FR3042778A1 - Structure porteuse de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur une structure porteuse de turbomachine, comprenant au moins un cadre apte à entourer la turbomachine, ledit cadre comprenant deux arceaux (21,31) liés entre eux par des moyens de liaison à leurs extrémités mises bout à bout, au moins un des moyens de liaison comprenant une cheville (10) munie d'une tête (10a) engagée dans un logement (21a) de l'une des deux extrémités mises bout à bout, caractérisée par le fait que la cheville (10) comprend une tige (10b) excentrée par rapport à la tête et est engagée dans un logement (31a) de l'autre desdites deux extrémités par l'intermédiaire d'un système excentrique comprenant une douille (12) munie d'un alésage (12a) excentrique traversé par la tige, le système excentrique étant apte à rattraper un désalignement entre les deux logements (21a, 31a) respectifs des deux extrémités, la cheville (10) et la douille (12) étant aptes à être immobilisées sur l'autre desdites deux extrémités par un moyen d'immobilisation agencé pour générer un appui de la cheville sur la douille.

Description

Structure porteuse de turbomachine Domaine de l’invention

La présente invention concerne le domaine de la propulsion aéronautique. Elle vise une structure porteuse pour une turbomachine telle qu’un turbopropulseur ladite structure porteuse permettant l’accrochage de la turbomachine à la structure d’un aéronef.

Etat de la technique

Pour le montage d’un turbopropulseur à la voilure ou au fuselage d’un aéronef, on emploie une structure formant interface entre eux. Cette structure que l’on désigne par berceau ou suspension comprend généralement un treillis formé d’arceaux, de poutres et de longerons entourant le turbopropulseur et agencé pour absorber et transmettre les efforts entre le moteur et la structure de l’aéronef.

La demande de brevet au nom de la demanderesse EP-A1-1 449 766 décrit une telle structure porteuse comportant deux parties : une partie supérieure et une partie inférieure.

La partie supérieure ou berceau avec un arceau avant, un arceau arrière et des poutres longitudinales reliant les arceaux entre eux, est ouverte vers le bas.

La partie inférieure ou barque est amovible par rapport à la partie supérieure ; elle est ouverte vers le haut avec au moins deux arceaux inférieurs et des longerons reliant les arceaux entre eux.

Selon une caractéristique de l’invention couverte par cette demande EP-A1-1 449 766, la partie inférieure est fixée de manière démontable sur la partie supérieure par des moyens de centrage et de fixation. Les deux parties, inférieure et supérieure, délimitent entre elles un logement apte à recevoir le turbopropulseur et une suspension destinée à porter le turbopropulseur.

Les moyens de centrage et de fixation sont disposés dans un plan séparant les deux parties, supérieure et inférieure ; ils sont formés d’un pion de centrage perpendiculaire au plan de séparation et de vis d’immobilisation.

Selon l’art antérieur concernant ce type de structure porteuse, la partie supérieure est généralement agencée de manière à assurer la tenue mécanique de l’ensemble, impliquant l’emploi d’éléments structurels dimensionnés en conséquence.

Le présent demandeur s’est fixé comme objectif de renforcer la cohésion entre les deux parties formant la structure porteuse de manière à ce qu’elles contribuent toutes deux à la tenue mécanique de l’ensemble, permettant ainsi, globalement, son allègement. Il s’est également fixé comme objectif de lier les arceaux de manière à tenir compte des tolérances de fabrication entre eux.

Exposé de l’invention

On parvient à réaliser ces objectifs, conformément à l’invention avec une structure porteuse de turbomachine comprenant au moins un cadre apte à entourer la turbomachine, ledit cadre étant formé d’au moins deux arceaux liés entre eux par des moyens de liaison à leurs extrémités mises bout à bout, au moins un des moyens de liaison comprenant une cheville munie d’une tête engagée dans un logement de l’une des deux extrémités mises bout à bout. Cette structure est caractérisée par le fait que la cheville comprend une tige excentrée par rapport à la tête et est engagée dans un logement de l’autre desdites deux extrémités par l’intermédiaire d’un système excentrique comprenant une douille munie d’un alésage excentrique traversé par la tige, le système excentrique étant apte à rattraper un désalignement entre les deux logements respectifs des deux extrémités, la cheville et la douille étant aptes à être immobilisées sur l’autre desdites deux extrémités par un moyen d’immobilisation agencé pour générer un appui de la cheville sur la douille.

Par cadre, on entend un élément linéaire fermé, sans solution de continuité quand on se déplace le long de celui-ci d’un point à un autre.

La solution de l’invention permet, entre deux éléments amovibles l’un par rapport à l’autre, de rattraper tout désalignement présent au montage et d’assurer que les efforts de cisaillement lors du fonctionnement de la turbomachine dans sa structure porteuse ne causeront pas de déplacements relatifs entre les deux éléments, qui sont des sources d’usure et de rupture éventuelle de la liaison. Le cadre se comporte ainsi comme une pièce monobloc dont les dimensions peuvent être ajustées au mieux.

Selon un mode de réalisation, le moyen d’immobilisation comprend un écrou de serrage coopérant avec un filetage sur la tige ménagé à l’extrémité opposée à ladite tête.

Avantageusement, le logement de l’autre desdites deux extrémités mises bout à bout débouche dans une poche ouverte latéralement et contenant l’écrou de serrage, ladite poche présentant une surface d’appui contre laquelle l’écrou de serrage une fois serré vient en appui directement ou indirectement.

Conformément à un mode de réalisation de la douille, celle-ci comprend une collerette transversale présentant une surface d’appui coopérant avec une surface d’appui d’un renfoncement de l’autre desdites deux extrémités, le logement de cette autre extrémité débouchant dans ledit renfoncement. La surface d’appui de la collerette et la surface d’appui du renfoncement sont de préférence rugueuses de façon à réduire le glissement de l’une sur l’autre.

Selon une variante de réalisation, la douille, la tige de la cheville et le logement de la douille sont tronconiques.

Avantageusement, la cheville et la douille sont agencées de façon à ce que le serrage de l’écrou provoque un appui axial de la cheville sur la douille dans la direction opposée à la tête de la cheville.

Les moyens de liaison comprennent de préférence également une attache apte à maintenir lesdites extrémités bout à bout l’une contre l’autre.

La structure porteuse comprend de préférence un second cadre apte à entourer ladite turbomachine, les deux cadres étant reliés entre eux de façon à former une structure rigide apte à supporter la turbomachine, les deux cadres comprenant chacun deux arceaux reliés entre eux par lesdits moyens de liaison. L’invention concerne également un ensemble comportant une turbomachine et une structure porteuse de la turbomachine, telle que décrite ci-dessus.

Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés.

Sur ces dessins :

La figure 1 représente l’ensemble de la nacelle d’un turbopropulseur, sans celui-ci et propre à être monté sous aile en avant de cette dernière; la partie inférieure étant en vue éclatée ;

La figure 2 représente de façon schématique la disposition du berceau et la barque ;

Les figures 3 et 4 montrent les arceaux en perspective ;

La figure 5 montre un arceau en coupe transversale ;

La figure 6 montre le détail d’une fixation entre les extrémités des arceaux, avec la fixation seule ;

La figure 7 montre en coupe le détail de la liaison entre les arceaux ;

La figure 8 montre la relation géométrique entre les axes en présence ;

La figure 9 montre l’utilisation d’une cale pour faciliter le montage ;

La figure 10 montre une variante à pièces tronconiques.

Description de modes de réalisation de l’invention

En référence à la figure 1, la nacelle 1 est représentée sans le moteur du type turbopropulseur. Il s’agit ici d’une nacelle pour un moteur placé sous aile en avant de celle-ci. La nacelle comprend un capot 2 pour la partie supérieure désignée berceau, et enveloppant le moteur. Le capot comprend aussi la partie inférieure 3 ouverte et qui est montée sous le berceau. La partie inférieure est désignée barque. Elle est montrée ici démontée et détachée du berceau. La partie avant 4 de la nacelle est ouverte pour le passage de l’arbre qui supporte et entraîne l’hélice du turbopropulseur. Sous cette partie avant 4, la manche 5 d’entrée d’air ouvre sur le canal d’alimentation du moteur en air. La partie arrière 6 de la nacelle ménage un espace pour le conduit d’évacuation des gaz brûlés dans le moteur et éventuellement une tuyère pour la propulsion en partie par ces gaz dans la mesure où leur énergie est suffisante. Cette partie de la nacelle comprend également l’interface avec l’aile de l’aéronef et la partie avant de celle-ci. On voit sur le dessin le bord d’attaque de l’aile au niveau du moteur.

La structure porteuse du moteur est formée d’éléments rigides aptes à supporter ensemble le moteur et à transmettre tout effort, traction, poids, couple, entre le moteur et l’aile à laquelle il est accroché. La structure comprend des éléments en forme d’arceaux positionnés transversalement par rapport au sens longitudinal du moteur. Pour la barque 3, par exemple, la structure support comprend un arceau avant 31 et un arceau arrière 32. Ils sont reliés entre eux par une nappe rigide 30 formant support également.

Dans la demande EP-A1-1 449 766, la structure porteuse comprend un berceau formant la partie supérieure de celle-ci et une partie inférieure formant une barque.

Les deux parties sont liées l’une à l’autre le long d’un plan de montage. Le berceau et la barque comportent notamment chacun un arceau avant et un arceau arrière. Les arceaux avant du berceau et de la barque sont situés dans le même plan vertical. De même les arceaux arrière du berceau et de la barque sont situés également dans un même plan vertical. Les deux plans cités délimitent en particulier des plans verticaux de montage permettant de relier, de manière amovible, le berceau à la barque. Dans ce but, les extrémités supérieures des arceaux avant et arrière de la barque sont équipées chacune d'un pion destiné à coopérer avec un logement correspondant situé à l'extrémité inférieure des arceaux avant et arrière du berceau, voir figure 1 de EP-A1-1 449 766 et les paragraphes [0060] à [0069]. En outre, chacune des extrémités des arceaux est équipée de deux alésages. Les deux paires d'alésages des deux extrémités d’un arceau sont destinées à venir se positionner en regard des deux paires d'alésage des deux extrémités de l’autre arceau le long du plan de montage P horizontal ou sensiblement horizontal. Le blocage de la partie inférieure sur la partie supérieure est effectué au moyen de quatre paires de vis venant se loger une à une dans les paires d'alésages en regard. Ainsi, les pions réalisent le centrage de la barque par rapport au berceau et permettent, en outre, le transfert du couple et le passage des efforts entre le berceau et la barque. Ce mode de montage présente toutefois l’inconvénient de ne pas tenir compte des tolérances de fabrication et est susceptible de générer des tensions internes avec des efforts de cisaillement importants exercés sur les pions de centrage. De plus, les tolérances de fabrication doivent rester particulièrement faibles pour autoriser le montage, car sinon un pion de centrage fixé à un arceau risque de ne pas pouvoir être engagé dans le logement correspondant qui lui est dédié sur un autre arceau, rendant impossible l’assemblage bout à bout des arceaux inférieurs et supérieurs. L’invention vise à améliorer la liaison entre les arceaux inférieurs et supérieurs de manière à former des cadres rigides semblables à des cadres monoblocs garantissant une bonne répartition des efforts sur l’ensemble de la structure porteuse.

On a représenté sur la figure 2 de manière schématique la partie supérieure 2 formant le berceau et la partie inférieure 3 formant la barque. Ces deux éléments comprennent chacun au moins un arceau avant, 31 respectivement 21 et un arceau arrière, 32 respectivement 22. Les arceaux sont reliés entre eux par une nappe rigide 30 respectivement 20. Les matériaux et les dimensions des différents éléments dépendent de la résistance requise et de la masse de l’ensemble. Les arceaux sont reliés éventuellement par des longerons de renfort non représentés ici. L’invention porte sur le mode de liaison des arceaux de la partie inférieure à ceux de la partie supérieure de façon à permettre un montage/démontage aisé pour donner l’accès au moteur lorsqu’un entretien ou une réparation sont prescrits tout en assurant une grande rigidité aux cadres que les arceaux forment entre eux.

Les figures 4 à 6 montrent comment est assurée la liaison entre les extrémités de deux arceaux mis bout à bout. Les deux extrémités sont en contact l’une avec l’autre le long d’un plan P de jonction.

Une cheville 10 traverse le plan P et comprend une tête 10a et une tige 10b. La tête est de forme cylindre avec un embout effilé en pointe et la tige est également de forme cylindrique mais de diamètre plus faible que celui de la tête. La tête et la tige sont excentrées l’une par rapport à l’autre ; leurs axes sont distincts et parallèles. La tête 10a de la cheville est logée dans un logement 21a, de forme cylindrique correspondante, dans l’extrémité de l’arceau supérieur 21. La tige est logée dans un logement 31a correspondante de l’extrémité de l’arceau inférieur 31 par l’intermédiaire d’une douille 12. La douille présente un alésage 12a de diamètre égal à celui de la tige et d’axe excentré par rapport à celui de sa surface extérieure cylindrique. Le diamètre du cylindre extérieur de la douille 12 est égal à celui du logement 31a formant le logement de la douille. La douille présente une collerette 12c qui est en appui contre la surface d’extrémité de l’arceau 31, et plus exactement contre une surface d’appui d’un renfoncement 31b de l’arceau inférieur 31, dans lequel débouche le logement 31a. La tige 10b débouche dans une poche 31 f ouverte latéralement. Un écrou 16 coopère avec un filetage de la tige pour serrer la cheville 10 axialement contre la surface d’extrémité de l’arceau 31 et l’immobiliser en rotation également. Une rondelle 14 sert d’appui à l’écrou contre la face de la poche 31 f parallèle à la surface d’extrémité de l’arceau inférieur 31. Le double excentrage : l’un entre la tige et la tête de la cheville, l’autre entre la tige et la surface extérieure de la douille, permet, par une rotation appropriée de ces éléments, de rattraper tout désalignement éventuel entre les deux logements 21a et 31a. L’excentricité est calculée de façon à ce que le montage de la barque soit possible dans tous les cas de figure.

La douille peut présenter des méplats sur sa collerette par lesquels la rotation de la douille peut être opérée ; la tige peut comprendre à son extrémité libre une goupille transversale formant une prise par laquelle la cheville et la douille peuvent être tournées autour de leurs axes respectifs.

Le désalignement entre les logements résulte des tolérances de fabrication des pièces. Il peut être très faible mais dans la pratique il n’est pas nul ; il peut être de l’ordre de 0,1 à 0,2 mm. Ce dispositif permet de donner de la souplesse à la liaison et assure le montage des quatre points d’interface de la barque avec le berceau. Il est possible d’installer le système sur trois des quatre points d’interface, la quatrième interface étant dotée d’un simple pion et servant de point de référence où on commence à aligner un arceau de berceau avec un arceau de barque. Une fois l’écrou serré pour bloquer toute rotation du système formé par la douille et la cheville, ce dernier reprend tous les efforts de cisaillement entre l’ensemble barque et berceau.

Pour la reprise des efforts de traction entre les arceaux, un moyen d’attache est prévu. Il peut s’agir d’une simple plaque 18 de fixation montée avec des vis, ici quatre, sur une semelle extérieure des cadres. Tout autre moyen d’attache équivalent convient dans la mesure où il vient éviter le décollement des arceaux. Les perçages de la plaque de fixation 18 sont réalisés de préférence à un diamètre supérieur à ceux des vis afin de faciliter le montage de ces derniers.

La figure 7 montre en détail le système avec excentrique. Le logement cylindrique 21a est d’axe A2. Le logement cylindrique 31a est d’axe A1. En raison des tolérances de fabrication, les deux axes A1 et A2 ne sont pas confondus. La cheville comprend une tête 10a d’axe A4 et la tige est d’axe A3. Le cylindre extérieur de la douille est d’axe A1 comme le logement 31a. L’alésage 12a de la douille 12 est d’axe A3 comme la tige 10b de la cheville 10. Lorsque la tête 10a est engagée dans le logement 21a son axe A4 est confondu avec celui du logement 21a. Les excentricités E1, entre les axes A1 et A3, et E2, entre les axes A3 et A2 sont choisies de telle façon que leur somme soit toujours supérieure à la distance D qui correspond à la tolérance entre les axes des logements 21a et 31a.

La figure 8 illustre géométriquement la relation entre les différents axes et le principe de la cinématique. Cette contrainte étant satisfaite, on peut rattraper tout désalignement en faisant tourner la douille dans son logement, par exemple à l’aide d’une clé plate agissant sur les méplats prévus sur la collerette annulaire de la douille, pour déplacer l’axe excentrique A3 de la douille. Avant la mise en place de l’arceau supérieur par rapport à l’arceau inférieur, on fait tourner la tête de la cheville autour de l’axe A3, en manipulant le corps de la cheville par exemple avec une goupille ou l’écrou de serrage de façon à amener l’axe A4 de la tête en alignement plus ou moins approximatif avec l’axe A2 du logement 21a. Une fois la position de la structure articulée à trois pivots établie, on bloque la cheville et la douille en rotation en serrant l’écrou 16. On peut alors joindre les deux arceaux l’un à l’autre. On empêche ainsi que les axes, A1 et A2, puissent être déplacés l’un par rapport à l’autre par les efforts de cisaillement auxquels les extrémités des arceaux sont soumises pendant le fonctionnement du turbopropulseur dans la structure porteuse.

En choisissant les mêmes valeurs d’excentricité E1 et E2, le système formé par la douille et la cheville peut s’appliquer à n’importe quel désalignement des axes A1 et A2, dès lors que la valeur D du désalignement est inférieure ou égale à E1 plus E2. La solution s’applique aussi au cas où D=0. Il suffit de tourner la tête de la cheville en coïncidence avec l’axe central de la douille

On répète l’opération d’immobilisation des extrémités des arceaux sur trois des liaisons à partir du pion de centrage. L’ensemble est ensuite verrouillé en position par les moyens d’attache en traction, tels que la plaque 18 chevauchant les deux extrémités d’arceaux.

Avantageusement, pour garantir l’immobilisation de la douille dans son logement après mise en place des arceaux, les surfaces en contact - S1 collerette 12c /arceau 31 et S2 tête 10a / collerette 12c - sont traitées de manière à présenter des surfaces rugueuses et résister au glissement l’une sur l’autre. Dans ce cas, pour faciliter alors la rotation de la douille pendant le réglage en position ; une cale 100 peut être disposée provisoirement sous la douille pour soulever celle ci et permettre sa rotation pendant le réglage. Une fois le réglage effectué on peut enlever la cale 100 (voir l’illustration de la figure 9).

La figure 10 illustre une variante de réalisation permettant d’augmenter la friction entre les pièces susceptibles de tourner les unes par rapport aux autres pendant le fonctionnement du moteur dans sa structure porteuse. Ici la tige 10’b, la douille 12’, et l’alésage 31’a sont tronconiques. La tête 10a’ est similaire à celle 10a précitée. On libère aisément les surfaces en contact en rehaussant la cheville et la douille vers l’extérieur, au moyen par exemple d’une cale comme dans la réalisation de la figure 6. La cale n’est pas représentée sur la figure 7. Une fois le réglage terminé, il suffit d’enlever la cale, de mettre en place l’écrou et de serrer celui-ci, avant de joindre les arceaux.

On a décrit le système à double excentrage fixé sur l’arceau inférieur, la tête venant se loger dans un logement ménagé dans le bord d’extrémité de l’arceau du berceau supérieur. L’invention s’applique également au cas où le dispositif est inversé avec le système à double excentrage fixé sur l’arceau supérieur et la tête de la cheville venant se loger dans un logement ménagé dans le bord d’extrémité de l’arceau inférieur.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Structure porteuse de turbomachine, comprenant au moins un cadre apte à entourer la turbomachine, ledit cadre comprenant deux arceaux (21,31) liés entre eux par des moyens de liaison à leurs extrémités mises bout à bout, au moins un des moyens de liaison comprenant une cheville (10) munie d’une tête (10a) engagée dans un logement (21a) de l’une des deux extrémités mises bout à bout, caractérisée par le fait que la cheville (10) comprend une tige (10b) excentrée par rapport à la tête et est engagée dans un logement (31a) de l’autre desdites deux extrémités par l’intermédiaire d’un système excentrique comprenant une douille (12) munie d’un alésage (12a) excentrique traversé par la tige, le système excentrique étant apte à rattraper un désalignement entre les deux logements (21a, 31a) respectifs des deux extrémités, la cheville (10) et la douille (12) étant aptes à être immobilisées sur l’autre desdites deux extrémités par un moyen d’immobilisation agencé pour générer un appui de la cheville sur la douille.
2. 2. Structure porteuse selon la revendication précédente, dont le moyen d’immobilisation comprend un écrou (16) de serrage coopérant avec un filetage sur la tige (10b) ménagé à l’extrémité opposée à ladite tête.
3. 3. Structure porteuse selon la revendication précédente, dont le logement (31a) de l’autre desdites deux extrémités mises bout à bout débouche dans une poche (31 f) ouverte latéralement et contenant l’écrou de serrage, ladite poche présentant une surface d’appui contre laquelle l’écrou de serrage une fois serré vient en appui directement ou indirectement.
4. 4. Structure porteuse selon l’une des revendications 1 à 3, dont la douille (12) comprend une collerette (12c) transversale présentant une surface d’appui coopérant avec une surface d’appui d’un renfoncement (31b) de l’autre desdites deux extrémités, le logement (31a) de cette autre extrémité débouchant dans ledit renfoncement (31b).
5. 5. Structure porteuse selon la revendication précédente, dont la surface d’appui de la collerette (12c) et la surface d’appui du renfoncement (31b) sont rugueuses de façon à réduire le glissement de l’une sur l’autre.
6. 6. Structure porteuse selon l’une des revendications précédentes, dont la douille (12’), la tige (10’b) et le logement de la douille sont tronconiques.
7. 7. Structure porteuse selon l’une des revendications 2 à 6, dont la cheville (10) et la douille (12) sont agencées de façon à ce que le serrage de l'écrou provoque un appui axial de la cheville (10) sur la douille (12) dans la direction opposée à la tête de la cheville.
8. 8. Structure porteuse selon l’une des revendications précédentes, dont les moyens de liaison comprennent une attache (18) apte à maintenir lesdites extrémités bout à bout l’une contre l'autre.
9. 9. Structure porteuse selon l’une des revendications précédentes, dont la structure porteuse comprend un second cadre (22,32) apte à entourer ladite turbomachine, les deux cadres étant reliés entre eux de façon à former une structure rigide apte à supporter la turbomachine, les deux cadres comprenant chacun deux arceaux reliés entre eux par lesdits moyerrs de liaison.
10. 10. Ensemble comportant une turbomachine et une structure porteuse de la turbomachine selon l’une des revendications précédentes.