FR3009028A1 - Systeme propulsif d'aeronef a soufflante auxiliaire entrainee en rotation par engrenement et procede de propulsion associe - Google Patents

Systeme propulsif d'aeronef a soufflante auxiliaire entrainee en rotation par engrenement et procede de propulsion associe Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un système propulsif d'aéronef comprenant une soufflante d'entraînement (200) entraînée en rotation autour d'un axe longitudinal (102), et au moins une soufflante auxiliaire (300) entraînée en rotation autour d'un axe de rotation (302) parallèle à l'axe longitudinal de la soufflante d'entraînement par engrènement entre une couronne dentée d'entraînement (202) portée par la soufflante d'entraînement et une couronne dentée auxiliaire (304) portée par la soufflante auxiliaire. L'invention concerne également un procédé de propulsion correspondant.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes propulsifs d'aéronefs, et notamment d'avions. L'une des voies privilégiées pour améliorer le rendement propulsif des turbomachines d'aéronef du type à double corps et à double flux consiste à augmenter leur taux de dilution. Une augmentation du taux de dilution se traduit par l'augmentation du débit du flux secondaire, et corrélativement par les dimensions externes de la turbomachine, en particulier son diamètre. Or, une augmentation du diamètre des turbomachines rend problématique leur installation sur l'avion en raison notamment des contraintes de garde au sol qui sont limitées, en particulier sous l'aile de l'avion. Pour limiter la problématique du fort diamètre lié au fort taux de dilution des turbomachines, il a été proposé de remplacer le flux secondaire qui traditionnellement entoure le générateur de gaz de la turbomachine par plusieurs flux secondaires séparés de la turbomachine et constitués par des soufflantes auxiliaires. Une telle architecture prévoit ainsi de positionner plusieurs soufflantes de diamètre modéré les unes à côté des autres, ce qui permet de traiter un débit de flux secondaire bien plus important tout en réduisant l'encombrement vertical du système propulsif. Cette architecture pose toutefois le problème de la transmission de l'énergie d'entraînement depuis le générateur de gaz vers les soufflantes auxiliaires. En effet, une telle transmission suppose la présence d'un boîtier de réduction permettant de réduire la vitesse de rotation de la turbine basse-pression du générateur de gaz vers les soufflantes auxiliaires plus lentes. En outre, des renvois d'angle sont nécessaires pour transmettre le mouvement de rotation vers les soufflantes auxiliaires qui sont décentrées par rapport au générateur de gaz. Or, la présence d'un boîtier de réduction et de renvois d'angle est problématique par la puissance dissipée qui nécessite une lubrification et un refroidissement spécifiques. De plus, ces éléments génèrent des pertes mécaniques et des modes de défaillance supplémentaires par rapport à une transmission directe. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de proposer un système propulsif qui ne présente pas les inconvénients précités. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un système propulsif d'aéronef comprenant une soufflante d'entraînement entraînée en rotation autour d'un axe longitudinal, et au moins une soufflante auxiliaire entraînée en rotation autour d'un axe de rotation parallèle à l'axe longitudinal de la soufflante d'entraînement par engrènement entre une couronne dentée d'entraînement portée par la soufflante d'entraînement et une couronne dentée auxiliaire portée par la soufflante auxiliaire.
Un tel système propulsif présente de nombreux avantages. En particulier, il permet de traiter un débit de flux secondaire (par les soufflantes) bien plus important qu'avec une turbomachine classique du type à double corps et à double flux tout en réduisant l'encombrement vertical du système propulsif. De plus, ce système propulsif ne présente pas de renvois d'angle ou de boîtier de réduction, ce qui permet de limiter la masse de l'ensemble et de simplifier le circuit de lubrification. Enfin, l'encombrement latéral du système est limité grâce au recours aux couronnes dentées pour l'engrènement de la soufflante auxiliaire. De préférence, le système propulsif comprend au moins deux soufflantes auxiliaires distinctes qui sont chacune entraînées en rotation par engrènement entre la couronne dentée d'entraînement et une couronne dentée auxiliaire portée par chaque soufflante auxiliaire. Dans ce cas, les soufflantes auxiliaires ont leur axe de rotation qui sont avantageusement alignés avec l'axe longitudinal de la soufflante d'entraînement et disposés de part et d'autre de celui-ci. De préférence également, la soufflante auxiliaire présente un diamètre supérieur à celui de la soufflante d'entraînement. La ou les soufflantes auxiliaires constituent ainsi les principales sources de flux secondaire du système propulsif.
Les couronnes dentées d'entraînement et auxiliaire sont montées sur une extrémité libre des aubes respectives des soufflantes d'entraînement et auxiliaire. Ces couronnes dentées d'entraînement et auxiliaire peuvent présenter une denture droite et être chacune en partie intégrée à une nacelle formant carénage. De préférence encore, la couronne dentée auxiliaire comprend 5 un nombre de dents supérieur au nombre de dents de la couronne dentée d'entraînement. Un rapport d'engrènement inférieur à 1 permet, à partir d'un régime de rotation élevé pour le générateur de gaz, d'obtenir une réduction du régime de rotation de la soufflante auxiliaire afin de favoriser le rendement propulsif. 10 Le système propulsif peut comprendre en outre un générateur de gaz ayant au moins un compresseur, une chambre de combustion alimentée en air comprimé par le compresseur et au moins une turbine entraînant en rotation un arbre sur lequel est montée la soufflante d'entraînement. 15 L'invention concerne également un procédé de propulsion d'un aéronef, consistant à entraîner en rotation au moins une soufflante auxiliaire par engrènement entre une couronne dentée auxiliaire portée par la soufflante auxiliaire et une couronne dentée d'entraînement portée par une soufflante d'entraînement entraînée en rotation autour d'un axe 20 longitudinal. La soufflante d'entraînement est de préférence entraînée en rotation par un générateur de gaz. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique d'un avion propulsé par deux systèmes propulsifs conforme à l'invention ; 30 - la figure 2 est une vue schématique de face d'un système propulsif de la figure 1 ; et - la figure 3 représente de façon schématique les différents éléments d'un exemple de générateur de gaz pouvant être utilisé dans le système propulsif selon l'invention. 35 Description détaillée de l'invention La figure 1 représente un avion 2 propulsé par deux systèmes propulsifs 10 conforme à l'invention qui sont fixés sous les ailes 4 de l'avion. Comme illustré par les figures 2 et 3, chaque système propulsif 10 comprend un générateur de gaz 100, une soufflante d'entraînement 200 entraînée en rotation par le générateur de gaz autour d'un axe longitudinal 102 et deux soufflantes auxiliaires 300 distinctes et de diamètre supérieur à celui de la soufflante d'entraînement et qui sont désaxées par rapport à l'axe longitudinal 102 du générateur de gaz.
Chaque soufflante auxiliaire 300 est entraînée en rotation autour d'un axe de rotation 302 qui est parallèle à l'axe longitudinal 102 du générateur de gaz par engrènement entre une couronne dentée d'entraînement 202 portée par la soufflante d'entraînement 200 et une couronne dentée auxiliaire 304 portée par la soufflante auxiliaire.
Plus précisément, les soufflantes auxiliaires 300 ont leur axe de rotation 302 qui sont alignés avec l'axe longitudinal 102 du générateur de gaz (c'est-à-dire que les axes 102 et 302 sont disposés sur la même droite D). De plus, ces axes de rotation 302 sont disposés de part et d'autre de l'axe longitudinal 102 du générateur de gaz.
Le générateur de gaz du système propulsif peut présenter différentes architectures (simple corps, double corps, etc.). La figure 3 illustre un exemple non limitatif d'architecture de générateur de gaz à double corps. Dans cet exemple, le générateur de gaz 100 comprend, d'amont en aval dans le sens d'écoulement du flux d'air le traversant, un 25 compresseur basse-pression 104, un compresseur haute-pression 106, une chambre de combustion 108 alimentée en air comprimé par les compresseurs 104, 106, une turbine haute-pression 110 et une turbine basse-pression 112 entraînant en rotation un arbre basse-pression 114 à l'extrémité amont duquel est montée la soufflante d'entraînement 200. 30 La soufflante d'entraînement 200 qui est centrée sur l'axe longitudinal 102 du générateur de gaz comporte plusieurs aubes de soufflante 204. La couronne dentée d'entraînement 202 est montée sur le sommet de ces aubes 204. La couronne dentée d'entraînement 202 entoure donc les aubes 35 de soufflante 204 et est centrée sur l'axe longitudinal 102 du générateur de gaz. Elle comporte une pluralité de dents 206, de préférence droites, qui viennent engrener avec des dents 306 (également droites) des deux couronnes dentées auxiliaires 304. Les couronnes dentées auxiliaires 304 sont chacune montées sur le sommet d'aubes 308 des soufflantes auxiliaires 300. La mise en rotation des couronnes dentées auxiliaires par engrènement avec la couronne dentée d'entraînement 202 a ainsi pour conséquence d'entraîner en rotation les soufflantes auxiliaires 300 autour de leur axe de rotation respectif 302 (selon un sens de rotation inverse par rapport à celui de la soufflante d'entraînement).
Pour tenir compte de la différence de régime de rotation entre, d'une part la soufflante d'entraînement 200 qui tourne à une vitesse relativement élevée pour fournir un taux de compression global important au générateur de gaz 100, et d'autre part les soufflantes auxiliaires 300 qui tournent à des vitesses relativement faibles pour favoriser le rendement propulsif du système, il est nécessaire d'adapter le nombre de dents portées par les couronnes dentées auxiliaires et la couronne dentée d'entraînement. En particulier, on choisira un nombre de dents plus important pour les couronnes dentées auxiliaires 304 que pour la couronne dentée d'entraînement 202 (on parle également d'un rapport d'engrènement qui est inférieur à 1 entre la couronne dentée d'entraînement et chaque couronne dentée auxiliaire). De préférence, la couronne dentée d'entraînement 202 et les couronnes dentées auxiliaires 304 sont chacune en partie intégrées à une 25 nacelle 400 formant le carénage du système propulsif. On notera que le mode d'entraînement des soufflantes auxiliaires par le système propulsif conforme à l'invention suppose une certaine rigidité d'ensemble des soufflantes auxiliaires pour permettre de transmettre le mouvement de rotation imprimé à l'aube de soufflante en 30 contact au niveau de l'engrènement vers les autres aubes de la soufflante. Cette rigidité est assurée par les couronnes dentées correspondantes. De plus, ces couronnes dentées jouent un rôle aérodynamique de guidage de l'écoulement des flux secondaires traités par les soufflantes (d'entraînement et auxiliaires) de sorte à contribuer à la préservation des 35 rendements de chacune des soufflantes.
On notera également qu'en fonction du diamètre des soufflantes auxiliaires, le système propulsif selon l'invention permet d'obtenir un taux de dilution plus important qu'un turboréacteur classique du type à double corps et double flux. Notamment, cette augmentation du taux de dilution s'effectue tout en conservant une garde de sol réduite. Par ailleurs, dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le système propulsif comprend deux soufflantes auxiliaires entraînées en rotation par une même soufflante d'entraînement. Bien entendu, il est possible d'envisager que le système propulsif comporte quatre soufflantes auxiliaires entraînées en rotation par une même soufflante d'entraînement au moyen d'engrènement entre des couronnes dentées portées par chacune des soufflantes.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Système propulsif (10) d'aéronef comprenant une soufflante d'entraînement (200) entraînée en rotation autour d'un axe longitudinal (102), caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une soufflante auxiliaire (300) entraînée en rotation autour d'un axe de rotation (302) parallèle à l'axe longitudinal de la soufflante d'entraînement par engrènement entre une couronne dentée d'entraînement (202) portée par la soufflante d'entraînement et une couronne dentée auxiliaire (304) portée par la soufflante auxiliaire.
  2. 2. Système propulsif selon la revendication 1, comprenant au moins deux soufflantes auxiliaires distinctes qui sont chacune entraînées en rotation par engrènement entre la couronne dentée d'entraînement et une couronne dentée auxiliaire portée par chaque soufflante auxiliaire.
  3. 3. Système propulsif selon la revendication 2, dans lequel les soufflantes auxiliaires ont leur axe de rotation alignés avec l'axe longitudinal de la soufflante d'entraînement et disposés de part et d'autre de celui-ci.
  4. 4. Système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la soufflante auxiliaire présente un diamètre supérieur à celui de la soufflante d'entraînement.
  5. 5. Système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les couronnes dentées d'entraînement (202) et auxiliaire (304) sont montées sur une extrémité libre des aubes (204, 308) respectives des soufflantes d'entraînement et auxiliaire.
  6. 6. Système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couronne dentée auxiliaire (304) comprend un nombre de dents (306) supérieur au nombre de dents (206) de la couronne dentée d'entraînement (202).35
  7. 7. Système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les couronnes dentées d'entraînement et auxiliaire présentent une denture droite.
  8. 8. Système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les couronnes dentées d'entraînement et auxiliaire sont chacune en partie intégrée à une nacelle (400) formant carénage.
  9. 9. Système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un générateur de gaz (100) ayant au moins un compresseur (104), une chambre de combustion (106) alimentée en air comprimé par le compresseur et au moins une turbine (108) entraînant en rotation un arbre (110) sur lequel est montée la soufflante d'entraînement (200).
  10. 10. Procédé de propulsion d'un aéronef (2), consistant à entraîner en rotation au moins une soufflante auxiliaire (300) par engrènement entre une couronne dentée auxiliaire (304) portée par la soufflante auxiliaire et une couronne dentée d'entraînement (202) portée par une soufflante d'entraînement (200) entraînée en rotation autour d'un axe longitudinal (102).
  11. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la soufflante d'entraînement (200) est entraînée en rotation par un générateur de gaz 25 (100).
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