Brevet FR3092136A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : CARTER DE SOUFFLANTE POUR UNE TURBOMACHINE D'AERONEF Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne le domaine des carters de soufflante de turbomachine d'aéronef. Arrière-plan technique [0002] Ea. figure 1 représente partiellement une soufflante d'une turbomachine d'aéronef [0003] De façon classique, une turbomachine comprend d'amont en aval, c'est-à-dire dans le sens d'écoulement des flux de gaz, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion, une ou plusieurs turbines, et une tuyère d'éjection des gaz de combustion sortant de la ou des turbines. [0004] La soufflante 1 comporte une roue à aubes 2 qui est entourée par un carter 3 de soufflante, encore appelé carter de rétention du fait de sa fonction de rétention des aubes en cas de rupture de celles-ci, ou en cas d'entrée de débris dans la soufflante. [0005] Comme cela est visible sur la figure 2, le carter de soufflante 3 comprend ty- piquement une paroi sensiblement cylindrique d'axe de révolution A qui s'étend autour des aubes de soufflante 2 de la turbomachine. Il comprend une bride tumulaire de fixation 3', 3" à chacune de ses extrémités axiales. Ces brides 3', 3" sont utilisées pour fixer le carter 3 à des parois annulaires de la nacelle de la turbomachine. [0006] La figure 3 est une coupe à caractère schématique illustrant un carter de soufflante 3 selon l'art antérieur. [0007] Le carter de soufflante est lié d'une part à une manche d'entrée d'air 5, et, d'autre part, à une virole de carter intermédiaire 6. Il porte également une zone acoustique amont 7 et une zone acoustique avale 8. Le carter de soufflante 3 comporte encore une couche de support abradable 4, positionnée sur une face interne du carter de soufflante 3, entre la zone acoustique amont 7 et la zone acoustique avale 8. [0008] En plus de la fonction de rétention, le carter de soufflante 3 est également conçu pour : - assurer une continuité mécanique (des efforts et des moments) entre la manche d'entrée d'air 5 et la virole de carter intermédiaire 6 ; - permettre la fixation des panneaux d'une veine aérodynamique délimitée par la cartouche de support abradable 4, la zone acoustique amont 7 et la zone acoustique avale 8 assurant ainsi une continuité de la veine aérodynamique ; - permettre la fixation d'équipements et. de supports connus en soi ; - tenir les spécifications de règlementation au feu et aux fuites ; 2 - permettre la continuité du courant électrique pour la tenue à la foudre, etc. [0009] Les zones acoustiques amont 7 et avale 8 comprennent des panneaux d'isolation acoustique. Ces panneaux présentent en général une structure annulaire en nid d'abeille dont les faces interne et externe sont chacune recouvertes d'une peau qui peut être multi-perforée pour améliorer le traitement acoustique. Ils sont destinés à absorber les ondes sonores générées par la soufflante de la turbomachine. [0010] Concernant la zone acoustique amont 7, il a été proposé de fixer un panneau annulaire monobloc d'isolation acoustique sur la paroi du carter. [0011] En pratique, la maintenance d'un tel panneau acoustique est difficile à réaliser étant donné qu'il est nécessaire d'immobiliser la turbomachine pour procéder au remplacement du panneau endommagé par un panneau neuf [0012] Il existe donc un besoin de solution permettant de monter ou démonter aisément un panneau annulaire monobloc d'isolation acoustique sur la paroi d'un carter de turbomachine, notamment lors d'une opération de maintenance sous l'aile d'un avion. [0013] De nombreuses solutions ont été proposées. [0014] Par exemple, la demande de brevet FR 2 997 725 au nom de la Demanderesse propose un carter de turbomachine, comportant une paroi sensiblement cylindrique et un panneau annulaire monobloc d'isolation acoustique monté à l'intérieur de la paroi. Des pattes élastiquement déformables sont fixées sur le panneau, respectivement sur la paroi, et comportent des orifices permettant l'engagement d'extrémités de vis fixées sur le carter, respectivement sur le panneau. Un tel carter comporte donc un système de fixation permettant un démontage aisé du panneau, en particulier sous l'aile d'un avion, c'est-à-dire sans dépose du moteur. Compte tenu de l'élasticité des pattes, il est cependant difficile d'assurer avec précision le positionnement du panneau à l'intérieur de la paroi. De telles pattes peuvent également se déformer ou se fissurer sous l'effet des contraintes mécaniques ou thermiques appliquées en fonctionnement. [0015] La demande de brevet FR 2 997 726 au nom de la Demanderesse divulgue un carter de turbomachine comportant une paroi sensiblement cylindrique et un panneau annulaire monobloc d'isolation acoustique monté radialement à l'intérieur de la paroi, le panneau comportant une surface annulaire radialement externe équipée de premiers organes en saillie, la paroi du carter comportant une surface annulaire radialement interne équipée de seconds organes en saillie, fixés de manière démontable respectivement aux premiers organes en saillie. Les organes en saillie sont par exemple formés par des pattes fixées au panneau et à la paroi du carter et la fixation de manière démontable est assurée par l'intermédiaire de systèmes vis-écrous. Un tel mode de fixation du panneau monobloc sur la paroi du carter est hyper-statique et ne permet pas un positionnement ou centrage précis du panneau à l'intérieur de la paroi du carter. En effet, dans ce cas, le positionnement ou centrage est assuré par les vis précitées, 3 engagées avec des jeux axiaux, radiaux et circonférentiels dans les trous correspondants des organes en saillie. [0016] La demande de brevet h'R 3 005 100 au nom de la Demanderesse divulgue un carter de turbomachine comportant une paroi sensiblement cylindrique, s'étendant suivant un axe longitudinal, et un panneau annulaire monobloc d'isolation acoustique monté radialement à l'intérieur de la paroi et sensiblement coaxiale à la paroi, le panneau comportant une surface annulaire radialement externe équipée de premiers organes en saillie comprenant un premier élément fixé sur ladite surface annulaire radialement externe du panneau par collage ou rivetage et un second élément monté coulissant dans le premier élément et présentant une forme de L, la paroi du carter comportant une surface annulaire radialement interne équipée de seconds organes en saillie présentant une forme de L fixés sur ladite surface annulaire radialement interne du carter par des vis, les seconds éléments en forme de L des premiers organes et les seconds organes en forme de L étant fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire de l'une de leurs branches formant le L muni d'un trou de passage de vis, de manière démontable, au moyen d'un système vis-écrou. Là encore, le mode de fixation du panneau monobloc sur la paroi du carter est hyper-statique et ne permet pas un positionnement ou centrage précis du panneau à l'intérieur de la paroi du carter, le positionnement ou centrage étant assuré par les vis précitées, engagées avec des jeux axiaux, radiaux et circonférenticls dans les trous correspondants des organes en saillie pouvant donc empêcher la sol idarisation de ces organes en saillie ou encore pouvant diminuer la durée de vie de l'ensemble du fait des contraintes statiques de montage induisant un rapport de charge favorisant l'apparition de fissure dans les organes, du panneau acoustique ou du carter sous l'effet des contraintes mécaniques ou theimiques appliquées en fonctionnement, jusqu'à la rupture de ces éléments. Un autre inconvénient de cette solution est que le serrage des systèmes vis-écrou permettant la solidarisation des organes en saillie nécessite l'utilisation d'un outillage spécifique tel qu'une clé dynamométrique à rallonge pour l'accès à ces organes pendant des opérations de maintenance pour assurer le montage et le démontage du panneau acoustique sur le carter. [0017] De plus, un très grand nombre d'organes doivent être assemblés pour assurer la fixation du panneau acoustique sur le carter, ce qui augmente le temps d'une opération de maintenance et donc le temps d'immobilisation de l'avion. De plus, la multiplication des organes précités mis en oeuvre pour réaliser la solidarisation du panneau acoustique et du carter alourdit de manière significative le carter. [0018] La présente invention propose une solution simple, efficace et économique aux in- convénients précités de la technique antérieure. Résumé de l'invention [0019] A cet effet, l'invention concerne un carter de turbomachine d'aéronef, comportant : - une paroi sensiblement cylindrique, s'étendant suivant un axe longitudinal, - une virole annulaire d'isolation acoustique montée radialement à l'intérieur de ladite paroi et sensiblement coaxiale à ladite paroi, - et des organes de fixation amovible de la virole à l'intérieur dudit carter, ces organes étant répartis autour dudit axe et dans un espace annulaire s'étendant entre la virole et la paroi, caractérisé en ce que lesdits organes comportent chacun un corps monobloc présentant : - une première portion de liaison à la virole s'étendant selon un premier plan, - une seconde portion de liaison au carter s'étendant selon un second plan sensiblement parallèle au premier plan, et - une portion intermédiaire de liaison des première et seconde portions de liaison, cette portion intermédiaire formant un angle supérieur à 90° avec chacune desdites première et seconde portions. [0020] Le carter selon l'invention procure plusieurs avantages intéressants, notamment : - les organes de fixation sont simples et peu coutcux à fabriquer ; - l'élasticité des organes de fixation permet d'assurer une meilleure tenue mécanique en répondant aux éventuelles contraintes statiques en supprimant les jeux de montage et d'absorber l'effet des contraintes mécaniques en fonctionnement augmentant ainsi leur durée de vie ainsi que celle de la virole acoustique ou du carter ; - le montage et le démontage de la virole acoustique sur le carter peut se faire simplement, au moyen d'outils standards et de manière rapide ce qui permet de diminuer le temps d'intervention sous l'aile de l'avion et donc le temps d'immobilisation de l'avion. [0021] Avantageusement, la portion intermédiaire forme un angle de 135° avec chacune des première et seconde portions. [0022] Cela permet d'avoir de grands rayons de pliage entre la portion intermédiaire et chacune desdites première et seconde portions de sorte à en faciliter la fabrication (par exemple par pliage). [0023] Avantageusement, la portion intermédiaire est reliée aux première et seconde portions de liaison par des jonctions à rayon (le courbure supérieur ou égal à K.e, e étant l'épaisseur dudit corps. [0024] De préférence et avantageusement, K est supérieur ou égal à 7,5. [0025] Avantageusement, le corps a une épaisseur e comprise entre 0,8 mm et 3 min [0026] Selon un exemple de réalisation, la première portion des organes comprend plusieurs perçages chanfreinés de passage de vis de fixation à la virole et la seconde portion des organes comprend au moins un orifice de passage de vis de fixation au carter. 100271 De préférence, la seconde portion comprend un écrou cage serti sur une première face opposée à une seconde face destinée à être appliquée sur la paroi du carter. [0028] De préférence et avantageusement, au moins les arêtes de la seconde face de la seconde portion sont chanfreinées. [0029] Ainsi, les organes de fixation ne risquent pas d'endommager la surface interne du carter lors de l'assemblage de la virole acoustique. [0030] Avantageusement, dans lequel le nombre d'organes de fixation est inférieur ou égal à six. [0031] Le nombre d'organes de fixation et par conséquent le nombre de vis de fixation utilisé pour assurer la solidarisation de la virole acoustique dans le carter est nettement diminué par rapport à l'état de l'art antérieur de sorte que le poids du carter ainsi que le temps d'intervention lors d'opération de maintenance sont également diminués. De plus, un gain économique est également constaté. [0032] Ainsi, le degré d'hyper-statisme de l'assemblage de la virole et du carter est réduit. [0033] La présente invention concerne encore une turbomachine pour aéronef, caractérisée en cc qu'elle comporte un carter présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées. [0034] Comme indiqué précédemment, les opérations d'intervention sur la virole acoustique et le carter d'une telle turbomachine est grandement facilité. Brève description des figures [0035] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : [0036] [fig.1] La figure 1 déjà discutée montre partiellement une vue en coupe d'une soufflante d'une turbomachine d'aéronef selon l'état de la technique ; [0037] [fig.2] La figure 2 déjà discutée montre une vue en perspective d'un carter de soufflante selon l'état de la technique ; [0038] If ig.3] La figure 3 déjà discutée montre une coupe partielle à caractère schématique d'un carter de soufflante selon l'état de la technique ; [0039] [fig.4] La figure 4 est une vue en coupe transversale d'un carter selon l'invention. [0040] [fig.5] La figure 5 est une vue en perspective d'un organe de fixation selon l'invention, en vue de dessus ; 6 100411 Ifig.61 La figure 6 est une vue en perspective d'un organe de fixation selon l'invention, en vue de dessous ; [0042] [fig.7] La figure 7 est une vue de dessus d'un organe de fixation selon l'invention. [0043] [fig.8] La figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'un organe de fixation selon l' invention. [0044] [fig.9] La figure 9 est une vue partielle en coupe à caractère schématique montrant une virole acoustique liée à un carter par l'intermédiaire d'un organe de fixation selon l' invention. Description détaillée de l'invention [0045] En référence à la figure 4, le carter 10 présente une paroi annulaire I I dc forme générale sensiblement cylindrique d'axe dc révolution A. [0046] Dans le présent exposé et dans les revendications, les ternies « interne » et « externe » et « radial » sont définis par rapport à l'axe A du carter 10. Les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au sens d'écoulement des flux de gaz dans unc turhomachinc. Les ternies « dessus » et « dessous » sont utilisés en référence aux éléments constitutifs d'un organe de fixation selon l'invention. [0047] Lc carter 10 comprend une bride annulaire de fixation 10', 10" à chacune de ses ex- trémités axiales. Ces brides 10', 10" sont utilisées pour fixer le carter 10 à des parois annulaires d'une nacelle dc turbomachine qu'il équipe. Dans le cas d'un carter annulaire de soufflante, ces brides 10', 10" sont utilisées pour fixer le carter 10 d'une part à une manche d'entrée d'air de la turhomachinc, et, d'autre part, à une virole dc carter intermédiaire de la turbomachine (non représentées). [0048] La paroi annulaire 11 est réalisée dans un matériau composite. Par exemple, elle est réalisée à partir d'une préforme dc fibres tissées, par exemple tridimensionnelles, tissées, et densifiée par unc résine polymérique. [0049] La paroi annulaire 11 du carter 10 comprend une surface annulaire radialcment interne l la destinée à recevoir une virole annulaire 12 d'isolation acoustique formé d'une seule pièce annulaire (appelé OPB, acronyme de One Piece Barrel en langue anglaise). La virole annulaire 12 est montée radialement à l'intérieur de la paroi annulaire 11 du carter 10 et sensiblement coaxiale par rapport à cette paroi annulaire 11 de sorte à former un espace tumulaire E. [0050] En référence aux figures 5 à 9, la virole annulaire 12 d'isolation acoustique est fixée à l'intérieur du carter 10 au moyen d'organes 13 de fixations amovibles. 7 [0051] Ces organes 13 sont répartis autour de l'axe de révolution A dans l'espace annulaire E s'étendant entre la virole acoustique 12 et la paroi annulaire 11 du carter 10. Selon un exemple de réalisation nullement limitatif, le nombre d'organes 13 de fixation est inférieur ou égal à six. Le nombre d'organes 13 de fixation mis en oeuvre pour assurer l'assemblage de la virole acoustique 12 à l'intérieur du carter 10 étant faible, cela permet de réduire le degré d'hyperstatisme de l'assemblage. [0052] Chaque organe de fixation 13 comporte un corps monobloc présentant : - une première portion 131 de liaison à la virole acoustique 12 s'étendant selon un premier plan Pl, - une seconde portion 132 de liaison au carter 10 s'étendant selon un second plan P2 sensiblement parallèle au premier plan Pl, et - une portion intermédiaire 133 de liaison des première 131 et seconde 132 portions de liaison. [0053] La portion intermédiaire 133 forme un angle o avec chacune desdites première 131 et seconde 132 portions. [0054] Plus précisément, les organes de fixation 13 présentent trois portions sensiblement planes, à savoir la première portion 131, la seconde portion 132 et la portion intermédiaire 133, cette dernière étant reliées aux première 131 et seconde 132 portion par deux jonctions courbes 133a, 133h. [0055] L'angle o est avantageusement supérieur à 90° et préférentiellement compris entre 120° et 150°. Par exemple, l'angle cr est égal à 135°. [0056] Les organes de fixation 13 comportant un corps monobloc, le fait d'avoir une portion intermédiaire 133 plane formant un angle d'inclinaison supérieur à 90° avec chacune desdites première 131 et seconde 132 portions permet d'avoir des rayons R de courbure importants au niveau des jonctions courbes 133a. 133b et donc assure une facilité de fabrication (lesdits organes de fixation 13. Avantageusement, le rayon de courbure R des jonctions courbes 133a. 133b est supérieur ou égal à K.e, e étant l'épaisseur du corps d'un organe de fixation 13. [0057] Avantageusement, K est supérieur ou égal à 7,5. Autrement dit, le ratio entre le rayon de courbure R des jonctions courbes 133a. 133b et l'épaisseur e du corps d'un organe de fixation 13 est supérieur ou égal à 7,5. Ainsi, le corps des organes 13 de fixation peut être facilement fabriqué par exemple par un procédé de pliage à froid connu à faible coût en soi à partir d'une simple plaque métallique de forme sensiblement rectangulaire. [0058] Le corps des organes de fixation 13 a une épaisseur e comprise entre 0,8 mm et 3 mur Selon un exemple de réalisation préféré, le corps des organes de fixation 13 présente une épaisseur de 2 mm et les rayons de courbure R des jonctions courbes 133a, 133b sont de 15 mm. Les organes de fixations 13 peuvent encore 8 présenter une longueur L comprise entre 100 mm et 175 mm et une largeur I comprise entre 40 mm et 50 mm. Par exemple, les organes de fixations 13 présentent une longueur L de 150 mm et une largeur I de 42 mm. De même, à vide, les organes de fixations 13 peuvent présenter une hauteur h comprise entre 25 mm et 35 mm et, par exemple, une hauteur h de 30 mm. [0059] Le corps des organes de fixation 13 est réalisé en tout matériau présentant la ro- bustesse nécessaire. Il est par exemple réalisé en alliage de titane. Par exemple, l'utilisation d'un alliage de titane de type TA6V permet de réaliser les corps des organes de fixation 13 avec un taux de rebut presque nul par pliage à froid et d'excellentes propriétés mécaniques en statique et dynamique. [0060] La première portion 131 de liaison à la virole acoustique 12 présente une première face 131a destinée à être appliquée sur la virole acoustique 12 et, plus précisément, sur une surface annulaire radialcmcnt externe 12a de la virole acoustique 12, et une seconde face 131b opposée à la première face 131a. [0061] La seconde portion 132 de liaison à la paroi annulaire 11 du carter 10 présente une première face 132a opposée à une seconde face 132b destinée à être appliquée sur la paroi annulaire 11 du carter 10 et, plus précisément, sur une surface annulaire radialement interne 11 a de la paroi annulaire 11 du carter 10. De préférence et avantageusement, au moins les arêtes 132c de la seconde face 132b de la seconde portion 132 sont chanfreinées. Cela permet de ne pas endommager la surface annulaire radialernent interne Ila de la paroi annulaire 11 du carter 10 lors de l'assemblage de la virole acoustique 12 comme cela sera décrit ci-après. [0062] La première portion 131 des organes de fixation 13 comprend plusieurs perçages de passage de vis de fixation à la virole acoustique 12. Selon l'exemple illustré, la première portion 131 des organes de fixation 13 comprend quatre perçages 14 de passage de vis 15 de fixation à la virole acoustique 12. Ces perçages 14 sont avantageusement réalisés à une distance prédéterminée de la jonction courbe 133a reliant la première portion 131 à la portion intermédiaire 133 afin d'éviter de poinçonner, et donc de fragiliser, la jonction courbe 133a. [0063] Les perçages 14 sont avantageusement chanfreinés du côté de la seconde face 131b de la première portion 131 des organes de fixation 13 de sorte à recevoir les têtes des vis 15 de fixation à la virole acoustique 12, les corps de ces vis 15 traversant ainsi la première portion 131 des organes de fixation 13 et la virole acoustique 12 afin d'assurer leur liaison. [0064] La seconde portion 132 des organes de fixation 13 comprend au moins un orifice 16 de passage de vis 17 de fixation à la paroi annulaire 11 du carter 10. [0065] La seconde portion 132 des organes de fixation 13 comprend encore un écrou cage 18 serti sur la première face 132a, au niveau de l'orifice 16 de réception de la vis 9 de fixation 17. Cet écrou cage 18 pouvant être du type flottant est donc positionné dans l'espace annulaire E aménagé entre le carter 10 et la virole acoustique 12. [0066] Les têtes des vis de fixation 17 peuvent être logées, au moins en partie, dans une rainure annulaire 19 que présente le carter 10, les corps de ces vis 17 traversent la paroi annulaire 11 du carter 10 et la seconde portion 132 des organes de fixation 13 afin d'assurer leur liaison par vissage dans les écrous cage 18. [0067] De la sorte, pour le carter 10 selon l'invention, une seule fixation au moyen du système vis-écrou 17-18 est suffisant (coté carter) pour assurer la fixation de la virole acoustique 12 de sorte qu'une seule rainure annulaire 19 est suffisante, contrairement aux solutions de l'art antérieur dans lesquelles au moins une seconde rainure annulaire est nécessaire pour assurer un blocage en rotation de leurs moyens de fixations. [0068] Pour l'assemblage de la virole acoustique 12 à l'intérieur du carter 10, la virole acoustique 12 est équipée d'une pluralité d'organes de fixation 13, par exemple six organes de fixation 13, angulairemcnt répartis et fixés sur la surface annulaire radialement externe 12a au moyens de vis 15 par l'intermédiaire des premières portions 131. [0069] La diminution du nombre d'organes de fixation 13 par rapport à l'état de la technique et également du nombre de vis ou de systèmes vis-écrou étant grandement diminué par rapport à l'état de la technique permet de réduire les contraintes statiques ce qui est également avantageux notamment lorsque la virole acoustique 12 est nonaxisymétrique car elle ne nécessite alors pas de lamages spécifiques à des positions précises pour avoir des surfaces de contact planes comme cela peut être le cas pour les solutions de l'art antérieur. [0070] Comme cela est visible sur la figure 4, l'un des organes 13 de fixation est positionné angulairement à 6 heures, en référence à un cadran horaire, (c'est-à-dire en position basse) lorsque le carter 40 est monté sur une turbomachine d'aéronef et les autres organes sont espacés angulairement à 60°. [0071] La virole acoustique 12 ainsi équipée des organes de fixation 13 est alors glissée à l'intérieur du carter 10, longitudinalement selon l'axe A, depuis une ouverture amont du carter 10 jusqu'à, par exemple, positionner les orifices 16 des secondes portions 132 en regard des rainures annulaires 19, les vis 17 sont vissés clans les écrous 18 depuis une surface radialement externe 1lb de la paroi annulaire 11 du carter 10. [0072] La virole acoustique monobloc peut ainsi être montée ou démontée aisément par l'amont de la paroi 11 du carter 10, notamment lors d'une opération de maintenance sous l'aile de l'avion. [0073] De plus, la forme générale en « S » des corps des organes 13 de fixation leur confère une souplesse permettant de jouer un rôle d'amortisseur afin d'absorber l'effet des contraintes mécaniques en fonctionnement de la turbomachine augmentant ainsi la durée de vie des organes 13 de fixation ainsi que celle de la virole acoustique 12 ou du carter 10. 11