FR2938874A1 - Turboreacteur a support de palier adapte pour resister a une perte d'aube - Google Patents

Abstract

Perfectionnement à un support de palier permettant d'absorber sans rupture un balourd important. Selon l'invention, le support de palier (27) est connecté au carter fixe (13) par des éléments de fixation (31) comportant chacun au moins une portion en alliage dit superélastique travaillant en allongement élastique en cas de balourd tournant.

Description

L'invention concerne un turboréacteur équipé d'une soufflante et concerne plus particulièrement un perfectionnement à un support de palier adapté pour résister à une perte d'aube entraînant l'apparition d'un balourd tournant.

On connaît un turboréacteur d'avion équipé d'une soufflante dont le rotor est monté en rotation par rapport à un carter fixe, par l'intermédiaire d'au moins un palier. Au moins un support de palier est connecté au carter fixe par une pluralité d'éléments de fixation agencés en couronne. Le ou les paliers supportent à la fois l'arbre moteur entraîné par une turbine basse pression et le rotor de la soufflante monté à l'extrémité amont de cet arbre. En cas de rupture accidentelle d'une aube de la soufflante, un balourd tournant très important s'exerce sur l'arbre et par conséquent sur les paliers qui le supportent. Ce balourd tournant se répercute jusqu'au carter fixe qui doit être dimensionné en conséquence. Pour réduire les coûts et alléger la structure du turboréacteur, il est connu d'agencer un système de découplage d'un ou plusieurs paliers. L'une des solutions consiste à fixer le support de palier au carter fixe du turboréacteur par des vis dites fusibles conçues pour se rompre en cas d'effort de traction (ou de cisaillement) trop important. Lorsque le balourd atteint un seuil prédéterminé, les vis fusibles cassent, ce qui découple ledit support de palier de la structure fixe du turboréacteur. Les efforts du balourd tournant ne sont donc plus transmis audit carter fixe. L'invention propose une autre solution permettant, dans la majorité des cas, de réaliser un certain découplage entre le support de palier et le carter fixe pendant un temps suffisant pour absorber le balourd tournant au moins au début de l'évènement (c'est-à-dire pendant quelques centièmes de secondes) sans destruction de la liaison entre ledit support de palier et le carter fixe.

Plus particulièrement, l'invention concerne un turboréacteur équipé d'une soufflante dont le rotor est monté en rotation par rapport à un carter fixe, par l'intermédiaire d'au moins un palier, un support de palier étant connecté audit carter fixe par une pluralité d'éléments de fixation agencés en couronne, caractérisé en ce que chaque élément de fixation comporte au moins une portion en alliage dit superélastique, travaillant en allongement élastique en cas de balourd tournant s'exerçant sur ledit support de palier. L'invention résulte de l'analyse suivante. Lorsqu'un incident tel que la rupture d'une aube se produit, le balourd tournant engendré est très important au moment même de la rupture en raison de la vitesse de rotation de la soufflante mais décroît très rapidement parce que la vitesse de la soufflante est elle-même réduite en quelques secondes après l'incident. Dans le cas des vis dites fusibles de l'art antérieur, la rupture s'effectue pratiquement vis par vis au premier tour après l'incident. L'utilisation d'éléments de fixation comportant au moins une portion en alliage à mémoire de forme dit superélastique permet un allongement élastique de chaque vis au moment où s'exerce l'effort dû au balourd tournant, sans rupture effective de l'élément de fixation, ce qui permet de conserver l'intégrité de la liaison entre le support de palier et le carter fixe après l'application brève de l'effort d'arrachement. Les courbes de traction de tels matériaux montrent qu'après chargement au-delà d'une certaine valeur, le comportement reste élastique et réversible, avec des allongements de l'ordre de 10 % alors que les autres matériaux ont des allongements plastiques du même ordre. En utilisant de tels matériaux, on peut obtenir sous un effort de surcharge n'excédant pas une valeur prédéterminée, un passage réversible dans le domaine élastique entraînant un désaccouplement puis une remise en place automatique de la liaison dès que la surcharge est passée, ceci sans dégradation de la structure. Typiquement, les éléments de fixation sont des vis entièrement en alliage superélastique. Une telle vis comporte par exemple une partie lisse de longueur donnée, ce qui permet de calibrer facilement son allongement. On peut donc faire en sorte que celui-ci demeure dans le domaine superélastique jusqu'à une valeur de balourd tournant maximum, prédéterminée. Cette valeur maximum prédéterminée est par exemple choisie pour que le balourd tournant maximum n'entraînant pas la destruction des vis, corresponde, par exemple, à la rupture d'une aube jusqu'au tiers de sa longueur.

Par exemple, un alliage superélastique susceptible d'être utilisé est du type cuivre-aluminium-béryllium, monocristallin. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un turboréacteur conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle schématique en demi-coupe axiale de la partie avant d'un turboréacteur conforme à l'invention; et - la figure 2 est une coupe partielle de l'encadré II de la figure 1. Sur le schéma, on distingue une partie avant d'un turboréacteur 11 comprenant notamment un carter fixe 13, une soufflante 15 et un arbre d'entraînement 17 de celle-ci. L'arbre 17 est entraîné en rotation par une turbine non représentée située à l'arrière du turboréacteur. La soufflante 15 comprend une roue de rotor 19 et des aubes 21 rattachées à la périphérie de celle-ci. Ladite roue de rotor 19 est fixée à l'avant de l'arbre 17. L'arbre 17 est conformé pour constituer le support de palier tournant des deux paliers à roulement 23, 24. Le palier 23 est lié au carter fixe 13 par un support de palier 27, annulaire, approximativement conique. Un autre support de palier 29 relie le palier 24 au carter fixe 13. Dans l'exemple, le support de palier 29 est fixé par bride et boulons au support de palier 27 et ce dernier comporte une bride annulaire 30 assemblée au carter 13 par une couronne d'éléments de fixation 31, par exemple un ensemble de trente deux vis régulièrement réparties circonférentiellement. Ainsi les deux supports de palier sont en fait rattachés au carter 13 par le même ensemble d'éléments de fixation. Le support de palier comporte un épaulement de centrage 35 en contact avec une portée cylindrique 36 du carter fixe 13. Selon une caractéristique remarquable de l'invention, chaque élément de fixation 31 comporte au moins une portion en alliage à mémoire de forme dit superélastique, travaillant en allongement élastique en cas de balourd tournant s'exerçant sur ledit support de palier. Comme on l'a vu ci-dessus, ce balourd tournant apparaît brutalement avec une très forte intensité en cas de rupture d'aube de la soufflante.

Selon l'exemple représenté, les éléments de fixation 31 précités sont des vis en alliage superélastique. Chaque tête de vis 34 prend appui sur la bride 30 du support de palier et sa partie filetée est engagée dans un trou taraudé 33 correspondant du carter fixe 13.

Comme mentionné précédemment, chaque vis 31, toute entière en alliage superélastique, comporte une partie lisse 39 dont la longueur et le diamètre sont calculés pour calibrer sont allongement de façon que celle-ci s'allonge momentanément au passage de l'effort d'arrachement dû au balourd, sans cependant se rompre. Ce comportement est assuré tant que la valeur de balourd tournant n'atteint pas une valeur maximum prédéterminée pour laquelle la vis passe dans le domaine des allongements non élastiques. Par ce moyen, on peut absorber le balourd tant que celui-ci n'excède pas une valeur maximum correspondant, par exemple, à la rupture d'une aube jusqu'au tiers de sa longueur.

Dans l'exemple représenté, des butées 41, solidaires du carter fixe 13 sont disposées pour limiter l'allongement axial des vis en alliage superélastique et éviter le désengagement entre le support de palier 27 et ledit carter fixe 13, au niveau de l'épaulement 35. Le temps d'hystérésis pour qu'un tel élément en alliage superélastique décrive sa zone de déformation superélastique correspond sensiblement à un tour de rotation de la soufflante au moment où survient l'incident (la vitesse de la soufflante est de l'ordre de 5 000 tr/min à ce moment). La vitesse décroît ensuite très rapidement jusqu'au environ de 2 000 tr/min, en quelques secondes. Pendant cet intervalle de temps, on observe une sorte de liaison élastique entre le support de palier 27 et le carter fixe 13, sans rupture. Cet agencement permet de réaliser une réduction appréciable de la masse du carter fixe. De plus, on réduit aussi les contraintes transmises au carter d'échappement à l'arrière du turboréacteur et en particulier les charges ultimes associées à la perte d'une partie ou de la totalité d'une aube de soufflante, ce qui permet de réduire aussi la masse de ce carter d'échappement et/ou de limiter les risques de rupture de la suspension arrière . Au total, le gain de masse est de l'ordre de 80 kilogrammes pour un moteur double flux de la classe 10 à 15 tonnes de poussée .

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Turboréacteur équipé d'une soufflante (15) dont le rotor est monté en rotation par rapport à un carter fixe (13), par l'intermédiaire d'au moins un palier (23), un support de palier (27) étant connecté audit carter fixe par une pluralité d'éléments de fixation (31) agencés en couronne, caractérisé en ce que chaque élément de fixation comporte au moins une portion en alliage dit superélastique, travaillant en allongement élastique en cas de balourd tournant s'exerçant sur ledit support de palier.
2. 2. Turboréacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les élément de fixation (31) sont des vis en alliage superélastique.
3. 3. Turboréacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque vis comporte une partie lisse (39) permettant de calibrer son allongement pour que celui-ci demeure dans le domaine superélastique jusqu'à une valeur de balourd tournant maximum prédéterminée.
4. 4. Turboréacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite valeur de balourd tournant maximum prédéterminée est celle qui correspond à la rupture d'une aube au tiers de sa longueur.
5. 5. Turboréacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage dit superélastique précité est du type cuivrealuminium-béryllium, monocristallin.
6. 6. Turboréacteur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par des butées (41) solidaires dudit carter fixe (13) et disposées pour limiter l'allongement axial desdites vis et éviter le désengagement entre ledit support de palier et ledit carter fixe.