Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02905793 2015 09 11
WO 2014/140483
PCT/FR2014/050566
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Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur
d'avion
La présente invention concerne une turbomachine, telle qu'un
turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un carter de
soufflante dont une paroi sensiblement cylindrique entoure notamment les
aubes de la soufflante.
La surface interne d'un carter de soufflante comporte
classiquement des panneaux annulaires d'isolation acoustique. Ces
panneaux ont en général une structure annulaire en nid d'abeille, formée
d'alvéoles adjacentes, dont les faces interne et externe sont chacune
recouvertes d'une peau. Ces panneaux sont destinés à absorber les ondes
sonores générées par la soufflante de la turbomachine.
Le carter comporte plus particulièrement un panneau amont,
situé en amont des aubes de la soufflante, un panneau médian, situé en
regard des aubes de la soufflante, et un panneau aval, situé en aval des
aubes de la soufflante. Le panneau médian comporte classiquement une
couche de matériau abradable contre laquelle les extrémités radialement
externes des aubes sont destinées à frotter en fonctionnement.
Afin d'améliorer le traitement acoustique en amont de la
soufflante, les alvéoles de la structure en nid d'abeille du panneau amont
ont une section relativement importante et la peau interne de ce panneau
est généralement multiperforée. Le panneau médian a généralement des
alvéoles de section plus faible que le panneau amont, de façon à
augmenter sa résistance aux sollicitations mécaniques.
D'une manière générale, tous les panneaux comportent des
zones plus denses au niveau de leurs bords amont et aval. Cette
augmentation de densité est obtenue en remplissant les alvéoles
correspondantes à l'aide d'une mousse qui, en se polymérisant, apporte
une grande résistance mécanique aux bords concernés des panneaux.
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Selon une première forme de réalisation de l'art antérieur,
décrite notamment dans les demandes de brevet FR 12/60493 et
FR 12/60495 non encore publiées de la Demanderesse, chaque panneau
est fixé à la paroi annulaire par l'intermédiaire de moyens de fixation situés
au niveau des parties amont et aval de chaque panneau.
Une telle forme de réalisation nécessite l'utilisation de nombreux
moyens de fixation, ce qui augmente la masse de l'ensemble.
Selon une seconde forme de réalisation de l'art antérieur, les
panneaux amont et médian sont fixés à la paroi annulaire par
l'intermédiaire d'un film de colle thermodurcissable. Le chauffage du film de
colle peut par exemple être réalisé dans un autoclave.
En variante, la colle peut être une colle thermosensible apte à
fixer le panneau sur ladite paroi lorsque la colle est chauffée à une
première température et apte à libérer le panneau lorsque la colle est
chauffée à une seconde température. Une telle variante permet un
montage et un démontage aisés des panneaux.
Dans ces cas toutefois, le nombre de panneaux à monter à
l'intérieur de la paroi du carter reste important, ce qui est relativement
fastidieux.
En outre, pour chacune des formes de réalisation précitées, le
nombre important de panneaux conjugué au fait que chaque panneau
comporte des zones denses au niveau de ses bords amont et aval est
également préjudiciable en terme de masse.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple,
efficace et économique à ce problème.
A cet effet, elle propose une turbomachine, telle qu'un
turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un carter de
soufflante à paroi sensiblement cylindrique entourant les aubes de la
soufflante, et au moins deux panneaux annulaires d'isolation acoustique
montés radialement à l'intérieur de ladite paroi, un premier panneau étant
monté en amont de la soufflante, un second panneau étant situé en aval du
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premier panneau et portant une couche interne en matériau abradable
située en regard des extrémités radialement externes des aubes de la
soufflante, caractérisée en ce que les deux panneaux annulaires forment
un seul ensemble structurel.
De cette manière, le nombre de panneaux distincts
structurellement est réduit, ce qui facilite le montage et la fixation de
l'ensemble. Par ailleurs, compte tenu de ce nombre réduit de panneaux
distincts, il est également possible de réduire le nombre de moyens de
fixation ainsi que le nombre de zones denses, de façon à obtenir un gain
important en termes de masse.
Selon une forme de réalisation de l'invention, le bord aval du
premier panneau est fixé au bord amont du second panneau, par exemple
par collage.
Les deux panneaux forment ainsi un ensemble structurel unique,
plus facile à manipuler et à fixer à l'intérieur de la paroi du carter.
La fixation par collage est aisée à mettre en oeuvre et ne
nécessite pas la présence de zones denses au niveau du bord aval du
premier panneau ou au niveau du bord amont du second panneau.
Avantageusement, chaque panneau comporte une structure
annulaire en nid d'abeille formée d'alvéoles adjacentes, les surfaces interne
et externe de ladite structure annulaire étant recouvertes respectivement
d'une peau interne et d'une peau externe.
Dans ce cas, les alvéoles du premier panneau ont une section
plus importante que les alvéoles du second panneau.
Ceci permet d'améliorer le traitement acoustique en amont de la
soufflante, tout en garantissant une grande résistance mécanique au
niveau de la partie supportant la couche d'abradable, cette partie pouvant
être soumises à des sollicitations mécaniques et/ou thermiques
importantes.
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Selon une caractéristique de l'invention, au moins une partie de
la peau interne du premier panneau et/ou du second panneau comporte
des perforations.
De telles perforations permettent d'améliorer encore l'isolation
acoustique.
En outre, la turbomachine peut comporter des moyens de
fixation amont, situés au niveau de la partie amont du premier panneau,
des moyens de fixation aval, situés au niveau de la partie aval du second
panneau, et des moyens de fixation médians, situés au niveau de la zone
de jonction entre les premier et second panneaux, lesdits moyens de
fixation permettant la fixation desdits panneaux à la paroi du carter.
Selon un autre mode de réalisation, le premier panneau et le
second panneau forment un seul et même panneau.
Dans ce cas, ce panneau unique peut être fixé à la paroi du
carter à l'aide de moyens de fixation amont, situés au niveau de la partie
amont du panneau, et de moyens de fixation aval, situés au niveau de la
partie aval du panneau.
En effet, le fait que les premier et second panneaux soient
formés d'un seul et même panneau augmente la résistance mécanique de
ce dernier. Il est ainsi possible de réduire le nombre de moyens de fixation
utilisé et, par conséquent, la masse de la turbomachine.
Les panneaux peuvent également être fixés à la paroi du carter
par l'intermédiaire d'un film de colle.
Dans ce cas, la colle peut être une colle thermosensible apte à
fixer le panneau sur ladite paroi lorsque la colle est à une première
température et apte à libérer le panneau lorsque la colle est chauffée à une
seconde température.
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 en référence aux
dessins annexés dans lesquels :
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¨ la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale
d'un carter de soufflante d'une turbomachine selon une première forme de
réalisation de l'art antérieur ;
¨ la figure 2 est une vue de face depuis l'amont du carter de la
5 figure 1 ;
¨ la figure 3 est une demi-vue schématique partielle en coupe
axiale d'un panneau d'isolation acoustique du carter de soufflante de la
figure 1;
¨ la figure 4 est une vue à plus grande échelle du détail 14 de la
figure 1, et représente des moyens de fixation d'un panneau d'isolation
acoustique ;
¨ la figure 5 est une vue schématique en coupe selon la ligne V-
V de la figure 4 ;
¨ la figure 6 est une demi-vue schématique en coupe axiale
d'un carter de soufflante d'une turbomachine selon une forme de réalisation
n'appartenant pas à l'invention ;
¨ la figure 7 est une vue schématique de face depuis l'amont du
carter de la figure 6;
¨ la figure 8 est une vue schématique d'une partie du film de
colle du carter des figures 6 et 7;
¨ la figure 9 une vue en perspective d'un premier et d'un second
panneaux, collés l'un à l'autre de manière à former un seul ensemble
structurel fixé à la paroi d'un carter de soufflante par l'intermédiaire de
moyens de fixation, conformément à une première forme de réalisation de
l'invention,
¨ la figure 10 est une vue correspondant à la figure 9, illustrant
une seconde forme de réalisation de l'invention dans laquelle les premier et
second panneaux sont formés d'un seul et même panneau,
¨ les figures 11 et 12 sont des vues correspondant
respectivement aux figures 9 et 10, dans lesquelles les panneaux sont fixés
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à la paroi du carter par collage, conformément à deux variantes de
réalisation de l'invention.
Les figures 1 à 5 illustrent une première forme de réalisation de
l'art antérieur, connue de la demande de brevet FR 12/60495 au nom de la
Demanderesse. En particulier, la figure 1 représente un carter de soufflante
d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur
d'avion, ce carter faisant partie d'une nacelle qui entoure le moteur de la
turbomachine et à l'intérieur de laquelle tourne une soufflante qui génère un
flux d'air secondaire qui s'écoule entre la nacelle et le moteur et forme une
10 partie de la poussée produite par la turbomachine.
Le carter 10 comprend une paroi 12 sensiblement cylindrique qui
comporte à ses extrémités longitudinales des brides annulaires 14, 16 de
fixation. La bride aval 14 est fixée par des moyens du type vis-écrou à une
bride (non représentée) d'un carter intermédiaire et la bride amont 16 est
fixée par des moyens du type vis-écrou à une bride (non représentée)
d'une manche d'entrée d'air dans la nacelle.
Le carter comprend des panneaux annulaires 18, 20, 22
d'isolation acoustique qui recouvrent la surface cylindrique interne de la
paroi 12 et qui sont fixés à cette paroi.
Dans l'exemple représenté, la paroi 12 porte trois panneaux
annulaires 18, 20, 22, deux panneaux 18, 20 monoblocs, respectivement
amont et médian, et un panneau 22 aval qui est sectorisé.
Le panneau aval 22 comprend des secteurs de panneau qui sont
disposés circonférentiellement bout à bout et qui sont fixés sur la paroi 12
par des vis 24 traversant radialement les secteurs et engagées dans des
orifices de la paroi 12.
Les panneaux 18, 20 annulaires sont monoblocs (c'est-à-dire
non sectorisés) et sont fixés sur la paroi 12 par une technologie qui autorise
le démontage des panneaux, en particulier sous l'aile d'un avion lors d'une
opération de maintenance.
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Les panneaux 18, 20 comportent des zones 62 plus denses au
niveau de leurs bords amont et aval. Cette augmentation de densité est
obtenue en remplissant les alvéoles correspondantes à l'aide d'une
mousse qui, en se polymérisant, apporte une grande résistance mécanique
aux bords concernés des panneaux.
Dans l'exemple représenté aux figures 1 à 5, les panneaux 18,
20 sont montés à l'intérieur de la paroi 12 et fixés à cette paroi par des
moyens du type vis-écrou, chaque panneau comportant des pattes 26
d'appui axial et radial sur des pattes 28 de la paroi 12, ces pattes
comportant des orifices de passage des moyens 32 du type vis-écrou.
La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un panneau
18, 20 comportant une structure annulaire 34 en nid d'abeille dont les faces
interne et externe sont chacune recouvertes d'une peau 36, 38 stratifiée, la
peau interne 36 comportant des multiperforations 40. Le panneau peut en
outre comprendre une couche de matériau abradable, en particulier dans la
zone du panneau entourant les aubes de soufflante, comme c'est le cas du
panneau 20 qui comprend sous sa peau interne 36 une couche interne 42
en matériau abradable (figure 1).
Afin d'améliorer encore le traitement acoustique en amont de la
soufflante, les alvéoles 64 de la structure en nid d'abeilles du panneau 18
ont une section relativement importante. Le panneau 20 a généralement
des alvéoles de section plus faible que le panneau 18, de façon à
augmenter sa résistance aux sollicitations mécaniques générées
notamment par le frottement des extrémités radialement externes des
aubes contre la couche de matériau abradable 42.
Comme cela est visible en figure 2, chaque panneau 18, 20 est
formé d'une seule pièce sans discontinuité, les pattes 26 étant fixées sur la
peau externe 38 du panneau et étant situées dans un espace annulaire 40
s'étendant entre le panneau 18, 20 et la paroi 12. Cet espace annulaire 40
peut avoir une épaisseur ou dimension radiale de l'ordre de 10 mm.
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Chaque panneau 18, 20 est équipé de deux rangées annulaires
de pattes, une rangée amont de pattes 26, 28 et une rangée aval de pattes
26', 28'. Les pattes de chaque rangée sont régulièrement réparties autour
de l'axe longitudinal du carter et sont diamétralement opposées deux à
deux. Les pattes 26, 28 de la rangée amont sont en outre décalées
angulairement des pattes 26', 28' de la rangée aval, par rapport à l'axe
longitudinal du carter (figure 2). Chaque rangée comprend par exemple
douze pattes 26, 26', 28, 28'.
Les pattes 26 portées par le panneau 18, 20 ont une forme
sensiblement en L et comprennent chacune une partie longitudinale 42
appliquée sur la peau externe 38 du panneau et fixée à cette peau par des
vis 43 coopérant avec des écrous sertis du type auto-freinant (figure 5).
Cette partie longitudinale 42 a une forme en portion de cylindre et épouse
la forme extérieure du panneau.
La partie 42 de la patte 26 est reliée à l'une de ses extrémités
longitudinales à une partie 44 sensiblement radiale qui s'étend vers
l'extérieur et qui comprend un orifice traversant de passage de la vis 32.
La partie 42 de la patte 26 comprend une surface radialement
externe 46 d'appui de forme cylindrique et la partie radiale 44 comprend
une surface radiale 48 d'appui.
Comme cela est visible en figure 5, la partie 44 de la patte 26 a
une dimension circonférentielle inférieure à celle de sa partie 42.
Les pattes 28 portées par la paroi 12 comprennent chacune une
partie 50 radialement externe sensiblement plane appliquée sur la surface
radialement interne de la paroi 12 et fixée à celle-ci par des vis 52
coopérant avec des écrous sertis du type auto-freinant, et une partie 54
s'étendant radialement vers l'intérieur et qui comprend un orifice traversant
aligné avec l'orifice de la patte 26 pour le passage de la vis 32 de fixation
de ces pattes.
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Cette partie 54 comprend une surface radiale 56 d'appui sur la
surface radiale 48 de la patte 26 et une surface 58 plane ou sensiblement
cylindrique d'appui sur la surface cylindrique 46 de la patte 26.
Comme cela est visible en figure 5, la partie 54 de la patte 28 a
une dimension circonférentielle inférieure à celle de sa partie 50. Par
ailleurs, la partie 50 de la patte 28 est en partie engagée dans un
renfoncement 60 de forme complémentaire de la paroi 12.
Les panneaux 18, 20 décrits précédemment peuvent être
montés à l'intérieur de la paroi 12 du carter de la façon suivante.
Chaque panneau 18, 20 est disposé en amont de la paroi 12,
coaxialement à celui-ci, et est positionnement angulairement autour de
l'axe longitudinal du carter de sorte que ses pattes 26, 26' soient alignées
axialement avec celles 28, 28' du carter. Le panneau est ensuite déplacé
en translation axiale vers l'aval jusqu'à ce qu'il soit logé à l'intérieur de
la
paroi 12 et que ses pattes 26, 26' soient en appui axial sur celles 28, 28' du
carter.
Un outil tel qu'une clef à cliquet équipée d'une rallonge est alors
utilisé pour visser les vis 32 dans les pattes afin de solidariser le panneau
au carter. Cet outil est inséré axialement depuis l'amont dans l'espace
annulaire 40 s'étendant entre le panneau et la paroi.
Comme indiqué précédemment, une telle forme de réalisation
nécessite l'utilisation de nombreux moyens de fixation 26, 28, 26',28', 32,
ce qui augmente la masse de l'ensemble. Par ailleurs, la présence des
zones denses 62 au niveau des panneaux 18, 20 est également
préjudiciable en termes de masse. Enfin, le nombre de panneaux à monter
puis à fixer à l'intérieur de la paroi 12 du carter est important, ce qui est
long et fastidieux.
Les figures 6 à 8 illustrent une forme de réalisation n'appartenant
pas à l'invention.
Cette forme de réalisation diffère de celle décrite précédemment
en ce que les panneaux 18, 20 (sectorisés ou monoblocs) sont fixés par un
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film de colle 66 à la surface interne de la paroi 12. Le film de colle 66 est
thermosensible. En effet, il est apte à fixer les panneaux 18, 20 sur ladite
paroi 12 lorsque la colle est à une première température et apte à libérer
les panneaux 18, 20 de ladite paroi 12 lorsque la colle est chauffée à une
5 seconde température. Un tel film de colle 66 autorise donc le démontage
et
le montage aisés des panneaux 18, 20.
Ce film 66 comporte un fil conducteur 68, par exemple à base de
carbone, dont les extrémités 70, 72 sont reliées aux bornes d'une
alimentation électrique. Le fil 68 est noyé dans la matrice en polymère
10 formée par le film de colle 66. Le passage d'un courant électrique dans
le fil
68 provoque son échauffement. Comme cela est représenté à la figure 3, le
fil 68 peut être disposé en serpentin et s'étendre sur toute la surface du
film
66.
En fonctionnement normal, le film de colle 66 est soumis à des
températures basses. Dans ce cas, le film 66 assure sa fonction de fixation
des panneaux 18, 20 sur la paroi 12.
Ainsi, lorsque l'un des panneaux 18, 20 est endommagé et doit
être remplacé, il suffit de chauffer le film 66 de manière à faire ramollir la
colle et permettre le retrait du panneau correspondant 18, 20.
On remplace ensuite ce dernier par un panneau sain. Dans ce
cas, le film de colle 66 est à nouveau chauffé pour faciliter l'adhérence du
panneau sain sur la paroi 12.
Une telle forme de réalisation facilite ainsi la réparation d'un
carter de soufflante 10, puisqu'elle autorise le démontage aisé et rapide
des panneaux 18, 20, en particulier en cas de maintenance sous l'aile d'un
avion (c'est-à-dire sans dépose du moteur). Une telle forme de réalisation
s'applique également au cas du montage des panneaux 18, 20 en usine.
Comme indiqué précédemment, la présence des zones denses
62 au niveau des panneaux 18, 20 est préjudiciable en termes de masse.
Enfin, le nombre de panneaux à monter puis à fixer à l'intérieur de la paroi
du carter est important, ce qui est relativement fastidieux.
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Afin de remédier aux inconvénients précités, l'invention propose
une turbomachine dans laquelle les deux panneaux annulaires 18, 20
forment un seul et même ensemble structurel.
A cet effet, dans une première forme de réalisation illustrée à la
figure 9, l'invention propose de coller le bord aval du panneau 18 au bord
amont du panneau 20. Le film de colle correspondant est référencé 74.
Comme précédemment, les alvéoles 64 du panneau 18 ont une
section plus importante que les alvéoles 64 du second panneau 20.
Dans cette forme de réalisation, les bords des panneaux 18, 20
destinés à être collés l'un à l'autre ne comportent pas nécessairement de
zones denses 62. Seuls le bord amont du panneau 18 et le bord aval du
panneau 20 comportent alors une zone dense 62.
Dans cette forme de réalisation également, l'ensemble formé
des panneaux 18, 20 comporte des moyens de fixation amont 26, situés au
niveau de la partie amont du panneau 18, des moyens de fixation aval 26',
situés au niveau de la partie aval du panneau 20, et des moyens de fixation
médians 26", situés au niveau de la zone de jonction 74 entre les
panneaux 18, 20, lesdits moyens de fixation 26, 26', 26" permettant la
fixation desdits panneaux 18, 20 à la paroi 12 du carter. Ces moyens de
fixation 26, 26', 26" sont par exemple similaires à ceux décrits en référence
aux figures 1 à5.
La figure 10 illustre une deuxième forme de réalisation de
l'invention, dans laquelle un seul panneau 76 assure à la fois la fonction du
panneau 18 et la fonction du panneau 20. Ce panneau 76 présente des
dimensions semblables à celles de l'ensemble formé par les panneaux 18
et 20 à la figure 9. Il supporte, comme précédemment, une couche de
matériau abradable 42 et comporte des zones denses 62 au niveau de ses
bords amont et aval. Le panneau 76 présente une structure similaire à celle
des panneaux 18, 20, les alvéoles 64 ayant toutefois toutes la même
section. Bien entendu, il est possible de faire varier la section des alvéoles
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en fonction de leur position dans le panneau 76, si les contraintes
mécaniques en jeu le requièrent.
Le panneau 76 comporte des moyens de fixation amont 26,
situés au niveau de la partie amont du panneau 76, et des moyens de
fixation aval 26', situés au niveau de la partie aval du panneau 76.
La figure 11 illustre une troisième forme de réalisation similaire à
celle de la figure 9, dans laquelle les panneaux 18 et 20 sont fixés à la
paroi 12 du carter à l'aide d'un film de colle 66 (non représenté sur la
figure
11) similaire à celui décrit en référence aux figures 6 à 8.
De même, la figure 12 illustre une troisième forme de réalisation
similaire à celle de la figure 10, dans laquelle le panneau 76 est fixé sur la
paroi 12 du carter à l'aide d'un film de colle 66 (non représenté sur la
figure
12) similaire à celui décrit en référence aux figures 6 à 8.
Dans chacune de ces formes de réalisation, la masse de
l'ensemble est réduite par comparaison à l'art antérieur, que ce soit par le
nombre réduit de zones denses 62 ou par le nombre réduit de moyens de
fixation. Par ailleurs, le fait de disposer d'un ensemble structurel unique,
assurant les mêmes fonctions que les panneaux 18 et 20 de l'art antérieur,
permet de faciliter son montage et son démontage.
