Brevet FR3054265A1 — publié le 20180126

Entraînement d'un rotor d'équipement dans une turbomachine DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne l'entraînement d'un rotor d'équipement dans une turbomachine. ETAT DE L'ART Classiquement, un aéronef demande à une turbomachine de l'énergie électrique et hydraulique en plus de la poussée. Sur les turbomachines traditionnelles, cette puissance est prélevée mécaniquement sur l'arbre haute pression (HP) pour entraîner l'arbre d'entrée d'un boîtier d'accessoires (AGB, Accessory Gear Box) placé sur un carter de la turbomachine. Cet arbre d'entrée est entraîné en rotation par un arbre de transmission entraîné par un pignon solidaire de l'arbre HP. On met alors sur ce boîtier d'accessoires un organe de conversion électrique (générateur) ou hydraulique (pompe). Il existe des architectures moteur, notamment turbopropulseur ou Open Rotor, qui ont une particularité vis-à-vis de l'alimentation de fonctions moteur : certaines de ces fonctions sont placées dans un repère tournant. En effet, le mécanisme de contrôle de pas de l'hélice ainsi que le dégivrage de ces hélices sont entièrement tournants. Que l'on soit en électrique ou en hydraulique, il faut donc des systèmes permettant de transmettre l'énergie d'un repère tournant à un repère fixe. Pour l'énergie électrique (utilisée principalement pour le dégivrage), on peut utiliser un système à collecteur tournant, avec tous les impacts négatifs sur la durée de vie du système que cela implique. On peut aussi utiliser un transformateur tournant, comme dans le document WO-A1-2009/128724. Pour le système de calage de pas hydraulique, de nombreuses solutions ont été imaginées (voir par exemple le document CA-A1-2 813 366). Toutes ces solutions sont complexes à intégrer et à maintenir car très enterrées dans le moteur. Les contraintes environnementales peuvent devenir fortes et nécessitent de bien gérer l'étanchéité des systèmes. 3054265 2 Une solution alternative pour éviter de devoir transférer l'énergie est d'installer ce générateur radialement à l'intérieur de la roue de soufflante voire également à l'intérieur du cône d'entrée d'air situé juste en amont de la roue de soufflante. Le problème d'une telle installation est le suivant : il n'y a aucune 5 partie fixe à laquelle lier le stator dans cet espace. Les solutions sont donc limitées : - soit faire un stator tournant, en reliant le stator (ou le rotor) à l'arbre basse pression (BP) et l'autre à l'arbre haute pression (HP) ; c'est cependant compliqué à faire dans la plupart des architectures visées, 10 les deux lignes de transmission n'étant généralement pas accessibles depuis la roue de soufflante ; - soit on arrive à amener un élément de carter à l'intérieur du cône d'entrée d'air ; le seul moyen sur un moteur classique étant de l'amener par l'arrière moteur au travers de l'arbre BP (lui-même 15 traversant le corps HP), mais ceci a un grand nombre d'inconvénients (rigidité, masse, et on subit là encore les fortes températures du cône d'éjection des gaz de combustion situé à l'aval du moteur). - soit on ajoute une structure fixant le cône d'entrée d'air au carter de soufflante pour tenir le stator, comme dans le document FR-A1-2 919 20 896 ; cela n'est toutefois pas idéal car cette structure engendre des pertes de performances aérodynamiques. L'état de l'art comprend en outre les documents FR-A1-2 878 286 et WO-A1-2015/128563. La présente invention apporte notamment une solution simple, efficace et 25 économique au problème ci-dessus, en proposant une alternative aux technologies actuelles. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose une turbomachine, d'aéronef, comprenant : - une roue de soufflante ayant un axe de rotation A, 30 - au moins un arbre de rotor configuré pour entraîner la roue de soufflante autour dudit axe A, 3054265 3 - un cône d'entrée d'air d'axe de rotation A, et - un équipement comportant un stator et un rotor d'axe de rotation A, et situé au voisinage de la roue de soufflante et/ou du cône d'entrée, caractérisée en ce que le stator de l'équipement est solidaire de la roue de 5 soufflante et en ce que le rotor de l'équipement est solidaire d'une roue aubagée configurée pour être traversée et entraînée par un flux d'air prélevé en fonctionnement au niveau dudit cône d'entrée d'air. Ainsi, la différence de vitesses entre le rotor et le stator de l'équipement dépend de la différence de vitesses entre le rotor de l'équipement et la roue de 10 soufflante. Contrairement à une vraie turbine, le flux d'air prélevé n'a pas pour vocation de fournir de l'énergie au rotor de l'équipement : il sert juste à imposer un couple aérodynamique sur celui-ci sans forcément le faire tourner (donc en limitant les pertes), provoquant alors une différence de vitesses entre le rotor et le stator. 15 La présente invention se base sur un découplage des vitesses de rotation du stator et du rotor de l'équipement. En d'autres termes, dans le repère tournant lié au stator (vitesse de rotation de la roue de soufflante), le rotor pourra avoir un mouvement contrarotatif. On peut également imaginer que le stator et le rotor tournent dans le même sens mais pas à la même vitesse, le 20 rotor étant par exemple juste freiné. Afin de réaliser cela, différents moyens sont envisageables et seront décrits ci-après. La turbomachine selon l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : 25 - ledit équipement est un équipement électrique, tel qu'un générateur, ou une pompe en particulier de lubrification, - ledit équipement est une machine générant de l'énergie électrique, hydraulique ou pneumatique à partir d'une différence de vitesse de rotation, - ledit cône d'entrée d'air est situé en amont de la roue de soufflante, 30 - ledit cône comprend au moins un orifice sensiblement axial de prélèvement de flux d'air et d'alimentation de la roue aubagée, 3054265 4 - ledit cône comprend une première partie solidaire de la roue de soufflante et une seconde partie solidaire de la roue aubagée, les première et seconde parties délimitant entre elles au moins un orifice sensiblement axial de prélèvement de flux d'air et d'alimentation de la roue aubagée, 5 - ledit au moins un orifice débouche dans un conduit annulaire s'étendant autour dudit axe A, - ledit conduit a une forme générale tubulaire autour de l'axe A et est traversé sensiblement radialement par des bras, - lesdits bras sont disposés en amont de la roue aubagée et le cône d'entrée 10 d'air comprend deux parties, respectivement radialement interne et externe, reliées par ces bras, - lesdits bras sont disposés en aval de la roue aubagée et le stator de l'équipement est relié par ces bras à une partie radialement externe du cône d'éjection, 15 - le rotor de l'équipement est guidé en rotation autour dudit axe A au moyen d'un premier palier amont situé en amont de la roue aubagée et d'un second palier aval situé en aval de l'équipement, et - le stator de l'équipement est fixé à la roue de soufflante par une paroi annulaire percée d'orifices axiaux de passage d'air, tel que le flux d'air précité 20 après traversée de la roue aubagée. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans 25 lesquels : - la figure 1 est une demi-vue très schématique en coupe axiale d'une turbomachine, - la figure 2 est une vue très schématique partielle en coupe axiale d'une turbomachine selon l'invention, 30 - la figure 3 est une vue très schématique en coupe axiale d'un mode de réalisation d'une turbomachine selon l'invention, 3054265 5 - la figure 4 est une vue très schématique en coupe axiale d'un autre mode de réalisation d'une turbomachine selon l'invention, et - la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale d'un exemple de réalisation d'une turbomachine selon l'invention. 5 DESCRIPTION DETAILLEE En se référant à la figure 1, on voit une turbomachine 1 du type turboréacteur à double flux et double corps qui comporte, de manière classique, d'amont en aval (dans le sens d'écoulement des gaz le long de l'axe longitudinal A de la turbomachine), une soufflante S, un compresseur basse 10 pression 1 a, un compresseur haute pression 1 b, une chambre de combustion lc, une turbine haute pression 1 d, une turbine basse pression I e et une tuyère d'échappement 1 h. Les rotors du compresseur haute pression 1 b et de la turbine haute pression 1 d sont reliés par un arbre haute pression 2 et forment avec lui un 15 corps haute pression (HP). Les rotors du compresseur basse pression la et de la turbine basse pression 1 e sont reliés par un arbre basse pression 3 et forment avec lui un corps basse pression (BP). Les compresseurs BP et HP sont séparés l'un de l'autre par un carter intermédiaire 22. Ce type de carter comprend un moyeu 22a et une virole 22b 20 entourant le moyeu et reliée à ce dernier par des bras 22c sensiblement radiaux traversant les veines 24, 26 des flux primaire et secondaire, respectivement. Le flux primaire ou flux chaud est celui qui s'écoule à l'intérieur du moteur, depuis le compresseur BP 1 a jusqu'à la turbine BP 1 e et la tuyère 1 h, et le flux secondaire ou flux froid s'écoule autour du moteur. Le flux d'air qui pénètre 25 dans la turbomachine et qui traverse la soufflante S est divisé par un séparateur annulaire 27 en une partie radialement interne qui pénètre dans le compresseur BP en formant le flux primaire, et en une partie radialement externe qui forme le flux secondaire. Un prolongement aval 27a du séparateur 27 est porté par les bras 22b du carter intermédiaire. 30 Dans la configuration représentée qui concerne un turboréacteur classique, sans réducteur, le disque sur lequel sont montées les aubes de la 3054265 6 soufflante S est entraîné par un arbre de soufflante 4, ou tourillon BP, qui est lui-même entraîné directement par l'arbre BP 3. Un cône d'entrée d'air 28 est monté en amont de la roue de soufflante S et est solidaire en rotation de cette dernière. 5 La figure 2 illustre le principe général de l'invention qui consiste à intégrer un équipement à rotor 30 au voisinage de la roue de soufflante S et du cône d'entrée 28. Cet équipement 30 est par exemple un générateur électrique et comprend un rotor 32 d'axe A et un stator 34 qui entoure le rotor. Dans l'exemple représenté, le stator est relié par des conducteurs à une unité 33 telle 10 qu'une batterie. Le stator 34 de l'équipement 30 est solidaire de la roue de soufflante S et le rotor 32 de l'équipement est solidaire d'une roue aubagée 35 configurée pour être traversée et entraînée par un flux d'air F prélevé en fonctionnement au niveau du cône d'entrée d'air 28. La figure 3 représente un premier mode de réalisation de l'invention dans 15 lequel le cône 28 d'entrée d'air est entièrement solidaire de la roue de soufflante S. Le cône 28 comprend deux parties annulaires, respectivement radialement interne 28a et externe 28b. La partie radialement externe 28b a une forme sensiblement tronconique évasée vers l'aval et la partie radialement interne 28a a une forme conique évasée vers l'aval. Les deux parties du cône 20 28 sont séparées axialement l'une de l'autre de façon à définir entre elles un passage annulaire axial ou une rangée annulaire d'orifices axiaux 36 pour le prélèvement du flux d'air F précité. Les deux parties du cône 28 sont reliées entre elles par des bras 38 ou aubes fixes d'orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe A. 25 Le passage ou les orifices 36 du cône 28 débouche(nt) dans un conduit annulaire 40 de forme générale tubulaire et s'étendant sensiblement autour de l'axe A. Dans l'exemple représenté très schématique, le conduit 40 est délimité radialement à l'extérieur par une paroi 42 sensiblement cylindrique solidaire du cône 28 et reliée à son extrémité longitudinale amont sensiblement au niveau 30 des extrémités radiales externes des bras 38 ou aubes fixes. Le conduit 40 est délimité radialement à l'intérieur, d'une part par une paroi amont 44 3054265 7 sensiblement cylindrique solidaire du cône 28 et reliée aux extrémités radiales internes des bras 38 ou aubes fixes, et d'autre part à une paroi aval 46 sensiblement cylindrique solidaire du stator 34 de l'équipement, ce stator étant solidaire de la roue de soufflante S. 5 Entre les parois radialement internes amont 44 et aval 46 du conduit 40 est disposée la roue aubagée 35 solidaire du rotor 32 de l'équipement 30. Cette roue 35 comprend une rangée annulaire d'aubes sensiblement radiales qui s'étendent sensiblement sur toute la hauteur ou dimension radiale de la veine définie par le conduit 40. 10 Dans ce mode de réalisation, la roue aubagée 35 peut être qualifiée de résistance car celle-ci aura pour but de ralentir au maximum la rotation du rotor 32 de l'équipement 30 par rapport au stator 34. Idéalement, la roue aubagée 35 est faite de façon à engendrer un couple de sens opposé à la rotation de la soufflante S. 15 La figure 4 représente une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le cône 28' d'entrée d'air comprend deux parties indépendantes, respectivement radialement interne 28a' et externe 28b'. La partie radialement externe 28b' a une forme sensiblement tronconique évasée vers l'aval et la partie radialement interne 28a' a une forme conique évasée vers l'aval. La 20 partie radialement externe 28b' est solidaire de la roue de soufflante S et tourne ainsi avec cette dernière. Au contraire, la partie radialement interne 28a' n'est pas solidarisée à la roue S et donc pas entraînée en rotation avec elle. Les deux parties du cône 28' sont séparées axialement l'une de l'autre de façon à définir entre elles un passage annulaire axial ou une rangée annulaire d'orifices 25 axiaux 36' pour le prélèvement du flux d'air F précité. Le passage ou les orifices 36' du cône 28' débouche(nt) dans un conduit annulaire 40' de forme générale tubulaire et s'étendant sensiblement autour de l'axe A. Dans l'exemple représenté très schématique, le conduit 40' est délimité radialement à l'extérieur par une paroi sensiblement cylindrique 42' solidaire de 30 la partie 28b' du cône et reliée à son extrémité longitudinale amont sensiblement au niveau des extrémités radiales externes des bras 38' ou aubes 3054265 8 fixes. Le conduit 40' est délimité radialement à l'intérieur, d'une part par une paroi amont 44' sensiblement cylindrique solidaire la partie conique 28a' du cône et du rotor 32. Cette paroi 44' est reliée par son extrémité longitudinale amont à la partie conique 28a' du cône et par son extrémité longitudinale aval 5 aux extrémités radiales internes des aubes de la roue aubagée 35'. Le conduit 40' est par ailleurs délimité radialement à l'intérieur par une paroi aval 46' sensiblement cylindrique solidaire de la partie radialement externe 28b' du cône et du stator 34 de l'équipement. Cette paroi 42' est reliée par son extrémité longitudinale amont aux extrémités radiales internes des bras 38' ou aubes 10 fixes dont les extrémités radiales externes sont reliées à la paroi radiale externe 42' du conduit 40', et par son extrémité longitudinale aval au stator 34 de l'équipement. La roue aubagée 35' peut également être qualifiée de résistance dans cette variante de réalisation. 15 La figure 5 est un exemple détaillé de réalisation du mode de réalisation de la figure 3 selon lequel le cône 28 est entièrement solidaire en rotation de la roue de soufflante S. Les chiffres de référence et la description utilisés en référence à la figure 3 sont utilisés dans la figure 5 pour désigner les mêmes éléments. 20 La figure 5 permet d'une part de montrer les moyens de fixation de l'équipement 30, et en particulier de son stator 34, à la roue de soufflante S. Le stator 34 de l'équipement a une forme générale tubulaire et est relié à sa périphérie, sensiblement en son milieu le long de l'axe A, à une paroi 50 sensiblement tronconique évasée vers l'aval et reliée à sa périphérie externe à 25 une bride radiale externe 52 de fixation à la roue de soufflante S. Dans l'exemple représenté, cette bride 52 est prise en sandwich entre une bride radiale interne 54 située à l'extrémité aval du cône 28, et une bride radiale interne 56 située à l'extrémité amont du disque de soufflante. La paroi tronconique 50 comprend une rangée annulaire d'orifices axiaux 58 de passage 30 du flux d'air F sortant du conduit 40. 3054265 9 La figure 5 illustre également un exemple des moyens de guidage et de centrage du rotor 32 de l'équipement 30. Dans l'exemple représenté, ces moyens comprennent des paliers 60, 62 à roulements et plus particulièrement à billes. Ils sont au nombre de deux, respectivement à l'amont et à l'aval de 5 l'équipement. Le palier amont 60 est situé sur une circonférence centré sur l'axe A de diamètre inférieur à celui de la circonférence du palier aval 62. Le palier amont 60 est situé en amont de la roue aubagée 35, sensiblement radialement à l'intérieur des bras 38 ou aubes fixes du cône 28. Le palier amont 60 comprend 10 une bague externe solidaire de la périphérie interne d'une paroi 64 sensiblement tronconique dont la périphérie externe est reliée à la partie radialement interne 28a du cône, sensiblement au niveau des extrémités radialement internes des bras 38. La bague interne du palier amont 60 est solidaire d'une extrémité longitudinale amont d'une paroi 66 sensiblement 15 cylindrique d'axe A dont l'extrémité longitudinale aval est reliée au disque de la roue aubagée 35, au niveau de sa périphérie interne. Ce disque est par ailleurs relié au rotor 32 de l'équipement par une paroi cylindrique 68 d'axe A s'étendant dans le prolongement de la paroi 66 précitée. Le palier aval 62 est situé en aval de l'équipement, radialement à 20 l'intérieur de la roue de soufflante S. Il est situé sur une circonférence alignée axialement avec l'espace annulaire 70 situé entre le rotor 32 et le stator 34 de l'équipement 30. Le palier aval 62 comprend une bague externe 72 solidaire de la périphérie interne d'une paroi 73 sensiblement tronconique dont la périphérie externe est reliée au stator 34 de l'équipement, et une bague interne 74 25 solidaire de la périphérie externe d'une paroi 75 sensiblement tronconique dont la périphérie interne est reliée au rotor de l'équipement. Le rotor 32 est ainsi directement lié au stator 34 par le palier 62. Ceci limite au maximum le débattement du rotor 32, et donc maximise le rendement du générateur. Dans une autre variante de réalisation non représentée, la roue aubagée 30 35 forme également une turbine de résistance mais celle-ci est alimentée par une série d'écopes placées sur le cône d'entrée d'air. Dans cette configuration, 3054265 10 les écopes seraient placées avec un angle par rapport à l'axe A pour être au mieux alignées avec le flux d'air suivant la rotation de la soufflante S. Dans les exemples de réalisation décrits dans ce qui précède, le couple mécanique appliqué par la roue aubagée 35, 35' peut varier en fonction des 5 conditions aérodynamiques instantanées. Il est envisageable de protéger le système contre l'inversion de sens par un système mécanique comme un système à cliquet entre le rotor 32 et le stator 34 de l'équipement. Pour stabiliser la vitesse et garder la roue aubagée 35, 35' la plus immobile possible, on peut l'associer à un système inertiel avec par exemple des 10 masselottes ou une roue d'inertie (qui peut être le disque retenant les aubes de la roue aubagée). La variante de la figure 4 présentée ci-dessus en est une application possible, avec le cône d'entrée 28' qui fait office d'inertie. Le problème de ne plus alimenter les fonctions du cône 28, 28' par le reste du moteur est que l'on peut perdre les fonctions supplémentaires liées à 15 ce lien. Par exemple, avec un générateur électrique synchrone classique, il faudrait une électronique de puissance pour le piloter. Une solution pourrait être d'utiliser un générateur synchrone à aimants permanents (Permanent Magnet Generator - PMG) à la place. Une telle machine n'aurait pas besoin de pilotage : le boîtier électronique serait donc limité à des fonctions de 20 surveilance/protection, et pourrait être adapté aux puissances nécessaires pour les fonctions d'un cône 28, 28' ( REVENDICATIONS1. Turbomachine (1) d'aéronef, comprenant : - une roue de soufflante (S) ayant un axe de rotation A, - au moins un arbre de rotor (3) configuré pour entraîner la roue de soufflante (S) autour dudit axe A, - un cône (28) d'entrée d'air d'axe de rotation A, et - un équipement (30) comportant un stator (34) et un rotor (32) d'axe de rotation A, et situé au voisinage de la roue de soufflante et/ou du cône d'entrée, caractérisée en ce que le stator de l'équipement est solidaire de la roue de soufflante et en ce que le rotor de l'équipement est solidaire d'une roue aubagée (35) configurée pour être traversée et entraînée par un flux d'air (F) prélevé en fonctionnement au niveau dudit cône d'entrée d'air. 2. Turbomachine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit équipement (30) est un équipement électrique, tel qu'un générateur, ou une pompe en particulier de lubrification. 3. Turbomachine (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit cône (28) comprend au moins un orifice (36) sensiblement axial de prélèvement de flux d'air (F) et d'alimentation de la roue aubagée (35). 4. Turbomachine (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit cône (28) comprend une première partie (28b) solidaire de la roue de soufflante (S) et une seconde partie (28a) solidaire de la roue aubagée (36), lesdites première et seconde parties délimitant entre elles au moins un orifice (36) sensiblement axial de prélèvement de flux d'air (F) et d'alimentation de la roue aubagée. 5. Turbomachine (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que ledit au moins un orifice (36) débouche dans un conduit annulaire (40) s'étendant autour dudit axe A. 3054265 13 6. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit conduit (40) a une forme générale tubulaire autour de l'axe A et est traversé sensiblement radialement par des bras (38). 7. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce 5 que lesdits bras (38) sont disposés en amont de la roue aubagée (35) et le cône (28) d'entrée d'air comprend deux parties, respectivement radialement interne (28a) et externe (28b), reliées par ces bras. 8. Turbomachine (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits bras (38) sont disposés en aval de la roue aubagée (35) et le stator (34) de 10 l'équipement est relié par ces bras à une partie radialement externe (28b) du cône d'éjection. 9. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rotor (32) de l'équipement est guidé en rotation autour dudit axe A au moyen d'un premier palier amont (60) situé en amont de 15 la roue aubagée et d'un second palier aval (62) situé en aval de l'équipement. 10. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator (34) de l'équipement (30) est fixée à la roue de soufflante (S) par une paroi annulaire (50) percée d'orifices axiaux (58) de passage d'air. 20