FR2908461A1 - Generateur de secours a turboreacteur a double flux - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) comportant des bobines basse et haute pression, la bobine basse pression comportant un compresseur basse pression (18). Un turboréacteur à double flux (26) est couplé à la bobine basse pression. Le turboréacteur à double flux (26) entraîne la bobine basse pression dans une condition d'autorotation dans laquelle la turbine basse pression (24) n'arrive pas à fournir un entraînement en rotation au turboréacteur à double flux (26). Un générateur (36) est entraîné en rotation par la bobine basse pression dans la condition d'autorotation. Un train d'engrenages est utilisé pour accroître la vitesse du générateur (36) dans un exemple. Dans un mode de réalisation exemplaire, un embrayage centrifuge est utilisé pour découpler sélectivement le générateur (36) de la bobine basse pression à une vitesse prédéterminée du réacteur, qui correspond à des vitesses de fonctionnement normales lorsque le turboréacteur (10) est alimenté en puissance.

Description

1 GENERATEUR DE SECOURS A TURBOREACTEUR A DOUBLE FLUX CONTEXTE DE
L'INVENTION Cette invention concerne un générateur de secours entraîné par 5 turboréacteur à double flux, qui est entraîné par le turboréacteur à double flux lorsque le turboréacteur perd de la puissance. Dans un aéronef moderne à turboréacteur à double flux, une source de puissance de secours est requise pour la commande des gouvernes dans le cas de la perte totale de la disponibilité des sources 10 de puissance principales ; c'est-àdire des pompes hydrauliques entraînées par réacteur et/ou des générateurs électriques entraînés par réacteur. Pour des petits avions, cette puissance est fournie par l'énergie stockée dans les batteries de l'aéronef. Pour des avions plus grands, on prévoit le déploiement d'une seule turbine à air dynamique 15 (RAT) avec un générateur ou une pompe hydraulique intégré dans une situation d'urgence uniquement. Ici, la source de puissance de secours est la propre vitesse aérodynamique (énergie cinétique) et l'altitude (énergie potentielle) de l'aéronef. Pour tirer une puissance maximale de l'air dynamique, une 20 turbine RAT doit être située à distance des surfaces de l'aéronef qui perturberaient l'entrée d'air non turbulent (laminaire) dans les pales de turbine RAT. En pratique, ceci signifie habituellement que la turbine RAT doit être montée sous l'aile ou sous le nez de l'aéronef. Le fait de trouver un emplacement approprié pour la turbine RAT et de concevoir 25 un système de déploiement pour positionner la turbine RAT dans le flux d'air peut représenter des défis importants pour la conception d'un aéronef. Une préoccupation additionnelle est qu'il existe un risque pour que les pales de turbine RAT non renforcées se séparent de leur moyeu 30 à grande vitesse au cours d'un fonctionnement de turbine RAT, ce qui présente un problème de rétention. De même, pour minimiser l'enveloppe d'installation, les systèmes des turbines RAT sont habituellement conçus de telle sorte qu'une fois que cette turbine RAT est déployée, elle ne puisse pas être escamotée en 35 vol. Pour cette raison, le système de turbine RAT est l'un des très rares systèmes d'aéronef qui ne fait pas l'objet d'un essai de routine avant vol ou en vol. Un essai au sol programmé du déploiement et de la marche 2908461 2 arrière de la turbine RAT doit être accompli de façon à s'assurer qu'elle fonctionnera correctement en cas d'urgence. A nouveau, les pales de turbine non renforcées ne sont pas souhaitables. Au vu de ce qui précède, on a élaboré un turboréacteur qui emploie un ou plusieurs générateurs entraînés par le turboréacteur à double flux dans une condition de rotation lorsque le réacteur a perdu de la puissance. Cependant, les générateurs sont couplés en continu au turboréacteur à double flux et entraînés à la même vitesse que le turboréacteur à double flux. En conséquence, la conception d'un générateur capable de fonctionner dans des conditions d'autorotation et à de grandes vitesses pendant un fonctionnement normal d'un turboréacteur est problématique. Soit un niveau trop élevé de tension est produit à de grandes vitesses soit le générateur est trop petit pour des conditions d'autorotation. Formulé autrement, la différence de vitesse entre les modes d'autorotation et de fonctionnement du réacteur peut représenter un rapport de vitesse total de l'ordre de 8 pour 1. Ceci constitue un défi de conception difficile en ce que le générateur doit être suffisamment grand pour fournir une puissance nominale maximale à la plus faible vitesse d'autorotation et suffisamment robuste pour conserver son intégrité mécanique à la vitesse du réacteur la plus élevée. RESUME DE L'INVENTION Un système d'alimentation de secours de turboréacteur comporte des bobines haute et basse pression, la bobine basse pression comportant un compresseur basse pression. Un turboréacteur à double flux est couplé à la bobine basse pression. Le turboréacteur à double flux entraîne la bobine basse pression dans une condition d'autorotation dans laquelle la turbine basse pression n'arrive pas à fournir un entraînement en rotation au turboréacteur à double flux. Un générateur est entraîné en rotation par la bobine basse pression dans la condition d'autorotation. Un train d'engrenage est utilisé pour accroître la vitesse du générateur dans un exemple. Dans un mode de réalisation exemplaire, un embrayage centrifuge est utilisé pour découpler sélectivement le générateur de la bobine basse pression à une vitesse de réacteur prédéterminée qui correspond à des vitesses de 2908461 3 fonctionnement normales lorsque le turboréacteur est alimenté en puissance. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 On peut comprendre d'autres avantages de la présente invention en se référant à la description détaillée suivante prise conjointement avec les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant un turboréacteur dont trois générateurs de secours sont entraînés par le 10 turboréacteur à double flux dans une condition d'autorotation. La figure 2 illustre de manière simplifiée le générateur agencé à l'intérieur d'un cône de queue. La figure 3 illustre de manière simplifiée le générateur monté sur un coeur du turboréacteur.
15 La figure 4 illustre de manière simplifiée le générateur agencé dans un emplacement à proximité du turboréacteur à double flux. DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE Un turboréacteur 10 exemplaire est représenté sur la figure 1. Le 20 turboréacteur 10 comporte un coeur 12 possédant un logement 13. Le turboréacteur 10 exemplaire comporte un agencement à deux bobines prévu par des premier et second arbres 14, 16 qui effectuent une rotation autour d'un axe A commun. Le premier arbre 14 correspond à une bobine basse pression, et le second arbre 16 correspond à une 25 bobine haute pression. Les arbres 14, 16 effectuent une rotation autour d'un axe A. Le premier arbre 14 est couplé à une section de compresseur basse pression 18 et une section de turbine basse pression 24. Le second arbre 16 est couplé à une section de compresseur haute pression 20 et une section de turbine haute 30 pression 22. Les arbres 14, 16 sont supportés à l'intérieur du logement 13 pour effectuer une rotation et comportent habituellement de multiples portions fixées les unes aux autres, comme cela est connu dans la technique. Un turboréacteur à double flux 26 comportant de multiples pales 35 27 est habituellement couplé au premier arbre 14 par un train d'engrenages épicycloïdal 28, qui réduit la vitesse du turboréacteur à double flux 26. Le turboréacteur à double flux 26 est agencé à 2908461 4 l'intérieur d'un fuseau-moteur 30 pour contenir les pales 27, tel que cela est connu dans la technique. Une tuyère 32 est agencée en aval de la section de turbine basse pression 24. Un cône de queue 34 est agencé à l'intérieur de la tuyère 5 32, tel que cela est connu dans la technique. Dans un exemple, un générateur 36 est agencé à l'intérieur du cône de queue 34 et entraîné par le premier arbre 14. Les générateurs 36 peuvent être additionnellement, et/ou en variante, montés sur le coeur 12 et/ou à proximité du turboréacteur à double flux 26 à l'avant du turboréacteur 10 10. On peut utiliser autant ou aussi peu de générateurs 36 pour un turboréacteur particulier si on le souhaite. Dans le système d'alimentation de secours de turboréacteur exemplaire, le générateur 36 est entraîné pendant une condition d'autorotation dans laquelle le turboréacteur à double flux 26 met en 15 rotation le premier arbre 14. Dans la condition d'autorotation, la section de turbine basse pression 24 ne fournit pas d'entrée de rotation au premier arbre 14. Une condition d'autorotation peut apparaître pendant un certain nombre de situations quelconques, tel qu'un décrochage ou une panne d'allumage ou de combustion dans la section de turbine 20 basse pression 24. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le générateur 36 est agencé à l'intérieur du cône de queue 34. Il est souhaitable d'isoler le générateur 36 des gaz d'échappement chauds qui sortent de la tuyère 32. Un couplage 42, tel qu'un embrayage centrifuge, est agencé entre le 25 générateur 36 et le premier arbre 14 pour coupler sélectivement le premier arbre 14 et le générateur 36 l'un à l'autre. Dans un exemple, la vitesse de rotation du premier arbre 14 dans des conditions de fonctionnement normales du réacteur peut être d'approximativement huit fois la vitesse en condition d'autorotation du premier arbre 14. En 30 conséquence, il peut être souhaitable de prévoir un couplage 42 qui découple le premier arbre 14 du générateur 36 au-delà d'une vitesse de rotation prédéterminée. En conséquence, les paramètres du générateur peuvent être sélectionnés de façon à fournir des performances souhaitées pendant les vitesses de rotation inférieures rencontrées 35 pendant la condition d'autorotation. Un train 40 d'engrenages, tel qu'un train d'engrenages épicycloïdal, est agencé entre le couplage 42 et un arbre 38 de 2908461 5 générateur. Le train 40 d'engrenages accroît la vitesse de rotation fournie par l'arbre 38 de générateur de telle sorte que la taille du générateur 36 puisse être réduite. Un arbre d'entrée 47 relié au couplage 42 entraîne en rotation un engrenage annulaire 45.
5 L'engrenage annulaire 45 met en rotation des engrenages en étoile 43 qui sont fixes par rapport au logement 13. Les engrenages en étoile 43 mettent en rotation un engrenage solaire 41 qui entraîne en rotation l'arbre 38 de générateur. On se réfère à la figure 3 sur laquelle le générateur 36 est 10 représenté de manière simplifiée monté sur le coeur 12. L'arbre 38 de générateur est couplé à un arbre vertical 46 par l'intermédiaire du train 40 d'engrenages et du couplage 42. L'arbre vertical 46 est entraîné en rotation par le premier arbre 14 par l'intermédiaire d'un ensemble 44 d'engrenages, qui comporte des engrenages coniques 48. A la différence 15 des agencements de la technique antérieure qui positionnent l'arbre de générateur parallèlement à l'axe A, l'arbre 38 de générateur est agencé transversalement par rapport au premier arbre 14, et généralement perpendiculairement par rapport à celui-ci. Ceci est possible grâce à la taille réduite du générateur 36 permise par le train 40 d'engrenages.
20 La figure 4 illustre le générateur 36 agencé à proximité du turboréacteur à double flux 26. Le premier arbre 14 entraîne en rotation une portion 50 d'arbre qui supporte des aimants 56 par l'intermédiaire du couplage 42. La portion 50 d'arbre est supportée en rotation par rapport au logement 13 par des paliers 52. A la différence des 25 agencements représentés sur les figures 2 et 3, l'accroissement de la vitesse de rotation du générateur par comparaison avec les agencements de la technique antérieure est fourni par l'agencement des aimants 56 au niveau du diamètre externe du générateur 36, ce qui fournit un accroissement en vitesse linéaire des aimants par 30 comparaison avec l'hypothèse dans laquelle ils seraient agencés au niveau du diamètre interne du générateur 36. La rotation des aimants 56 induit un courant dans les enroulements 54 d'un rotor, qui sont fixés au logement 13. Bien qu'un mode de réalisation préféré de cette invention ait été 35 décrit, un homme du métier constatera que certaines modifications entreraient dans la portée de l'invention. Pour cette raison, les 2908461 6 revendications suivantes seront étudiées pour déterminer la véritable portée et teneur de cette invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra 5 prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (18)

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) comprenant : une première bobine comportant une turbine un turboréacteur à double flux (26) couplé à la première bobine, le turboréacteur à double flux (26) entraînant la première bobine dans une condition d'autorotation dans laquelle la turbine n'arrive pas à fournir un entraînement en rotation au turboréacteur à double flux (26) ; et un générateur (36) sélectivement entraîné en rotation par la première bobine dans la condition d'autorotation.
2. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 1, dans lequel la première bobine est une bobine basse pression comportant un compresseur basse pression (18) et la turbine est une turbine basse pression (24).
3. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 2, comprenant une seconde bobine comportant un compresseur haute pression (20) et une turbine haute pression (22).
4. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 2, dans lequel un couplage (42) est agencé entre la bobine basse pression et le générateur (36) pour entraîner sélectivement le générateur (36) avec la bobine basse pression dans la condition d'autorotation.
5. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) 25 selon la revendication 4, dans lequel le couplage (42) comporte un embrayage centrifuge.
6. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 5, dans lequel la bobine basse pression comporte une première vitesse de rotation fournie dans une condition de 30 fonctionnement normale du turboréacteur (10), et une seconde vitesse de rotation inférieure à la première vitesse de rotation dans la condition d'autorotation, l'embrayage centrifuge (42) débrayant automatiquement le générateur (36) de la bobine basse pression lorsque la vitesse de rotation s'accroît de la seconde vitesse de rotation à la première vitesse 35 de rotation.
7. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 4, dans lequel un train (40) d'engrenages 2908461 8 épicycloïdal est agencé entre le couplage (42) et un arbre (38) de générateur qui entraîne le générateur (36), l'arbre (38) de générateur étant couplé à une sortie du train (40) d'engrenages épicycloïdal, l'arbre (38) de générateur ayant une première vitesse qui est supérieure 5 à une seconde vitesse qui correspond à la vitesse de rotation de la bobine basse pression dans la condition d'autorotation.
8. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 1, comprenant un turboréacteur (10) ayant un logement (13) qui comporte un cône de queue (34), le générateur (36) 10 étant agencé à l'intérieur du cône de queue (34).
9. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 8, comprenant un turboréacteur (10) ayant un coeur (12) et le générateur (36) étant monté sur le coeur (12).
10. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) 15 selon la revendication 9, dans lequel le générateur (36) comporte un arbre (38) de générateur relié au couplage (42), le couplage (42) étant entraîné par un arbre vertical (46) entraîné en rotation par un ensemble (44) d'engrenages agencé entre l'arbre vertical (46) et la bobine basse pression. 20
11. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 10, dans lequel l'arbre (38) de générateur et l'arbre vertical (46) sont généralement coaxiaux, l'arbre (38) de générateur et l'arbre vertical (46) étant transversaux par rapport à la bobine basse pression.
12. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 1, dans lequel le générateur (36) est agencé à proximité du turboréacteur à double flux (26), le générateur (36) comportant un aimant (56) agencé radialement vers l'extérieur par rapport aux enroulements (54) du générateur (36), l'aimant (56) étant entraîné en rotation par la bobine basse pression.
13. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 12, dans lequel le couplage (42) est agencé entre les aimants (56) et une portion (50) d'arbre qui est entraînée en rotation par la bobine basse pression.
14. Système d'alimentation de secours de turboréacteur (10) selon la revendication 13, dans lequel les enroulements (54) sont fixes 2908461 9 en rotation par rapport au logement (13), et la portion (50) d'arbre est supportée en rotation par rapport au logement (13) par des paliers (52).
15. Procédé destiné à fournir une puissance de secours avec un turboréacteur (10) comprenant les étapes suivantes : 5 a) désactiver un entraînement en rotation d'un turboréacteur à double flux (26) fourni par une turbine et diminuer une vitesse de rotation d'une bobine jusqu'à une vitesse prédéterminée ; b) mettre en autorotation un turboréacteur à double flux (26) avec de l'air passant à travers le turboréacteur (10) ; 10 c) embrayer automatiquement un couplage (42) à la vitesse prédéterminée pour coupler le turboréacteur à double flux (26) en autorotation à un générateur (36) ; et d) entraîner en rotation le générateur (36) avec le turboréacteur à double flux (26) par l'intermédiaire de la bobine en 15 réponse à l'accomplissement de l'étape c), pour générer une puissance de secours.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le couplage (42) est un embrayage centrifuge.
17. Procédé selon la revendication 15, dans lequel un train (40) 20 d'engrenages est agencé entre le couplage (42) et le générateur (36) pour accroître la vitesse du générateur (36) par rapport à la bobine.
18. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le turboréacteur (10) comporte une bobine haute pression ayant une turbine haute pression (22) et une bobine basse pression ayant une 25 turbine basse pression (24), la bobine étant la bobine basse pression.
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