FR3049582A1

FR3049582A1 - Turbomachine, telle par exemple qu'un turboreacteur ou un turbopropulseur

Info

Publication number: FR3049582A1
Application number: FR1652818A
Authority: FR
Inventors: Antoine Elie Hellegouarch; Marc Patrick Tesniere
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-06
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: FR3049582B1

Abstract

L'invention concerne une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant un carter (3) s'étendant selon un axe et comportant au moins un premier et un second points de fixation (35) décalés circonférentiellement l'un par rapport à l'autre, la turbomachine comportant en outre des moyens de suspension (12) aptes à relier ledit carter (3) à une structure (19) d'un aéronef, caractérisée en ce que les moyens de suspension comportent un premier organe de suspension (20) relié au premier point de fixation (35) et un second organe de suspension (21) relié au second point de fixation (35), le premier organe de suspension (20) et le second organe de suspension (21) étant distincts et écartés circonférentiellement l'un de l'autre.

Description

Turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur

La présente invention concerne une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur.

Une turbomachine est par exemple fixée sous une aile d’un avion, par l’intermédiaire d’un pylône et de moyens de suspension. Les moyens de suspension comportent classiquement une partie amont et une partie aval, de façon à répartir les efforts entre l’amont et l’aval de la turbomachine. La partie amont des moyens de suspension est généralement fixée au niveau d’un carter dit intermédiaire alors que la partie aval des moyens de suspension est généralement fixée au niveau d’un carter dit d’échappement.

La demande de brevet FR 2 952 614, au nom de la Demanderesse, divulgue une turbomachine fixée sur un pylône d’un avion, par l’intermédiaire de moyens de suspension avant et arrière, fixés respectivement au carter intermédiaire et au carter d’échappement, les moyens de suspension avant et arrière comportant chacun une poutre de suspension épousant en partie la forme d’une virole du carter concerné, cette poutre étant également connue sous l’appellation « yoke ». Plus particulièrement, chaque carter comporte une première et une deuxième chape, dites chapes principales, et une troisième chape, dite chape auxiliaire. La chape auxiliaire est située circonférentiellement entre les deux chapes principales. Les chapes principales sont fixées à la poutre par l’intermédiaire de bielles et d’axes d’articulation, lesdites chapes principales étant destinées à reprendre l’ensemble des efforts appliqués entre le pylône et le carter concerné, en fonctionnement normal de la turbomachine. La chape auxiliaire est montée avec jeu sur la poutre, par l’intermédiaire d’un axe d’articulation, de sorte que la chape auxiliaire est apte à reprendre tout ou partie des efforts appliqués entre le pylône et le carter concerné, uniquement en cas de déformation du carter et/ou en cas de rupture d’au moins l’une des chapes principales.

Afin de pouvoir équilibrer au mieux les efforts au sein du carter et éviter sa déformation sous l’effet des efforts appliqués, il est préférable d’écarter suffisamment les chapes principales dans la direction circonférentielle. Pour une turbomachine ayant un diamètre important, la poutre présente des dimensions importantes, ce qui la rend difficilement intégrable dans l’environnement de la turbomachine, ladite poutre présentant par ailleurs une masse importante. L’utilisation d’un pylône comme organe intermédiaire de liaison entre la poutre et la voilure de l’aéronef pénalise également la masse de l’aéronef. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant un carter, par exemple un carter annulaire, s’étendant selon un axe et comportant au moins un premier et un second points de fixation décalés circonférentiellement l’un par rapport à l’autre, la turbomachine comportant en outre des moyens de suspension aptes à relier ledit carter à une structure d’un aéronef, caractérisée en ce que les moyens de suspension comportent un premier organe de suspension relié au premier point de fixation et un second organe de suspension relié au second point de fixation, le premier organe de suspension et le second organe de suspension étant distincts et écartés circonférentiellement l’un de l’autre. L’utilisation de deux organes de suspension distincts en remplacement de la poutre de l’art antérieur permet d’écarter les premiers et seconds points de fixation aisément en limitant la masse et l’encombrement des moyens de liaison. Par ailleurs, dans le cas où la turbomachine est suspendue à une voilure de l’aéronef, la fixation des moyens de liaison directement à la structure de la voilure permet de se dispenser de pylône et, là encore, réduire la masse et l’encombrement de l’ensemble.

Les premier et second organes de suspension peuvent présenter des structures identiques ou similaires et être montés de façon symétrique l’un par rapport à l’autre, par rapport à un plan passant par l’axe du carter.

Le carter peut comporter au moins deux points de fixation principaux et au moins un point de fixation auxiliaire, chaque organe de suspension étant relié à l’un des points de fixation principaux, l’un des organes de suspension étant également relié au point de fixation auxiliaire, la liaison entre le point de fixation auxiliaire et l’organe de suspension correspondant étant réalisée avec un jeu de montage de sorte que ladite liaison est apte à reprendre des efforts en cas de rupture de la liaison entre l’un des points de fixation principaux et l’organe de suspension correspondant et/ou en cas de déformation du carter.

Le carter peut comporter au moins trois points de fixation principaux et au moins un point de fixation auxiliaire, l’un des organes de suspension étant relié à un premier et un deuxième points de fixation principaux, l’autre organe de suspension étant relié à un troisième point de fixation principal et au point de fixation auxiliaire, la liaison entre le point de fixation auxiliaire et l’organe de suspension correspondant étant réalisée avec un jeu de montage de sorte que ladite liaison est apte à reprendre des efforts en cas de rupture de la liaison entre l’un des points de fixation principaux et l’organe de suspension correspondant et/ou en cas de déformation du carter.

Chaque point de fixation principal ou auxiliaire du carter peut être relié à l’organe de fixation correspondant par l’intermédiaire d’une biellette.

Chaque biellette peut être articulée à ses extrémités sur le carter et sur l’organe de suspension correspondant, par l’intermédiaire d’axes d'articulation.

Chaque point de fixation principal ou auxiliaire peut être formé par une chape ou un lobe s’étendant radialement vers l’extérieur du carter, et relié à la biellette par l’intermédiaire d’un axe d’articulation.

Chaque organe de suspension peut être équipé de vis de fixation, destinées à la fixation de l’organe de suspension sur la structure de l’aéronef, chaque organe de suspension comportant des nervures reliant les vis de fixation aux zones de liaison avec les points de fixation du carter. L’utilisation de nervures permet de limiter la masse des organes de suspension.

Dans ce cas, l’un au moins des organes de suspension est équipé d’au moins deux vis de fixation, destinées à la fixation dudit organe de suspension sur la structure de l’aéronef, les nervures de l’organe de suspension étant conçues pour former un premier chemin de transmission d’efforts reliant au moins une première vis de fixation à au moins une première zone de liaison, et pour former un second chemin de transmission d’efforts reliant au moins une seconde vis de fixation à au moins une seconde zone de liaison.

De cette manière, en cas de rupture de l’une des vis de fixation, seul l’un des chemins de transmission d’efforts est affecté, l’autre chemin de transmission d’efforts restant fonctionnel et pouvant assurer la fonction de liaison du carter à la structure de l’aéronef.

Chaque organe de suspension peut être équipé d’au moins un pion de centrage destiné à positionner ledit organe de suspension par rapport à la structure de l’aéronef.

Le pion de centrage est également apte à supporter des efforts de cisaillement.

Le diamètre du carter est par exemple supérieur à 3 m, les premier et second points de fixation principaux étant décalés angulairement d’un angle supérieur ou égal à 20° par rapport à l’axe du carter. L’invention concerne également un aéronef comportant une voilure et au moins une turbomachine du type précité, caractérisé en ce que le carter est fixé à un longeron de la voilure par l’intermédiaire des premiers et seconds organes de suspension. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, de côté, d’un turboréacteur à double flux de l’art antérieur, les poutres de suspension n’étant pas représentées, - la figure 2 est une demi-vue en perspective d’un turboréacteur de l’art antérieur, comportant une poutre de suspension avant et une poutre de suspension arrière, - la figure 3 est une vue schématique d’une partie d’un turboréacteur selon une forme de réalisation de l’invention, suspendu sous l’aile d’un aéronef, - la figure 4 est une vue en perspective d’un organe de suspension et des biellettes associées, - la figure 5 est une vue de côte de l’organe de suspension et des biellettes, - la figure 6 est une vue de face de l’organe de suspension et des biellettes.

Un turboréacteur à double flux comporte classiquement d'amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz au sein du turboréacteur, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d'éjection des gaz. Le compresseur et la turbine haute pression sont solidaires d'un même arbre, dit haute pression, et appartiennent ainsi au corps haute pression du moteur, tandis que le compresseur et la turbine basse pression sont solidaires d'un même arbre, dit basse pression, et appartiennent ainsi au corps basse pression du moteur.

Une partie du flux d'air entraîné par la soufflante, appelé flux primaire ou flux chaud, est entraînée vers les parties du cœur du turboréacteur, à savoir vers les compresseurs basse et haute pression, la chambre de combustion et les turbines haute et basse pression. Le reste du flux d'air, appelé flux secondaire ou flux froid, est directement éjecté en sortie de la soufflante, dans une tuyère secondaire située entre le carter extérieur du cœur du turboréacteur et la nacelle de ce dernier. Une partie du flux secondaire peut éventuellement être réinjectée dans le flux primaire à des fins de refroidissement, par exemple, mais la majeure partie de ce flux secondaire n'est utilisée que pour obtenir la poussée du turboréacteur. Dans le cas des turboréacteurs à double flux à usage civil, la poussée du turboréacteur provient principalement du flux secondaire.

Les figures 1 et 2 représentent une turbomachine 1 de l’art antérieur, de type turboréacteur à double flux. La turbomachine 1 comporte, de la gauche vers la droite à la figure 1, c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des gaz, un carter de soufflante 2, un carter dit intermédiaire 3, un carter 4 entourant les compresseurs basse et haute pression, un carter 5 entourant la chambre de combustion, un carter 6 entourant les turbines haute et basse pression, et un carter d’échappement 7. L’axe du turboréacteur est noté X. Les termes « axial », « radial » ou « angulaire » sont définis par référence à l’axe X du turboréacteur 1. Par ailleurs, la direction circonférentielle est une direction s’étendant autour dudit axe X.

Le carter intermédiaire 3 et le carter d’échappement 7 sont des carters structuraux, c’est-à-dire sont aptes à support des éléments de la structure du turboréacteur 1 et sont aptes à reprendre et transmettre des efforts.

Comme cela est mieux visible à la figure 2, le carter intermédiaire 3 comporte un moyeu radialement interne 8 relié à une virole radialement externe 9 par des bras 10 s’étendant radialement. Le moyeu 8 du carter intermédiaire 3 supporte les arbres des corps basse pression et haute pression, par l’intermédiaire de paliers de roulement (non représentés).

Le carter d’échappement 7 comporte également un moyeu radialement interne relié à une virole radialement externe 11, le moyeu du carter d’échappement 7 supportant les arbres précités par l’intermédiaire de paliers de roulement.

Le turboréacteur 1 est suspendu à la structure de l’aéronef par une suspension avant 12 et par une suspension arrière 13. Les suspensions sont fixées à un pylône ou un mât, lui-même solidaire de la structure de l’aéronef, typiquement au niveau d’une aile ou du fuselage.

La suspension avant 12 comporte une poutre 14 d’axe A perpendiculaire à l’axe X du moteur, ladite poutre 14 comporte deux extrémités 15 reliées par des bielles 16 à des chapes 17 solidaires du carter intermédiaire 3.

La suspension arrière 13 comporte également une poutre 18 qui est reliée au carter d’échappement 7.

En fonctionnement, les efforts transitent principalement par les zones d’extrémités 15 des poutres 14, 18, ces zones d’extrémités assurant la fixation au carter intermédiaire 3 et au carter d’échappement 7. Les zones médianes des poutres 14, 18 subissent ainsi moins de contraintes mécaniques.

Comme indiqué précédemment, afin de pouvoir équilibrer au mieux les efforts au sein du carter intermédiaire 3 et éviter sa déformation sous l’effet des efforts appliqués, il est préférable d’écarter suffisamment les chapes 17 dans la direction circonférentielle. Pour une turbomachine ayant un diamètre important, la poutre 12 présente des dimensions importantes, ce qui la rend difficilement intégrable dans l’environnement de la turbomachine 1, ladite poutre 12 présentant par ailleurs une masse importante. Par ailleurs, l’utilisation classique d’un pylône comme organe intermédiaire de liaison entre la poutre et la voilure de l’aéronef pénalise également la masse de l’aéronef.

Les figures 3 à 6 représentent une suspension avant 12 servant à la fixation du carter intermédiaire 3 à une structure 19 de l’aéronef, par exemple un élément structural de la voilure de l’aéronef, selon une forme de réalisation de l’invention. Le diamètre du carter intermédiaire 3 est par exemple supérieur à 2 mètres, néanmoins l’invention peut s’appliquer à tout diamètre de carter.

La suspension avant 12 comporte un premier organe de suspension 20 relié et un second organe de suspension 21 distincts l’un de l’autre, agencés de façon symétrique par rapport à un plan radial médian P. Ce plan P forme par exemple un plan dit « à 12h », c’est-à-dire un plan vertical dans le cas où la turbomachine est suspendue à un élément structural de la voilure de l’aéronef, tel qu’un longeron d’une aile.

Les deux organes de suspension 20, 21 présentent, dans cette forme de réalisation, des structures identiques, même si ils sont orientés de façon symétrique.

Chaque organe de suspension 20, 21 a une forme générale de triangle rectangle dont les côtés sont formés par des nervures planes. Chaque organe de suspension 20, 21 présente ainsi un sommet à angle droit, radialement externe, reliant une première et une seconde nervures 22, 23, la troisième nervure 24 étant opposée au sommet à angle droit. La première nervure 22 est située radialement à l’extérieur et forme l’interface avec un longeron 19, par exemple un longeron amont, de la voilure de l’aéronef. La troisième nervure 24 est située radialement à l’intérieur, les extrémités de la troisième nervure formant une première et une seconde zones de liaison 25, 26 avec les autres nervures 23, 22. Les zones de liaison 25, 26 sont arrondies et forment des chapes comportant des orifices 27 s’étendant parallèlement à l’axe X. La première nervure 22 et la première zone de liaison 25 sont reliées par une nervure transverse 28. La première nervure 22 et la zone médiane de la troisième nervure 24 sont reliées par une nervure transverse 29. Enfin, la zone médiane de la nervure transverse 28 et la zone médiane de la troisième nervure 24 sont reliées par une nervure transverse 30. Les nervures transverses 28, 29, 30 sont planes dans cette forme de réalisation.

La première nervure 22 comporte quatre vis 31 servant à la fixation de l’organe de suspension 20, 21 sur le longeron 19 de la voilure de l’aéronef. Deux vis 31 sont situées à proximité de chaque extrémité de la première nervure 22, de façon à décaler angulairement les deux paires de vis 31. Par ailleurs, les vis 31 d’une même paire sont décalées axialement l’une de l’autre.

La première nervure 22 comporte en outre un pion de centrage 32 situé dans une zone médiane de ladite nervure 22. Le pion de centrage 32 assure le positionnement de l’organe de suspension 12 sur le longeron 19, et permet en outre de reprendre les efforts de cisaillement entre l’organe de suspension et le longeron.

La suspension avant 12 comporte en outre des biellettes 33, 34. Chaque biellette 33, 34 comporte une première extrémité reliée à une chape 35, 36 solidaire du carter intermédiaire 3, par l’intermédiaire d’un axe 37, et une seconde extrémité reliée à l’une des zones de liaison 25, 26 de l’organe de suspension 20, 21, par l’intermédiaire d’un axe engagé dans l’orifice 27 correspondant.

La suspension avant 12 comporte ainsi quatre biellettes 33, 34. Les deux biellettes latéralement externes 33, c’est-à-dire les deux biellettes qui sont le plus écartées circonférentiellement ou angulairement l’une de l’autre, sont chargées en fonctionnement. En d’autres termes, elles sont conçues pour assurer la suspension de la turbomachine 1 en fonctionnement normal. L’une au moins des biellettes latéralement internes 34 est conçue pour ne pas reprendre d’effort en fonctionnement normal, mais pour reprendre des efforts en cas de rupture d’une partie de la suspension avant 12 ou en cas de déformation du carter intermédiaire 3 par exemple. Cette biellette assure une fonction de sécurité.

Ainsi, l’une seulement des biellettes latéralement internes 34 peut assurer cette fonction de sécurité, l’autre biellette 34 pouvant servir à la suspension de la turbomachine 1 en fonctionnement normal. En variante, les deux biellettes latéralement internes 34 peuvent assurer la fonction de sécurité, seules les deux biellettes latéralement externes 33 assurant la fonction de suspension.

On notera que, en cas de rupture de l’une ou plusieurs des nervures 22, 23, 24, 28, 29, 30, les efforts peuvent toujours être repris par les autres nervures. Par ailleurs, dans le cas extrêmement improbable d’une détérioration complète de l’un des deux organes de suspension 20, 21, l’autre organe de suspension 21, 20 peut être capable d’assurer seul la fixation de la turbomachine 1 à la structure 19.

Par ailleurs, l’utilisation de deux organes de suspension distincts 20, 21 permet de les écarter aisément l’un de l’autre, de façon à pouvoir respecter un angle suffisant entre les chapes latéralement externes 35, un tel écartement assurant la bonne répartition des contraintes mécaniques au sein du carter intermédiaire. L’angle entre les chapes latérales externes 35, par rapport à l’axe X, est par exemple supérieur à 20°, de préférence compris entre 20 et 30°. La masse de la suspension avant 12 peut également être réduite et son intégration facilitée.

La suspension arrière 13 peut également être réalisée de la même façon, à l’aide de deux organes de suspension distincts 20, 21.

En outre, on notera que la structure 19 de l’aéronef à laquelle la turbomachine est suspendue n’est pas nécessairement un longeron de la voilure de l’aéronef. Il est en effet possible de prévoir une structure 19 sous la forme d’un pylône fixé au fuselage de l’aéronef, la turbomachine étant alors suspendue au pylône par l’intermédiaire des deux organes de suspension 20, 21. Le plan radial médian P n’est pas nécessairement vertical (à 12h ou à 6h), et pourra s’étendre par exemple sensiblement à l’horizontale (à 9h ou à 3h) sur l’un ou l’autre des deux côtés du fuselage.

Claims

REVENDICATIONS

1. Turbomachine (1), telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant un carter (3) s’étendant selon un axe (X) et comportant au moins un premier et un second points de fixation (35) décalés circonférentiellement l’un par rapport à l’autre, la turbomachine (1) comportant en outre des moyens de suspension (12) aptes à relier ledit carter (3) à une structure (19) d’un aéronef, caractérisée en ce que les moyens de suspension comportent un premier organe de suspension (20) relié au premier point de fixation (35) et un second organe de suspension (21) relié au second point de fixation (35), le premier organe de suspension (20) et le second organe de suspension (21) étant distincts et écartés circonférentiellement l’un de l’autre.
2. Turbomachine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter (3) comporte au moins deux points de fixation principaux (35) et au moins un point de fixation auxiliaire (36), chaque organe de suspension (20, 21) étant relié à l’un des points de fixation principaux (35), l’un des organes de suspension (20, 21) étant également relié au point de fixation auxiliaire (36), la liaison entre le point de fixation auxiliaire (36) et l’organe de suspension correspondant (20, 21) étant réalisée avec un jeu de montage de sorte que ladite liaison est apte à reprendre des efforts en cas de rupture de la liaison entre l’un des points de fixation principaux (35) et l’organe de suspension correspondant (20, 21) et/ou en cas de déformation du carter (3).
3. Turbomachine (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le carter (3) comporte au moins trois points de fixation principaux et au moins un point de fixation auxiliaire, l’un des organes de suspension (20, 21) étant relié à un premier et un deuxième points de fixation principaux, l’autre organe de suspension (20, 21) étant relié à un troisième point de fixation principal et au point de fixation auxiliaire, la liaison entre le point de fixation auxiliaire et l’organe de suspension correspondant (20, 21) étant réalisée avec un jeu de montage de sorte que ladite liaison est apte à reprendre des efforts en cas de rupture de la liaison entre l’un des points de fixation principaux et l’organe de suspension correspondant (20, 21) et/ou en cas de déformation du carter (3).
4. Turbomachine (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque point de fixation principal ou auxiliaire du carter (3) est relié à l’organe de fixation correspondant (20, 21) par l’intermédiaire d’une biellette (33, 34).
5. Turbomachine (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque point de fixation principal ou auxiliaire est formé par une chape (35, 36) ou un lobe s’étendant radialement vers l’extérieur du carter (3), et relié à la biellette (33, 34) par l’intermédiaire d’un axe d’articulation.
6. Turbomachine (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque organe de suspension (20, 21) est équipé de vis de fixation (31), destinées à la fixation de l’organe de suspension (20, 21) sur la structure (19) de l’aéronef, chaque organe de suspension (20, 21) comportant des nervures (22, 23, 24, 28, 29, 30) reliant les vis de fixation (31) aux zones de liaison (26, 27) avec les points de fixation (35, 36) du carter (3).
7. Turbomachine (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’un au moins des organes de suspension (20, 21) est équipé d’au moins deux vis de fixation (31), destinées à la fixation dudit organe de suspension (20, 21) sur la structure(19) de l’aéronef, les nervures (22, 23, 24, 28, 29, 30) de l’organe de suspension (20, 21) étant conçues pour former un premier chemin de transmission d’efforts reliant au moins une première vis de fixation (31) à au moins une première zone de liaison (25), et pour former un second chemin de transmission d’efforts reliant au moins une seconde vis de fixation (31) à au moins une seconde zone de liaison (26).
8. Turbomachine (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque organe de suspension (20, 21) est équipé d’au moins un pion de centrage (32) destiné à positionner ledit organe de suspension (20, 21) et à reprendre les efforts de cisaillement par rapport à la structure (19) de l’aéronef.
9. Turbomachine (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le diamètre du carter (3) est supérieur à 3 m, les premier et second points de fixation principaux (35) étant décalés angulairement d’un angle supérieur ou égal à 20° par rapport à l’axe (X) du carter (3).
10. Aéronef comportant une voilure et au moins une turbomachine (1) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le carter (3) est fixé à un longeron (19) de la voilure par l’intermédiaire des premiers et seconds organes de suspension (20, 21).