Brevet FR3097902A1 — publié le 20210101

Description Titre de l'invention : TURBOMACHINE D'AERONEF A ENVELOPPE EN MATERIAU AU MOINS PARTIELLEMENT COMPOSITE Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention concerne une turbomachine d'aéronef. Arrière-plan technique [0002] La 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-cire 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 en figure 1, le carter de soufflante 3 comprend typiquement une enveloppe annulaire 9 d'axe de révolution A qui s'étend autour des aubes de soufflante 2 de la turbomachine. Cette enveloppe comprend une bride annulaire 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] Le carter de soufflante 3 est lié, à l'amont, à une manche d'entrée d'air 5, et, à l'aval, à une virole 6 de carter intermédiaire. Le carter porte également des panneaux acoustiques amont 7 et des panneaux acoustiques aval 8. Le carter de soufflante 3 comporte encore une couche annulaire 4 de matière abradable, positionnée sur une surface annulaire interne de l'enveloppe, entre les panneaux amont 7 et les panneaux aval 8. [0007] Au niveau d'une zone de jonction 11, vue en coupe, la bride annulaire de fixation 3" de l'enveloppe 9 et une bride annulaire de fixation 6' de la virole 6 (voir figure 2) sont aboutées par leur surface d'extrémité respective 9b, 6b. Les brides 3" et 6' s'étendent chacune transversalement et vers l'extérieur, respectivement depuis le corps de l'enveloppe 9 et dc la virole 6. Des orifices 12 sont ménagés, à la fois à travers les brides 3" et les brides 6', dc manière à être coaxiaux entre les brides 3" et 6' et à loger ainsi des moyens dc fixation 13. Dans l'exemple illustré en figure 2, les moyens dc fixation 13 comportent chacun une vis 13a et un écrou 13b. Les moyens de fixation 13 viennent serrer l'une contre l'autre les brides 3" et 6'. [0008] Lorsque l'une, au moins, des brides 3'. 3" est en matériau composite, comportant 2 des fibres tissées (formant une préforme) et noyées clans une résine, cela implique pour le composite que les couches de carbone soient pliées lors de l'enroulement au niveau de la portion d'angle entre le corps de l'enveloppe et les brides 3', 3", et l'utilisation de plaques de renfort métalliques 14 plaquées contre les brides 3', 3". Une multitude de points de fixation, tels que ceux formant la zone de jonction 11, qui permettent par exemple l'assemblage de l'enveloppe 9 avec la virole 6, est répartie sur le pourtour des brides 3', 3". Les efforts générés par la manche d'entrée d'air 5 et la virole 6 sont ainsi transmis aux brides 3', 3". [0009] Cette configuration dans laquelle les brides 3', 3" en matériau composite sont liées de manière transversale au corps de l'enveloppe 9 présente quelques inconvénients : [0010] - des concentrations de contraintes au niveau du rayon de ces brides existent ; [0011] - pour des raisons inhérentes au processus de fabrication, les brides brutes subissent un effet « parapluie », c'est-à-dire que l'angle qu'elles forment avec le corps de l'enveloppe 9 diffère de 90' ; [0012] - il est difficile de maintenir la tension de la préforme de fabrication dans les brides lors de l'enroulement des couches de matériau composite, ce qui crée un décadrage d'effet très néfaste sur les propriétés mécaniques ; [0013] - lors de l'usinage des brides 3', 3", des fibres sont sectionnées ce qui diminue la tenue mécanique de la bride. [0014] L'invention vise à proposer une turbomachine d'aéronef améliorée dans laquelle il est paré aux inconvénients précités relatifs à la jonction transversale entre les brides composites et les viroles adjacentes. Résumé de l'invention [0015] L'invention concerne ainsi une turbomachine d'aéronef, comportant une enveloppe annulaire de soufflante et une virole métallique fixés l'une contre l'autre et s'étendant coaxialement l'une avec l'autre autour d'un axe A dans un état assemblé de la turbomachine, l'enveloppe comportant une première extrémité annulaire en matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, la virole comportant une deuxième extrémité annulaire, la deuxième extrémité chevauchant radialemcnt la première extrémité à l'état assemblé. [0016] Grâce à ce chevauchement radial entre les extrémités, les brides radiales de l'art antérieur sont supprimées. Les contraintes engendrées par la variation brutale de géométrie des brides radiales en matériau composite de l'art antérieur sont supprimées, la fabrication est simplifiée, et la masse est réduite. [0017] La turbomachine selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caracté- ristiques suivantes, considérées indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : 3 100181 - la première extrémité et la deuxième extrémité présentent chacune une surface de contact, lesquelles sont au contact l'une de l'autre à l'état assemblé, lesdites surfaces de contact étant tronconiques ; [0019] - la deuxième extrémité chevauche radialement extérieurement la première extrémité ; [0020] - la turbomachine comporte une pluralité de moyens de fixation de l'enveloppe à la virole répartis sur le pourtour de la turbomachine à l'état assemblé, la pluralité de moyens de fixation s'étendant radialement à travers la première extrémité et la deuxième extrémité ; [0021] - la première extrémité et la deuxième extrémité présentent chacune une surface d'extrémité respective, lesdites surfaces d'extrémité étant en butée l'une contre l'autre à l'état assemblé, lesdites surfaces d'extrémité étant de préférence d'orientation radiale ; [0022] - la deuxième extrémité comporte un raidisseur, de préférence sous forme d'une saillie annulaire s'étendant radialement et extérieurement ; [0023] - le raidisseur est en retrait longitudinalement sur la deuxième extrémité par rapport à une zone de jonction de la première extrémité à la deuxième extrémité. Brève description des figures [0024] 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 : [0025] [fig.1] La figure 1, déjà décrite, montre partiellement une vue en coupe d'une soufflante d'une turbomachine d'aéronef selon l'état de la technique ; [0026] W8.21 La figure 2, déjà décrite, illustre en coupe agrandie une jonction existante, visible en figure 1, par brides transversales en matériau composite d'une enveloppe de carter et une bride de virole ; [0027] [fig.3] La figure 3 illustre en coupe agrandie une jonction selon l'invention entre une extrémité annulaire, en matériau composite, d'une enveloppe de carter et une extrémité annulaire d'une virole adjacente, dans une turbomachine d'aéronef. Description détaillée de l'invention 100281 Dans la turbomachine 15 selon l'invention, illustrée très partiellement en figure 3, dans un état assemblé de la turbomachine 15, une enveloppe 19 de carter 3 de soufflante est fixée à une virole 16 de carter intermédiaire. Dans l'exemple de mode de réalisation illustré en figure 3, la turbomachine 15 est orientée de manière à ce que son amont ou avant F soit représenté à gauche et son aval ou arrière R à droite. 100291 Comme l'enveloppe 9 et la virole 6 de l'art antérieur, l'enveloppe 19 et la virole 16 sont des éléments annulaires et coaxiaux Fun avec l'autre. L'enveloppe 19 et la virole 16 sont jointes l'une à l'autre en une zone de jonction 21 détaillée ci-après. [0030] L'enveloppe 19 comporte un corps cylindrique 19d, d'axe longitudinal A, et d'extrémité 19a. L'extrémité 19a présente une surface de contact 19b et une surface d'extrémité 19e. [0031] L'extrémité 19 est annulaire, par exemple niais non limitativement de profil circulaire. L'extrémité 19a est en matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine. L'enveloppe 19 peut, sans que cela ne soit limitatif, être intégralement composée de ce matériau. [0032] La virole 16 comporte un corps cylindrique 16d, d'axe longitudinal A. et d'extrémité 16a. L'extrémité 16a présente une surface de contact 1611, une surface d'extrémité 16c et une surface distalc 16e. [0033] L'extrémité 16 est annulaire, par exemple mais non limitativement de profil circulaire. L'extrémité 16a est ici en métal. La virole 16 peut, sans que cela ne soit limitatif, être intégralement composée de ce matériau. [0034] La surface de contact 19b est ici une surface de l'enveloppe 19 orientée vers l'extérieur. Dans le mode de réalisation illustré, représentant la jonction dc l'extrémité arrière 19a dc l'enveloppe 19 avec l'extrémité avant dc la virole 16, la surface de contact 191) est effilée en direction de l'arrière R de la turbomachine 15. De préférence, la surface de contact 19b est tronconique. De manière générale, la surface de contact 19b converge en direction de l'axe À à l'extérieur du volume délimité par l'enveloppe 19. [0035] La surface de contact 16b est ici une surface de la virole 16 orientée vers l'intérieur, c'est-à-dire faisant face à l'axe A. [0036] Dans le mode de réalisation illustré, la surface de contact 16b est orientée de manière à diverger en direction de l'avant de la turbomachine 15. De préférence, la surface de contact 16b est tronconique. De manière générale, la surface de contact 16b converge en direction de l'axe A vers l'intérieur du volume délimité par la virole 16 depuis l'extrémité 16a. [0037] A l'état assemblé de la turbomachine 15, les surfaces de contact 19b et 16b sont en contact l'une avec l'autre. Dans cet état, l'extrémité 19a et l'extrémité 16a se chevauchent dans la zone de jonction 21 (figure 3). De préférence, mais non limitativement, l'extrémité 16a chevauche extérieurement, c'est-à-dire enveloppe extérieurement, l'extrémité 19a. [0038] La turbomachine comporte une pluralité de moyens de fixation 23 en zone de jonction 21. Les moyens de fixation 23 sont répartis sur le pourtour de la turbomachine 15 à l'état assemblé. Les moyens de fixation 23 ont pour rôle de maintenir les extrémités 19a et 16a fixées l'une contre l'autre à l'état assemblé de la turbomachine 15. Les moyens de fixation 23a, 23b incluent, sans nécessairement s'y limiter, une vis 23a et un écrou 23b. En figure 3, l'écrou 23b présente une section trapézoïdale de manière à maximiser la surface de contact avec l'extrémité 19a. [0039] Des orifices 22 sont ménagés, à travers à la fois les extrémités 19a et les extrémités 16a, de manière à être coaxiaux entre les extrémités 19a et 16a et à loger les moyens de fixation 23. Les moyens de fixation 23 s'étendent ainsi radialement à travers les extrémités 19a et 16a, chacun selon un axe B transversal à l'axe longitudinal A du carter 3. Les moyens de fixation 23 sont ici orientés selon un même plan P2, perpendiculaire à l'axe A. Les orifices 22 débouchent sur les surfaces de contact 19b et 16b de manière à cc que les moyens de fixation 23 soient au plus près de ces dernières et pour maximiser le contact entre l'enveloppe 19 et la virole 16 en zone de jonction 21. [0040] La surface d'extrémité 19e est ici la surface distalc de l'extrémité 19a s'étendant transversalement à l'orientation longitudinale du corps 19d. [0041] La surface d'extrémité 16e est une surface s'étendant transversalement à l'orientation longitudinale du corps 16d de la virole 16. La surface d'extrémité 16e est en retrait par rapport à la surface distalc 16e de sorte que la surface de contact 16b s'étend entre la surface d'extrémité 16e et la surface distalc 16e. [0042] Ici, les surfaces d'extrémité 16 et 19 sont orientées radialement. [0043] Dans le mode de réalisation représenté, la surface d'extrémité 19e et la surface d'extrémité 16e sont, non limitativement, en butée l'une contre l'autre à l'état assemblé. [0044] La virole 16 présente en outre un raidisseur 20. Le raidisseur 20 a pour rôle d'empêcher l'apparition d'un phénomène naturel de résonance en mode propre lors du fonctionnement de la turbomachine. Le raidisseur se présente ici sous forme d'une saillie annulaire s'étendant radialement et extérieurement au corps 16d. [0045] Dans le mode de réalisation, le raidisseur 20 est en retrait pat- rapport à la zone de jonction 21. Ici, une face 20a du raidisseur 20 tournée vers l'extrémité 16a est généralement orientée selon un plan PI, qui peut, non limitativement, être commun avec la surface d'extrémité 16e. [0046] Grâce à la jonction selon une relation de chevauchement selon l'invention, l'usinage des parties d'extrémité 19a en matériau composite est moins contraignant que selon la jonction radiale de l'art antérieur. [0047] Les avantages de l'invention sont multiples. [0048] D'un point de vue technique : [0049] - le taux volumique de fibres est mieux maîtrisé, ce qui est à l'avantage des propriétés mécaniques de l'assemblage ; [0050] - les surcontraintes liées à l'orientation transversale des brides de l'art antérieur dis- paraissent ; [0051] - la masse de la turbomachine est réduite, en l'absence des brides radiales de l'art 6 antérieur ; [0052] - il est possible d'utiliser une visserie similaire ou identique à celle de l'art antérieur. [0053] D'un point de vue industriel, l'enroulement de la préforme est facilité grâce à la sup- pression des brides et à l'adoption d'une forme généralement en cylindre. La présence de surfaces de contact tronconiques facilite l'alignement entre l'enveloppe et la virole et simplifie donc le montage du carter. On évite également l'utilisation d'inserts au niveau de l'angle vif entre les brides et le corps de l'enveloppe, ce qui réduit le nombre d'interfaces au niveau desquels les fibres du matériau composite sont pincées. La fabrication du carter est nettement améliorée : les problèmes de hauteur et de décadrage des brides sont maîtrisés, et l'affaissement des brides sons désormais résolues puisque sans objet. Le drapagc de la protection anti-feu sur la surface extérieure du carter peut être facilité. Les plaques de renfort et rivets qui sont présents pour la reprise des efforts au niveau du rayon des brides peuvent être supprimés, ce qui permet une économie de temps de fabrication, de montage et donc des économies financières. La continuité des fibres est mieux maîtrisée et le besoin d'usiner les faces des brides est supprimé. [0054] L'invention permet donc d'améliorer les performances du carter de soufflante, sa fa- brication et son montage. [0055] L'invention a ici été décrite en référence à une zone de jonction 21 située à l'arrière de l'enveloppe 19. En variante, cumulative ou considérée isolément, la configuration de la zone de jonction 21 ci-dessus peut trouver à s'appliquer par analogie à une zone de jonction située à l'avant de l'enveloppe 19, entre l'enveloppe et la manche d'entrée d'air 5. La surface de contact de l'enveloppe 19 avec la manche d'entrée d'air 5 sera alors préférentiellement convergente vers l'avant F de la turbomachine. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] REVENDICATIONSTurbomachine d'aéronef, comportant une enveloppe annulaire (19) de soufflante et une virole métallique (16) fixés l'une contre l'autre et s'étendant coaxialernent l'une avec l'autre autour d'un axe A dans un état assemblé de la turbomachine, l'enveloppe (19) comportant une première extrémité annulaire (19a) en matériau composite comportant des fibres tissées et noyées dans une résine, la virole (16) comportant une deuxième extrémité annulaire (16a), caractérisée en ce que la deuxième extrémité (16a) chevauche radialement la première extrémité (19a) à l'état assemblé. Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle la première extrémité (19a) et la deuxième extrémité (16a) présentent chacune une surface de contact (16b, 19b), lesquelles sont au contact l'une de l'autre à l'état assemblé, lesdites surfaces de contact (16b, 1914 étant tronconiques. Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle la deuxième extrémité (16a) chevauche radialement extérieurement la première extrémité (19a). Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle elle comporte une pluralité de moyens de fixation (23, 23a, 23b) de l'enveloppe (19) à la virole (16) répartis sur le pourtour de la turbomachine à l'état assemblé, la pluralité de moyens de fixation (23, 23a, 2314 s'étendant radialement à travers la première extrémité (19a) et la deuxième extrémité (16a). Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la première extrémité (19a) et la deuxième extrémité (16a) présentent chacune une surface d'extrémité respective (16c, 19c), lesdites surfaces d'extrémité (16c, 19c) étant en butée l'une contre l'autre à l'état assemblé, lesdites surfaces d'extrémité (16c, 19c) étant de préférence d'orientation radiale. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la deuxième extrémité (16a) comporte un raidisseur (20), de préférence sous forme d'une saillie annulaire s'étendant radialement et extérieurement. Turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle le raidisseur (20) est en retrait longitudinalement sur la deuxième extrémité (16a) par rapport à une zone de jonction (21) de la première extrémité (19a) à la deuxième extrémité (16a).