FR2953199A1

FR2953199A1 - Alterno-demarreur de moteur aeronautique entraine par un train epicycloidal

Info

Publication number: FR2953199A1
Application number: FR0958599A
Authority: FR
Inventors: Vincent Abousleiman; Loic Jean Joseph Edouard Bonnard
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-03
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: FR2953199B1

Abstract

Ensemble constitué par deux équipements (1, 2) d'un moteur aéronautique reliés par un arbre d'entraînement commun (4), ledit arbre étant entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une roue d'entraînement (16) apte à coopérer avec une roue d'un arbre moteur (6) entraîné par ledit moteur aéronautique, les deux équipements étant positionnés de part et d'autre du plan de ladite roue de l'arbre moteur et le diamètre de la roue d'entraînement (16) étant supérieur à la section du plus petit des deux équipements, caractérisé en ce que ladite roue d'entraînement est comprise dans une chaine cinématique (14, 15, 16, 17) générant une augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement (4) par rapport à celle de l'arbre moteur (6).

Description

1 Le domaine de la présente invention est celui de l'entraînement mécanique d'équipements et, plus particulièrement, celui de l'entraînement des équipements montés sur le support d'accessoires des moteurs aéronautiques. Dans un moteur aéronautique un certain nombre d'équipements sont entraînés par une transmission mécanique à partir d'une puissance prélevée sur l'arbre du moteur. Ces équipements sont généralement regroupés en un même point du moteur et montés sur un module, dénommé support d'accessoires, qui, par un ensemble d'engrenages, assure leur entraînement mécanique et leur transmet la puissance nécessaire à leur fonctionnement. Ces équipements sont généralement montés en porte-à-faux sur ce support, c'est à dire qu'ils sont attachés par une bride au carter du support d'accessoires et que le pignon de leur arbre d'entraînement est situé à proximité de cette bride. En conséquence tout le poids de l'équipement génère un couple qui doit être repris par l'attache de la bride. Cette configuration est particulièrement défavorable dans le cas d'un alterno-démarreur (ou starter/generator S/G) qui est particulièrement lourd et volumineux car constitué de deux entités, une machine génératrice (alternateur) et une machine excitatrice (démarreur), qui sont toutes deux entraînées par le même arbre. Un alterno-démarreur est un équipement qui fonctionne comme un générateur électrique lorsque le moteur est en fonctionnement et qui produit une tension électrique pour alimenter les centres de distribution électrique de l'aéronef Il fonctionne en revanche comme démarreur pour la mise en route du moteur, en utilisant une source d'énergie extérieure. Pour ce type d'équipement, des premières améliorations ont été proposées, qui ont fait l'objet des demandes de brevet n° 0650673 et 0653817 de la demanderesse déposées respectivement les 27 février et 19 septembre 2006. Elle consiste à positionner les deux entités de part et d'autre du pignon d'entraînement, comme illustré sur la figure 1, et ainsi d'équilibrer le poids de chaque côté de la bride porteuse. Cette configuration montre également une extension radiale de la plus petite des deux machines qui est inférieure à celle du pignon de son arbre d'entraînement, ce qui facilite sa mise en place sur certains support d'accessoires ; c'est notamment le cas lorsque le pignon d'entraînement de l'alterno-démarreur entraîne à son tour un autre pignon et qu'il faut 2 implanter l'alterno-démarreur entre ces deux pignons, par une translation selon l'axe de son arbre d'entraînement. Il importe, par ailleurs, de faire tourner la machine excitatrice à une vitesse la plus élevée possible pour obtenir des puissances électriques importantes, sans augmenter de façon excessive le volume de l'équipement. Si on se limite, pour des raisons d'encombrement autour du support d'accessoires, à des machines qui ne peuvent être implantées que par une translation le long de son arbre d'entraînement on est contraint à conserver un pignon d'entraînement qui soit d'une taille supérieure à celle du diamètre de la plus petite machine. On ne peut donc pas augmenter la vitesse de rotation de la machine excitatrice en réduisant le diamètre du pignon d'entraînement. On ne peut pas non plus augmenter la taille du pignon moteur car on obtiendrait alors des vitesses périphériques sur les dents des pignons qui sont elles aussi relativement élevées. Or il est connu dans l'art des engrenages qu'une dent de pignon ne doit pas dépasser une vitesse périphérique d'environ 150 m/s. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif d'entraînement de l'arbre d'un équipement qui ne présente pas certains des inconvénients de l'art antérieur et qui permette, notamment, de donner une vitesse de rotation élevée aux équipements, sans enfreindre les limites imposées par la vitesse périphérique maximale admissible par des pignons. A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble constitué par deux équipements d'un moteur aéronautique reliés par un arbre d'entraînement commun, ledit arbre étant entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une roue d'entraînement apte à coopérer avec une roue d'un arbre moteur entraîné par ledit moteur aéronautique, les deux équipements étant positionnés de part et d'autre du plan de ladite roue de l'arbre moteur et le diamètre du moyen d'entraînement étant supérieur à la section du plus petit des deux équipements, caractérisé en ce que ladite roue d'entraînement est comprise dans une chaine cinématique générant une augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement par rapport à celle de l'arbre moteur. L'augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement permet d'obtenir de meilleures performances pour les équipements, alors que la multiplication de la vitesse de rotation permet d'éviter de trop grandes vitesses périphériques sur les pignons de l'arbre moteur. De façon préférentielle le rapport d'augmentation est supérieur ou égal à 1,5. Une valeur comprise entre 2 et 3 est couramment mise en oeuvre. Obtenir un tel rapport de multiplication constitue une rupture par rapport à l'art antérieur, qu'on ne peut faire fonctionner à des vitesses très supérieures à celles de l'arbre moteur. Avantageusement la chaîne cinématique est un train épicycloïdal. Un tel dispositif permet une réalisation relativement simple pour générer une multiplication, de la vitesse de rotation. Dans un mode de réalisation l'arbre d'entraînement est entraîné par le pignon planétaire et dans laquelle la roue d'entraînement est la couronne extérieure du train épicycloïdal. De façon préférentielle le porte-satellite est fixe et relié à la structure d'un des équipements. Dans un mode de réalisation un premier équipement est une machine excitatrice et le second équipement est une génératrice électrique, les deux équipements formant un alterno-démarreur. Préférentiellement la chaîne cinématique est intégrée dans le carter d'un des équipements, ledit carter comportant une fenêtre pour la coopération de ladite chaîne avec l'arbre moteur. L'invention porte également sur un support d'accessoires d'un moteur aéronautique sur lequel est monté un ensemble tel que décrit ci-dessus. Avantageusement le montage dudit ensemble et l'engrènement de la roue d'entraînement sur l'arbre moteur s'effectuent par une translation orientée selon l'axe de l'arbre d'entraînement. L'invention porte enfin sur un moteur aéronautique équipé d'un support d'accessoires tel que décrit ci-dessus. L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : 4 - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'entraînement d'un alterno-démarreur selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif d'entraînement d'un alterno-démarreur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un multiplicateur de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement d'un équipement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue en coupe d'un alterno-démarreur équipé d'un dispositif d'entraînement selon le premier mode de réalisation de l'invention. - la figure 5 est une en perspective d'un multiplicateur de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement d'un équipement selon un second mode de réalisation de l'invention, et - la figure 6 est une vue en coupe d'un alterno-démarreur équipé d'un dispositif d'entraînement selon le second mode de réalisation de l'invention En se référant à la figure 1, on voit un alterno-démarreur comprenant une génératrice électrique 1 et un démarreur, ou machine excitatrice 2, tous deux implantés sur le carter 3 du support d'accessoires d'un moteur aéronautique et liées mécaniquement l'un à l'autre par un arbre d'entraînement 4. Sur cet arbre d'entraînement 4 est montée une roue dentée 5 qui engrène sur les pignons d'un arbre moteur 6 en provenance du support d'accessoires et qui entraîne à son tour les pignons d'un second arbre 7 d'entraînement d'un second équipement (non représenté). On remarque sur la figure 1 que le diamètre (Dl de la machine excitatrice 2 est inférieur au rayon (D2 de la roue dentée de son arbre d'entraînement 4 et qu'il est donc possible de monter l'alternodémarreur préalablement assemblé, sur le support d'accessoires, en suivant l'orientation donnée par la flèche. En se référant maintenant à la figure 2 on voit un alternodémarreur selon le premier mode de réalisation de l'invention comprenant, comme précédemment, une génératrice électrique 1, une machine excitatrice 2, un carter 3 du support d'accessoires et un arbre d'entraînement 4. A la différence de l'art antérieur, l'arbre 4 est relié à l'arbre moteur 6 et au second arbre d'entraînement 7 par un réducteur/multiplicateur 10 en forme de train épicycloïdal. De même que précédemment, le diamètre extérieur du train épicycloïdal est supérieur au diamètre (D 1 de la machine excitatrice 2, ce qui permet de monter l'alterno-démarreur, préalablement assemblé, par une translation selon son axe de rotation. Ce multiplicateur 10 est mieux visible sur la figure 3, où les engrenages sont représentés, par simplification, sous la forme de bagues à friction. L'arbre d'entraînement 4 est porteur d'un engrenage 14 formant pignon planétaire (appelé aussi solaire) du train épicycloïdal. Ce pignon planétaire engrène sur trois ou plus pignons satellites 15 qui tournent en roulant, au centre, sur le pignon planétaire 14 et, vers l'extérieur, sur une couronne dentée 16. Les pignons satellites 15 tournent sur eux-mêmes, autour de leurs axes de rotation qui sont portés par un porte-satellite 17 lié au carter de la génératrice électrique 1 (comme indiqué sur la figure 2). Le porte-satellites est donc fixe et le train épicycloïdal a pour fonction d'augmenter la vitesse de rotation de l'arbre moteur 6 pour atteindre celle souhaitée pour l'arbre d'entraînement 4 de l'alternodémarreur. En se référant aux figures 5 et 6, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation. Les éléments identiques au premier mode de réalisation sont désignés par le même chiffre de référence et ne sont pas décrits à nouveau. Ici, l'arbre 4 est relié à l'arbre moteur 6 et au second arbre d'entraînement 7 par un réducteur/multiplicateur 20 en forme de cascade de pignons. De même que précédemment, le diamètre extérieur de la cascade de pignons est supérieur au diamètre 11 de la machine excitatrice 2, ce qui permet de monter l'alterno-démarreur, préalablement assemblé, par une translation selon son axe de rotation. Là encore, le multiplicateur 20 est mieux visible sur la figure 5, où les engrenages sont représentés, par simplification, sous la forme de bagues à friction. L'arbre d'entraînement 4 est, comme précédemment, porteur d'un engrenage 14, qui engrène sur deux pignons intermédiaires 26, identiques entre eux ou non, qui engrènent eux-mêmes, vers l'extérieur, sur l'arbre moteur 6. Les pignons intermédiaires 26 tournent sur eux-mêmes, autour de leurs axes de rotation qui sont portés par un support de pignons intermédiaires 27 lié au carter de la machine excitatrice 2 (comme indiqué sur la figure 6). Le support de pignons intermédiaires est donc fixe et la cascade de pignons a pour fonction d'augmenter la vitesse de rotation de l'arbre moteur 6 pour atteindre celle souhaitée pour l'arbre d'entraînement 4 de l'alterno-démarreur. Les figures 4 et 6 montrent un dispositif d'entraînement selon respectivement les premier et second modes de réalisation de l'invention, implanté dans un alterno-démarreur. On voit que ce dispositif est extrêmement compact et que la section de la machine excitatrice est plus faible que le diamètre de la couronne 16 ou du diamètre extérieur des satellites 26 ou des pignons intermédiaires 26, de sorte que l'on peut monter l'alterno-démarreur sur le carter 3 du support d'accessoires par une translation selon l'axe de l'arbre d'entraînement 4. La taille du train épicycloïdal ou celle de la cascade de pignons permettent son intégration dans le carter d'un des équipements, comme montré sur les figures 4 et 6, où le réducteur/multiplicateur est intégré dans le carter de la machine excitatrice 2. Une fenêtre est découpée dans le carter de cet équipement pour laisser passer les pignons de l'arbre moteur 6 et pour qu'ils engrènent respectivement ceux de la couronne 16 ou des satellites ou pignons intermédiaires 26. La configuration selon l'invention présente l'avantage de pouvoir augmenter fortement la vitesse de l'arbre d'entraînement 4, sans augmenter celle de la couronne 16 et donc sans risquer d'atteindre des vitesses périphériques supérieures à la vitesse maximale admissible. Par rapport à l'art antérieur on passe, dans le cas d'un train épicycloïdal, d'une vitesse de 24000 tr/min sur la couronne à une vitesse d'environ 9000 tr/min, pour une même vitesse sur l'arbre d'entraînement, ce qui éloigne tout risque sur la vitesse périphérique des pignons. Un facteur de réduction allant de 1,5 à 3 peut ainsi être couramment pratiqué. Du fait de ce rapport de réduction très important, en dimensionnant correctement le train épicycloïdal ou la cascade de pignons, on peut augmenter la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement 4, sans pour autant augmenter la vitesse de l'arbre moteur 6 et de la couronne 16 et donc sans que leurs pignons n'atteignent les 150 m/s. Cette possibilité donne une latitude supplémentaire lors de la conception de l'alterno-démarreur et permet ainsi de produire plus de 7 puissance électrique dans le même volume, ce qui n'était pas possible auparavant. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble constitué par deux équipements (1,
2) d'un moteur aéronautique reliés par un arbre d'entraînement commun (4), ledit arbre étant entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une roue d'entraînement (16, 26) apte à coopérer avec une roue d'un arbre moteur (6) entraîné par ledit moteur aéronautique, les deux équipements étant positionnés de part et d'autre du plan de ladite roue de l'arbre moteur et le diamètre extérieur de la roue d'entraînement (16, 26) étant supérieur à la section du plus petit des deux équipements, caractérisé en ce que ladite roue d'entraînement est comprise dans une chaine cinématique (14, 15, 16, 17 ; 14, 26, 27) générant une augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement (4) par rapport à celle de l'arbre moteur (6). 2. Ensemble selon la revendication 1 dans lequel le rapport d'augmentation est supérieur ou égal à 1,5.
3. Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel la chaîne cinématique est un train épicycloïdal (14, 15, 16, 17).
4. Ensemble selon la revendication 3 dans lequel l'arbre d'entraînement (4) est entraîné par le pignon planétaire (14) et dans laquelle la roue d'entraînement (16) est la couronne extérieure du train épicycloïdal.
5. Ensemble selon la revendication 4 dans lequel le porte-satellite (17) est fixe et relié à la structure d'un des équipements (1, 2).
6. Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel la chaîne cinématique est une cascade de pignons (14, 26, 27).
7. Ensemble selon la revendication 6 dans lequel l'arbre d'entraînement (4) est entraîné par au moins un pignon intermédiaire (26) tournant autour d'un support de pignons intermédiaires (27) fixe et relié à la structure d'un des équipements (1, 2).
8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel un premier équipement est une machine excitatrice (2) et le second équipement est une génératrice électrique (1), les deux équipements formant un alterno-démarreur.
9. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel la chaîne cinématique est intégrée dans le carter d'un des équipements, leditcarter comportant une fenêtre pour la coopération de ladite chaîne avec l'arbre moteur (6).
10. Support d'accessoires d'un moteur aéronautique sur lequel est monté un ensemble selon l'une des revendications 1 à 9.
11. Support d'accessoires selon la revendication 10 dans lequel le montage dudit ensemble et l'engrènement de la roue d'entraînement (16, 26) sur l'arbre moteur (6) s'effectuent par une translation orientée selon l'axe de l'arbre d'entraînement (4).
12. Moteur aéronautique équipé d'un support d'accessoires selon l'une des revendications 10 ou 11.