FR3132126A1

FR3132126A1 - Moteur d'aéronef comprenant des aubes fixées au carter

Info

Publication number: FR3132126A1
Application number: FR2200570A
Authority: FR
Inventors: Sylvain HUCHET
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2022-01-24
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2023-07-28

Abstract

Le moteur (1) d’aéronef comprend : - un carter (20), - des aubes (30), et - pour au moins une des aubes, des moyens (32) de liaison de l’aube au carter configurés pour permettre à l’aube (30) de s’écarter d’une position initiale par rapport au carter sous l’effet d’une sollicitation s’exerçant sur l’aube depuis l’extérieur du carter, puis pour replacer l’aube en position initiale. Figure de l’abrégé : Fig. 2

Description

Moteur d'aéronef comprenant des aubes fixées au carter

DOMAINE DE L’INVENTION

L'invention concerne les aubes de moteur d’aéronef.

ETAT DE LA TECHNIQUE

On sait que les turbomoteurs d’aéronef sont exposés au risque d’ingestion d’oiseaux. Si cette ingestion se produit, elle est susceptible d’endommager une ou plusieurs aubes du moteur, ce qui peut menacer son bon fonctionnement et sa durée de vie.

C’est le cas notamment pour les aubes à calage variable. Il peut s’agir d’aubes de soufflante ou d’aubes fixes de sortie de flux secondaire. On désigne ces dernières par l’acronyme OGV pour l’anglais « outlet guide vanes ». On distingue en effet le flux secondaire, passant à l’extérieur d’un carter du corps central du moteur, du flux primaire qui traverse ce dernier. De telles aubes sont montées mobiles en rotation par rapport au carter autour d’un axe radial à l’axe principal du moteur. Elles sont ainsi fixées au carter au moyen d’un mécanisme permettant de modifier en cours de vol leur angle de calage afin d’adapter la poussée générée par la soufflante en fonction de la phase de vol. On pourra par exemple se référer au document US 2017/0102006 dans lequel le mécanisme comprend notamment des roulements à billes. Or ce mécanisme peut être fragilisé ou endommagé en cas de choc d’un oiseau sur l’aube. Dans le même cas, la fixation de l’aube et sa position peuvent aussi être compromises.

Un but de l’invention est d’augmenter la robustesse des moteurs d’aéronef face à l’aléa de l’ingestion d’oiseaux.

A cet effet, on prévoit un moteur d’aéronef comprenant :

- un carter,

- des aubes, et

- pour au moins une des aubes, des moyens de liaison de l’aube au carter configurés pour permettre à l’aube de s’écarter d’une position initiale par rapport au carter sous l’effet d’une sollicitation s’exerçant sur l’aube depuis l’extérieur du carter, puis pour replacer l’aube en position initiale.

Ainsi, en cas d’ingestion d’oiseau, les moyens de liaison permettent à l’aube de se déplacer sous l’effet du choc qui se produit sur la partie de l’aube émergeant du carter. L’énergie du choc est donc utilisée pour déplacer l’aube et non pour la déformer ou la casser. Ensuite les moyens de liaison replacent l’aube dans sa position de départ. Le moteur retrouve donc la configuration qu’il avait avant le choc. L’invention permet ainsi d’amortir les impacts en cas d’ingestion d’oiseau et améliore la robustesse ainsi que l’opérabilité du moteur face à l’aléa d’un tel choc.

On peut prévoir que les moyens de liaison sont configurés pour permettre à l’aube de tourner autour d’un axe transversal quelconque perpendiculaire à une direction radiale à un axe principal du moteur.

En effet, le choc peut tendre à faire tourner l’aube autour d’un tel axe. Il s’agit d’une sollicitation en flexion s’exerçant sur l’aube et il est donc avantageux de permettre à l’aube de se déplacer dans la direction définie par cette sollicitation.

On peut aussi prévoir que les moyens de liaison sont configurés pour permettre à l’aube de tourner autour d’un axe radial à un axe principal du moteur sous l’effet de la sollicitation.

Il s’agit cette fois d’une sollicitation en torsion. Il est donc ici aussi avantageux de permettre à l’aube de se déplacer dans la direction définie par cette sollicitation.

Ces deux situations de sollicitation peuvent se combiner de sorte qu’on peut prévoir que les moyens de liaison présentent les deux caractéristiques correspondantes.

De préférence, les moyens de liaison comprennent un organe de rappel de l’aube en position initiale.

Il s’agit d’une façon simple de faire en sorte que les moyens de liaison replacent l’aube en position initiale. Cet organe est par exemple un ressort. Une autre façon d’y parvenir, probablement moins avantageuse, serait d’utiliser un actionneur.

Dans un mode de réalisation, les moyens de liaison comprennent une cale montée mobile par rapport à l’aube et la sollicitant pour la maintenir en appui contre le carter.

Cette cale n’est pas obligatoire et on peut prévoir sinon que les moyens de liaison intègrent directement le pied de l’aube au sein de leur mécanisme.

On peut prévoir que la cale est montée mobile par rapport au carter à coulissement suivant une direction radiale à un axe principal du moteur.

On peut aussi prévoir que les moyens de liaison sont configurés pour qu’une rotation de l’aube par rapport au carter autour d’un axe transversal quelconque perpendiculaire à une direction radiale à un axe principal du moteur entraine un déplacement de la cale.

On peut aussi prévoir que les moyens de liaison sont configurés pour qu’une rotation de l’aube autour d’un axe radial à un axe principal du moteur entraine un déplacement de la cale.

Dans un mode de réalisation, les moyens de liaison comprennent :

- au moins une came, et

- des éléments de roulement en appui sur la ou chaque came,

la cale sollicitant l’aube par l’intermédiaire d’un appui des éléments de roulement sur la ou chaque came.

Par exemple, les cames sont au nombre de deux, les éléments de roulement étant interposés entre les cames.

Avantageusement, la came ou au moins l’une des cames présente des alvéoles logeant les éléments de roulement.

On peut prévoir que l’aube est à calage variable.

Mais l’invention s’applique également aux aubes à calage fixe.

On peut prévoir que l’aube est montée non tournante autour d’un axe principal du moteur. L’aube est par exemple une OGV.

Mais on peut aussi prévoir que l’aube est montée tournante autour d’un axe principal du moteur. Il s’agit par exemple d’une aube de soufflante.

Par exemple, le moteur est configuré pour recevoir :

- un flux d’air primaire entre le carter et un axe principal du moteur, et

- un flux d’air secondaire à l’extérieur du carter,

le moteur étant configuré pour que l’aube s’étende dans le flux d’air secondaire.

Le moteur peut être un turboréacteur. Il peut être à simple ou double corps et à simple ou double flux.

DESCRIPTION DES FIGURES

Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention à titre d'exemple non-limitatif à l'appui des dessins sur lesquels :

- la est une vue en demi-coupe axiale d’un moteur selon un mode de réalisation de l’invention ;

- la est une vue en coupe axiale d’une zone du moteur de la montrant une aube à calage variable et les moyens de liaison de l’aube au carter ; et

- les figures 3 et 4 sont deux vues respectivement en plan et en coupe axiale développée de deux cames et de leurs éléments de roulement faisant partie des moyens de liaison de la .

Dans le présent exemple de réalisation de l’invention, le moteur d’aéronef est un turboréacteur 1 d’avion formant ici une turbomachine à double flux et double corps comprenant un rotor et un stator. La turbomachine présente un axe principal X-X qui sert d’axe de rotation du rotor par rapport au stator.

Elle comprend d'amont en aval, donc de gauche à droite sur la :

- une soufflante 2,

- un compresseur basse pression 5 et un compresseur haute pression 7,

- une chambre de combustion 9,

- une turbine haute pression 11 et une turbine basse pression 13.

Ces éléments, à l’exception de la soufflante, sont compris dans une partie centrale 14 du turboréacteur. Leurs parties mobiles à rotation autour de l’axe X-X forment le rotor.

Le compresseur haute pression 7, la chambre de combustion 9 et la turbine haute pression 11 forment un corps à haute pression 16 qui, conjointement avec le compresseur basse pression 5 et la turbine basse pression 13, définit une veine principale 18 d'écoulement d'air. Le moteur comprend un carter 20 entourant cette veine et faisant partie du stator.

Une nacelle 22 entoure la soufflante 2 et la partie centrale 14 de façon à former un compartiment de soufflante 24 et à y définir une veine secondaire d'écoulement d'air 26.

Dans la veine principale 18 s’écoule un flux d’air primaire et dans la veine secondaire 26 un flux d’air secondaire ou flux de dérivation. Le moteur est donc configuré pour recevoir :

- un flux d’air primaire entre le carter 20 et l’axe principal du moteur et

- un flux d’air secondaire à l’extérieur du carter.

La soufflante 2 est montée tournante autour de l’axe principal X-X et comprend des aubes 28.

En aval de celles-ci par référence au flux d’air secondaire, le moteur comprend des aubes fixes 30 de sortie de flux secondaire ou OGV. Chacune de ces aubes est montée sur le carter 20 et est montée non tournante autour de l’axe principal X-X. Elle s’étend par son extrémité la plus proche de l’axe principal X-X dans le carter 20 et par son autre extrémité jusqu’à la nacelle 22. Chaque aube 30 a une direction générale, proche de sa direction longitudinale, qui s’étend suivant une direction 36 radiale à l’axe X-X.

Chaque aube 30 est en l’espèce à calage variable et est donc montée mobile en rotation par rapport au carter autour d’un axe 36 radial à l’axe principal du moteur. Le moteur comprend donc pour chaque aube des moyens 32 de liaison de l’aube 30 au carter 20, permettant de modifier en cours de vol son angle de calage en fonction de la phase de vol.

La montre le pied 34 de l’aube reçu à l’intérieur du carter 20. Le pied présente un épaulement 38 en appui radial contre le carter 20 par l’intermédiaire d’un palier formé ici par un roulement oblique 40. Un corps principal 35 de l’aube traverse une ouverture du carter 20 dépourvue de matière en passant par le centre du roulement.

Les moyens de liaison 32 comprennent une cale 42 présentant une forme générale à symétrie de révolution autour de l’axe radial 36. Cette cale présente une face externe plane 43 opposée à l’axe X-X et ayant une cavité centrale 44 dans laquelle pénètre une extrémité cylindrique terminale 45 du pied 34 sans atteindre le fond de la cavité.

Les moyens de liaison 32 comprennent aussi un palier 46 qui comprend deux cames dans cet exemple et forme une double came. Les cames sont formées respectivement par des disques 48 évidés en leur centre pour leur donner une forme annulaire. Comme illustré aux figures 2 et 4, les deux disques 48 sont coaxiaux et en regard l’un de l’autre. Chaque disque présente en regard de l’autre une face 49 ayant des alvéoles 50. Ces alvéoles ont une forme qui donne une allure ondulée au profil de la face du disque comme illustré sur la coupe développée de la . Chaque face 49 forme ainsi une face de came et les disques forment des cames.

Le palier 46 comprend des éléments de roulement 52 formés ici par des billes mais il pourrait s’agir d’éléments d’un autre type tels que des cylindres ou des rouleaux tronconiques. Les éléments de roulement 52 et les alvéoles 50 de chaque disque 48 sont ici au nombre de quatre mais ce nombre pourrait être varié pour être égal par exemple à trois, cinq, six, etc. Les éléments de roulement sont reçus dans les alvéoles en étant interposés entre les disques. Le palier 46 comprend en outre dans le présent exemple une cage 54 visible aux figures 3 et 4. Il s’agit en l’espèce d’un disque plat annulaire comprenant autant de logements circulaires traversants 55 qu’il y a d’éléments de roulement 52. Ces derniers sont reçus dans les logements 55 et la cage 54 s’étend à mi-distance entre les disques. Elle sert à maintenir l’espace requis entre les éléments de roulement 52.

La cale 42 est en appui par sa face externe 43 contre la face inférieure du disque interne 48, le plus proche de l’axe X-X. L’autre disque, externe, est en appui par sa face externe contre une face interne du pied 34 de l’aube. Le palier 46 est enfilé sur l’extrémité 45 du pied. Ainsi, les éléments de roulement 52 sont en appui sur les deux cames et la cale 42 sollicite l’aube 30 par l’intermédiaire de l’appui des éléments de roulement sur les cames.

Le disque externe 48, à savoir le plus proche de la partie principale de l’aube, est lié en rotation au pied de l’aube, par exemple au moyen de clavettes 56 pénétrant à la fois dans le disque et dans le pied suivant la direction radiale, comme illustré à la . De même, le disque interne 48 est lié en rotation à la cale 42 et fixé à celle-ci par des moyens similaires.

Les moyens de liaison 32 comprennent un pot 62 s’étendant entre l’aube 30 et l’axe principal X-X et recevant le palier à cames 46 et la cale 42. Il présente un fond 64 au centre duquel est ménagée une cavité 66 dans laquelle est reçue librement une protubérance 68 de la face inférieure de la cale. La cale 42 est dimensionnée par rapport aux autres éléments de sorte qu’elle est montée mobile par rapport au pot 62 et au carter 20 à coulissement suivant la direction radiale 36.

Les moyens de liaison 32 comprennent un ressort de rappel 60 interposé entre la cale 42 et le fond 64 du pot 62, le ressort entourant la protubérance 68. Le ressort sollicite la cale 42 suivant la direction radiale pour maintenir l’aube 30 en appui contre le carter 20.

Le pot 62 est monté mobile à rotation par rapport au carter 20 autour de l’axe radial 26 d’une façon connue en elle-même et qui n’a pas été représentée ici, afin de permettre de régler l’angle de calage de l’aube. Notamment, des paliers à roulement relient le pot au carter pour le centrer et le fixer par rapport au carter et à la direction radiale. Un actionneur connu et non représenté permet de faire tourner le pot.

Une clavette 70 relie en permanence la cale 42 et la paroi latérale du pot 62 de sorte que la rotation du pot autour de l’axe radial 36 par rapport au carter 20 entraine celle de la clavette 70 avec tout l’ensemble formé par la cale 42, le palier 46 et l’aube 30. La clavette 70 est par exemple rigidement fixée à la cale et reçue mobile dans une gorge de la paroi du pot, ou inversement.

Les moyens de liaison 32 fonctionnent de la façon suivante.

Lors du fonctionnement normal du moteur, l’aube 30 occupe une position prédéterminée par rapport au carter, son angle de calage étant choisi en faisant tourner le pot 62. Cette position ne varie pas tant que le pot n’est pas mis en rotation à cette fin.

On suppose maintenant qu’un corps étranger tel qu’un oiseau pénètre dans le moteur en étant emporté dans le flux d’air secondaire et vient frapper l’aube 30. Ce choc a lieu sur l’aube directement depuis l’extérieur du carter. Il peut engendrer sur l’aube une sollicitation en flexion autour d’un axe transversal quelconque perpendiculaire à l’axe radial 36 et/ou une sollicitation en torsion autour de cet axe.

Dans le cas de la flexion, si la sollicitation dépasse une intensité prédéterminée dépendant de la configuration des moyens de liaison 32 (en particulier de la raideur du ressort 60, de la taille des billes 52 et de la profondeur et de la forme des alvéoles 50), la flexion entraine la rotation de l’aube autour de l’axe transversal. Cette rotation se trouve transmise via le palier 46 à la cale 42 qui de ce fait coulisse dans le pot à l’encontre du ressort de rappel 60. Le mouvement de rotation est donc converti en coulissement. Les disques 48 prennent temporairement une configuration dans laquelle ils ne sont plus parallèles l’un à l’autre. La cage 54 empêche cependant la fuite des éléments de roulement 52 en les retenant entre les disques.

Après le choc, le ressort de rappel replace l’aube dans sa position initiale en sollicitant la cale 42 et le palier 46 à cette fin.

Ainsi, les moyens de liaison 32 permettent à l’aube 30 de s’écarter d’une position initiale par rapport au carter 20 sous l’effet d’une sollicitation s’exerçant sur l’aube depuis l’extérieur du carter, puis la replacent en position initiale. Dans cet exemple de choc, ils permettent à l’aube de tourner autour d’un axe transversal quelconque perpendiculaire à la direction radiale et font en sorte que la rotation de l’aube fait coulisser la cale.

Dans le cas de la torsion, si la sollicitation dépasse une intensité prédéterminée dépendant de la configuration des moyens de liaison, la torsion entraine la rotation de l’aube avec le disque externe 48 autour de l’axe radial 36. Comme le disque interne 48 et la cale sont par ailleurs empêchés de tourner par rapport au pot 62, cette rotation provoque le roulement des billes 52 sur les bords des alvéoles 50 des disques. Comme les billes se trouvaient initialement au fond des alvéoles, cela produit un écartement des disques 48 l’un de l’autre en direction radiale 36. La cale 42 vient donc comprimer le ressort 60 en coulissant dans le pot en direction de l’axe principal X-X. Le mouvement de rotation est donc encore converti en coulissement. Après le choc, le ressort replace l’aube dans sa position initiale en sollicitant la cale 42 et le palier 46 à cette fin.

On voit donc que les moyens de liaison 32 sont configurés pour permettre à l’aube 30 de tourner autour de l’axe radial 36 sous l’effet de la sollicitation et pour que cette rotation entraine un coulissement de la cale 42.

Le plus souvent, l’ingestion d’oiseau entraine un choc sur l’aube qui produit à la fois la flexion et la torsion précitées de sorte que les deux types de mouvement ont lieu dans les moyens de liaison. Ces moyens réalisent un montage flottant du pied d’aube et forment des moyens d’amortissement des chocs.

Le pied 34 d’aube peut être un pied composite rendu solidaire de la partie principale métallique 35 de l’aube par des moyens adaptés.

On pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. Le palier 46 pourrait comprendre une seule came 48. La cale 42 pourrait être accouplée au pot non par une clavette mais par des cannelures. On peut prévoir que la cale 42 et le palier 46 ne sont pas reliés au pied d’aube mais à un socle solidaire de ce dernier.

Claims

Moteur (1) d’aéronef comprenant :
- un carter (20),
- des aubes (30), et
- pour au moins une des aubes, des moyens (32) de liaison de l’aube au carter configurés pour permettre à l’aube (30) de s’écarter d’une position initiale par rapport au carter sous l’effet d’une sollicitation s’exerçant sur l’aube depuis l’extérieur du carter, puis pour replacer l’aube en position initiale.
Moteur (1) selon la revendication précédente dans lequel les moyens de liaison (32) sont configurés pour permettre à l’aube (30) de tourner autour d’un axe transversal quelconque perpendiculaire à une direction radiale (36) à un axe principal (X-X) du moteur.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les moyens de liaison (32) sont configurés pour permettre à l’aube (30) de tourner autour d’un axe radial (36) à un axe principal (X-X) du moteur sous l’effet de la sollicitation.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les moyens de liaison (32) comprennent un organe (60) de rappel de l’aube (30) en position initiale.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les moyens de liaison (32) comprennent une cale (42) montée mobile par rapport à l’aube (30) et la sollicitant pour la maintenir en appui contre le carter.
Moteur (1) selon la revendication précédente dans lequel la cale (42) est montée mobile par rapport au carter (20) à coulissement suivant une direction radiale (36) à un axe principal (X-X) du moteur.
Moteur (1) selon l’une des revendications 5 à 6 dans lequel les moyens de liaison (32) sont configurés pour qu’une rotation de l’aube (30) par rapport au carter autour d’un axe transversal quelconque perpendiculaire à une direction radiale (36) à un axe principal (X-X) du moteur entraine un déplacement de la cale (42).
Moteur (1) selon l’une des revendications 5 à 7 dans lequel les moyens de liaison (32) sont configurés pour qu’une rotation de l’aube (30) autour d’un axe radial (36) à un axe principal (X-X) du moteur entraine un déplacement de la cale (42).
Moteur (1) selon l’une des revendications 5 à 8 dans lequel les moyens de liaison (32) comprennent :
- au moins une came (48), et
- des éléments de roulement (52) en appui sur la ou chaque came,
la cale (42) sollicitant l’aube (30) par l’intermédiaire d’un appui des éléments de roulement sur la ou chaque came.
Moteur (1) selon la revendication précédente dans lequel les cames (48) sont au nombre de deux, les éléments de roulement (52) étant interposés entre les cames.
Moteur (1) selon la revendication 9 ou 10 dans lequel la came ou au moins l’une des cames (48) présente des alvéoles (50) logeant les éléments de roulement (52).
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’aube (30) est à calage variable.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’aube (30) est montée non tournante autour d’un axe principal (X-X) du moteur.
Moteur (1) selon l’une des revendications 1 à 12 dans lequel l’aube est montée tournante autour d’un axe principal (X-X) du moteur.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, configuré pour recevoir :
- un flux d’air primaire entre le carter (20) et un axe principal (X-X) du moteur et
- un flux d’air secondaire à l’extérieur du carter,
le moteur étant configuré pour que l’aube (30) s’étende dans le flux d’air secondaire.