourne lui aussi avec l'aube 33 et son support 34 qui forment un tout. Ce capot permet ainsi de caréner l'ensemble que constituent l'embase 36 et le pied d'aube engagé dans cette embase, de façon à en optimiser les 20 caractéristiques aérodynamiques en en réduisant notamment la tramée. Comme ce capot 37 est situé du côté extérieur de la virole 42, son démontage peut être réalisé directement sous aile, c'est-à-dire sans dépose du moteur, ce qui permet notamment d'accéder à l'embase 36 et au pied de l'aube pour changer l'aube en question sans devoir démonter d'élément supplémentaire du moteur. 25 Dans l'exemple des figures 3 à 5, le capot 37 avec ses becs 40 et 43 est un capot mobile qui est rigidement solidarisé au pied d'aube et à l'embase pour former avec ces éléments un tout qui est mobile en rotation autour d'un axe radial par rapport au moyeu qui les porte, comme illustré schématiquement sur la figure 6. 3035439 9 Mais le capot 37 peut aussi être de type fixe en étant prévu rigidement solidaire de la face externe de la virole 42 afin d'être fixe par rapport au moyeu, de manière à optimiser l'aérodynamique de l'aube principalement lorsqu'elle occupe une position ou angle de calage de référence. 5 Dans ce cas qui correspond aux figures 7 et 8, les becs 40 et 43 peuvent être prévus pour constituer des écopes établissant une circulation d'air à l'intérieur du moyeu, autour du support d'aube, de façon à refroidir efficacement ce support lorsque l'aube est inclinée par rapport à son calage de référence comme dans la figure 7. Le bec aval 43 comporte alors une ouverture 44 située en vis-à-vis du 10 bord de fuite de l'aube lorsque celle-ci occupe sa position de calage de référence. De manière analogue, le bec amont 40 comporte lui aussi une ouverture du même type, repérée par 46, qui est située en vis-à-vis du bord d'attaque de l'aube lorsque cette aube occupe sa position de calage de référence. Lorsque l'aube 33 est inclinée par rapport à son calage de référence, 15 comme représenté plus clairement sur la figure 7, le bord de fuite et le bord d'attaque de cette aube 33 sont déportés respectivement par rapport aux ouvertures 44 et 46 des becs, pour dégager ces ouvertures afin de favoriser la circulation d'air. Cette circulation d'air qui est représentée par une ligne de courant repérée par 47 dans la figure 8 consiste en premier lieu en une admission d'air dans 20 l'ouverture frontale 44 de l'écope aval que forme le bec 43. La trajectoire 47 de l'air ainsi aspiré dans la veine secondaire 31 est ensuite déviée vers l'amont pour conduire cet air dans le moyeu 32 autour de la base rotative du support d'aube 34 afin de la refroidir. Une fois que cet air a ventilé la base du support rotatif, il est expulsé par le bec amont 40 via son ouverture 46 qui est orientée vers l'aval. 25 En fonctionnement, et comme indiqué plus haut, lorsque l'aube occupe sa position de calage de référence, qui correspond par exemple aux conditions de fonctionnement de régime de croisière du moteur, elle est alignée avec les écopes que forment les becs 40, 43 pour fermer les ouvertures de ces écopes. 3035439 10 Cette situation de régime de croisière correspond typiquement à un cas dans lequel les besoins en refroidissement sont faibles, le flux d'air 47 étant alors sensiblement nul du fait que les ouvertures 44, 46 sont alors fermées. Dans les autres situations, et en particulier lors du décollage, le calage 5 des aubes s'écarte du calage de référence, pour modifier le pas de l'hélice. Du fait de cet écartement, le bord d'attaque et le bord de fuite sont décalés par rapport aux ouvertures 44 et 46 afin de favoriser la circulation d'air de refroidissement selon la ligne de courant 47. D'une manière générale, les supports d'aubes rotatifs et les mécanismes 10 d'actionnement de ces supports qui sont situés à leurs bases nécessitent un refroidissement important dans les régimes transitoires, comme en particulier les phases de décollage. Ce besoin de refroidissement disparaît lorsque le moteur fonctionne en régime de croisière ce qui correspond à une situation dans laquelle les aubes occupe leurs positions de calage de référence. 15 Dans les exemples des figures 2 à 8, chaque aube à calage variable 33 est formée d'un seul tenant entièrement porté par le support d'aube. Mais il est aussi possible, conformément à l'invention, de prévoir que le capot 37 soit fixe par rapport à la virole et comporte en plus au niveau de sa portion aval une excroissance radiale 20 s'étendant dans le prolongement du bord de fuite de l'aube, comme représenté schématiquement sur les figures 9 à 11. Dans ce cas, le capot 37 est fixe par rapport à la virole 42 et comporte une excroissance 48 en forme de volet qui s'étend selon la direction radiale, c'est-à-dire parallèlement à l'aube 33 en place pour prolonger la portion arrière de cette aube 33 au 25 niveau de la partie basse de sa pale, c'est-à-dire la partie la plus proche du pied de pale. Ainsi, en fonctionnement nominal du moteur, c'est-à-dire en régime de croisière, le calage de l'aube, c'est-à-dire sa position angulaire autour de l'axe radial est à sa valeur nominale ou de référence. Le volet fixe 48 s'étend alors dans le prolongement de la pale 33. 3035439 11 Durant les régimes transitoires comme notamment le décollage de l'aéronef, l'angle de calage des aubes est changé, pour prendre une valeur correspondant à celle qui est représentée sur la figure 11. Dans ce cas, l'aube 33 forme un angle avec le volet fixe 48 de manière à délimiter une face interne creuse dans la région proche du pied 5 d'aube, cette forme creuse offrant de meilleures performances aérodynamiques pour le régime considéré. D'une manière générale, grâce au volet arrière fixe 48 lorsque l'aube forme un angle par rapport à ce volet, notamment en phase de décollage, le profil de la voilure constituée par la pale et le volet s'apparente à une configuration aérodynamique 10 dite d'hypersustentation, ce qui apporte un gain considérable en termes de traction maximale admissible pour l'aube. D'une manière générale, l'invention permet d'améliorer significativement l'aérodynamique des aubes et du rotor de soufflante tout en apportant 15 un meilleur refroidissement des supports d'aubes ce qui contribue à simplifier les moyens de refroidissement qui sont habituellement requis pour cette région. Le fait que les embases et pieds d'aubes soient situés hors de la nacelle, c'est-à-dire dans la veine secondaire permet d'assurer le remplacement d'une aube directement sous aile et sans qu'il soit nécessaire de démonter une autre partie du 20 moteur. REVENDICATIONS1. Moteur d'aéronef à soufflante non carénée (21), ce moteur (21) comportant une nacelle (22) de forme générale cylindrique, dans laquelle circule une veine primaire (26), cette nacelle (22) portant un rotor de soufflante comportant des aubes (33) à calage variable qui sont situées raclialement hors de la nacelle (22) pour être traversées par une veine secondaire (31) s'écoulant longitudinalement autour de cette nacelle (22), ce rotor comprenant un moyeu (32) portant des supports d'aube (34) à calage variable qui portent chacun une aube (33), chaque aube (33) comprenant une pale (33) prolongeant un pied par lequel elle est fixée de manière démontable à une embase du support (34) qui la porte, caractérisé en ce que chaque embase (36) est située radialernent hors de la nacelle (22) pour être dans la veine secondaire (31) et en ce que chaque ensemble formé par une embase (36) et le pied d'aube porté par cette embase (36) est entouré et couvert par un capot aérodynamique démontable (37). 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel le capot aérodynamique comporte un demi-capot amont (38) et un demi-capot aval (39) qui entourent respectivement une portion amont et une portion aval de l'ensemble formé par l'embase (36) et le pied d'aube porté par cette embase. 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capot aérodynamique (37) est mobile en étant rigidement solidarisé à l'ensemble que constituent le pied d'aube et l'embase du support (34) portant l'aube (33). 4. Moteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capot aérodynamique (37) est fixe en étant solidarisé à une virole (42) du moyeu (32) pour être fixe par rapport à ce moyeu (32). 5. Moteur selon la revendication 4, dans lequel le capot aérodynamique comporte une ouverture d'admission (44) d'air de la veine secondaire (31) pour refroidir 3035439 13 le support d'aube (34) et une ouverture de refoulement (46) de cet air de refroidissement. 6. Moteur selon la revendication 5, dans lequel les ouvertures 144, 46) 5 du capot aérodynamique (37) sont obturées par l'aube (33) lorsque cette aube occupe une position de référence, 7. Moteur selon la revendication 4, dans lequel le capot aérodynamique (37) comporte une excroissance en forme de volet (48) situé en aval de l'aube (33) et s'étendant dans le prolongement du bord de fuite de cette aube (33).