CANALISATIONS DOMAINE DE L'INVENTION

Le présent exposé concerne un turbomoteur d'aéronef à hélice non carénée, communément appelé « open-rotor ».

Une telle invention est tout particulièrement utile pour les turbomoteurs dont le récepteur à hélice non carénée est situé en aval du générateur de gaz. Elle est de plus particulièrement adaptée en cas de suspension du turbomoteur à l'arrière du fuselage.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

De manière classique, les turbomoteurs à hélices non carénées, ou « open-rotor » comprennent d'une part un générateur de gaz à double corps qui comporte classiquement, de l'amont vers l'aval, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine de pression intermédiaire entraînant le compresseur basse pression. Ils comprennent d'autre part un récepteur propulsif qui comprend, de l'amont vers l'aval, une turbine libre de puissance, un dispositif de transmission mécanique, formant réducteur, et un ensemble propulsif muni de deux hélices contrarotatives, dépourvues de carénage radial extérieur, et munies chacune d'une pluralité de pales.

Dans un tel turbomoteur, les différents modules du générateur de gaz sont logés dans différents carters. De plus, un tel turbomoteur comprend un grand nombre de servitudes de natures différentes (circuit carburant, circuit hydraulique, distribution électrique, prélèvements d'air, prélèvement mécanique etc.) : un réseau dense et complexe de canalisations et de câbles électriques s'étend donc autour des carters du générateur de gaz afin de connecter entre eux différents modules de générateur de gaz ou encore de connecter le générateur de gaz à l'aéronef. En raison du nombre important de ses composants et de sa complexité, ce réseau de servitudes occupe un volume important autour de ces carters : toutefois, dans les premières conceptions de turbomoteurs « open-rotor », une place importante était disponible autours de ces carters de telle sorte qu'un tel réseau ne présentait pas de véritable difficulté d'intégration.

Néanmoins, la conception de ces turbomoteurs a évolué depuis lors et présente aujourd'hui des organes nouveaux s'intégrant eux-aussi dans l'espace s'étendant autours des carters du générateur de gaz, entraînant ainsi d'importantes difficultés d'intégration du réseau de servitudes.

En particulier, certains turbomoteurs « open-rotor » sont munis d'une enveloppe de renfort s'étendant entre deux carters distincts du turbomoteur afin de renforcer la tenue mécanique de ce dernier, en particulier au niveau de certaines parties du générateur de gaz qui présentent un diamètre réduit et donc une plus grande fragilité. De telles enveloppes de renfort sont ainsi particulièrement efficaces pour diminuer les distorsions du générateur de gaz générées par la masse important de l'ensemble propulsif placée en porte-à-faux.

Or, de telles enveloppes de renfort s'étendent généralement autour et à proximité de certains carters du générateur de gaz : le volume disponible entre ces carters et l'enveloppe de renfort est alors trop faible pour accueillir toutes les servitudes nécessaires. En outre, certaines canalisations possèdent des diamètres trop importants, ou nécessitent des coudes dont les rayons de courbures sont trop importants, pour pouvoir être intégrées entre ces carters et l'enveloppe de renfort.

Dès lors, des passages de servitudes sont nécessaires à travers l'enveloppe de renfort, ce qui peut la fragiliser et rompre son étanchéité le cas échéant. En outre, un nombre importants de servitudes doivent alors circuler à l'extérieur de l'enveloppe de renfort, ce qui augmente le volume global et la complexité du réseau.

Il existe donc un réel besoin pour un turbomoteur à hélice non carénée qui soit dépourvu, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux turbomoteurs connus précités.

PRESENTATION DE L'INVENTION

Le présent exposé concerne un turbomoteur à hélice non carénée muni d'un générateur de gaz et d'un récepteur comportant un ensemble propulsif portant au moins une hélice, comprenant un premier carter, un deuxième carter et un troisième carter, le troisième carter étant prévu entre les premier et deuxième carters et entourant au moins une partie du générateur de gaz, une enveloppe de renfort possédant une première zone d'attache, montée sur le premier carter, une deuxième zone d'attache, montée sur le deuxième carter, et une paroi prévue entre les première et deuxième zones d'attache et entourant le troisième carter, dans lequel l'enveloppe de renfort comprend en outre au moins un tronçon de canalisation intégré dans ladite paroi.

Cette invention est tout particulièrement adaptée pour les turbomoteurs à double hélices contrarotatives non carénées, mais peut également s'appliquer au cas des turbomoteurs à hélice unique.

Grâce à une telle enveloppe de renfort, il est possible de renforcer la tenue mécanique du turbomoteur, notamment vis-à-vis des efforts de torsion résultant du porte-à-faux de l'ensemble propulsif, tout en permettant une intégration facilité du réseau de servitudes autour du générateur de gaz.

En particulier, grâce à ces tronçons de canalisations intégrés dans la paroi de l'enveloppe de renfort, il est possible d'obtenir une configuration plus compacte. En effet, les canalisations dont la section est trop importante pour pouvoir passer entre la paroi et le troisième carter peuvent être intégrées dans la paroi, donc de manière plus proche du troisième carter, plutôt qu'à l'extérieur de la paroi. Ceci est également le cas des canalisations qui nécessitent des coudes dont les rayons de courbures sont importants : si le rayon de courbure le permet, il est ainsi possible d'intégrer un tronçon de ces canalisations dans la paroi, donc de manière plus proche du troisième carter, plutôt qu'à l'extérieur de la paroi.

En outre, grâce à ces tronçons de canalisations intégrés dans la paroi, on réduit le nombre de percements à travers la paroi : on renforce ainsi la rigidité et la tenue mécanique de l'enveloppe de renfort.

Le nombre de percements étant réduit, il est également possible d'assurer une meilleure étanchéité de l'enveloppe de renfort lorsque cela est souhaité. En particulier, un tel tronçon de canalisations intégré permet à une servitude de traverser l'enveloppe de renfort de manière étanche sans percer la paroi : en effet, la canalisation peut rejoindre la paroi par sa face intérieure, parcourir une certaine distance de manière intégrée dans la paroi, puis ressortir de la paroi par sa face extérieure.

Dans le présent exposé, un tronçon de canalisation est « intégré dans la paroi » lorsque, localement, le tronçon de canalisation est compris entre les surfaces interne et externe de la paroi. A cette occasion, une première portion de cloison du tronçon de canalisation peut constituer localement une portion interne de la paroi et/ou une deuxième portion de cloison du tronçon de canalisation peut constituer localement une portion externe de la paroi. En particulier, la distance entre les surfaces interne et externe de la paroi peut s'agrandir localement pour englober le tronçon de canalisation : il n'est donc pas nécessaire que le diamètre de la canalisation soit inférieur à l'épaisseur moyenne de la paroi. Le tronçon de canalisation peut ainsi s'étendre à cheval par rapport au reste de la paroi : une partie de la canalisation intégrée peut ainsi faire saillie dans l'espace intérieur et/ou extérieur délimité par l'enveloppe de renfort.

En outre, dans le présent exposé, les termes « axial », « radial », « tangentiel », « intérieur », « extérieur » et leurs dérivés sont définis par rapport à l'axe principal du turbomoteur ; de plus, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation de l'air dans la turbomoteur.

Dans certains modes de réalisation, ledit tronçon de canalisation est sensiblement centré par rapport à la paroi dans le sens de l'épaisseur de la paroi. Grâce à cet élément de symétrie, la tenue mécanique de la paroi, et donc de l'enveloppe de renfort, est renforcée.

Dans certains modes de réalisation, le turbomoteur comprend en outre une structure de suspension montée entre le premier et le deuxième carter et configurée pour être reliée à un aéronef. Cette structure de suspension permet de fixer le turbomoteur à l'aéronef. Il est préférable que la structure de suspension soit montée sur les mêmes carters que l'enveloppe de renfort afin de renforcer plus efficacement la tenue mécanique du turbomoteur.

Dans certains modes de réalisation, le turbomoteur comprend un carter intermédiaire prévu entre un premier compresseur et un deuxième compresseur du générateur de gaz, et le premier carter est le carter intermédiaire. Cette configuration est préférable car ce carter intermédiaire est généralement un carter structural possédant une bonne tenue mécanique. En particulier, il précède une partie de la turbomachine qui est plus fine et donc moins adaptée à tenir des efforts mécaniques. De plus, il s'agit généralement d'un carter qui permet la fixation du turbomoteur sur l'aéronef. Dans certains modes de réalisation, le turbomoteur comprend un carter de cadre statique, communément appelé par sa dénomination anglaise carter « static frame», prévu entre une turbine libre du récepteur et l'ensemble propulsif, et le deuxième carter est le carter de cadre statique. Cette configuration est préférable car ce carter de cadre statique est généralement un carter structural possédant une bonne tenue mécanique. En particulier, il suit une partie de la turbomachine qui est plus fine et donc moins adaptée à tenir des efforts mécaniques. De plus, il est situé juste en amont de l'ensemble propulsif qui, en raison notamment des hélices, est la partie la plus lourde du turbomoteur : dès lors, afin de limiter l'important porte-à-faux causé par l'ensemble propulsif, il s'agit généralement d'un carter qui permet la fixation du turbomoteur sur l'aéronef.

Dans certains modes de réalisation, la deuxième zone d'attache de l'enveloppe de renfort est montée de manière souple sur le deuxième carter.

Dans certains modes de réalisation, la deuxième zone d'attache de l'enveloppe de renfort est montée sur le deuxième carter par l'intermédiaire d'au moins une bielle. Cette bielle est de préférence orientée dans un plan axial ; elle peut être articulée à l'aide d'une rotule.

Dans certains modes de réalisation, la première zone d'attache de l'enveloppe de renfort est montée de manière fixe sur le premier carter.

Dans certains modes de réalisation, la paroi entoure en outre un carter entourant une turbine libre du récepteur. Une telle turbine libre nécessite également certaines servitudes qui rencontrent des problématiques d'intégration analogues à celles du générateur de gaz : certaines canalisations dédiées à la turbine libre peuvent donc également être intégrées, au moins en partie, dans la paroi.

Dans certains modes de réalisation, le turbomoteur comprend en outre un système de ventilation configuré pour engendrer une circulation d'air dans l'espace entre la paroi de l'enveloppe de renfort et le troisième carter. Cette circulation d'air peut notamment être prélevée en amont de la chambre de combustion, par exemple entre les premier et deuxième compresseurs du générateur de gaz, afin de refroidir l'espace entre le troisième carter et l'enveloppe de renfort ; elle peut également refroidir la partie du générateur de gaz entourée par le troisième carter. Cette circulation d'air, ainsi réchauffée, peut être ensuite récupérée pour fournir une source de chaleur, utilisée par exemple pour dégivrer le pylône de l'aéronef. L'intégration de tronçons de canalisations dans la paroi permet ainsi d'assurer l'étanchéité de la paroi vis-à-vis de cette circulation d'air.

Dans certains modes de réalisation, la paroi de l'enveloppe de renfort comprend au moins une liaison étanche de passage configurée pour permettre le passage de manière étanche d'une servitude ou d'un équipement du turbomoteur à travers l'enveloppe de renfort. Cette liaison étanche est de préférence articulée pour permettre un déplacement relatif dudit équipement par rapport à la paroi.

Dans certains modes de réalisation, la paroi de l'enveloppe de renfort est sensiblement de révolution. Ceci permet d'assurer son rôle structural de manière uniforme tout autour du générateur de gaz.

Dans certains modes de réalisation, la paroi de l'enveloppe de renfort est sensiblement tronconique. Ceci renforce sa tenue mécanique vis-à-vis des efforts transitant entre les premier et deuxième carters.

Dans certains modes de réalisation, l'enveloppe de renfort comprend au moins une structure de renfort apte à rigidifier la paroi de l'enveloppe de renfort.

Dans certains modes de réalisation, l'enveloppe de renfort comprend au moins une poutre de renfort s'étendant longitudinalement le long de la paroi de l'enveloppe de renfort.

Dans certains modes de réalisation, l'enveloppe de renfort comprend au moins un anneau de renfort s'étendant tangentiellement autour de la paroi de l'enveloppe de renfort.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du turbomoteur proposé. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l'invention.

Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. La FIG 1 est une vue d'ensemble d'un turbomoteur selon l'invention.

La FIG 2 est un plan en coupe d'un tel turbomoteur.

La FIG 3 est une vue en coupe de la zone de l'enveloppe de renfort.

DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) DE REALISATION

Afin de rendre plus concrète l'invention, un exemple de turbomoteur est décrit en détail ci-après en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.

La FIG 1 représente un turbomoteur 1 du type « open rotor » selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. La FIG 2 représente de manière schématique le même turbomoteur 1 dans un plan de coupe longitudinal. Sur ces figures, la direction A correspond à l'axe longitudinal du turbomoteur 1.

En partie avant, le turbomoteur 1 présente une entrée d'air 6 se prolongeant vers l'arrière par une nacelle 8, comportant globalement une peau extérieure 10 et une peau intérieure 12, toutes deux centrées sur l'axe A et espacées radialement l'une de l'autre.

La peau intérieure 12 forme un carter radial externe pour un générateur de gaz 14 comprenant de façon classique, de l'amont vers l'aval, un compresseur basse pression 16, un compresseur haute pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 22 et une turbine de pression intermédiaire 24. Le compresseur basse pression 16 et la turbine de pression intermédiaire 24 sont liés mécaniquement par un arbre 26, formant ainsi un corps de basse pression, tandis que le compresseur haute pression 18 et la turbine haute pression 22 sont liés mécaniquement par un arbre 28, formant un corps à plus haute pression.

Par conséquent, le générateur de gaz 14 présente une conception classique, dite à double corps, dans laquelle les compresseurs 16 et 18 sont séparés par un carter intermédiaire 27 qui forme un élément structural important du turbomoteur 1. Le compresseur haute pression 18, la chambre de combustion 20, et les turbines haute pression 22 et de pression intermédiaire 24 sont quant à eux entourés par un carter de générateur de gaz 29 dont l'extrémité amont est connectée au carter intermédiaire 27. En aval de la turbine de pression intermédiaire 24, se trouve un récepteur à hélices non carénées 30, ce récepteur 30 formant l'élément propulsif du turbomoteur 1.

Le récepteur 30 comprend à son extrémité amont une turbine libre de puissance 32. Cette turbine 32 comporte un rotor 34 relié mécaniquement à un dispositif de transmission mécanique 13, formant réducteur, comprenant par exemple un train épicycloïdal. Sa partie stator comprend quant à elle un carter extérieur 36 connecté par son extrémité amont à l'extrémité aval du carter de générateur de gaz 29.

De plus, en aval de la turbine libre 32, le récepteur 30 intègre un ensemble propulsif 5 comportant une première hélice 7 ou hélice amont, portant des pales 7a, et une 2 ^e hélice 9 ou hélice aval portant des pales 9a. Les hélices 7 et 9 sont ainsi décalées l'une de l'autre dans la direction longitudinale A du turbomoteur 1 et sont situées toutes deux en aval de la turbine libre 32.

Les deux hélices 7, 9 sont destinées à tourner dans des sens opposés autour de l'axe A sur lequel elles sont centrées. L'entraînement en rotation de ces deux hélices 79, dépourvues de carénage radial extérieur les entourant, s'effectue à l'aide du dispositif de transmission mécanique 13 auquel elles sont reliées.

On note de plus que le carter extérieur 36 est suivi en aval par un carter de cadre statique 40, communément appelé « carter static frame », séparant la turbine libre 32 de l'ensemble propulsif 5, qui forme un élément structural important du turbomoteur 1.

Le turbomoteur 1 comprend en outre une structure de suspension

31, permettant son accrochage sur un pylône d'aéronef. Un exemple préféré d'une telle structure de suspension est décrit dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 13 53872. Une telle structure de suspension comprend un berceau 33 formée par une poutre (ou longeron) principale 33a et par deux poutres latérales 33b reliées à la poutre principale 33a, ces poutres latérales 33b ayant par exemple chacune une forme de triangle. Le berceau 33 forme ainsi une structure en forme de V.

Cette structure de suspension comprend deux équerres 35 reliant chaque extrémité libre des poutres latérales 33b au carter de cadre statique 40 du turbomoteur 1. La structure de suspension 31 comprend également au moins une bielle transversale 37 reliant l'une des poutres latérales 33b du berceau 33 au carter intermédiaire 27 du turbomoteur 1.

Compte tenu de cette suspension du turbomoteur 1 entre le carter intermédiaire 27 et le carter de cadre statique 40, l'ensemble propulsif 5 est agencé en porte-à-faux à l'extrémité aval du turbomoteur 1. Ce porte- à-faux génère des efforts susceptibles d'entraîner des distorsions du turbomoteur.

Afin de permettre une meilleure transmission de ces efforts, le turbomoteur 1 est équipé d'une enveloppe de renfort 50 s'étendant de manière centrée autour de l'axe A entre le carter intermédiaire 27 et le carter de cadre statique 40.

L'enveloppe de renfort 50 comprend à son extrémité amont une première zone d'attache qui est fixée au carter intermédiaire 27 par l'intermédiaire de brides de fixation 52, 54 prévues respectivement sur l'enveloppe 50 et sur le carter intermédiaire 27. Les brides 52, 54 sont fixées classiquement par boulonnage.

L'enveloppe de renfort 50 comprend à son extrémité aval une deuxième zone d'attache qui est fixée au carter de cadre statique 40 par l'intermédiaire d'une pluralité de bielles 60 réparties circonférentiellement autour de l'axe A. Chaque bielle 60 s'inscrit de préférence dans un plan intégrant l'axe A tout en étant légèrement inclinée par rapport à la direction verticale de manière à ce que son extrémité radialement interne soit décalée vers l'aval par rapport à son extrémité radialement externe. Pour faciliter les mouvements relatifs entre l'enveloppe de renfort 50 et le turbomoteur 1 dans les trois directions axiale, radiale et tangentielle, les bielles 60 sont montées à leur extrémité par des liaisons rotulées.

La FIG 3 illustre plus en détails l'enveloppe de renfort 50. On note que cette dernière comprend une paroi 70 s'étendant entre la bride de fixation 52 et la zone d'attache munie des bielles 60. Cette paroi 70 est sensiblement tronconique et s'étend ainsi tout autour du carter de générateur de gaz 29 et du carter extérieur 36 de la turbine libre 32. La paroi 60 peut notamment être réalisée en métal, en une ou plusieurs pièces, ou encore en matériau composite.

Cette paroi 70 est de préférence étanche, ce qui permet la mise en place d'une circulation d'air 75 entre les carters 29 et 36 et la paroi 70 de l'enveloppe de renfort 50. Comme cela est visible sur la FIG 1, une telle circulation d'air 75 peut être prélevée au niveau d'une dérivation prévue dans le carter intermédiaire 27 : cet air, froid, permet alors de refroidir les parties chaudes du générateur de gaz 14 situées sous le carter 29. Cette circulation d'air 75, une fois réchauffée de la sorte, peut être récupérée, par exemple au niveau de l'interstice séparant la paroi 70 du carter de cadre statique 40 entre les bielles 60 pour assurer le dégivrage du pylône de l'aéronef sur lequel est monté le turbomoteur 1.

En plusieurs endroits, la paroi 70 intègre des tronçons de canalisations 71. Différentes méthodes de conception sont imaginables pour de tels tronçons de canalisations 71 intégrés. Selon un premier exemple, la paroi 70 comprend une première peau interne et une deuxième peau externe assemblées coaxialement : dans un tel cas, les peaux interne et/ou externe peuvent comporter des cavités qui, une fois les deux peaux assemblées, forment un tronçon de canalisation intégré 71. Les peaux interne et externe peuvent en outre comporter des cavités coïncidentes afin de former des tronçons de canalisation 71 de section plus importante, symétriques, et centrés par rapport à la paroi 70 dans le sens de son épaisseur.

Dans un autre exemple, la paroi 71 peut comprendre une peau tronconique, éventuellement munie de cavités, s'étendant entre la bride de fixation 52 et les bielles 60, et une pluralité de coques, pouvant également comporter des cavités, rapportées contre ladite peau, notamment au niveau de ses cavités, pour former ainsi des tronçons de canalisations intégrés 71.

Dans encore un autre exemple, des cavités sont créées au sein de la paroi au moment même de sa fabrication, grâce à un moule adapté par exemple, formant ainsi des tronçons de canalisations 71 intégrés dans la paroi 70. Il est notamment possible d'utiliser à cette fin un procédé du type SPF-DB (« Super Plastic Forming-Diffusion Bonding »). Ce procédé, bien connu de l'homme du métier, consiste à placer deux tôles l'une sur l'autre tout en protégeant certaines zones au moyen d'un matériau protecteur pris en sandwich. Dans un four, les zones non protégées se soudent ensemble et on injecte de l'air pour créer des cavités au niveau des zones protégées.

Dans un dernier exemple, la paroi 70 peut comprendre une peau munie d'ouvertures allongées dans lesquelles sont rapportés des tronçons de tubes, formant ainsi des tronçons de canalisations 71 intégrés dans la paroi 70. Les canalisations peuvent être rapportées par soudage ou brasage, ou encore être fixées à l'aide de supports comme des colliers, des brides ou des P-clamps (c'est-à-dire des colliers en forme de P).

Naturellement, d'autres exemples de méthodes de conception de tels tronçons de canalisations peuvent être imaginés par un homme du métier.

Ces tronçons de canalisations 71 permettent le passage de servitudes ou d'équipements du turbomoteur 1 afin de relier différents modules du turbomoteur 1 ou de connecter certains modules du turbomoteur à l'extérieur, et notamment à l'aéronef.

Le turbomoteur 1 peut également comprendre d'autres canalisations 72, destinées par exemple à d'autres servitudes, s'étendant sensiblement radialement à partir du carter de générateur de gaz 29 ou du carter extérieur de turbine libre 36 et traversant sensiblement perpendiculairement la paroi 70 de l'enveloppe de renfort 50 pour rejoindre un module éloigné ou l'extérieur du turbomoteur 1. Dans un tel cas, la paroi 70 est équipée d'une liaison étanche de passage 73, prenant par exemple la forme d'une rotule étanche, afin de permettre à une telle canalisation 72 de traverser l'enveloppe de renfort 50 sans rompre l'étanchéité de la paroi 70 et tout en permettant certains déplacements relatifs entre la canalisation 72 et la paroi 70.

Naturellement, d'autres servitudes de différentes natures peuvent également parcourir l'espace intérieur prévu entre l'enveloppe de renfort 50 et les carter 29, 36 ou encore s'étendre le long et à l'extérieur de l'enveloppe de renfort 50 : de telles servitudes, conventionnelles, n'ont pas été représentées afin de ne pas compliquer inutilement les dessins.

Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention.

De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.