Brevet FR3041933A1 — publié le 20170407

Aéronef avec un ensemble propulsif comprenant un doublet d'hélices à l'arrière du fuselage Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine aéronautique dans lequel les aéronefs sont propulsés au moins en partie par un ensemble de rotors de soufflantes disposés à l'arrière dans le prolongement du fuselage. Les rotors de soufflantes sont entraînés par des moteurs tels que des turboréacteurs. Etat de la technique il a été proposé dans la demande de brevet FR-A1-2 997 681, une nouvelle architecture d'aéronef permettant de réduire les nuisances sonores et la consommation de carburant de l'aéronef en limitant la traînée aérodynamique. Dans une telle architecture, un aéronef est propulsé par un système de propulsion à soufflantes contrarotatives, intégré à l'arrière du fuselage de l'aéronef, dans le prolongement de celui-ci. Le système de propulsion comprenant deux générateurs de gaz qui alimentent une turbine de puissance ayant deux rotors contrarotatifs pour entraîner deux rotors de soufflantes, les soufflantes étant disposées en aval des générateurs de gaz. Les générateurs de gaz sont des moteurs à turbine a gaz incorporés au fuselage avec des entrées d'air distinctes qui alimentent chacune un générateur de gaz. Le diamètre de la nacelle 3041933 2 enveloppant les rotors de soufflantes est, selon cette réalisation, sensiblement égal à celui de la plus grande section du fuselage de l'aéronef. Cette nacelle intègre la turbine de puissance. 5 Dans une telle solution, en cas de défaillance de la partie du système de propulsion composée de la turbine contrarotative et des soufflantes contrarotatives, le maintien de la capacité à générer de la poussée peut ne pas être assuré. Par exemple, en cas de destruction des aubages de la turbine contrarotative, une obstruction totale du flux interne chaud par 10 les débris peut se produire. Il s'ensuivrait la perte totale de poussée ainsi qu'une probabilité de pompage élevée des générateurs de gaz en raison de la brutale variation de section débitante. Par ailleurs, le mode d'installation des générateurs de gaz totalement 15 intégrés au fuselage suppose un agencement des entrées d'air permettant de ne pas alimenter les générateurs avec la couche limite développée sur le fuselage avion ; cette dernière présentant une vitesse sensiblement inférieure à la vitesse de vol, est préjudiciable au rendement thermique des générateurs de gaz. 20 On connait par le brevet FR 1 339 141 un dispositif de propulsion disposé à l'arrière dans la pointe du fuselage de manière à absorber la couche limite et comportant une hélice disposée dans un canal en aval de la pointe du fuselage, alimentée en air le long du fuselage et 25 entraînée par des turboréacteurs fixés à l'arrière au fuselage. L'entraînement est assuré soit par une transmission mécanique soit par le flux gazeux issu des moteurs. 3041933 3 La présente invention a pour objet de fournir une solution adaptée au type d'architecture d'aéronef et de propulseur qui vient d'être décrit dans lequel on dispose d'un doublet d'hélices pour que l'ensemble fonctionne de manière optimale indépendamment des différentes 5 conditions de vol. En particulier le problème posé porte sur l'entraînement du doublet d'hélices par un ensemble de moteurs susceptibles de présenter des écarts de régimes et de couples à l'intérieur d'une certaine marge de fonctionnement. 10 Un objectif de l'invention est également d'alimenter les moteurs sans ingestion de couche limite fuselage ni de distorsion de flux, pour en maximiser le rendement thermique. Il s'agit aussi de maintenir la capacité à alimenter le propulseur avec le maximum d'air issu de la couche limite afin d'en maximiser le rendement propulsif. 15 La présente invention a également pour objectif de maintenir une capacité de poussée en cas de défaillance majeure du module propulseur. 20 Exposé de l'invention On atteint ces objectifs avec un aéronef comportant un fuselage, un propulseur en pointe arrière du fuselage et au moins deux moteurs entraînant chacun un arbre moteur, le propulseur comprenant au moins 25 une hélice entraînée mécaniquement par les arbres moteurs. Conformément à l'invention, l'aéronef est caractérisé par le fait que le propulseur comprend deux hélices, chacune des hélices étant entrainée par un arbre d'hélice, les deux arbres d'hélice étant entraînées par les 3041933 4 arbres moteurs par l'intermédiaire d'un premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel. Il est à noter que les deux hélices sont contrarotatives 5 Plus particulièrement, le premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel comprend une entrée et deux sorties, l'entrée étant reliée mécaniquement aux deux arbres moteurs et chacune des deux sorties entraînant un arbre d'hélice. Et selon un mode e réalisation préféré, le io premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel comprend un planétaire en entrée et une couronne et un porte satellites en sorties. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, l'entrée du premier train d'engrenages différentiel est reliée à la sortie d'un second 15 train d'engrenages épicycloïdal différentiel, le second train d'engrenages différentiel comprenant deux entrées, chacune desdites deux entrées étant reliée mécaniquement à un desdits arbres moteurs. Dans la mesure où les deux moteurs entraînent les arbres moteurs à la 20 même vitesse avec le même couple, ce système permet de fournir de la puissance venant de deux sources avec des écarts de régimes ou de couples fournis, potentiels mais relativement faibles, à un seul arbre de sortie. Cet arbre est ensuite lié à un train différentiel permettant de répartir le couple sur les deux hélices. 25 Conformément à un mode de réalisation, l'axe de rotation de l'entrée du premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel est coaxial à l'axe de rotation de la sortie du second train d'engrenages épicycloïdal 3041933 5 différentiel. Par ailleurs, le second train d'engrenages épicycloïdal différentiel comprend un porte satellites coaxial et solidaire de la sortie du second train d'engrenages épicycloïdal différentiel, les satellites du porte satellites engrenant sur deux couronnes opposées, coaxiales avec 5 le porte satellites, les deux couronnes étant entraînées chacune par un des arbres moteurs. Plus particulièrement, les satellites du second train d'engrenages épicycloïdal différentiel sont d'axe radial par rapport à l'axe de rotation 10 du porte satellites. Enfin les arbres moteurs sont agencés radialement par rapport à l'axe de rotation du porte satellite. Avantageusement les moteurs montés sur le fuselage de l'aéronef sont des moteurs à turbine à gaz notamment des turboréacteurs dont les 15 manches d'entrée d'air sont espacées du fuselage. L'espacement des manches d'entrée d'air a pour but notamment d'éviter l'ingestion de la couche limite de l'air circulant le long du fuselage par les moteurs évitant les perturbations qui y sont associées 20 qui sont pénalisantes sur le plan du rendement thermique du moteur. Les moteurs, en tant que turboréacteurs sont aptes à assurer la propulsion de l'aéronef en cas de défaillance du propulseur. En effet, les turboréacteurs peuvent assurer la propulsion de l'aéronef 25 indépendamment du propulseur le cas échéant. Avantageusement les moteurs sont des turboréacteurs mono-flux et plus particulièrement les turboréacteurs sont à double corps. 3041933 6 Présentation des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, 5 caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence au dessin schématique annexé. Sur ces dessins : 10 La figure 1 représente schématiquement l'arrière du fuselage d'un aéronef avec le système de propulsion selon l'invention ; La figure 2 montre le détail de la transmission mécanique entre les 15 arbres moteurs et les deux hélices de propulsion de l'aéronef ; La figure 3 montre plus en détail la structure du second train d'engrenages épicycloïdal différentiel. 20 Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention. L'ensemble propulsif est monté à l'arrière de l'aéronef dont on n'a représenté la partie arrière du fuselage 1. Sur ce fuselage, sont montés les deux moteurs 3 et 5 de gaz par l'intermédiaire de pylônes 25 convenablement agencés mais non représentés. Ces deux pylônes sont disposés de manière à réserver un espace suffisant entre la paroi du fuselage 1 et la manche d'entrée d'air de chacun des moteurs, 3 et 5 évitant ainsi que l'air de la couche limite formée le long du fuselage ne 3041933 7 soit dirigé vers les manches d'entrée d'air. Cet air circule le long du fuselage vers l'arrière. Les moteurs sont, dans l'exemple illustré ici, des turboréacteurs. Ils 5 comprennent ainsi un corps basse pression formé d'un rotor avec un compresseur 31 ; 51 et une turbine 39 ; 59, et d'un rotor haute pression formé d'un compresseur 33 ; 53 et d'une turbine 37 ; 57. Les compresseurs alimentent une chambre de combustion 35 ; 55 dont les gaz produits entraînent les turbines haute pression et basse pression 10 successivement. Les gaz sont guidés vers les canaux d'échappement 3T et 5T immédiatement en aval des turbines. Le propulseur comprend un doublet 7 d'hélices formé de deux rotors aubagés coaxiaux et contrarotatifs, 71 et 73, dans l'axe du fuselage. Le 15 doublet d'hélices 7 contrarotatives tourne à l'intérieur d'un carter de soufflante 10 qui est relié par des bras 11 au fuselage 1 et qui définit une veine de flux d'air. En amont du carter 11, un espace est ménagé entre le bord d'attaque et le fuselage pour permettre l'alimentation en air du doublet 7. En fonctionnement, les deux hélices aspirent l'air au 20 niveau de la pointe du fuselage et l'évacue vers l'arrière par la tuyère que forme l'enveloppe 10. Les deux rotors d'hélices 71 et 73 sont solidaires d'arbres coaxiaux 72 74 entraînés en rotation par les arbres moteurs 32 et 52 au travers d'un 25 mécanisme 15 de transmission de puissance représenté par un simple bloc et décrit ci-après. Les arbres moteurs sont disposés radialement entre les moteurs 3 et 5, auquel ils sont reliés par des boites d'engrenages avec renvoi d'angle, et le bloc 15 de transmission de 3041933 8 puissance des arbres 32 et 35 vers les arbres 72 et 74 d'entraînement des hélices. Sur la figure 2, on voit les deux hélices 71 et 73 avec leur arbre respectif 5 72 et 74. La chaine de transmission de puissance mécanique, que constitue le bloc 15, entre les deux arbres moteurs 32 et 52 et les arbres 72 et 74 comprend un premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel 40 et un second train d'engrenages épicycloïdal différentiel 60. 10 Le premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel 40 comprend un pignon planétaire central 40p, sur lequel engrènent des pignons satellites 40s. Les pignons satellites 40s sont montés sur un porte satellite 40ps à l'intérieur d'une couronne 40c. Le planétaire 40p, le 15 porte satellite 40ps et la couronne sont montés rotatifs à l'intérieur d'un carter du différentiel, non représenté. Ils sont également coaxiaux avec les deux arbres concentriques 72 et 74. La couronne est solidaire de l'arbre 74 et le porte satellite est solidaire de l'arbre 72. 20 Le second train d'engrenages épicycloïdal différentiel 60 comprend, à l'intérieur d'un carter fixe non représenté, une première roue mobile 61, une seconde mobile 62, un porte satellite 60ps et des pignons satellites 60s. Le porte satellite 60ps est solidaire d'un arbre 100 monté rotatif à l'intérieur du fuselage et qui est également solidaire du pignon 25 planétaire 40p du premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel 40. Il est à noter que les arbres 100, 72 et 74 sont supportés par des paliers appropriés, non représentés, dans la structure fixe du fuselage. 3041933 9 Le porte satellite 60ps supporte des pignons satellites 60s dont les axes sont disposés dans un même plan perpendiculaire à l'arbre 100 et orientés radialement par rapport à l'arbre 100. Les deux roues mobiles sont montées par l'intermédiaire de paliers dans le carter 60f. 5 Les roues mobiles 61 et 62 comprennent chacune une première couronne dentée, 61c1 respectivement 62c1, et une seconde couronne dentée, 61c2 respectivement 62c2. Les premières couronnes, 61c1 respectivement 62c1, sont de même rayon, disposées dans deux plans 10 perpendiculaires à l'axe de l'arbre 100 du porte satellite en étant opposées l'une par rapport à l'autre et distantes axialement l'une de l'autre de manière à engrener sur les pignons satellites 60s. Ici, les dentures des pignons sont à 45° par rapport à l'axe de l'arbre du porte satellite 100. Les roues mobiles 61 et 62 portent chacune une seconde 15 couronne dentée, 61c2 et 62c2 respectivement. La seconde couronne dentée 61c2 de la roue 61 est de diamètre supérieur à celui de la première couronne 61c1 et engrène avec un pignon 32p de l'arbre moteur radial 32. L'arbre radial 32 se prolonge extérieurement en direction du moteur et est entraîné en rotation par lui par l'intermédiaire 20 d'un renvoi d'angle à 90°. De la même façon, la row 62 comprend une seconde couronne dentée 62c2, ici de rayon sensiblement égal à celui de la couronne 61c2 de la roue 61. La couronne 62c2 engrène avec un pignon 52p solidaire de l'arbre moteur radial 52. Les deux arbres radiaux ne sont pas placés dans un même plan perpendiculaire à l'axe 25 de l'arbre 100. Les couronnes 61c2 et 62c2 constituent les deux entrées du second train d'engrenages épicycloïdal différentiel 60. L'arbre moteur radial 52 est relié par un renvoi d'angle approprié à l'arbre d'entraînement du second moteur. Les pignons 32p et 52p avec leur 3041933 10 arbre respectif sont supportés par la structure fixe. Ils forment les pignons planétaires du système différentiel. Le second train d'engrenages épicycloïdal différentiel 60 fonctionne de 5 la façon suivante : quand les charges appliquées par les arbres 32 et 52 sont les mêmes, ces derniers entraînent en rotation autour de son axe le porte-satellites 60ps par l'intermédiaire des pignons satellites 60s qui restent fixes dans leur repère. Si les efforts appliqués par les arbres moteurs ne sont plus identiques, les satellites sont amenés à tourner io autour de leur axe. Dans tous les cas la puissance combinée de deux moteurs est appliquée sur l'arbre 100 qui entraîne le planétaire 40p du premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel 40. Ce dernier assure en sortie la 15 répartition de la charge entre les deux hélices 71 et 73. Lorsqu'une panne intervient sur le propulseur, il est possible avec l'agencement de l'invention d'assurer la propulsion de l'aéronef directement par les gaz issus des moteurs 3 et 5. Ainsi la continuité de 20 la propulsion est-elle assurée. REVENDICATIONS1. Aéronef comportant un fuselage (1), un propulseur (7) en pointe arrière du fuselage et au moins deux moteurs (3, 5) entraînant chacun un arbre moteur (32, 52), le propulseur comprenant au moins une hélice (71, 73) entraînée mécaniquement par les arbres moteurs (32, 52), caractérisé par le fait que le propulseur (7) comprend deux hélices (71, 73), chacune des hélices étant entrainée par un arbre d'hélice (72,74), les deux arbres d'hélice étant entraînées par les arbres moteurs (32, 52) par l'intermédiaire d'un premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel (40). 2. Aéronef selon la revendication 1 dont le premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel (40) comprend une entrée (40p) et deux sorties (40ps, 40c) l'entrée étant reliée mécaniquement aux deux arbres moteurs et chacune des deux sorties entraînant un arbre d'hélice. 3. Aéronef selon la revendication 2 dont le premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel (40) comprend un planétaire (40p) en entrée et une couronne (40c) et un porte satellites (40ps) en sorties. 4. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 3 dont l'entrée du premier train d'engrenages différentiel (40) est reliée à la sortie d'un second train d'engrenages épicycloïdal différentiel (60), le second train d'engrenages différentiel (60) comprenant deux entrées (61, 62), chacune desdites deux entrées étant reliée mécaniquement à un desdits arbres moteurs (32, 52). 5. Aéronef selon la revendication précédente dont l'axe de rotation de l'entrée (40p) du premier train d'engrenages épicycloïdal différentiel 3041933 12 (40) est coaxial à l'axe de rotation de la sortie (60ps) du second train d'engrenages épicycloïdal différentiel (60). 6. Aéronef selon l'une revendications 4 et 5 dont le second train d'engrenages épicycloïdal différentiel (60) comprend un porte 5 satellites (60ps) formant la sortie du second train d'engrenages épicycloïdal différentiel (60), les satellites (60s) du porte satellites engrenant sur deux couronnes (61c1, 62c1) opposées, coaxiales avec le porte satellites, les deux couronnes (61c1, 62c1) étant entraînées chacune par un des arbres moteurs (32, 52). 10 7. Aéronef selon la revendication précédente dont les satellites (60s) du second train d'engrenages épicycloïdal différentiel sont d'axe de rotation radial par rapport à l'axe de rotation du porte satellites (60ps). 8. Aéronef selon l'une des revendications 4 à 7 dont les arbres moteurs (32, 52) sont agencés radialement par rapport à l'axe de rotation du 15 porte satellite. 9. Aéronef selon l'une des revendications précédentes dont les moteurs (3, 5) sont des moteurs à turbine à gaz notamment des turboréacteurs dont les manches d'entrée d'air sont espacées du fuselage. 20 10. Aéronef selon la revendication 9 dont les moteurs sont aptes à assurer la propulsion de l'aéronef en cas de défaillance du propulseur (7). 25