Brevet FR3153370A1 — publié le 20250328

Pièce tournante pour turbomachine d’aéronef, comprenant une pluralité de dents (26) définissant entre elles au moins une cannelure (28), le rayon de courbure du fond (30) de l’au moins une cannelure (28) étant supérieur ou égal à la distance (D) entre ledit fond (30) et l’axe (X) de la pièce tournante. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 PIÈCE TOURNANTE POUR TURBOMACHINE D’AÉRONEF Le présent exposé concerne une pièce tournante pour turbomachine d’aéronef, et plus particulièrement une pièce tournante cannelée pour la transmission de puissance mécanique au sein d’une turbomachine d’aéronef. Dans les turbomachines d’aéronef, la transmission de puissance mécanique peut être effectuée à l’aide d’une liaison dite cannelée, dans laquelle deux pièces tournantes présentant des dents et cannelures complémentaires sont en prise l’une avec l’autre. De cette façon, le couple associé à une pièce est transmis à l’autre pièce. La géométrie des cannelures peut être en partie définie en référence à des normes de type ISO ou ANSI. Néanmoins, ces normes laissent aux concepteurs une certaine liberté de conception, notamment pour atteindre des objectifs de tenue mécanique. Ainsi, il existe un besoin pour un nouveau type de pièce tournante pour turbomachine d’aéronef. A cet effet, le présent exposé concerne une pièce tournante pour turbomachine d’aéronef, comprenant une pluralité de dents définissant entre elles au moins une cannelure, le rayon de courbure du fond de l’au moins une cannelure étant supérieur ou égal à la distance entre ledit fond et l’axe de la pièce tournante. On appelle axe de la pièce tournante, l'axe de rotation de la pièce tournante. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la pièce tournante 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 de la pièce tournante 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 de la pièce tournante. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence ; elle est perpendiculaire à l’axe de la pièce tournante mais ne passe pas par l’axe. 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. Dans le présent exposé, et sauf indication contraire, par « une » ou « la » cannelure, on entend « au moins une » ou « l’au moins une » ou encore « chaque » cannelure. Réciproquement, l’emploi générique du pluriel peut inclure le singulier. Le fond d’une cannelure désigne la partie de la cannelure la plus en retrait par rapport aux dents. La courbure du fond peut être considérée transversalement aux dents, généralement dans un plan radial. Les caractéristiques décrites dans le présent exposé sont valables dans au moins un plan radial, de préférence dans tout plan radial. Le rayon de courbure est considéré en valeur absolue. Grâce au fait que le rayon de courbure du fond de la cannelure est supérieur ou égal à la distance entre ledit fond et l’axe de la pièce tournante, le fond de la cannelure est aplati par rapport aux dispositifs antérieurement connus, ce qui a plusieurs avantages : d’une part, ce fond est plus facile à fabriquer et ses dimensions sont plus faciles à contrôler que des fonds plus bombés, ayant un plus petit rayon de courbure. D’autre part, un tel fond permet de mieux répartir les contraintes au sein de la cannelure, ce qui résulte en une meilleure tenue mécanique de la pièce tournante. Dans le cas où le rayon de courbure du fond est égal à la distance entre le fond et l’axe de la pièce tournante, le centre de courbure du fond peut, selon la concavité, appartenir à l’axe de la pièce tournante. Dans ce cas, la spécification géométrique de la cannelure est en outre simplifiée, puisque le rayon de courbure du fond et la distance entre l’axe et le fond sont un seul et même paramètre. Dans certains modes de réalisation, chaque dent présente une tête bordée par deux flancs. La cannelure peut être définie entre un flanc d’une dent et un flanc en vis-à-vis d’une dent adjacente. La tête de la dent est saillante par rapport au fond de la cannelure. Dans certains modes de réalisation, la tête de la dent s’étend, d’un flanc à l’autre, selon un arc de cercle centré sur l’axe de la pièce tournante. La géométrie de la tête de la dent est donc simplifiée. Dans certains modes de réalisation, chaque flanc s’étend selon une développante de cercle jusqu’à la tête. La développante de cercle est une courbe connue en elle-même dans le cadre des liaisons cannelées. Toutefois, le fait que cette développante de cercle s’étende jusqu’à la tête indique notamment que le flanc et la tête se rejoignent sans chanfrein ou autre forme de transition. Cela permet d’augmenter la surface de contact entre le flanc concerné et la pièce complémentaire, donc de mieux répartir les efforts et d’augmenter encore davantage la tenue mécanique de la pièce. En outre, grâce à ces dispositions, la tête de la dent peut être prévue en retrait par rapport à la tête de la dent des pièces tournantes antérieures, ce qui améliore la comptabilité avec la pièce complémentaire et allège la pièce tournante. Dans certains modes de réalisation, un rayon de raccordement relie le fond de la cannelure à au moins l’un des flancs de ladite cannelure. Un rayon de raccordement désigne une portion courbe, notamment en arc de cercle, permettant d’assurer une transition continue et dérivable entre, ici, le flanc et le fond. Le rayon de raccordement a généralement un rayon de courbure différent de ceux du fond et du flanc. Ce rayon de courbure peut être constant. Dans certains modes de réalisation, les dents font saillie vers l’axe de la pièce tournante. La pièce tournante est donc parfois appelée pièce externe, dans la mesure où elle est configurée pour accueillir une pièce interne avec laquelle elle s’engage. Les dents de la pièce externe font saillie vers la pièce interne et peuvent être reçues dans des cannelures ou équivalent, tandis que les cannelures de la pièce externe accueillent des dents ou équivalent de la pièce interne. Dans certains modes de réalisation, la pièce tournante comprend une succession de dents et de cannelures agencées selon une circonférence. Dans certains modes de réalisation, la pièce tournante est un disque de soufflante, un arbre de compresseur ou un arbre de turbine. Un disque de soufflante peut porter des aubes de soufflante et être entraîné par un arbre de soufflante, un arbre de turbine ou encore un réducteur, via une liaison cannelée. Un arbre de compresseur est configuré pour entraîner en rotation un disque de compresseur, par exemple via une liaison cannelée, et peut être entraîné par un arbre de turbine ou un réducteur, par exemple via une liaison cannelée. Un arbre de turbine peut être entraîné par un disque de turbine, par exemple via une liaison cannelée, et peut entraîner un arbre de soufflante, un arbre de compresseur ou un réducteur, par exemple via une liaison cannelée. Toutefois, d’autres parties de turbomachine sont envisagées. Dans certains modes de réalisation, les dents s’étendent, dans la direction de l’axe de la pièce tournante, de manière rectiligne, hélicoïdale ou suivant un profil bombé. Le présent exposé concerne également une turbomachine pour aéronef, comprenant une pièce tournante telle que précédemment décrite. La pièce tournante peut avoir tout ou partie des caractéristiques précédemment mentionnées. 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 FIG. 1 représente une vue schématique en section axiale d’une turbomachine. La FIG. 2 représente, en section radiale selon le plan II-II de la FIG. 1 , un détail d’une pièce tournante selon un mode de réalisation. Description détaillée La FIG. 1 illustre une turbomachine, plus précisément un turboréacteur à double flux et double corps, en tant qu’exemple de turbomachine pour aéronef comprenant une pièce tournante. En l’espèce, la turbomachine 10 est une turbomachine d’aéronef comprenant un arbre 12, en l’occurrence un arbre de corps basse pression, et un disque de soufflante 14 prévu pour porter des aubes de soufflantes et rotatif autour d’un axe X définissant une direction axiale. L’axe X coïncide ici avec l’axe de la turbomachine. Dans cet exemple, la turbomachine 10 comprend également un autre arbre 16, en l’espèce un arbre de corps haute pression, monté coaxialement à l’extérieur de l’arbre 12. L’arbre 12, entraîné en rotation sous l’effet du passage de gaz de combustion par une turbine, est configuré pour entraîner en rotation le disque de soufflante 14. Le disque de soufflante 14 est un exemple de pièce tournante pour turbomachine d’aéronef. Pour assurer cet entraînement en rotation, l’arbre 12 et le disque de soufflante 14 sont en prise l’un avec l’autre au moyen d’une liaison cannelée. Un mode de réalisation d’une telle liaison cannelée est illustré sur la FIG. 2 , en section radiale. L’arbre 12 est logé à l’intérieur du disque de soufflante 14. Ainsi, l’arbre 12 forme une pièce interne, tandis que le disque de soufflante 14 forme une pièce externe. L’arbre 12 et le disque de soufflante 14 sont ici coaxiaux autour de l’axe X. L’arbre 12 peut comprendre des dents 22 définissant entre elles des cannelures 24. Les dents 22 font saillie vers l’extérieur. Toutefois, l’arbre 12 peut présenter toute autre forme permettant la transmission de couple au disque de soufflante 14, dont la géométrie sera décrite ci-après. Par ailleurs, l’arbre 12 peut être une pièce certifiée en elle-même, ce qui impose de la conserver telle que pour éviter un nouveau processus de certification. Le dimensionnement du disque de soufflante 14 doit alors tenir compte de la forme donnée de l’arbre 12. Le disque de soufflante 14 comprend une pluralité de dents 26 définissant entre elles au moins une cannelure 28. En l’espèce, chaque paire de dents 26 définit entre ces dents 26 une cannelure 28, de sorte que le disque de soufflante 14 comprend, dans une direction circonférentielle, une succession de dents 26 et de cannelures 28, en alternance. Par la suite, on décrit de manière générique une dent 26 et une cannelure 28, mais les caractéristiques mentionnées peuvent s’appliquer à toutes les dents 26 et/ou cannelures 28, ou une partie d’entre elles. En particulier, les dents 26 et/ou les cannelures 28 peuvent être toutes identiques. La dent 26 fait saillie vers l’axe X du disque de soufflante 14, par exemple sensiblement dans une direction radiale. Dans la direction axiale, la dent 26 peut s’étendre de manière rectiligne ou hélicoïdale. En outre, la section transversale de la dent 26 peut être constante ou non, par exemple suivre un profil bombé dans lequel la section est relativement étroite aux extrémités axiales et relativement large dans une portion intermédiaire, ou l’inverse. La cannelure 28 comporte un fond 30, qui désigne la partie de la cannelure 28 la plus en retrait par rapport aux dents 26. Dans ce mode de réalisation, le rayon de courbure du fond 30 de la cannelure 28 est supérieur ou égal à la distance D entre ledit fond 30 et l’axe X du disque de soufflante. Le rayon de courbure du fond 30 peut être constant circonférentiellement et/ou axialement. Si le rayon de courbure du fond 30 n’est pas constant, on considère le plus petit rayon de courbure du fond 30, qui est néanmoins supérieur ou égal à la distance D. En particulier, dans l’exemple représenté, le rayon de courbure du fond 30 est égal à la distance D. Le fond 30 s’étend donc selon un arc de cercle centré sur l’axe X. En tout cas, le fond 30 présente un rayon de courbure relativement élevé, ce qui apparaît nettement en comparant visuellement la courbure du fond 30 et la courbure du fond de la cannelure 24 de l’arbre 12. Dans ce mode de réalisation, chaque dent 26 présente une tête 32 bordée par deux flancs 34. La cannelure 28 est ici définie entre deux flancs 34 opposés de deux dents 26 consécutives. Comme évoqué précédemment, la tête 32 peut s’étendre, d’un flanc 34 à l’autre, selon un arc de cercle centre sur l’axe X du disque de soufflante 14. La tête 32 peut être, ici, concave. La tête 32 adopte donc une forme continue et régulière depuis l’un des flancs 34 jusqu’à l’autre des flancs 34. En particulier, la tête 32 peut être dépourvue de chanfrein ou de rayon de raccordement avec les flancs 34. La tête 32 et les flancs 34 peuvent se rejoindre au niveau d’une arête vive 36. Cela permet d’augmenter la surface de contact de la dent 26 avec l’arbre 12 pour la transmission du couple. La distance entre la tête 32 et l’axe X du disque de soufflante 14 peut être déterminée en fonction de la pièce complémentaire, à savoir ici en fonction de la cannelure 24 de l’arbre 12, afin d’empêcher le contact de la dent 26 avec le fond de la cannelure 24. En effet, le couple est transmis au disque de soufflante 14 au niveau de ses flancs 34, et il est préférable de prévoir un espace entre la tête 32 du disque de soufflante 14 et le fond des cannelures 24 de l’arbre 12 d’une part, et le fond 30 du disque de soufflante 14 et la tête des dents 22 de l’arbre 12 d’autre part. Afin de mieux transmettre le couple, le flanc 34, quant à lui, peut s’étendre selon une développante de cercle. Une développante de cercle est une courbe connue en soi par l’homme du métier, donc les normales sont des tangentes à un même cercle. Plus généralement, les flancs 34 sont convexes. Indépendamment, les flancs des dents 22 de l’arbre 12 peuvent également s’étendre selon une développante de cercle. La surface en développante de cercle du flanc 34 s’étend jusqu’à la tête 32 : en d’autres termes, la développante de cercle est adjacente à la tête 32, le cas échéant à la forme en arc de cercle de la tête 32 décrite précédemment. Du côté du fond 30, un rayon de raccordement 38 peut relier le fond 30 de la cannelure 28 à au moins l’un des flancs 34 de la dent 26 définissant cette cannelure 28. Le rayon de raccordement 38 présente un rayon de courbure différent de celui du flanc 34 et du fond 30, généralement inférieur à celui du flanc 34 et/ou du fond 30 aux points de jonction du rayon de raccordement 38 avec le flanc 34 et le fond 30, respectivement. Des rayons de raccordement, identiques ou non, peuvent être prévus de part et d’autre du fond 30. Dans le présent mode de réalisation, la cannelure 28 est symétrique. Le fait que le fond 30 ait un rayon de courbure relativement grand entraîne que le rayon de raccordement 38 est situé davantage vers le fond du disque de soufflante 14 et empiète donc moins sur le flanc 34, ce qui offre au flanc 34 une plus grande surface de contact. Selon un exemple, le rayon de courbure du fond et la distance D peuvent être compris entre 170 et 190 millimètres. La distance radiale entre le fond 30 et la tête 32 peut être comprise entre 3 et 10 millimètres. Axialement, la cannelure 28 peut s’étendre sur 40 à 60 millimètres. Le rayon de courbure du rayon de raccordement 38 peut valoir entre 0,5 et 1,5 millimètre. Des essais menés par les inventeurs ont permis de démontrer, à l’aide de calculs numériques, que la nouvelle géométrie du fond 30 permettait de diminuer les contraintes dans le disque de soufflante 14 et donc d’améliorer la tenue mécanique de ce disque. Typiquement, sous un chargement donné, la contrainte maximale dans la cannelure 28 est passée de 617 MPa avec un disque de soufflante classique à 588 MPa avec un disque de soufflante 14 selon le présent mode de réalisation, soit une diminution de près de 5%. La liaison cannelée du disque de soufflante 14 proposé est conçue à partir de fonds 30, de rayons de raccordement 38, de flancs 34 et de têtes 32. Chacun de ces surfaces est relativement grande, par opposition à de petites surfaces de transition, et de forme intrinsèquement simple, ce qui facilite le contrôle dimensionnel du disque de soufflante 14. Bien que la présente description se réfère à des exemples de réalisation spécifiques, des modifications peuvent être apportées à ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention. Par exemple, bien qu’un disque de soufflante 14 ait été décrit comme exemple d’une pièce tournante, les caractéristiques décrites peuvent s’appliquer à d’autres pièces tournantes pour turbomachine d’aéronef, par exemple un arbre de compresseur ou un arbre de turbine, de corps haute ou basse pression. Par ailleurs, bien que les caractéristiques aient été détaillées dans le cadre d’une pièce externe dont les dents font saillie vers l’intérieur, elles pourraient également s’appliquer à une pièce interne dont les dents font saillie vers l’extérieur. En outre, bien qu’on ait décrit un turboréacteur à double flux et double corps, la pièce tournante peut être incorporée à une turbomachine ayant tout type d’architecture souhaité. Plus généralement, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés ou mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Pièce tournante pour turbomachine d’aéronef, comprenant une pluralité de dents (26) définissant entre elles au moins une cannelure (28), le rayon de courbure du fond (30) de l’au moins une cannelure (28) étant supérieur ou égal à la distance (D) entre ledit fond (30) et l’axe (X) de la pièce tournante. Pièce tournante selon la revendication 1, dans laquelle chaque dent (26) présente une tête (32) bordée par deux flancs (34). Pièce tournante selon la revendication 2, dans laquelle la tête (32) s’étend, d’un flanc (34) à l’autre, selon un arc de cercle centré sur l’axe (X) de la pièce tournante. Pièce tournante selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle chaque flanc (34) s’étend selon une développante de cercle jusqu’à la tête (32). Pièce tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les dents (26) font saillie vers l’axe (X) de la pièce tournante. Pièce tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la pièce tournante est un disque de soufflante (14), un arbre de compresseur ou un arbre de turbine. Pièce tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les dents (26) s’étendent, dans la direction de l’axe (X) de la pièce tournante, de manière rectiligne, hélicoïdale ou suivant un profil bombé. Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant une pièce tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.