Brevet FR3133892A1 — publié le 20230929

Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant un carter (30), un propulseur (20), un compresseur (50) et une turbine (90), la turbomachine (10) comprenant en outre un train épicycloïdal (40) comprenant un solaire (49) d’entrée entraîné en rotation par la turbine (90), au moins un satellite (41) à double étage porté par un porte-satellite (42) et en prise avec le solaire (49), et deux couronnes (45, 46) en prise chacune avec un étage (43, 44) différent de l’au moins un satellite (41), dans laquelle une première des couronnes (45) est fixe par rapport au carter (30), et dans laquelle la deuxième des couronnes (46) et le porte-satellite (42) forment deux sorties du train épicycloïdal (40), le propulseur (20) étant entraîné en rotation par une première desdites sorties et le compresseur (50) étant entraîné en rotation par la deuxième desdites sorties. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Turbomachine pour aéronef Le présent exposé concerne le domaine des aéronefs, et plus particulièrement une turbomachine pouvant être utilisée pour la propulsion aéronautique. Les turbomachines utilisées pour la propulsion des aéronefs, par exemple les turboréacteurs, comprennent généralement un propulseur, ainsi qu’un carter dans lequel sont logés un compresseur et une turbine. Le compresseur fournit de l’air comprimé à une chambre de combustion et les gaz de combustion produits dans ladite chambre mettent en mouvement la turbine, qui entraîne à son tour le propulseur, par exemple une soufflante ou une hélice. Pour maximiser le rendement de la turbine, il est souhaitable qu’elle tourne le plus vite possible. Inversement, la vitesse du propulseur est limitée par la vitesse de rotation en tête de pale, qui doit le plus souvent rester inférieure à la vitesse du son. Pour pallier ce problème, on connaît des turbomachines munies d’un réducteur placé dans la chaîne de transmission entre la turbine et la soufflante. Un réducteur permet de faire tourner la turbine et la soufflante à des vitesses différentes. Il existe néanmoins encore un besoin d’amélioration pour des turbomachines pour aéronef. À cet effet, le présent exposé concerne une turbomachine pour aéronef, comprenant un carter, un propulseur, un compresseur et une turbine, la turbomachine comprenant en outre un train épicycloïdal comprenant un solaire d’entrée entraîné en rotation par la turbine, au moins un satellite à double étage ayant deux étages solidaires en rotation l’un de l’autre, le satellite étant porté par un porte-satellite et en prise avec le solaire, et deux couronnes en prise chacune avec un étage différent de l’au moins un satellite, dans laquelle une première des couronnes est fixe par rapport au carter, et dans laquelle la deuxième des couronnes et le porte-satellite forment deux sorties du train épicycloïdal, le propulseur étant entraîné en rotation par une première desdites sorties et le compresseur étant entraîné en rotation par la deuxième desdites sorties. Comme évoqué précédemment, le propulseur peut être une hélice ou une soufflante. Le train épicycloïdal joue le rôle de réducteur en ce qu’il permet de réduire la vitesse de rotation en sortie (typiquement, vers le propulseur et/ou le compresseur) par rapport à la vitesse de rotation en entrée (typiquement, depuis la turbine). Toutefois, au sens du présent exposé, le terme de réducteur est à comprendre au sens large et inclut également des configurations où une vitesse de sortie est supérieure à une vitesse d’entrée. Le rapport entre la vitesse de sortie et la vitesse d’entrée est connu sous le nom de rapport de réduction. Un satellite à double étage est un pignon satellite dont les deux étages sont solidaires en rotation l’un de l’autre. Les deux étages tournent donc autour du même axe, dans le même sens et à la même vitesse angulaire. En d’autres termes, il existe une connexion fonctionnelle entre les deux étages du satellite, permettant la transmission d’un couple entre ces deux étages. Chaque étage est configuré pour être en prise avec un autre pignon du train épicycloïdal. Les deux étages peuvent avoir des diamètres différents afin d’offrir des rapports de réduction différents. Sauf mention contraire explicite ou ressortant du contexte, par la suite, les références aux rayons et diamètres des roues s’entendent comme des références aux rayons et diamètres primitifs, respectivement. Le cercle primitif est tel que les cercles primitifs de deux roues ou pignons engrenées ont la même vitesse tangentielle. Le porte-satellite peut porter une pluralité de tels satellites, par exemple deux, trois ou plus. Par la suite, et sauf indication contraire, par « un » ou « le » satellite, on entend « au moins un » ou « l’au moins un » ou encore « chaque » satellite. Réciproquement, l’emploi générique du pluriel peut inclure le singulier. Le porte-satellite est configuré pour synchroniser la révolution des différents satellites par rapport au solaire ou aux couronnes. Chaque satellite en est rotation autour d’un axe du porte-satellite. Le satellite étant en prise avec la première des couronnes (ci-après « la première couronne ») qui est fixe par rapport au carter, le satellite effectue une révolution autour de l’axe de la première couronne et entraîne en rotation le porte-satellite autour de cet axe. De cette façon, le porte-satellite peut former l’une des sorties du train épicycloïdal. Dans la mesure où la première couronne est fixe par rapport au carter, le train épicycloïdal ne constitue pas un différentiel, qui nécessiterait un degré de liberté supplémentaire en rotation. On appelle axe du train épicycloïdal, l'axe de rotation des éléments rotatifs du train épicycloïdal tel que le solaire, le porte-satellite ou encore la deuxième couronne. La direction axiale correspond à la direction de l'axe du train épicycloïdal 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 train épicycloïdal 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 train épicycloïdal. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence ; elle est perpendiculaire à l’axe du train épicycloïdal mais ne passe pas par l’axe. Par ailleurs, sauf précision contraire, l’amont et l’aval sont repérés par rapport à la direction normale d’écoulement des gaz dans la turbomachine en fonctionnement. Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs intérieur et extérieur sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe du diffuseur que la partie extérieure du même élément. La première couronne et la deuxième couronne sont situées radialement à l’extérieur de l’étage de satellite avec lequel elles s’engrènent respectivement. La liaison mécanique entre les composants du train épicycloïdal (planétaire, satellites, porte-satellite, couronne) et les organes de la turbomachine (carter, propulseur, compresseur, turbine) peut être assurée au moyen d’arbres solidaires en rotation desdits organes. Dans la configuration proposée, la deuxième couronne peut former la première sortie et le porte-satellite peut former la deuxième sortie du train épicycloïdal, ou vice versa. Grâce au train épicycloïdal proposé, la turbomachine présente une grande flexibilité pour le dimensionnement des rapports de réduction souhaités, tout en ayant un réducteur présentant un encombrement limité et une masse réduite. Dans certains modes de réalisation, le propulseur et le compresseur sont co-rotatifs. En d’autres termes, le propulseur et le compresseur sont entraînés en rotation dans le même sens. Dans d’autres modes de réalisation, le propulseur et le compresseur sont contrarotatifs. En d’autres termes, le propulseur et le compresseur sont entraînés en rotation dans des sens opposés. Le choix d’une architecture co-rotative ou contrarotative peut être lié aux dimensions des pignons Dans certains modes de réalisation, le rapport de vitesses de rotation entre le compresseur et le propulseur est supérieur ou égal à 2. Le compresseur a pour rôle de comprimer l’air, tandis que le rôle du propulseur est de transformer l’énergie de rotation qui lui est transmise en un débit important qui favorise la création d’une poussée. Grâce au rapport précité, le compresseur peut tourner relativement vite pour avoir un meilleur rendement de compression, tandis que le propulseur peut tourner relativement lentement, ce qui permet d’envisager des pales de propulseur relativement longues, par exemple pour obtenir un taux de dilution élevé. Dans certains modes de réalisation, le rapport de vitesses de rotation entre la turbine et le propulseur est supérieur ou égale à 8. La turbine a pour rôle d’absorber une partie de l’énergie de combustion des gaz d’échappement pour la transmettre au compresseur ainsi qu’au propulseur dans un mouvement de rotation. Grâce au rapport précité, la turbine peut tourner relativement vite pour avoir un meilleur rendement thermique, tandis que le propulseur peut tourner relativement lentement, ce qui permet d’envisager des pales de propulseur relativement longues, par exemple pour obtenir un taux de dilution élevé. Dans certains modes de réalisation, la première sortie est soutenue par rapport au carter par au moins un palier situé en amont du train épicycloïdal. La première sortie, qui entraîne le propulseur généralement situé en amont du train épicycloïdal, est donc maintenue de manière à la fois efficace et simple. Cette première sortie peut être formée par la deuxième couronne, mais aussi, alternativement, par le porte-satellite. Dans certains modes de réalisation, la deuxième sortie est soutenue par rapport au carter par au moins un palier situé en aval du train épicycloïdal. La deuxième sortie, qui entraîne le compresseur généralement situé en aval du train épicycloïdal, est donc maintenue de manière à la fois efficace et simple. Cette deuxième sortie peut être formée par le porte-satellite, mais aussi, alternativement, par la deuxième couronne. Comme il ressort de cette description et de manière plus générale, dans certains modes de réalisation, les sorties du train épicycloïdal, en l’espèce la deuxième couronne et le porte-satellite, sont respectivement soutenues par des paliers situés de part et d’autre du train épicycloïdal, notamment dans une direction axiale. Cela assure une meilleure reprise des efforts et contribue à l’intégrité et la longévité de la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, comme évoqué précédemment, les deux étages du satellite ont des diamètres différents, notamment afin d’offrir des rapports de réduction différents. Dans certains modes de réalisation, la première couronne est en prise avec l’étage du satellite de plus petit diamètre. L’étage de plus petit diamètre désigne celui des deux étages du satellite qui a le diamètre le plus petit. Réciproquement, la deuxième couronne peut être en prise avec l’étage du satellite de plus grand diamètre. L’inverse est également envisagé. Dans certains modes de réalisation, le solaire est en prise avec l’un des étages de l’au moins un satellite, de préférence uniquement avec cet étage. L’autre étage du satellite peut être libre, hormis son engagement avec la couronne correspondante. Optionnellement, le solaire peut être en prise avec l’étage du satellite de plus grand diamètre. De manière plus générale, le diamètre du solaire peut être inférieur au diamètre d’au moins un des deux étages du satellite. Dans certains modes de réalisation, la première couronne est en aval de la deuxième couronne. Le fait que la première couronne, fixe par rapport au carter, soit en aval de la deuxième couronne, qui forme l’une des sorties du train épicycloïdal, assure une meilleure reprise des efforts par le carter de la turbomachine . Dans certains modes de réalisation, l’au moins un satellite présente des dentures pour son engrènement avec le solaire, la première couronne et la deuxième couronne. Lesdites dentures peuvent être choisies parmi des dentures droites, des dentures hélicoïdales ou des dentures en chevron. Les dentures peuvent être prévues identiques sur l’ensemble du satellite, ou varier d’un étage à l’autre. Alternativement, l’au moins un satellite peut être configuré pour s’engrener avec le solaire, la première couronne et la deuxième couronne par engrenage, par friction ou via un champ magnétique. En particulier, dans certains modes de réalisation, chaque étage de l’au moins satellite présente des dentures hélicoïdales, le sens d’inclinaison desdites dentures étant inversé d’un étage à l’autre (c’est-à-dire : entre un étage et un autre étage du satellite). Par exemple, en observant le satellite dans une direction radiale de sorte que la direction axiale apparaisse comme verticale, la denture d’un étage peut avoir une forme d’hélice partant vers la gauche, tandis que la denture de l’autre étage peut avoir une forme d’hélice partant vers la droite. Dans la mesure où les deux étages sont solidaires en rotation, l’une des dentures est susceptible de créer des efforts axiaux vers l’avant tandis que l’autre denture est susceptible de créer des efforts axiaux vers l’arrière. Ce faisant, un tel mode de réalisation permet, moyennant le bon choix d’angle des dentures hélicoïdales, par exemple en fonction de leur géométrie et de leur longueur, de réduire voire d’annuler les efforts axiaux sur le satellite. Dans certains modes de réalisation, l’au moins un satellite comprend uniquement deux étages. Le satellite est donc particulièrement compact. En ne multipliant pas les étages au-delà de deux, on évite de multiplier les espaces inter-étages, nécessaires à la fabrication et qui sont particulièrement pénalisants en termes d’encombrement. Dans certains modes de réalisation, le satellite est soutenu par rapport au porte-satellite par un palier flanqué de flasques, au moins l’un des flasques étant pourvu d’une souplesse. Ainsi, des flasques sont prévus de part et d’autre du palier, notamment dans une direction axiale. Les flasques peuvent être présents aux extrémités axiales opposées du palier. Par ailleurs, la souplesse peut être prévue sous la forme d’un soufflet. Dans certains modes de réalisation, au moins l’une des deux couronnes est pourvue d’une souplesse. La souplesse peut être prévue sous la forme d’un soufflet. Une souplesse peut être prévue pour raccorder ledit flasque ou ladite couronne à un autre organe, notamment afin d’accommoder les déformations, typiquement axiales et/ou radiales. 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 illustre la partie amont d’une demi-coupe axiale d’une turbomachine selon un mode de réalisation. La représente schématiquement les entraînements d’un train épicycloïdal selon quatre modes de réalisation possibles. La est une vue en coupe axiale et en perspective du train épicycloïdal de la (c), selon un mode de réalisation. La est une vue schématique en plan d’un satellite selon un mode de réalisation. Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant un carter (30), un propulseur (20), un compresseur (50) et une turbine (90), la turbomachine (10) comprenant en outre un train épicycloïdal (40) comprenant un solaire (49) d’entrée entraîné en rotation par la turbine (90), au moins un satellite (41) à double étage ayant deux étages (43, 44) solidaires en rotation l’un de l’autre, le satellite (41) étant porté par un porte-satellite (42) et en prise avec le solaire (49), et deux couronnes (45, 46) en prise chacune avec un étage (43, 44) différent de l’au moins un satellite (41), dans laquelle une première des couronnes (45) est fixe par rapport au carter (30), et dans laquelle la deuxième des couronnes (46) et le porte-satellite (42) forment deux sorties du train épicycloïdal (40), le propulseur (20) étant entraîné en rotation par une première desdites sorties et le compresseur (50) étant entraîné en rotation par la deuxième desdites sorties. Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle le propulseur (20) et le compresseur (50) sont co-rotatifs. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le rapport de vitesses de rotation entre le compresseur (50) et le propulseur (20) est supérieur ou égal à 2. Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la première sortie est soutenue par rapport au carter (30) par au moins un palier (24) situé en amont du train épicycloïdal (40), et/ou dans laquelle la deuxième sortie est soutenue par rapport au carter (30) par au moins un palier (54) situé en aval du train épicycloïdal (40). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les deux étages (43, 44) du satellite (41) ont des diamètres différents. Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la première couronne (45) est en prise avec l’étage (43) du satellite (41) de plus petit diamètre. Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le solaire (49) est en prise avec l’un des étages de l’au moins un satellite (41), de préférence uniquement avec cet étage ; et de préférence dans laquelle le solaire (49) est en prise avec l’étage du satellite (41) de plus grand diamètre. Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la première couronne (45) est en aval de la deuxième couronne (46). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l’au moins un satellite (41) présente des dentures pour son engrènement avec le solaire (49), la première couronne (45) et la deuxième couronne (46), lesdites dentures étant choisies parmi des dentures droites, des dentures hélicoïdales ou des dentures en chevron. Turbomachine selon la revendication 9, dans laquelle chaque étage (43, 44) de l’au moins satellite (41) présente des dentures hélicoïdales, le sens d’inclinaison desdites dentures étant inversé d’un étage (43) à l’autre (44). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle l’au moins un satellite (41) comprend uniquement deux étages (43, 44). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le satellite (41) est soutenu par rapport au porte-satellite (42) par un palier présentant des flasques à ses extrémités axiales opposées, au moins l’un des flasques étant pourvu d’un soufflet formant souplesse (51). Turbomachine selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle au moins l’une des deux couronnes (45, 46) est pourvue d’un soufflet formant souplesse (31).