Brevet FR3135303A1 — publié le 20231110

Procédé de pré-assemblage pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un assemblage préalable, hors de la turbomachine, des composants suivants les uns avec les autres : un réducteur (20) configuré pour transmettre une rotation entre au moins deux rotors de la turbomachine tout en modifiant le rapport de vitesse et de couple de l’un à l’autre desdits au moins deux rotors, un arbre (12) cinématiquement couplé au réducteur (20) et configuré pour être cinématiquement couplé à l’un desdits au moins deux rotors, un support de palier (14), et au moins un palier (16) monté sur le support de palier (14) et configuré pour soutenir l’arbre (12) en rotation. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Procédé de pré-assemblage pour une turbomachine d’aéronef Le présent exposé concerne le domaine des turbomachines d’aéronef, tels que les avions ou hélicoptères, et vise plus particulièrement un perfectionnement du procédé de montage de telles turbomachines. A cette fin, le présent exposé concerne un procédé de pré-assemblage pour une turbomachine d’aéronef. Les turbomachines d’aéronef sont des dispositifs complexes comprenant de nombreux composants qui sont assemblés les uns aux autres, généralement en commençant par les composants les plus à l’intérieur de la turbomachine et en allant progressivement vers les composants les plus à l’extérieur de la turbomachine. Le montage de chaque composant nécessite que des accès soient prévus pour insérer le composant dans la turbomachine et le fixer aux composants précédemment montés. Or, ces accès ne servent généralement qu’au montage et au démontage : ils forment donc une contrainte de conception dont il serait avantageux de pouvoir s’affranchir. De plus, certaines brides, par lesquelles les couples des composants passent temporairement lors du montage, doivent être surdimensionnées alors qu’elles ne jouent qu’un faible rôle dans l’assemblage final. Enfin, l’assemblage des composants successifs via des espaces réduits exige des précautions particulières pour ne pas endommager les autres composants de la turbomachine, et peut conduire à des niveaux de serrage, frettage, etc. inférieurs à ce qui serait souhaité. Le présent exposé vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients. A cet effet, le présent exposé concerne un procédé de pré-assemblage pour une turbomachine d’aéronef, comprenant un assemblage préalable, hors de la turbomachine, des composants suivants les uns avec les autres : un réducteur configuré pour transmettre une rotation entre au moins deux rotors de la turbomachine tout en modifiant le rapport de vitesse et de couple de l’un à l’autre desdits au moins deux rotors, un arbre cinématiquement couplé au réducteur et configuré pour être cinématiquement couplé à l’un desdits au moins deux rotors, un support de palier, et au moins un palier monté sur le support de palier et configuré pour soutenir l’arbre en rotation. Par la suite, et sauf indication contraire, par « un » ou « l’ » élément (par exemple rotor, palier, etc.), on entend « au moins un » ou « l’au moins un » ou encore « chaque » élément. Réciproquement, l’emploi générique du pluriel peut inclure le singulier. Un réducteur est un composant ayant au moins une entrée et une sortie, et permettant de modifier la vitesse de rotation et/ou le couple entre l’au moins une entrée et l’au moins une sortie. Ainsi, le rapport vitesse/couple de l’entrée peut différer du rapport vitesse/couple de la sortie. Dans les turbomachines utilisées pour la propulsion des aéronefs, par exemple des turbomachines à double flux, le réducteur peut avoir pour but d’obtenir une vitesse de rotation relativement lente pour entraîner le propulseur (un premier rotor) à partir d’une vitesse de rotation relativement rapide de la turbine (un deuxième rotor). Par exemple, le réducteur peut comprendre un pignon central, appelé solaire, une couronne, extérieure au solaire, et un ou plusieurs pignons appelés satellites qui sont en prise avec le solaire et la couronne. L’engrènement des différents organes peut être mécanique ou magnétique, par exemple. Les satellites peuvent être soutenus par un châssis appelé porte-satellite. L’arbre est cinématiquement couplé au réducteur et configuré pour être cinématiquement couplé à l’un des rotors. Ainsi, l’arbre participe à la liaison cinématique et à la transmission de puissance entre le réducteur et ledit rotor. En d’autres termes, l’arbre peut être entraîné par le réducteur et configuré pour entraîner à son tour l’un des rotors, ou bien l’arbre peut être configuré pour être entraîné par l’un des rotors et entraîner à son tour le réducteur. Par la suite, l’arbre sera aussi désigné comme « premier arbre ». Au sens du présent exposé et sauf indication contraire, la mention d’un « premier » élément, tel qu’un premier arbre ou un premier rotor, n’implique pas nécessairement l’existence d’un « deuxième » élément ni, le cas échéant, de relation d’ordre entre le premier et le deuxième élément. Les qualificatifs ordinaux sont, dans ce contexte, employés à des seules fins de clarté et d’identification, sans préjuger de caractéristiques particulières. De même, et réciproquement, la mention d’un élément de rang plus élevé (troisième, etc.) n’implique nullement que des éléments de rang moins élevés, tel qu’un éventuel deuxième élément, existent et/ou comprennent les caractéristiques qui auront pu être présentées par ailleurs. Le support de palier est un support, fixe ou mobile dans le référentiel de la turbomachine, qui est prévu pour supporter un ou plusieurs paliers, en l’occurrence le ou les paliers qui soutiennent en rotation l’arbre mentionné précédemment. Ainsi, l’arbre est rotatif dans un référentiel lié au support de palier. Le palier est un composant permettant de soutenir l’arbre par rapport au support de palier, tout en garantissant à l’arbre une liberté de mouvement, en l’espèce en rotation, par rapport au support de palier. L’assemblage préalable, aussi appelé pré-assemblage, désigne le fait de procéder à un assemblage des composants listés ci-dessus préalablement à leur assemblage avec le reste de la turbomachine. En d’autres termes, au lieu d’introduire le réducteur, l’arbre, le support de palier et le palier un à un dans la turbomachine, en assemblant chacun de ces composants à des composants précédemment installés, ces composants sont d’abord assemblés entre eux, hors de la turbomachine, afin qu’ils forment un module. Ce module, d’un seul tenant, peut être introduit dans la turbomachine en une fois, et ainsi fixé à la turbomachine. Grâce au fait que les composants sont assemblés hors de la turbomachine, le montage est facilité et les risques d’endommagement de la turbomachine amoindris. En outre, l’assemblage des composants étant plus simple à maîtriser hors de la turbomachine, les problèmes de chaînes de côtes, désalignement et couples galvaniques sont réduits, de même que les contraintes de conception liées à l’assemblage. Il s’ensuit des gains de masse – pièces de fixation moins complexes et non surdimensionnées –, de fiabilité –montage du module mieux maîtrisé et moins de brides et de pièces de fixation –, de rendement – le montage est plus rapide – et de modularité – le montage et le démontage sont facilités. Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend le frettage de l’au moins un palier sur l’arbre et/ou sur le support de palier. Au sens du présent exposé, le frettage désigne l’assemblage d’une première pièce autour d’une deuxième pièce, la première pièce étant normalement trop petite pour accueillir la deuxième. Il s’ensuit des efforts transversaux à l’interface entre les deux pièces, et donc une friction importante qui maintient les deux pièces l’une par rapport à l’autre. Cela évite que le palier ne glisse par rapport à l’arbre et/ou au support de palier. L’interface où le frettage est réalisé est parfois appelée portée de frettage. Le frettage peut être réalisé avec tout ou partie du palier concerné. Le frettage du palier sur l’arbre et/ou sur le support de palier lui assure un bon maintien malgré les couples importants auxquels le palier est soumis. Le fait de procéder à un frettage hors de la turbomachine permet de fretter le palier avec des niveaux d’efforts supérieurs, et donc un meilleur maintien, que ce qui serait faisable si le frettage était réalisé avec au moins l’un des composants déjà monté sur la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, le support de palier comprend un élément d’assemblage à un carter de la turbomachine. Ainsi, le module obtenu par le procédé de pré-assemblage peut être fixé à un carter de la turbomachine via le support de palier. En d’autres termes, dans la turbomachine complète, le support de palier est assemblé directement au carter de la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, le réducteur comprend un organe statorique et les composants comprennent en outre un élément d’attache s’étendant de l’organe statorique au support de palier de façon à fixer l’organe statorique au support de palier. L’organe statorique peut être l’un des organes du réducteur tel que la couronne ou le porte-satellite. Le fait que l’organe statorique soit fixé par l’élément d’attache au support de palier rend cet organe fixe dans le référentiel de la turbomachine. De ce fait, le réducteur n’est pas un réducteur différentiel, mais peut être un réducteur planétaire, dans lequel le porte-satellite est fixe, ou un réducteur épicycloïdal, dans lequel la couronne est fixe. Grâce au fait qu’un élément d’attache s’étend de l’organe statorique au support de palier de façon à fixer l’organe statorique au support de palier, le réducteur lui-même est fixé doublement par rapport au support de palier, et non plus seulement via l’arbre et le palier, ce qui facilite la manipulation du module en tant qu’assemblage d’un seul tenant. En outre, il n’est pas nécessaire de fixer l’organe statorique directement sur le carter ou sur une autre partie fixe de la turbomachine, puisqu’il sera fixé indirectement au carter, via le support de palier. Le montage final du module dans la turbomachine est donc facilité. Dans certains modes de réalisation, l’élément d’attache s’étend d’un côté du réducteur à un autre côté du réducteur. Par exemple, l’élément d’attache peut s’étendre entre l’avant et l’arrière du réducteur, l’avant et l’arrière étant définis le long d’une direction axiale. On appelle axe du module, l'axe de rotation des parties tournantes du module, notamment du réducteur et/ou de l’arbre. La direction axiale correspond à la direction de l'axe du module et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe du module et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe du module. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence ; elle est perpendiculaire à l’axe du module mais ne passe pas par l’axe. Dans ce mode de réalisation, l’élément d’attache contourne le réducteur. La longueur nécessaire à ce contournement assure à l’élément d’attache une certaine souplesse, qui permet d’accommoder les efforts appliqués au réducteur, notamment dans une direction axiale. Dans certains modes de réalisation, les composants comprennent en outre un deuxième arbre cinématiquement couplé au réducteur. Le deuxième arbre peut entraîner, ou être entraîné par, un organe du réducteur différent de l’organe couplé au premier arbre. Par exemple, le premier arbre peut former une sortie du réducteur, tandis que le deuxième arbre forme une entrée du réducteur, ou vice versa. En fonctionnement, la vitesse de rotation du premier arbre peut être différente de la vitesse de rotation du deuxième arbre. Par ailleurs, optionnellement, le premier arbre et le deuxième arbre peuvent être prévus de part et d’autre du réducteur, c’est-à-dire à des côtés opposés du réducteur. Dans certains modes de réalisation, l’arbre présente une butée pour le positionnement axial du rotor correspondant, la butée étant située telle que le rotor soit maintenu à distance de l’au moins un palier. Le rotor correspondant est le rotor qui cinématiquement couplé au dit arbre. Grâce au fait que le rotor est maintenu à distance du palier, le fonctionnement du palier n’est pas affecté. Dans certains modes de réalisation, l’au moins un palier est choisi parmi un palier à billes, un palier à rouleaux ou un palier à rouleaux coniques. Par exemple, les paliers à rouleaux coniques supportent une charge accrue et peuvent permettre une meilleure compacité. Dans certains modes de réalisation, le rotor cinématiquement couplé à l’arbre est une soufflante ou une hélice de la turbomachine, ou plus généralement un propulseur de la turbomachine. Dans ces modes de réalisation, l’arbre (premier arbre) est donc un arbre de soufflante ou d’hélice, configuré pour tourner à des vitesses relativement lentes avec un couple élevé. Par ailleurs, le deuxième rotor, par exemple une turbine ou un compresseur, peut être cinématiquement couplé à un autre organe du réducteur, éventuellement via un arbre ad hoc (par exemple le deuxième arbre précité). Dans certains modes de réalisation, au moins certains des composants présentent des éléments de fixation à des pièces de la turbomachine distinctes desdits composants, les éléments de fixation étant tous prévus d’un même côté du module. On rappelle que le module désigne l’entité qui est obtenue par le procédé de pré-assemblage. On comprend que les pièces de la turbomachine, auxquelles se fixent les éléments de fixation, sont distinctes des composants du module ; en d’autres termes, les éléments de fixation ne sont pas des éléments de fixation internes au module, mais avec des pièces externes au module. Grâce à ces dispositions, le module peut être assemblé à la turbomachine plus simplement, car toutes les fixations sont à opérer d’un même côté. De préférence, ce côté, dit accessible, est le côté opposé au côté, dit non-accessible, qui est inséré le premier dans la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, les composants sont préassemblés de façon à être démontables les uns des autres. Ainsi, lors d’une opération de maintenance, certains composants peuvent être changés et d’autres conservés. Du fait que le module forme un assemblage d’un seul tenant, il peut être sorti de la turbomachine d’un seul tenant, réparé ou modifié hors de la turbomachine, puis réinséré dans la turbomachine à nouveau d’un seul tenant. Le présent exposé concerne également un procédé d’assemblage d’une turbomachine d’aéronef, comprenant l’obtention d’une première partie de turbomachine comprenant un rotor, le montage d’un module obtenu par le procédé tel que décrit précédemment sur la première partie, et l’assemblage d’une deuxième partie comprenant un rotor à l’arbre du module. Ensemble, la première partie, le module et la deuxième partie peuvent former la turbomachine. Le module permet le couplage cinématique entre la première partie et la deuxième partie, via l’arbre qui est couplé à la deuxième partie et le réducteur qui est couplé à la première partie, ou vice versa. Le présent exposé concerne également un module pour turbomachine d’aéronef, comprenant les composants suivants assemblés les uns avec les autres : un réducteur configuré pour transmettre une rotation entre au moins deux rotors de la turbomachine tout en modifiant le rapport de vitesse et de couple de l’un à l’autre desdits au moins deux rotors, un arbre cinématiquement couplé au réducteur et configuré pour être cinématiquement couplé à l’un desdits au moins deux rotors, un support de palier, et au moins un palier monté sur le support de palier et configuré pour soutenir l’arbre en rotation. Ce module peut être réalisé par le procédé de pré-assemblage tel que décrit précédemment. Ainsi, le module peut avoir tout ou partie des caractéristiques détaillées précédemment. Dans certains modes de réalisation, le module comprend en outre des premiers éléments de fixation configurés pour fixer l’arbre à un premier desdits rotors, les premiers éléments de fixation étant optionnellement prévus à une extrémité de l’arbre opposée au réducteur, des deuxièmes éléments de fixation configurés pour fixer le réducteur au deuxième desdits rotors, et des troisièmes éléments de fixation configurés pour fixer le support de palier à un carter de la turbomachine. D'autres caractéristiques et avantages de l'objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées. La est une vue en demi-coupe longitudinale simplifiée d’une turbomachine selon un mode de réalisation. La représente schématiquement un module selon un mode de réalisation, en demi-coupe longitudinale. La illustre schématiquement des étapes d’un procédé d’assemblage d’une turbomachine selon un mode de réalisation. La illustre une première variante de la zone Z de la . La illustre une deuxième variante de la zone Z de la . Procédé de pré-assemblage pour une turbomachine d’aéronef (100), comprenant un assemblage préalable, hors de la turbomachine, des composants suivants les uns avec les autres : un réducteur (20) configuré pour transmettre une rotation entre au moins deux rotors de la turbomachine tout en modifiant le rapport de vitesse et de couple de l’un à l’autre desdits au moins deux rotors, un arbre (12) cinématiquement couplé au réducteur (20) et configuré pour être cinématiquement couplé à l’un desdits au moins deux rotors, un support de palier (14), et au moins un palier (16) monté sur le support de palier (14) et configuré pour soutenir l’arbre (12) en rotation. Procédé selon la revendication 1, comprenant le frettage de l’au moins un palier (16) sur l’arbre (12) et/ou sur le support de palier (14). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le support de palier (14) comprend un élément d’assemblage (14a) à un carter (40) de la turbomachine. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le réducteur (20) comprend un organe statorique (26, 28) et les composants comprennent en outre un élément d’attache (18) s’étendant de l’organe statorique (26, 28) au support de palier (14) de façon à fixer l’organe statorique au support de palier (14). Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’élément d’attache (18) s’étend d’un côté du réducteur (20) à un autre côté du réducteur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les composants comprennent en outre un deuxième arbre (96) cinématiquement couplé au réducteur (20), optionnellement dans lequel le deuxième arbre (96) et l’arbre (12) sont prévus de part et d’autre du réducteur (20). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’arbre (12) présente une butée (12a) pour le positionnement axial du rotor (30) correspondant, la butée (12a) étant située telle que le rotor soit maintenu à distance de l’au moins un palier (16). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’au moins un palier (16) est choisi parmi un palier à billes, un palier à rouleaux ou un palier à rouleaux coniques. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le rotor (30) cinématiquement couplé à l’arbre (12) est une soufflante ou une hélice de la turbomachine. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins certains des composants présentent des éléments de fixation (32, 46, 94) à des pièces de la turbomachine distinctes desdits composants, les éléments de fixation étant tous prévus d’un même côté du module (10). Procédé d’assemblage d’une turbomachine d’aéronef, comprenant l’obtention d’une première partie (100A) de turbomachine comprenant un rotor (90), le montage d’un module (10) obtenu par le procédé de l’une quelconque des revendications 1 à 10 sur la première partie (100A), et l’assemblage d’une deuxième partie (100B) comprenant un rotor (30) à l’arbre (12) du module (10). Module (10) pour turbomachine d’aéronef réalisé par le procédé de pré-assemblage selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les composants suivants assemblés les uns avec les autres : un réducteur (20) configuré pour transmettre une rotation entre au moins deux rotors de la turbomachine tout en modifiant le rapport de vitesse et de couple de l’un à l’autre desdits au moins deux rotors, un arbre (12) cinématiquement couplé au réducteur (20) et configuré pour être cinématiquement couplé à l’un desdits au moins deux rotors, un support de palier (14), et au moins un palier (16) monté sur le support de palier (14) et configuré pour soutenir l’arbre (12) en rotation. Module (10) pour turbomachine d’aéronef selon la revendication 12, le module comprenant en outre des premiers éléments de fixation (32) configurés pour fixer l’arbre (12) à un premier desdits rotors, les premiers éléments de fixation (32) étant optionnellement prévus à une extrémité de l’arbre (12) opposée au réducteur (20), des deuxièmes éléments de fixation (94) configurés pour fixer le réducteur (20) au deuxième desdits rotors, et des troisièmes éléments de fixation (46) configurés pour fixer le support de palier (14) à un carter de la turbomachine.