FR3009583A1 - Turbomachine a organe de deviation d’objets etrangers - Google Patents

Abstract

Turbomachine (110), comportant une nacelle (126) comprenant en amont un carénage d'entrée d'air (126a) et un organe (140) de déviation d'objets étrangers délimitant avec ledit carénage une veine d'entrée d'air et d'alimentation en air de deux veines coaxiales, respectivement radialement interne et radialement externe, ladite veine externe étant définie par un carter à moyeu (152) et des écopes, ledit carter à moyeu (152) et lesdites écopes étant montés en aval de l'organe (140) de déviation d'objets, caractérisée en ce que chaque écope comprend deux parties indépendantes, une partie amont (144a) portée par le carter à moyeu (152) et une partie aval (144b) portée par la nacelle (126).

Description

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une turbomachine à organe de déviation d'objets étrangers.

ETAT DE L'ART Une turbomachine comprend généralement un générateur de gaz formé d'un ou plusieurs ensembles de rotors tournant autour d'un même axe. Chaque ensemble, désigné corps, est composé d'un compresseur et d'une turbine reliés le plus souvent par un arbre ou un tourillon, disposés l'un à l'amont l'autre à l'aval d'une chambre de combustion par rapport à l'écoulement des flux gazeux dans le moteur. A ce générateur de gaz est associée une soufflante ou une hélice simple ou multiple qu'il entraîne. Lorsque le rotor de la soufflante ou de l'hélice est disposé à l'avant du moteur, l'entrée d'air du générateur est située en aval de l'hélice. Les corps étrangers, tels que les oiseaux, la grêle, l'eau et les pierres, susceptibles d'être absorbés par le générateur sont au moins en partie freinés ou arrêtés par le rotor avant qui, par son inertie et ses dimensions, forme partiellement écran. Lesdits corps étrangers pouvant également être déviés par effet centrifuge de la soufflante vers la veine secondaire. Cette protection n'existe pas sur les moteurs dont le rotor de soufflante ou d'hélice n'est pas placé en amont de l'entrée d'air du générateur de gaz.

Ainsi, c'est le cas d'un moteur à hélices non carénées, que l'on désigne aussi par son terme anglo-saxon de « unducted fan », UDF, ou « open rotor ». Ce type de moteur comprend un doublet d'hélices, contrarotatives, disposées radialement à l'extérieur de la nacelle enveloppant le générateur. Ces hélices sont entraînées soit directement par deux roues de turbine, soit par un ou plusieurs étages de turbine de puissance, au travers d'un réducteur différentiel. Pour ce type de moteur, il est connu, en particulier par les brevets FR-B1-2 951 503 et FR-B12 951 504, d'équiper la turbomachine d'un organe de déviation des objets étrangers, qui assure une protection du moteur contre l'ingestion de ces objets tout en conservant les performances aérodynamiques de la nacelle.

Dans ces brevets, l'organe de déviation délimite, avec le carénage d'entrée d'air de la nacelle, une veine d'entrée d'air et d'alimentation en air de deux veines coaxiales, respectivement radialement interne et radialement externe. La veine externe est définie par un carter à moyeu et des écopes montées en aval de ce carter. Les écopes sont fixées à des capots de nacelle qui sont par exemple articulés sur le pylône de suspension de la turbomachine à un aéronef. En position de montage (capots de la nacelle en position fermée), les extrémités amont des écopes coopèrent à maintenir l'étanchéité avec l'extrémité aval du carter à moyeu au moyen de joints. Toutefois, cette étanchéité peut ne pas être suffisante. En effet, en fonctionnement, du fait des déplacements relatifs entre le carter à moyeu et les écopes (qui ne sont pas solidaires du carter), des fuites d'air peuvent intervenir entre le carter et les écopes. Une solution à ce problème pourrait consister à fixer les écopes au carter à moyeu plutôt qu'à la nacelle. Toutefois, cette solution ne serait pas satisfaisante car les écopes seraient fixées en porte-à-faux sur le carter et il serait difficile voire impossible d'avoir accès aux équipements situés entre les écopes et le carter moteur, même en retirant tous les capots de la nacelle. La présente invention propose une autre solution simple, efficace et économique au problème précité et peut être considéré comme un perfectionnement de la technologie antérieure. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose une turbomachine, comportant une nacelle comprenant un carénage d'entrée d'air et un organe de déviation d'objets étrangers délimitant avec ledit carénage une veine d'entrée d'air et d'alimentation en air de deux veines coaxiales, respectivement radialement interne et radialement externe, ladite veine externe étant définie par un carter à moyeu et des écopes, ledit carter à moyeu et lesdites écopes étant montés en aval du carter, caractérisée en ce que chaque écope comprend deux parties indépendantes, une partie amont portée par le carter et une partie aval portée par la nacelle.

L'invention permet de supprimer le problème d'étanchéité entre le carter à moyeu et les écopes puisqu'une partie amont de chaque écope est portée par ou fixée à ce carter. La partie amont de chaque écope peut être fixée en porte-à-faux sur le carter à moyeux. Cette partie amont a naturellement une longueur ou dimension axiale inférieure à celle de l'écope dans sa totalité. Il est donc relativement facile d'avoir accès aux équipements de la turbomachine au voisinage des écopes sur le carter moteur, pendant une opération de maintenance par exemple. L'invention permet en outre de rigidifier les écopes par une double fixation contre une seule dans la technique antérieure.

Les parties amont et aval des écopes peuvent être fixées au carter à moyeu et à la nacelle, respectivement, par tous moyens appropriés et par exemple par des boulons, par soudage, par brasage, par collage, etc. La partie aval de chaque écope est de préférence fixée à un capot amovible de la nacelle. Ainsi, lorsque ce capot est retiré ou déplacé depuis une position de fermeture jusqu'à une position d'ouverture, la partie aval de l'écope ou de chacune des écopes solidaire(s) de ce capot est éloignée de la partie amont correspondante. Avantageusement, des moyens d'étanchéité sont montés entre les parties amont et aval de chaque écope. Les moyens d'étanchéité de chaque écope peuvent 10 comprendre un joint comprimé au montage entre un bord périphérique aval de la partie amont et un bord périphérique amont de la partie aval. De préférence, les parties amont et aval de chaque écope sont montées sensiblement bout à bout dans un plan de joint qui forme un angle non nul avec un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la turbomachine. Ce plan de joint incliné limite les 15 risques de fuite d'air entre les parties des écopes dans le cas où des déplacements relatifs entre ces parties interviendraient. De plus, dans le cas où un joint d'étanchéité serait comprimé entre les extrémités en regard des parties d'écope, le joint serait soumis davantage à une compression qu'à un cisaillement ce qui améliorerait l'efficacité de l'étanchéité et améliorerait la durée de vie du joint. 20 Un échangeur air-huile peut être monté dans la nacelle et comprendre un circuit d'air alimenté par la sortie d'au moins une des écopes. Les écopes sont par exemple au nombre de trois. Les écopes sont de préférence espacées les unes des autres et régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal de la turbomachine. 25 La présente invention concerne également une écope pour une turbomachine telle que décrite ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend deux parties indépendantes, une partie amont configurée pour être fixée à un carter à moyeu et une partie aval configurée pour être fixée à la nacelle de la turbomachine. Avantageusement, l'une des parties amont et aval de l'écope porte des moyens 30 d'étanchéité configurés pour être comprimés entre ces parties, en position de montage. DESCRIPTION DES FIGURES 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 et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine, - la figure 2 est une vue schématique en perspective et partiellement éclatée de la turbomachine de la figure 1, vue de l'amont et de côté, - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une turbomachine selon l'invention, vue de côté, des capots de la nacelle étant en position d'ouverture, - la figure 4 est une vue schématique partielle et en perspective de la turbomachine de la figure 3, vue de l'aval et de côté, - la figure 5 est une autre vue schématique partielle et en perspective de la turbomachine de la figure 3, vue de l'aval et de côté, - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'un capot de la nacelle de la turbomachine de la figure 3, et - la figure 7 est une demi-vue schématique en perspective de la turbomachine de la figure 3. DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente les éléments constitutifs principaux d'une turbomachine 10 à hélices non carénées selon la technique antérieure à l'invention. La turbomachine 10 comporte d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz à l'intérieur de la turbomachine, un compresseur 12, une chambre annulaire de combustion 14, et une turbine haute pression 16, dont on ne voit que les carters les enveloppant. En aval de la turbine haute pression 16 sont disposés soit deux turbines à basse pression non visibles qui sont contrarotatives, soit un ou plusieurs étages de turbine qui, au travers d'un réducteur différentiel, entraînent les hélices de façon contrarotative. Contrarotative signifie qu'elles tournent dans deux sens opposés autour de l'axe longitudinal A du moteur. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, chacune de ces turbines aval est solidaire en rotation d'une hélice externe 22, 24 s'étendant radialement à l'extérieur de la nacelle 26 de la turbomachine. Dans un autre mode de réalisation à un ou plusieurs étages de turbine, le réducteur différentiel peut entraîner chaque étage d'hélice. La nacelle 26 est sensiblement cylindrique et s'étend le long de l'axe A depuis l'entrée d'air autour du compresseur 12, de la chambre de combustion 14, et des turbines.

Le flux d'air 28 qui pénètre dans le moteur est comprimé puis est mélangé à du carburant et brûlé dans la chambre de combustion 14, les gaz de combustion passant ensuite dans les turbines pour entraîner en rotation les hélices 22, 24 qui fournissent la majeure partie de la poussée générée par la turbomachine. Les gaz de combustion sortant des turbines sont expulsés à travers une tuyère 32 (flèches 30) pour augmenter la poussée. Les hélices 22, 24 sont disposées coaxialement l'une derrière l'autre et comportent une pluralité de pales régulièrement réparties autour de l'axe A de la turbomachine. Ces pales s'étendent sensiblement radialement et sont notamment du type à calage variable, c'est-à-dire qu'elles peuvent tourner autour de leurs axes de façon à optimiser leur position angulaire en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine. L'invention peut également s'appliquer à des pales sans calage variable. La nacelle 26 comprend un carénage d'entrée d'air 26a en amont, de forme annulaire, formant l'entrée d'air. Un organe 40 de déviation des objets étrangers est disposé à l'intérieur du carénage d'entrée d'air 26a. Il délimite avec la paroi intérieure 26a2 du carénage d'entrée d'air 26a, une veine annulaire d'entrée d'air 41 pour le moteur. L'organe de déviation 40 est en forme de bulbe globalement ovoïde dont l'axe 20 est colinéaire à celui A du moteur. Un sommet 40a de l'ovoïde pointe en amont de l'arête amont 26a1 du carénage 26a. L'organe de déviation 40 présente un diamètre maximal sur sa partie élargie en 40b en aval de l'arête 26a1. L'organe de déviation 40 est ici supporté par un premier carter à moyeu 51 dont les bras rayonnent entre un moyeu intérieur 51 in fixé à l'organe de déviation 40 et une 25 virole extérieure 51ex. Le premier carter à moyeu 51 est lui-même supporté par un deuxième carter à moyeu 52 disposé en aval. Ce deuxième carter 52 est fixé au moteur, par exemple au carter du compresseur 12, et comprend également des bras qui rayonnent entre un moyeu intérieur 52in fixé à l'organe de déviation 40 et une virole extérieure 52ex. 30 En aval de la partie élargie 40b, la veine d'entrée d'air 41 s'élargit et se subdivise en deux veines annulaires coaxiales : une veine principale ou primaire 42 radialement interne et une veine secondaire 43 radialement externe. La veine primaire 42 conduit à l'entrée du compresseur 12 et alimente le moteur en air primaire. La veine secondaire 43 chemine à l'intérieur de la nacelle 26 extérieurement aux différents carters du moteur. Elle débouche dans la paroi de la nacelle 26 à travers des ouvertures 43a de celle-ci. Le moyeu 52in et la virole 52ex du deuxième carter 52 définissent entre eux un canal annulaire qui forme une partie amont de la veine secondaire 43, et qui est divisé par les bras de ce deuxième carter en quatre secteurs. La figure 2 représente une vue éclatée et en perspective de l'ensemble de la figure 1. La nacelle 26 comprend, en aval du carénage d'entrée d'air 26a, deux capots 26b et 26c sensiblement semi-cylindriques, articulés sur le pylône 60 par lequel l'ensemble est fixé à l'aéronef. Les capots 26b, 26c sont articulés chacun autour d'un axe parallèle à l'axe A du moteur. Chaque capot 26b, 26c porte ici deux écopes 44. Les écopes 44 sont des portions de canal secondaire 43 et s'étendent depuis le deuxième carter 52 jusqu'aux ouvertures 43a de la nacelle 26. Chaque capot 26b, 26c est déplaçable autour de l'axe précité depuis une position d'ouverture représentée en figure 2 jusqu'à une position de fermeture dans laquelle les écopes 44 qu'il porte sont chacune en communication fluidique avec un secteur du canal annulaire, s'étendant entre deux bras adjacents du deuxième carter 52. Comme expliqué dans ce qui précède, la présente invention propose un perfectionnement à la technologie décrite ci-dessus. Les figures 3 à 7 représentent un mode de réalisation de l'invention qui diffère de la technologie antérieure notamment en ce que chaque écope est réalisée en deux parties indépendantes, respectivement amont et aval, la partie amont de l'écope étant portée par un carter à moyeu et sa partie aval étant portée par la nacelle.

Comme dans le cas décrit ci-dessus, la turbomachine 110 est du type à hélices non carénées et comporte un moteur entouré par une nacelle 126. La nacelle 126 comprend en amont un carénage annulaire d'entrée d'air 126a qui entoure un organe 140 de déviation des objets étrangers et délimite avec celui-ci une veine annulaire d'entrée d'air.

Un carter à moyeu 152 est monté en aval de l'organe de déviation 140 et comprend ici un moyeu 152a et deux viroles 152b, 152c coaxiales au moyeu 152a et s'étendant respectivement à l'intérieur et à l'extérieur de celui-ci. Les viroles 152b, 152c sont reliées entre elles et au moyeu 152a par des bras radiaux. Le moyeu 152a définit avec la virole interne 152b un canal annulaire interne formant une partie amont de la veine primaire 142 et avec la virole externe 152c un canal annulaire externe formant une partie amont de la veine secondaire 143. Chacun de ces canaux annulaires est divisé par les bras du carter 152 en secteurs. Comme cela est visible dans les dessins, ces bras ont une certaine dimension circonférentielle ce qui fait que les secteurs de chaque canal sont espacés les uns des autres en direction circonférentielle. Dans l'exemple représenté, le carter 152 comprend trois bras radiaux et donc trois secteurs de chaque canal annulaire. La nacelle 126 comprend, en aval du carénage d'entrée d'air 126a, deux capots 126b et 126c sensiblement semi-cylindriques articulés et déplaçables depuis une position d'ouverture jusqu'à une position de fermeture, comme décrit dans ce qui précède. Selon l'invention, chaque écope 144 est réalisée en deux parties indépendantes, respectivement amont 144a et aval 144b, la partie amont 144a de l'écope étant fixée sur le carter 152 et sa partie aval 144b étant fixée à l'un des capots 126b, 126c de la nacelle. Les écopes 144 sont ici et pour l'exemple au nombre de trois. Elles sont ici de profil identique et sont régulièrement réparties autour de l'axe moteur. Dans d'autres modes de réalisation, les écopes peuvent être adaptées à différentes contraintes, tant par leur positionnement que par leur répartition et leur nombre. Chaque écope 144 comprend quatre parois : deux parois sensiblement en forme de portions de cylindre, respectivement interne et externe, et deux parois latérales. Les parois interne et externe de chaque écope 144 s'étendent vers l'aval et vers l'extérieur dans le prolongement du moyeu 152a et de la virole externe 152c du carter 152. Les parois latérales de chaque écope 144 s'étendent vers l'aval dans le prolongement des parois latérales en regard de deux bras adjacents du carter 152. Chaque écope 144 définit une section de passage qui diminue progressivement d'amont en aval. Cette diminution de section entraîne une augmentation de la vitesse de l'air dans la veine secondaire 143. De cette manière, d'une part on évite toute ingestion d'air par les ouvertures 143a de sortie du canal secondaire 143 et d'autre part le flux d'air participe à la propulsion.

Du fait de la séparation de chaque écope 144 en deux parties indépendantes, chacune des parois précitées de chaque écope comprend une partie amont et une partie aval. L'extrémité amont de la partie amont de chaque écope 144 est fixée (par exemple par boulonnage) par des moyens appropriés à l'extrémité aval du carter 152. Cette partie amont est ainsi fixée en porte-à-faux sur le carter 152 (figure 3). Dans cette position de fixation, chaque secteur de canal externe du carter 152 est en communication fluidique avec le passage interne d'une partie amont d'écope 144. L'extrémité aval de la partie aval de chaque écope 144 est fixée (par exemple par collage) par des moyens appropriés à la nacelle 126, de sorte que le passage interne de cette partie aval soit en communication fluidique avec une ouverture 143a de la nacelle. Les parties aval des écopes 144 sont ainsi solidaires des capots 126, 126c de la nacelle 126 et sont déplaçables depuis une position d'ouverture de la nacelle, représentée en figure 3, dans laquelle les parties amont et aval des écopes sont à distance les unes des autres, et une position de fermeture de la nacelle dans laquelle les parties amont et aval des écopes sont disposées bout à bout (figure 4). Dans cette dernière position, la partie aval 144b de chaque écope 144 s'étend dans le prolongement de la partie amont 144a de cette écope et l'extrémité amont de la partie aval coopère à maintenir l'étanchéité avec l'extrémité aval de la partie amont pour limiter, voire empêcher, les fuites d'air entre ces parties. Pour cela, des joints d'étanchéité, tels que des joints à lèvre, sont intercalés entre les parties amont 144a et aval 144b des écopes. Un joint périphérique 161a peut par exemple s'étendre sur tout le pourtour du bord périphérique de l'extrémité aval de la partie amont 144a de l'écope (figure 5), ce joint étant destiné à être comprimé au montage par appui sur le bord périphérique de l'extrémité amont de la partie aval 144b de cette écope. En variante ou en caractéristique additionnelle, un joint périphérique 161b peut s'étendre sur tout le pourtour du bord périphérique de l'extrémité amont de la partie aval 144b de l'écope (figure 6), ce joint étant destiné à être comprimé au montage par appui sur le bord périphérique de l'extrémité aval de la partie amont 144a de cette écope. Avantageusement, le plan de joint entre les parties amont 144a et aval 144b de chaque écope 144, c'est-à-dire le plan de liaison ou d'appui de ces parties, est incliné par rapport à un plan transversal (figure 5). Ce plan de joint forme un angle cc d'au moins 5° (et d'au plus 90°) par exemple avec un plan transversal. En fonctionnement, des déplacements relatifs entre les parties amont et aval des écopes 144 peuvent intervenir. Du fait de l'inclinaison du plan de joint, des déplacements relatifs axiaux et/ou radiaux vont majoritairement provoquer un écrasement des joints d'étanchéité 161a, 161b, ce qui garantit une bonne étanchéité. Comme cela est visible en figure 4, la séparation des écopes 144 en deux parties indépendantes, respectivement amont et aval, permet de faciliter l'accès aux équipements 164 fixés sur le carter moteur au voisinage de ces écopes.

La figure 7 représente un cas particulier de réalisation de l'invention dans lequel un échangeur air-huile 162 est monté dans la nacelle 126 en aval des écopes 144, et la sortie de l'une de ces écopes alimente un circuit d'air de cet échangeur 162. En fonctionnement de la turbomachine, la déviation des objets étrangers a lieu de la façon suivante. Un objet étranger est aspiré par l'entrée d'air de la turbomachine et vient percuter l'organe de déviation 140 sur lequel il ricoche. Sa trajectoire est déviée vers la paroi intérieure du carénage d'entrée. En aval de la partie élargie de l'organe de déviation, l'objet est dirigé vers l'une des écopes 144 de la veine secondaire d'où il est entraîné vers l'extérieur à travers l'ouverture 143a. Si, par ricochet, il vient à être aspiré dans le canal principal, il a avantageusement perdu suffisamment d'énergie pour ne pas endommager le moteur.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Turbomachine (110), comportant une nacelle (126) comprenant en amont un carénage d'entrée d'air (126a) et un organe (140) de déviation d'objets étrangers délimitant avec ledit carénage une veine d'entrée d'air et d'alimentation en air de deux veines coaxiales (142, 143), respectivement radialement interne et radialement externe, ladite veine externe étant définie par un carter à moyeu (152) et des écopes (144), ledit carter à moyeu (152) et lesdites écopes (144) étant montés en aval de l'organe (140) de déviation d'objets, caractérisée en ce que chaque écope (144) comprend deux parties indépendantes, une partie amont (144a) portée par le carter à moyeu (152) et une partie aval (144b) portée par la nacelle (126).
2. 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie aval (144b) de chaque écope (144) est fixée à un capot (126a, 126b) amovible de la nacelle (126).
3. 3. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que des moyens d'étanchéité (161a, 161b) sont montés entre les parties amont et aval (144a, 144b) de chaque écope (144).
4. 4. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité de chaque écope (144) comprennent un joint (161a, 161b) comprimé au montage entre un bord périphérique aval de la partie amont (144a) et un bord périphérique amont de la partie aval (144b).
5. 5. Turbomachine selon la revendication 4, caractérisée en ce que les parties amont et aval (144a, 144b) de chaque écope (144) sont montées sensiblement bout à bout dans un plan de joint qui forme un angle (a) non nul avec un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (A) de la turbomachine.
6. 6. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un échangeur air-huile (162) est monté dans la nacelle (126) et comprend un circuit d'air alimenté par la sortie d'au moins une des écopes (144).
7. 7. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les écopes (144) sont au nombre de trois, ces écopes étant espacées les unes des autres et régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal (A) de la turbomachine.
8. 8. Ecope (144) pour une turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend deux parties indépendantes, une partie amont (144a) configurée pour être fixée à un carter à moyeu (152) et une partie aval (144b) configurée pour être fixée à la nacelle (126) de la turbomachine.
9. 9. Ecope (144) selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'une des parties amont et aval (144a, 144b) de l'écope porte des moyens d'étanchéité (161a, 161b) configurés pour être comprimés entre ces parties, en position de montage.