FR3082555A1 - Roue d'aubes redresseuses d'un moteur d'aeronef, tel qu'un turboreacteur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une roue (4) d'aubes redresseuses du flux secondaire d'un moteur d'aéronef, tel qu'un turboréacteur, qui comprend une pluralité d'aubes redresseuses du flux secondaire, structurelles (40), en matériau composite, ayant chacune une pale (41), un pied d'aube (42) et une tête d'aube (43), lesdits pieds d'aubes étant fixés sur un moyeu (3) de ladite roue et lesdites têtes d'aubes sur une virole externe (5) de ladite roue, lesdites aubes redresseuses (40) s'étendant radialement autour de l'axe longitudinal de ladite roue (4). Cette roue est remarquable en ce qu'une pièce intermédiaire (6), configurée pour pouvoir se déformer par flambement, est intercalée radialement entre chaque pied d'aube (42) et le moyeu (3) et/ou entre chaque tête d'aube (43) et la virole externe (5), le seuil de flambement de ladite pièce intermédiaire (6) étant inférieur au seuil de rupture mécanique par flambement de ladite aube.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

L'invention se situe dans le domaine des moteurs d'aéronefs.

La présente invention concerne une roue d’aubes redresseuses du flux secondaire et plus précisément la fixation desdites aubes redresseuses du flux secondaire à l’intérieur de cette roue, ces aubes étant connues également sous l’acronyme anglais « d’OGV » pour « Outlet Guide Vane ».

L'invention concerne également un moteur d'aéronef, par exemple un turboréacteur, équipé d'une telle roue.

ETAT DE LA TECHNIQUE

En se reportant aux figures 1 et 2 jointes, on peut voir un exemple d’un tel moteur d’aéronef 1 qui présente un axe longitudinal X-X’.

Ce moteur 1 comprend classiquement de l’amont vers l’aval une soufflante 10 (fan), puis un compresseur basse pression 11, un compresseur haute pression 12, une chambre de combustion 13, une turbine haute pression 14 et une turbine basse pression 15, qui s’étendent entre deux arbres concentriques haute pression et basse pression schématisés par l’axe X-X’ en figure 2 et un moyeu de carter intermédiaire 3. Ces différents éléments sont traversés par un flux d’air primaire I.

Par ailleurs, une partie du flux d’air sortant de la soufflante 10 traverse une roue d’aubes redresseuses 4 et constitue le flux d’air secondaire II.

Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, chaque aube redresseuse comprend une pale munie d’un pied d’aube et d’une tête d’aube, le pied d’aube étant fixé sur le moyeu de carter intermédiaire 3 et la tête d’aube étant fixée sur une virole externe annulaire 5. Ces aubes sont ainsi réparties à la périphérie du moyeu 3.

Afin de réduire le poids du moteur, il est envisagé de réaliser les aubes redresseuses en un matériau composite, tel que par exemple un matériau stratifié ou un matériau comprenant une matrice polymère renforcée par des fibres tissées en trois dimensions, alors que les autres constituants de la roue d’aubes redresseuses, à savoir le moyeu 3 et la virole externe 5 sont en général réalisés en métal.

L’introduction de matériaux composites dans une aube structurale, c’est-à-dire une aube dans laquelle des efforts sont transmis entre la virole externe 5 et le moyeu 3, se heurte à un certain nombre de contraintes d’intégration. Les caractéristiques fortement orthotropes d’un matériau composite nécessitent en effet de prendre en compte cette spécificité dès la conception de la pièce, afin de lui garantir, en fonctionnement normal, une sollicitation conforme à la direction privilégiée.

Dans la quasi totalité des roues d’aubes redresseuses existantes, les aubes redresseuses sont directement boulonnées sur le moyeu et sur la virole externe du carter intermédiaire. Cette méthode de fixation par encastrement rigide présente toutefois un inconvénient de taille. Elle ne permet pas de différencier les directions dans lesquelles les contraintes s’appliquent. En effet, les efforts qui transitent dans les aubes redresseuses sont généralement tridimensionnels. Néanmoins, la composante traction/compression (selon l’axe de la pale) y est prédominante. Les caractéristiques de tenue mécanique sont orthotropes et dans le cas d’un matériau composite, sa tenue en traction peut être cinq fois plus élevée qu’en compression. Or, l’encastrement classique par boulonnage ne prend pas en compte cette particularité, puisqu’il ne permet pas de charger les aubes redresseuses de manière différenciée entre un effort en traction et un effort en compression.

On connaît enfin d’après le document FR 3 056 250, une roue d’aubes redresseuses dont la tête de chaque aube est prise en sandwich entre une virole externe de la roue et une contre-plaque et/ou dont le pied de chaque aube est pris en sandwich entre un plan d’appui solidaire du moyeu de la roue et une autre contre-plaque.

Une fois encore, cette méthode de fixation ne permet pas de différencier les directions dans lesquelles les contraintes s’appliquent.

PRESENTATION DE L'INVENTION

L’invention a donc pour but de fournir une roue d’aubes directrices qui permette d’allier la fonction d’encastrement classique des aubes redresseuses, qui est idéale pour les phases de fonctionnement normal du moteur avec une fonction de découplage en compression des aubes, qui préserve l’intégrité de celles-ci lors d’un évènement ultime, tel qu’une perte d’aube de la soufflante.

Une perte d’aube de soufflante peut par exemple intervenir en cas d’ingestion d’oiseaux dans le moteur, ce qui entraîne la génération d’un balourd sur l'axe moteur et d’un effort supplémentaire sur les aubes redresseuses, qui risquent de casser.

A cet effet, l'invention concerne une roue d'aubes redresseuses du flux secondaire d'un moteur d'aéronef, tel qu'un turboréacteur, qui comprend une pluralité d'aubes redresseuses du flux secondaire, structurelles, en matériau composite, ayant chacune une pale, un pied d'aube et une tête d'aube, lesdits pieds d'aubes étant fixés sur un moyeu de ladite roue et lesdites têtes d'aubes étant fixées sur une virole externe de ladite roue, lesdites roues redresseuses s’étendant radialement autour de l’axe longitudinal de ladite roue.

Conformément à l’invention, une pièce intermédiaire, configurée pour pouvoir se déformer par flambement, est intercalée radialement entre chaque pied d'aube et le moyeu et/ou entre chaque tête d'aube et la virole externe, le seuil de flambement de ladite pièce intermédiaire étant inférieur au seuil de rupture mécanique par flambement de ladite aube.

Grâce à ces caractéristiques de l'invention, la pièce intermédiaire sert d’appui à l’aube redresseuse et participe à la transmission des forces de compression entre le moyeu et la pale et/ou entre la virole et la pale, jusqu’à un certain seuil de flambement correspondant au fonctionnement normal du moteur. Une fois ce seuil dépassé car un évènement extrême est survenu, la pièce intermédiaire se déforme mécaniquement par flambement, ce qui provoque une réduction de son épaisseur. Ceci permet de préserver l’aube redresseuse, située en regard de la pièce intermédiaire ayant flambé, de toute surcharge en compression. Ce flambement permet en outre de reprendre une partie des efforts générés par dissipation d’énergie, en déchargeant d’autant l’aube redresseuse.

La roue d'aubes redresseuses reste ainsi toujours fonctionnelle, notamment pour assurer la fin du vol de l'avion équipé dudit moteur, après la survenue d'un évènement extrême.

Enfin, cette pièce intermédiaire joue le rôle de découpleur radial en compression. Il devient ainsi possible par exemple d'utiliser des aubes en matériau composite et de bénéficier du gain de masse associé.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :

- ladite pièce intermédiaire comprend deux plaques parallèles, jointes entre elles par une structure intercalaire, cette structure intercalaire comprenant des parois intercalaires s'étendant perpendiculairement d'une plaque à l'autre et ladite pièce intermédiaire est disposée de façon que lesdites plaques parallèles soient perpendiculaires à une direction radiale de ladite roue ;

- ladite structure intercalaire est une structure en nid d'abeilles ;

- lesdites aubes redresseuses en matériau composite sont réalisées dans un matériau à matrice polymère renforcée par des fibres tissées en trois dimensions ou dans un matériau stratifié ;

- lesdits pieds d'aubes sont fixés sur le moyeu par des vis et/ou lesdites têtes d'aubes sont fixées sur la virole externe par des vis, ces vis traversant lesdites pièces intermédiaires ;

- au moins une partie de chaque pied d'aube présente une forme en queue d'aronde et ledit moyeu comprend un logement de forme complémentaire conçu pour recevoir ledit pied d'aube, ladite pièce intermédiaire étant disposée et retenue dans le fond dudit logement en regard de la face radialement interne dudit pied d'aube et/ou au moins une partie de chaque tête d'aube présente une forme en queue d'aronde et ladite virole externe comprend un logement de forme complémentaire conçu pour recevoir ladite tête d'aube, ladite pièce intermédiaire étant disposée et retenue dans le fond dudit logement en regard de la face radialement externe de ladite tête d'aube ;

- chaque pied d'aube est pris en sandwich entre ledit moyeu et une contre-plaque vissée sur ledit moyeu par des vis et/ou chaque tête d'aube est prise en sandwich entre ladite virole externe et une contre-plaque vissée sur ladite virole externe par des vis.

L’invention concerne également un moteur d’aéronef, tel qu’un turboréacteur, comprenant une roue d’aubes redresseuses du flux secondaire, telle que précitée.

PRESENTATION DES FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, différents modes de réalisation possibles.

Sur ces dessins :

- la figure 1 est un schéma représentant partiellement l’extrémité amont d’un moteur d’aéronef,

- la figure 2 est un schéma représentant un moteur d’aéronef en coupe transversale,

-les figures 3 et 4 sont des vues en perspective représentant une partie d'une roue d’aubes redresseuses conforme à l’invention, respectivement avec un premier mode et un deuxième mode de fixation des aubes,

- la figure 5 est une vue de détail et en coupe transversale d'un troisième mode de fixation d'une aube redresseuse conforme à l'invention,

- la figure 6 est une vue en perspective représentant une partie d'une roue d’aubes redresseuses conforme à l’invention, avec un quatrième mode de fixation des aubes,

- la figure 7 est une vue schématique en perspective d’une pièce intermédiaire conforme à l’invention présentant une structure en nid d’abeille,

- la figure 8 est une vue similaire à la figure 7 dans laquelle la plaque supérieure a été retirée, et

- les figures 9 et 10 sont de vues schématiques en perspective de deux autres modes de réalisation d’une pièce intermédiaire conforme à l’invention sur lesquelles une partie de la plaque supérieure a été retirée.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

La roue d’aubes redresseuses 4 conforme à l’invention va maintenant être décrite plus en détail en liaison avec la figure 3.

Sur celle-ci, on peut voir que la roue 4 comprend une pluralité d'aubes redresseuses du flux secondaire 40 (dont deux uniquement sont visibles sur la figure), réparties uniformément à la périphérie du moyeu 3. Chaque aube 40 présente schématiquement une section en I.

Chaque aube 40 est disposée radialement autour de l’axe longitudinal (Χ1-ΧΊ) de la roue 4 (voir figure 2), cet axe étant confondu avec l’axe longitudinal X-X’ du moteur 1, lorsque la roue d’aubes 4 est en place sur le moteur.

Chaque aube 40 est une aube structurelle, c’est-à-dire une aube dimensionnée pour la transmission des efforts subis par la roue 4.

Chaque aube 40 comprend une pale 41 et à ses deux extrémités, respectivement un pied d’aube 42 et une tête d’aube 43. Le pied d’aube 42 est fixé sur le moyeu 3 de la roue, tandis que la tête d’aube 43 est fixée sur la virole externe 5.

Conformément à l’invention, une pièce intermédiaire 6 est intercalée radialement entre chaque pied d’aube 42 et le moyeu 3 et/ou entre chaque tête d’aube 43 et la virole externe 5, plus précisément entre la face radialement interne 421 de chaque pied d’aube 42 et le moyeu 3 et/ou entre la face radialement externe 431 de chaque tête d’aube 43 et la virole externe 5.

Cette pièce intermédiaire 6 est conçue pour se déformer par flambement mécanique.

L’invention trouve notamment une application particulière dans le cas où les aubes 40 sont réalisées en matériau composite, par exemple un matériau composite à matrice polymère, renforcée par des fibres tissées en trois dimensions ou en un matériau stratifié.

Un exemple de réalisation de cette pièce intermédiaire 6 va maintenant être décrit en liaison avec les figures 7 et 8.

Sur celles-ci, on peut voir que la pièce intermédiaire 6 comprend deux plaques 60 parallèles entre elles et jointes par une structure intercalaire 61.

Dans le mode de réalisation ici représenté, cette structure intercalaire 61 est une structure en nid d’abeilles. Elle comprend des parois intercalaires 611 qui s’étendent perpendiculairement d’une plaque 60 à l’autre plaque 60 et qui sont fixées à celles-ci. Ces parois intercalaires 611 délimitent des alvéoles 612 qui dans l’exemple représenté sont octogonales. Ces alvéoles 612 pourraient également être carrées ou hexagonales, par exemple.

Selon d’autres modes de réalisation, ces parois intercalaires 611 peuvent également être de forme ondulée à génératrice perpendiculaire aux deux plaques 60 et ne pas former des cellules fermées (comme représenté sur la figure 9) ou au contraire former des cellules formées (comme représenté sur la figure 10).

Une telle pièce intermédiaire 6 est configurée pour pouvoir se déformer par flambement mécanique. En d'autres termes, ses parois 611 sont aptes à se déformer pour fléchir perpendiculairement à l'axe des forces de compression appliquées.

La pièce intermédiaire 6 est disposée de façon que les deux plaques 60 soient perpendiculaires à une direction radiale ’L-'U de la roue 4.

Plus précisément, la pièce intermédiaire 6 est également configurée pour transmettre, sans que ses parois 611 ne flambent mécaniquement, les forces de compression entre le moyeu 3 et la pale 41 et/ou entre la virole externe 5 et la pale 41 pendant l’utilisation normale de la roue d’aubes redresseuses 4, c’est-à-dire pendant le fonctionnement normal du moteur 1. En d'autres termes, cette pièce intermédiaire 6 est configurée pour ne pas flamber jusqu'à un seuil, dit « seuil de flambement », correspondant aux forces de compression subies par ladite pièce 6 lors du fonctionnement normal du moteur 1.

En mode de fonctionnement normal du moteur 1, la pièce intermédiaire 6 transfère de manière indifférenciée les réactions de traction et celles de compression. Toutes les charges passent dans l’aube redresseuse.

En outre, la pièce 6 est configurée pour que son seuil de flambement soit inférieur, de préférence légèrement inférieur, au seuil de rupture mécanique de l'aube 40 contre laquelle elle est placée. Ainsi, la pièce intermédiaire 6 conserve son intégrité tant que la tenue en compression de l'aube correspondante est suffisante.

Lorsque le moteur 1 se trouve en situation ultime, (par exemple perte d'aube fan), alors la pièce intermédiaire 6 subit des forces de compression qui dépassent son seuil de flambement, et elle se déforme par flambement comme décrit précédemment. Ses parois 611 se déforment de sorte que les deux plaques 60 se rapprochent l’une de l’autre. L'épaisseur de la pièce intermédiaire 6 est réduite.

Ceci permet de préserver l’aube redresseuse 4 de toute surcharge en compression et de conserver son intégrité mécanique.

Le matériau constituant la pièce intermédiaire 6 est choisi de façon que son seuil de flambement mécanique soit inférieur au seuil de rupture de l’aube. De façon avantageuse, ce matériau est également choisi pour présenter une bonne tenue aux produits chimiques, notamment aux huiles de carburant et aux pluies acides et enfin pour présenter une bonne tenue au feu.

De préférence, ce matériau est métallique.

Quatre exemples de fixation radiale des pieds d’aubes et têtes d’aubes, respectivement sur le moyeu et la virole vont maintenant être décrits plus en détail. Ces exemples sont purement illustratifs.

Sur la figure 3, on peut voir que le moyeu 3 comprend une bride amont 31 et une bride aval 32, reliées par plusieurs bras longitudinaux de liaison 33.

Pour chaque aube 40, une pièce intermédiaire 6 est insérée radialement entre la bride amont 31 et l'extrémité du pied d'aube 42 située en regard et entre la bride aval 32 et l'extrémité du pied d'aube 42 située en regard.

Le pied d'aube 42 est vissé à la bride amont 31, (respectivement à la bride aval 32) par des vis 7 qui traversent la pièce intermédiaire 6.

En outre, une pièce intermédiaire 6 est insérée radialement entre la virole externe 5 et la tête d'aube 43 située en regard, sur toute la longueur de cette dernière. La fixation par vis 7 est la même, même si ces derniers ne sont pas visibles sur la figure 3.

On notera que les pièces intermédiaires 6 pourraient hêtre disposées qu'entre les pieds d'aube 42 et le moyeu 3 mais pas entre les têtes d'aubes 43 et la virole 5 ou l'inverse.

La pièce intermédiaire 6 est disposée de façon que ses deux plaques 60 soient perpendiculaires à la direction radiale de la roue 4 (par rapport à l'axe longitudinal X-Xj. En d'autres termes, les plaques 60 sont disposées perpendiculairement ou sensiblement perpendiculairement à la pale 41.

La figure 4 illustre une variante de réalisation qui diffère simplement de celle de la figure 3 en ce que le moyeu 3 est formé d'une pièce annulaire 34 coaxiale à l'axe X-X' du moteur 1, au lieu des deux brides 31, 32.

Dans ce cas, la pièce intermédiaire 6 est de plus grandes dimensions et s'étend sous toute la longueur du pied d'aube 42. La fixation de cette pièce 6 est assurée par des vis 7 comme précédemment.

La figure 5 illustre un troisième mode de fixation, dans lequel au moins une partie du pied d'aube 42 a une forme en queue d'aronde. Dans ce cas, les brides 31, 32 du moyeu 3 (voir figure 3) ou la pièce annulaire 34 du moyeu 3 (voir figure 4) présentent en regard de chaque aube 40, un logement 35 de forme trapézoïdale complémentaire à celle du pied 42. La pièce intermédiaire 6 est insérée entre la base de la queue d'aronde et le fond du logement 35. La pièce intermédiaire 6 joue alors également un rôle de cale pour l'aube 40.

Le logement 35 peut par exemple être une rainure ménagée dans les brides 31, 32 ou la pièce 34 du moyeu 3, comme représenté sur la figure 5 ou être formé par deux pattes de fixation fixées sur les brides 31, 32 ou la pièce 4 du moyeu 3 et qui viennent enserrer la partie en queue d’aronde, ces pattes n’étant pas représentées sur les figures.

Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, la tête d'aube 43 peut être fixée de la même manière.

Enfin, la figure 6 illustre un quatrième mode de fixation de l'aube redresseuse, selon lequel le pied d'aube 42 est pris en sandwich entre un plan d'appui du moyeu 3, (par exemple, le bras longitudinal 33 s'étendant entre la bride amont 31 et la bride aval 32) et une contreplaqué 8, de préférence en métal.

Cette contreplaqué 8 est par exemple vissée directement aux brides amont 31 et aval 32 du moyeu 3. La pièce intermédiaire 6 est alors positionnée entre le plan d'appui du moyeu 3, ici le bras 33, et la face radialement intérieure du pied d'aube 42.

Le même montage est réalisé au niveau de la tête d'aube 43 (non représenté sur les figures), la pièce intermédiaire 6 étant alors positionnée entre le plan d'appui de la virole 5 et la face radialement externe de la tête d'aube 43.

Quel que soit le mode de fixation du pied et/ou de la tête d’aube, (et quelle que soit la structure de la pièce intermédiaire 6), après la survenue d’un élément ultime, chaque pied d’aube 42 se retrouve en contact unilatéral avec la tête de vis 7 au niveau de sa face radialement externe 422 (respectivement chaque tête d’aube 43 se retrouve en contact unilatéral avec la tête de vis 7 au niveau de sa face radialement interne 432).

Prise individuellement, chaque aube 40 ne permettrait plus d’assurer le positionnement correct du moyeu 3 par rapport à la virole externe 5. Mais à l’échelle de la roue entière, chaque aube 40 a un binôme en vis-à-vis (à 180°) et dont le contact unilatéral est de sens opposé. A elles deux, elles permettent de garantir un positionnement précis et la reprise des efforts dans la direction définie par leur axe d’implantation. Il en est de même pour chaque couple d’aubes 40 sur 360° permettant ainsi de couvrir toutes les directions du plan.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   1. Roue (4) d'aubes redresseuses du flux secondaire d'un moteur d'aéronef (1), tel qu'un turboréacteur, qui comprend une pluralité d'aubes redresseuses du flux secondaire, structurelles (40), en matériau composite, ayant chacune une pale (41), un pied d'aube (42) et une tête d'aube (43), lesdits pieds d'aubes (42) étant fixés sur un moyeu (3) de ladite roue (4) et lesdites têtes d'aubes (43) étant fixées sur une virole externe (5) de ladite roue, lesdites aubes redresseuses (40) s’étendant radialement autour de l’axe longitudinal (Χ1-ΧΊ) de ladite roue (4), caractérisée en ce qu'une pièce intermédiaire (6), configurée pour pouvoir se déformer par flambement, est intercalée radialement entre chaque pied d'aube (42) et le moyeu (3) et/ou entre chaque tête d'aube (43) et la virole externe (5), le seuil de flambement de ladite pièce intermédiaire (6) étant inférieur au seuil de rupture mécanique par flambement de ladite aube (40).
2. 2. Roue d'aubes redresseuses du flux secondaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce intermédiaire (6) comprend deux plaques (60) parallèles, jointes entre elles par une structure intercalaire (61), cette structure intercalaire comprenant des parois intercalaires (611) s'étendant perpendiculairement d'une plaque (60) à l'autre et en ce que ladite pièce intermédiaire (6) est disposée de façon que lesdites plaques parallèles (60) soient perpendiculaires à une direction radiale (Z-Z’) de ladite roue (4).
3. 3. Roue d'aubes redresseuses du flux secondaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite structure intercalaire (6) est une structure en nid d'abeilles.
4. 4. Roue d'aubes redresseuses du flux secondaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites aubes redresseuses (40) en matériau composite sont réalisées dans un matériau à matrice polymère renforcée par des fibres tissées en trois dimensions ou dans un matériau stratifié.
5. 5. Roue d'aubes redresseuses du flux secondaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits pieds d'aubes (42) sont fixés sur le moyeu (3) par des vis (7) et/ou en ce que lesdites têtes d'aubes (43) sont fixées sur la virole externe (5) par des vis (7), ces vis traversant lesdites pièces intermédiaires (6).
6. 6. Roue d'aubes redresseuses du flux secondaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’au moins une partie de chaque pied d'aube (42) présente une forme en queue d'aronde et en ce que ledit moyeu (3) comprend un logement (35) de forme complémentaire conçu pour recevoir ledit pied d'aube (42), ladite pièce intermédiaire (6) étant disposée et retenue dans le fond dudit logement (35) en regard de la face radialement interne dudit pied d'aube (42) et/ou en ce qu’au moins une partie de chaque tête d'aube (43) présente une forme en queue d'aronde et en ce que ladite virole externe (5) comprend un logement de forme complémentaire conçu pour recevoir ladite tête d'aube (43), ladite pièce intermédiaire (6) étant disposée et retenue dans le fond dudit logement en regard de la face radialement externe de ladite tête d'aube (43).
7. 7. Roue d'aubes redresseuses du flux secondaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque pied d'aube (42) est pris en sandwich entre ledit moyeu (3) et une contre-plaque (8) vissée sur ledit moyeu (3) par des vis (7) et/ou en ce que chaque tête d'aube (43) est prise en sandwich entre ladite virole externe (5) et une contre-plaque (8) vissée sur ladite virole externe par des vis (7).
8. 8. Moteur d'aéronef (1), tel qu'un turboréacteur, caractérisé en ce qu'il comprend une roue d'aubes redresseuses (4) du flux secondaire, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.