CA2656206A1

CA2656206A1 - Turbomoteur pour aeronef

Info

Publication number: CA2656206A1
Application number: CA002656206A
Authority: CA
Inventors: Alain Porte; Frederic Chelin; David Lambert
Original assignee: Individual
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: FR2903733A1; FR2903733B1; WO2008006960A2; RU2398122C1; WO2008006960A3; US20090290978A1; JP4982561B2; CA2656206C; US8142144B2; CN101490391A; EP2038533A2; JP2009542973A; BRPI0713170A2

Abstract

Turbomoteur (1) pour aéronef, présentant un axe longitudinal (L-L) et com portant: une entrée d'air (2), pourvue d'une paroi interne tubulaire (5); et une soufflante (3), alimentée en air par ladite entrée d'ari (2) et enfermé e dans un carter, également tubulaire, l'extrémité arrière de ladite paroi i nterne de l'entrée d'air (2) et l'extrémité avant dudit carter de la souffla nte (3) étant solidarisées l'une de l'autre à l'aide d'éléments de fixation, tels que vis, boulons ou analogue. Selon l'invention, la paroi interne (5.1 ) de l'entrée d'air (2) et le carter (12.1 ) de la soufflante (3) sont des pièces de matière composite fibres/résine, assemblées par leurs extrémités ( 5.1 R) et (12.1A) en regard.

Description

turbomoteur pour aéronef.

La présente invention concerne les turbomoteurs pour aéronef et, plus spécialement, le raccord entre l'entrée d'air et le carter de soufflante d'un.tel turbomoteur.
Dans les turbomoteurs connus, la paroi interne de l'entrée d'air et le carter de la soufflante sont métalliques et l'extrémité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air et l'extrémité avant dudit carter de souf-flante portent des brides périphériques saillantes coopérantes permettant la solidarisation de ladite entrée d'air et dudit carter à l'aide d'éléments de fixation (vis, boulons, ...) dont les axes sont parallèles à l'axe longitudinal du turbomoteur et qui traversent lesdites brides.
Etant donné les propriétés mécaniques, thermiques et massiques des matières composites fibres/résine, i( serait avantageux de pouvoir réaliser entièrement ladite paroi interne de l'entrée d'air et ledit carter de soufflante sous la forme de pièces d'une telle matière composite. Toute-fois, (es essais effectués dans ce sens ne se sont pas révélés intéressants du fait que, à l'usage, il se produit un délaminage des fibres au niveau du coude de raccord à 90 entre lesdites brides périphériques et le reste tu-bulaire de ladite paroi interne et dudit carter, délaminage qui entraîne une baisse importante de la résistance mécanique desdites pièces et même la rupture de ces dernières.
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient.
A cette fin, selon l'invention, le turbomoteur pour aéronef présen-tant un axe longitudinal et comportant - une entrée d'air, pourvue d'une paroi interne tubuiaire ; et - une soufflante, alimentée en air par ladite entrée d'air et enfermée dans un carter, également tubulaire,

2 PCT/FR2007/001133 l'extrémité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air et l'extrémité
avant dudit carter de la soufflante étant solidarisées l'une de l'autre à
l'aide d'éléments de fixation, tels que vis, boulons ou analogue, est remarquable en ce que :
- au moins l'une desdites pièces que sont ladite paroi interne de l'entrée d'air et ledit carter de la soufflante est réalisée en une matière compo-site fibres/résine ;
- ladite extrémité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air et ladite extrémité avant dudit carter de la soufflante sont uniformes, sans sail-lies aptes à servir à la solidarisation de ladite paroi interne et dudit car-ter, telles que brides périphériques ou analogue ; et - les axes desdits éléments de fixation font, avec ledit axe longitudinal du turbomoteur, un angle au moins égal à 60 .
Ainsi, grâce à la présente invention, on s'affranchit de la réalisa-tion de brides de raccordement dans les pièces composites constituant ladite paroi interne d'entrée d'air et ledit carter de soufflante. On évite donc les risques de délaminage au niveau du coude de raccord desdites brides.
Ladite paroi interne de l'entrée d'air et ledit carter de soufflante peuvent tous deux être réalisés en une matière composite fibres/résine et lesdits axes des éléments de fixation peuvent au moins approximative-ment être orthogonaux audit axe longitudinal du turbomoteur.
Dans un premier mode de réalisation de la présente invention, la-dite extrémité arrière de la paroi interne de l'entrée d'air et ladite extrémité
avant du carter de la soufflante s'emboîtent l'une dans l'autre et lesdits éléments de fixation traversent les parties emboîtées desdites extrémités avant et arrière. Dans un tel emboîtement, ('extrémité arrière de ladite pa-roi interne de l'entrée d'air peut pénétrer dans l'extrémité avant dudit car-ter de la soufflante ou bien, au contraire, l'extrémité avant dudit carter de

3 PCT/FR2007/001133 la soufflante pénètre dans l'extrémité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air. De plus, ledit emboîtement peut être réalisé avec contact direct entre lesdites extrémités avant et arrière, ou bien avec interposition d'au moins une bague d'entretoise entre lesdites extrémités avant et ar-rière. Bien entendu, dans ce dernier cas, lesdits moyens de fixation traver-sent également la ou les bague(s) d'entretoise. Par ailleurs, quel que soit le mode d'emboîtement, la surface de contact peut être cylindrique ou coni-que.
Dans un second mode de réalisation, ladite extrémité arrière de la-dite paroi interne de l'entrée d'air et ladite extrémité avant dudit carter de soufflante sont solidarisées l'une de l'autre par l'intermédiaire d'une cou-ronne de raccordement (en une seule pièce ou en plusieurs segments an-gulairement répartis) dans laquelle elles pénètrent, des éléments de fixa-tion traversent les parties en regard de ladite couronne et de ladite extré-mité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air, et d'autres éléments de fixation traversent les parties en regard de ladite couronne et de ladite extrémité avant dudit carter de la soufflante. Là également, la surface de contact entre ladite couronne de raccordement, d'une part, et ladite ex-trémité avant et arrière, d'autre part, peuvent être cylindriques ou coni-ques. Eventuellement, ladite couronne de raccordement peut comporter une cloison transversale.
Quel que soit le mode de réalisation de la présente invention, on peut prévoir que :
- au moins certains desdits éléments de fixation sont des boulons dont les écrous sont prisonniers de l'une ou l'autre desdites extrémités avant et arrière ;
- au moins certains desdits éléments de fixation sont reliés à une desdi-tes extrémités avant ou arrière par l'intermédiaire d'organes plastique-ment déformables permettant d'absorbér au moins en partie l'énergie

4 PCT/FR2007/001133 d'une percussion du carter de soufflante par une pale brisée de cette dernière ;

- des moyens de centrage permettent de positionner de façon précise, autour de l'axe longitudinal du turbomoteur, l'une desdites extrémités avant ou arrière par rapport à l'autre.

La matière composite constituant ladite paroi interne de l'entrée d'air et ledit carter de la soufflante peut comporter des fibres de carbone, de bore, de verre, de carbure de silicium, etc ... et ladite paroi interne et ledit carter peuvent être obtenus par tout procédé connu (enroulement filamentaire, bobinage, dépose de fibres imprégnées ou de tissus impré-gnés, etc...).
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 montre, en demi-coupe schématique partielle, la partie avant d'un turbomoteur connu.
La figure 2 montre, également en demi-coupe schématique par-tielle, un exemple de solidarisation entre l'extrémité arrière de l'entrée d'air et l'extrémité avant du carter de soufflante, dans le turbomoteur connu de la figure 1.
Les figures 3 à 8 illustrent plusieurs exemples de solidarisation en-tre l'extrémité arrière de l'entrée d'air et l'extrémité avant du carter de soufflante dans un turbomoteur conforme à la présente invention.
La figure 9 est une vue de dessus partielle de l'exemple de solida-risation de la figure 8.

La figure 10 est une vue en plan d'une bague plastiquement dé-formable, utilisée dans l'exemple de réalisation de la figure 8.
La figure 11 correspond à une coupe selon la ligne XI-XI de la fi-gure 9.

5 PCT/FR2007/001133 Le turbomoteur de type connu 1, dont la partie avant est schéma-tiquement et partiellement montrée par la figure 1, comporte un axe longi-tudinal L-L. Cette partie avant comporte essentiellement une entrée d'air tubulaire 2 et une soufflante 3.
L'entrée d'air tubulaire 2 présente un bord d'attaque 4 et elle est pourvue d'une paroi interne tubulaire métallique 5, par exemple en alumi-nium, portant intérieurement un revêtement tubulaire d'atténuation acous-tique 6. Un capot externe 7 entoure ladite entrée d'air et délimite avec ladite paroi interne 5 une chambre 8 à section annulaire, obturée par une cloison arrière annulaire 9 du côté opposé audit bord d'attaque 4.
La soufflante 3 comporte des pales 10 et est entourée par un car-ter de soufflante 11 constitué par une pièce tubulaire métallique 12, par exemple en aluminium, et portant intérieurement un revêtement tubulaire d'atténuation acoustique 13.

L'extrémité arrière 2R de l'entrée d'air 2 et l'extrémité avant 1 1 A
du carter de soufflante 11 sont assemblées l'une à l'autre le long d'un plan de joint J.

Comme cela est montré à grande échelle sur la figure 2, l'assemblage des extrémités arrière 2R et avant 11 A est obtenu par deux brides annulaires coopérantes 14 et 15 faisant saillie vers l'extérieur de la paroi interne 5 et de la pièce tubulaire 12 et pressées l'une contre l'autre par des boulons 16 d'axes 1-1 parallèles à l'axe longitudinal L-L et traver-sant des perçages 17 et 18 en regard, pratiqués dans lesdites brides 14 et 15. Dans l'exemple de réalisation connu de la figure 2, la bride annulaire 14 est rapportée à la paroi interne 5 et est solidarisée de celle-ci par des boulons 19 et 20. Au contraire, dans cet exemple, la bride 15 est usinée d'une seule pièce avec la pièce tubulaire 12.
Par ailleurs, à chaque boulon 16 est associée une bague 21, tra-versée par ledit boulon 16 et solidarisée par lui de la bride 15. Les bagues

6 PCT/FR2007/001133 21 sont réalisées de façon à pouvoir être comprimées axialement de façon plastique. Ainsi, lorsqu'une pale 10 de la soufflante 3 se brise et vient heurter le carter 11, l'énergie de la percussion peut être au moins en par-tie absorbée par lesdites bagues 21.
Les figures 3 à 8 montrent, en vue comparable à la figure 2, des exemples de réalisation conformes à la présente invention dans lesquels la paroi interne de l'entrée d'air 2 et le carter de soufflante 11 sont réalisés par des pièces tubulaires de matière composite fibres/résine, respective-ment 5.1 à 5.6 et 12.1 à 12.6, dépourvues de brides saillantes aux ex-trémité 2R et 11 A et assemblées par des éléments de fixation 22.1 à 22.3 et 32.4, 34.4 orthogonaux à l'axe longitudinal L-L du turbomoteur 1.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la pièce tubulaire composite 5.1, formant la paroi interne de l'entrée d'air 2 et portant le revêtement d'atténuation acoustique interne 6, présente un diamètre infé-rieur à celui de la pièce tubulaire composite 12.1, formant le carter de soufflante 11 et portant le revêtement d'atténuation acoustique interne 13, de sorte que l'extrémité arrière 5.1 R de la pièce composite 5.1 peut pénétrer, de préférence à frottement doux, dans l'extrémité avant 12.1 A
de la pièce composite 12.1. Les pièces composites 5.1 et 12.1 sont as-semblées par des boulons transversaux 22.1, dont les axes x.1-x.1 sont orthogonaux à l'axe longitudinal L-L du turbomoteur 1 et qui traversent les extrémités 5.113 et 12.1 A en regard. Les écrous 23.1 des boulons 22.1 sont rendus prisonniers de la paroi interne de la pièce composite 5.1, par exemple par des vis 24.1, seulement représentées par des traits d'axe.
Dans la variante de réalisation illustrée par la figure 4, la pièce tu-bulaire composite 5.2, formant la paroi interne de l'entrée d'air 2 et por-tant le revêtement d'atténuation acoustique interne 6, a un diamètre supé-rieur à celui de la pièce tubulaire composite 12.2, formant le carter de soufflante 11 et portant le revêtement d'atténuation acoustique 13. De

7 PCT/FR2007/001133 plus, l'extrémité arrière 5.2R de la pièce composite 5.2 est intérieurement conique, alors que l'extrémité avant 12.2A de la pièce composite 12.2 est extérieurement conique. Ainsi, l'extrémifié avant 12:2A peut pénétrer dans l'extrémité arrière 5.2R, la surface de contact 25 desdites extrémités étant alors conique. Les pièces composites 5.2 et 12.2 sont assemblées par des boulons transversaux 22.2, dont les axes x.2-x.2 sont orthogo-naux à l'axe longitudinal L-L du turbomoteur 1 et qui traversent les extré-mités 5.2R et 12.2A en regard. Lés écrous 23.2 des boulons 22.2 sont prisonniers de pièces 26.2 rapportées à l'intérieur de l'extrémité avant 12.2A.

L'assemblage représenté schématiquement sur la figure 5 com-porte une pièce tubulaire composite 5.3, formant la paroi interne de l'entrée d'air 2 et portant le revêtement d'atténuation acoustique interne 6, et une pièce tubulaire composite 12.3, formant le carter de soufflante 11 et portant le revêtement d'atténuation acoustique 13. L'extrémité ar-rière 5.3R de la pièce 5.3 entoure l'extrémité avant 12.3A de la pièce 12.3 avec jeu et un système de cales cylindriques 27, 28 à surface de joint conique 29 est interposée entre lesdites extrémités 5.3R et 12,3A.
Ces dernières et les cales 27 , 28 sont traversées par des boulons trans-versaux 22.3, dont les axes x.3-x.3 sont orthogonaux à l'axe longitudinal L-L du turbomoteur 1 et qui servent à solidariser lesdites pièces composi-tes 5.3 et 12.3. Les écrous 23.3 des boulons 22.3 sont prisonniers de pièces 26.3 rapportées à l'extrémité avant 12.3A.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, l'extrémité arrière 5.4R d'une pièce composite 5.4, formant la paroi interne d'entrée d'air 2 et portant le revêtement d'atténuation acoustique 6, et l'extrémité avant 1 2.4A d'une pièce composite 12.4, formant Ie carter de soufflante 11 et portant le revêtement d'atténuation acoustique 13, sont assemblées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une couronne de raccord 30 dans les extré-

8 PCT/FR2007/001133 mités opposées de laquelle elles s'emboîtent. La couronne de raccord 30 comporte une paroi transversale 31, représentant au moins approximati-vement le plan de joint J, et des boulons transversaux 32.4, 33.4 et 35.4, dont les axes respectifs x4-x4, x5-x5 et x6-x6 sont orthogonaux à l'axe longitudinal L-L du turbomoteur 1, assurent la solidarisation des pièces 5.4 et 12.4 par l'intermédiaire de ladite couronne de raccord 30. Au moins certains des écrous des boulons 32.4, 33.4 et 34.4 sont prisonniers de la pièce 5.4 ou de la pièce 12.4 et la cloison arrière annulaire 9 peut être so-lidarisée de la pièce 5.4 par les boulons 34.4.
L'exemple de réalisation de la figure 7 est très proche de celui de la figure 6, à la différence près que la couronne de raccord 35, qui rem-place la couronne de raccord 30, ne comporte pas de paroi transversale (semblable à la paroi 31).
Il en est de même de l'exemple de réalisation des figures 8, 9 et 11, dans lequel les extrémités arrière 5.6R et avant 12.6R de deux pièces composite tubulaires 5.6 et 12.6 (formant respectivement la paroi interne de l'entrée d'air 2 et le carter de soufflante 11 et portant respectivement des revêtements d'atténuation acoustique 6 et 13) sont solidarisés l'une de l'autre par une couronne de raccord 36 sans paroi transversale et par des boulons 32.4, 33.4 et 34.4. Dans ce dernier mode de réalisation, les boulons 32.4, solidarisant la couronne 36 de la pièce composite 12.6, sont reliés à la couronne de raccord 36 par des organes plastiquement dé-formables 37. Chaque organe 37 comporte une bague centrale 38, des-tinée à être traversée par un boulon 32.4 et reliée à une bague externe 39 par des rayons plastiquement déformables 40, ladite bague externe étant apte à être solidarisée de la couronne 36, par exemple dans des perçages 41 de celle-ci.

9 PCT/FR2007/001133 Ainsi, lorsqu'une pale 10 de la soufflante 3 se brise et vient heur-ter le carter de soufflante 11 .(pièce 12.6), l'énergie de la percussion est absorbée par la déformation des rayons 40.
Par ailleurs, la couronne 36 peut permettre, par nature ou par conformation, une déformation plastique en cas de rupture de pale.
De plus, comme illustré schématiquement par la figure 11, le mode de réalisation des figures 8, 9 et 11 comporte des doigts centreurs 42, permettant de fixer avec précision la position relative des pièces 12.6 et 5.6 autour de l'axe longitudinal L-L.
Certains des alésages traversés par lesdits éléments de fixation peuvent être oblongs pour permettre d'absorber partiellement l'énergie de percussion en cas de rupture d'une pale 10.
Par ailleurs, on remarquera que l'entrée d'air conforme à la pré-sente invention ne présente aucune rupture d'impédance, ce qui permet d'améliorer l'atténuation globale du traitement acoustique.

Claims

1. Turbomoteur (1) pour aéronef, présentant un axe longitudinal (L-L) et comportant :

- une entrée d'air (2), -pourvue d'une paroi interne tubulaire (5) ; et - une soufflante (3), alimentée en air par ladite entrée d'air (2) et enfer-mée dans un carter, également tubulaire, l'extrémité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air (2) et l'extrémité
avant dudit carter de la soufflante (3) étant solidarisées l'une de l'autre à
l'aide d'éléments de fixation, tels que vis, boulons ou analogue, caractérisé en ce que :

- au moins l'une desdites pièces que sont ladite paroi interne (5.1 à 5.6) de l'entrée d'air (2) et ledit carter (12.1 à 12.6) de la soufflante (3) est réalisée en une matière composite fibres/résine ;

- ladite extrémité arrière (5.1R à 5.6R) de ladite paroi interne de l'entrée d'air et ladite extrémité avant (12.1A à 12.6A) dudit carter de la souf-flante sont uniformes, sans saillies aptes à servir à la solidarisation de ladite paroi interne et dudit carter, telles que brides périphériques ou analogue ; et - les axes (x1-x1 à x6-x6) desdits éléments de fixation font, avec ledit axe longitudinal (L-L) du turbomoteur (1), un angle au moins égal à
60°.

2. Turbomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi interne (5.1 à 5.6) de l'entrée d'air (2) et ledit carter (12.1 à 12.6) de la soufflante (3) sont réalisés en une matière composite fibres/résine.

3. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les axes (x1-x1 à x6-x6) desdits éléments de fixa-tion sont au moins approximativement orthogonaux audit axe longitudinal (L-L) du turbomoteur (1).

4. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité arrière (5.113 à 5.3R) de la paroi interne de l'entrée d'air (2) et l'extrémité avant (12.1 A à 12.3A) du carter de la soufflante (3) s'emboîtent l'une dans l'autre et les éléments de fixation traversent lesdites extrémités avant et arrière.

5. Turbomoteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité arrière (5.1 R) de ladite paroi interne de l'entrée d'air (2) pénètre dans l'extrémité avant (12.1 A) dudit carter de la soufflante (3).

6. Turbomoteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité avant (12.1A, 12.3A) dudit carter de la soufflante (3) pénètre dans l'extrémité arrière (5.2R, 5.3R) de ladite paroi interne de l'entrée d'air (2).

7. Turbomoteur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdites extrémités avant et arrière emboîtées (5.1 R, 5.2R - 12.1 A, 12.2A) sont en contact direct.

8. Turbomoteur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une bague d'entretoise (27, 28) est dispo-sée entre lesdites extrémités avant et arrière emboîtées et en ce que les-dits éléments de fixation traversent ladite bague d'entretoise.

9. Turbomoteur selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la surface d'emboîtement (25, 29) desdites extrémi-tés avant et arrière est cylindrique.

10. Turbomoteur selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la surface d'emboîtement (25, 29) desdites extrémi-tés avant et arrière est conique.

11. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite extrémité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air et ladite extrémité avant dudit carter de soufflante sont soli-

12 darisées l'une de l'autre par l'intermédiaire d'une couronne de raccorde-ment (30, 35, 36) dans laquelle elles pénètrent, en ce que des éléments de fixation traversent les parties en regard de ladite couronne (30, 35, 36) et de ladite extrémité arrière de ladite paroi interne de l'entrée d'air, et en ce que d'autres éléments de fixation traversent les parties en regard de ladite couronne (30, 35, 36) et de ladite extrémité avant dudit carter de la soufflante.
12. Turbomoteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite couronne est constituée d'au moins deux segments.

13. Turbomoteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite couronne (30) comporte une cloison transver-sale (31).

14. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'au moins certains desdits éléments de fixation sont des boulons dont les écrous (23.1 à 23.3) sont prisonniers de l'une ou l'autre desdites extrémités avant et arrière.

15. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'au moins certains desdits éléments de fixation sont reliés à une desdites extrémités avant ou arrière par l'intermédiaire d'organes plastiquement déformables (37) permettant le basculement d'une desdites extrémités avant ou arrière par rapport à l'autre.

16. Turbomoteur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que des moyens de centrage (42) sont prévus pour posi-tionner, autour de l'axe longitudinal du turbomoteur, l'une desdites extré-mités avant ou arrière par rapport à l'autre.