Brevet FR3075874A1 — publié le 20190628

TURBOMACHINE A REDUCTEUR POUR UN AERONEF DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une turbomachine à réducteur d'aéronef. ETAT DE L'ART L'état de l'art comprend notamment le document FR-A1-2 979 121. Une turbomachine, telle qu'un turboréacteur à double flux, comprend classiquement une entrée d'air comportant une soufflante dont le flux d'air en sortie se divise en un flux d'air qui pénètre dans le moteur et forme un flux chaud ou flux primaire, et en un flux d'air qui s'écoule autour du moteur et qui forme un flux froid ou flux secondaire. Le moteur comprend typiquement d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d'éjection dans laquelle les gaz de combustion sortant de la turbine et formant le flux primaire sont mélangés au flux secondaire. Une turbomachine peut également être du type à « double-corps » ce qui signifie qu'elle comporte deux rotors agencés coaxialement. Un premier corps est appelé corps basse pression et un second corps est appelé corps haute pression. De façon connue, le moteur comporte dans ce cas, d'amont en aval, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, la chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Dans le cas d'une turbomachine à réducteur, l'arbre de turbine entraîne l'arbre de soufflante par l'intermédiaire du réducteur qui est lubrifié et logé dans une enceinte de lubrification. Selon le type de réducteur utilisé, planétaire ou épicycloïdal, l'arbre de soufflante va tourner dans le même sens ou dans le sens contraire à l'arbre de turbine, et l'arbre de soufflante va tourner à une vitesse moins importante que celle de l'arbre de turbine. L'arbre de turbine, qui est l'arbre de turbine basse pression dans le cas d'une turbomachine à double corps, est en général accouplé à un arbre 2 du compresseur basse pression qui est lui-même accouplé à un arbre d'entrée du réducteur. Cet arbre d'entrée traverse le réducteur et engrène un solaire de ce dernier. Pour assurer un bon fonctionnement de cette ligne d'arbres basse 5 pression et notamment du réducteur, il faut transmettre le couple mais, en même temps, obtenir une certaine souplesse dans l'arbre d'entrée du réducteur pour ne pas perturber le fonctionnement de cette ligne d'arbres et des éléments internes du réducteur, mais aussi pour assurer un bon alignement des éléments internes du réducteur. 10 Les valeurs de souplesse de l'arbre d'entrée peuvent être très élevées et la solution imaginée à l'origine consistait à faire des soufflets sur l'arbre. Cependant, pour respecter des valeurs de souplesse si élevées, il aurait fallu prévoir plusieurs soufflets adjacents, ce qui se traduirait par un encombrement radial et axial trop important et interdirait son intégration 15 dans la turbomachine. La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique à ce problème au moyen d'un système de liaison optimisé entre deux arbres ou portions d'arbre. EXPOSE DE L'INVENTION 20 L'invention propose une turbomachine à réducteur d'aéronef, comportant un premier arbre et un second arbre ayant un même axe de rotation, le second arbre étant entraîné en rotation via un réducteur par le premier arbre, le premier arbre étant relié au réducteur par un système de liaison comportant des moyens élastiquement déformables conférant au 25 système de liaison une certaine souplesse en fonctionnement, lesdits moyens déformables comportant au moins un soufflet annulaire s'étendant autour dudit axe, caractérisée en ce que lesdits moyens déformables comportent en outre une épingle annulaire à section sensiblement en U, qui s'étend autour dudit axe. 30 L'invention propose ainsi de bénéficier des avantages combinés des deux technologies pour conférer de la souplesse au système de liaison. 3 L'épingle en U confère une souplesse en direction radiale par rapport à l'axe et permet de limiter l'encombrement axial du système. Le ou les soufflets confèrent une souplesse en direction axiale et en flexion. La turbomachine selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs 5 des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l'épingle en U définit une ouverture annulaire qui débouche en direction axiale ; - le système de liaison comprend une portion dudit premier arbre et un 10 arbre d'entrée d'accouplement de cette portion audit réducteur ; - la portion dudit premier arbre est formée d'une seule pièce avec ledit premier arbre et comprend ledit au moins un soufflet ; autrement dit, l'invention propose d'intégrer le ou les soufflets au premier arbre, qui est par exemple un arbre de turbine ou de compresseur basse pression dans 15 le cas évoqué plus haut ; on supprime ainsi les cannelures de liaison de l'arbre ou de la portion d'arbre portant les soufflets à l'arbre basse pression ; - la portion dudit premier arbre a une forme générale tubulaire autour dudit axe, et comprend une partie aval comportant ledit au moins un soufflet et 20 une partie amont sensiblement cylindrique qui est au moins en partie entourée par ledit arbre d'entrée ; - la partie amont sensiblement cylindrique comprend, de préférence à une extrémité amont, des cannelures d'accouplement audit arbre d'entrée ; - ledit arbre d'entrée forme ladite épingle et comprend une branche 25 annulaire externe d'accouplement audit réducteur, et une branche annulaire interne d'accouplement à la portion dudit premier arbre ; les moyens déformables sont donc portés par les deux arbres, l'épingle étant formée par l'arbre d'entrée et le ou les soufflets étant portés par le second arbre (l'arbre du compresseur basse pression dans l'exemple précité) ; 4 - les branches sont reliées entre elles par une âme annulaire présentant un amincissement d'épaisseur au niveau de sa liaison à ladite branche externe ; - la branche externe a une extrémité aval située à proximité d'une extrémité 5 amont dudit au moins un soufflet, et/ou un diamètre qui est supérieur à un diamètre externe dudit au moins un soufflet ; cette configuration permet de limiter l'encombrement, en particulier axial, du système de liaison ; - au moins un ou certains des soufflets peuvent être entourés par ladite branche externe, pour limiter encore davantage l'encombrement du 10 système ; - la branche interne se prolonge vers l'amont au-delà de l'âme et porte des léchettes annulaires externes qui coopère par effet labyrinthe avec la périphérie interne d'un capot annulaire porté par ledit second arbre ; ce capot peut participer à l'étanchéité de l'enceinte de lubrification dans 15 laquelle est logé le réducteur ; - le nombre de soufflets est supérieur à deux ; - ladite épingle est située d'un côté dudit réducteur et ledit au moins un soufflet est situé de l'autre côté dudit réducteur et/ou traverse axialement ledit réducteur ; 20 - le système de liaison comprend une portion dudit premier arbre et un arbre d'entrée comportant des premières cannelures d'accouplement de cette portion au réducteur ; - ladite partie amont sensiblement cylindrique comprend des secondes cannelures d'accouplement audit arbre d'entrée ; 25 - ledit au moins un soufflet s'étend radialement entre un diamètre sensiblement égal à celui desdites premières cannelures et un diamètre sensiblement égal à celui desdites secondes cannelures ; - ledit premier arbre est un arbre de compresseur basse pression. La présente invention concerne également un procédé de montage 30 d'une turbomachine telle que décrite ci-dessus, comprenant les étapes consistant à : 5 - relier ledit second arbre, qui est un arbre de soufflante, à un arbre de sortie dudit réducteur et engager axialement sur ledit arbre de soufflante des paliers ainsi que leur support, - engager un arbre d'entrée axialement à l'intérieur dudit réducteur, jusqu'à 5 ce que des cannelures de cet arbre coopèrent avec des cannelures d'un solaire du réducteur, - monter cet assemblage dans un carter intermédiaire et le fixer à ce carter par des moyens appropriés, - monter des moyens d'alimentation en huile desdits paliers, et 10 - engager ledit premier arbre par translation axiale dans ledit arbre d'entrée jusqu'à leur accouplement par des cannelures et fixer ledit support des paliers au carter intermédiaire. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 15 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 lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine à réducteur d'aéronef, 20 - la figure 2 est une demi vue schématique à plus grande échelle d'une partie de la figure 1 et représente la technique antérieure à l'invention, - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 et représente un mode de réalisation schématique de l'invention, - la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3 et 25 illustre un exemple plus concret de réalisation de l'invention, et - les figures 5 à 9 sont des vues similaires à celle de la figure 3 et illustrent des étapes de montage de la turbomachine. DESCRIPTION DETAILLEE En se référant à la figure 1, on voit une turbomachine 1 à réducteur, 30 qui comporte, de manière classique, une soufflante S, un compresseur basse pression 1 a, un compresseur haute pression 1 b, une chambre de 6 combustion 1 c, une turbine haute pression 1 d et une turbine basse pression le. Les rotors du compresseur haute pression lb et de la turbine haute pression 1d sont reliés par un arbre haute pression 5 et forment avec lui un corps haute pression (HP). Les rotors du compresseur basse 5 pression la et de la turbine basse pression le sont reliés par un arbre basse pression 4 et forment avec lui un corps basse pression (BP). L'arbre 3 de la soufflante S est entrainé par l'intermédiaire d'un réducteur 7 par l'arbre BP 4 Les arbres HP 5 et BP 4 s'étendent suivant un axe qui est l'axe de 10 rotation de la turbomachine 1. Dans la suite de la description, les notions de longitudinal ou radial, et d'intérieur ou extérieur, sont relatives à cet axe et les notions de amont et aval font référence à l'écoulement des gaz dans la turbomachine. La turbomachine 1 comprend des carters structuraux. Le corps HP 15 est tenu par deux carters structuraux : le carter inter-compresseurs et le carter inter-turbines, et le corps BP est tenu par au moins deux carters structuraux : le carter intermédiaire 2 et le carter inter-turbine et/ou le carter d'échappement 6. Le carter intermédiaire 2 soutient des paliers de l'arbre de turbine BP 20 4 qui sont logés dans une enceinte avant ou amont notée El. Le carter d'échappement 6 soutient des paliers de l'arbre de turbine BP 4 qui sont logés dans une enceinte arrière ou aval notée E2. Le réducteur 7 est ici de type épicycloïdal. La figure 2 montre de manière très schématique l'encombrement du réducteur. Le réducteur 7 25 comprend un arbre d'entrée 8 s'étendant en amont de l'arbre BP 4 et qui est guidé par un palier 10 aval. Plus précisément, l'arbre d'entrée 8 comprend une extrémité axiale, ici amont, engagée dans le réducteur 7 et engrenée avec un solaire du réducteur, qui est lui-même engrené avec les satellites du réducteur. 30 L'arbre d'entrée 8 a son extrémité aval qui est engrené avec un arbre 15 du 7 compresseur basse pression qui est lui-même engrené avec l'arbre 4. Le palier 10 s'étend ici autour de l'arbre 15. Le couple en sortie du réducteur 7 est transmis à l'arbre de soufflante 3, par une liaison classique, comme par exemple une fixation de 5 cet arbre de soufflante sur le porte-satellites formant un arbre de sortie du réducteur, dans le cas d'un réducteur épicycloïdal. Dans le cas d'un réducteur planétaire, l'arbre de soufflante serait entrainé par la couronne. Le réducteur est placé à l'intérieur de l'enceinte avant El de lubrification. L'enceinte El comprend des parois fixes et des parois mobiles. Les 10 parois fixes de l'enceinte El comprennent une paroi interne de la veine du flux primaire, d'un support amont de palier 11 et d'un support aval de palier 12. Les supports 11 et 12 s'étendent vers l'intérieur de la turbomachine et portent respectivement les paliers 13, et le palier 10. Ils assurent la structure entre les carters et les bagues externes fixes des paliers. Les 15 parois mobiles de l'enceinte El comprennent les arbres d'entrée 8 et de soufflante 3. Les paliers 10, 13, 14 sont logés dans l'enceinte El. Des étanchéités, non visibles sur les schémas sont prévues entre les parois fixes et mobiles et sont par exemple des joints labyrinthe, joints à brosse, joint radiaux segmenté, etc. 20 Les paliers 10, 13 et 14 ainsi que le réducteur 7 sont lubrifiés pour leur bon fonctionnement. L'huile est amenée par des moyens appropriés tels que des gicleurs, des conduits d'amenée d'huile, etc. Le support de palier 11 comprend des trous de ventilation qui laissent passer de l'air de ventilation de l'enceinte. L'enceinte El est configurée pour que le mélange 25 air-huile, qui forme un brouillard d'huile à l'intérieur de l'enceinte, soit contenu dans cette dernière., Entre les parois de rotor et de stator de l'enceinte, par exemple ici aux extrémités amont et aval de l'enceinte, des étanchéités (telles que des labyrinthes) sont placées pour contenir l'huile, et un circuit d'air vient pressuriser ces étanchéités pour éviter les fuites 30 d'huile. Les moyens d'étanchéité peuvent être entre une paroi mobile et une paroi fixe de l'enceinte ou entre deux parois mobiles, comme c'est le 8 cas d'une étanchéité entre deux arbres, et en particulier entre les arbres 3, 8 (visible à la figure 3). Un débit de gaz est prélevé du compresseur BP ou HP de la turbomachine et alimente toutes les étanchéités de l'enceinte El. 5 L'enceinte El se trouve alors pressurisée (de l'air y entre en continu, repoussant l'huile qui aurait pu sortir des étanchéités par capillarité) et les paliers fonctionnent dans un milieu d'huile et d'air mélangés. L'huile reste contenue dans le circuit de lubrification. L'alimentation des paliers est assurée par un tube d'alimentation 25 et la récupération est assurée par un 10 tube de récupération spécifique placé en général à un point bas de l'enceinte. Pour éviter une surpression de l'enceinte, et permettre un flux constant d'air entrant, l'intérieur de l'enceinte est mise à l'air à pression plus faible que la pression de l'air entrant dans les étanchéités. Cet air chargé de particules d'huile, qui est évacué au niveau d'un puits de pression, doit 15 d'abord être traité pour récupérer la quasi-totalité de l'huile qu'il véhicule. Pour cela, l'air huilé sera amené à un déshuileur qui séparera l'air de l'huile qu'il véhicule et rejettera l'air déshuilé à l'extérieur du moteur. C'est le principe de déshuilage d'une enceinte. La figure 2 représente la technique antérieure à l'invention dans 20 laquelle l'arbre d'entrée 8 du réducteur 2 comprend des moyens élastiquement déformables, ici à soufflets 16, conférant une certaine souplesse à l'arbre 8 et donc au système de liaison entre les arbres 4, 15 et le réducteur 7. Cependant, pour respecter des valeurs de souplesse élevées de 25 l'arbre 8, il faudrait prévoir plusieurs soufflets adjacents, ce qui se traduirait par un encombrement radial et axial trop important et interdirait son intégration dans la turbomachine. La figure 3 illustre un mode de réalisation de l'invention dans laquelle le système de liaison entre les arbres 4, 15 et le réducteur 7 comprend des 30 moyens déformables à soufflets 16 et à épingle 17. 9 Le ou les soufflets 16 sont ici portés par une portion d'arbre 15a de l'arbre 15, qui est avantageusement formée d'une seule pièce avec ce dernier. L'épingle 17 est formée par l'arbre d'entrée 8 et s'étend radialement entre la portion d'arbre 15a et le réducteur 7. 5 Les soufflets 16 peuvent s'étendre d'un côté du réducteur 7, ici en aval, et la liaison en épingle peut s'étendre de l'autre côté du réducteur, ici en amont. Comme on le voit à la figure 3, les soufflets peuvent s'étendre en partie radialement à l'intérieur du réducteur 7. On se réfère maintenant à la figure 4 qui représente un exemple plus 10 concret de réalisation de l'invention. La portion 15a de l'arbre 15 a une forme générale tubulaire autour de l'axe de la turbomachine, et comprend une partie aval 15ab comportant le ou les soufflets 16 et une partie amont 15aa sensiblement cylindrique qui est au moins en partie entourée par l'arbre d'entrée 8. Cette partie amont 15 15aa comprend à une extrémité amont des cannelures d'accouplement 18 qui sont engagées dans des cannelures d'accouplement 19 complémentaires de l'arbre d'entrée 8. Dans l'exemple représenté, le nombre de soufflets 16 est supérieur à deux. Les soufflets sont préférentiellement identiques. 20 La portion 15a comprend un diamètre externe défini par le diamètre maximal DM des soufflets 16, et un diamètre interne défini par le diamètre minimal Dm de ces soufflets. La partie aval 15ab est reliée au reste de l'arbre 15 par une paroi cylindrique de diamètre maximal DM, et la partie amont 15aa a un diamètre Dm. 25 L'arbre d'entrée 8 comprend une branche annulaire externe 8b d'accouplement au réducteur 7, et une branche annulaire interne 8a d'accouplement à la portion 15a de l'arbre 15. La branche externe 8b comprend ainsi des cannelures 20 d'accouplement au solaire du réducteur et sa branche interne 8a comprend les cannelures 19 précitées. 30 Les branches 8a, 8b sont reliées entre elles par une âme annulaire 21 située à l'amont et présentant un amincissement d'épaisseur 22 au 10 niveau de sa liaison à la branche externe 8a. L'âme 21 peut avoir en section une orientation radiale, s'étendant de l'aval vers l'amont radialement vers l'extérieur. Comme on le voit dans les dessins, la branche externe 8b a une 5 extrémité aval située à proximité d'une extrémité amont des soufflets 16. Cette branche externe 8b a un diamètre qui est supérieur au diamètre DM. Dans le cas où le nombre de soufflets 16 est important, comme dans l'exemple représenté, ou si ces soufflets ont une grande dimension axiale cumulée, ils peuvent être logés en partie au moins dans l'espace annulaire 10 E délimité par la branche externe 8b. De préférence, la branche interne 8a se prolonge vers l'amont au-delà de l'âme 21 et porte des léchettes annulaires externes 23 qui coopèrent par effet labyrinthe avec la périphérie interne d'un capot annulaire 24 porté par l'arbre de soufflante 3 (voir figure 3). Les léchettes 15 23 forment ainsi des moyens d'étanchéité de l'enceinte El, ici entre les arbres 3 et 8. On se réfère maintenant aux figures 5 à 9 qui représentent des étapes de montage de la turbomachine. La première étape illustrée à la figure 5 consiste à relier l'arbre de 20 soufflante 3 à l'arbre de sortie du réducteur et à engager axialement sur l'arbre de soufflante les paliers 13, 14 ainsi que leur support 11. L'arbre d'entrée 8 du réducteur est ensuite engagé axialement à l'intérieur du réducteur, jusqu'à ce que ses cannelures 20 coopèrent avec celles du solaire du réducteur (figure 6). 25 L'ensemble est alors monté dans le carter intermédiaire 2 de la turbomachine et est fixé à ce carter par des moyens appropriés, par exemple au moyen de brides 2a et d'une série de vis-écrou (figure 7). Des moyens 25 d'alimentation en huile de l'enceinte El de lubrification du réducteur 7 sont ensuite montés (figure 8). 30 Enfin, les arbres 4 et 15 sont engagés par translation axiale depuis l'aval, l'arbre 15 étant destiné à être engagé dans l'arbre 8 jusqu'à ce que 11 leurs cannelures 18, 19 s'engagent les unes dans les autres. Le support de palier 12 est alors fixé au carter intermédiaire 2 par des moyens appropriés, par exemple au moyen de brides 2b et d'une série de vis-écrou (figure 9). Les moyens déformables selon l'invention confèrent une souplesse 5 optimisée au système de liaison entre les arbres 4, 15 et le réducteur 7, en particulier en direction axiale, radiale et en flexion. A titre d'exemple, la souplesse radiale peut être de l'ordre de 2x10-8 m/N à 2.10-5 m/N et préférentiellement 2.10-6 m/N, et la souplesse angulaire de l'ordre de 4.10-5 à 3.10-7 et préférentiellement 3x10-6 rad/N.m. REVENDICATIONS1. Turbomachine (1) à réducteur d'aéronef, comportant un premier arbre (15) et un second arbre (3) ayant un même axe de rotation, le second arbre étant entraîné en rotation via un réducteur (7) par le premier arbre, le premier arbre étant relié au réducteur par un système de liaison comportant des moyens élastiquement déformables conférant au système de liaison une certaine souplesse en fonctionnement, lesdits moyens déformables comportant au moins un soufflet annulaire (16) s'étendant autour dudit axe, caractérisée en ce que lesdits moyens déformables comportent en outre une épingle annulaire (17) à section sensiblement en U, qui s'étend autour dudit axe. 2. Turbomachine (1) selon la revendication 1, dans laquelle ladite épingle (17) est située d'un côté dudit réducteur (7) et ledit au moins un soufflet (16) est situé de l'autre côté dudit réducteur et/ou traverse axialement ledit réducteur. 3. Turbomachine (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le système de liaison comprend une portion (15a) dudit premier arbre (15) et un arbre d'entrée (8) comportant des premières cannelures (20) d'accouplement de cette portion au réducteur (7). 4. Turbomachine (1) selon la revendication 3, dans laquelle la portion (15a) dudit premier arbre (15) a une forme générale tubulaire autour dudit axe, et comprend une partie aval (15ab) comportant ledit au moins un soufflet (16) et une partie amont (15aa) sensiblement cylindrique qui est au moins en partie entourée par ledit arbre d'entrée (8), ladite partie amont (15aa) sensiblement cylindrique comprenant des secondes cannelures (18) d'accouplement audit arbre d'entrée (8). 5. Turbomachine (1) selon l'ensemble des revendications 3 et 4, dans laquelle ledit au moins un soufflet (16) s'étend radialement entre un diamètre (Dm) sensiblement égal à celui desdites premières cannelures 13 (18) et un diamètre (DM) sensiblement égal à celui desdites secondes cannelures (20). 6. Turbomachine (1) selon l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle ledit arbre d'entrée (8) forme ladite épingle (17) et comprend une branche 5 annulaire externe (8b) d'accouplement audit réducteur (7), et une branche annulaire interne (8a) d'accouplement à la portion (15a) dudit premier arbre (15). 7. Turbomachine (1) selon la revendication 6, dans laquelle les branches (8a, 8b) sont reliées entre elles par une âme annulaire (21) 10 présentant un amincissement d'épaisseur (22) au niveau de sa liaison à ladite branche externe (8b). 8. Turbomachine (1) selon la revendication 7, dans laquelle la branche interne (8a) se prolonge vers l'amont au-delà de l'âme (21) et porte des léchettes annulaires externes (23) qui coopèrent par effet labyrinthe avec 15 la périphérie interne d'un capot annulaire (24) porté par ledit second arbre (3). 9. Turbomachine (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit premier arbre (15) est un arbre de compresseur basse pression. 20 10. Procédé de montage d'une turbomachine selon l'une des revendications précédentes, comprenant les étapes consistant à: - relier ledit second arbre (3), qui est un arbre de soufflante, à un arbre de sortie dudit réducteur (7) et engager axialement sur ledit arbre de soufflante des paliers (13, 14) ainsi que leur support (11), 25 - engager un arbre d'entrée (8) axialement à l'intérieur dudit réducteur, jusqu'à ce que des cannelures (20) de cet arbre coopèrent avec des cannelures d'un solaire du réducteur, - monter cet assemblage dans un carter intermédiaire (2) et le fixer à ce carter par des moyens appropriés, 30 - monter des moyens (25) d'alimentation en huile desdits paliers, et 14 - engager ledit premier arbre (15) par translation axiale dans ledit arbre d'entrée (8) jusqu'à leur accouplement par des cannelures (18, 19) et fixer ledit support (11) des paliers (13, 14) au carter intermédiaire (2). 5