FR3129427A1 - Carter d’echappement comportant un bras creux traverse par un element conducteur de transmission de puissance - Google Patents

Carter d’echappement comportant un bras creux traverse par un element conducteur de transmission de puissance Download PDF

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Jean-Louis DI BARTOLOMEO
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Abstract

L’invention concerne un carter d’échappement (24) pour une turbomachine d’aéronef, ledit carter (24) ayant un axe principal (A) et comportant une virole annulaire interne (44) et une virole annulaire externe (46) s’étendant autour dudit axe (A) et réunies par au moins un bras creux (48) s’étendant radialement par rapport audit axe (A) et débouchant dans lesdites viroles (46, 48), caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un élément conducteur de transmission de puissance (50) qui a une forme générale allongée et cintrée et qui traverse ledit bras creux (48), cet élément conducteur (50) comportant au moins un tronçon rigide (54) et comportant une première extrémité de connexion (56) située radialement à l’extérieur de la virole externe (46), et une seconde extrémité de connexion (58) située radialement à l’intérieur de la virole interne (44) et orientée sensiblement parallèlement audit axe principal (A). Figure pour l'abrégé : Figure 2.

Description

CARTER D’ECHAPPEMENT COMPORTANT UN BRAS CREUX TRAVERSE PAR UN ELEMENT CONDUCTEUR DE TRANSMISSION DE PUISSANCE
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne un carter d’échappement de turbomachine permettant l’acheminement d’une puissance électrique entre deux organes électriques situés respectivement à l’extérieur et à l’intérieur de celui-ci, via un élément conducteur de transmission de puissance traversant ce carter.
L’invention concerne un carter d’échappement de turbomachine hybride destiné à permettre le raccordement électrique à une machine électrique située en aval de ce carter, coaxialement et intérieurement à celui-ci.
Arrière-plan technique
L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-2.842.565, FR-A1-2.896.537, FR-A1-2.9220265, FR-3.087.823, FR-3.103.851, FR-2.922.265, FR-2.842.565 et FR.2.896.537 qui décrivent des turbomachines équipées de machines électriques.
Le monde aéronautique se pose aujourd’hui de nombreuses questions quant à la pertinence d’utiliser des moteurs hybrides pour l’aviation commerciale. L’utilisation de l’énergie électrique est aujourd’hui envisagée non seulement pour répondre à des fonctions de l’aéronef mais également pour électrifier des fonctions de la turbomachine.
Ce constat conduit à étudier des solutions d’architecture moteur hybridée, c’est-à-dire à développer des turbomachines hybrides combinant l’énergie fossile du carburant et l’énergie électrique pour assurer l’entraînement de la partie propulsive (soufflante de la turbomachine) et l’alimentation de certaines fonctions des moteurs et/ou de l’aéronef.
Ces architectures peuvent notamment se baser sur des architectures à deux ou multiple corps, dans lesquelles la turbomachine comprend un ou plusieurs corps basse pression et un corps haute pression, chaque corps comportant un arbre reliant un rotor d’un compresseur à un rotor d’une turbine.
Parmi ces architectures, on trouve notamment les architectures de type à grand taux de dilution et à réducteur (UHBR ID, acronyme anglo-saxon de Ultra High By Pass Ratio, Integral Drive), qui concernent des configurations de moteur à double flux comportant un corps haute pression et un corps basse pression qui entraîne quant à lui une soufflante carénée à très haut taux de dilution par l’intermédiaire d’un réducteur accouplé à une ligne de transmission du corps basse pression, ceci afin de pouvoir optimiser indépendamment les vitesses de rotation de la soufflante et du corps basse pression.
En tout état de cause, de telles turbomachines peuvent comprendre une ou plusieurs machines électriques accouplées mécaniquement aux corps basse pression ou haute pression de la turbomachine, avec des puissances allant de quelques kW à plusieurs MW.
Cette multiplication des machines électriques induit une augmentation de la complexité des câblages à réaliser, et ce d’autant que la conception modulaire des turbomachines sous forme de modules axiaux implique que les modules électrifiés puissent être livrés avec leur connectique, prêts à être assemblés aux autres modules de la turbomachine.
Par ailleurs, l’intégration d’une machine électrique de forte puissance sur la partie basse pression de la turbomachine, en particulier dans le cas d’une architecture de type UHBR ID pour laquelle le réducteur occupe déjà volume important, généralement au niveau du compresseur basse pression, s’avère très complexe. Plusieurs zones d’installation sont possibles, en amont ou en aval du corps basse pression, avec des avantages et des inconvénients pour chacune en termes d’intégration mécanique, de température d’environnement, de refroidissement, de routage des servitudes et d’accessibilité.
Toutefois, une des zones les plus favorables pour l’intégration d’une machine électrique en termes d’encombrement se situe en aval du carter d’échappement, aussi désigné par les initiales TRF, acronyme anglo-saxon de Turbine Rear Frame, coaxialement et à l’intérieur de celui-ci.
Toutefois, il importe de raccorder électriquement la machine électrique à l’aéronef et pour cela au moins un élément de transmission de puissance doit traverser la veine de gaz pour être raccordé dans la zone intérieure à la veine et dans la zone extérieure à la veine.
Il existe donc un réel besoin pour un cheminement d’au moins un élément de transmission de puissance au travers de la veine de gaz de la turbomachine.
La présente invention répond à ce besoin en proposant un cheminement de l’élément de transmission de puissance au travers d’un bras du carter d’échappement.
Dans ce but, l’invention propose un carter d’échappement pour une turbomachine d’aéronef, ledit carter ayant un axe principal et comportant une virole annulaire interne et une virole annulaire externe s’étendant autour dudit axe et réunies par au moins un bras creux s’étendant radialement par rapport audit axe et débouchant dans lesdites viroles, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un élément conducteur de transmission de puissance qui a une forme générale allongée et cintrée et qui traverse ledit bras creux, cet élément conducteur comportant au moins un tronçon rigide et comportant une première extrémité de connexion située radialement à l’extérieur de la virole externe, et une seconde extrémité de connexion située radialement à l’intérieur de la virole interne et orientée sensiblement parallèlement audit axe principal.
Cette configuration permet avantageusement d’utiliser un bras creux préexistant pour assurer le passage de l’élément conducteur de transmission de puissance. Dans le cadre d’un assemblage d’une turbomachine par modules, elle permet de proposer un carter d’échappement modulaire pré-équipé, déjà pourvu de l’élément conducteur de transmission de puissance.
Selon une autre caractéristique du carter d’échappement, le tronçon rigide peut s’étendre au moins radialement depuis la première extrémité jusque dans le bras.
Cette caractéristique est particulièrement avantageuse car elle permet d’utiliser un tronçon rigide, aussi connu sous le nom de barre de puissance, pour former la partie cintrée de l’élément conducteur de transmission de puissance. En effet les harnais souples à fort diamètre ont des rayons de cintrage très importants, ce qui ne n’est pas toujours compatible avec un tel cheminement. De plus, l’’intégration de harnais nécessite des supports afin d’éviter les vibrations qui pourraient endommager les pièces environnantes. L’utilisation d’un tronçon rigide dans le bras en lieu et place d’un harnais permet de s’affranchir de ce problème.
Selon d’autres caractéristiques du carter d’échappement :
- le tronçon rigide de l’élément conducteur de transmission de puissance s’étend entre les première et seconde extrémités,
- l’élément conducteur de transmission de puissance est cintré à 90 degrés,
- l’élément conducteur traverse au niveau de sa première extrémité une platine de fixation sur la virole externe,
- la platine obture une ouverture de la virole externe dans laquelle débouche le bras creux, ladite ouverture étant traversée par ledit élément conducteur,
- ladite première extrémité est coudée en L et comprend une partie qui s’étend sensiblement de manière tangentielle à l’extérieur de la virole externe,
- l’élément conducteur comporte un tronçon de harnais électrique qui s’étend entre le tronçon rigide et jusqu’à la seconde extrémité,
- chacune des première et seconde extrémités est conformée sous la forme d’une patte comprenant un orifice de montage d’un élément de fixation du type vis,
L’invention concerne aussi une turbomachine d’aéronef comportant un carter d’échappement du type décrit précédemment, dans laquelle le carter d’échappement est monté en aval d’au moins une turbine de la turbomachine, et dans laquelle la seconde extrémité de l’élément conducteur est fixée à une barre de puissance qui est fixée à une machine électrique montée en aval du carter d’échappement selon l’axe principal et à l’intérieur d’une tuyère.
L’invention concerne encore un carter d’échappement du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu’il comporte au moins successivement :
- une étape au cours de laquelle on présente la seconde extrémité de connexion de l’élément conducteur de transmission de puissance cintré devant le bras creux débouchant dans la virole externe,
- une étape au cours de laquelle on introduit l’élément conducteur dans le bras creux en lui imprimant simultanément un mouvement de basculement autour d’un axe transversal selon une trajectoire courbe jusqu’à ce que la seconde extrémité sorte du bras creux à l’intérieur de la virole interne, parallèlement à l’axe principal du carter d’échappement,
- une étape au cours de laquelle on fixe l’élément conducteur de transmission de puissance à la virole extérieure du carter d’échappement.
Plus particulièrement, le procédé d’assemblage comporte :
- une première étape au cours de laquelle on introduit le tronçon rigide de barre de puissance au travers de la platine et on le fixe à ladite platine,
- une deuxième étape au cours de laquelle on présente la seconde extrémité de connexion de l’élément conducteur cintré devant le bras débouchant dans la virole externe,
- une troisième étape au cours de laquelle on introduit l’élément conducteur dans le bras creux en lui imprimant simultanément un mouvement de basculement autour d’un axe transversal selon une trajectoire courbe jusqu’à ce que la seconde extrémité sorte du bras à l’intérieur de la virole interne, parallèlement à l’axe principal du carter d’échappement,
- une quatrième étape au cours de laquelle on fixe la platine à la virole extérieure du carter d’échappement.
Ce procédé permet donc d’obtenir un carter d’échappement modulaire pré-équipé, prêt pour l’assemblage avec d’autres éléments de la turbomachine.
De ce fait, on peut alors envisager un procédé d’assemblage d’une turbomachine hybride qui comporte au moins successivement :
- une première étape de fourniture d’un carter d’échappement modulaire et d’une machine électrique munie d’une barre de puissance,
- une deuxième étape au cours de laquelle on aligne la machine électrique avec le carter d’échappement modulaire,
-une troisième étape au cours de laquelle on fixe la machine électrique au carter d’échappement modulaire,
- une quatrième étape au cours de laquelle on connecte l’élément conducteur de transmission de puissance du carter et la barre de puissance de la machine par leurs pattes de connexion à l’aide d’un boulon transversal et on fait coulisser deux demi-boitiers préalablement enfilés respectivement sur l’élément conducteur du carter modulaire et sur la barre de puissance de la machine électrique pour former un boîtier encapsulant ledit boulon transversal, lesdites pattes, une partie de l’élément conducteur de transmission de puissance du carter modulaire et une partie de la barre de puissance de la machine électrique.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
La est une vue schématique d’une turbomachine hybride comportant un carter d’échappement selon l’invention ;
La est une vue en coupe de détail de l’extrémité arrière de la turbomachine hybride de la ;
La est une vue de perspective de détail de l’extrémité arrière de la turbomachine hybride de la comportant un carter d’échappement selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue de perspective de détail d’un élément conducteur de transmission de puissance pour le carter d’échappement selon le premier mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue de perspective de détail de l’extrémité arrière de la turbomachine hybride de la comportant un carter d’échappement selon un second mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue de perspective de détail d’un élément conducteur de transmission de puissance pour le carter d’échappement selon le second mode de réalisation de l’invention ;
La est une vue de perspective de détail de la connexion entre les pattes d’un élément conducteur de transmission de puissance et d’une barre de puissance d’une machine électrique ;
La est une vue de perspective de détail de la connexion entre les pattes d’un élément conducteur de transmission de puissance et d’une barre de puissance de machine électrique, protégées par un boîtier;
La est une vue en coupe illustrant une première étape d’assemblage d’un carter d’échappement selon l’invention ;
La est une vue en coupe illustrant une seconde étape d’assemblage d’un carter d’échappement selon l’invention ;
La est une vue en coupe illustrant une troisième étape d’assemblage d’un carter d’échappement selon l’invention ;
La est une vue en coupe illustrant l’assemblage d’une turbomachine hybride selon l’invention ;
La est une vue en perspective d’une barre de puissance pour une machine électrique d’une turbomachine hybride selon l’invention ;
La est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’assemblage d’un carter d’échappement selon l’invention ;
La est un diagramme-bloc illustrant les étapes d’assemblage d’une turbomachine hybride selon l’invention.

Claims (11)

  1. Carter d’échappement (24) pour une turbomachine d’aéronef, ledit carter (24) ayant un axe principal (A) et comportant une virole annulaire interne (44) et une virole annulaire externe (46) s’étendant autour dudit axe (A) et réunies par au moins un bras creux (48) s’étendant radialement par rapport audit axe (A) et débouchant dans lesdites viroles (44, 46),
    caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un élément conducteur de transmission de puissance (50) qui a une forme générale allongée et cintrée et qui traverse ledit bras creux (48), cet élément conducteur(50) comportant au moins un tronçon rigide (54) et comportant une première extrémité de connexion (56) située radialement à l’extérieur de la virole externe (46), et une seconde extrémité de connexion (58) située radialement à l’intérieur de la virole interne (44) et orientée sensiblement parallèlement audit axe principal (A).
  2. Carter d’échappement (24) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon rigide s’étend au moins radialement depuis la première extrémité (56) jusque dans le bras (48).
  3. Carter d’échappement (24) selon l’une des revendications 1 ou 2 , caractérisé en ce que le tronçon rigide de l’élément conducteur de transmission de puissance (50) s’étend entre les première et seconde extrémités (56, 58).
  4. Carter d’échappement (24) modulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’élément conducteur (50) comporte un tronçon de harnais électrique (62) qui s’étend entre le tronçon rigide (54) et jusqu’à la seconde extrémité (58).
  5. Carter d’échappement (24) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément conducteur de transmission de puissance (50) est cintré à 90 degrés.
  6. Carter d’échappement (24) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément conducteur (50) traverse au niveau de sa première extrémité une platine de fixation (64) sur la virole externe (46).
  7. Carter d’échappement (24) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la platine (64) obture une ouverture (66) de la virole externe (46) dans laquelle débouche le bras creux (48), ladite ouverture (46) étant traversée par ledit élément conducteur (50).
  8. Carter d’échappement (24) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première extrémité (56) est coudée en L et comprend une partie (70) qui s’étend sensiblement de manière tangentielle à l’extérieur de la virole externe (46).
  9. Carter d’échappement (24) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des première et seconde extrémités (56, 58) est conformée sous la forme d’une patte (74) comprenant un orifice de montage d’un élément de fixation (76) du type vis.
  10. Turbomachine (10) d’aéronef comportant un carter d’échappement selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le carter (24) d’échappement est monté en aval d’au moins une turbine (22) de la turbomachine, et dans laquelle la seconde extrémité (58) de l’élément conducteur (50) est fixée à une barre (52) de puissance qui est fixée à une machine électrique (42) montée en aval du carter d’échappement (24) selon l’axe principal (A) et à l’intérieur d’une tuyère.
  11. Procédé d’assemblage d’un carter d’échappement (24) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte au moins successivement :
    - une étape (ET1) au cours de laquelle on laquelle on présente la seconde extrémité (58) de connexion de l’élément conducteur (50) de transmission de puissance cintré devant le bras creux (48) débouchant dans la virole externe (46),
    - une étape (ET2= au cours de laquelle on introduit l’élément conducteur (50) dans le bras creux (48) en lui imprimant simultanément un mouvement de basculement autour d’un axe transversal selon une trajectoire courbe jusqu’à ce que la seconde extrémité sorte du bras creux (48) à l’intérieur de la virole interne,(44) parallèlement à l’axe principal (A) du carter d’échappement (24),
    - une étape (ET4) au cours de laquelle on fixe l’élément conducteur (50) de transmission de puissance à la virole extérieure (46) du carter d’échappement (24).
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