Brevet FR3046201A1 — publié le 20170630

Turboréacteur avec un moyen de reprise de poussée sur le carter inter- compresseurs Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de la propulsion aéronautique. Elle porte sur la suspension d'un turboréacteur à un aéronef et plus particulièrement sur l'agencement des moyens assurant la transmission ou la reprise de la poussée fournie par le moteur à la structure de l'aéronef. Etat de la technique Un turboréacteur multiflux conforme à une architecture connue de l'art antérieur comprend, d'amont en aval dans le sens du flux d'air le traversant, une soufflante et un générateur de gaz par lequel elle est entraînée en rotation. Ce dernier est formé d'au moins un compresseur, une chambre de combustion annulaire, au moins une turbine et une tuyère d'éjection des gaz de combustion. L'air comprimé par la soufflante est divisé en deux flux concentriques : un flux primaire central alimentant le générateur de gaz et un flux secondaire entourant ce dernier. Les deux flux peuvent être éjectés dans l'atmosphère séparément par des tuyères concentriques ou bien être mélangés en aval du générateur de gaz et éjectés dans l'atmosphère à travers une tuyère commune. Le générateur de gaz est un moteur à turbine à gaz multi-corps, par exemple à double corps, avec deux rotors indépendants coaxiaux. Un premier corps à basse pression comprend un compresseur et une turbine, reliés par un premier arbre ; un second corps à haute pression comprend un compresseur et une turbine reliés par un second arbre coaxial au premier. La chambre de combustion est alimentée par l'air comprimé successivement par la soufflante, le compresseur à basse pression, BP, et le compresseur à haute pression, HP. Les gaz issus de la combustion sont détendus successivement dans la turbine à haute pression, HP, puis dans la turbine à basse pression, BP, avant d'être éjectés dans l'atmosphère 3046201 2 par la tuyère aval. Les turbines mises en mouvement par les gaz de combustion entraînent en rotation les compresseurs respectifs et la soufflante dont l'arbre est relié à celui de la turbine à basse pression, BP. La soufflante peut être entraînée directement par l'arbre du corps BP mais selon une évolution des moteurs par 5 l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse lorsque sont visés des taux de dilution élevés, c'est à dire un rapport du flux secondaire sur le flux d'air primaire élevé. En effet, dans les turboréacteurs conventionnels avec une turbine liée directement à la soufflante, les taux de dilution sont limités notamment par la vitesse périphérique en tête des aubes de soufflante. Les architectures à turbosoufflante 10 entraînée par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse et à taux de dilution très élevé - en anglais UHBR (ultra high bypass ratio) - répondent partiellement à ce problème en optimisant l'efficacité de la turbine à un régime de soufflante modéré. Outre les rotors, le moteur comprend des organes statoriques pour assurer 15 notamment les fonctions de support, de guidage des flux et de transmission des efforts. Dans les turboréacteurs à double flux, une grande partie de la poussée est réalisée par le flux secondaire. La force de traction exercée par l'air ambiant sur le 20 moteur s'applique en partie sur les aubes de soufflante, en partie sur les parois de tuyère. Le chemin des efforts depuis la soufflante est le suivant : les efforts axiaux appliqués sur les aubes de soufflante sont transmis par un palier de butée vers les parties fixes du moteur, puis remontés vers les suspensions du moteur que sont en particulier les deux bielles de reprise de poussée. Ces bielles sont 25 communément situées dans la zone inter-veines, et les chapes de fixation des bielles sont angulairement positionnées à environ 45° du plan vertical. Il s'agit ici, essentiellement de la reprise des efforts axiaux de la poussée créée par la soufflante. 30 Dans cette architecture, les efforts passent par le carter intermédiaire ou inter- compresseurs avant d'être transmis à la suspension. 3046201 3 Sur un moteur à réducteur de vitesse entre l'arbre de turbine et celui de la soufflante, avec les architectures à taux de dilution élevé, UHBR cité plus haut, le chemin des efforts est agencé différemment. 5 Dans ce type d'architecture, le moteur comprend en plus du carter inter- compresseurs, un carter d'entrée situé entre la soufflante et le compresseur BP de manière à pouvoir supporter le poids du réducteur et les paliers. Le carter d'entrée est ainsi conçu pour supporter directement le réducteur, par exemple à train d'engrenages épicycloïdal. La présence du carter d'entrée a pour conséquence 10 que la soufflante et l'arbre BP ne sont plus supportés par le carter inter- compresseurs mais par le carter d'entrée. Il s'ensuit que le carter d'entrée reprend également les efforts axiaux de l'arbre de soufflante par le palier qui supporte l'arbre de soufflante et les efforts axiaux de l'arbre BP par le palier de l'arbre BP. Il est à noter que les deux paliers sont choisis de manière à former des butées 15 axiales et absorber les charges axiales. Des paliers à billes conviennent pour assurer cette fonction mais aussi d'autres paliers conviennent également. Par exemple, le rotor de soufflante peut être supporté par un palier double à rouleaux coniques qui vient en substitution d'un palier à rouleaux et d'un palier à billes tels que couramment employés. 20 Les bielles de reprise de poussée sont, quant à elles, de préférence maintenues attachées au carter inter-compresseurs, car leur montage sur le carter d'entrée ne serait pas avantageux. Pour cela il faudrait prévoir une extension de l'espace dans la zone inter-veines nécessaire à leur intégration. La longueur des bielles en serait 25 accrue avec un impact sur leur masse. Par ailleurs la raideur des bielles serait à augmenter pour éviter les modes vibratoires. Enfin, leur intégration dans la zone du carter d'entrée viendrait en conflit avec l'installation des équipements, tels que le réservoir d'huile, la vanne de décharge et l'anneau de synchronisation de la commande des ailettes de stator à calage variable du compresseur. 30 Dans une telle architecture, les efforts axiaux passent ainsi par le carter d'entrée puis jusqu'au carter inter-compresseurs par le compresseur BP qui est interposé entre les deux carters. Cela n'est pas sans conséquence : le carter du 3046201 4 compresseur BP a en soi une faible tenue mécanique et les efforts axiaux correspondant à la reprise de poussée sur ce carter sont susceptibles de le déformer avec pour effet d'un côté une augmentation des jeux en tête d'aube et une perte de rendement, et de l'autre côté une diminution des jeux en tête d'aube 5 et un risque de contact rotor/stator. La faible tenue mécanique du carter du compresseur BP peut-être compensée par un épaississement de celui-ci pour un même matériau avec pour conséquence une masse plus importante. Cependant, tant que des efforts y transitent, des 10 déformations peuvent être observées avec les conséquences citées ci-dessus. La présente invention a pour objectif de remédier à cet inconvénient. Exposé de l'invention 15 On parvient à réaliser cet objectif, avec un turboréacteur multiflux, comprenant : a. une soufflante amont entraînée par un générateur de gaz, b. le générateur de gaz comprenant un premier et un second compresseurs coaxiaux, 20 c. un carter d'entrée formant support des rotors de la soufflante et du premier compresseur, d. un carter inter-compresseurs en aval du carter d'entrée, et formant support du rotor du second compresseur, e. des moyens d'attache pour des bielles de reprise de poussée 25 agencés sur le carter inter-compresseurs. Conformément à l'invention, le turboréacteur est caractérisé par le fait qu'au moins une bielle de transmission d'efforts axiaux relie le carter d'entrée au carter inter-compresseurs. 30 La solution de l'invention consiste donc à créer un second chemin d'efforts, plus rigide que le carter du compresseur et par lequel transitent les efforts axiaux. On 3046201 5 s'affranchit ainsi de l'obligation de renforcer le carter du compresseur tout en n'étant pas pénalisé par une augmentation de masse. Conformément à un mode de réalisation, les deux carters sont reliés par au moins 5 un doublet de bielles de transmission d'efforts axiaux non parallèles entre elles, telles qu'en V. Avantageusement, au moins l'une des attaches entre le carter et la bielle est à rotule. On s'assure ainsi que seuls les efforts de traction / compression transitent par la bielle. 10 De préférence également, la liaison comprend au moins trois doublets répartis autour de l'axe du moteur. Cette disposition par doublets en V, permet, à partir de trois doublets sur la circonférence, de reprendre tous les efforts appelés à transiter entre les carters. Il 15 s'agit : - des efforts axiaux correspondant à la reprise de la poussée, - des efforts tranchants que sont le poids du moteur ou les efforts inertiels du corps HP suspendu à ses extrémités, - du couple de torsion sur l'axe moteur, 20 - du couple de flexion résultant du poids ou des efforts inertiels du corps HP suspendu à ses extrémités. La reprise des efforts autres qu'axiaux permet d'améliorer la situation mécanique du moteur, en limitant par exemple la déformation du corps HP. 25 Cette solution permet donc de faire transiter tout type d'effort, en limitant l'encombrement du dispositif pour laisser suffisamment de place aux équipements situés au-dessus du compresseur BP. 3 0 Conformément à un mode de réalisation, au moins l'un des deux carters comprend deux parois radiales disposées perpendiculairement à l'axe, les deux parois étant reliées par des nervures orientées sensiblement dans l'axe. Avantageusement dans ce cas, au moins l'une des attaches de bielle au carter est 3046201 6 située dans le prolongement de l'une des nervures. On assure une bonne répartition des efforts avec une liaison entre les nervures et la paroi formant des congés de répartition des efforts. Un congé est un raccord plus ou moins arrondi entre deux surfaces. 5 Selon un mode de réalisation particulier améliorant encore la répartition des charges sur les carters, au moins l'une des bielles est disposée dans le prolongement d'une nervure. De préférence, les deux bielles d'un doublet de bielles de transmission d'efforts axiaux sont disposées chacune dans le 10 prolongement d'une nervure. Conformément à une variante de réalisation, le turboréacteur comprenant au moins un doublet de bielles de transmission des efforts axiaux et le carter inter-compresseurs comprenant une paroi amont et une paroi aval, les bielles du 15 doublet sont attachées à la paroi aval. L'invention vise en particulier un turboréacteur dont la soufflante est entraînée par une turbine BP et qui comprend un réducteur de vitesse entre un arbre de la turbine BP et la soufflante. Le réducteur est par exemple constitué d'un train 20 d'engrenages épicycloïdal. Le carter d'entrée est disposé de manière à former un support du mécanisme réducteur de vitesse. De préférence, au moins une partie des paliers supportant l'arbre de soufflante et l'arbre BP, respectivement, dans le carter d'entrée sont aptes à former des butées axiales. 25 Conformément à un mode de réalisation, le carter du compresseur est agencé de manière à être flottant. Par exemple on rend le carter flottant en le reliant à l'un des deux carters d'entrée et inter-compresseurs avec une liaison à jeu, de préférence à jeu aussi bien radial qu'axial, des moyens appropriés étant prévus pour assurer la continuité de la veine ainsi que l'étanchéité pour éviter toute fuite 30 d'air. Ainsi, selon ce mode de réalisation et en raison de son caractère flottant, pendant le fonctionnement du moteur, aucun effort susceptible de le déformer ne transite par le carter d'u compresseur. 3046201 7 Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description 5 explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : 10 La figure 1 représente schématiquement en coupe axiale un exemple d'architecture de moteur, conforme à l'invention ; Les figures 2 et 3 représentent en perspective un carter inter-compresseurs seul, vu depuis l'aval et de côté; La figure 4 illustre, vu en perspective, un moteur au niveau des carters 15 d'entrée et inter-compresseurs, en partie arraché, avec les bielles conformes à l'invention ; Les figures 5 et 6 montrent deux modes d'attache des bielles à une paroi de carter avec liaison à rotule ; La figure 7 montre, vu en perspective, un agencement de doublet de bielles 20 s'appuyant sur des nervures à l'intérieur du carter inter-compresseurs ; La figure 8 montre une variante de liaison des bielles au carter inter-compresseurs ; La figure 9 montre une variante de réalisation de carter inter-compresseurs avec une seule paroi radiale. 25 Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente un turboréacteur 1 avec, d'amont en aval, une soufflante 2 et un générateur de gaz à double corps formé d'un premier compresseur 3, d'un 3 0 second compresseur 4, d'une chambre de combustion 5, et de deux turbines en série 6 et 7. Le premier compresseur forme avec la turbine 7 à laquelle il est relié par un arbre de turbine 71, le corps à basse pression BP. Le second compresseur 4, forme avec la turbine 6 à laquelle il est relié par un arbre 61, le corps à haute pression HP. Les organes structuraux fixes comprennent le carter d'entrée 8 situé 3046201 8 à l'entrée du générateur de gaz entre la soufflante 2 et le compresseur BP 3, le carter inter-compresseurs 9 entre le compresseur BP 3 et le compresseur HP 4. A l'aval, la transmission des efforts du moteur à la suspension est assurée par le carter d'échappement 10. 5 L'arbre 21 de la soufflante est monté à rotation dans deux paliers 22 et 23 dont le premier est par exemple à rouleaux et le second 23 près du carter est par exemple à billes et forme un palier de butée axiale. L'arbre 21 est relié à l'arbre 71 de la turbine BP 7 au travers d'un réducteur de vitesse 75, à train d'engrenages 10 épicycloïdal. Cet arbre 71 est solidaire du rotor du compresseur BP 3 qui est monté rotatif dans le carter d'entrée 8 par l'intermédiaire d'un palier, par exemple à billes 35, apte à reprendre les efforts axiaux. Les trois paliers 22, 23 et 35 ainsi que le train d'engrenages 75 sont montés dans le moyeu 80 du carter d'entrée 8 et supportés par lui. Ainsi, le carter d'entrée reprend les efforts axiaux de l'arbre 15 de soufflante avec le palier à billes 23 de l'arbre de soufflante et les efforts axiaux de l'arbre BP avec le palier à billes 35 de l'arbre BP. Du moyeu 80 du carter d'entrée 8 s'étendent une pluralité de bras radiaux 81 qui traversent la veine du flux primaire et sont reliés entre eux par une pièce annulaire 20 82, intercalée entre la veine primaire et la veine secondaire. De cette pièce annulaire intercalaire 82 s'étendent une pluralité de bras radiaux 83 traversant la veine secondaire et reliant la pièce intercalaire 82 au carter de soufflante 24. Des moyens d'accrochage à la structure de l'aéronef sont éventuellement prévus dans le prolongement des bras 83 sur le carter de soufflante. 25 Le carter inter-compresseurs 9 est situé immédiatement en aval du compresseur BP 3 et en amont du compresseur HP 4. Il comprend un moyeu 90 traversé par l'arbre BP 71. Ce moyeu forme un support pour le palier 42 dans lequel vient prendre appui le tourillon d'extrémité du rotor du compresseur HP 4. Du moyeu 90 30 s'étendent une pluralité de bras radiaux 91 traversant la veine primaire. Les bras 91 sont reliés entre eux par une pièce annulaire 92. Cette pièce annulaire 92 du carter inter-compresseurs est le siège des attaches 95a pour les bielles 95 de reprise de poussée, agencées pour transmettre les efforts axiaux de poussée à la suspension du moteur. Un exemple de carter inter-compresseurs est décrit dans 3046201 9 la demande de brevet FR 3 007 458 au nom du présent déposant. Ce carter est reproduit sur les figures 2 et 3. On observe que la pièce annulaire 92 du carter 9 est formée principalement d'une virole 92v définissant la paroi radialement extérieure de la veine primaire à ce niveau, et de laquelle s'étendent deux 5 flasques radiaux transversaux par rapport à l'axe du moteur, l'un amont 92a, l'autre aval 92b. Des nervures 92n axiales réparties autour de l'axe relient les deux parois 92a et 92b. De préférence, les nervures sont disposées dans le prolongement des bras radiaux 91. 10 Les efforts axiaux, flèche F, sur les aubes de la soufflante résultant de la rotation de la soufflante sont transmis à l'arbre 21 de la soufflante puis de l'arbre au moyeu 80 par le palier à billes 23 qui forme une butée axiale. Le chemin des efforts passe dans le carter d'entrée 8 par la pièce intercalaire 82, puis par le carter 31 du compresseur BP 3, la pièce annulaire 92 du carter inter-compresseurs 9 et les 15 bielles 95 de reprise de poussée qui y sont attachées. Conformément à l'invention, des bielles 32 relient les deux pièces, intercalaire 82 et annulaire 92, des deux carters 8 et 9. Les bielles 32 sont de préférence fixées à leurs extrémités par des attaches à rotule de manière à ne transmettre que des 20 efforts de compression et de traction. De préférence, les bielles sont disposées en doublets sur le pourtour du carter. Les bielles 32 des doublets ne sont pas parallèles entre elles et de préférence forment un V. La pointe du V est attachée au carter d'entrée, par exemple à la 25 pièce intercalaire 82 du carter d'entrée 8 et les deux extrémités du V à la pièce annulaire 92 du carter inter-compresseurs 9, notamment à la paroi amont 92a, comme cela est visible sur le mode de réalisation de la figure 4. Inversement, selon un autre mode de réalisation, la pointe du V peut être positionnée en aval et les deux branches du V fixées au carter d'entrée. L'angle d'ouverture des deux 30 bielles en forme de V est avantageusement d'au moins 20°, de préférence au moins 30°. De préférence, la transmission des efforts est assurée par un ensemble d'au moins trois doublets, si possible répartis régulièrement sur la circonférence. Selon 3046201 10 un mode de réalisation préféré, deux doublets sont à proximité des attaches des bielles de reprise de poussée qui sont à 10h et 2h, voir la figure 2 et le troisième doublet à 6h. 5 L'assemblage est alors hyperstatique en raison du double chemin d'efforts. Les efforts se repartissent en fonction du rapport de rigidité entre les deux chemins. Ainsi, si les bielles sont raides et le carter de compresseur souple, l'essentiel des efforts passera par les bielles. Le compresseur est alors déchargé et les déformations sont réduites. 10 Conformément à un mode de réalisation non représenté, le carter du compresseur est agencé de manière à être flottant. Par exemple on rend le carter flottant en le reliant à l'un des deux carters d'entrée et inter-compresseurs avec une liaison à jeu, de préférence à jeu aussi bien radial qu'axial, des moyens appropriés étant 15 prévus pour assurer la continuité de la veine ainsi que l'étanchéité pour éviter toute fuite d'air. Ainsi, pendant le fonctionnement du moteur, aucun effort susceptible de le déformer ne transite par le carter d'u compresseur. Un mode d'attache des bielles avec une liaison à rotule est représenté sur la 20 figure 5. Une douille 32d est montée dans un logement ménagé à l'extrémité de la bielle 32. Cette douille est mobile en rotation autour de son centre en raison de sa surface extérieure sphérique, coopérant avec la surface également en portion de sphère de son logement dans la bielle. La douille est traversée par un axe 32f dont les extrémités sont logées dans des chapes solidaires de la pièce 82, 92 25 respectivement. Cette liaison permet la transmission des efforts dans la direction de la bielle. La figure 6 montre une variante de réalisation de la liaison à rotule. Ici la bielle 32' est prolongée par une vis 32v, à son extrémité, qui est logée dans la paroi de la 3 0 pièce 82, 92 sur laquelle elle est attachée. La paroi présente une surface sphérique coopérant avec des pièces d'usure 32'f intercalées entre l'écrou de serrage 32'e de la vis 32v et l'épaulement de l'extrémité de la biellette. Cette surface de contact sphérique autorise des déplacements angulaires, limités, tout en étant rigide le long de l'axe de la bielle 32'. 3046201 11 Selon le mode de réalisation de la pièce annulaire 92 présentée plus haut, avec des nervures 92n axiales reliant deux parois 62a et 62b de la pièce annulaire 92, les bielles peuvent être attachées de différentes façons, comme décrit plus haut. 5 Conformément à un mode de réalisation de l'invention, les bielles sont attachées à la pièce annulaire du carter inter-compresseurs dans le prolongement des nervures 92n, comme on le voit sur la figure 7. La transmission des efforts entre les bielles et la pièce 92 peut ainsi s'opérer sans risque de déformation de 10 l'anneau. Pour améliorer encore la répartition des efforts sur les parois, les nervures sont reliées aux parois 92a et 92b par des congés aussi larges que possible. Par ailleurs, en fonction de la disposition des nervures, il est possible d'inverser le V en positionnant la double attache du côté carter d'entrée, de manière à n'avoir qu'une seule nervure dans le carter inter-compresseurs dans le 15 prolongement des attaches des bielles. Ainsi, en fonction de l'orientation de l'orientation du V, deux nervures sont placées dans l'alignement des attaches et correspondent aux deux branches du V ou une nervure pour correspondre à la pointe de celui-ci. 20 Conformément à une variante de réalisation, la bielle 132 de chaque doublet est montée en traversant la paroi amont 92a et en étant fixée directement à la paroi aval 92b, comme on le voit sur la figure 8. Conformément à une autre variante, l'invention peut être appliquée aussi à une 25 pièce annulaire 192 de carter inter-compresseurs, reliant les bras radiaux 191 traversant la veine primaire, et présentant une seule paroi radiale 192a comme on le voit sur la figure 9. La paroi 192a est alors de préférence renforcée par une nervure 192n appropriée. La bielle de reprise de poussée et la bielle 32 sont montées de part et d'autre de la paroi radiale 192a. 30 L'invention s'étend aux autres variantes de réalisation non illustrées remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS1. Turboréacteur multiflux, comprenant a. une soufflante amont (2) entraînée par un générateur de gaz, b. le générateur de gaz comprenant un premier (3) et un second (4) compresseurs coaxiaux, c. un carter d'entrée (8) formant support des rotors de la soufflante (2) et du premier compresseur (3), d. un carter inter-compresseurs (9) en aval du carter d'entrée (8) et formant support du rotor du second compresseur (4), e. des moyens (95a) d'attache pour des bielles (95) de reprise de poussée agencés sur le carter inter-compresseurs, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une bielle (32, 32', 132) de transmission d'efforts axiaux reliant le carter d'entrée (8) au carter inter- compresseurs (9). 2. Turboréacteur selon la revendication précédente, comprenant au moins un doublet de bielles (32, 32', 132) de transmission d'efforts axiaux, non parallèles entre elles. 3. Turboréacteur selon la revendication précédente, comprenant au moins trois doublets desdites bielles (32, 32', 132) répartis autour de l'axe du moteur. 4. Turboréacteur selon l'une des revendications 1 à 3, dont au moins l'une des attaches entre le carter (8, 9) et la bielle (32, 32', 132) est à rotule. 5. Turboréacteur selon l'une des revendications 1 à 4, dont au moins l'un des deux carters comprend deux parois (92a, 92b) radiales disposées perpendiculairement à l'axe, les deux parois étant reliées par des nervures (92n) orientées dans l'axe. 6. Turboréacteur selon la revendication précédente, dont au moins une des attaches de bielle au carter est située dans le prolongement d'une desdites nervures (92n). 7. Turboréacteur selon la revendication 1, comprenant au moins un doublet de bielles de transmission des efforts axiaux et le carter inter-compresseurs (9) 3046201 13 comprenant une paroi amont (92a) et une paroi aval (92b), les bielles (132) du doublet étant attachées à la paroi aval (92b). 8. Turboréacteur selon l'une des revendications précédentes, la soufflante étant entraînée par une turbine BP (7), comprenant un réducteur de vitesse 5 (75) entre un arbre (71) de la turbine BP et la soufflante (2). 9. Turboréacteur selon l'une des revendications précédentes dont au moins une partie des paliers supportant l'arbre de soufflante et l'arbre BP, respectivement, dans le carter d'entrée sont aptes à former des butées axiales. 10 10. .Turboréacteur selon l'une des revendications précédentes dont ledit carter du compresseur est flottant, notamment en étant relié à l'un des deux carters d'entrée et inter-compresseurs avec une liaison à jeu. 15