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DISQUE AUBAGE MONOBLOC COMPORTANT UN MOYEU AYANT UNE FACE EVIDEE A
LAQUELLE EST RAPPORTE UN ORGANE DE COMBLEMENT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un disque de soufflante d'un moteur de type
turboréacteur, ce disque étant du type aubagé monobloc, c'est-à-dire qu'il
comporte un
moyeu et des aubes formant une pièce unique indissociable.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Un moteur de type turboréacteur à double flux 1 tel que celui de la
figure 1, comporte une manche d'entrée 2 dans laquelle est admis l'air avant
d'être aspiré
par les pales d'une soufflante 3. Après avoir passé la région de la
soufflante, l'air se divise
en un flux primaire central et un flux secondaire qui entoure le flux
primaire.
Le flux d'air primaire traverse ensuite un compresseur basse pression 4
situé immédiatement après la soufflante 3 alors que le flux secondaire est
propulsé vers
l'arrière pour directement générer une poussée additionnelle en étant soufflé
autour du
flux primaire.
Le flux primaire traverse ensuite un compresseur haute pression 6,
avant d'atteindre une chambre 7 où a lieu sa combustion, après injection et
vaporisation
d'un carburant. Après combustion, ce flux primaire se détend dans une turbine
haute
pression 8 puis dans une turbine basse pression pour entrainer en rotation les
étages de
compression et la soufflante, avant d'être expulsé vers l'arrière du moteur
pour générer
une poussée.
Chaque turbine et chaque compresseur comporte une succession
d'étages comportant chacun une série d'aubes orientées radialement et
régulièrement
espacées autour d'un arbre de rotation du moteur. Cet arbre central ou rotor
qui s'étend
selon un axe longitudinal AX porte les éléments rotatifs de la turbine ainsi
que les
éléments rotatifs du compresseur et de la soufflante.
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Les aubes de la soufflante peuvent être des éléments rapportés sur un
disque, appelé disque de soufflante qui est d'abord fixé par exemple par
liaison cannelée
à l'arbre du moteur. Après fixation du disque, les aubes sont emboîtées par
l'avant du
disque en étant engagées dans des rainures longitudinales réalisées en
périphérie du
disque et qui sont appelées alvéoles.
Dans le cas d'une soufflante à disque aubagé monobloc, la série d'aubes
de la soufflante est portée par un moyeu en formant avec celui-ci une pièce
unique et
indissociable. Une partie d'un tel disque aubagé monobloc, correspondant à un
secteur
angulaire autour de l'axe AX, est représentée schématiquement dans la figure
2.
Le but de l'invention est de proposer une nouvelle structure de disque
aubagé.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet un disque aubagé de soufflante pour
turbomachine telle qu'un turboréacteur, ce disque aubagé comprenant un moyeu
délimité par une face amont et une face aval par rapport au flux traversant le
disque
aubagé en service ainsi qu'une face périphérique externe et une face
périphérique
interne de révolution délimitant une ouverture interne du moyeu, ce moyeu
portant au
niveau de sa face périphérique externe des pales, chaque pale ayant un bord
d'attaque et
un bord de fuite, le moyeu et les pales constituant un ensemble monobloc, dans
lequel la
face amont et/ou la face aval est déportée en étant située le long de l'axe de
rotation
entre les bords d'attaque et les bords de fuite des pales, le disque aubagé
comprenant un
organe de comblement rapporté sur la face déportée, cet organe de comblement
comprenant une virole interne de centrage s'engageant dans l'ouverture interne
du
moyeu, une portion radiale se plaquant contre la face déportée et une virole
externe
s'étendant dans le prolongement de la face périphérique externe du moyeu pour
prolonger cette face périphérique externe.
Avec cet agencement, le disque comporte un moyeu dédié au maintien
de pales en étant optimisé pour maximiser la tenue mécanique de ces pales, et
c'est un
organe de comblement rapporté qui prolonge la face externe cylindrique du
moyeu en
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étant dédiée au guidage de la veine d'air ayant traversé les pales. La forme
et le matériau
du moyeu peut ainsi être optimisés spécifiquement vis-à-vis de la tenue
mécanique des
pales, et l'organe de comblement peut être fabriqué dans un autre matériau et
avec un
autre dimensionnement pour présenter notamment une masse réduite.
L'invention a également pour objet un disque ainsi défini, dans lequel la
portion radiale de l'organe de comblement comporte une série de segments
radiaux
espacés les uns des autres, dans lequel la face déportée comporte au niveau de
sa
périphérie interne des éperons dépassant axialement pour prolonger la face
périphérique
interne, chaque segment radial de la portion radiale s'engageant entre deux
éperons,
chaque éperon comportant une gorge interne pour délimiter conjointement une
rainure
interne circonférentielle discontinue, et un jonc de blocage s'engageant dans
cette
rainure interne circonférentielle pour bloquer l'organe de comblement en
position le long
de l'axe de rotation, l'organe étant bloqué entre d'une part la face déportée
contre
laquelle sa portion radiale est en appui et d'autre part le jonc contre lequel
est en appui
un bord de la virole de centrage.
L'invention a également pour objet un disque ainsi défini, comportant
au moins un verrou de blocage en rotation de l'organe de comblement, ce verrou
étant
positionné entre deux éperons consécutifs en les réunissant, ce verrou
comprenant une
gorge s'étendant dans la continuité des gorges des deux éperons entre lesquels
il est
monté pour recevoir une portion correspondante du jonc de blocage, ce verrou
comportant une face de blocage en appui contre la face déportée du moyeu
lorsque ce
verrou est en place, cette face de blocage comportant une rainure radiale dans
laquelle
s'engage une portion du segment radial situé entre les deux éperons que ce
verrou
réunit, pour bloquer en rotation l'organe de comblement, le segment radial
comportant
au niveau du verrou un décrochement dans lequel s'engage le verrou pour
bloquer ce
verrou radialement.
L'invention a également pour objet un disque ainsi défini, dans lequel
chaque pale comporte du côté de son bord d'attaque ou de son bord de fuite un
prolongement vers l'axe de rotation par lequel elle est raccordée à la face
déportée du
moyeu, et dans lequel la virole externe comporte une série de festons ou
encoches dans
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lesquels s'engage chaque prolongement de pale lorsque l'organe de comblement
est en
place.
L'invention a également pour objet un disque ainsi défini, comportant
un joint longeant un bord de la virole externe pour assurer une étanchéité
entre la virole
externe et le moyeu avec les pales que porte ce moyeu.
L'invention a également pour objet un disque ainsi défini, dans lequel
c'est la face amont du moyeu qui est déportée et équipée de l'organe de
comblement.
L'invention a également pour objet un disque ainsi défini, dans lequel
c'est la face aval du moyeu qui est déportée et équipée de l'organe de
comblement.
L'invention a également pour objet une soufflante de turbomachine
comprenant un disque ainsi défini.
L'invention a également pour objet un moteur d'aéronef de type
turboréacteur, comprenant un disque aubagé ainsi défini.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue d'ensemble d'un turboréacteur représenté en
coupe longitudinale ;
La figure 2 est une vue partielle en perspective d'un disque aubagé
monobloc selon l'Etat de la technique montrant un secteur angulaire de ce
disque
monobloc comprenant deux pales ;
La figure 3 est une vue partielle en coupe latérale d'un disque aubagé
monobloc équipé d'un organe de comblement conformément à l'invention ;
La figure 4 est une vue partielle de la virole externe de l'organe de
comblement équipant le disque aubagé conformément à l'invention ;
La figure 5 est une vue partielle en développé de la face aval du disque
aubagé équipé de l'organe de comblement conformément à l'invention ;
La figure 6 est une vue partielle en coupe longitudinale du disque
aubagé au niveau d'un éperon de fixation de l'organe de comblement
conformément à
l'invention ;
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La figure 7 est une vue partielle en coupe longitudinale du disque
aubagé au niveau d'un verrou de blocage de l'organe de comblement conformément
à
l'invention ;
La figure 8 est une vue partielle en coupe longitudinale du disque
aubagé au niveau d'un segment radial de la portion radiale de l'organe de
comblement
conformément à l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Le disque aubagé selon l'invention qui est partiellement représenté en
figure 3 en y étant repéré par 11 comporte un moyeu ou jante 12 correspondant
à sa
portion centrale, et qui porte une série de pales dont une apparaît dans la
figure 3 en y
étant repérée par 13.
Le moyeu 12 qui a une forme généralement annulaire s'étendant autour
de son axe de rotation AX, forme un tout avec les aubes qu'il porte, c'est-à-
dire une pièce
monobloc unique issue d'un même processus de fabrication.
Ce moyeu 12 comporte une face périphérique externe 14 tronconique
autour de l'axe AX, et dont partent les bases de chacune des aubes qui sont
espacées les
unes des autre autour de l'axe AX. Ce moyeu 12 comporte encore une ouverture
interne
traversante délimitée par une face interne 15 de révolution qui est ici
cylindrique.
La face périphérique externe 14 se prolonge en amont radia lement vers
l'axe AX en une face amont 16 en forme de couronne plane, et elle se prolonge
en aval
radialement vers l'axe AX en une face aval 17 également en forme de couronne
plane. Les
faces amont et aval en forme de couronnes sont centrées sur l'axe AX et
orientées
perpendiculairement à cet axe.
Chaque aube comporte un bord d'attaque 18 et un bord de fuite 19, les
bords d'attaque étant ceux situés en amont pour faire face au flux d'air
incident, alors
que les bords de fuite sont en aval des bords d'attaque par rapport au flux
d'air traversant
le réacteur en fonctionnement.
Le moyeu 12 est évidé au niveau de sa portion aval, de sorte que la face
aval 21 est déportée le long de l'axe AX vers la région centrale, par rapport
aux bords de
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fuite 19 des pales. Cette face déportée est ainsi située le long de l'axe AX
entre les bordes
d'attaque 18 et les bords de fuite 19 des aubes. Chaque pale 13 est raccordée
par sa base
à la surface périphérique externe 14 qui est ainsi plus courte que les pales
le long de l'axe
AX. La distance séparant la face amont 16 et la face aval 17 est ainsi
inférieure à la
longueur des pales projetée sur l'axe AX, encore appelée corde.
La portion de bord de fuite 19 qui est au voisinage de la base de chaque
pale 13 est ainsi située, le long de l'axe AX, au-delà de la face aval 17 du
moyeu 12. De
plus, chaque bord de fuite 19 se prolonge radialement vers l'axe AX, en deçà
de la face
périphérique 14, de manière à prolonger la portion aval de pâle vers la face
aval 17.
Ces prolongements des portions aval des pales 13 vers l'axe AX sont
représentés dans la figure 3 en y étant repérés par 20. Ils permettent
notamment d'éviter
la formation de zones de concentration de contrainte.
Pour combler l'évidement de la portion arrière du moyeu 12, le disque
aubagé 11 selon l'invention est équipé d'un organe de comblement 21 plaqué
contre la
face aval 17 et dont la face externe s'étend dans le prolongement de la face
périphérique
14 du moyeu 12 afin de prolonger cette face tronconique 14 jusqu'au niveau des
bords de
fuite 19 des pales 13 voire au-delà.
Cet organe de comblement 21 comporte une virole interne 22 de
centrage, cette virole 22 ayant un bord se prolongeant par une portion radiale
23
longeant la face aval 17 jusqu'à la face périphérique 14, et s'y prolongeant
en une virole
externe tronconique 24.
Lorsque l'organe de comblement est en place, comme dans les figures,
la virole interne de centrage 22 est engagée dans la portion intérieure
cylindrique du
moyeu 12, en longeant la face interne 15, pour centrer l'organe de comblement
par
rapport au moyeu. La virole externe tronconique 24 est alors positionnée de
sorte que sa
face externe 26 forme une continuation de la face externe 14 du moyeu 12.
En fonctionnement, le flux d'air ou veine traversant les pales 13 est ainsi
délimité intérieurement au cours de son déplacement, d'abord par la face
externe
tronconique 14 du corps de moyeu 12 et ensuite par la face externe 26 de la
virole
externe de l'organe de comblement. Ces deux faces externes tronconiques 14, 26
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s'étendent dans le prolongement l'une de l'autre afin de constituer une
surface externe
continue délimitant la veine traversant les pales.
Comme visible sur la figure 4, la virole externe 24 comporte au niveau
de son bord amont une série de festons ou encoches, repérées par 27, et qui
correspondent chacun à l'une des pales 13. Chaque encoche 27 est destinée à
entourer
un prolongement 20 d'une pale 13 s'étendant sous le niveau de la face
cylindrique 14,
pour que la virole externe 24 puisse avoir sa face extérieure 26 au même
niveau que la
face 14 qu'elle prolonge.
Le montage de l'organe de comblement 21 consiste ainsi à l'engager
depuis l'arrière du moyeu 12 pour plaquer sa portion 23 contre la face aval
17, tout en le
faisant légèrement pivoter autour de l'axe AX de manière à engager les
prolongements 20
des pales 13 qui sont inclinées par rapport à l'axe AX, dans les fentes ou
encoches 27.
Complémentairement, un joint d'étanchéité non représenté est prévu
pour être interposé entre le bord de la virole externe 24, et les pales 13 ou
leurs
prolongements inférieurs 20 ainsi que la face aval 17, afin d'éviter le
passage de gaz entre
la virole externe 24 et le moyeu 12.
Il peut s'agir d'un joint unique globalement circonférentiel qui longe
tout le bord amont de la virole externe en épousant la forme festonnée de ce
bord
amont, ou bien d'une série de joints unitaires s'étendant chacun sur une
région
correspondant à un feston 27 de la virole externe 24.
Le joint ou la série de joints assurant l'étanchéité entre le moyeu 12 et la
virole externe permettent de combler un jeu fonctionnel qui est prévu entre
ces pièces
pour que les pales disposent d'une certaine mobilité en flexion lorsqu'elles
sont sollicitées
mécaniquement. A titre d'ordre de grandeur, le jeu fonctionnel comblé par le
joint a une
épaisseur comprise entre la moitié et le double de l'épaisseur de pale dans la
région où
celle-ci est entourée par le feston.
Le matériau du joint peut être choisi élastique ou bien visco-élastique
pour participer à la dissipation de l'énergie absorbée par les pales. Dans le
cas d'un
matériau viscoélastique on pourra choisir un caoutchouc, un silicone, polymère
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élastomère ou résine époxy, pouvant être monocouche, ou multicouches ayant des
couches pouvant être constituées de matériaux différents.
D'une manière générale, le joint constitue la portion de raccordement à
section transversale arrondie ou courbée qui réunit la pale avec la virole
externe et la face
aval.
Comme illustré schématiquement sur les figures 5 à 8, l'organe de
comblement 21 a sa virole interne 22 qui est centrée sur la face interne 15 du
moyeu 12
en étant en appui au niveau d'éperons 28 qui dépassent de la face aval 17 pour
constituer
des prolongements de la face interne 15. Les éperons 28 sont régulièrement
espacés les
uns des autres autour de l'axe AX, chaque éperon 28 étant situé au droit d'une
pale 13
correspondante.
Complémentairement, chaque éperon 28 comporte une gorge 29
s'étendant selon un plan normal à l'axe AX et s'ouvrant dans la face
intérieure 15 vers
l'axe AX. Les gorges 29 des différents éperons 28 délimitent ainsi
conjointement une
rainure interne discontinue apte à recevoir un jonc circonférentiel interne
repéré par 31
sur les figures. Le bord externe de ce jonc vient s'engager dans ces gorges 29
pour s'y
bloquer en position alors que son bord interne dépasse vers l'intérieur de
façon à
constituer un arrêtoir dépassant de la face interne 15 et contre lequel vient
en appui la
virole de centrage 22.
Complémentairement, le jonc 31 comporte des extrémités 32, 33
recourbées radialement vers l'extérieur, qui viennent se bloquer chacune
contre une face
correspondante d'un éperon 28, afin d'empêcher une rotation de ce jonc 31
autour de
l'axe AX par rapport au moyeu 12. Comme visible dans la figure 5, les
extrémités du jonc
sont faiblement espacées, de sorte qu'elles sont en appui sur les faces de
deux éperons
contigus.
Ce jonc 31 permet ainsi de bloquer l'organe de comblement 21 le long
de l'axe AX, les éperons 28 traversant des ouvertures de la portion radiale 23
de l'organe
de comblement pour recevoir le jonc au niveau de leurs faces radialement
internes.
Concrètement, l'organe 21 est maintenu axialement d'une part par la face 17
contre
laquelle sa portion radiale 23 est en appui, et d'autre part par le jonc 31
contre lequel est
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en appui la virole interne 22, ce qui permet de l'immobiliser dans les deux
sens le long de
l'axe AX.
L'organe de comblement est aussi bloqué en rotation autour de l'axe
AX, par rapport au moyeu 12 auquel il est rigidement solidarisé.
Plus particulièrement, la portion radiale 23 de l'organe 21 est formée de
plusieurs segments radiaux 34 régulièrement espacés autour de l'axe AX, et qui
délimitent les ouvertures traversées par les éperons lorsque l'organe de
comblement est
en place. Chaque segment radial a une extrémité interne raccordée à la virole
interne 22
et une extrémité externe raccordée à la virole externe 24.
Le nombre de segments radiaux 34 est identique au nombre d'éperons
28, de sorte que chaque segment radial 34 longe la face aval 17 du moyeu 12 en
s'étendant entre deux éperons 28 consécutifs dépassant de cette face aval 17.
Deux des segments radiaux 34 de l'ensemble rigide que constitue
l'organe de comblement 21 sont bloqués par deux verrous situés à 1800 l'un par
rapport à
l'autre autour de l'axe AX. Avantageusement, on pourra choisir trous verrous à
120 , ou
encore quatre verrous à 90 . Il est encore possible de prévoir un verrou
unique avec une
masse rapportée à 180 , de manière à offrir un équilibrage approprié.
L'un de ces verrous apparaît dans les figures 5, 7 et 8 en y étant repéré
par 36. Il présente une forme proche de celle de chaque éperon 28 dépassant de
la face
17, et ses dimensions extérieures sont telles qu'il s'emboîte entre deux
éperons
consécutifs 28, de sorte qu'il réunit ces deux éléments pour former avec eux
un ensemble
continu.
Comme chaque éperon 28, ce verrou 36 comporte une face inférieure
s'étendant dans la continuité de la surface interne 15 lorsqu'il est en place,
et il comporte
une gorge 37 débouchant dans cette face interne et s'étendant
perpendiculairement à
l'axe AX lorsque le verrou est en place. La gorge 37 du verrou 36 s'étend dans
la
continuité des gorges 29 des éperons entre lesquels ce verrou 36 est installé,
cette gorge
37 recevant elle aussi le jonc 31 lorsque l'ensemble est en place.
Ce verrou 36 comporte une face de blocage qui est en appui contre la
face 17 du moyeu 12, cette face de blocage comprenant une rainure s'étendant
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radialement par rapport à l'axe AX lorsque le verrou 36 est en place, cette
rainure étant
dimensionnée pour recevoir un segment radial 34.
Complémentairement à la rainure du verrou 36, le segment radial 34 qui
s'engage dans cette rainure présente un décrochement 38 au niveau de ce verrou
36,
dans lequel le verrou 36 s'emboîte pour être bloqué radialement lorsque
l'ensemble est
en place.
Comme visible sur la figure 8, le décrochement 38 du segment radial 34
qui bloque le verrou 36 correspond à une réduction de l'épaisseur de ce
segment radial,
mesurée parallèlement à l'axe AX.
Ainsi, lorsque le verrou 36 est en place en étant emboîté entre deux
éperons consécutifs, le segment radial 34 est engagé dans la rainure du verrou
pour
bloquer en rotation l'organe de comblement par rapport au moyeu 12, et le
verrou 36 est
emboîté dans le décrochement 38 du segment radial pour être bloqué
radialement.
Complémentairement, et comme on l'aura compris, le jonc est alors engagé dans
la gorge
37 du verrou pour le bloquer afin qu'il ne puisse pas se déplacer
parallèlement à l'axe AX.
Le montage de l'ensemble consiste en premier lieu à mettre en place
l'organe de comblement 21 contre la face aval 17 du moyeu, tout en engageant
la virole
de centrage 22 dans le moyeu. Les deux verrous de blocage peuvent alors être
mis en
place, chacun entre deux éperons consécutifs, pour être diamétralement opposés
par
rapport à l'axe AX. La mise en place d'un verrou 36 consiste à le positionner
en vis-à-vis
de l'espace séparant les deux éperons consécutifs entre lesquels il doit être
installé, et à
le déplacer parallèlement à l'axe AX pour l'emboîter sur une portion du
segment radial 34
situé entre ces deux éperons consécutifs.
Une fois que les verrous ont été mis en place, le jonc de blocage 31 peut
être installé en étant engagé dans la rainure interne délimitée par les gorges
des éperons
et des verrous, pour verrouiller en position l'organe de comblement par
rapport au
moyeu.
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L'organe de comblement selon l'invention offre une tenue satisfaisante
aux sollicitations centrifuges du fait qu'il s'agit d'une pièce unique de
révolution
s'étendant tout autour de l'axe AX.
Grâce à son centrage sur le moyeu via la virole interne, et à son appui
sur la face aval du moyeu, l'organe de comblement est positionné de manière
précise par
rapport au corps de disque aubagé, de sorte que la face externe de la virole
externe
s'étend précisément dans le prolongement de la face externe tronconique du
moyeu.
Les éperons de maintien du jonc sont des éléments qui dépassent du
moyeu, ce qui évite de réaliser des évidements dans le moyeu qui seraient
susceptible
d'engendrer autant de zones de concentrations de contraintes.
Grâce au jeu fonctionnel prévu entre le moyeu avec les pales qu'il porte
et la virole externe, les pales conservent au niveau de leurs portions
arrières la flexibilité
requise pour supporter les différentes contraintes de fonctionnement.
En particulier, le bas du bord de fuite des pales à leurs portions les plus
proches de l'axe AX est libéré grâce au jeu fonctionnel au bénéfice de la
flexibilité requise
lors d'une sollicitation en cas d'impact d'oiseau contre les pales. L'organe
de comblement
favorise la possibilité de déformation des aubes sous cet effort.
Par ailleurs, dans l'exemple des figures, l'invention est appliquée à un
moyeu comprenant une face aval qui est déportée, mais elle s'applique aussi
bien à un
moyeu dont la face amont est déportée, l'organe de comblement étant alors
rapporté
contre la face amont du moyeu de manière à prolonger la face périphérique du
moyeu
vers l'amont.
