Brevet FR3160673A1 — publié le 20251003

L’invention concerne un ensemble (101) qui comprend une turbomachine d’aéronef (103) et un pylône (105) d’accrochage de la turbomachine (103). La turbomachine (103) s’étendant longitudinalement selon un axe (X) et comprend d’amont en aval, une hélice, un carter structural amont (109), un carter structural intermédiaire (111), un cœur (113) et un carter structural aval (115). L’ensemble (101) comprend un premier et un deuxième organes de suspensions (117, 119) situés en amont du cœur (113) et un troisième organe de suspension (121) situé en aval du cœur (113). Ce troisième organe de suspension (121) comprend un système d’extension (123) de sa longueur (L) et des moyens de pilotage du réglage de ladite longueur (L). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 ENSEMBLE COMPRENANT UNE TURBOMACHINE D’AERONEF ET SON PYLONE D’ACCROCHAGE L’invention est relative au domaine des systèmes de suspension de turbomachines dans un aéronef. Elle concerne en particulier un ensemble comprenant une turbomachine d’aéronef et son pylône d’accrochage. Il existe à l’heure actuelle plusieurs solutions pour suspendre une turbomachine à un élément d’un aéronef. Une première solution consiste en l’utilisation, d’un part, de deux plans de suspensions, l’un à l’amont du cœur (ou en anglais « core » qui comprend notamment un compresseur et une turbine haute pression) de la turbomachine, l’autre à l’aval du cœur de la turbomachine, et d’autre part, d’une reprise de poussée. La reprise de poussée correspondant spécifiquement à un blocage du degré de liberté axial de la turbomachine tandis que les deux plans de suspensions permettent quant à eux de bloquer les autres degrés de liberté. Une deuxième solution consiste en l’utilisation de nacelles structurantes, qui permettent de lier les suspensions de la turbomachine de manière rigide. Cette solution permet de contrer la problématique de consommation de jeux (également appelée fermeture de jeux c’est-à-dire un jeu qui est présent dans une position initiale/de repos, et qui est consommé dans une position active) induite par les charges gravitaires. Le principe d’attelle qui s’applique dans ce cas entraîne un hyperstatisme de la liaison, ce qui rend le cœur sensible aux charges aérodynamiques et de poussée tout en réduisant les effets de poids. Enfin, une troisième solution consiste en un maintien du cœur en porte-à-faux. Dans cette approche, deux plans de suspension sont placés en amont du cœur ce qui permet de réduire la consommation de jeux liées aux charges aérodynamiques, mais augmente en contrepartie la consommation de jeux liée aux charges gravitaires. Un inconvénient de ces solutions est le fait qu’il n’est pas possible de réduire la consommation de jeux liée aux charges gravitaires tout en réduisant la consommation de jeux liée aux charges aérodynamiques. Les performances de la turbomachine sont ainsi dégradées en conséquence. Cette problématique s’applique à toutes les turbomachines, mais plus spécifiquement aux turbomachines présentant une architecture dite non-carénées (i.e. dans laquelle l’hélice est non-carénée), du fait des charges aérodynamiques de type 1P (i.e. des charges pour lesquelles la turbomachine subit un effort de basculement appelé mode 1P) plus importantes que sur une architecture carénée. Pour ce type d’architecture, il est connu de suspendre la turbomachine aux deux premiers carters structuraux (i.e. les plus en amont relativement à l’écoulement du flux dans la turbomachine) ce qui entraîne un maintien d’environ 50% de la masse de la turbomachine (incluant le cœur) en porte-à-faux. Cette approche protège le cœur des charges permanentes de type 1P et des efforts de poussée, mais dégrade fortement la consommation de jeux au niveau du cœur (en particulier des étages du cœur haute pression) sous charges gravitaires. Cette consommation de jeux entraîne alors une dégradation des performances de la turbomachine. La présente invention propose une solution à ces inconvénients. Ainsi, un objectif de l’invention est de proposer une solution de suspension permettant de réduire à la fois la consommation de jeux liée aux charges gravitaires et celle liée aux charges aérodynamiques. À cet effet, l’invention selon un premier aspect a pour objet un ensemble comprenant une turbomachine d’aéronef et un pylône d’accrochage de la turbomachine à un élément de l’aéronef, la turbomachine s’étendant longitudinalement selon un axe et comprenant d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, une hélice, un carter structural amont, un carter structural intermédiaire, un cœur et un carter structural aval, ledit ensemble comprenant en outre, dans un premier plan, un premier organe de suspension relié d’une part au pylône et d’autre part au carter structural amont, dans un deuxième plan, un deuxième organe de suspension relié d’une part au pylône et d’autre part au carter structural intermédiaire, et, dans un troisième plan perpendiculaire à l’axe, un troisième organe de suspension relié d’une part au pylône et d’autre part au carter structural aval, ledit ensemble étant caractérisé en ce que le troisième organe de suspension comprend un système d’extension de sa longueur et des moyens de pilotage du réglage de ladite longueur. L’ensemble selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le système d’extension comprend une liaison vis/écrou et les moyens de pilotage comprennent un moteur électrique configuré pour actionner ladite liaison vis/écrou. - le système d’extension comprend un vérin hydraulique et les moyens de pilotage comprennent une pompe et un réservoir hydraulique configurés pour actionner ledit vérin hydraulique. - le système d’extension est relié au pylône par une première liaison rotule et au carter structural aval par une seconde liaison rotule. - la variation de la longueur du système d’extension est comprise entre 4 centimètres et 8 centimètres, de préférence égale à 6 centimètres. - les moyens de pilotage et le système d’extension ont un temps de réponse compris entre 0,1 seconde et 0,8 seconde, de préférence égale à 0,5 seconde. - les moyens de pilotage sont configurés pour régler la longueur du système d’extension en fonction de phases de vol de l’aéronef. - le réglage de la longueur du système d’extension par les moyens de pilotage suit une loi de pilotage déterminée à partir d’une base de données comprenant des données avion et des données issues d’un FADEC. - la loi de pilotage est préalablement déterminée à partir d’un angle d’attaque, d’une altitude, d’un mach et d’un régime de rotation moteur d’un aéronef. L’invention selon un deuxième aspect concerne en outre un aéronef comprenant un ensemble selon le premier aspect. L’invention selon un troisième aspect concerne enfin un procédé de pilotage du réglage de la longueur du système d’extension de l’ensemble selon le premier aspect, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - la collecte, par l’unité de traitement, des données avion et des données FADEC, et la détermination, par ladite unité de traitement, à partir des données collectées, des charges appliquées à la turbomachine ; et, - la détermination, à partir des charges déterminées et à partir de données issues d’un modèle prédéterminé, de la longueur à laquelle doit être réglée le système d’extension. L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la FIG. 1 est une représentation schématique d’un ensemble comprenant une turbomachine d’aéronef et un pylône d’accrochage de la turbomachine à un élément de l’aéronef selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la FIG. 2 est une représentation schématique d’un ensemble comprenant une turbomachine d’aéronef et un pylône d’accrochage de la turbomachine à un élément de l’aéronef selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; la FIG. 3 est une représentation schématique d’un ensemble comprenant une turbomachine d’aéronef et un pylône d’accrochage de la turbomachine à un élément de l’aéronef selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; la FIG. 4 est une représentation schématique d’un ensemble comprenant une turbomachine d’aéronef et un pylône d’accrochage de la turbomachine à un élément de l’aéronef selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; et, la FIG. 5 est un logigramme d’une loi de commande de la longueur d’un système d’extension d’un organe de suspension selon un mode de réalisation de l’invention. En référence à la FIG. 1 et à la FIG. 2 , nous allons maintenant décrire des modes de réalisation d’un ensemble 101 comprenant une turbomachine d’aéronef 103 et un pylône 105 d’accrochage de la turbomachine 103 à un élément de l’aéronef 100. La turbomachine 103 s’étend longitudinalement selon un axe X et comprend d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, une hélice 107 (uniquement représentée à la FIG. 1 ), un carter structural amont 109, un carter structural intermédiaire 111, un cœur 113 et un carter structural aval 115. Dans l’exemple représenté, l’hélice 107 est non-carénée. Toutefois l’invention s’applique également à une turbomachine dans laquelle l’hélice (qui est appelée soufflante dans ce cas) est carénée. De même, l’invention s’applique également à un ensemble qui comprend un nombre de carters structuraux plus élevé que les trois carters structuraux montrés dans cet exemple. L’ensemble 101 comprend également un premier organe de suspension 117 qui est situé dans un plan P1, de préférence perpendiculaire à l’axe X, qui est relié d’une part au pylône 105 et d’autre part au carter structural amont 109. L’ensemble 101 comprend encore un deuxième organe de suspension 119 qui est situé dans un plan P2, de préférence perpendiculaire à l’axe X, qui est relié d’une part au pylône 105 et d’autre part au carter structural intermédiaire 111. Enfin, outre le premier organe de suspension 117 et le deuxième organe de suspension 119 qui correspondent à un système de suspension connu dans lequel la turbomachine 103 est maintenue en porte-à-faux, l’ensemble 101 comprend un troisième organe de suspension 121 qui est situé dans un plan P3 perpendiculaire à l’axe X et qui est relié d’une part au pylône 105 et d’autre part au carter structural aval 113. En d’autres termes, un plan de suspension supplémentaire, à l’aval de la turbomachine 103, s’ajoute à sa suspension classique en porte-à-faux obtenue par deux plans de suspension à l’amont de la turbomachine 103. Dans un mode de réalisation particulier, le troisième organe de suspension 121 peut être rigide, c’est-à-dire qu’il entraîne un maintien fixe. En outre, comme il est visible en particulier à la FIG. 2 , le troisième organe de suspension 121 comprend un système d’extension 123 de sa longueur L. Des moyens de pilotage 125, visibles aux figures 3 et 4 et décrits plus en détail plus loin, permettent de piloter le réglage de la longueur L de ce système d’extension 123. Le système d’extension 123 est un système mécanique rigide dont la longueur L peut être modifiée sur commande. En d’autres termes, la modification de cette longueur L est pilotée de manière active par les moyens de pilotage 125, par exemple en réponse à une action d’un opérateur ou à des signaux reçus représentatifs d’une phase de vol déterminée d’un aéronef. En outre, la modification de la longueur L du système d’extension 123 peut être réalisée dans les deux sens et, par conséquent, bien que le système soit dit d’extension, il permet dans la pratique de réaliser un allongement ou une rétractation de l’organe de suspension 121 en fonction de la situation. Grâce à l’invention, la suspension de la turbomachine permet à la fois de limiter les charges de type 1P et les charges de poussées subies par le cœur tout en réduisant les charges sous gravitaires (en particulier les charges sous gravitaires statiques verticales) également subies par le cœur. Dans l’exemple non-limitatif représenté à la FIG. 2 , le système d’extension 123 est relié au pylône 105 par une première liaison rotule 127 et au carter structural aval 115 par une seconde liaison rotule 129. Dit autrement, le système d’extension 123 est situé entre deux liaisons rotules qui l’encadrent de part et d’autre. Avantageusement, la présence de liaisons rotules des deux côtés permet de conserver une contrainte le long de l’axe principal du système d’extension 123. Dans un mode de réalisation particulier, la variation de la longueur L du système d’extension 123 est comprise entre 4 centimètres et 8 centimètres, et elle est de préférence égale à 6 centimètres. Une telle variation est adaptée aux dimensions de la turbomachine et aux efforts subis (tels que la poussée, les efforts 1P, le moment 1P) qui sont à l’origine d’un déplacement vertical (i.e. orthogonal à l’axe X) du carter structural aval 115. La FIG. 3 montre un mode de réalisation particulier dans lequel le système d’extension 123 est une liaison vis/écrou et les moyens de pilotage 125 comprennent un moteur électrique 131 configuré pour actionner cette liaison vis/écrou ce qui entraîne une variation de la longueur du système d’extension 123. Dans l’exemple non-limitatif représenté, le moteur électrique 131 forme, avec des moyens d’alimentation 133 dudit moteur électrique 131, un bloc de puissance 135. Les moyens d’alimentation 133 peuvent être, par exemple, une batterie électrique, un circuit électrique de la turbomachine ou un circuit électrique de l’aéronef. Dans tous les cas, ils permettent d’alimenter le moteur électrique 131 en énergie électrique de sorte que celui-ci puisse actionner la liaison vis/écrou pour modifier la longueur du système d’extension 123. En outre, dans cet exemple, le moteur électrique 131 est positionné du côté du pylône 105 (voire de l’aéronef), afin de ne pas encombrer/alourdir la turbomachine 103. Par ailleurs, le pilotage du moteur électrique 131 se fait grâce à des données, issues de la base de données 137, et reçues de l’aéronef - on parle de données avion 139 - et du FADEC 141 (de l’anglais « Full Authority Digital Engine Control » également appelé calculateur en français). Concrètement, une unité de traitement 143 reçoit ces données, et sur la base de ces données, génère une commande transmise au moteur électrique 131 pour actionner ledit moteur électrique 131 de manière à modifier la longueur du système d’extension 123 en conséquence. Dans cet exemple, l’unité de traitement 143 est comprise dans le FADEC 141. Dans différents modes de réalisation elle peut être distincte du FADEC, comprise dans celui-ci ou assimilée à celui-ci. Ainsi, dans cet exemple non-limitatif, les moyens de pilotage 125 comprennent à la fois le moteur électrique 131 configuré pour actionner la liaison vis/écrou du système d’extension 123 et l’unité de traitement 143 configurée pour commander le moteur électrique 131. La FIG. 4 montre un autre mode de réalisation particulier dans lequel le système d’extension 123 est un vérin hydraulique et les moyens de pilotage 125 comprennent une pompe hydraulique 145 configurée pour actionner ce vérin ce qui entraîne une variation de la longueur du système d’extension 123. Dans l’exemple non-limitatif représenté, la pompe hydraulique 145 forme, avec des moyens d’alimentation 147 de ladite pompe hydraulique 145, un bloc de puissance hydraulique 149. Les moyens d’alimentation 147 peuvent être, par exemple, un réservoir hydraulique. Dans tous les cas, ils permettent d’alimenter la pompe hydraulique 149 de sorte que celle-ci puisse actionner le vérin hydraulique pour modifier la longueur du système d’extension 123. En outre, dans cet exemple, la pompe hydraulique 145 et le réservoir hydraulique 147 sont positionnés du côté du pylône 105 (voire de l’aéronef), afin de ne pas encombrer/alourdir la turbomachine 103. Par ailleurs, le pilotage de la pompe hydraulique 145 se fait grâce à des données, issues de la base de données 137, et reçues de l’aéronef - on parle de données avion 139 - et du FADEC 141 (de l’anglais « Full Authority Digital Engine Control »). Concrètement, une unité de traitement 143 reçoit ces données, et sur la base de ces données, génère une commande transmise à la pompe hydraulique 145 pour actionner ladite pompe hydraulique 145 de manière à modifier la longueur du système d’extension 123 en conséquence. Dans cet exemple, l’unité de traitement 143 est distincte du FADEC 141. Dans différents modes de réalisation elle peut être comprise dans celui-ci ou assimilée à celui-ci. Ainsi, dans cet exemple non-limitatif, les moyens de pilotage 125 comprennent à la fois la pompe hydraulique 145 configurée pour actionner la liaison vis/écrou du système d’extension 123 et l’unité de traitement 143 configurée pour commander la pompe hydraulique 145. Les deux modes de réalisation décrits en référence aux figures 3 et 4 présentent des avantages et inconvénients différents et complémentaire. En l’espèce, l’utilisation d’une liaison vis/écrou est plus robuste tout en étant moins réactive tandis que l’utilisation d’un vérin hydraulique est plus réactive tout en étant moins robuste. Comme évoqué plus haut, les moyens de pilotage 125 peuvent être configurés pour régler la longueur L du système d’extension 123 en fonction de phases de vol de l’aéronef 100. Par exemple, la longueur L du système d’extension 123 peut ainsi être modifiée suivant que l’aéronef 100 est dans une phase de décollage, d’atterrissage, de croisière ou à l’arrêt. Plus précisément, pour ce faire, le réglage de la longueur L du système d’extension 123 par les moyens de pilotage 125 peut suivre une loi de pilotage déterminée à partir de la base de données 137 qui comprend les données avion 139 et les données issues du FADEC 141. Dans ce cas, comme dit plus haut, l’unité de traitement 143 génère, à partir des données reçues et de la loi de pilotage, des commandes (qui sont par exemple transmises au moteur électrique ou à la pompe hydraulique) qui entraînent la modification de la longueur du système d’extension 123. Dans un mode de réalisation particulier, la loi de pilotage en question est préalablement déterminée à partir d’un angle d’attaque, d’une altitude, d’un mach et d’un régime de rotation moteur de l’aéronef 100. Ces données sont comprises dans la base de données 137 et peuvent avoir été acquises, par exemple, par l’intermédiaire de capteurs équipant la turbomachine 103 ou l’aéronef 100 de manière générale. La FIG. 5 montre plus en détail un exemple d’implémentation de loi de pilotage du réglage de la longueur L du système d’extension 123. En d’autres termes, il s’agit d’un mode de mise en œuvre d’un procédé 500 de pilotage du réglage de la longueur L du système d’extension 123 de l’ensemble 101 tel que décrit en référence aux figures 1 à 4. Dans l’exemple représenté, les données avion 139 et les données FADEC 141 (qui peuvent comprendre les exemples listés plus haut tels qu’un angle d’attaque, une altitude etc…) sont collectées par l’unité de traitement 143 qui met en œuvre, à partir de ces données, une étape 501 de détermination des charges appliquées à la turbomachine 103. L’étape suivante 503 consiste, à partir des charges déterminées à l’étape précédente, en la détermination de la longueur L à laquelle doit être réglée le système d’extension 123. Une commande pourra ensuite être générée à partir de cette longueur déterminée. En outre, dans l’exemple non-limitatif représenté, la détermination de la longueur L (i.e. l’étape 503) est également réalisée à partir de données issues d’un modèle prédéterminé 151. Dans ce cas, l’unité de traitement 143 peut appliquer les charges déterminées grâce aux données reçues à un modèle (par exemple un modèle de type IFEM 3D, de l’anglais « Integral Finite Element Model 3D » qui est un modèle par éléments finis de tout l’ensemble) prévoyant la déflection du cœur 113 de la turbomachine 103 en fonction desdites charges pour pouvoir déterminer la longueur L optimale du troisième organe de suspension 121. Dans un mode de réalisation particulier également, les moyens de pilotage 125 et le système d’extension 123 ont un temps de réponse compris entre 0,1 seconde et 0,8 seconde, notamment entre 0,4 seconde et 0,6 seconde, et de préférence égale à 0,5 seconde. C’est-à-dire, par exemple, que le temps s’écoulant entre l’émission d’une commande par l’unité de traitement et sa mise en œuvre par le moteur électrique et la liaison vis/écrou ou par la pompe hydraulique et le vérin hydraulique est compris entre 0,1 seconde et 0,8 seconde. Avantageusement, un tel temps de réponse est adapté au temps s’écoulant entre l’activation d’une commande de vol et la réaction de l’aéronef à ladite commande. Ensemble (101) comprenant une turbomachine d’aéronef (103) et un pylône (105) d’accrochage de la turbomachine (103) à un élément de l’aéronef (100), la turbomachine (103) s’étendant longitudinalement selon un axe (X) et comprenant d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, une hélice (107), un carter structural amont (109), un carter structural intermédiaire (111), un cœur (113) et un carter structural aval (115), ledit ensemble (101) comprenant en outre, dans un premier plan (P1), un premier organe de suspension (117) relié d’une part au pylône (105) et d’autre part au carter structural amont (109), dans un deuxième plan (P2), un deuxième organe de suspension (119) relié d’une part au pylône (105) et d’autre part au carter structural intermédiaire (111), et, dans un troisième plan (P3) perpendiculaire à l’axe (X), un troisième organe de suspension (121) relié d’une part au pylône (105) et d’autre part au carter structural aval (115), ledit ensemble (101) étant caractérisé en ce que le troisième organe de suspension (121) comprend un système d’extension (123) de sa longueur (L) et des moyens de pilotage (125) du réglage de ladite longueur (L). Ensemble (101) selon la revendication 1, dans lequel le système d’extension (123) comprend une liaison vis/écrou et les moyens de pilotage (125) comprennent au moins un moteur électrique (131) configuré pour actionner ladite liaison vis/écrou. Ensemble (101) selon la revendication 1, dans lequel le système d’extension (123) comprend un vérin hydraulique et les moyens de pilotage (125) comprennent au moins une pompe hydraulique (145) configurée pour actionner ledit vérin hydraulique. Ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système d’extension (123) est relié au pylône (105) par une première liaison rotule (127) et au carter structural aval (115) par une seconde liaison rotule (129). Ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de pilotage (125) et le système d’extension (123) ont un temps de réponse compris entre 0,1 seconde et 0,8 seconde, de préférence égale à 0,5 seconde. Ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de pilotage (125) sont configurés pour régler la longueur (L) du système d’extension (123) en fonction de phases de vol de l’aéronef (100). Ensemble (101) selon la revendication 6, dans lequel le réglage de la longueur (L) du système d’extension (123) par les moyens de pilotage (125) suit une loi de pilotage déterminée à partir d’une base de données comprenant des données avion (139) et des données issues d’un FADEC (141). Ensemble (101) selon la revendication 7, dans lequel la loi de pilotage est préalablement déterminée à partir d’un angle d’attaque, d’une altitude, d’un mach et d’un régime de rotation moteur d’un aéronef (100). Aéronef (100) comprenant un ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Procédé (500) de pilotage du réglage de la longueur (L) du système d’extension (123) de l’ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant les étapes suivantes : - la collecte (501), par l’unité de traitement (143), des données avion (139) et des données FADEC (141), et la détermination (501), par ladite unité de traitement (143), à partir des données collectées, des charges appliquées à la turbomachine (103) ; et, - la détermination (503), à partir des charges déterminées et à partir de données issues d’un modèle prédéterminé (151), de la longueur (L) à laquelle doit être réglée le système d’extension (123).