Brevet FR3053725A1 — publié le 20180112

TURBOMACHINE D'AVION AVEC DES AUBES MOBILES EN BATTEMENT ET EN PAS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à des turbomachines d'avion à décollage horizontal, telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. L'invention concerne la liaison mécanique d'aubes de soufflante à un disque de soufflante. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE De nombreux avions à décollage horizontal comprennent au moins un turboréacteur à double flux qui comporte une soufflante. La soufflante comprend un arbre auquel est fixé un disque mobile en rotation autour de l'axe longitudinal de l'arbre. Les aubes de soufflante sont fixées au disque à partir duquel elles s'étendent radialement. Ces aubes peuvent être soumises à des contraintes mécaniques qui varient lors d'une révolution du turboréacteur, notamment lorsque le turboréacteur est logé dans une nacelle au moins partiellement intégrée au fuselage de l'avion. Ces contraintes mécaniques sont également susceptibles de varier le long de l'aube. Il en découle une fatigue mécanique accrue de ces aubes de soufflante et un risque qu'elles se détériorent prématurément. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet une turbomachine pour avion à décollage horizontal. La turbomachine comprend un rotor comprenant un arbre et des aubes mobiles en rotation autour de l'axe de rotation de l'arbre, l'arbre portant au moins un disque configuré pour maintenir les aubes relativement à l'arbre. 3053725 2 Selon l'invention, une pale d'une première des aubes est reliée mécaniquement au disque, en étant au moins mobile en rotation par rapport au disque autour d'un premier axe de battement et autour d'un deuxième axe incliné par rapport au premier axe. 5 La mobilité en rotation de la première aube relativement au disque permet de réduire la fatigue mécanique de cette aube. En effet, le mouvement de l'aube relativement au disque absorbe de l'énergie qui tendrait sinon à la déformer mécaniquement. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des 10 caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non. Avantageusement, la première aube est reliée mécaniquement au disque, en étant également mobile en rotation par rapport au disque autour d'un axe de traînée de la pale, d'un axe de pas de la pale et/ou d'un axe de battement de la pale. Selon une particularité de réalisation, la turbomachine comprend une 15 articulation reliée mécaniquement au disque et un manchon de support de la première aube. Le manchon est relié mécaniquement au disque par l'articulation, en étant mobile en rotation par rapport au disque au moins autour d'un axe choisi parmi le premier axe et le deuxième axe. 20 Selon une forme de réalisation avantageuse, chaque pale d'aube mobile est reliée mécaniquement au disque, en étant mobile relativement au disque au moins partiellement indépendamment des autres pales. La fatigue mécanique des aubes est encore réduite, lorsqu'elles sont mobiles relativement au disque au moins partiellement indépendamment les unes des 25 autres. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, la turbomachine comprend un moyen d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes reliant mécaniquement la première aube à une deuxième aube adjacente à la première aube autour de l'axe de rotation de l'arbre. Le moyen d'amortissement de variation 3053725 3 d'écartement inter-aubes est configuré pour limiter la variation de l'écartement entre la première aube et la deuxième aube. Selon une autre particularité de réalisation, la turbomachine comprend un moyen d'amortissement de battement configuré pour solliciter la pale de la première 5 aube en direction d'un plan du disque de rotor Selon une autre particularité de réalisation, la turbomachine comprend une première articulation pour une liaison pivot de la pale autour du premier axe, une deuxième articulation pour une liaison pivot de la pale autour du deuxième axe, en liant un mouvement de pas de la pale à un mouvement de battement de la pale. 10 De préférence, le rotor est un rotor de soufflante. Dans ce cas, la turbomachine est notamment un turboréacteur ou turbopropulseur. L'invention se rapporte aussi à un avion à décollage horizontal comprenant une turbomachine telle que définie ci-dessus. Les avions à décollage horizontal sont définis par opposition aux aéronefs 15 à décollage vertical qui ont une voilure tournante tels que les hélicoptères ou les giravions. Les avions à décollage horizontal comprennent notamment au moins une turbomachine sous une aile, à proximité des ailerons, sous le fuselage et/ou proche du nez de l'avion. Enfin, l'avion comprend de préférence un fuselage et une nacelle au moins partiellement encastrée dans le fuselage, la nacelle enfermant une turbomachine 20 telle que définie ci-dessus. Lorsque la turbomachine est logée dans une nacelle au moins partiellement intégrée au fuselage, une couche limite localisée tend à se former dont l'ingestion par la première aube exerce des contraintes inhomogènes sur les différentes parties de celle-ci et des contraintes inhomogènes sur une révolution de la turbomachine. 25 La fatigue mécanique de la première aube est alors d'autant plus réduite que la liaison de l'aube au disque homogénéise les contraintes mécaniques exercées sur cette aube. 3053725 4 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : 5 la figure 1 est une représentation schématique en élévation d'un avion à décollage horizontal, comprenant une turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique de face selon l'axe de rotation de la turbomachine d'un rotor de soufflante de la turbomachine selon le 10 premier mode de réalisation ; la figure 3 est une représentation schématique de face selon un axe de rotation de turbomachine d'un rotor de soufflante d'une turbomachine selon un deuxième mode de réalisation ; la figure 4 est une représentation schématique de côté d'un 15 rotor de soufflante d'une turbomachine selon un troisième mode de réalisation ; la figure 5 est une représentation schématique de côté d'un rotor de soufflante d'une turbomachine selon un quatrième mode de réalisation ; la figure 6 est une représentation de côté d'un rotor de soufflante selon un cinquième mode de réalisation. 20 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. La figure 1 représente un avion 1 à décollage horizontal. L'avion 1 25 comprend un fuselage 4 et des ailes 5 formant une voilure fixe par rapport au fuselage 4. L'avion 1 comprend deux nacelles 6 partiellement encastrées au fuselage 4, ce qui permet de réduire la consommation de carburant et les émissions sonores de l'avion 1. Les nacelles 6 sont situées de part et d'autre du fuselage 4 et en amont des ailerons 7. Elles logent chacune un seul turboréacteur 2 d'axe longitudinal 3. 3053725 5 Dans toute la description, il est noté que les termes amont et aval sont à considérer par rapport à une direction principale F d'écoulement normal des gaz (de l'amont vers l'aval) pour une turbomachine, également appelée direction axiale. Elle correspond à la direction de l'axe longitudinal 3 des turboréacteurs 2. Un plan radial P est 5 un plan orthogonal à l'axe longitudinal 3 et une direction radiale est une direction appartenant à un plan radial P. Les turboréacteurs 2 sont à double flux et comprennent chacun une soufflante en aval d'une entrée d'air. En référence aux figures 2 à 6, la soufflante comprend un rotor 20 enfermé dans un carter fixe (non représenté). Le rotor 20 comprend au moins 10 un étage d'aubes 22, 25 mobiles autour d'un axe de rotation de la soufflante qui correspond sensiblement à l'axe longitudinal 3 du turboréacteur 2. Le rotor 20 comprend au moins une première aube mobile 22 et une deuxième aube 25 adjacente à la première aube 22 autour de la direction axiale. Chacune de ces aubes 22, 25 comprend un pied et une pale 27, 29. 15 Les aubes de soufflante 22, 25 sont retenues par un disque central 21 qui est porté par un arbre 23 de la soufflante. Ce disque 21 est mobile en rotation autour de l'axe 3 de rotation de la soufflante. En référence à la figure 2, chacune des aubes mobiles 22, 25 est reliée mécaniquement au disque 21 par l'intermédiaire d'une rotule 24 et d'un manchon 30 de 20 support de l'aube. Chacune des rotules 24 est reliée mécaniquement à une seule des aubes 22, 25, ce qui les rend mobiles par rapport au disque 21 au moins partiellement indépendamment les unes des autres. Chaque manchon 30 comprend un corps longiligne 31 qui est de forme 25 tubulaire et un rebord annulaire 32. Le corps 31 est relié mécaniquement au disque 21 par la rotule 24 à laquelle il est fixé et qui joue le rôle d'articulation du manchon 30 par rapport au disque 21. Le rebord annulaire 32 est situé radialement en périphérie du corps 31.11 facilite l'insertion d'au moins une partie du pied de l'aube 22, 25 dans le corps 31. Le pied 3053725 6 de l'aube 22, 25 est aussi maintenu latéralement par le rebord annulaire 32 lorsqu'il a été inséré dans le corps 31, pour fixer l'aube 22, 25 à son manchon 30. La rotule 24 reliée à la première aube 22 permet une rotation du manchon 30 relativement au disque 21 autour de l'axe de traînée X-X de la pale 27 de l'aube 5 22, de l'axe de pas Y-Y de la pale 27 et de l'axe de battement Z-Z de la pale 27 qui sont sensiblement orthogonaux deux à deux. La rotule 24 empêche un débattement en translation du manchon 30 relativement au disque 21. L'axe de pas Y-Y et l'axe de battement Z-Z de la pale 27 sont dans le plan du disque lorsque l'aube 22 est au repos. L'axe de traînée X-X est sensiblement parallèle à 10 l'axe de rotation 3 du disque 21 lorsque l'aube 22 est au repos. Le repère orthonormé formé par l'axe de traînée X-X, l'axe de pas Y-Y et l'axe de battement de la pale Z-Z a pour origine le centre de la rotule 24 de cette pale 27. Ce repère est mobile par rapport au disque 21, en suivant la pale 27 par rapport au disque 21. La pale 27 de la première aube 22 est alors mobile en rotation par rapport 15 au disque 21 autour de son axe de traînée X-X, de son axe de pas Y-Y et de son axe de battement Z-Z, ce qui diminue la fatigue mécanique de l'aube 22. Elle est sensiblement immobilisée en translation par rapport au disque 21 par sa rotule 24. De même la pale 29 de la deuxième aube 25 est mobile en rotation par rapport au disque autour de son axe de traînée X1-X1, de son axe de pas Yi-Yi de la pale et 20 de son axe de battement Z1-Z1. Le repère orthonormé X1-X1, Yi-Yi et Z1-Z1 a pour origine le centre de la rotule 24 de la deuxième aube 25. La fatigue des aubes 22, 25 est notamment réduite efficacement vis-à-vis du phénomène d'ingestion de couche limite située à proximité de la jonction du fuselage 4 et de la nacelle 6 logeant le turboréacteur 2. 25 La mobilité en rotation des pales 27, 29 indépendamment l'une de l'autre par rapport au disque 21 réduit encore la fatigue mécanique des aubes 22, 25. Le deuxième mode de réalisation, qui est représenté à la figure 3, se distingue du premier mode de réalisation en ce que le rotor 20 comprend des moyens 40 d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes. 3053725 7 La première aube 22 est reliée mécaniquement à la deuxième aube 25 par un ressort 41 et un amortisseur 42. L'amortisseur 42 sollicite la première aube 22 et la deuxième aube 25 en écartement alors que le ressort 41 sollicite la première aube 22 et la deuxième aube 25 en rapprochement en jouant le rôle de tirant. 5 Le ressort 41 et l'amortisseur 42 sont tous les deux réalisés en matériau léger, par exemple en élastomère, sollicité notamment en cisaillement. Ils sont fixés chacun à une première de leur extrémité au manchon 30 de la première aube et à leur deuxième extrémité, opposée à la première extrémité, au manchon 30 de la deuxième aube. Le ressort 41 et l'amortisseur 42 jouent le rôle de moyen 10 d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes 40 entre la première aube 22 et la deuxième aube 25 selon la flèche A, pour tendre à une distance sensiblement constante entre ces aubes 22, 25, notamment dans le plan radial du disque P de rotor lorsque ces aubes 22, 25 sont au repos. Plus généralement, le moyen d'amortissement de variation d'écartement 15 inter-aubes 40 tend à maintenir une distance sensiblement égale entre toutes les aubes 22, 25 dans des plans orthogonaux à leur axes de traînée X-X et Xi-Xi respectifs. Toutes les aubes 22, 25 du rotor 20 sont reliées mécaniquement entre elles deux à deux par des moyens d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes 40. Ces moyens d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes 40 sont deux à 20 deux identiques. Le troisième mode de réalisation, qui est représenté à la figure 4, se distingue du premier mode de réalisation en ce que le rotor 20 comprend des moyens d'amortissement de mouvement de battement 50 des pales 27, 29. La première aube 22 comprend un ressort de couple 52, par exemple un 25 ressort de torsion, et une biellette 51. Le ressort 52 est fixé à une première extrémité de la biellette 51. Le ressort 52 est aussi fixé au disque 21. Le ressort 52 sollicite la pale 27 en direction du plan radial du disque P, lorsque celle-ci tend à s'en éloigner en tournant autour de l'axe de battement Z-Z. La biellette 51 est reliée rigidement au manchon 30 à sa deuxième 30 extrémité, opposée à sa première extrémité, à proximité du bord d'attaque de l'aube 22. 3053725 8 Lorsque la première aube 22 pivote autour de son axe de pas Y-Y selon la flèche C pour changer de pas et gagner de l'incidence, elle a tendance à pivoter autour de l'axe de battement Z-Z selon la flèche B pour se rapprocher de l'axe de traînée X-X, ce qui favorise le pompage. 5 La biellette 51 et le ressort 52 visent à pallier à cet inconvénient en liant les mouvements de pas et de battement de la pale 27 de la première aube 22. Ils servent à faire tendre le pas et le battement de la pale 27 de la première aube 22 vers un pas et un battement nominal pour le vol. Ils forment un moyen d'amortissement 50 de mouvement de battement 10 de la pale 27. Ils sollicitent la pale 27 en direction du plan radial du rotor P, en diminuant sa portance, et donc sa rotation autour de l'axe de battement Z-Z, lorsque la pale 27 tourne autour de son axe de pas Y-Y en diminuant son incidence. La deuxième aube 25 et les autres aubes de soufflante comprennent également chacune des moyens d'amortissement de mouvement de battement 50. Ces 15 moyens d'amortissement de mouvement de battement 50 sont identiques à ceux de la première aube 22. Le quatrième mode de réalisation, qui est représenté à la figure 5, se distingue du troisième mode de réalisation en ce que le rotor 20 comprend également des moyens d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes 40, similaires à ceux du 20 deuxième mode de réalisation, pour relier les aubes 22, 25 entre elles. La raideur des moyens d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes 40 et des moyens d'amortissement de mouvement de battement 50 est suffisamment faible pour que les aubes 22, 25 soient partiellement mobiles les unes par rapport aux autres et par rapport au disque 21, contrairement aux liaisons rigides connues 25 des aubes au disque. La raideur de ces moyens d'amortissement 40, 50 est suffisamment élevée pour limiter respectivement les contacts inter-aubes et respectivement les risques de pompage du fait du débattement des aubes. 3053725 9 La figure 6 représente un cinquième mode de réalisation, qui se distingue du troisième mode de réalisation par la forme des moyens 60 employés pour solliciter chaque pale 27, 29 en direction du plan P du disque du rotor. La pale 27 de la première aube 22 est reliée mécaniquement au disque 5 21 par une première articulation 26 et une deuxième articulation 28. La pale 27 est mobile relativement au disque 21 selon une liaison pivot autour de son axe de traînée X-X, du fait de la première articulation 26. La deuxième articulation 28 est située entre la première articulation 26 et la pale 27. La deuxième articulation 28 forme une liaison pivot pour la pale 27 10 relativement au disque 21 autour d'un axe R-R qui est incliné d'un angle aigu, différent de 0° et de 90°, par rapport à l'axe de traînée X-X de la pale 27. La deuxième articulation 28 lie un mouvement de battement de la pale 27 autour de son axe de battement Z-Z et un mouvement de pas de la pale 27 autour de son axe de pas Y-Y, de manière à solliciter la pale 27 en direction du plan P du disque de 15 rotor lorsqu'elle s'en éloigne. Elle sollicite par exemple la pale 27 en direction du plan radial du rotor P, en diminuant sa portance et donc son angle p par rapport à ce plan P, lorsque la pale 27 a tourné d'un angle 0 autour de son axe de pas Y-Y en fermant son incidence. La pale 27 est sollicitée par les articulations 26, 28 dans le plan P du disque à l'encontre de la force de pression G générée par le vent relatif exercé sur la pale 27 qui a une direction 20 différente de celle de l'écoulement F selon la direction longitudinale. La deuxième articulation 28 offre l'avantage de réduire la fatigue mécanique de la pale 27, en la sollicitant en direction du plan du disque rotor P, par rapport à la biellette 41 et du ressort 42 du troisième mode de réalisation. La pale 29 de la deuxième aube est également reliée mécaniquement au 25 disque 21 par une première articulation 26 mobile en rotation autour de son axe de traînée X-X, et par une deuxième articulation 28 qui est mobile en rotation autour d'un axe R-R incliné par rapport à l'axe de traînée X-X, à l'axe de pas Y-Y et à l'axe de battement Z-Z, pour lier un mouvement de pas et un mouvement de battement de cette pale 29. De manière générale, chaque pale 27, 29 des aubes mobiles 22, 25 est 30 reliée mécaniquement au disque 21 par une première articulation 26 mobile autour de son 3053725 10 axe de traînée X-X, et par une deuxième articulation 28 mobile autour d'un axe R-R incliné pour lier un mouvement de pas et un mouvement de battement de cette pale 27, 29. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de 5 l'invention. En particulier, le rotor 20 selon le cinquième mode de réalisation peut également comprendre des moyens 40 d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes semblables à ceux du deuxième mode de réalisation. De manière générale, le ressort 41 peut solliciter la première aube 22 et 10 la deuxième aube 25 en rapprochement, par exemple s'il s'agit d'un ressort hélicoïdal travaillant en extension. En variante ou en plus, le ressort 41 peut solliciter la première aube 22 et la deuxième aube en écartement, à la manière d'un ressort hélicoïdal travaillant en compression. Le ressort 41 peut être remplacé par tout autre moyen élastique. L'amortisseur 42 peut être configuré pour solliciter le rapprochement de 15 la première aube 22 et de la deuxième aube 25, y compris lorsque le ressort 41 sollicite les aubes 22 et 25 en rapprochement. Il peut être aussi configuré pour solliciter l'écartement de la première aube 22 et de la deuxième aube 25, y compris lorsque le ressort 41 sollicite les aubes 22, 25 en écartement. En référence aux figures 4 et 5, le ressort 52 peut être un ressort 20 hélicoïdal linéaire. Les moyens d'amortissement de mouvement de battement 50 peuvent comprendre une butée pour le ressort 52, pour créer une valeur de référence de calage de la pale de l'aube 22. La longueur et/ou la raideur du ressort 52 sont alors déterminés de 25 manière à ce qu'il n'exerce pas de force de rappel lorsque la valeur de calage de la pale de l'aube 22 est inférieure à la valeur de référence. REVENDICATIONS1. Turbomachine (2) pour avion (1) à décollage horizontal, comprenant : un rotor (20) comprenant un arbre (23) et des aubes mobiles (22, 25) en rotation autour de l'axe de rotation de l'arbre (3), l'arbre (23) portant au moins un disque (21) configuré pour maintenir les aubes (22, 25) à l'arbre (23), caractérisée en ce qu'une pale (27) d'une première aube (22) est reliée mécaniquement au disque (21), en étant au moins mobile en rotation par rapport au disque (21) autour d'un premier axe (X-X) et autour d'un deuxième axe (Y-Y, Z-Z, R-R) incliné par rapport au premier axe (X-X). 2. Turbomachine (2) selon la revendication précédente, dans laquelle la pale (27) est reliée mécaniquement au disque (21), en étant également mobile en rotation par rapport au disque (21) autour d'un axe de traînée (X-X) de la pale, autour d'un axe (Y-Y) de pas de la pale et/ou autour d'un axe de battement (Z-Z) de la pale. 3. Turbomachine (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une articulation (24) reliée mécaniquement au disque (21) et un manchon (30) de support de la première aube, le manchon (30) étant relié mécaniquement au disque (21) par l'articulation (24), en étant mobile en rotation par rapport au disque (21) au moins autour d'un axe choisi parmi le premier axe (X-X) et le deuxième axe (Y-Y, Z-Z, R-R). 4. Turbomachine (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque pale (27, 29) d'aube mobile (22, 25) est reliée mécaniquement au disque (21) en étant mobile en rotation par rapport au disque (21) au moins partiellement indépendamment des autres pales (27, 29). 3053725 12 5. Turbomachine (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes (40, 41, 42) reliant mécaniquement la première aube (22) à une deuxième aube (25) adjacente à la première aube (21) autour de l'axe de rotation de l'arbre (3), 5 le moyen d'amortissement de variation d'écartement inter-aubes (40) étant configuré pour limiter la variation de l'écartement entre la première aube (22) et la deuxième aube (25). 6. Turbomachine (2) selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, comprenant un moyen d'amortissement de mouvement de battement (50, 51, 52) configuré pour solliciter la pale (27) de la première aube (22) en direction d'un plan du disque de rotor (P). 7. Turbomachine (2) selon l'une des revendications précédentes, 15 comprenant une première articulation (26) pour une liaison pivot de la pale (27) autour du premier axe (X-X), et une deuxième articulation (28) pour une liaison pivot de la pale (27) autour du deuxième axe (R-R), pour lier un mouvement de pas de la pale (27) à un mouvement de battement de la pale (27). 20 8. Turbomachine (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rotor (20) est un rotor de soufflante. 9. Avion (1) à décollage horizontal comprenant une turbomachine (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25 10. Avion (1) selon la revendication précédente, comprenant un fuselage (4) et une nacelle (6) au moins partiellement encastrée dans le fuselage (4), la nacelle (6) enfermant une turbomachine (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 30