FR2925016A1 - Suspension d'un turboreacteur a un aeronef - Google Patents

Abstract

La présente invention porte sur une suspension isostatique de turboréacteur à un pylône (9) d'aéronef, le turboréacteur comprenant une soufflante avant (2), un carter intermédiaire (3) en aval de la soufflante avec une virole externe (34) et un moyeu (35) reliés entre eux par des bras radiaux et un carter d'échappement (8) avec une virole externe (83) sur un même axe XX, la suspension comprenant une attache avant (10) avec une première poutre transversale par rapport à l'axe XX reliée par au moins deux biellettes (104, 105) d'attache avant à la virole externe (34) du carter intermédiaire (3), une attache arrière (11) avec au moins deux biellettes d'attache arrière (114, 115) reliée à la virole externe (83) du carter d'échappement (8), au moins une bielle (12) de transmission de poussée reliant le moyeu (35) du carter intermédiaire (3) à l'attache arrière (11). La suspension est caractérisée par le fait que le plan formé par lesdites deux biellettes (104, 105) de l'attache avant (10) et la bielle (12) de transmission de poussée convergent en un point (C ) sur l'axe du moteur.

Description

Suspension d'un turboréacteur à un aéronef

La présente invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz, en particulier des turboréacteurs à soufflante avant, et de leur accrochage à un aéronef.

Un turboréacteur à soufflante avant comprend un rotor de soufflante de grand diamètre logé dans un carter sur lequel est montée la manche d'entrée d'air. En aval le carter se prolonge par le carter du flux primaire de diamètre plus faible et constitué des divers carters de compresseurs, de chambre de combustion, de turbines et d'échappement. L'air entrant par la manche d'entrée d'air est comprimé à travers le rotor de soufflante puis divisé en des flux cylindriques concentriques. Selon un type de moteur le flux entrant est divisé en un flux primaire et un flux secondaire. Ce dernier contourne le moteur et est éjecté froid soit en flux séparé soit après mélange avec le flux primaire en aval des étages de turbine. Le flux primaire subit une compression supplémentaire avant d'être mélangé à un carburant pour produire des gaz chauds dans une chambre de combustion. Les gaz chauds alimentent les étages successifs de turbine qui entraînent en rotation autour de l'axe du moteur la soufflante et les étages de compression de l'air. Le flux primaire est ensuite éjecté pour fournir une partie de la poussée. Celle-ci est produite en majeure partie par le flux secondaire. Le rapport des débits entre le flux secondaire et le flux primaire, est désigné taux de dilution. Avec l'augmentation de la puissance des moteurs on est conduit à concevoir des moteurs à fort taux de dilution pour lesquels le rapport des diamètres entre le carter de soufflante et le carter du flux primaire est important. L'invention ne concerne pas seulement les moteurs à double flux mais vise aussi les moteurs multiflux Les moteurs, selon un mode d'accrochage conventionnel, sont fixés à l'aéronef, sur ou sous l'aile ou au fuselage, par l'intermédiaire d'un pylône. Le pylône a une forme de caisson allongé et rigide capable de transmettre les efforts selon les trois directions axiale, latérale et verticale entre le moteur et la structure de l'aéronef, l'axe étant celui du moteur.

L'accrochage du moteur au pylône est localisé en deux plans verticaux, un premier plan à l'avant passant par le carter intermédiaire et à l'arrière passant par le carter d'échappement. Ces deux carters sont des éléments structuraux du moteur supportant notamment les paliers, respectivement avant et arrière. En ce qui concerne le plan avant, on distingue deux modes d'accrochage distincts actuellement mis en oeuvre sur les aéronefs civils, un premier sur la virole externe du carter intermédiaire, et un second au niveau du moyeu.

La présente invention pour ce qui concerne le mode d'accrochage avant, vise une attache par la virole du carter intermédiaire.

Dans le cas de suspensions isostatiques, les efforts sont transmis par des bielles ou pièces équivalentes reliant le moteur au pylône en étant attachées par des liaisons de type à rotule de manière à travailler en traction uniquement. L'agencement est prévu pour assurer la transmission des efforts selon les trois directions axiale Fx, verticale Fz et latérale Fy, ainsi que les moments selon ces trois directions Mx, My et Mz respectivement. Outre les attaches entre les carters, intermédiaire et d'échappement, la suspension comprend également des bielles de transmission de poussée reliant le moyeu du carter intermédiaire à l'attache arrière, éventuellement au pylône à proximité de l'attache arrière.

Les problèmes associés à l'accrochage des moteurs sont les distorsions du carter, d'une part celles résultant des transmissions ponctuelles des efforts, les points d'attaches de type bielle et chape formant des zones de faible étendue, d'autre part celles résultant du déport de la reprise de poussée sur le pylône par rapport au vecteur poussée le long de l'axe du moteur. Le couple formé par les deux forces induit une flexion du moteur le long de son axe qui altère les jeux entre les parties fixes et tournantes avec détérioration des performances et une incidence sur la consommation spécifique. Il s'ensuit également une usure des pièces par frottement et une réduction de la durée de vie du moteur. Le phénomène est encore plus marqué, avec des amplitudes de déformations plus grandes, sur les moteurs à fort taux de dilution et au rapport des diamètres plus important entre le carter de soufflante et le carter de flux primaire.

La présente invention a donc pour objet une suspension de turboréacteur à soufflante avant à un pylône, de type isostatique, permettant de réduire les distorsions de carcasse.

Conformément à l'invention, on parvient à cet objectif avec une suspension isostatique de turboréacteur à un pylône d'aéronef, le turboréacteur comprenant une soufflante avant un carter intermédiaire en aval de la soufflante, et un carter d'échappement sur un même axe XX, la suspension comprenant une attache avant avec une première poutre transversale reliée par au moins deux biellettes d'attache avant à la virole externe du carter intermédiaire, une attache arrière avec au moins deux biellettes d'attache arrière liées à la virole externe du carter d'échappement, au moins une bielle de transmission de poussée reliant le moyeu du carter intermédiaire à l'attache arrière. La suspension isostatique est caractérisée par le fait que le plan des deux biellettes de l'attache avant et la bielle de transmission de poussée convergent en un point sur l'axe du moteur ou à proximité de l'axe du moteur.

1 o Avec une telle convergence on crée un système de suspension tel que la poussée non reprise sur l'axe moteur XX n'engendre pas de flexion des carters entre les deux plans d'accrochage du moteur. En effet, en raisonnant dans le plan de symétrie vertical contenant l'axe moteur XX, on peut effectuer un bilan des moments au point de convergence. Les bielles avant, 15 les barres de reprise de poussée et la poussée elle-même exercent un moment à bras de levier nul, par définition même du point de convergence. Le seul effort qui potentiellement exerce un moment car son bras de levier par rapport au point de convergence est non nul est l'effort dans le plan de suspension arrière. Toutefois, le moteur étant en équilibre, le bilan des 20 moments est égal à zéro. Nécessairement alors l'effort dans le plan de suspension arrière est nul et les carters entre les deux plans d'accrochage du moteur ne subissent effectivement pas de flexion.

La solution de l'invention présente ainsi des avantages induits par 25 l'absence ou au moins la réduction de distorsion des carters. On peut réduire la masse de l'ensemble propulsif, par exemple grâce à la diminution de la masse de l'attache arrière qui reprend très peu d'effort. La réduction des distorsions induit comme on l'a expliqué plus haut une réduction de la consommation spécifique. 30 Par point de convergence, on doit comprendre que l'on ne se limite pas à une convergence stricte sur l'axe. La position de ce point peut varier d'une certaine hauteur par rapport à l'axe du moteur, en fonction des autres chargements, comme le poids du moteur ou les efforts aérodynamiques de 35 manche. Cette hauteur est inférieure au quart du diamètre d'entrée de soufflante du moteur. Dans ce cas le bilan des moments n'est pas nul mais proche de zéro.

Avantageusement le point de convergence est situé en amont du plan 40 vertical (Oz ; Oy) passant par l'attache avant, le long de l'axe XX du moteur. Dans le présent texte l'amont et l'aval sont définis par rapport à la direction du flux d'air entrant dans le moteur.

Plus précisément, le point de convergence est situé entre le centre des efforts aérodynamiques sur la manche d'entrée d'air, susceptible d'être associée au turboréacteur, et ledit plan vertical.

Également, selon une structure différente du moteur, le point de convergence est susceptible d'être situé en aval du plan vertical passant par l'attache avant le long de l'axe XX du moteur. Plus précisément il est situé entre ledit plan vertical et le centre de gravité du moteur.

Conformément à un premier mode de réalisation, préféré, l'attache avant comprend deux biellettes d'attache avant convergentes en direction de l'axe du moteur. L'invention concerne cependant aussi le cas où les biellettes d'attache avant convergent en direction du pylône.

Selon une première variante, l'attache avant comprend une biellette de reprise de couple disposée entre les deux biellettes d'attache avant de manière à assurer une reprise de couple Mx autour de l'axe XX du moteur.

Conformément à une seconde variante, l'attache arrière comprend une biellette de reprise de couple disposée entre les deux biellettes d'attache arrière de manière à assurer une transmission de couple Mx autour de l'axe XX du moteur.

Les biellettes de reprise de couple peuvent être de type connu sous le nom de boomerang et décrits dans la demande de brevet déposé par la demanderesse EP A 1493663. De préférence, la suspension comprend deux bielles de transmission de poussée reliées à l'attache arrière par un palonnier ou bien encore directement au pylône.

35 On décrit maintenant plus en détail l'invention, en faisant ressortir éventuellement d'autres caractéristiques et avantages, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 représente une vue de côté d'un turboréacteur accroché à 40 un pylône, conformément à un mode de réalisation de l'invention où le plan30 des biellettes de l'attache avant et le plan des bielles de transmission de poussée sont convergents en un point sur l'axe à l'avant du plan vertical (Oz ; Oy) passant par l'attache avant. La figure 2 représente la suspension du moteur de la figure 1 en perspective isométrique, vue de trois quart avant en direction de l'aval. La figure 3 représente la suspension du moteur de la figure 1 en perspective isométrique, vue de trois quart arrière en direction de l'amont. La figure 4 représente l'attache avant du moteur en perspective isométrique vue de face.

La figure 5 montre une vue de côté d'un turboréacteur accroché à un pylône conformément à un autre mode de réalisation de l'invention où le plan des biellettes de l'attache avant et le plan des bielles de transmission de poussée sont convergents en un point sur l'axe à l'arrière du plan de l'attache avant.

La figure 6 montre une variante de réalisation des attaches avant et arrière. La figure 7 montre la variante de réalisation des attaches selon la figure 6, vue sous un autre angle.

Comme on le voit sur la figure 1, le turboréacteur 1 est du type à turbosoufflante avant dont on a représenté le carter 2. En aval du carter 2 se trouve le carter intermédiaire 3 dont on n'aperçoit que la virole externe 34. Sur la figure 3, on voit le carter intermédiaire plus en détail. Il comprend un moyeu 35 et des bras radiaux 36 reliant celui-ci à la virole externe 34.

L'amont, correspondant à l'admission d'air, est sur la droite par rapport à la figure 1.

En aval, on voit le carter 4 de la section de compression. Cette section communique avec la chambre de combustion 5, de type annulaire, et dont on voit les canules 6 d'alimentation en carburant répartis autour de l'axe XX. Les étages de turbines 7 sont situés en aval de la chambre de combustion. Le moteur se termine par le carter d'échappement 8, pièce structurale connue en soi. Le repère par rapport auquel on oriente les axes et les composantes des efforts et des moments, comprend l'axe Ox parallèle à l'axe XX du moteur celui étant supposé horizontal et de l'amont vers l'aval ; l'axe Oz est l'axe vertical et l'axe Oy est l'axe transversal.

Le moteur est fixé à la structure de l'aéronef, aile ou fuselage, par l'intermédiaire, comme cela est connu, d'un pylône 9. La forme générale de ce dernier est celle d'un caisson parallélépipédique rigide. Il assure la transmission de tout effort entre le moteur et la structure.

La suspension qui est l'ensemble des pièces ou organes assurant la fixation du moteur et la transmission des efforts entre le moteur et le pylône, comprend une attache avant 10 entre la virole externe 34 du carter intermédiaire 3 et le pylône 9, une attache arrière 11 entre la virole externe 83 du carter d'échappement 8 et le pylône. La reprise ou transmission de poussée est effectuée au moyen de deux bielles 12 et 12' pouvant être reliées entre elles par un palonnier.

Ces trois éléments sont visibles plus en détail sur les figures 2, 3 et 4,

L'attache avant 10 comprend une poutre 101 pourvue sur la face supérieure de moyens de fixation au pylône 9, tels que des boulons non visibles sur les figures. La poutre est disposée transversalement par rapport à l'axe XX. Elle comprend deux chapes d'extrémité, 102 et 103 respectivement, sur lesquelles sont articulées deux biellettes, 104 et 105. A leur extrémité opposée, ces dernières sont montées sur deux chapes 31 et 32 solidaires de la virole externe 34 du carter intermédiaire 3. Les biellettes sont montées sur les chapes par des liaisons à rotule comme cela est en soi connu. Un axe traverse les deux oreilles de la chape et est pourvu d'une bague à surface sphérique. La biellette est elle-même pourvue d'une bague à surface sphérique complémentaire de la bague sur l'axe. De cette façon la biellette reste libre autour des trois directions orthonormées et ne transmet que les efforts en traction ou compression le long de son propre axe.

L'ensemble des deux biellettes 104 et 105 de la suspension avant permet de transmettre des efforts Fx, Fy, Fz selon les directions Ox Oy et Oz sur l'attache avant.

Disposée entre les deux biellettes d'attache avant 104 et 105, la suspension comprend une biellette 107 de reprise de couple montée comme les deux précédentes entre deux chapes : une chape 106 sur la poutre 101 et une chape 33 solidaire de la virole externe 34 du carter intermédiaire. Cet agencement permet la reprise du couple Mx.

L'attache arrière 11 comprend, selon cet exemple, une poutre transversale 111 pourvue de moyens de fixation au pylône 9, tels que des boulons non visibles sur les figures. La poutre comprend deux chapes d'extrémité 112 et 113 sur lesquelles sont montées deux biellettes 114 et 115. À leur extrémité opposée, ces dernières sont montées sur deux chapes 81 et 82 respectivement solidaires de la virole externe 83 du carter d'échappement 8. Les biellettes sont montées sur les chapes par le moyen de liaison à rotule comme pour l'attache avant. Dans cet exemple où la reprise de couple Mx est assurée seulement par la suspension avant, la poutre transversale 111 peut être absente. Les biellettes sont reliées alors directement au pylône.

La suspension comprend enfin deux bielles de reprise ou transmission de poussée, 12 et 12'. Ces deux bielles sont fixées à leur extrémité amont sur le moyeu 35 du carter intermédiaire 3, en deux points symétriques par rapport au plan vertical passant pas l'axe XX, comme on le voit sur la figure 3. A leur extrémité aval, les bielles sont montées, selon cet exemple, sur une barre transversale 121 à ses deux extrémités. Les liaisons sont ici aussi du type à chape et rotule. La barre transversale 121 forme un palonnier 120 en étant reliée en son milieu à la poutre 111 par une liaison pivot. Le montage en palonnier, en soi bien connu, permet d'équilibrer les efforts entre les deux bielles 12 et 12' et d'assurer la transmission de la poussée dans la direction axiale.

Les bielles de reprise de poussée peuvent aussi être fixées directement au pylône.

Ce montage est ainsi isostatique.

Conformément à l'invention, le plan formé des deux biellettes 104 et 105 converge avec le plan formé des deux bielles de transmission de poussée 12 et 12', sur l'axe XX. En coupe axiale la convergence est représentée par le point C sur la figure 1. Pour obtenir cette convergence on a incliné les biellettes 104 et 105 par rapport au plan vertical (Oz ; Oy). En fonction des contraintes mécaniques de montage le point peut ne pas être exactement sur l'axe mais il s'en approche autant que possible compte tenu de ces contraintes comme cela a été expliqué plus haut.

Par cette disposition, la résultante des efforts dans le plan de l'attache arrière (Oz ; Oy) est faible sinon nulle. En effet, d'une part la somme des moments des efforts de poussée et des efforts transitant par les suspensions par rapport à ce point de convergence est globalement nulle à l'équilibre, d'autre part les moments de la poussée, de l'effort sur l'attache avant et de l'effort de réaction de la poussée sur l'attache arrière sont nuls parce que la direction des efforts passe par ce point de convergence, Il s'ensuit que la résultante des efforts dans le plan de l'attache arrière est nulle puisque son moment doit être nul. On réduit ainsi la distorsion de carcasse due à la flexion des carters autour de l'axe y ; cette flexion étant induite par l'effort tranchant vertical transitant dans les carters et égal justement à la résultante des efforts dans le plan de l'attache arrière.

Le point de convergence est selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1 en avant par rapport au plan vertical (Oz ; Oy) passant par l'attache avant. De préférence il est situé sur ou à proximité du centre des efforts aérodynamiques exercés par la manche d'entrée d'air, ici non représentée, de façon à réduire encore les distorsions de carcasse. La position de ce centre des efforts aérodynamiques dépend de la géométrie de cette manche d'entrée d'air qui est adaptée à l'aéronef sur lequel le moteur est à monter. Dans la pratique on est donc amené à prendre en considération le carénage de la nacelle enveloppant le moteur pour un aéronef donné dans la détermination de la position du point de convergence C.

Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les chapes 31 et 32 sur la virole externe 34 du carter intermédiaire sont inclinées par rapport à la verticale, les oreilles étant dans le prolongement de l'axe des biellettes 104 et 105. Les oreilles sont situées dans des plans qui sont perpendiculaires par rapport au plan (Ox ; Oz) et inclinés par rapport au plan (Oy ; Oz).

Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les biellettes sont disposées de façon à être convergentes en direction de l'axe XX, dans le plan (Oy ; Oz). Le point de convergence est soit sur l'axe, soit en deçà, soit au-delà de l'axe XX. En cas de convergence sur l'axe, les efforts dans les bielles sont repris dans la même direction que les bras radiaux du carter intermédiaire. En cas de convergence au-dessus de l'axe, les efforts sont repris plus facilement par le pylône.

Selon une variante représentée sur la figure 5, les éléments de suspension sont les mêmes que dans le mode de réalisation précédent, la suspension diffère seulement par la localisation du point de convergence C'. Le point de convergence C' est choisi plutôt à proximité du centre de gravité du moteur, et l'orientation des bielles de reprise de poussée 212 et des biellettes de l'attache avant 210 est définie corrélativement au choix de la localisation voulue du point C'. Les biellettes de la suspension 210 sont les mêmes que dans la suspension 10, et les bielles de reprise de poussée 212, 212' sont les mêmes que les bielles 12, 12'. Leur montage sur le carter se différencie par l'angle qu'ils forment avec l'axe XX. L'attache arrière est la même que précédemment. Les biellettes sont dans le plan vertical (Oz ; Oy).

L'invention ne se limite pas aux réalisations telles qu'illustrées.

Par exemple dans une variante d'exécution, telle que celle représentée sur les figures 6 et 7, l'attache arrière 611 est agencée de manière à reprendre le couple Mx autour de l'axe XX du moteur.

L'attache arrière 611 comprend deux biellettes latérales 663 et 665 qui sont agencées de la même façon que les biellettes de l'attache arrière 11 de la figure 1. La suspension s'en distingue par la biellette de reprise de couple 667 autour de l'axe XX du moteur entre les biellettes latérales 663 et 665. On note que sur le dessin on n'a pas représenté les liaisons des différentes biellettes avec la virole externe 83 du carter d'échappement, ainsi que les axes liant les biellettes à la poutre 661 de l'attache. Cette biellette est disposée dans le plan transversal (Oy ; Oz).

Comme on le voit, l'attache avant 610 ne comprend que deux biellettes latérales 604 et 605 par rapport à la poutre transversale 601. L'ensemble est le même que celui de l'attache avant 10 de la figure 1 par ailleurs. Les biellettes 604 et 605 sont bi-rotulées entre les chapes d'extrémité 602 et 603 d'une part et les chapes 31 et 32 de la virole externe 34 du carter intermédiaire 3 d'autre part. en outre ici les biellettes 604 et 605 sont montées de façon à converger en direction de l'axe XX du moteur.

L'attache avant ne comporte pas de biellette de reprise de couple autour de l'axe du moteur.

La figure 7 montre le détail d'un exemple d'attache arrière des deux bielles de reprise de poussée. 12 et 12' en palonnier 620. Les deux bielles sont attachées par une liaison à rotule à une barre 621 transversale qui est reliée par une liaison à rotule en son milieu à une languette 622. Dans ce mode de réalisation la poutre 661 comprend deux languettes de part et d'autre de la languette 622, non reliées à la barre 62135 et donc inactives pendant le fonctionnement normal du moteur. Elles ont une fonction de sécurité. Sur la figure 7, le caisson n'a pas été représenté les poutres 601 et 661 sont 5 fixées à cette dernière par boulonnage.

Claims (13)

Revendications

1. Suspension isostatique de turboréacteur à un pylône (9) d'aéronef, le turboréacteur comprenant une soufflante avant (2), un carter intermédiaire (3) en aval de la soufflante avec une virole externe (34) et un moyeu (35) reliés entre eux par des bras radiaux (36) et un carter d'échappement (8) avec une virole externe (83) sur un même axe XX, la suspension comprenant une attache avant (10) avec une première poutre transversale par rapport à l'axe XX reliée par au moins deux biellettes (104, 105) d'attache avant à la virole externe (34) du carter intermédiaire (3), une attache arrière (11) avec au moins deux biellettes (114, 115) d'attache arrière reliées à la virole externe (83) du carter d'échappement (8), au moins une bielle (12) de transmission de poussée reliant le moyeu (35) du carter intermédiaire (3) à l'attache arrière (11), caractérisée par le fait que le plan formé par lesdites deux biellettes (104, 105) de l'attache avant (10) et la bielle (12) de transmission de poussée convergent en un point (C ) sur l'axe du moteur XX ou à proximité de l'axe XX.

2. Suspension selon la revendication 1 dont le point de convergence(C) est à une distance en hauteur de l'axe moteur XX inférieure au quart du diamètre de soufflante.

3. Suspension selon la revendication 1 ou 2 dont le point de convergence (C ) est situé en amont du plan vertical (Oz ; Oy) passant par l'attache avant (10) par rapport à l'axe XX du moteur.

4. Suspension selon la revendication 1 ou 2 dont le point de convergence (C) est situé sur ou en aval du centre des efforts aérodynamiques exercés sur la manche d'entrée d'air susceptible d'être associée au turboréacteur.

5. Suspension selon la revendication 1 ou 2 dont le point de convergence (C') est situé en aval du plan vertical (Oz ; Oy) passant par l'attache avant (210) par rapport à l'axe XX du moteur.

6. Suspension selon la revendication précédente dont le point de convergence (C') est situé sur ou en amont du centre de gravité du moteur.40

7. Suspension selon l'une des revendications précédentes dont lesdites deux biellettes (104, 105) de l'attache avant sont convergentes en direction de l'axe XX du moteur.

8. Suspension selon l'une des revendications 1 à 6 dont lesdites deux biellettes (104, 105) de l'attache avant sont convergentes en direction du pylône.

9. Suspension selon l'une des revendications précédentes dont l'attache avant comprend une biellette (107) de transmission de couple moteur Mx selon l'axe XX.

10.Suspension selon l'une des revendications 1 à 8 dont l'attache avant dispose d'un système de reprise du couple moteur Mx selon l'axe XX par une bielle boomerang

11.Suspension selon l'une des revendications 1 à 6 dont l'attache arrière (661) comprend une biellette (667) de transmission de couple moteur Mx selon l'axe XX.

12.Suspension selon l'une des revendications précédentes dont les biellettes de l'attache arrière viennent directement s'attacher à l'arrière du pylône sans deuxième poutre. 25

13. Suspension selon l'une des revendications précédentes comprenant deux bielles (12, 12') de transmission de poussée reliées à l'attache arrière par un palonnier (210).20