Brevet FR3088967A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Agencement de turboréacteur double flux à réducteur épicycloïdal ou planétaire Domaine technique [0001] L'invention concerne un agencement de turboréacteur double corps intégrant un réducteur épicycloidal ou planétaire. Technique antérieure [0002] Dans un tel moteur 1 représenté sur la figure 1, fair est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante 3 comportant une série de pales rotatives avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. [0003] Le flux primaire est ensuite compressé dans des étages de compression 4 et 6 avant d'arriver dans une chambre de combustion 7, après quoi il est détendu à travers une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9 avant d'être évacué vers l'arrière. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l'arrière par la soufflante dans une veine délimitée par le carter 11. [0004] Un tel moteur de type double-corps comporte un corps dit basse pression par lequel la soufflante 3 est couplée à la turbine basse pression, et un corps dit haute pression par lequel le compresseur est couplé à la turbine haute pression, ces deux corps étant coaxiaux et indépendants l'un de l'autre en rotation. [0005] Grâce à un réducteur interposé entre la turbine basse pression et la soufflante, la turbine basse pression tourne plus vite que la soufflante qu'elle entraîne, afin d'accroitre le rendement. Dans cette configuration, le corps basse pression comporte un arbre central d'entrainement de la soufflante et un rotor portant la turbine basse pression en étant lié à l'arbre central par le réducteur. [0006] Les corps haute pression et basse pression sont maintenus par des paliers portés par des éléments structuraux du moteur. En pratique, le corps basse pression est un élément critique de l'agencement, car son arbre central s'étend sensiblement sur toute la longueur du moteur, de sorte qu'en service, c'est-à-dire lorsqu'il tourne, il peut être sujet à des modes vibratoires susceptibles de conduire à la ruine du moteur. En particulier, du fait de sa longueur importante, le premier mode de vibration en flexion de l'arbre central se trouve être dans sa plage de fonctionnement, c'est-à-dire dans la plage de fréquences correspondant à ses fréquences de rotation. [0007] Cette situation nécessite de réaliser un équilibrage à grande vitesse de l'arbre central, mais également de prévoir des paliers capables d'amortir ses modes vibratoires pour limiter les éventuelles instabilités. De tels paliers, généralement désignés par 2 l'acronyme SFD signifiant « squeeze film clampers » comportent une cage souple fixe portant un roulement recevant le corps basse pression, et autour de laquelle est maintenue une pression hydraulique, ce type de palier étant coûteux à mettre en oeuvre. [0008] Le but de l'invention est d'apporter des solutions d'agencement permettant d'améliorer le maintien des éléments rotatifs basse pression pour limiter le recours à des paliers complexes d'amortissement de modes vibratoires. Exposé de l'invention [0009] A cet effet, l'invention a pour objet un turboréacteur à double flux comportant un arbre central entouré par un corps haute pression coaxiaux et indépendants en rotation, ce turboréacteur comportant depuis l'amont vers l'aval considérés selon le sens de circulation du flux qui le traverse lorsqu'il est en service : - une soufflante entrainée par l'arbre central ; - un compresseur haute pression et une turbine haute pression faisant partie du corps haute pression ; - un carter inter-turbines ; - une turbine basse pression ; - un carter d'échappement ; ce turboréacteur comportant en outre : - un rotor basse pression qui entoure l'arbre central et qui comprend la turbine basse pression ; - un palier amont de rotor porté par le carter inter-turbines et qui guide en rotation le rotor basse pression en étant situé en aval du compresseur haute pression ; - un palier aval de rotor porté par le carter d'échappement, et qui guide en rotation le rotor basse pression ; - un réducteur par l'intermédiaire duquel le rotor basse pression entraine l'arbre central, ce réducteur étant situé en aval du palier aval de rotor ; - un palier aval d'arbre qui guide en rotation l'arbre central en étant situé en aval du palier aval de rotor. [0010] Avec cet agencement, la vitesse de l'arbre central est abaissée et sa longueur est augmentée grâce au palier d'arbre situé en aval, cc qui contribue à diminuer les fréquences de ses modes propres pour les éloigner des fréquences de rotation. L'abaissement de cette vitesse permet également d'augmenter le diamètre de soufflante sans que la vitesse en extrémité des pales de cette soufflante ne soit excessive. [0011] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, dans lequel le palier aval d'arbre est porté par le carter d'échappement en étant situé en aval du réducteur. [0012] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, comprenant un palier médian basse pression porté par le carter inter-turbines et guidant en rotation l'arbre 3 central. [0013] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, comprenant un cône de sortie porté par le carter d'échappement, et dans lequel le palier aval d'arbre est situé dans un espace interne du cône de sortie. [0014] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, dans lequel le réducteur est situé à l'intérieur de l'espace interne. [0015] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, dans lequel le rotor basse pression est équipé d'un élément radialement flexible situé entre le palier aval de rotor et le réducteur. [0016] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, comportant un com- presseur basse pression entrainé par l'arbre central en étant situé entre la soufflante et le compresseur haute pression. [0017] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, dans lequel le réducteur est un réducteur épicycloïdal comprenant : - des satellites portés par un porte satellites qui est porté par l'arbre central ; - une couronne interne qui est portée par le rotor basse pression ; - une couronne externe qui est portée par le carter d'échappement ; - chaque satellite étant engrené avec la couronne interne et la couronne externe. [0018] L'invention concerne également un turboréacteur ainsi défini, dans lequel le réducteur est un réducteur planétaire comprenant : - des satellites portés par un porte satellites qui est porté par le carter d'échappement ; - une couronne interne qui est portée par le rotor basse pression ; - une couronne externe qui est portée par l'arbre central ; - chaque satellite étant engrené avec la couronne interne et la couronne externe. Brève description des dessins [0019] [fig.1] est une vue en coupe longitudinale d'un turboréacteur double flux et double corps connu ; [0020] [fig.2] est une vue schématique en coupe longitudinale d'une architecture de turboréacteur selon l'invention ; [0021] [fig.3] est une vue schématique en coupe longitudinale d'une portion aval d'architecture de turboréacteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; [0022] [fig.4] est une vue schématique en coupe longitudinale d'une portion aval d'architecture de turboréacteur scion un deuxième mode de réalisation de l'invention ; [0023] [fig.5] est une vue schématique en coupe longitudinale d'une portion aval d'architecture de turboréacteur scion un troisième mode de réalisation de l'invention ; [0024] [fig.6] est une vue schématique en coupe longitudinale d'une portion aval d'architecture de turboréacteur scion un quatrième mode de réalisation de l'invention ; [0025] [fig.7] est une vue schématique en coupe longitudinale d'une portion aval d'architecture de turboréacteur scion un cinquième mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0026] Comme représenté schématiquement sur la figure 2, le moteur selon l'invention présente unc architecture comprenant une soufflante 13 à sa partie amont AM suivie d'un compresseur basse pression 14. La soufflante et le compresseur basse pression sont entrainés en rotation par un arbre central AC s'étendant sur l'essentiel de la longueur du moteur, la soufflante étant traversée par l'ensemble du flux entrant dans ce moteur. [0027] Les directions amont AM et aval AV sont définies par rapport au sens de circulation du flux dans le moteur le long de son axe longitudinal AX, conformément aux conventions usuelles. [0028] Un compresseur haute pression 16 situé immédiatement en aval AV du compresseur 14 comprime le fluide du flux primaire ayant traversé le compresseur basse pression, avant son admission dans une chambre de combustion non représentée située immédiatement en aval de ce compresseur haute pression 16. [0029] Après passage dans la chambre de combustion, le fluide est détendu à travers une turbine haute pression 17 qui entrain le compresseur 16. Les aubages du compresseur haute pression 16 et de la turbine haute pression 17 sont portés par un même corps haute pression CH ou font partie intégrante de celui-ci. Ce corps haute pression CH s'étend dans la région centrale du moteur le long de l'axe AX, il entoure l'arbre central AC en étant complètement indépendant en rotation de celui-ci. [0030] Après avoir traversé la turbine haute pression 17, le fluide transite dans un carter inter-turbines repéré par 18 sur la figure 3, avant de traverser une turbine basse pression 19, pour être ensuite évacué à travers un carter d'échappement 21. [0031] Le carter inter-turbines 18 comporte une virole externe et une virole interne concentriques délimitant entre elles un espace annulaire de passage du flux primaire, ainsi qu'un ensemble de pales radiales fixes reliant chacune la virole externe à la virole interne et permettant de dévriller le flux primaire. De manière analogue, le carter d'échappement 21 comporte une virole externe et une virole interne concentriques dé- limitant un espace annulaire de passage du flux primaire détendu, ainsi qu'un ensemble de bras radiaux fixes reliant chacun ces deux viroles l'une à l'autre. [0032] La turbine basse pression 19 est liée en rotation à l'arbre central par un réducteur épi- cycloïdal 22 situé à son aval AV, et grâce auquel elle tourne plus vite que la soufflante 13, afin d'améliorer le rendement du moteur. [0033] Comme visible plus clairement sur la figure 3, le carter d'échappement 21 porte un cône de sortie 23 qui ferme la région aval du moteur située radialement à l'intérieur de la veine primaire, cc cône de sortie 23 s'étendant vers l'aval. [0034] Le réducteur 22 est situé à l'intérieur d'un espace interne E délimité par le carter d'échappement 21 et par le cône de sortie 23 prolongeant ce carter 21, en étant relié à l'arbre central AC et à un rotor RB portant la turbine basse pression. [0035] Cc rotor RB qui entoure l'arbre central AC s'étend depuis une partie médiane par laquelle il porte les disques ou auhages de la turbine basse pression, jusqu'à une partie aval par laquelle il est accouplé au réducteur. Ce rotor RB comporte dans sa région centrale, un élément radialement flexible 24. [0036] Cet élément flexible 24 est souple selon la direction radiale pour autoriser une ex- centration de la partie amont du rotor RB par rapport à sa partie aval tout en assurant une transmission de couple d'une partie à l'autre. [0037] Comme visible sur la figure 3, le rotor basse pression RB est maintenu et guidé en rotation par un palier amont 26 situé en amont de la turbine basse pression 19 et par un palier aval 27 situé entre cette turbine basse pression 19 et l'élément radialement flexible 24. Le palier amont de rotor 26 est porté par le carter inter-turbines 18, et le palier aval de rotor 27 est porté par le carter d'échappement 21. Au moins l'un des deux paliers de rotor 26 et 27 est un palier de butée, c'est-à-dire récupérant l'effort axial de poussée généré par la turbine basse pression pour le transférer à la structure du moteur. [0038] Ce réducteur comporte des pignons satellites 28 entourant une couronne interne 29, encore appelée couronne solaire, et entourés par une couronne externe 33 en étant chacun engrené avec ces deux couronnes, ces pignons 28 étant portés par un porte satellite 32. [0039] Dans le cas de la figure 3, le réducteur qui est repéré par 22 est de type épicycloïdal, c'est-à-dire que le porte satellites 32 est mobile en rotation en étant rigidement solidaire de l'arbre central AC. La couronne interne 29 est quant à elle rigidement solidaire du rotor basse pression RB alors que la couronne externe 33 est rigidement solidaire du carter d'échappement 21 en étant portée par celui-ci. [0040] L'arbre central AC est porté et guidé en rotation par un palier amont non visible sur la figure 3 et situé en partie amont du moteur, et par un palier aval d'arbre central 34 qui est situé en aval du réducteur 22, en étant porté par le carter d'échappement 21. 6 Comme visible sur les figures, le palier aval 34 est situé dans un espace interne E du cône de sortie 23. [0041] Le maintien de l'arbre central AC peut être amélioré en prévoyant un palier médian basse pression 36, comme représenté sur la figure 4, ce palier médian étant porté par le carter inter-turbines 18 et recevant l'arbre central AC pour supporter sa région médiane. L'ajout de ce palier médian 36 permet d'accroître le maintien de l'arbre central AC pour diminuer encore les fréquences de ses modes vibratoires. [0042] Les exemples des figures 5 et 6 montrent des modes de réalisation ayant respec- tivement les mêmes architectures que dans les figures 3 et 4, mais dans lesquels le réducteur, repéré par 22', est un réducteur planétaire et non pas épicycloïdal. [0043] Ce Réducteur planétaire 22' comporte aussi des pignons satellites 28 entourant une couronne interne 29 et entourés par une couronne externe 33 en étant chacun engrené avec ces deux couronnes, ces pignons 28 étant portés par un porte satellite 32'. [0044] Le porte satellites, repéré par 32', est fixe en étant porté par le carter d'échappement 21, et la couronne externe 33 est mobile en étant rigidement solidaire de l'arbre central AC. La couronne interne 29 est quant à elle portée par le rotor basse pression RB, comme dans les modes de réalisation des figures 3 et 4. [0045] Ainsi, dans l'exemple de la figure 5, l'arbre central est maintenu par un palier amont non visible et par le palier aval 34, et dans l'exemple de la figure 6, cet arbre AC est maintenu par le palier aval 34 et également par un palier médian basse pression, ces deux paliers ayant le même agencement que dans les exemples des figures 3 et 4 déjà décrites. [0046] Dans les modes de réalisation des figures 2 à 6, le palier aval d'arbre central 34 est un palier fixe porté par le carter d'échappement 21 en étant situé en aval du réducteur 22 ou 22'. Complémentairement, ou alternativement comme représenté sur la figure 7, le palier aval d'arbre, repéré par 34', peut être un palier inter-arbres, qui entoure l'arbre AC pour le maintenir et le guidé en rotation, en étant entouré par le rotor RB, et en étant situé en aval du palier de rotor aval 27. Dans cette configuration, la portion aval de l'arbre central AC est ainsi maintenue par l'intermédiaire du rotor basse pression RB, et non pas directement par le carter d'échappement 21. [0047] L'invention permet de supprimer des paliers additionnels usuellement prévus pour supporter l'arbre central dans le but de déplacer les fréquences propres de cet arbre hors de ses fréquences de rotation. Elle permet ainsi de limiter la mise en oeuvre de paliers complexes tels que les paliers SFD, et de réduire la précision d'équilibrage requise pour l'arbre central. 7