Brevet FR3119419A1 — publié le 20220805

L’invention se rapporte à un bras (23) de carter d’entrée de turbomachine, comprenant une pièce d’amortissement (50) à déformation élastique interposée entre les parois latérales (35, 36) de manière à exercer sur celles-ci une contrainte latérale tendant à écarter les parois latérales (35, 36) l’une de l’autre. Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Bras de carter d’entrée de turbomachine comprenant une pièce d’amortissement L’invention se rapporte au domaine des turbomachines pour ensemble propulsif d’aéronef. L’invention concerne plus spécifiquement un carter d’entrée d’une telle turbomachine. État de la technique antérieure Une turbomachine d’ensemble propulsif d’aéronef conventionnelle comprend un carter d’entrée permettant d’une part d’assurer la continuité d’une veine d’écoulement d’air traversant l’ensemble propulsif et, d’autre part, de supporter une partie amont de la turbomachine. De manière connue en soi, le carter d’entrée comprend une virole interne, aussi appelée moyeu, une virole externe et des bras de liaison. Les viroles interne et externe sont concentriques et définissent radialement entre elles un conduit annulaire. Les bras de liaison relient l’une à l’autre les viroles interne et externe de manière à s’étendre radialement à travers le conduit annulaire. Un bras de liaison de carter d’entrée présente un profil aérodynamique formant un bord d’attaque, un bord de fuite et deux parois latérales qui relient chacune le bord d’attaque et le bord de fuite l’un à l’autre. Lors du fonctionnement de la turbomachine, le carter d’entrée et plus particulièrement les bras de liaison subissent des sollicitations mécaniques vibratoires qui tendent à les endommager. En général, l’endommagement des bras est d’autant plus important que la ou les fréquences de ces sollicitations sont proches des modes propres de vibration des bras de liaison. Pour réduire l’endommagement des bras de liaison, il est connu de les renforcer en fixant dans les bras un ou plusieurs raidisseurs en forme de U. Cette solution permet d’augmenter les fréquences propres des bras mais ne permet généralement pas d’éliminer totalement le phénomène de coïncidence fréquentielle décrit ci-dessus. Plus généralement, en dépit des solutions connues de renforcement ou de rigidification des bras de liaison, les carters d’entrée de l’état de la technique donnent lieu à l’apparition de criques ou fissures dans différentes parties des bras, notamment au niveau des parois latérales. Un but de l’invention est de procurer un bras pour carter d’entrée capable de réduire le risque d’endommagement par sollicitations mécaniques vibratoires. A cet effet, l’invention a pour objet un bras pour carter d’entrée d’ensemble propulsif d’aéronef, comprenant un bord d’attaque, un bord de fuite et deux parois latérales reliant chacune l’un à l’autre le bord d’attaque et le bord de fuite. Selon l’invention, le bras comprend une pièce d’amortissement à déformation élastique interposée entre les parois latérales de manière à exercer sur celles-ci une contrainte latérale tendant à écarter les parois latérales l’une de l’autre. Une telle pièce d’amortissement procure une solution simple, peu coûteuse et efficace pour atténuer les niveaux de réponse vibratoire du bras et réduire ainsi le risque de fissuration et d’endommagement. L’élasticité de la pièce d’amortissement permet en effet d’amortir les déformations des parois latérales, cela quelle que soit la nature des sollicitations vibratoires, c’est-à-dire notamment synchrone ou asynchrone et d’origine aérodynamique ou autre. La pièce d’amortissement est de préférence montée flottante de manière à autoriser un mouvement relatif entre la pièce d’amortissement et les parois latérales. Le montage flottant de la pièce d’amortissement permet de dissiper l’énergie vibratoire du bras par frottement sec entre la pièce d’amortissement et les parois latérales lorsque la pièce d’amortissement se déforme sous l’action des déformations ou déplacements des parois latérales. La pièce d’amortissement permet ainsi de convertir l’énergie vibratoire en énergie calorifique. Dans un mode de réalisation, la pièce d’amortissement comprend au moins une tôle. Cette tôle peut être ondulée ou conformée de toute manière lui permettant d’exercer ladite contrainte latérale. De nombreuses géométries peuvent être envisagées. Par exemple, la tôle ou plus généralement la pièce d’amortissement peut former une ou plusieurs premières surfaces en appui sur l’une des parois latérales, une ou plusieurs deuxièmes surfaces en appui sur l’autre paroi latérale et une ou plusieurs parties de liaison reliant les premières et les deuxièmes surfaces les unes aux autres. La pièce d’amortissement peut bien entendu comprendre plusieurs tôles reliées les unes aux autres. A titre d’exemple, la pièce d’amortissement peut comprendre deux tôles, l’une formant une ou plusieurs premières surfaces en appui sur l’une des parois latérales, l’autre formant une ou plusieurs deuxièmes surfaces en appui sur l’autre paroi latérale, ces deux tôles comprenant chacune une ou plusieurs parties de liaison qui les relient l’une à l’autre. Dans un mode de réalisation, le bras comprend une pièce d’obturation reliée aux parois latérales de manière à obturer une extrémité du bras, la pièce d’amortissement comprenant une surface en appui sur la pièce d’obturation. L’extrémité du bras ainsi obturée est de préférence destinée à former une extrémité reliée à un moyeu du carter. Il est préféré que la pièce d’amortissement comprenne un alliage métallique à base de nickel, par exemple du type Inconel. Entre autres avantages de ce matériau, celui-ci présente une température de fluage pouvant être supérieure aux températures auxquelles un carter d’entrée de turbomachine est exposé. L’invention concerne aussi un carter pour ensemble propulsif d’aéronef, comprenant un moyeu s’étendant autour d’un axe central, une virole externe concentrique au moyeu et au moins un bras tel que défini ci-dessus s’étendant radialement entre le moyeu et la virole externe. L’invention concerne également une turbomachine comprenant un tel carter et/ou au moins un bras tel que défini ci-dessus, ainsi qu’un ensemble propulsif pour aéronef comprenant une telle turbomachine. Selon un autre aspect, l’invention a aussi pour objet un procédé de montage d’un bras tel que défini ci-dessus. Dans un mode de mise en œuvre, le procédé comprend une étape d’insertion de la pièce d’amortissement entre les parois latérales du bras par translation de la pièce d’amortissement selon une direction d’envergure du bras. La pièce d’amortissement de l’invention forme ainsi une pièce rapportée qui peut être facilement insérée dans le bras ou retirée en vue de son remplacement, par exemple en la faisant passer à travers des ouvertures ménagées dans la virole externe du carter d’entrée. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit. La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique en coupe longitudinale d’un turboréacteur à double corps et double flux ; est une vue schématique en perspective d’un carter d’entrée du turboréacteur de la figure 1 ; est une vue schématique en perspective d’un bras du carter de la figure 2, comprenant une pièce d’amortissement précontrainte entre des parois latérales du bras ; est une vue schématique du bras de la figure 3, montrant un espace intérieur dans lequel s’étendent la pièce d’amortissement et des raidisseurs ; est une vue schématique en perspective de la pièce d’amortissement du bras de la figure 3 ; est une vue schématique de la pièce d’amortissement et des parois latérales du bras de la figure 3, avant insertion de la pièce d’amortissement entre les parois latérales ; est une vue schématique de la pièce d’amortissement et des parois latérales du bras de la figure 3, la pièce d’amortissement étant partiellement insérée entre les parois latérales ; est une vue schématique en perspective du bras de la figure 3, la pièce d’amortissement étant partiellement insérée entre les parois latérales du bras ; est une vue schématique en perspective du bras de la figure 3 sans la pièce d’amortissement, montrant la déformation des parois latérales du bras sous sollicitations mécaniques vibratoires ; est une vue schématique de la pièce d’amortissement et des parois latérales du bras de la figure 3, les parois latérales étant dans un premier état de déformation ; est une vue schématique de la pièce d’amortissement et des parois latérales du bras de la figure 3, les parois latérales étant dans un deuxième état de déformation. Description détaillée de modes de réalisation Il est représenté à la figure 1 une turbomachine 1 destinée à la propulsion d’un aéronef (non représenté). Dans cet exemple, la turbomachine 1 est un turboréacteur à double corps et à double flux. Le turboréacteur 1 présente un axe central longitudinal A1 autour duquel s’étendent ses différents composants. Dans la présente description, les termes « amont » et « aval » sont définis par référence à un sens S1 d’écoulement des gaz dans le turboréacteur 1 selon l’axe central longitudinal A1. Le turboréacteur 1 comprend, de l’amont vers l’aval, un carter d’entrée 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. Les compresseurs 3 et 4, la chambre de combustion 5 et les turbines 6 et 7 forment un générateur de gaz. De manière connue en soi, le compresseur basse pression 3 et la turbine basse pression 7 comprennent chacun un rotor relié à un premier arbre 8 de manière à former un corps basse pression. Le compresseur haute pression 4 et la turbine haute pression 6 comprennent chacun un rotor relié à un deuxième arbre 9 de manière à former un corps haute pression. Lors du fonctionnement du turboréacteur 1, un écoulement d’air 10 pénètre dans le compresseur basse pression 3 par l’intermédiaire du carter d’entrée 2 puis se divise d’une part en un flux primaire 10A central qui traverse le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5 et les turbines 6 et 7 et, d’autre part, en un flux secondaire 10B périphérique. Dans cet exemple, les flux 10A et 10B sont mélangés en aval du générateur de gaz puis introduits dans un canal de post-combustion (non représenté). L’invention se rapporte plus spécifiquement à un carter formant dans cet exemple le carter d’entrée 2 du turboréacteur 1 de la figure 1. Bien entendu, le carter de l’invention peut être mis en œuvre dans une turbomachine différente du turboréacteur 1 de la figure 1. En référence à la figure 2, le carter 2 comprend une virole interne 21, ou moyeu, s’étendant autour d’un axe central A2 ainsi qu’une virole externe 22 concentrique au moyeu 21. Le moyeu 21 et la virole externe 22 définissent radialement entre eux un conduit annulaire d’écoulement d’air. Le carter 2 comprend en outre des bras de liaison 23 reliant le moyeu 21 et la virole externe 22 l’un à l’autre. A cet effet, chacun des bras 23 comprend une extrémité interne fixée au moyeu 21 et une extrémité externe fixée à la virole externe 22, par exemple à l’aide de goussets de fixation (non représentés). Les bras 23 s’étendent radialement à travers le conduit annulaire formé par le carter 2 et sont circonférentiellement répartis autour de l’axe A2 de manière à définir entre eux des passages d’air de forme globalement trapézoïdale. Lorsque le carter 2 de la figure 2 est monté sur le turboréacteur 1 de la figure 1, l’axe central A2 du carter 2 correspond à l’axe central longitudinal A1 du turboréacteur 1. La description qui suit est faite en référence à l’un quelconque des bras 23 du carter 2 de la figure 2 et s’applique par analogie aux autres bras 23 de ce carter 2. Bien entendu, le bras 23 décrit ci-dessous peut former un bras de liaison d’un carter différent de celui de la figure 2. Les figures 3 et suivantes comprennent un référentiel D1, D2 et D3 définissant respectivement une direction d’envergure, une direction latérale et une direction de corde orthogonales entre elles. Le bras 23 s’étend depuis son extrémité interne 31 jusqu’à son extrémité externe 32 le long de la direction d’envergure D1 (voir figure 3). En référence aux figures 3 et 4, le bras 23 comprend un bord d’attaque 33 et un bord de fuite 34 espacés l’un de l’autre le long de la direction de corde D3. Le bras 23 comprend en outre deux parois latérales 35 et 36 espacées l’une de l’autre le long de la direction latérale D2. Chacune des parois latérales 35 et 36 relie le bord d’attaque 33 et le bord de fuite 34 l’un à l’autre. Le bras 23 présente un profil extérieur aérodynamique déterminé de sorte que sa présence dans le conduit d’écoulement perturbe aussi peu que possible l’écoulement d’air pénétrant dans le compresseur basse pression 3. Dans cet exemple, le bord d’attaque 33 et les parois latérales 35 et 36 sont formés d’une seule pièce et le bord de fuite 34 comprend un profilé ayant une section en forme de U fixé par brasage ou soudage aux parois latérales 35 et 36. Le bras 23 définit un espace intérieur E1 délimité par une surface interne du bord d’attaque 33, une surface interne des parois latérales 35 et 36 et une surface interne du profilé formant le bord de fuite 34. Dans cet exemple, deux raidisseurs 40 s’étendent dans l’espace intérieur E1 du bras 23. Ces raidisseurs 40 sont chacun réalisés avec un profilé en forme de U fixé par brasage ou soudage aux parois latérales 35 et 36. Les profilés formant le bord de fuite 34 et les raidisseurs 40 sont espacés les uns des autres selon la direction de corde D3 et s’étendent le long de la direction d’envergure D1 sensiblement sur toute l’envergure du bras 23 (voir figure 3). En référence à la figure 3, le bras 23 comprend une pièce d’obturation 45 configurée pour obturer l’extrémité interne 31 du bras 23. La pièce d’obturation 45 délimite ainsi l’espace intérieur E1 selon la direction d’envergure D1. La pièce d’obturation 45 est dans cet exemple fixée aux parois latérales 35 et 36, par exemple par soudage ou brasage. Le bras 23 de l’invention comprend en outre une pièce d’amortissement 50 disposée en son sein, c’est-à-dire dans l’espace intérieur E1 du bras 23. Dans cet exemple, la pièce d’amortissement 50 est une tôle ondulée, telle qu’illustrée séparément à la figure 5, montée flottante entre les parois latérales 35 et 36. La tôle 50 de la figure 5 forme une série de cinq premières surfaces 51 et une autre série de six deuxièmes surfaces 52, les premières surfaces 51 s’étendant sensiblement dans un premier plan D1-D3, les deuxièmes surfaces 52 s’étendant sensiblement dans un deuxième plan parallèle au premier plan. Pour relier ces différentes surfaces les unes aux autres, la tôle 50 comprend des parties de liaison 53 obliques par rapport aux premières et deuxièmes surfaces 51 et 52 et reliant chacune l’une des premières surfaces 51 à l‘une des deuxièmes surfaces 52. Ainsi, la tôle 50 de la figure 5 comprend le long de la direction d’envergure D1 une succession de blocs comprenant chacun, successivement, une deuxième surface 52, une partie de liaison 53, une première surface 51 et une partie de liaison 53. Une telle géométrie confère à la tôle 50 des propriétés de déformation élastique aptes à amortir des vibrations du bras 23. En l’occurrence, en appliquant sur la tôle 50 un effort tendant à rapprocher selon la direction latérale D2 les premières surfaces 51 dudit deuxième plan formé par les deuxièmes surfaces 52, les parties de liaison 53 tendent à s’étendre le long de ce deuxième plan en entraînant un allongement de la tôle 50 selon la direction d’envergure D1. L’application d’un tel effort a pour conséquence que la tôle 50 exerce une force de réaction correspondante tendant à éloigner selon la direction latérale D2 les premières surfaces 51 des deuxièmes surfaces 52. Il est ainsi possible de dimensionner la tôle 50 de sorte que celle-ci soit précontrainte entre les parois latérales 35 et 36, c’est-à-dire de sorte que la tôle 50 exerce sur les parois latérales 35 et 36 une contrainte latérale tendant à les écarter l’une de l’autre selon la direction latérale D2, y compris lorsque le bras 23 n’est soumis à aucune contrainte mécanique externe. Les figures 3 et 4 illustrent une configuration de référence dans laquelle le bras 23 n’est soumis à aucune contrainte mécanique externe. Dans cette configuration de référence, la tôle 50 est disposée dans l’espace intérieur E1 du bras 23 de sorte que les premières surfaces 51 de la tôle 50 soient en appui sur la paroi latérale 35 du bras 23 et les deuxièmes surfaces 52 de la tôle 50 en appui sur la paroi latérale 36 du bras 23. La tôle 50 est dimensionnée de manière à exercer sur les parois latérales 35 et 36 une contrainte latérale tendant à les écarter l’une de l’autre selon la direction latérale D2. Les figures 6 et 7 illustrent la déformation de la tôle 50 lors de son introduction dans l’espace intérieur E1 du bras 23. A la figure 6, la tôle 50 est à l’état libre, non introduite dans l’espace intérieur E1 du bras 23. La distance selon la direction latérale D2 entre les premières surfaces 51 et les deuxièmes surfaces 52 a une valeur initiale X1 supérieure à la distance X2 séparant les parois latérales 35 et 36 l’une de l’autre selon la direction latérale D2. La figure 7 montre en trait continu la tôle 50 partiellement introduite dans l’espace intérieur E1 du bras 23. Dans cette configuration, la distance selon la direction latérale D2 entre les premières surfaces 51 et les deuxièmes surfaces 52 a une valeur qui correspond à la distance X2 séparant les parois latérales 35 et 36 l’une de l’autre selon la direction latérale D2. Pour comparaison, la tôle à l’état libre est aussi représentée en pointillé sur la figure 7 (voir référence 50A). L’introduction de la tôle 50 au sein de l’espace intérieur E1 du bras 23 est dans cet exemple réalisée par translation de la tôle 50 selon la direction d’envergure D1, depuis l’extrémité externe 32 vers l’extrémité interne 31 du bras 23 (voir figure 8). En référence aux figures 3 et 8, la tôle 50 est introduite dans l’espace intérieur E1 du bras 23 entre les raidisseurs 40 jusqu’à venir en appui sur la pièce d’obturation 45. A cet effet, la tôle 50 comprend une patte d’appui 54 reliée à l’une des deuxièmes surfaces 52 (voir figure 5), cette patte d’appui 54 étant configurée pour former avec la pièce d’obturation 45 une liaison appui-plan. L’insertion de la tôle 50 dans l’espace intérieur E1 du bras 23 peut être réalisée après que ce dernier ait été fixé au moyeu 21 et à la virole externe 22 du carter 2. Pour ce faire, la virole externe 22 peut comprendre une ouverture d’insertion (non représentée), laquelle peut être obturée après insertion de la tôle 50. La figure 9 montre le bras 23, sans la tôle 50, soumis à une sollicitation mécanique vibratoire qui excite un mode propre du bras 23. Il en résulte une déformation dynamique des parois latérales 35 et 36, entraînant des déplacements relatifs alternés des parois latérales 35 et 36 selon la direction latérale D2. La figure 10 montre une portion des parois latérales 35 et 36 du bras 23 dans un premier état de déformation dans lequel celles-ci sont plus proches l’une de l’autre selon la direction latérale D2 que dans la configuration de référence, c’est-à-dire dans la configuration dans laquelle le bras 23 n’est soumis à aucune sollicitation mécanique externe. Le passage de la configuration de référence à ce premier état de déformation exerce une contrainte sur la tôle 50, selon la direction latérale D2, qui tend à rapprocher les premières surfaces 51 des deuxièmes surfaces 52. Il en résulte une déformation de la tôle 50 qui tend à s’allonger selon la direction d’envergure D1 et un déplacement relatif des surfaces 51 et 52 de la tôle 50 par rapport aux parois latérales 35 et 36, selon la direction d’envergure D1, générant un frottement d’une partie au moins des surfaces 51 et 52 de la tôle 50 sur la surface interne des parois latérales 35 et 36. De manière analogue, la figure 11 montre une portion des parois latérales 35 et 36 du bras 23 dans un deuxième état de déformation dans lequel celles-ci sont plus éloignées l’une de l’autre selon la direction latérale D2 que dans la configuration de référence. Le passage de la configuration de référence à ce deuxième état de déformation relâche la contrainte exercée sur la tôle 50 selon la direction latérale D2, ce qui tend à éloigner les premières surfaces 51 des deuxièmes surfaces 52. A noter que la tôle 50 est dimensionnée de sorte que celle-ci continue d’exercer une contrainte latérale sur les parois latérales 35 et 36 dans ce deuxième état de déformation. Le déplacement des parois latérales 35 et 36 entraîne ainsi une déformation de la tôle 50, laquelle tend à se rétracter selon la direction d’envergure D1, et entraîne un déplacement relatif des surfaces 51 et 52 de la tôle 50 par rapport aux parois latérales 35 et 36, selon la direction d’envergure D1, générant un frottement d’une partie au moins des surfaces 51 et 52 de la tôle 50 sur la surface interne des parois latérales 35 et 36. Pour illustrer ces déformations et déplacements relatifs, les figures 10 et 11 montrent d’une part la tôle 50 et les parois latérales 35 et 36 lorsque le bras 23 est dans le premier ou le deuxième état de déformation et, d’autre part, la tôle 50B et les parois latérales 35B et 36B lorsque le bras 23 est dans la configuration de référence. Le frottement de la tôle 50 sur les parois latérales 35 et 36 lors de leur déformation dissipe une partie de l’énergie vibratoire et amortit en conséquence les vibrations du bras 23. Dans cet exemple, la tôle 50 est dimensionnée de manière à s’étendre le long de la direction d’envergure D1 sensiblement sur toute l’envergure du bras 23 (voir figure 3). La tôle 50 peut présenter une épaisseur de plusieurs dixièmes de millimètres, par exemple de 1 mm ou moins. De préférence, la tôle 50 comprend un alliage métallique à base de nickel. De nombreuses variantes peuvent être apportées à la description qui précède sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, la pièce d’amortissement peut comprendre une tôle présentant une forme différente de celle de la figure 5, par exemple avec une section en U semblable aux raidisseurs 40, ou encore une tôle repliée sur elle-même et/ou plusieurs tôles reliées les unes aux autres de manière à pouvoir être déformées selon la direction latérale D2 tout en exerçant une contrainte latérale sur les parois latérales 35 et 36 du bras 23. Pour autre exemple, le bras 23 peut être équipé de plusieurs pièces d’amortissement conformes à l’invention, par exemple de deux tôles 50 telles que celle illustrée à la figure 5. Bras (23) pour carter d’entrée (2) d’ensemble propulsif d’aéronef, comprenant un bord d’attaque (33), un bord de fuite (34) et deux parois latérales (35, 36) reliant chacune l’un à l’autre le bord d’attaque (33) et le bord de fuite (34), caractérisé en ce qu’il comprend une pièce d’amortissement (50) à déformation élastique interposée entre les parois latérales (35, 36) de manière à exercer sur celles-ci une contrainte latérale tendant à écarter les parois latérales (35, 36) l’une de l’autre. Bras (23) selon la revendication 1, dans lequel la pièce d’amortissement (50) est montée flottante de manière à autoriser un mouvement relatif entre la pièce d’amortissement (50) et les parois latérales (35, 36). Bras (23) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la pièce d’amortissement (50) comprend au moins une tôle. Bras (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la pièce d’amortissement (50) forme une ou plusieurs premières surfaces (51) en appui sur l’une des parois latérales (35), une ou plusieurs deuxièmes surfaces (52) en appui sur l’autre paroi latérale (36) et une ou plusieurs parties de liaison (53) reliant les premières et les deuxièmes surfaces (51, 52) les unes aux autres. Bras (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une pièce d’obturation (45) reliée aux parois latérales (35, 36) de manière à obturer une extrémité (31) du bras (23), la pièce d’amortissement (50) comprenant une surface en appui sur la pièce d’obturation (45). Bras (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la pièce d’amortissement (50) comprend un alliage métallique à base de nickel. Carter (2) pour ensemble propulsif d’aéronef, comprenant un moyeu (21) s’étendant autour d’un axe central (A2), une virole externe (22) concentrique au moyeu (21) et au moins un bras (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 s’étendant radialement entre le moyeu (21) et la virole externe (22). Turbomachine (1) comprenant un carter (2) selon la revendication 7 et/ou au moins un bras (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Ensemble propulsif pour aéronef, comprenant une turbomachine (1) selon la revendication 8. Procédé de montage d’un bras (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une étape d’insertion de la pièce d’amortissement (50) entre les parois latérales (36, 36) du bras (23) par translation de la pièce d’amortissement (50) selon une direction d’envergure (D1) du bras (23).