Brevet FR3061238A1 — publié le 20180629

Turbomachine à réducteur pour un aéronef équipée de moyens fusibles Domaine de l'invention La présente invention concerne une turbomachine d'aéronef, cette turbomachine comportant un réducteur de vitesse à train planétaire ou épicycloïdal. Etat de la technique L'état de l'art comprend notamment les documents FR-A1-2 853 382, FRA1-2 942 284, FR-A1-2 987 402, FR-A1-2 987 416, FR-A1-2 987 417, FRA1-3 041 054, et FR-A1-3 047 279. Les turbomachines actuelles, notamment les turbomachines comportant une ou plusieurs hélices soufflant un flux secondaire, comprennent un système de transmission, appelé réducteur, pour entraîner cette ou ces hélices à la bonne vitesse de rotation à partir de l'arbre de la turbine de puissance du moteur. Parmi les réducteurs utilisés, on trouve les trains planétaires et épicycloïdaux qui ont l'avantage d'offrir des taux de réduction importants de la vitesse de rotation dans des encombrements réduits. Un tel réducteur comprend un pignon planétaire ou pignon central, appelé solaire, une couronne extérieure et des pignons satellites, appelés satellites, qui sont en prise avec le solaire et avec la couronne, l'un de ces trois composants devant être bloqué en rotation pour le fonctionnement du train d'engrenages. 306 12 3 8 2 Lorsque le porte-satellites est fixe en rotation, le solaire et la couronne sont menant et mené, respectivement, ou inversement. Le réducteur est alors du type « planétaire ». Dans le cas inverse d'un réducteur à train épicycloïdal, la couronne extérieure est fixe en rotation et le solaire et le 5 porte-satellites sont menants et menés. Le fonctionnement des réducteurs, en particulier sur des turbomachines avec hélice de soufflante à fort taux de dilution, nécessite un débit d'huile particulièrement important pour assurer la lubrification et le refroidissement 10 de leurs pignons et paliers. Le débit d'huile est fonction de l'architecture et est par exemple de l'ordre de 6000 à 7000 litres par heure au décollage pour une architecture particulière. Une des problématiques de ce type de réducteur est liée à cette 15 lubrification. La lubrification du réducteur et notamment des paliers lisses ou des roulements des axes des satellites permet de garantir leur bon fonctionnement. Un mode de défaillance de ces paliers est lié à une rupture d'alimentation en huile de lubrification, et peut conduire à un grippage voire à un blocage des satellites. 20 Ce phénomène peut avoir deux conséquences néfastes : - un surcouple important dans toute la ligne de transmission, depuis l'arbre de turbine jusqu'à l'arbre de soufflante, - un blocage en rotation de l'arbre de soufflante ; la soufflante ainsi 25 bloquée génère une tramée importante de l'aéronef ; cette traînée peut être dimensionnante pour la dérive de l'aéronef, voir même rendre son design infaisable ; cette tramée importante peut également poser des problèmes pour obtenir une certification. 3061238 3 Il est donc important d'identifier une solution qui permettrait à la fois de ne pas bloquer la soufflante en vol et de protéger la ligne de transmission en cas de blocage au niveau du réducteur. 5 La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. Exposé de l'invention 10 L'invention concerne une turbomachine à réducteur pour un aéronef, comportant un arbre basse pression d'entraînement d'un arbre de soufflante par l'intermédiaire d'un réducteur à train planétaire ou épicycloïdal, ledit réducteur comportant un solaire engrené avec l'arbre basse pression et un des éléments choisis parmi un porte-satellites et une 15 couronne qui est relié à l'arbre de soufflante, l'autre de ces éléments étant fixe, la turbomachine comportant des moyens fusibles configurés pour désolidariser au moins deux parties en cas de détection d'un évènement critique, caractérisé en ce que lesdits moyens fusibles sont portés par au moins deux des trois organes suivants : l'arbre basse pression et les deux 20 éléments précités du réducteur. Les moyens fusibles sont ainsi doubles. Ils sont configurés pour dissocier en deux portions indépendantes au moins deux des trois organes précitée. Idéalement, ils sont configurés pour dissocier le réducteur de l'arbre de 25 soufflante d'une part et de l'arbre basse pression ou de turbine d'autre part. La turbomachine selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : 30 - lesdits moyens fusibles comprennent un premier moyen fusible porté par l'arbre basse pression, 3061238 4 - ledit premier moyen fusible est situé entre deux soufflets adjacents dudit arbre basse pression, - le réducteur est à train planétaire, lesdits moyens fusibles comportant un second moyen fusible porté par la couronne, 5 - le réducteur est à train épicycloïdal, lesdits moyens fusibles comportant un second moyen fusible porté par le porte-satellites, - ledit second moyen fusible est situé à une extrémité aval du porte-satellites, son extrémité amont comportant des cannelures d'engrènement avec ledit arbre de soufflante, 10 - les moyens fusibles sont des moyens pilotés du type pyrotechnique, c'est- à-dire qu'ils ne sont pas passifs mais sont au contraire destinés à être activés à distance dès la détection d'un évènement critique, - la turbomachine comprend des moyens de détection dudit évènement et de commande de charges explosives desdits moyens fusibles, lesdits 15 moyens de détection et de commande étant portés par un stator de la turbomachine et reliés auxdites charges explosives par un premier câble électrique reliant lesdits moyens de détection et de commande à un premier bobinage s'étendant autour d'un axe de la turbomachine, et par un second câble électrique reliant lesdites charges explosives à un second 20 bobinage entouré par ledit premier bobinage, - le premier bobinage est porté par une première paroi cylindrique solidaire d'un élément de stator, et ledit second bobinage est porté par une seconde paroi cylindrique solidaire dudit porte-satellites, des moyens d'étanchéité, par exemple du type à labyrinthe, étant prévus entre le porte-satellites et 25 cet élément de stator, - ledit élément de stator est un support de palier de guidage dudit porte-satellites. Brève description des figures 30 3061238 5 D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine 5 utilisant l'invention, - la figure 2 est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbomachine équipée d'un réducteur à train planétaire, - la figure 3 est une demi vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbomachine équipée d'un réducteur à train épicycloïdal, 10 - la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 et montrant un mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue à plus grande échelle du détail II de la figure 4, - la figure 6 est une vue à plus grande échelle du détail 12 de la figure 4, - la figure 7 est une vue schématique partielle d'un porte-satellites et d'un 15 arbre de soufflante d'une turbomachine selon l'invention, et - la figure 8 est une vue très schématique des moyens fusibles et des moyens de détection et de commande pour une turbomachine selon l'invention. 20 Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre une turbomachine 1 qui comporte, de manière classique, une hélice de soufflante S, un compresseur basse pression 1 a, un compresseur haute pression lb, une chambre annulaire de combustion 25 lc, une turbine haute pression 1 d, une turbine basse pression le et une tuyère d'échappement lh. Les arbres du compresseur haute pression lb et de la turbine haute pression ld sont reliés par un arbre haute pression (HP) 2. Les rotors du compresseur basse pression la et de la turbine basse pression le sont reliés par un arbre basse pression (BP) 3. 30 3061238 6 Dans la description qui suit, les expressions amont et aval font référence au sens d'écoulement des gaz dans la turbomachine 1, l'amont étant donc situé du côté de la soufflante S et l'aval du côté de la tuyère d'échappement lh. 5 L'hélice de soufflante S est entraînée par un arbre de soufflante 4 qui est couplé à l'arbre BP 3 au moyen d'un réducteur 10. Le réducteur 10 est positionné dans la partie avant de la turbomachine. 10 Une structure fixe comportant schématiquement, ici, une partie amont 5a et une partie aval 5b formées par des supports de palier, est agencée de manière à former un enceinte El entourant le réducteur 10. Cette enceinte El est ici fermée en amont par des joints (visibles à la figure 7) au niveau d'un palier 9a de guidage de l'arbre de soufflante 4, et en aval par des 15 joints (non représentés) au niveau d'un palier 9b de guidage de l'arbre BP 3. En référence à la figure 2, dans une architecture planétaire, le porte-couronne 14 du réducteur 10 est composé d'une partie plus ou moins 20 souple qui entraîne la couronne 12 et d'une partie maintenue par des roulements ou des paliers et sur lequel vient se monter la soufflante S. Ces moyens de fixation sont connus de l'homme du métier et ne sont pas détaillés ici. Une brève description peut en être trouvée par exemple dans FR-A1-2 987 416. 25 Le réducteur 10 embraye sur l'arbre BP 3 par l'intermédiaire de cannelures 7 qui entraînent un pignon d'engrenage planétaire ou solaire 20. Plus précisément, la figure 2 illustre une ligne d'arbres basse pression comportant l'arbre 3 de turbine BP qui entraîne en rotation un arbre 16 de 30 compresseur BP qui entraîne à son tour un arbre d'entrée 18 du réducteur 10 par l'intermédiaire des cannelures 7. 3061238 7 Classiquement, le solaire 20, dont l'axe de rotation X est confondu avec celui de la turbomachine, entraîne une série de pignons de satellites ou satellites 22, qui sont répartis régulièrement circonférentiellement entre le 5 solaire et la couronne. Le nombre de satellites 22 est généralement défini entre trois et six. Les satellites 22 tournent autour de leurs axes de révolution, en engrenant sur des dentures internes de la couronne 12. Chacun des satellites 22 tourne librement autour d'un axe de satellite relié à un porte-satellite 24, à l'aide d'un palier qui peut être lisse ou un palier à 10 éléments roulants (roulements à billes ou à rouleaux). Le porte-satellites 13 est fixe dans le cas d'un réducteur planétaire, et est ici fixé à un carter de stator appelé carter intermédiaire 26 de la turbomachine. La rotation des satellites 22 autour de leur axe de satellite, du fait de la 15 coopération de leurs pignons avec les dentures de la couronne 12, entraîne la rotation de la couronne 12 autour de l'axe X, et par conséquent celle de l'arbre de soufflante 4 qui lui est lié, à une vitesse de rotation qui est inférieure à celle de l'arbre BP 3. 20 La figure 2 illustre un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel des moyens fusibles sont implantés dans au moins deux des trois zones Z1, Z2, Z3 délimitées par des traits épais. La première zone Z1 concerne la ligne d'arbres basse pression et plus 25 exactement l'arbre d'entrée 18 du réducteur. Les moyens fusibles sont configurés pour rompre l'arbre 18 et le séparer en deux portions, respectivement amont 18a qui resterait engrenée avec le solaire 20 du réducteur, et aval 18b qui resterait engrenée avec l'arbre 16. En cas de grippage du réducteur, cela n'affecterait pas l'arbre BP 3 engrené avec 30 l'arbre 18, qui serait libre de tourner du fait qu'il ne serait plus relié au réducteur. 3061238 8 La seconde zone Z2 concerne le porte-satellites 24 du réducteur. Les moyens fusibles sont configurés pour rompre le porte-satellites 24 et le séparer en deux portions, respectivement amont 24a qui porterait toujours 5 les satellites 22 du réducteur, et aval 24b qui resterait fixée au carter 26. La troisième zone Z3 concerne le porte-couronne 14 du réducteur. Les moyens fusibles sont configurés pour rompre ce porte-couronne 14 et le séparer en deux portions, respectivement amont 14a qui resterait engrenée 10 avec l'arbre de soufflante 4, et aval 14b qui resterait fixée à la couronne 12. En cas de grippage du réducteur, cela n'affecterait pas l'arbre 4, qui serait libre de tourner du fait qu'il ne serait plus relié au réducteur. La variante de réalisation de la figure 3 illustre une architecture 15 épicycloïdale, qui diffère du précédent mode de réalisation en ce que la couronne extérieure 14 est fixe en rotation et le solaire 20 et le porte-satellites 24 sont menants et menés. Le reste de la description de la figure 2 s'applique à cette variante. 20 La figure 3 illustre un second mode de réalisation de l'invention dans lequel des moyens fusibles sont implantés dans au moins deux des trois zones Z1, Z2, Z3 délimitées par des traits épais. La première zone Z1 concerne la ligne d'arbres basse pression et plus 25 exactement l'arbre d'entrée 18 du réducteur. Les moyens fusibles sont configurés pour rompre l'arbre 18 et le séparer en deux portions, respectivement amont 18a qui resterait engrenée avec le solaire 20 du réducteur, et aval 18b qui resterait engrenée avec l'arbre 16. En cas de grippage du réducteur, cela n'affecterait pas l'arbre BP 3 engrené avec 30 l'arbre 18, qui serait libre de tourner du fait qu'il ne serait plus relié au réducteur. 3061238 9 La seconde zone Z2 concerne le porte-satellites 24 du réducteur. Les moyens fusibles sont configurés pour rompre le porte-satellites 24 et le séparer en deux portions, respectivement amont 24a qui resterait engrenée 5 avec l'arbre de soufflante 4 et aval 24b qui porterait toujours les satellites 22. En cas de grippage du réducteur, cela n'affecterait pas l'arbre 4, qui serait libre de tourner du fait qu'il ne serait plus relié au réducteur. La troisième zone Z3 concerne le porte-couronne 14 du réducteur. Les 10 moyens fusibles sont configurés pour rompre ce porte-couronne 14 et le séparer en deux portions, respectivement amont 14a qui resterait solidaire d'un élément de stator, tel qu'un support de palier, fixé au carter 26, et aval 14b qui resterait fixée à la couronne 12. 15 Les figures 4 à 6 illustrent un exemple plus concret de réalisation de l'invention dans le cas précité d'un réducteur épicycloïdal (figure 3). Dans cet exemple de réalisation, les deux zones d'implantation des moyens fusibles sont les zones Z1 et Z2 précitées. Cela permet de ne plus 20 avoir d'organes pouvant entrainer le réducteur en rotation en cas d'activation des moyens fusibles. Par ailleurs, dans cet exemple de réalisation, les moyens fusibles sont du type pyrotechnique et comprennent des charges explosives. 25 Les figures 5 et 6 représentent des vues de détail à plus grande échelle des zones Z2 et Z1, respectivement. Dans la figure 5, le porte-satellites 24 comprend une partie amont 24a et une partie aval 24b, ces parties étant reliées par une paroi radiale 30 relativement fine en direction axiale et comportant un cordon annulaire 28 d'une charge explosive. Ce cordon 28 peut être situé sur une surface 306 12 3 8 10 radiale amont de la paroi radiale et être recouvert d'une plaquette annulaire 30 rapportée sur cette paroi radiale. Enfin, le cordon 28 de charge explosive est relié à l'extrémité d'un câble électrique 32 qui sera décrit plus en détail dans ce qui suit en référence aux figures 7 et 8. 5 Dans la figure 6, l'arbre 18 comprend deux soufflets annulaires, respectivement amont 34a et aval 34b, conférant une certaine souplesse à cet arbre. Les moyens fusibles comprennent également un cordon annulaire 36 de charge explosive qui est ici situé entre les deux soufflets 10 34a, 34b Le cordon 36 est configuré pour, lorsqu'il est activé, dissocier l'arbre 18 en deux parties, respectivement amont 18a et aval 18b, comportant chacune un soufflet. Le cordon 36 de charge explosive est également relié à l'extrémité d'un câble électrique (non représenté). 15 On comprend ainsi que les charges explosives sont portées par des éléments tournants ou rotors. La turbomachine 1 comprend en outre des moyens de détection d'un évènement critique et de commande de la détonation des charges explosives. Ces moyens de détection et de commande sont préférentiellement situés sur un stator de la turbomachine 20 et doivent être raccordés aux charges explosives et à leurs câbles électriques par des moyens appropriés. Les figures 7 et 8 illustrent une solution à ce sujet qui utilise des bobinages. Les moyens de détection et de commande sont désignés par la référence 25 40 à la figure 8. Ils sont reliés à l'extrémité d'un câble électrique 42 dont l'extrémité opposée est reliée à un premier bobinage 44. Comme on le voit dans l'exemple de la figure 7, ce premier bobinage 44 a une forme générale tubulaire et est porté par une paroi cylindrique 46 d'un élément de stator tel que le support 48 du palier de guidage du porte-satellites 24. Le 30 câble 42 court le long d'une portion sensiblement tronconique du support 306 123 8 11 de palier 48 jusqu'à une extrémité amont de ce support de palier qui porte la paroi cylindrique 46. Cette paroi cylindrique 46 entoure avec un faible jeu radial une paroi 5 cylindrique 50 qui porte un second bobinage 52 qui est raccordé au câble 32 relié à la charge explosive. Un même bobinage 52 peut être raccordé à plusieurs câbles ou à un câble unique de détonation de plusieurs charges explosives. 10 Dans l'exemple représenté, la paroi cylindrique 50 est portée par le porte- satellites 24, à son extrémité amont qui comporte en outre des cannelures d'engrènement avec des cannelures 54 complémentaires de l'arbre de soufflante 4. Des moyens d'étanchéité 56, tels qu'un joint à labyrinthe, sont prévus entre les parois 50 et 46, ou entre la paroi 50 et le support de palier 15 48. Les moyens 40 sont de préférence configurés pour actionner la détonation des charges explosives dès qu'un évènement particulier est détecté tel qu'un surcouple important dans la ligne de transmission, depuis l'arbre BP 20 3 jusqu'à l'arbre de soufflante 4, ou un blocage en rotation de l'arbre de soufflante 4. Les moyens 40 comprennent de préférence un calculateur moteur. En pratique, les moyens 40 sont configurés pour détecter le cas de 25 grippage du réducteur 10. Ceci peut être réalisé par la détection d'une décélération forte d'un des composants de la chaîne de transmission (rotor en amont ou en aval du réducteur), ou la détection d'un surcouple d'un des composants de cette chaîne de transmission, ou au niveau du stator du réducteur (c'est-à-dire le porte-satellite dans le cas d'un réducteur 30 planétaire, ou le porte-couronne dans le cas d'un réducteur épicycloïdal). 3061238 12 Préférentiellement, on choisira la première solution (détection d'une décélération) car une turbomachine est en général équipée de deux capteurs de régime, un premier capteur sur la soufflante S, et un deuxième capteur au niveau du compresseur basse pression. Les moyens 40 5 peuvent être conçus pour recevoir les signaux de l'un ou l'autre de ces capteurs, ou des deux. Dans le cas de la deuxième solution (détection d'un surcouple), on pourra choisir un capteur de couple sur le stator, plus simple à mettre en place 10 qu'un capteur de couple sur le rotor. REVENDICATIONS1. Turbomachine (1) à réducteur pour un aéronef, comportant un arbre basse pression (18) d'entraînement d'un arbre de soufflante (4) par l'intermédiaire d'un réducteur (10) à train planétaire ou épicycloïdal, ledit réducteur comportant un solaire (20) engrené avec l'arbre basse pression et un des éléments choisis parmi un porte-satellites (24) et une couronne (12) qui est relié à l'arbre de soufflante, l'autre de ces éléments étant fixe, la turbomachine comportant des moyens fusibles configurés pour désolidariser au moins deux parties en cas de détection d'un évènement critique, caractérisé en ce que lesdits moyens fusibles sont portés par au moins deux des trois organes suivants : l'arbre basse pression et les deux éléments précités du réducteur. 2. Turbomachine (1) selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens fusibles comprennent un premier moyen fusible porté par l'arbre basse pression (18). 3. Turbomachine (1) selon la revendication 2, dans laquelle ledit premier moyen fusible est situé entre deux soufflets (34a, 34b) adjacents dudit arbre basse pression (18). 4. Turbomachine (1) selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle le réducteur (10) est à train planétaire, lesdits moyens fusibles comportant un second moyen fusible porté par la couronne (12). 5. Turbomachine (1) selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle le réducteur (10) est à train épicycloïdal, lesdits moyens fusibles comportant un second moyen fusible porté par le porte-satellites (24). 6. Turbomachine (1) selon la revendication 5, dans laquelle ledit second moyen fusible est situé à une extrémité aval du porte-satellites (24), son extrémité amont comportant des cannelures d'engrènement avec ledit arbre de soufflante (4). 3061238 14 7. Turbomachine (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les moyens fusibles sont des moyens pilotés du type pyrotechnique. 8. Turbomachine (1) selon la revendication 7, dans laquelle elle 5 comprend des moyens (40) de détection dudit évènement et de commande de charges explosives desdits moyens fusibles, lesdits moyens de détection et de commande étant portés par un stator de la turbomachine et reliés auxdites charges explosives par un premier câble électrique (42) reliant lesdits moyens de détection et de commande à un 10 premier bobinage (44) s'étendant autour d'un axe de la turbomachine, et par un second câble électrique (32) reliant lesdites charges explosives à un second bobinage (52) entouré par ledit premier bobinage. 9. Turbomachine (1) selon la revendication 8, dans laquelle le premier bobinage (44) est porté par une première paroi cylindrique (46) solidaire 15 d'un élément de stator, et ledit second bobinage (52) est porté par une seconde paroi cylindrique (50) solidaire dudit porte-satellites (24), des moyens d'étanchéité, par exemple du type à labyrinthe, étant prévus entre le porte-satellites et cet élément de stator. 10. Turbomachine (1) selon la revendication 9, dans laquelle ledit 20 élément de stator est un support (48) de palier de guidage dudit porte- satellites (24).