FR3046442A1

FR3046442A1 - Arbre d'entrainement d'aeropompe reglee

Info

Publication number: FR3046442A1
Application number: FR1750076A
Authority: FR
Inventors: David Everett Russ
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2017-07-07
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: CN107061475B; FR3046442B1; US10295042B2; CN107061475A; US20170191559A1

Abstract

Arbre d'entraînement pour une aéropompe d'avion comprenant un corps cylindrique ayant une surface externe, une surface interne, un axe longitudinal, une première partie d'extrémité, une seconde partie d'extrémité face à la première partie d'extrémité, et une partie intermédiaire allongée reliant la première et la seconde partie d'extrémité. La surface externe de la partie intermédiaire allongée comprend trois rainures distinctes commençant à un endroit proche de la première partie d'extrémité et s'étendant de manière parallèle à l'axe longitudinal sur la surface externe jusqu'à un endroit proche de la seconde partie d'extrémité, les rainures étant séparées de façon équidistante autour d'une circonférence de la surface externe. Les rainures fournissent une rigidité à la flexion latérale élevée et une faible rigidité à la torsion de sorte qu'un arbre d'entraînement fonctionne à une fréquence propre inférieure à une fréquence de plage de fonctionnement et que l'arbre d'entraînement fonctionne à une vitesse critique supérieure à une vitesse de service.

Description

ARBRE D'ENTRAÎNEMENT D'AÉROPOMPE RÉGLÉE Contexte de l'invention

Les modes de réalisation de la présente invention concernent des arbres d'entraînement, et plus particulièrement des arbres d'entraînement destinés à une utilisation dans les aéropompes (RAT).

Les RAT sont couramment utilisées sur les avions modernes pour fournir une source d'énergie secondaire ou d'urgence au cas où la source d'alimentation primaire est insuffisante ou défaillante. Une RAT classique comprend une turbine qui reste à l'intérieur de l'avion jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire. Quand une puissance supplémentaire est requise, une porte dans le fuselage de l'avion s'ouvre, déployant la turbine RAT dans l'air à écoulement libre. La turbine est tournée par l'air à écoulement libre et le couple de rotation de la turbine est transféré à travers un arbre d'entraînement pour être converti en puissance électrique par un générateur. Une RAT peut également être utilisée pour alimenter une pompe hydraulique. Quand elle est déployée, la rotation de la turbine RAT crée une charge centrifuge qui provoque des problèmes de résonance, de vibration et de flexion de torsion pour la turbine, l'arbre d'entraînement et le générateur.

BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

Un arbre d'entraînement pour une aéropompe d'avion, l'arbre d'entraînement comprenant un corps cylindrique ayant une surface externe, une surface interne, un axe longitudinal, une première partie d'extrémité, une seconde partie d'extrémité face à la première partie d'extrémité, et une partie intermédiaire allongée reliant la première partie d'extrémité et la seconde partie d'extrémité. La surface externe de la partie intermédiaire allongée comprend au moins trois rainures distinctes commençant à un endroit proche de la première partie d'extrémité et s'étendant de manière parallèle à l'axe longitudinal sur la surface externe jusqu'à un endroit proche de la seconde partie d'extrémité, les rainures étant séparées de façon équidistante autour d'une circonférence de la surface externe. Les rainures fournissent une rigidité à la flexion latérale élevée et une faible rigidité à la torsion de sorte que l'arbre d'entraînement démontre une fréquence propre en torsion inférieure à une fréquence de plage de fonctionnement et une vitesse critique d'arbre d'entraînement supérieure à une vitesse de service.

Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes : les rainures sont configurées dans au moins l'une parmi une forme rectangulaire, une forme arrondie, une forme en queue d'aronde, une forme cannelée, une forme en T et une forme en L ; une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la seconde partie d'extrémité ; - une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la première partie d'extrémité ; - la surface externe de la partie intermédiaire allongée est effilée vers la première partie d'extrémité et effilée vers la seconde partie d'extrémité ; la surface externe de la partie intermédiaire allongée est effilée vers la seconde partie d'extrémité ; - un engrenage à pignons fixé à la première partie d'extrémité ; - un palier fixé à l'engrenage à pignons.

Par ailleurs, l'invention a également pour objet un Aéropompe comprenant : un ensemble de turbine connecté mécaniquement à un dispositif de conversion de puissance par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement, l'arbre d'entraînement comprenant : un corps cylindrique ayant une surface externe, une surface interne, un axe longitudinal, une première partie d'extrémité, une seconde partie d'extrémité face à la première partie d'extrémité, et une partie intermédiaire allongée reliant la première partie d'extrémité et la seconde partie d'extrémité, dans lequel la surface externe de la partie intermédiaire allongée comprend au moins trois rainures distinctes commençant à un endroit proche de la première partie d'extrémité et s'étendant de manière parallèle à l'axe longitudinal sur la surface externe jusqu'à un endroit proche de la seconde partie d'extrémité, les rainures étant séparées de façon équidistante autour d'une circonférence de la surface externe, dans lequel les rainures fournissent une rigidité à la flexion latérale élevée et une faible rigidité à la torsion de sorte qu'une transmission fonctionne à une fréquence inférieure à une fréquence de plage de fonctionnement et que l'arbre d'entraînement fonctionne à une vitesse critique supérieure à une vitesse de service.

Dans divers modes de réalisation de l'aéropompe, on peut éventuellement avoir recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : les rainures de l'arbre d'entraînement sont configurées dans au moins l'une parmi une forme rectangulaire, une forme arrondie, une forme en queue d'aronde, une forme cannelée, une forme en T et une forme en L ; l'arbre d'entraînement comprend en outre une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la seconde partie d'extrémité ; - l'arbre d'entraînement comprend en outre une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la première partie d'extrémité ; - la surface externe de la partie intermédiaire allongée de l'arbre d'entraînement est effilée vers la première partie d'extrémité et effilée vers la seconde partie d'extrémité ; - la surface externe de la partie intermédiaire allongée de l'arbre d'entraînement est effilée vers la seconde partie d'extrémité ; l'aéropompe comprend en outre un engrenage à pignons fixé à la première partie d'extrémité de l'arbre d'entraînement.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les caractéristiques précédentes, ainsi que d'autres, et les avantages de l'invention sont évidents à la lumière de la description détaillée suivante considérée conjointement avec les dessins joints dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un avion ayant un arbre d'entraînement pour un ensemble d'aéropompe (RAT), selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe d'une aéropompe, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue en perspective d'un arbre d'entraînement de la RAT de la figure 2, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue longitudinale de l'arbre d'entraînement de la figure 3, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de l'arbre d'entraînement de la figure 3, et d'un engrenage à pignons et d'un palier unique fixés, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 est une vue en coupe axiale de l'arbre d'entraînement de la figure 3, l'arbre d'entraînement ayant des rainures rectangulaires, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 7 est une vue en coupe d'une aéropompe, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 8 est une vue longitudinale d'un arbre d'entraînement de la RAT de la figure 7, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 9 est une vue en coupe longitudinale de l'arbre d'entraînement de la figure 8, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 10 est une vue en coupe axiale de l'arbre d'entraînement de la figure 8, l'arbre d'entraînement ayant des rainures rectangulaires, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 11 est une vue en coupe axiale d'un arbre d'entraînement de la RAT de la figure 2 ou de la figure 7, l'arbre d'entraînement ayant des rainures rondes, selon un mode de réalisation de l'invention ; et la figure 12 est une vue en coupe axiale d'un arbre d'entraînement de la RAT de la figure 2 ou de la figure 7, l'arbre d'entraînement ayant des rainures en queue d'aronde, selon un mode de réalisation de l'invention.

La description détaillée explique les modes de réalisation de l'invention, ainsi que les avantages et les caractéristiques, à titre d'exemple en faisant référence aux dessins.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

Un avion, selon un mode de réalisation, est indiqué de manière générale en 2 sur la figure 1. L'avion 2 comprend un fuselage 4 s'étendant depuis une partie de nez 6 jusqu'à une parie de queue 8 à travers une partie de corps 10. La partie de corps 10 comporte une cabine d'avion 14 qui comprend un compartiment pour l'équipage 15 et un compartiment pour les passagers 16. La partie de corps 10 supporte une première aile 17 et une seconde aile 18. La première aile 17 s'étend depuis une première partie d'origine (20) jusqu'à une première partie de pointe 21 à travers une première partie de voilure 23. La première partie de voilure 23 comprend un bord d'attaque 25 et un bord de fuite 26. La seconde aile 18 s'étend depuis une seconde partie d'origine (non représentée) jusqu'à une seconde partie de pointe 31 à travers une seconde partie de voilure 33. La seconde partie de voilure 33 comprend un bord d'attaque 35 et un bord de fuite 36. La partie de queue 8 comprend un stabilisateur 38. L'avion 2 comprend un ensemble d'aéropompe (RAT) 40 monté dans le fuselage 4 ou la partie de nez 6. Quand une puissance supplémentaire est requise, une porte de compartiment 54 dans le fuselage 4 s'ouvre, déployant l'ensemble RAT 40 dans l'air à écoulement libre. Comme indiqué sur les figures 2 et 7, l'ensemble RAT 40 dans l'air à écoulement libre peut comprendre un ensemble de turbine 42, un arbre d'entraînement 50 (50a ou 50b) et un générateur 46. L'ensemble de turbine 42 comprend une turbine 78 et un arbre de turbine 76. Le générateur 46 peut être un générateur électrique, une pompe hydraulique, ou à la fois un générateur électrique et une pompe hydraulique. L'ensemble de turbine 42 est connecté mécaniquement au générateur 46 par l'intermédiaire de l'arbre d'entraînement 50. Lorsque la turbine 78 tourne, le couple de rotation est transféré de l'arbre de la turbine 76 à l'arbre d'entraînement 50 au moyen d'un engrenage à pignons 52. L'arbre d'entraînement 50 peut être présenté dans différents modes de réalisation, comprenant, mais pas seulement, l'arbre d'entraînement 50a tel que représenté sur la figure 2 et l'arbre d'entraînement 50b tel que représenté sur la figure 7.

Dans un mode de réalisation, l'engrenage à pignons 52 peut être fixé à l'arbre d'entraînement 50a. Dans un autre mode de réalisation, un palier unique 80 peut être fixé à l'engrenage à pignons 52. L'ensemble de l'arbre d'entraînement 50a, de l'engrenage à pignons 52 et du palier 80 forme une boîte de transmission de mât 90, telle que représentée sur les figures 2 et 5. Dans un autre mode de réalisation, l'engrenage à pignons 52 est fixé solidement à l'aide d'une rainure de clavette 72 située dans la première partie d'extrémité 64 de l'arbre d'entraînement 50a. Dans d'autres modes de réalisation, la surface externe 60 de la partie intermédiaire allongée 74 de l'arbre d'entraînement 50a est effilée vers la seconde partie d'extrémité 66, ainsi que représenté sur les figures 3, 4 et 5. Dans un autre mode de réalisation encore, l'arbre d'entraînement 50a est configuré avec une cannelure 70 à la seconde partie d'extrémité 66.

Dans un autre mode de réalisation, ainsi que représenté sur la figure 7, l'ensemble de mat 48 et l'ensemble de boîte de transmission 44 sont séparées et sont connectées par des cannelures à la place de l'ensemble combiné de boîte de transmission de mât 90, ainsi que représenté sur la figure 2. Dans ce mode de réalisation, le couple de rotation est transféré depuis l'ensemble de turbine 42 au moyen de l'ensemble de boîte de transmission 44 à un engrenage à pignons 52, puis à l'arbre de transmission 50b au moyen de cannelures 70 sur la première partie d'extrémité 64 de l'arbre d'entraînement 50b. Le couple de rotation est alors transféré au générateur 46 au moyen des cannelures 70 à la seconde partie d'extrémité 66 de l'arbre de transmission 50b. Dans d'autres modes de réalisation, la surface externe 60 de la partie intermédiaire allongée 74 de l'arbre de transmission 50b est effilée vers la seconde partie d'extrémité 66, ainsi que représenté sur les figures 8 et 9. Dans un autre mode de réalisation encore, la surface externe 60 de la partie intermédiaire allongée 74 de l'arbre de transmission 50b est effilée vers la première partie d'extrémité 64, ainsi que représenté sur les figures 8 et 9.

Comme observé sur les figures 4, 5, 8 et 9, l'arbre de transmission 50 comprend une surface externe 60, une surface interne 62, un axe longitudinal C, une première partie d'extrémité 64, une seconde partie d'extrémité 66 face à la première partie d'extrémité 64, et une partie intermédiaire allongée 74 reliant la première partie d'extrémité 64 et la seconde partie d'extrémité 66. Dans un mode de réalisation, la surface externe 60 de la partie intermédiaire allongée 74 de l'arbre de transmission 50 comprend en outre au moins trois rainures 68 distinctes commençant à un endroit proche de la première partie d'extrémité 64 et s'étendant de manière parallèle à l'axe longitudinal C sur la surface externe 60 jusqu'à un endroit proche de la seconde partie d'extrémité 66, les rainures 68 étant séparées de façon équidistante autour d'une circonférence de la surface externe 60, ainsi qu'observé sur les figures 3 et 4. Les rainures 68 dans l'arbre d'entraînement 50 modifient les propriétés de l'arbre pour fournir une rigidité à la flexion latérale élevée et une faible rigidité à la torsion de sorte que la fréquence propre de la transmission survient à une fréquence inférieure à une fréquence de plage de fonctionnement et à une vitesse critique pour l'arbre d'entraînement supérieure à une vitesse de service. Dans divers modes de réalisation, les rainures 68 pourraient être rectangulaires, comme observé sur la figure 6, arrondies comme observé sur la figure 11, en queue d'aronde comme observé sur la figure 12, cannelées (non représentées), en forme de T (non représentées) ou un forme de L (non représentées) .

Traditionnellement, les RAT sont configurées avec un générateur 46 situé à l'intérieur de l'avion 2, un ensemble de mât long 48, et l'ensemble de turbine 42 et l'ensemble de boîte de transmission à l'extrémité de l'ensemble de mât 48 à l'extérieur de l'avion 2. Cette configuration nécessite un arbre de transmission 50 pour connecter l'ensemble de boîte de transmission 44 au générateur 46. Du fait que l'ensemble de turbine 42 est en porte-à-faux par rapport à l'ensemble de boîte de transmission 44, lorsque la turbine 78 tourne, la charge centrifuge fait tourner tout l'ensemble de turbine (42) dans le jeu des paliers, et fait bouger l'ensemble de boîte de transmission 44 en réponse à une résonance structurelle. Ces deux mouvements provoquent des variations de vitesse dans l'engrenage à pignons 52. L'inertie du système de turbine 42 et du générateur 46 forme un système de masse à ressort qui résonne quand la turbine 78 tourne, créant un phénomène appelé ondulation de couple. L'arbre d'entraînement est classiquement le ressort de commande (le plus faible) dans le système de masse à ressort. Les variations de vitesse de l'engrenage à pignons 52 excitent une résonnance de la transmission pour ajouter un couple alternatif important au couple normal à la transmission. Sensiblement moins d'amplification de la résonnance de la boîte de transmission est ressentie par le générateur 46 quand la fréquence propre de la transmission est inférieure à la fréquence de la plage de régulation de la commande de l'ensemble de turbine 42. En conséquence, un arbre d'entraînement 50 qui soit élastique en torsion est extrêmement souhaitable. L'arbre d'entraînement 50 tourne classiquement rapidement à la vitesse du générateur 46, ce qui nécessite que l'arbre d'entraînement 50 soit rigide dans la flexion latérale de sorte que la vitesse critique soit bien au-dessus de la plage de service. L'exigence de rigidité élevée dans la flexion latérale est souvent contradictoire avec l'exigence d'élasticité en torsion.

La transmission RAT connaîtra une ondulation de couple telle que décrite ci-dessus quand l'engrenage à pignons 52 accélérera et ralentira pendant chaque révolution de la turbine 78. L'ondulation de couple peut être très importante si les mouvements de l'engrenage à pignons 52 sont amplifiés pour augmenter grandement les charges dans toute la transmission. Des réductions d'ondulation de couple aideraient à réduire les charges sur les engrenages, les paliers, les cannelures et le générateur. Quant à elles, des charges plus faibles permettraient d'avoir des pièces plus petites et plus légères avec moins d'usure et des charges de pointe plus faibles mises en œuvre dans toute la transmission de l'ensemble RAT 40. À titre d'exemple, prenons une turbine 46 qui régule à des RPM telles que la fréquence une fois par révolution se situe dans la plage de 70 à 110 hertz. La fonction de forçage de l'ondulation de couple au pignon 52 se situe dans la même plage de 70 à 110 hertz. Supposons que l'arbre d'entraînement 50 est conçu pour atteindre 50 % de séparation de fréquence par rapport à la plage de fonctionnement. Un arbre d'entraînement 50 souple en torsion serait conçu pour 47 hertz, ou un arbre d'entraînement 50 plus rigide serait conçu pour 165 hertz. Quand le rapport de fréquence est de 1,5, l'amplitude de sortie est inférieure à l'amplitude d'entrée pour l'arbre d'entraînement 50 souple. Cependant, quand le rapport de fréquence est de 1/1,5 = 0,667 pour un arbre d'entraînement 50 plus rigide, il existe une amplification significative. La quantité d'amplification est réduite lorsque l'arbre est rigidifié, mais cela est souvent peu pratique ou l'arbre devient lourd et onéreux. L'ondulation de couple de la transmission de l'ensemble RAT (40) sera sensiblement inférieure si un arbre d'entraînement 50 souple peut être utilisé avec une résonance sensiblement inférieure à la plage de fonctionnement. Il est également probable qu'un arbre d'entraînement 50 souple soit beaucoup plus léger que la version plus rigide.

Traditionnellement, les arbres d'entraînement 50 sont des cylindres creux avec une cannelure 70 sur l'une ou l'autre des extrémités. Si les dimensions du cylindre sont suffisamment petites pour obtenir la rigidité à la torsion souhaitée, la vitesse critique de l'arbre d'entraînement 50 en flexion chuterait et serait trop proche de la RPM de fonctionnement de l'arbre d'entraînement 50 et rendrait l'arbre d'entraînement 50 inutilisable. Un arbre d'entraînement 50 souhaité dans l'industrie serait configuré pour avoir la combinaison de propriétés suivantes, comprenant : une rigidité à la torsion telle qu'une transmission est réglée sur une fréquence inférieure à la plage de fonctionnement, et que la transmission à une vitesse critique est supérieure à la vitesse de fonctionnement.

Ces propriétés souhaitées sont obtenues par l'arbre d'entraînement 50 rainuré. Comme observé sur les figures 3, 4, 8, et 9, l'arbre d'entraînement 50 a des rainures 68 usinées le long de l'axe longitudinal C de l'arbre. Pour un diamètre externe d'arbre d'entraînement 50 donné, les rainures 68 provoquent un changement sensible de la rigidité à la torsion, tout en réduisant la rigidité à la flexion dans une plus faible mesure.

La rigidité à la torsion de différents arbres rainurés a été publiée par Robert I. Isakower dans le rapport technique ARMID-TR-78001, Design Charts for Torsional Properties of Non-Circular Shafts (intégré ici en référence). La rigidité à la torsion d'un exemple d'arbre rainuré est 1/9,33 fois la rigidité d'un arbre massif. La rigidité à la flexion longitudinale est 1/2,07 fois la rigidité d'un arbre massif. La rigidité à la torsion peut donc être réduite beaucoup plus rapidement que la perte de rigidité à la flexion en ajoutant des rainures d'une géométrie adaptée. Cela permet de régler un arbre d'entraînement 50 à la fois à la rigidité à la torsion souhaitée et à la rigidité à la flexion souhaitée avec les rainures 68. À l'inverse, la rigidité à la torsion d'un arbre circulaire traditionnel est directement proportionnelle à la rigidité à la flexion.

La quantité, la largeur et la profondeur des rainures 68 sont toutes des variables qui peuvent être ajustées pour atteindre la rigidité à la torsion et la rigidité à la flexion souhaitées. La profondeur et la largeur des rainures 68 sont les changements les plus courants pour régler l'arbre d'entraînement 50. Plusieurs configurations de rainures 68 possibles sont représentées sur les figures 6, 10, 11 et 12, mais d'autres configurations peuvent être utilisées. Dans un mode de réalisation, il existe au moins trois rainures 68, tandis que dans un autre mode de réalisation, il existe quatre rainures ou plus 68. Une conception utilisant une rainure 68 est déséquilibrée, et deux rainures 68 présentent une rigidité à la flexion plus souple dans un plan par rapport à un plan à 90 0 par rapport au premier plan. Un arbre d'entraînement 50 avec trois rainures ou plus 68 a une rigidité identique dans tous les plans. L'augmentation du nombre de rainures 68 réduit généralement la rigidité à la torsion. Le changement de conception de la rainure 68 a également un effet important sur les propriétés de l'arbre d'entraînement 50. Une rainure 68 rectangulaire ou une rainure 68 en queue d'aronde usine moins de matière à proximité de la surface externe 60 de l'arbre d'entraînement 50 que d'autres configurations pour optimiser le moment d'inertie. Une conception de rainure 68 en queue d'aronde, telle que représentée sur la figure 12, est plus efficace qu'une conception de rainure 68 rectangulaire pour une plus grande réduction de la rigidité à la torsion comparé au changement de rigidité à la flexion.

Concernant maintenant spécifiquement le mode de réalisation de l'arbre d'entraînement 50a avec un engrenage à pignons 52 et un palier 80 fixé à l'arbre d'entraînement 50, tel que représenté sur la figure 5, le fait d'avoir un seul palier 80 nécessite que l'arbre d'entraînement 50a agisse comme un long arbre-support de transmission et ne soit pas un arrangement conventionnel pour les RAT historiques. La turbine 78 peut accélérer et décélérer rapidement pendant le démarrage. Quand le générateur 46 a une inertie importante, les charges d'accélération et de décélération dans la transmission peuvent être d'un ordre de grandeur plus important que les charges de fonctionnement normales. Les charges d'accélération sur les dents de l'engrenage à pignons 52 imposent une importante charge latérale sur l'arbre d'entraînement 50a qui le fait dévier. Quand l'inertie du générateur 46 est élevée, l'arbre d'entraînement 50a permet à l'engrenage à pignons 52 de dévier trop loin pour une bonne surface de contact sur les dents. Les bagues intérieures du palier 80 tournent également à un angle trop élevé pour un bon fonctionnement. De plus, la seconde partie d'extrémité 66 de l'arbre d'entraînement 50a avec les cannelures 70 à l'intérieur du générateur 46 est pliée suffisamment loin pour avoir un contact des dents sur les deux extrémités de la cannelure 70, ce qui provoque une fatigue élevée des dents. La solution conventionnelle serait d'utiliser un arbre d'entraînement 50a de diamètre beaucoup plus grand pour réduire la déflexion, mais un arbre d'entraînement 50a de diamètre beaucoup plus grand est également plus rigide à la torsion. La même inertie importante de générateur 46 qui crée le problème de flexion de l'arbre d'entraînement 50a provoque également une ondulation de couple excessive dans la transmission avec un arbre d'entraînement 50a rigide. L'arbre d'entraînement 50a doit être très rigide à la flexion pour protéger l'engrenage à pignons 52a, le palier 80 et les cannelures 70, mais souple à la torsion pour réduire les oscillations de couple dues à l'ondulation de couple. Ces propriétés souhaitées sont obtenues par un arbre d'entraînement 50a avec des rainures 68 sur mesure. Un arbre d'entraînement 50 ayant un important diamètre externe fournit un moment d'inertie élevé à la flexion pour limiter la déflexion de l'arbre due à la charge des dents sur l'engrenage à pignons 52. La déflexion de l'engrenage à pignons 52 a été réduite pour permettre une bonne surface de contact sur les dents de l'engrenage à pignons 52. Le palier 80 qui est monté sur l'engrenage à pignons 52 ne subit plus de déflexion au-delà des limites de rotation angulaire conventionnelles. La cannelure 70 à la seconde partie d'extrémité 66 présente une déflexion angulaire minime, de sorte que le contact normal des dents de la cannelure 70 est rétabli.

Les rainures 68 de l'arbre d'entraînement 50a permettent de régler précisément la rigidité à la torsion à une fréquence propre qui est inférieure à la fréquence de la plage de régulation de la commande de l'ensemble de turbine 42. Le nombre de rainures 68 peut varier, mais le nombre de rainures 68 doit être d'au moins trois, comme mentionné précédemment. Dans un mode de réalisation, l'arbre d'entraînement 50a a quatre rainures 68 afin de faciliter le processus de fabrication en maintenant la taille de fraise suffisamment grande pour un retrait rapide de la matière. Quatre rainures 68 fournissent également la rigidité à la torsion souhaitée. Dans un autre mode de réalisation, l'arbre d'entraînement 50a a un rapport de (profondeur de rainure)/(rayon d'arbre d'entraînement) supérieur à 0,4, ce qui nécessite un arbre d'entraînement 50a avec un grand diamètre externe pour minimiser la flexion et pour qu'il soit assez souple à la torsion.

Dans un autre mode de réalisation encore, la surface externe 60 de la partie intermédiaire allongée 74 est effilée (se rétrécit) vers la seconde partie d'extrémité 66 de l'arbre d'entraînement 50a. Cet effilement est bénéfique, car la charge de l'engrenage à pignons 52 qui provoque le problème de déflexion est une charge concentrée vers la première partie d'extrémité 64 de l'arbre d'entraînement 50a. Il faut un moment d'inertie plus faible à la seconde partie d'extrémité 66 qu'à la première partie d'extrémité 64 pour résister à la déflexion. Cet effilement sert à maintenir la rigidité de l'arbre d'entraînement 50a où elle est le plus nécessaire pour augmenter le diamètre externe à proximité de la première partie d'extrémité 64, tout en économisant du poids simultanément en réduisant le diamètre externe à proximité de la seconde partie d'extrémité 66.

Dans d'autres modes de réalisation, la section en coupe tubulaire de la seconde partie d'extrémité 66 utilise un grand diamètre externe DI tel qu'il s'adapter aux cannelures correspondantes du générateur 46 pour minimiser davantage la déflexion des cannelures 70. Si le diamètre externe DI diminue en taille, la cannelure 70 subira alors une déflexion trop grande.

Dans d'autres modes de réalisation, le trou à l'intérieur de la section de l'arbre d'entraînement 50a est usiné à partir de la première partie d'extrémité 64 plutôt que de la seconde partie d'extrémité 66. Ce trou, qui forme la surface interne 62, aide à régler la fréquence propre à la torsion et à réduire le poids, tout en ayant peu d'effet sur la fréquence propre à la flexion.

Le terme « environ » est censé comprendre le degré d'erreur associé à la mesure de la quantité particulière fondée sur l'équipement disponible au moment du dépôt de la demande. Par exemple, « environ » peut inclure une plage de + 8 % ou 5 %, ou 2 % d'une valeur donnée.

Si l'invention a été décrite en détails en faisant référence uniquement à un nombre limité de modes de réalisation, il sera aisément compris que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation décrits. L'invention peut au contraire être modifiée pour intégrer tout nombre de variations, modifications, remplacement ou arrangement équivalents non décrits ici, mais qui sont comparable à l'esprit et à la portée de l'invention. De plus, si différents modes de réalisation de l'invention ont été décrits, il sera compris que les aspects de l'invention peuvent ne comprendre que certains des modes de réalisation décrits. En conséquence, l'invention ne doit pas être considérée comme limitée par la description précédente, mais n'est limitée que par la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Arbre d'entraînement pour une aéropompe d'avion, l'arbre d'entraînement comprenant : un corps cylindrique ayant une surface externe, une surface interne, un axe longitudinal, une première partie d'extrémité, une seconde partie d'extrémité face à la première partie d'extrémité, et une partie intermédiaire allongée reliant la première partie d'extrémité et la seconde partie d'extrémité, dans lequel les surfaces externes de la partie intermédiaire allongée comprennent au moins trois rainures distinctes commençant à un endroit proche de la première partie d'extrémité et s'étendant de manière parallèle à l'axe longitudinal sur la surface externe jusqu'à un endroit proche de la seconde partie d'extrémité, les rainures étant séparées de façon équidistante autour d'une circonférence de la surface externe, dans lequel les rainures fournissent une rigidité à la flexion latérale élevée et une faible rigidité à la torsion de sorte qu'une transmission fonctionne à une fréquence inférieure à une fréquence de plage de fonctionnement et que l'arbre d'entraînement fonctionne à une vitesse critique supérieure à une vitesse de service.
2. Arbre d'entraînement selon la revendication 1, dans lequel : les rainures sont configurées dans au moins l'une parmi une forme rectangulaire, une forme arrondie, une forme en queue d'aronde, une forme cannelée, une forme en T et une forme en L.
3. Arbre d'entraînement selon la revendication 2, comprenant en outre : une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la seconde partie d'extrémité.
4. Arbre d'entraînement selon la revendication 3, comprenant en outre : une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la première partie d'extrémité.
5. Arbre d'entraînement selon la revendication 4, dans lequel : la surface externe de la partie intermédiaire allongée est effilée vers la première partie d'extrémité et effilée vers la seconde partie d'extrémité.
6. Arbre d'entraînement selon la revendication 3, dans lequel : la surface externe de la partie intermédiaire allongée est effilée vers la seconde partie d'extrémité.
7. Arbre d'entraînement selon la revendication 6, comprenant en outre : un engrenage à pignons fixé à la première partie d'extrémité.
8. Arbre d'entraînement selon la revendication 7, comprenant en outre : un palier fixé à l'engrenage à pignons.
9. Aéropompe comprenant : un ensemble de turbine connecté mécaniquement à un dispositif de conversion de puissance par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement, l'arbre d'entraînement comprenant : un corps cylindrique ayant une surface externe, une surface interne, un axe longitudinal, une première partie d'extrémité, une seconde partie d'extrémité face à la première partie d'extrémité, et une partie intermédiaire allongée reliant la première partie d'extrémité et la seconde partie d'extrémité, dans lequel la surface externe de la partie intermédiaire allongée comprend au moins trois rainures distinctes commençant à un endroit proche de la première partie d'extrémité et s'étendant de manière parallèle à l'axe longitudinal sur la surface externe jusqu'à un endroit proche de la seconde partie d'extrémité, les rainures étant séparées de façon équidistante autour d'une circonférence de la surface externe, dans lequel les rainures fournissent une rigidité à la flexion latérale élevée et une faible rigidité à la torsion de sorte qu'une transmission fonctionne à une fréquence inférieure à une fréquence de plage de fonctionnement et que l'arbre d'entraînement fonctionne à une vitesse critique supérieure à une vitesse de service.
10. Aéropompe selon la revendication 9, dans lequel : les rainures de l'arbre d'entraînement sont configurées dans au moins l'une parmi une forme rectangulaire, une forme arrondie, une forme en queue d'aronde, une forme cannelée, une forme en T et une forme en L.
11. Aéropompe selon la revendication 10, dans laquelle l'arbre d'entraînement comprend en outre : une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la seconde partie d'extrémité.
12. Aéropompe selon la revendication 11, dans laquelle l'arbre d'entraînement comprend en outre : une pluralité de cannelures situées autour de la surface externe de la première partie d'extrémité.
13. Aéropompe selon la revendication 12, dans laquelle : la surface externe de la partie intermédiaire allongée de l'arbre d'entraînement est effilée vers la première partie d'extrémité et effilée vers la seconde partie d'extrémité.
14. Aéropompe selon la revendication 11, dans lequel : la surface externe de la partie intermédiaire allongée de l'arbre d'entraînement est effilée vers la seconde partie d'extrémité.
15. Aéropompe selon la revendication 14, comprenant en outre : un engrenage à pignons fixé à la première partie d'extrémité de l'arbre d'entraînement.