FR3039132A1 - Ensemble moteur a helice a axe horizontal pour aeronef - Google Patents

Ensemble moteur a helice a axe horizontal pour aeronef Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un ensemble moteur (200) pour un aéronef comportant un mât (104). L'ensemble moteur (200) comporte : - un moteur (202) avec un axe moteur (204) horizontal, - un arbre moteur (504) présentant une première extrémité rigidement liée au moteur (202) et une deuxième extrémité, et - un réducteur (206) présentant un arbre d'entrée engrenant avec la deuxième extrémité, et un arbre de sortie (210) sur lequel est fixée une hélice (201). L'ensemble moteur (200) est tel que le moteur (202) est fixé au mât (104) par une liaison rigide, le réducteur (206) est fixé au mât (104) par l'intermédiaire d'attaches souples (306), l'entraînement en rotation entre l'arbre moteur (504) et l'arbre d'entrée s'effectue à travers une liaison glissière, l'arbre moteur (504) présente une première partie et une deuxième partie et entre elles, une partie flexible assurant une tolérance à un désalignement angulaire entre l'axe de la deuxième partie et l'axe de la première partie. Un tel ensemble permet de limiter l'hyperstaticité et permet de démonter de manière indépendante, d'une part, le réducteur et l'hélice, et, d'autre part, le moteur.

Description

Ensemble moteur à hélice à axe horizontal pour aéronef
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un ensemble moteur à hélice à axe horizontal pour un aéronef, un aéronef comprenant au moins un tel ensemble moteur, ainsi qu’un procédé d’installation d’un tel ensemble moteur.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
La Fig. 1 montre un turbopropulseur 10 de l’état de la technique. Le turbopropulseur 10 comporte une turbine 12, un arbre de transmission 14 entraîné en rotation autour de son axe par la turbine 12, un réducteur 16 dont un arbre d’entrée est fixée de manière rigide à l’arbre de transmission 14 et une pluralité de pales 18 fixée sur un arbre de sortie du réducteur 16 et formant une hélice à axe horizontal.
Ce turbopropulseur 10 est fixé sous un mât d’un aéronef par l’intermédiaire de plusieurs attaches souples, chacune assurant la filtration des vibrations engendrées par l’hélice 18. Ces attaches souples sont généralement au nombre de 3 ou 4 à l’avant entre le mât et le réducteur 16, et au nombre de 2 à l’arrière entre le mât et la turbine 12.
Le turbopropulseur 10 présente également une barre de torsion 20 entre le réducteur 16 et la turbine 12 afin de supprimer les charges de torsion vues par les attaches souples.
Le montage ainsi réalisé est hyperstatique et il devient alors difficile de déterminer les efforts aux différentes interfaces car cela dépend de nombreux paramètres variables comme la souplesse relative de la turbine, du mât et des attaches souples, ainsi que des tolérances de fabrication et des distorsions différentielles thermiques.
Des objectifs opposés entrent alors en conflit, car pour des raisons de poids, il est préférable de concevoir un mât léger et donc souple, tandis que la transmission des efforts générées par l’hélice à travers le mât, et non la turbine, nécessite de concevoir un mât rigide et donc lourd.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est de proposer un ensemble moteur à hélice à axe horizontal qui permet d’obtenir un ensemble plus isostatique permettant une conception simplifiée. A cet effet, est proposé un ensemble moteur pour un aéronef comportant un mât, l’ensemble moteur comportant : - un moteur avec un axe moteur horizontal, - un arbre moteur présentant une première extrémité rigidement liée au moteur et une deuxième extrémité, - un réducteur présentant un arbre d’entrée engrenant avec la deuxième extrémité, et un arbre de sortie, et - une hélice fixée sur l’arbre de sortie et mobile en rotation autour d’un axe d’hélice horizontal, l'ensemble moteur étant caractérisé en ce que le moteur est fixé au mât par une liaison rigide, le réducteur est fixé au mât par l’intermédiaire d’attaches souples, l’entraînement en rotation entre l’arbre moteur et l’arbre d’entrée s’effectue à travers une liaison glissière, l’arbre moteur présente une première partie portant la première extrémité et présentant un axe secondaire, et une deuxième partie portant la deuxième extrémité et ayant pour axe l’axe moteur, et entre la première partie et le deuxième partie, une partie flexible assurant une tolérance à un désalignement angulaire entre l’axe moteur de la deuxième partie et l’axe secondaire de la première partie.
Un tel ensemble permet de limiter l’hyperstaticité et permet de démonter de manière indépendante, d’une part, le réducteur et l’hélice, et, d’autre part, le moteur.
Avantageusement, le désalignement angulaire est de 1° maximum.
Avantageusement, le réducteur présente un carter cylindrique, le moteur présente un carter cylindrique coaxial avec le carter du réducteur, et le carter du réducteur s’emmanche avec le carter du moteur de manière â former un centrage court.
Avantageusement, l’ensemble moteur comporte un système de reprise transmettant le couple Mx de l’hélice au mât.
Avantageusement, le système de reprise comporte : - une barre de torsion montée sur le réducteur libre en rotation autour de son axe et présentant deux extrémités. - pour chaque extrémité de la barre de torsion, un bras de levier dont une première extrémité est fixé rigidement à ladite extrémité, - pour chaque bras de levier, une bielle, dont une première extrémité est montée libre en rotation sur une deuxième extrémité dudit bras de levier, - pour chaque bielle, une chape fixé sur le mât et dans laquelle une deuxième extrémité de ladite bielle est montée libre en rotation. L’invention propose également un aéronef comportant un mât et un ensemble moteur selon l'une des variantes précédentes. L’invention propose également un procédé d’installation d’un ensemble moteur sur un mât d’aéronef, le procédé d’installation comportant : - une première étape de fixation au cours de laquelle le réducteur est fixé sur le mât par mises en place des attaches souples, - une étape d’emmanchement au cours de laquelle le moteur et l’arbre moteur sont mis en place par translation parallèlement â l’axe moteur et par emmanchement de la deuxième partie dans l’arbre d’entrée, et - une deuxième étape de fixation au cours de laquelle le moteur est fixé au mât par la liaison rigide.
ΒΚΕ’νΈ DESCRIPTION DES DESSINS
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 représente une vue de côté d’un turbopropulseur de l’état de la technique, la Fig. 2 montre une vue de côté d’un aéronef selon l’invention, la Fig. 3 montre une vue éclatée en perspective d’un ensemble moteur selon l’invention, la Fig. 4 montre une vue de côté de l’ensemble moteur de la Fig. 3, la Fig. 5 montre une vue de côté en coupe d’un détail de l’ensemble moteur de la Fig. 3, et la Fig. 6 montre un organigramme d’un procédé d’installation de l’ensemble moteur selon l’invention sur un aéronef
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION
Dans la description qui suit, les termes relatifs à une position sont pris en référence à un aéronef en position normale d’utilisation, c'est-à-dire comme il est représenté sur la Fig. 2.
La Fig. 2 montre un aéronef 100 comprenant deux ailes 102, sous chacune desquelles est fixé un mât 104 qui supporte un ensemble moteur 200 avec une hélice 201 à axe horizontal.
La Fig. 3 et a Fig. 4 montre l’ensemble moteur 200 qui présente un moteur 202 avec un axe moteur 204, un arbre moteur 504 dont une première extrémité est fixée rigidement au moteur 202, et plus particuliérement aux éléments du moteur 202 générant la rotation autour de l’axe moteur 204, un réducteur 206 présentant un arbre d’entrée 502 (Fig. 5) qui engrène avec une deuxième extrémité de l’arbre moteur 504, et un arbre de sortie 210, et une hélice 201 fixée sur l’arbre de sortie 210 et mobile en rotation autour d’un axe d’hélice 208. L’axe d’hélice 208 et l’axe moteur 204 sont parallèles à un axe longitudinal X de l’aéronef 100 qui est horizontal et orienté ici positivement dans le sens d'avancement de l'aéronef 100.
On appelle Y l'axe transversal de l’aéronef 100 qui est horizontal lorsque l’aéronef 100 est au sol, et Z l'axe vertical ou hauteur verticale lorsque l'aéronef 100 est au sol, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre elles.
Le moteur 202 est fixé au mât 104 par une liaison rigide, ici par l’intermédiaire d’éléments rigides de fixation comme par exemple des bielles. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, il y a trois bielles 402 â l’arrière et une bielle centrale 404 â l’avant.
Chaque bielle 402, 404 est fixée entre une chape du mât 104 et une chape du moteur 202. Pour chaque bielle 402 à l’arrière, le moteur 202 présente ainsi une chape 302a-c dont l’axe est parallèle â l’axe longitudinal X, et pour la bielle centrale 404, le moteur 202 présente une chape centrale 304 dont l’axe est parallèle â l’axe transversal Y. Les trois bielles 402 â l’arrière permettent une reprise de degrés de liberté Mx, Fy et Fz.
De la même manière, le mât 104 présente, pour chaque bielle 402 â l’arrière, une chape 406 dont l’axe est parallèle â l’axe longitudinal X, et pour la bielle centrale 404, le mât 104 présente une chape 408 dont l’axe est parallèle à l’axe transversal Y. La bielle centrale 404 reprendra une poussée résiduelle Fx du moteur 202.
Le réducteur 206 est fixé sur un cadre 212 du mât 104 par l’intermédiaire d’attaches souples 306, ici au nombre de quatre. Les attaches souples 306 sont par exemple du type silentbloc®. Les quatre attaches souples 306 reprennent 12 degrés de liberté et la poussé Fx, les efforts inertiels Fy et Fz et les couples transverses My et Mz. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, les quatre attaches souples 306 sont réparties symétriquement dans les quatre cadrans définis par les plans XZ et XY. Chaque attache souple 306 est fixée rigidement au réducteur 206 et au cadre 212.
La Fig. 5 montre la liaison mécanique entre la deuxième extrémité de l’arbre moteur 504 et l’arbre d’entrée 502 du réducteur 206. L’entraînement en rotation entre l’arbre moteur 504 et l’arbre d’entrée 502 du réducteur 206 s’effectue à travers une liaison glissière parallèle à l’axe moteur 204 et réalisée par exemple à l’aide de cannelures parallèles à l’axe moteur 204. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté sur la Fig. 5, la deuxième extrémité de l’arbre moteur 504 présente des cannelures extérieures 506a et l’arbre d’entrée 502 présente des cannelures intérieures 506b qui engrènent avec les cannelures extérieures 506a.
Cet assemblage par liaison glissière permet d’assurer une liberté de mouvement selon l’axe longitudinal X, du réducteur 206 et de l’arbre moteur 504, limitant ainsi l’hyperstaticité. L’arbre moteur 504 présente une première partie 504a portant la première extrémité, et une deuxième partie 504b portant la deuxième extrémité. Entre la première partie 504a et la deuxième partie 504b, l’arbre moteur 504 présente une partie flexible 508. La deuxième partie 504b a pour axe l’axe moteur 204 et la première partie 504a a pour axe un axe secondaire 205 qui est normalement coaxial avec l’axe moteur 204. La partie flexible 508 assure une tolérance à un désalignement angulaire entre l’axe moteur 204 de la deuxième partie 504b et l’axe secondaire 205 de la première partie 504a. Le désalignement angulaire est de 1° maximum.
La partie flexible 508 est réalisée par exemple à l’aide d’un flector (cardan semi-rigide). La partie flexible 508 permet de compenser les erreurs de parallélisme entre l’arbre d’entrée 502 et l’arbre moteur 504.
Un tel assemblage permet de minimiser l’hyperstatisme. En outre, le réducteur 206 muni de l’hélice 201 peut se séparer facilement de l’arbre moteur 504 puisqu’il est attaché au mât 104 indépendamment de la fixation du moteur 202, facilitant la maintenance de l’aéronef 100.
Ici, l’arbre d’entrée 502 porte un pignon 510 qui constitue une partie du train d’engrenage assurant la réduction.
Le réducteur 206 présente un carter 512 cylindrique qui est monté sur l’arbre d’entrée 502 par l’intermédiaire d’un roulement à billes 514 ayant pour axe, l’axe moteur 204. Le moteur 202 présente également un carter 516 cylindrique ayant également pour axe, l’axe moteur 204. Le carter 512 du réducteur 206 s’emmanche sur l’extérieur du carter 516 du moteur 202 de manière à former un centrage court qui permet d’éliminer deux degrés de liberté (les translations selon les axes Y et Z), et qui est défini par le rapport L/D<0,8, où L est la longueur de contact entre les deux carters 512 et 516, et où D est le diamètre. Le centrage court autorise un débattement angulaire ainsi qu’un glissement axial. Les deux degrés de liberté Fz et Fy du moteur 202 sont ainsi transmis à travers le centrage court vers le mât 104.
Il est également possible que le centrage court soit réalisé par emmanchement du carter 512 du réducteur 206 à l’intérieur du carter 516 du moteur 202.
Pour assurer l’étanchéité, un joint 518, par exemple du type joint torique, est placé dans une rainure du carter 516 du moteur 202 entre les deux carters 512 et 516. L’ensemble moteur 200 présente également un système de reprise 250 qui permet de transmettre le couple Mx de l’hélice au mât 104, et plus particulièrement au cadre 212. Le système de reprise peut être basé sur un système hydraulique.
Dans le mode de réalisation de l’invention présenté sur les Figs. 3 et 4, le système de reprise 250 comporte : - une barre de torsion 252 montée sur le réducteur 206 libre en rotation autour de son axe parallèle à l’axe transversal Y et présentant deux extrémités, - pour chaque extrémité de la barre de torsion 252, un bras de levier 254a-b dont une première extrémité est fixé rigidement à ladite extrémité, - pour chaque bras de levier 254a-b, une bielle 256 (une seule est visible sur les Figs.), dont une première extrémité est montée libre en rotation sur une deuxième extrémité dudit bras de levier 254a-b autour d’un axe parallèle à l’axe transversal Y, - pour chaque bielle 256, une chape 258 fixé sur le cadre 212 du mât 104 et dans laquelle une deuxième extrémité de ladite bielle 256 est montée libre en rotation autour d’un axe parallèle à l’axe transversal Y.
La fixation de la barre de torsion 252 sur le réducteur 206 est réalisée ici par deux paliers 252a-b solidaires du réducteur 206.
Chaque bras de levier 254a-b présente une orientation sensiblement parallèle à Taxe longitudinal X.
Chaque bielle 256 présente une orientation sensiblement parallèle à Taxe vertical Z.
La Fig. 6 montre un organigramme d’un procédé d’installation 600 de l’ensemble moteur 200 sur le mât 104 de l’aéronef 100. Le procédé d’installation 600 comporte : - une première étape de fixation 602 au cours de laquelle le réducteur 206 est fixé sur le cadre 212 du mat 104 par mise en place des attaches souples 306, et du système de reprise 250, - une étape d’emmanchement 604 au cours de laquelle le moteur 202 et l’arbre moteur 504 sont mis en place par translation parallèlement à l’axe moteur 204 et par emmanchement de la deuxième partie 504a dans l’arbre d’entrée 502, et du carter 512 du réducteur 206 avec le carter 516 du moteur 202, et - une deuxième étape de fixation 606 au cours de laquelle le moteur 202 est fixé au mât 104 par la liaison rigide.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS 1) Ensemble moteur (200) pour un aéronef (100) comportant un mât (104), l’ensemble moteur (200) comportant : - un moteur (202) avec un axe moteur (204) horizontal, - un arbre moteur (504) présentant une première extrémité rigidement liée au moteur (202) et une deuxième extrémité, - un réducteur (206) présentant un arbre d’entrée (502) engrenant avec la deuxième extrémité, et un arbre de sortie (210), et - une hélice (201) fixée sur l’arbre de sortie (210) et mobile en rotation autour d’un axe d’hélice (208) horizontal, l'ensemble moteur (200) étant caractérisé en ce que le moteur (202) est fixé au mât (104) par une liaison rigide, le réducteur (206) est fixé au mât (104) par l’intermédiaire d’attaches souples (306), l’entraînement en rotation entre l’arbre moteur (504) et l’arbre d’entrée (502) s’effectue à travers une liaison glissière, Tarbre moteur (504) présente une première partie (504a) portant la première extrémité et présentant un axe secondaire (205), et une deuxième partie (504b) portant la deuxième extrémité et ayant pour axe l’axe moteur (204), et entre la première partie (504a) et le deuxième partie (504b), une partie flexible (508) assurant une tolérance â un désalignement angulaire entre Taxe moteur (204) de la deuxième partie (504b) et l’axe secondaire (205) de la première partie (504a).
  2. 2) Ensemble moteur (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le désalignement angulaire est de 1° maximum.
  3. 3) Ensemble moteur (200) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le réducteur (206) présente un carter (512) cylindrique, en ce que le moteur (202) présente un carter (516) cylindrique coaxial avec le carter (512) du réducteur (206), et en ce que le carter (512) du réducteur (206) s’emmanche avec le carter (516) du moteur (202) de manière â former un centrage court.
  4. 4) Ensemble moteur (200) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte un système de reprise (250) transmettant le couple Mx de l’hélice au mât (104).
  5. 5) Ensemble moteur (200) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système de reprise (250) comporte : - une barre de torsion (252) montée sur le réducteur (206) libre en rotation autour de son axe et présentant deux extrémités, - pour chaque extrémité de la barre de torsion (252), un bras de levier (254a-b) dont une première extrémité est fixé rigidement à ladite extrémité, - pour chaque bras de levier (254a-b), une bielle (256), dont une première extrémité est montée libre en rotation sur une deuxième extrémité dudit bras de levier (254a-b), - pour chaque bielle (256), une chape (258) fixé sur le mât (104) et dans laquelle une deuxième extrémité de ladite bielle (256) est montée libre en rotation.
  6. 6) Aéronef (100) comportant un mât (102) et un ensemble moteur (200) selon l'une des revendications précédentes.
  7. 7) Procédé d’installation (600) d’un ensemble moteur (200) selon la revendication 1 sur un mât (104) d’aéronef (100), le procédé d’installation (600) comportant : - une première étape de fixation (602) au cours de laquelle le réducteur (206) est fixé sur le mât (104) par mises en place des attaches souples (306), - une étape d’emmanchement (604) au cours de laquelle le moteur (202) et l’arbre moteur (504) sont mis en place par translation parallèlement à l’axe moteur (204) et par emmanchement de la deuxième partie (504a) dans l’arbre d’entrée (502), et - une deuxième étape de fixation (606) au cours de laquelle le moteur (202) est fixé au mât (104) par la liaison rigide.
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