FR3127031A1 - Ventilateur electrique pour aeronef - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un ventilateur comportant :- un carter (1),- un corps (2) définissant avec le carter une veine (V) d’écoulement d’un flux d’air (F1, F2), le corps comportant un cône amont (22), une portion centrale (24) et un cône aval(26), le cône aval comportant au moins un premier orifice,- un arbre (3),- une roue de ventilation (4),- un moteur électrique (5),- un premier palier à air (6) situé en amont du moteur électrique et porté par le cône amont (22),- un second palier à air (7) situé en aval du moteur électrique, et- plusieurs passages d’air (P1, P2, P3, P4) sont prévus à l’intérieur dudit corps pour acheminer ledit flux d’air depuis ledit premier orifice jusqu’au cône amont (22), ce cône amont comprenant des seconds orifices (280) de passage de cet air. Figure pour l'abrégé : Figure 5

Description

VENTILATEUR ELECTRIQUE POUR AERONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un ventilateur électrique. L’invention se rapporte également à un aéronef comportent un tel ventilateur électrique.
Arrière-plan technique
Il est connu d’utiliser des ventilateurs électriques embarqués à bord de divers types d’aéronefs, et notamment à bord d’avions.
Ces ventilateurs sont connus pour refroidir différents équipements embarqués comme, par exemple des calculateurs embarqués ou d’autres dispositifs équipant les aéronefs. D’autres ventilateurs embarqués contribuent, à titre d’exemple à la recirculation de l’air dans la cabine de l’aéronef. De manière générale, le ventilateur comprend un moteur électrique et une roue de ventilation solidaire d’une partie tournante (à savoir une ligne d’arbre) du moteur électrique. L’arbre du ventilateur est supporté par des paliers de guidage. Ces paliers sont classiquement des roulements à billes et permettent d’assurer la rotation de l’arbre du ventilateur. Ces roulements à billes sont de préférence graissés à vie pour, d’une part, éviter de lubrifier les roulements avec de l’huile et devoir gérer un circuit de lubrification dédié, et d’autre part, éviter de retrouver des particules d’huiles dans le circuit de ventilation. L’inconvénient de ces paliers à roulement à billes est leur limite en vitesse de rotation du fait de la présence de la graisse. Les paliers à roulement à billes peuvent être utilisés généralement pour un ventilateur tournant à une vitesse maximale de 24 000 tours/minute, au-delà des frottements sur les paliers peuvent impacter leur durée de vie.
Un autre enjeu dans le domaine des ventilateurs électriques pour l’aéronautique est de réduire fortement leurs poids. Pour une performance donnée du ventilateur, plus la vitesse de rotation de la roue de ventilation sera élevée et plus son diamètre aura tendance à être réduit. Ainsi, la masse de la roue sera réduite, de même que la masse des autres composants entourant de la roue peut être aussi réduite, comme le moteur électrique et son enveloppe. Cependant, tel que décrit ci-dessus, l’augmentation de la vitesse de rotation au-delà de 24 000 tours/minute n’est pas envisageable avec des paliers à roulement quel que soit leur mode de lubrification.
Pour remédier à ces inconvénients, une autre technologie de palier de guidage est intégrée sur l’arbre du ventilateur. Plus particulièrement, des paliers de guidage à air (plus spécifiquement à feuilles) peuvent être intégrés sur l’arbre. Ces paliers à air comprennent des feuilles souples et des feuilles ondulées positionnées autour de l’arbre du ventilateur pour créer de la raideur et de l’amortissement nécessaire à la sustentation de l’arbre une fois qu’une vitesse minimale limite est atteinte. En effet, en dessous d’une première valeur de vitesse de rotation de l’arbre (par exemple d’environ 3 000 tours/minute), il y a contact sec entre les feuilles du palier et l’arbre. Durant cette période de contact, il y aura usure des paliers. Au-dessus d’une seconde valeur de vitesse de rotation (par exemple d’environ 10 000 tours/minute), les feuilles de palier se décollent de l’arbre. Il n’y aura plus de contact entre les feuilles du palier et l’arbre, et donc plus d’usure du palier à air. Entre la première et la deuxième vitesse le frottement sera réduit, avec un léger frottement et des phases de décollage/atterrissage de la ligne d’arbre sur les paliers.
Même si cette configuration de ventilateur avec les paliers à air permet de réduire voire supprimer l’usure des paliers à air en fonctionnement, elle pose toutefois quelques difficultés, et notamment des pertes de charge dues au cisaillement de l’air entre les feuilles du palier et l’arbre. Ces pertes peuvent générer un cumul de calories et un échauffement thermique qui peuvent dégrader les paliers à air.
Dans ce contexte, il est intéressant de pallier les inconvénients de l’art antérieur, en proposant un ventilateur électrique pour un aéronef fiable et à durée de vie améliorée.
L’invention concerne un ventilateur électrique pour un aéronef, comportant :
- un carter tubulaire s’étendant le long et autour d’un axe longitudinal X,
- un corps s’étendant le long de l’axe X et à l’intérieur dudit carter, le corps et le carter définissant entre eux une veine annulaire d’écoulement d’un flux d’air, le corps comportant un cône amont, une portion centrale et un cône aval, le cône aval comportant au moins un premier orifice de passage d’air depuis ladite veine à l’intérieur dudit corps,
- un arbre s’étendant le long de l’axe X et à l’intérieur du corps,
- une roue de ventilation portée par une première extrémité longitudinale de l’arbre,
- un moteur électrique monté à l’intérieur du corps et autour de l’arbre,
- un premier palier à air de guidage de l’arbre situé en amont du moteur électrique et porté par le cône amont,
- une première butée annulaire axiale reliée à la dite portion centrale,
- un second palier à air de guidage de l’arbre situé en aval du moteur électrique et porté par ladite première butée axiale,
- une seconde butée annulaire axiale reliée au cône aval, et
- un disque de butée annulaire axial porté par une seconde extrémité longitudinale de l’arbre opposée de ladite première extrémité longitudinale de l’arbre.
Selon l’invention, plusieurs passages d’air sont prévus à l’intérieur dudit corps pour acheminer ledit flux d’air depuis ledit premier orifice jusqu’au cône amont du premier palier à air, ce cône amont comprenant des seconds orifices de passage de cet air.
Une telle configuration du ventilateur permet de refroidir efficacement l’ensemble des paliers en amont et en aval du moteur électrique par une circulation de flux d’air unique de l’aval vers l’amont du corps du ventilateur. En effet, la rotation de la roue de ventilation génère un flux d’air présentant une première pression F1 en sortie de la roue qui est supérieure à une seconde pression F2 du même flux d’air (située à distance de la roue) du fait des pertes de charges qui sont présentes dans la veine annulaire (par exemple par la présence de trous dans le ventilateur, le frottement d’air contre les parois du ventilateur et/ou la présence de redresseurs). Ainsi, une dépression est créée dans la veine annulaire de passage d’air du ventilateur. L’intégration des premier et seconds orifices, respectivement, sur le cône amont et aval du corps, et la pluralité de passage d’air à l’intérieur du corps, ainsi que la présence de cette dépression permettent le passage du flux d’air provenant de la veine annulaire à l’intérieur du corps du ventilateur. Ceci favorise le refroidissement des paliers à air et notamment des butées à air du ventilateur. Pour cela, un circuit de refroidissement (ou de ventilation) peut être formé par les premier et seconds orifices et les passages d’air qui sont situés de façon préférentielle entre l’arbre et les composants (tels que les paliers radiaux, le moteur électrique, les butées axiales, etc.) entourant cet arbre à l’intérieur du corps. Ainsi, le circuit de refroidissement permet de ventiler les paliers à air et éviter une accumulation de calories entrainant un emballement thermique. Par conséquent, la durée de vie des paliers à air (et par conséquent du ventilateur) est améliorée de manière significative.
En outre, l’intégration des orifices et des passages d’air du ventilateur selon l’invention permet également de réduire la masse et l’encombrement du ventilateur dans un aéronef.
Le ventilateur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
-- le premier palier à air de guidage est radial (notamment par rapport à l’axe X) ;
-- le second palier à air de guidage est radial (notamment par rapport à l’axe X) ;
-- le second palier à air de guidage est radial et de butée axiale ;
-- la première butée annulaire axiale comprend au moins une feuille lisse et au moins une feuille ondulée ;
-- la seconde butée annulaire axiale comprend au moins une feuille lisse et au moins une feuille ondulée ;
- le ventilateur comprend :
- un premier passage d’air reliant ledit premier orifice au second palier à air,
- un second passage d’air reliant le premier passage d’air au moteur électrique,
- un troisième passage d’air reliant le second passage d’air au premier palier à air, et
- un quatrième passage d’air reliant le troisième passage d’air aux seconds orifices ;
- lesdits seconds orifices de passage d’air sont formés dans une paroi transversale du cône amont qui est reliée à la portion centrale du corps ;
- le disque de butée annulaire axiale est intercalé entre les première et seconde butées annulaires axiales ;
- ledit second palier à air et ladite première butée annulaire axiale sont formés d’une seule pièce ;
-- les passages d’air sont formés par des ouvertures des éléments du ventilateur et/ou des interstices entre les éléments du ventilateur ;
-- la première butée annulaire axiale comprend une paroi annulaire radiale s’étendant autour de l’axe X ;
-- ladite paroi radiale comprend un épaulement annulaire et une bride radiale annulaire s’étendant en aval de cet épaulement ;
-- le disque de butée s’étend autour l’axe X ;
-- le disque de butée comprend une extension radiale, un premier prolongement axial et un second prolongement axial qui s’étendent de part et d’autre de l’extension radiale ;
-- le premier prolongement axial est relié à la seconde extrémité longitudinale de l’arbre ;
-- le disque de butée est creux et comprend un alésage ;
-- ladite seconde butée est une pièce annulaire s’étendant autour de l’axe X et ayant une forme générale en C ;
-- la pièce annulaire de la seconde butée comprend une paroi annulaire verticale et une paroi annulaire longitudinale s’étendant axialement vers l’aval de cette paroi verticale ;
-- la paroi verticale de la seconde butée comprend une ouverture centrale ;
-- le second prolongement axial du disque de butée s’insère dans l’ouverture centrale de la paroi verticale de la seconde butée ;
- l’arbre comprend un tirant s’étendant le long de l’axe X et à l’intérieur d’un alésage de l’arbre ;
-- le tirant est une barre de forme allongée le long de l’axe X ;
-- la barre du tirant s’étend entre une troisième extrémité longitudinale de forme annulaire et une quatrième extrémité longitudinale en forme de T ;
- le ventilateur comprend un embout annulaire en forme d’ogive s’étendant autour dudit cône aval, ledit embout comportant au moins un troisième orifice de passage d’air depuis ladite veine à l’intérieur dudit corps jusqu’aux dits seconds orifices ;
- les seconds orifices de passage d’air sont au nombre de deux à quinze, et par exemple de trois ;
- chacun desdits seconds orifices présente un diamètre compris entre 3 et 20 mm, et par exemple de 6 mm.
L’invention a également pour objet un aéronef comportant au moins un ventilateur électrique selon l’invention.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la est une vue schématique en perspective d’un ventilateur électrique pour un aéronef ;
la est une vue schématique en coupe axiale du ventilateur de la selon un mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en coupe d’un palier de guidage à air du ventilateur de la ;
la est une vue schématique en coupe selon la ligne Y-Y de la ;
la est une vue schématique en coupe axiale du ventilateur de la illustrant une circulation d’un flux d’air à l’intérieur du ventilateur selon un mode de réalisation de l’invention.

Claims (10)

  1. Ventilateur électrique (10) pour un aéronef (A), comportant :
    - un carter tubulaire (1) s’étendant le long et autour d’un axe longitudinal (X),
    - un corps (2) s’étendant le long de l’axe (X) et à l’intérieur dudit carter (1), le corps (2) et le carter (1) définissant entre eux une veine annulaire (V) d’écoulement d’un flux d’air, le corps (2) comportant un cône amont (22), une portion centrale (24) et un cône aval (26), le cône aval (26) comportant au moins un premier orifice de passage d’air (260) depuis ladite veine (V) à l’intérieur dudit corps (2),
    - un arbre (3) s’étendant le long de l’axe (X) et à l’intérieur du corps (2),
    - une roue de ventilation (4) portée par une première extrémité longitudinale (32) de l’arbre (3),
    - un moteur électrique (5) monté à l’intérieur du corps (1) et autour de l’arbre (3),
    - un premier palier à air (6) de guidage de l’arbre (3) situé en amont du moteur électrique (5) et porté par le cône amont (22),
    - une première butée annulaire axiale (82) reliée à la portion médiane (24),
    - un second palier à air (7) de guidage de l’arbre (3) situé en aval du moteur électrique (5) et porté par la première butée annulaire axiale (82),
    - une seconde butée annulaire axiale (84) reliée au cône aval (26), et
    - un disque de butée annulaire axiale (86) portée par une seconde extrémité longitudinale (34) de l’arbre opposée de ladite première extrémité (32),
    caractérisé en ce que plusieurs passages d’air (P1, P2, P3, P4) sont prévus à l’intérieur dudit corps (2) pour acheminer ledit flux d’air (F1, F2) depuis ledit premier orifice (260) jusqu’au cône amont (22) du premier palier à air (6), ce cône amont (22) comprenant des seconds orifices (280) de passage de cet air.
  2. Ventilateur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend :
    - un premier passage d’air (P1) reliant ledit premier orifice (260) au second palier à air (7),
    - un second passage d’air (P2) reliant le premier passage d’air (P1) au moteur électrique (5),
    - un troisième passage d’air (P3) reliant le second passage d’air (P2) au premier palier à air (6), et
    - un quatrième passage d’air (P4) reliant le troisième passage d’air (P3) aux seconds orifices (280).
  3. Ventilateur (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits seconds orifices (280) de passage d’air sont formés dans une paroi transversale (226) du cône amont (22) qui est reliée à la portion centrale (24) du corps (2).
  4. Ventilateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque de butée annulaire axiale (86) est intercalé entre les première (82) et seconde (84) butées annulaires axiales.
  5. Ventilateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit second palier à air (7) et ladite première butée annulaire axiale (82) sont formés d’une seule pièce
  6. Ventilateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’arbre (3) comprend un tirant (300) s’étendant le long de l’axe (X) et à l’intérieur d’un alésage (30) de l’arbre (3).
  7. Ventilateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un embout annulaire (9) en forme d’ogive s’étendant autour dudit cône aval (26), ledit embout (9) comportant au moins un troisième orifice (900) de passage d’air depuis ladite veine (V) à l’intérieur dudit corps (2) jusqu’aux dits seconds orifices (280).
  8. Ventilateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les seconds orifices (280) de passage d’air sont au nombre de deux à quinze, et par exemple de trois.
  9. Ventilateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits seconds orifices (280) présente un diamètre (D280) compris entre 3 et 20 mm, et par exemple de 6 mm.
  10. Aéronef (A) comportant au moins un ventilateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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