Brevet FR3164252A1 — publié le 20260109

L’invention concerne un système de trains épicycloïdaux pour turbomachine, comprenant : i) un premier train épicycloïdal (10) destiné à assurer une fonction de réduction mécanique entre un premier arbre (9) relié à une turbine et un deuxième arbre (14) relié à une soufflante, et comportant : -un pignon solaire (10a) relié au premier arbre, -une couronne (10b) reliée au deuxième arbre, -plusieurs pignons satellite (10c) s’engrenant avec le pignon solaire et la couronne, ii) un deuxième train épicycloïdal (20) comprenant des machines électriques (22) comportant chacune une partie formant rotor (22b) et une partie formant stator (22a), l’ensemble des parties formant rotors constituant un premier ensemble et l’ensemble des parties formant stators constituant un deuxième ensemble, l’un des deux ensembles étant relié à la couronne (10b) du premier train tandis que l’autre des deux ensembles est destiné à être relié à une partie fixe (18b) de turbomachine. Fig. 2. Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine et turbomachine comprenant un tel système Le présent exposé concerne un système de trains épicycloïdaux pour turbomachine et une turbomachine comprenant un système de trains épicycloïdaux. Les turbomachines équipées d’un réducteur comprennent généralement des soufflantes dont la vitesse de rotation est relativement lente, voire très lente lorsqu’il s’agit d’un moteur à hélice. Lorsque l’aéronef équipé d’une telle turbomachine est soumis à des conditions de température, d’humidité et de vitesse spécifiques propices à l’apparition de givre, la faible vitesse de rotation des soufflantes les rend particulièrement sujettes à l’accrétion de glace. En effet, les efforts centrifuges auxquels la soufflante est soumise ne suffisent plus pour éjecter de manière naturelle les concrétions de glace qui se sont formées. Par conséquent, un système de dégivrage est nécessaire pour faire fondre la glace accumulée sur la soufflante. Actuellement, des résistances électriques chauffantes sont par exemple montées sur les bords d’attaque des aubes de la soufflante. Lorsque ces résistances sont traversées par un courant électrique, de la chaleur est ainsi produite, ce qui permet de faire fondre la glace accumulée sur les bords d’attaque. La puissance électrique nécessaire à l’activation de ces résistances électriques est généralement fournie par des générateurs situés au niveau du boîtier d’entraînement des accessoires de la turbomachine. La transmission de l’énergie électrique depuis le carter de ce boîtier jusqu’au rotor de la soufflante est par exemple réalisée par l’intermédiaire de balais qui frottent sur ce rotor. Toutefois, cette solution est soumise à des phénomènes d’usure mécanique et manque de fiabilité, ce qui la rend difficilement compatible avec des contraintes d’exploitation de moteurs qui sont destinés à équiper des aéronefs volant très fréquemment et pour lesquels une maintenance aussi réduite que possible est envisagée. Il existe donc un réel besoin pour générer de l’électricité afin d’alimenter des dispositifs chauffants pour une soufflante de turbomachine en s’affranchissant, au moins en partie, des inconvénients inhérents à l’art antérieur précité. Selon un premier aspect, le présent exposé concerne un système de trains épicycloïdaux pour turbomachine, comprenant : i) un premier train épicycloïdal destiné à assurer une fonction de réduction mécanique entre un premier arbre relié à une turbine de turbomachine et un deuxième arbre relié à une soufflante de turbomachine, le premier train épicycloïdal comportant: -un pignon solaire destiné à être relié au premier arbre de turbine, -une couronne destinée à être reliée au deuxième arbre de soufflante, -plusieurs pignons satellite s’engrenant, d’une part, avec le pignon solaire et, d’autre part, avec la couronne, ii) un deuxième train épicycloïdal comprenant une pluralité de machines électriques qui comportent chacune une partie formant rotor et une partie formant stator, l’ensemble des parties formant rotors constituant un premier ensemble et l’ensemble des parties formant stators constituant un deuxième ensemble, l’un des premier et deuxième ensembles étant relié à la couronne du premier train épicycloïdal tandis que l’autre des premier et deuxième ensembles est destiné à être relié à une partie fixe de turbomachine. Le système précité permet ainsi de générer de l’électricité dans les machines électriques par la simple rotation du premier train épicycloïdal, ce qui permet de disposer d’électricité ainsi générée au niveau du rotor de la soufflante, évitant ainsi les problèmes d’usure de balais de l’art antérieur. L’électricité ainsi générée peut-être simplement transférée aux aubes de la soufflante pour alimenter un dispositif chauffant de dégivrage. Selon d’autres caractéristiques possibles : - la pluralité de machines électriques est dans une configuration à flux radial avec, pour chaque machine électrique, le stator qui entoure de manière concentrique le rotor -le pignon solaire du premier train épicycloïdal est monté rotatif autour d’un axe de rotation appelé axe principal dudit premier train épicycloïdal, le deuxième train épicycloïdal étant disposé de manière adjacente au premier train épicycloïdal suivant une direction axiale prise selon l’axe de rotation principale du premier train épicycloïdal ; - l’ensemble qui est relié à la couronne du premier train épicycloïdal est l’ensemble des parties formant stators ; -chacune des parties formant rotors ou stators de l’ensemble qui est destiné à être relié à une partie fixe de turbomachine est montée sur un satellite ; - la pluralité de machines électriques comporte un nombre n de machines électriques avec n≥3; - chacune des parties formant rotors comprend un rotor à aimants permanents ; - chacune des parties formant stators comprend une bobine. Un deuxième aspect de l’exposé concerne une turbomachine comprenant -une turbine reliée à un premier arbre dit arbre de turbine, -une soufflante reliée à un deuxième arbre dit arbre de soufflante, -un système de trains épicycloïdaux pour turbomachine tel que brièvement exposé ci-dessus, dans lequel le premier train épicycloïdal est configuré pour assurer une fonction de réduction mécanique entre le premier arbre de turbine et le deuxième arbre de soufflante. Selon d’autres caractéristiques possibles : -le deuxième train épicycloïdal est disposé entre le premier train épicycloïdal et la soufflante de turbomachine ; -la partie fixe de turbomachine est une couronne de stator. Dans le présent exposé, les termes « longitudinal », « transversal », « inférieur », « supérieur » et leurs dérivés sont définis par rapport à la direction principale des aubes ; les termes « axial », « radial », « tangentiel », « intérieur », « extérieur » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe principal de la turbomachine ; on entend par « plan axial » un plan passant par l’axe principal de la turbomachine et par « plan radial » un plan perpendiculaire à cet axe principal ; enfin, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation de l’air dans la turbomachine. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du système de trains épicycloïdaux et de la turbomachine incorporant ce système. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé. Sur ces dessins, d’une figure à l’autre, des éléments (ou parties d’élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. FIG. 1 La FIG. 1 est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine selon un mode de réalisation. FIG. 2 La FIG. 2 représente une vue schématique en coupe demi-axiale de la partie amont de la turbomachine de la FIG. 1 . FIG. 3 La FIG. 3 représente une vue schématique en coupe transversale du deuxième train épicycloïdal partiellement représenté sur la FIG. 2 . Afin de rendre plus concret l’exposé, un exemple de turbomachine est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. La FIG. 1 représente, en coupe selon un plan vertical passant par son axe principal A, une turbomachine telle qu’un turboréacteur à double flux noté 1 selon un mode de réalisation. La turbomachine comporte, d’amont en aval selon la circulation du flux d’air (de gauche à droite sur la figure), une soufflante 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. La soufflante 2 permet l’aspiration d’un flux d’air entrant auquel on impose deux circulations indépendantes, pour former un flux d’air primaire (flux chaud) et un flux d’air secondaire (flux froid). L’air du flux primaire peut par exemple être comprimé au sein du compresseur basse pression 3, puis du compresseur haute pression 4, et être ensuite mélangé à un carburant et brûlé au sein de la chambre de combustion 5. Les gaz expulsés de la chambre de combustion peuvent traverser la turbine haute pression 6 puis la turbine basse pression 7 avant de subir une accélération à travers une tuyère d’éjection. Le flux secondaire quant à lui contourne la partie chaude du réacteur en empruntant un passage annulaire qui est disposé de manière externe au cœur du réacteur dans lequel circule le flux primaire. La turbomachine 1 comprend également un réducteur de vitesse 10 disposé entre le compresseur basse pression 3 et la soufflante 2. Dans cette turbomachine, la turbine haute pression 6 entraîne le compresseur haute pression 4 par l’intermédiaire d’un arbre haute pression 8. La turbine basse pression 7, également appelé turbine rapide, entraîne, quant à elle, le compresseur basse pression 3, également appelé compresseur rapide, par l’intermédiaire d’un arbre basse pression 9. La turbine rapide 7 entraîne également la soufflante 2 par l’intermédiaire du réducteur de vitesse 10. De cette manière, la soufflante 2 peut être entraînée à vitesse réduite, ce qui est favorable du point de vue aérodynamique, tandis que le compresseur basse pression 3 peut être entraîné à une vitesse plus importante, ce qui est favorable d’un point de vue thermodynamique. La FIG. 2 représente de manière schématique une demi-coupe axiale agrandie de la partie amont de la turbomachine où se trouvent la soufflante 2 et le réducteur 10. Une partie d’une aube de la soufflante 2 est représentée ainsi qu’un cône de soufflante 12 qui est généralement solidaire de l’arbre de soufflante. L’aube de soufflante est raccordée de manière connue à l’arbre de soufflante 14 par l’intermédiaire d’un rotor ou disque de soufflante 16. La FIG. 2 montre également une architecture fixe formant stator 18 à laquelle est raccordé le réducteur 10. Le réducteur 10 est un train épicycloïdal, appelé premier train épicycloïdal, destiné à assurer une fonction de réduction mécanique (de vitesse) entre, d’une part, l’arbre 9 relié à la turbine basse pression 7 et, d’autre part, l’arbre 14 relié à la soufflante 2. Le premier train épicycloïdal 10 comporte plus particulièrement, de manière connue: -un pignon solaire ou planétaire 10a relié à l’arbre 9 de turbine, -une couronne 10b (externe relativement à la position centrale interne du pignon 10a) reliée à l’arbre 14 de soufflante, -plusieurs pignons satellite 10c s’engrenant, d’une part, avec le pignon solaire 10a et, d’autre part, avec la couronne 10b. Les pignons satellite 10c sont généralement disposés circonférentiellement autour du pignon solaire 10a et la couronne 10b entoure l’ensemble des pignons satellite 10c. Comme représenté sur la FIG. 2 , les pignons satellite 10c sont reliés à un porte-satellite 18a solidaire de l’architecture statorique 18 et disposé dans une zone radialement interne de cette architecture. Le pignon solaire 10a du premier train épicycloïdal 10 est monté rotatif autour d’un axe de rotation appelé axe principal dudit premier train épicycloïdal et qui est matérialisé par l’axe Ap sur la FIG. 2 . L’axe Ap est parallèle à l’axe principal de la turbomachine. La turbomachine comprend également un deuxième train épicycloïdal 20 disposé entre le premier train épicycloïdal 10 et la soufflante 2, dans une zone radialement interne de l’architecture statorique 18, relativement exiguë et qui n’est généralement pas utilisée. Comme représenté sur la FIG. 2 , le deuxième train épicycloïdal 20 est plus particulièrement disposé de manière adjacente au premier train épicycloïdal 10 suivant une direction axiale prise selon l’axe de rotation principal Ap du premier train épicycloïdal 10. Cet agencement axial dans la zone radialement interne inoccupée de l’architecture statorique 18 permet au deuxième train épicycloïdal 20 de générer un minimum d’encombrement additionnel puisqu’il est logé dans un espace vide existant. Le deuxième train épicycloïdal 20 comprend plus particulièrement une pluralité de n machines électriques qui comportent chacune une partie formant rotor et une partie formant stator. Le nombre n de machines électriques est supérieur ou égal à 3. Sur la FIG. 2 seule une machine électrique 22 est représentée avec ici la partie formant stator 22a qui entoure de manière concentrique la partie formant rotor 22b. La pluralité de machines électriques est ainsi dans une configuration à flux radial, ce qui procure de la compacité au deuxième train 20. Toutefois, d’autres configurations de machines électriques sont envisageables telles que des configurations à flux axial. La FIG. 3 illustre la disposition circonférentielle de la pluralité des machines électriques 22 du deuxième train épicycloïdal 20 (suivant une vue dans un plan transversal) qui sont ici au nombre de cinq dans cet exemple. Le nombre de machines dépend de la puissance électrique nécessaire au dégivrage et de contraintes d’intégration (optimum à choisir entre un nombre donné de machines ayant chacune un encombrement réduit et un nombre réduit de machines à encombrement supérieur). Dans cette configuration, l’ensemble des parties formant stators 22a de toutes les machines 22 est relié à la couronne 10b du premier train épicycloïdal 10, tandis que l’ensemble des parties formant rotors 22b de toutes ces machines est relié à une partie fixe de la turbomachine, en l’occurrence ici de l’architecture statorique 18. Plus particulièrement, chaque partie formant rotor 22b est portée par un satellite 22c (figs 2 et 3) qui est en engrènement avec une couronne statorique externe 18b solidaire de l’architecture statorique 18. La couronne 18b est, comme le porte-satellite 18a, agencé dans une zone radialement interne de l’architecture statorique 18. Comme représenté sur la FIG. 2 , l’ensemble des parties formant stators 22a et la couronne 10b sont également reliées conjointement à l’arbre de soufflante 14. Dans ce mode de réalisation chacune des parties formant rotors 22b comprend un rotor à aimants permanents, tandis que chacune des parties formant stators 22a comprend une bobine inductrice. Dans cette configuration, les bobines inductrices sont donc montées directement sur le rotor de soufflante, ce qui évite les problèmes d’usure et de manque de fiabilité relevés dans l’art antérieur où il était nécessaire de transférer de l’électricité dans un repère tournant. Le système formé par les deux trains épicycloïdaux 10 et 20 ainsi définis et qui est intégré dans la turbomachine de la FIG. 1 permet, grâce à la rotation du premier train 10 (réducteur conventionnel), de générer de l’électricité dans le deuxième train 20. L’électricité ainsi générée est transmise, par des liaisons électriques 24 représentées schématiquement en pointillés sur la FIG. 2 et qui vont des parties formant stators 22a jusqu’aux aubes pour alimenter, par exemple, les résistances chauffantes internes à celles-ci ou tout autre dispositif chauffant/dispositif de dégivrage de celles-ci. L’agencement des deux trains 10 et 20 l’un derrière l’autre (dans une disposition axiale) offre ici un encombrement réduit et optimal compte tenu de la configuration des lieux. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/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. Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine, comprenant : i) un premier train épicycloïdal (10) destiné à assurer une fonction de réduction mécanique entre un premier arbre (9) relié à une turbine de turbomachine et un deuxième arbre (14) relié à une soufflante de turbomachine, le premier train épicycloïdal comportant : -un pignon solaire (10a) destiné à être relié au premier arbre de turbine, -une couronne (10b) destinée à être reliée au deuxième arbre de soufflante, -plusieurs pignons satellite (10c) s’engrenant, d’une part, avec le pignon solaire et, d’autre part, avec la couronne, ii) un deuxième train épicycloïdal (20) comprenant une pluralité de machines électriques (22) qui comportent chacune une partie formant rotor (22b) et une partie formant stator (22a), l’ensemble des parties formant rotors constituant un premier ensemble et l’ensemble des parties formant stators constituant un deuxième ensemble, l’un des premier et deuxième ensembles étant relié à la couronne (10b) du premier train épicycloïdal tandis que l’autre des premier et deuxième ensembles est destiné à être relié à une partie fixe (18b) de turbomachine. Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de machines électriques est dans une configuration à flux radial avec, pour chaque machine électrique, le stator qui entoure de manière concentrique le rotor. Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le pignon solaire (10a) du premier train épicycloïdal (10) est monté rotatif autour d’un axe de rotation appelé axe principal (Ap) dudit premier train épicycloïdal, le deuxième train épicycloïdal (20) étant disposé de manière adjacente au premier train épicycloïdal suivant une direction axiale prise selon l’axe de rotation principale du premier train épicycloïdal. Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble qui est relié à la couronne (10b) du premier train épicycloïdal (10) est l’ensemble des parties formant stators (22a). Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacune des parties formant rotors ou stators de l’ensemble qui est destiné à être relié à une partie fixe (18b) de turbomachine est montée sur un satellite (22c). Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de machines électriques (22) comporte un nombre n de machines électriques avec n≥3. Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacune des parties formant rotors (22b) comprend un rotor à aimants permanents. Système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacune des parties formant stators (22a) comprend une bobine. Turbomachine (1) comprenant : -une turbine (7) reliée à un premier arbre (9) dit arbre de turbine, -une soufflante (2) reliée à un deuxième arbre (14) dit arbre de soufflante, -un système de trains épicycloïdaux pour turbomachine selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier train épicycloïdal (10) est configuré pour assurer une fonction de réduction mécanique entre le premier arbre de turbine (9) et le deuxième arbre de soufflante (14). Turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle le deuxième train épicycloïdal (20) est disposé entre le premier train épicycloïdal (10) et la soufflante (2) de turbomachine. Turbomachine selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle la partie fixe de turbomachine est une couronne de stator (18b).