EP4616050A1 - Turbomachine d'aeronef a detection de deplacement axial d'une soufflante - Google Patents

Turbomachine d'aeronef a detection de deplacement axial d'une soufflante

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Publication number
EP4616050A1
EP4616050A1 EP23806035.4A EP23806035A EP4616050A1 EP 4616050 A1 EP4616050 A1 EP 4616050A1 EP 23806035 A EP23806035 A EP 23806035A EP 4616050 A1 EP4616050 A1 EP 4616050A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
fan
turbomachine
timing reference
reference members
Prior art date
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Pending
Application number
EP23806035.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Adel Cedric Abir WIDEMANN
Irène BUJON
Clément Cottet
Christophe Marcel Lucien Perdrigeon
Alexandre Jean Joseph SALVI
Bastien Pierre Verdier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/322—Blade mountings
    • F04D29/323—Blade mountings adjustable
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/36—Application in turbines specially adapted for the fan of turbofan engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05D2260/74—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis perpendicular the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05D2270/091—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05D2270/821—Displacement measuring means, e.g. inductive

Definitions

  • DESCRIPTION TITLE AIRCRAFT TURBOMACHINE WITH DETECTION OF AXIAL DISPLACEMENT OF A FAN
  • the present presentation concerns an aircraft turbomachine with detection of axial displacement of a fan and a method for detecting axial displacement of a fan of an aircraft turbomachine.
  • the subject of the invention is thus an aircraft turbomachine comprising: a fan which is capable of rotating around a longitudinal axis XX' and which comprises a rotor disk and a plurality of vanes with variable angular pitch mounted at the periphery of the disc, a system for determining an angular setting position of at least one blade comprising:
  • the turbomachine is configured to detect an axial movement of the fan by detecting an axial movement of the timing reference members from said at least a captor.
  • the turbomachine comprises a processing unit which is configured to carry out processing on at least one signal produced by said at least one sensor in order to detect an axial movement of the timing reference members;
  • the processing comprises a comparison between said at least one signal produced by said at least one sensor and at least one reference signal representative of a non-offset axial position of the timing reference members and a detection of an axial movement of the members calibration reference in the event of determination of a difference with said at least one reference signal;
  • the processing comprises an analysis of said at least one signal produced by said at least one sensor and comprising several successive signal portions, and a detection of an axial displacement of the timing reference members in the event of detection, in said at least one signal thus analyzed, of a signal portion having a shorter period or a lower amplitude than that of the other signal portions of said at least one analyzed signal;
  • -at least one timing reference member has a generally elongated shape along the longitudinal axis and extends from a first end to a second opposite end which is closer to said at least one sensor than the first end and which has a width reduced compared to the first end;
  • -at least one timing reference member has a generally elongated shape along the longitudinal axis and extends from a first end to a second opposite end which is closer to said at least one sensor than the first end and which has a thickness reduced compared to the first end;
  • timing reference members are distributed along a circumference of the rotor disk
  • timing reference members are distributed, either according to a grouping of timing reference members or, according to several groups of timing reference members distributed along a circumference of the rotor disk; -at least some of the groups of setting reference members each comprise at least two or three successive setting reference members;
  • the turbomachine is configured to confirm detection of axial displacement, either by detecting at least twice the axial displacement from the same group of timing reference members, or by detecting at least twice the axial displacement from at least two groups of different timing reference members;
  • the turbomachine comprises a system for controlling the operation of the turbomachine which is configured to stop the operation of the turbomachine in the event of detection of an axial movement of the fan;
  • said at least one sensor is chosen from a variable reluctance sensor, a capacitive sensor, an inductive sensor, an optical sensor;
  • -said at least sensor comprises a plurality of sensors
  • turbomachine is also configured to determine a rotation speed of the fan from said at least one sensor
  • the turbomachine comprises a reduction gearbox to which the fan is connected;
  • the turbomachine includes an axial mechanical stop acting as an axial retainer for the fan in the event of axial movement of the latter.
  • the invention also relates to a method for detecting an axial movement of a turbomachine fan which is capable of rotating around a longitudinal axis XX' and which comprises a rotor disk and a plurality of vanes with variable angular pitch mounted on the periphery of the disc, the detection method comprising the use, on the one hand, of several pitching reference members secured to the rotor disc and of at least one sensor positioned fixedly relative to to the fan and on the trajectory of the timing reference members during the rotation of the fan, to detect an axial movement of the fan from the detection of an axial movement of the timing reference members, the reference members timing and said at least one sensor being used for determining an angular timing position of at least one blade.
  • Figure 1 is a general schematic view in axial section of an aircraft turbomachine according to one embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a partial schematic top view of part of the components illustrated in Figure 3;
  • Figure 5 is a partial schematic perspective view of the components illustrated in Figure 4.
  • Figure 6 is a schematic view showing an example of a succession of signals detected by a sensor such as those shown in Figures 3 to 5;
  • Figure 7 is a schematic view showing a signal detected by a sensor at the input of a threshold comparator
  • Figure 8 is a schematic view showing the signal of Figure 7 at the output of the comparator
  • FIG. 9 is a schematic view showing different functional components of the information processing chain coming from the sensors;
  • Figure 10 is a schematic perspective view of a group formed of three angular setting reference members according to an exemplary embodiment
  • Figure 11 is a schematic view similar to that of Figure 4 after axial movement of the fan;
  • Figure 12 is a schematic view showing both a signal detected by a sensor at the input of a threshold comparator and the signal at the output of this comparator with a difference between the periods of the successive signal portions;
  • Figure 13A is a schematic side elevational view of an angular setting reference member according to another exemplary embodiment
  • Figure 13B is a schematic perspective view of a group formed by three angular reference members according to an exemplary embodiment
  • FIG. 14 Figure 14 and a schematic view of a signal detected by a sensor showing a difference in amplitude between successive signal portions. detailed description
  • FIG. 1 schematically illustrates in a longitudinal section an aircraft turbomachine 10 such as a turbofan engine according to one embodiment of the invention.
  • aircraft turbomachine 10 such as a turbofan engine according to one embodiment of the invention.
  • Other types of turbomachines can alternatively be considered.
  • the turbomachine 10 comprises here, from upstream to downstream according to the circulation of the air flow, a ducted fan 12, a low pressure compressor 14, a high pressure compressor 16, a combustion chamber 18, a high pressure turbine 20 and a low pressure turbine 22. All these elements exert their action in a known manner on a first annular air flow circulating in a first central conduit 24 coaxial with the axis XX'.
  • a second annular branch conduit 26 concentrically surrounds the first central conduit for the flow of a second annular air flow.
  • Other turbojet configurations can alternatively be considered with a single compressor and a single turbine, or even with more than two compressors and more than two turbines, or even with an unducted propeller.
  • the fan 12 which is capable of rotating around a longitudinal axis XX' comprises a rotor disk 30 and a plurality of vanes 32 with variable angular pitch which are each mounted in a known manner on an external periphery of the disk, following a circumference of it.
  • Each blade 32 extends away from the external periphery of the disk 30 in a radial direction relative to the longitudinal axis XX'.
  • Each blade 32 also extends in the axial direction and has a suitable aerodynamic profile.
  • the rotor disk 30 is connected here to the low pressure shaft of the turbomachine, either directly or via a reduction gearbox (known in Anglo-Saxon terminology under the term “Reduction Gear Box”).
  • the disk forms part of a central structure of the engine of the turbomachine 10.
  • Figure 2 also illustrates schematically (along an axial half-section), in an enlarged and partial form of the turbomachine of Figure 1, the main elements which can be involved in the mechanical assembly connecting the fan 12 to a reduction gearbox of the turbojet in an exemplary embodiment (it should be noted that this is only one possible fan mounting configuration and that others are of course possible).
  • the disc 30 of the blower 12 can thus be mounted on a shaft 34 extending downstream in the form of an engagement part 36 which is mechanically meshed with the reduction gear train box 38.
  • reduction gear train box 38 may include, in this embodiment, a planet carrier 38a inside which satellites are arranged, one of which 38b is shown, and one solar 38c.
  • the solar 38c for its part, is connected to the shaft of the downstream low pressure compressor 14 not shown here.
  • a support part 40 is mounted concentrically on the external surface of the shaft 34 (on a part with an enlarged diameter of the shaft), between the upstream part of the shaft connected to the disc 30 and the part downstream of engagement 36.
  • a ferrule 42 is mounted by an internal periphery 42a on the support piece 40 and by an external periphery 42b on an axial stop 44, only a part of which is shown here.
  • the axial stop 44 serves as a stop in the event of unwanted axial movement of the fan.
  • the zones ZI and Z2 represent the fragile zones where the mechanical connections are likely to break in the event of unwanted axial movement of the fan.
  • a known mechanism for changing the angular position of the blades (not shown) is integrated into the turbomachine in order to orient each blade around its direction of radial extension, depending on the angular setting requirements for the operation of the blade. the blower.
  • the mechanism generally acts on the blade root supports and orients them in a suitable manner, from the inside of the rotor disk.
  • FIG. 3 is a partial schematic perspective view of the fan 12 equipped with blades 32 partially shown and in front of which is mounted a part 48 integral in rotation with the rotor disk 30 of the fan.
  • the part 48 here takes the form of a ferrule or a disc whose external peripheral edge is folded so as to form a substantially cylindrical edge of revolution around the longitudinal axis XX'.
  • the room 48 could, however, take other alternative forms not shown here.
  • a system 50 for determining an angular position of the blades is mounted in relation to the fan 12 and comprises several components integrated into the turbomachine and at least some of which are used to detect an axial displacement (change in axial position) of the blower.
  • This system 50 generally comprises several timing reference members (targets or claws) 52 which are secured to the rotor disk 30, via the ferrule 48, and therefore which rotate with the latter during of the rotation of the fan.
  • the timing reference members 52 are for example grouped in the form of several groups or sets of several members 52 each (at least two groups or sets) which are distributed along a circumference of the ferrule.
  • the system here comprises more than two members 52, it will be noted that only two members 52 are sufficient from a functional point of view to determine an axial movement of the fan.
  • each grouping the wedging reference members 52 are spaced laterally from each other in a direction which corresponds to a circumferential direction of the ferrule and they are joined to a common base, thus forming a sort of rake or fork.
  • Other ways of forming a group of organs 52 can be used alternatively.
  • FIG 4 illustrates in top view the installation of the group G3 (without the ferrule 48) and, above, the installation of several mouths 54 for mounting the blades (the blades are not shown here) located at the external periphery of the rotor disk 30.
  • each mouth 54 we see a blade support 56 intended to receive the foot of the corresponding blade.
  • each member 52 has a generally elongated shape along the longitudinal axis and extends tapering from a first end 52a located at the base of the group to a second free opposite end 52b located away from the base.
  • This system 50 also generally comprises a position reference element 58, called a needle, secured to a blade and which is positioned as it would be in the presence of the blade.
  • the needle 58 has a generally elongated shape which extends, from an enlarged base fixed for example to the blade support, away from the blade (alternatively, the needle can be fixed to the blade). As shown in Figure 4, this needle 58 is not aligned along the axis XX' but forms an angular gap with it which reflects the fact that the angular orientation (timing) of the blade is likely to vary. during blower operation. Thus, the needle 58 is able to change its angular position relative to the setting reference members 52 in the event of a controlled modification of the angular setting of the blade by the mechanism briefly explained above. The angular orientation of the needle visible in Figure 3 is therefore likely to vary over time and can either move closer to or move away from the timing reference members 52. It will be noted that from a point of view A functional needle is not necessary to determine an axial displacement of the blower as described in this document.
  • each through opening 60 is arranged in the thickness of the shroud and distributed circumferentially thereon in order to allow the needles 58 mounted on the blades to extend through these openings.
  • the angular extent of each opening 60 is dimensioned to cover the entire angular excursion range of the needle concerned.
  • only certain blades 32 are equipped with a needle. In the example considered, only four blades are concerned and the shroud 48 therefore has four openings 60.
  • This system 50 also generally comprises at least one sensor 62 which is positioned fixedly relative to the fan.
  • said at least one sensor 62 is fixed on a stator part of the turbomachine.
  • several sensors 62 are used, for example four in number.
  • FIG 3 the sensors 62 are mounted on a sensor support 64 which, in Figure 4, is mechanically secured to the stator part 66 partially shown. Other mountings of the sensor(s) can alternatively be considered.
  • Figure 5 is a partial enlarged view in rear perspective of the arrangement of Figure 4 and which shows the relative arrangement of the sensors 62, the needle 58 and the timing reference members 52.
  • the sensor(s) 62 are able to determine the relative angular position between the needle 58 and the timing reference members 52 by detecting the passage of the needle and the timing reference members during the rotation of the blower.
  • the use of two timing reference members 52 makes it possible to differentiate such a member from a needle with respect to a sensor 62.
  • Each sensor 62 provides a signal which is processed in an appropriate and known manner by a processing unit. electronic processing.
  • Figure 6 schematically represents a succession of signals produced by the detection, by a sensor, of the passage of different groups of timing reference members 52 and needles 58.
  • the signal is similar to a sinusoid with three periods
  • the signal is similar to a pseudo sinusoid with two periods
  • the signal is similar to a pseudo sinusoid with a single period.
  • the electronic processing unit can previously carry out formatting operations (filtering, comparison with a threshold, etc.).
  • Figure 7 illustrates a sinusoidal signal with three periods which is injected at the input of a threshold comparator and Figure 8 illustrates the signal at the output of the comparator.
  • the senor(s) 62 are chosen from a variable reluctance sensor, a capacitive sensor, an optical sensor, etc. in the embodiments which are described here, the sensor or each sensor is by example a variable reluctance sensor.
  • the signal produced by sensor 62 (if there is only one) or by each of the sensors 62 is modified by relative to a signal produced when the fan has not changed axial position.
  • a signal can be qualified as a reference signal which is representative of a non-offset axial position.
  • the axial offset of the fan is such that the timing reference members 52 are moved back axially by a distance such that they no longer pass under the sensor(s) during the rotation of the blower and this or these therefore no longer detect the passage of the organs.
  • This situation thus results in a loss of signal (loss of angular alignment information).
  • the members 52 have a calibrated length, that is to say a length which is dimensioned to detect an axial displacement of a determined amplitude.
  • the turbomachine 10 comprises, as schematically shown in Figure 9, in addition to the electronic processing unit UT, a system SC for controlling the operation of the turbomachine which is configured to stop the operation of the turbomachine, for example by cutting off the fuel supply, if axial movement of the fan is detected.
  • the information relating to a loss of information from this sensor(s) 62 is transmitted by the electronic processing unit UT to the monitoring system.
  • SC control of the operation of the turbomachine which controls the stopping of the fuel supply to the engine.
  • the SC system sends a command to the SA fuel system or, more particularly, to a supply valve to close it.
  • the axial offset of the fan can be of a lesser amplitude than that of the first mode, for example in the case where the axial stop is close to the fan. In such a case, despite their retreat, the timing reference members 52 remain detectable by the sensor(s) during the rotation of the fan.
  • At least one of the members 52 may have a free end 52b (end located near the sensor(s)) which is refined or thinned relative to the opposite end 52a connected to the base of the G3 grouping in this example.
  • the thinning is carried out according to the width I of the member(s) 52 and applies in this figure to all the members of the group. It will be noted that this description also applies to a group consisting of two organs 52.
  • Figure 11 illustrates an axial position offset from the fan relative to the position of Figure 4.
  • the horizontal line referenced L represents the axial position which can be detected by the sensor(s) 62 and it can be seen that on Figure 11 the refined ends 52b of the members 52 are superimposed with this line.
  • the signal produced by a sensor 62, or by each sensor 62 when there are several, comprises a succession of two signal portions which can resemble sinusoids or pseudo sinusoids. .
  • the detection of axial movement of the fan can be carried out from a group of three members 52 of which only the middle member 52 has its free end 52b refined (unlike the figure 10).
  • This arrangement makes it possible to detect in the signal coming from the sensor(s) a difference between the signal portion corresponding to the member 52 in the middle of the group and the two signal portions framing the two end members 52 including the free end is not refined. It will be noted that the detection can be carried out using several groups of calibration reference members.
  • Figure 12 represents the appearance of the signal produced by a sensor which sees the group of members 52 pass, of which only the middle member has its refined end, the two end members retaining a width at their free end nominal.
  • the signal SI at the input of the comparator we have represented both the signal SI at the input of the comparator and the signal S2 in the form of slots at the output of the comparator.
  • the signal processing carried out by the processing unit UT on the signal S2 of Figure 12 makes it possible to identify, among the successive periods P1, P2 and P3 of the three successive signal portions, the period P2 which is the shortest, this being due to the smaller width of the free end of the middle member 52. Detection of the period P2 in the signal coming from the sensor, or from each sensor if there are several, makes it possible to detect an axial movement of the fan.
  • this axial displacement information is confirmed by carrying out a similar detection with other groupings of organs 52.
  • the information can be confirmed on several successive detections (for example two or three) or on a complete revolution of the disk.
  • the detection of axial displacement can be carried out with all the timing reference members 52 of the same group (or of several groups each of two, three or more members 52) having a refined free end.
  • the UT unit compares this signal with a reference signal recorded in the memory of the unit or a memory associated with the unit.
  • the reference signal was previously obtained from a group of organs (or several groups) all having the same nominal width from one end to the other.
  • timing reference member 52' is structurally modified so that the signal produced upon detection of the passage of the member in front of the sensor(s) is representative of this modification.
  • the member 52' has a free end 52b' (that located closest to the sensor(s)) whose thickness is reduced compared to the nominal thickness e of the member .
  • Figure 13B represents a group G3' of three members 52' which all have a free end 52b' of reduced thickness. It will be noted that the transverse or lateral distance between two consecutive members or claws 52' is determined as a function of the angular setting range in order in particular not to confuse the detection of a grouping of three members with a grouping of two members followed by 'a needle. This remark also applies to the other embodiments described previously.
  • the detection of axial movement of the fan can be carried out from a group of three members 52' of which only the middle member 52' has its free end 52b' thick. reduced (unlike Figure 13B).
  • This arrangement makes it possible to detect in the signal coming from the sensor(s) a difference between the signal portion corresponding to the member 52' in the middle of the group and the two signal portions corresponding to the two end members 52' (of free end with constant nominal thickness) framing the middle member 52'.
  • Figure 14 represents the appearance of the signal produced by a sensor which sees the group of members 52' pass, of which only the middle member has its end of reduced thickness, the two end members retaining their free end a nominal thickness e.
  • This figure shows the output signal of a sensor.
  • the signal processing carried out by the processing unit UT on the signal of Figure 14 makes it possible to identify, among the three successive signal portions constituting the signal, the portion whose amplitude is the lowest (this is here of the second signal portion framed by the two signal portions corresponding to the two end members 52' whose thickness is nominal). This is due to the reduced thickness of the free end of the middle member 52' which induces an increase in the air gap between the member 52' and the or each sensor.
  • Amplitude detection lower A2 compared to the two amplitudes Al and A3 in the signal coming from the sensor, or from each sensor if there are several, makes it possible to detect an axial movement of the fan.
  • this information is confirmed for example by carrying out a similar detection with other groups of organs 52'.
  • the information can be confirmed on several successive detections (for example two or three) or on a complete revolution of the disk.
  • the detection of axial displacement can be carried out with all the timing reference members 52' of the same group (or of several groups each of two, three or more members 52'). having a free end of reduced thickness.
  • the UT unit compares this signal with a reference signal recorded in the memory of the unit or a memory associated with the unit.
  • the reference signal was previously obtained from a group of members all having the same nominal thickness from one end to the other.
  • the electronic processing unit or electronic computer UT of the turbomachine is configured to implement a method of detecting an axial movement of the fan according to one or more embodiments of the invention.
  • a method comprises in particular steps of detecting a signal by one or more sensors during the passage of several angular setting reference members (possibly united in one or more groups), then processing this signal, possibly by comparison with at least one reference signal representative of a position non-offset axial direction of the fan, in order to detect an axial movement of several angular timing reference members.
  • the present invention is equally applicable to a turbomachine equipped with a reduction gearbox as well as to a turbomachine which does not.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

L'invention concerne une turbomachine d'aéronef comprenant : une soufflante (12) apte à tourner autour d'un axe longitudinal et comprenant un disque de rotor (30) et des aubes (32) à calage angulaire variable montées en périphérie du disque, un système (50) de détermination d'une position de calage angulaire d'une aube comprenant : -plusieurs organes de référence de calage (52) solidaires du disque, -un élément de référence de position (58) solidaire de l'aube et apte à changer de position angulaire relativement à l'organe en cas de modification du calage angulaire de l'aube, -un capteur (62) fixe relativement à la soufflante et apte à déterminer une position angulaire relative entre l'élément et l'organe par détection du passage de l'élément et de l'organe lors de la rotation de la soufflante. La turbomachine est configurée pour détecter un déplacement axial de la soufflante en détectant un déplacement axial de l'organe à partir du capteur.

Description

DESCRIPTION TITRE : TURBOMACHINE D'AERONEF A DETECTION DE DEPLACEMENT AXIAL D'UNE SOUFFLANTE
Domaine technique
[0001] Le présent exposé concerne une turbomachine d'aéronef à détection de déplacement axial d'une soufflante et un procédé de détection de déplacement axial d'une soufflante d'une turbomachine d'aéronef.
Technique antérieure
[0002] Il est connu dans les turbomachines d'aéronef à soufflante carénée ou non de gérer la situation dans laquelle survient une rupture mécanique dans l'assemblage mécanique reliant la soufflante au reste du moteur et qui conduit à la libération de la soufflante.
[0003] Les motoristes ont imaginé plusieurs solutions pour éviter un tel évènement :
-l'intégration de systèmes de rétention de la soufflante impliquant des butées mécaniques ;
-l'ajout de capteurs qui viennent se rompre à la manière de fusibles mécaniques en cas de déplacement axial de la soufflante ; -la mise en place d'une double peau sur des éléments mécaniques afin de pouvoir s'appuyer sur un autre chemin d'effort mécanique pour retenir la soufflante.
Exposé de l'invention
[0004] Bien que ces systèmes s'avèrent satisfaisants il existe néanmoins un besoin de détecter de manière simple un déplacement axial de la soufflante.
[0005] L'invention a ainsi pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant : une soufflante qui est apte à tourner autour d'un axe longitudinal XX' et qui comprend un disque de rotor et une pluralité d'aubes à calage angulaire variable montées en périphérie du disque, un système de détermination d'une position de calage angulaire d'au moins une aube comprenant :
-plusieurs organes de référence de calage qui sont solidaires du disque de rotor,
-un élément de référence de position solidaire de ladite au moins une aube et qui est apte à changer de position angulaire par rapport aux organes de référence de calage en cas de modification du calage angulaire de ladite au moins une aube,
-au moins un capteur qui est positionné de manière fixe par rapport à la soufflante et qui est apte à déterminer une position angulaire relative entre l'élément de référence de position et les organes de référence de calage par détection du passage de l'élément de référence de position et des organes de référence de calage lors de la rotation de la soufflante, caractérisée en ce que la turbomachine est configurée pour détecter un déplacement axial de la soufflante en détectant un déplacement axial des organes de référence de calage à partir dudit au moins un capteur.
[0006] L'utilisation d'au moins certains des composants (organes de référence de calage (cibles ou griffes et capteur(s)) du système de détermination d'une position de calage angulaire d'aube de la turbomachine permet de détecter de manière simple un déplacement axial de plusieurs organes de référence de calage, et donc un déplacement axial de la soufflante, puisque les organes sont solidaires du disque qui se déplace axialement avec la soufflante. L'utilisation de ces composants existants, même s'ils peuvent être quelque peu modifiés structurellement selon les cas, permet de ne pas avoir à ajouter de composants dédiés (notamment un ou plusieurs capteurs), ce qui simplifie la configuration de la turbomachine, son montage et sa maintenance et n'augmente pas le poids embarqué ni l'encombrement. Par ailleurs, en utilisant un ou plusieurs capteurs existants l'électronique est simplifiée puisqu'une fonctionnalité est ajoutée sans augmenter le nombre d'entrées et sorties du calculateur électronique ou unité de traitement.
[0007] Selon d'autres caractéristiques possibles, prises seules ou en combinaison:
- la turbomachine comprend une unité de traitement qui est configurée pour effectuer un traitement sur au moins un signal produit par ledit au moins un capteur en vue de détecter un déplacement axial des organes de référence de calage ; -le traitement comprend une comparaison entre ledit au moins un signal produit par ledit au moins un capteur et au moins un signal de référence représentatif d'une position axiale non décalée des organes de référence de calage et une détection d'un déplacement axial des organes de référence de calage en cas de détermination d'une différence avec ledit au moins un signal de référence ;
-le traitement comprend une analyse dudit au moins un signal produit par ledit au moins un capteur et comprenant plusieurs portions de signal successives, et une détection d'un déplacement axial des organes de référence de calage en cas de détection, dans ledit au moins un signal ainsi analysé, d'une portion de signal ayant une période plus courte ou une amplitude plus faible que celle des autres portions de signal dudit au moins un signal analysé;
-au moins un organe de référence de calage a une forme générale allongée suivant l'axe longitudinal et s'étend d'une première extrémité à une deuxième extrémité opposée qui est plus proche dudit au moins capteur que la première extrémité et qui a une largeur réduite par rapport à la première extrémité;
-au moins un organe de référence de calage a une forme générale allongée suivant l'axe longitudinal et s'étend d'une première extrémité à une deuxième extrémité opposée qui est plus proche dudit au moins capteur que la première extrémité et qui a une épaisseur réduite par rapport à la première extrémité;
- les organes de référence de calage sont distribués suivant une circonférence du disque de rotor;
-les organes de référence de calage sont répartis, soit selon un groupement d'organes de référence de calage soit, selon plusieurs groupements d'organes de référence de calage distribués suivant une circonférence du disque de rotor; -au moins certains des groupements d'organes de référence de calage comportent chacun au moins deux ou trois organes de référence de calage successifs;
-la turbomachine est configurée pour confirmer une détection de déplacement axial, soit en détectant au moins deux fois le déplacement axial à partir à partir d'un même groupement d'organes de référence de calage, soit en détectant au moins deux fois le déplacement axial à partir d'au moins deux groupements d'organes de référence de calage différents;
- la turbomachine comprend un système de contrôle du fonctionnement de la turbomachine qui est configuré pour arrêter le fonctionnement de la turbomachine en cas de détection d'un déplacement axial de la soufflante; - ledit au moins un capteur est choisi parmi un capteur à réluctance variable, un capteur capacitif, un capteur inductif, un capteur optique;
-ledit au moins capteur comprend une pluralité de capteurs;
- la turbomachine est également configurée pour déterminer une vitesse de rotation de la soufflante à partir dudit au moins un capteur;
- la turbomachine comporte une boîte de train d'engrenages à réduction à laquelle la soufflante est raccordée;
- la turbomachine comporte une butée mécanique axiale faisant office de retenue axiale pour la soufflante en cas déplacement axial de cette dernière.
[0008] L'invention a également pour objet un procédé de détection d'un déplacement axial d'une soufflante de turbomachine qui est apte à tourner autour d'un axe longitudinal XX' et qui comprend un disque de rotor et une pluralité d'aubes à calage angulaire variable montées en périphérie du disque, le procédé de détection comprenant l'utilisation, d'une part, de plusieurs organes de référence de calage solidaires du disque de rotor et d'au moins un capteur positionné de manière fixe par rapport à la soufflante et sur la trajectoire des organes de référence de calage lors de la rotation de la soufflante, pour détecter un déplacement axial de la soufflante à partir de la détection d'un déplacement axial des organes de référence de calage, les organes de référence de calage et ledit au moins un capteur étant utilisés pour la détermination d'une position de calage angulaire d'au moins une aube.
[0009] Le procédé ci-dessus apporte les mêmes avantages que ceux de la turbomachine brièvement exposée plus haut et ils ne seront donc pas répétés.
Brève description des dessins
[0010] D’autres caractéristiques et avantages de l’objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées.
[0011] [Fig. 1] La figure 1 est une vue générale schématique en section axiale d'une turbomachine d'aéronef selon un mode de réalisation de l'invention ;
[0012] [Fig. 2] La figure 2 est une vue générale schématique agrandie en demi section axiale d'une partie de la turbomachine représentée à la figure 1 selon une configuration possible ; [0013] [Fig. 3] La figure 3 est une vue générale schématique en perspective montrant l'implantation de différents composants par rapport aux aubes de la soufflante ;
[0014] [Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique partielle de dessus d'une partie des composants illustrés sur la figure 3 ;
[0015] [Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique partielle en perspective des composants illustrés sur la figure 4 ;
[0016] [Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique montrant un exemple d'une succession de signaux détectés par un capteur tel que ceux représentés sur les figures 3 à 5 ;
[0017] [Fig. 7] La figure 7 est une vue schématique montrant un signal détecté par un capteur en entrée d'un comparateur à seuil ;
[0018] [Fig. 8] La figure 8 est une vue schématique montrant le signal de la figure 7 en sortie du comparateur ;
[0019] [Fig. 9] La figure 9 est une vue schématique montrant différents composants fonctionnels de la chaîne de traitement d'information provenant du des capteurs ;
[0020] [Fig. 10] La figure 10 est une vue schématique en perspective d'un groupement formé de trois organes de référence de calage angulaire selon un exemple de réalisation ;
[0021] [Fig. 11] La figure 11 est une vue schématique analogue à celle de la figure 4 après un déplacement axial de la soufflante ;
[0022] [Fig. 12] La figure 12 est une vue schématique montrant à la fois un signal détecté par un capteur en entrée d'un comparateur à seuil et le signal en sortie de ce comparateur avec une différence entre les périodes des portions de signal successives ;
[0023] [Fig. 13A] La figure 13A est une vue schématique en élévation latérale d'un organe de référence de calage angulaire selon un autre exemple de réalisation ;
[0024] [Fig. 13B] La figure 13B est une vue schématique en perspective d'un groupement formé de trois organes de référence de calage angulaire selon un exemple de réalisation ;
[0025] [Fig. 14] La figure 14 et une vue schématique d'un signal détecté par un capteur montrant une différence d'amplitude entre les portions de signal successives. Description détaillée
[0026] La figure 1 illustre de manière schématique suivant une section longitudinale une turbomachine d'aéronef 10 telle qu’un turboréacteur à double flux selon un mode de réalisation de l’invention. D'autres types de turbomachines peuvent être alternativement envisagés.
[0027] La turbomachine 10 comporte ici, d’amont en aval selon la circulation du flux d’air, une soufflante carénée 12, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. Tous ces éléments exercent leur action de manière connue sur un premier flux d'air annulaire circulant dans un premier conduit central 24 coaxial à l'axe XX'. Un deuxième conduit annulaire de dérivation 26 entoure de manière concentrique le premier conduit central pour l'écoulement d'un deuxième flux d'air annulaire. D'autres configurations de turboréacteur peuvent être alternativement envisagées avec un seul compresseur et une seule turbine, voire avec plus de deux compresseurs et plus de deux turbines, ou même avec une hélice non carénée.
[0028] La soufflante 12 qui est apte à tourner autour d'un axe longitudinal XX' comprend un disque de rotor 30 et une pluralité d'aubes 32 à calage angulaire variable qui sont montées chacune de manière connue sur une périphérie externe du disque, suivant une circonférence de celui-ci. Chaque aube 32 s'étend en éloignement de la périphérie externe du disque 30 suivant une direction radiale relativement à l'axe longitudinal XX'. Chaque aube 32 s'étend également suivant la direction axiale et présente un profil aérodynamique adapté.
[0029] Le disque de rotor 30 est connecté ici à l’arbre basse pression de la turbomachine, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une boîte de train d'engrenages à réduction (connue en terminologie anglo-saxonne sous le terme « Reduction Gear Box »). Le disque forme une partie d’une structure centrale du moteur de la turbomachine 10.
[0030] La figure 2 illustre également de manière schématique (suivant une demi-section axiale), sous une forme agrandie et partielle de la turbomachine de la figure 1, les principaux éléments pouvant intervenir dans l'assemblage mécanique reliant la soufflante 12 à une boîte de train d'engrenages à réduction du turboréacteur dans un exemple de réalisation (il convient de noter qu'il ne s'agit là que d'une configuration possible de montage de soufflante et que d'autres sont bien entendu envisageables). Le disque 30 de la soufflante 12 peut ainsi être monté sur un arbre 34 s'étendant vers l'aval sous la forme d'une partie d'engagement 36 qui est engrenée mécaniquement avec la boîte de train d'engrenages à réduction 38. La boîte de train d'engrenages à réduction 38 peut comporter, dans cet exemple de réalisation, un porte-satellite 38a à l'intérieur duquel sont disposés des satellites, dont un 38b est représenté, et un solaire 38c. Le solaire 38c, quant à lui, est relié à l'arbre du compresseur basse pression 14 aval non représenté ici.
[0031] Une pièce de support 40 est montée de manière concentrique sur la surface externe de l'arbre 34 (sur une partie à diamètre élargi de l'arbre), entre la partie amont de l'arbre reliée au disque 30 et la partie aval d'engagement 36. Une virole 42 est montée par une périphérie interne 42a sur la pièce de support 40 et par une périphérie externe 42b sur une butée axiale 44 dont seule une partie est représentée ici. La butée axiale 44 sert de butée en cas de déplacement axial non souhaité de la soufflante. Sur la figure 2 les zones ZI et Z2 représentent les zones de fragilité où les liaisons mécaniques sont susceptibles de se rompre en cas de déplacement axial non souhaité de la soufflante. C'est ainsi le cas au niveau du palier de la butée axiale 44 et également au niveau de la liaison entre l'arbre 34 et la partie aval d'engagement 36 (zone Z2) car la boîte 38 n'est pas conçue pour reprendre des efforts axiaux. Une rupture peut alternativement avoir lieu en aval, à l'intérieur de la boîte 38.
[0032] Un mécanisme connu de changement de la position angulaire des aubes (non représenté) est intégré dans la turbomachine afin d'orienter chaque aube, autour de sa direction d'extension radiale, en fonction des besoins de calage angulaire pour le fonctionnement de la soufflante. Le mécanisme agit généralement sur les supports des pieds d'aubes et les oriente de manière adaptée, à partir de l'intérieur du disque de rotor.
[0033] La figure 3 est une vue schématique partielle en perspective de la soufflante 12 équipée des aubes 32 partiellement représentées et devant lesquelles est montée une pièce 48 solidaire en rotation du disque de rotor 30 de la soufflante. La pièce 48 prend ici la forme d'une virole ou d'un disque dont le bord périphérique externe est replié de manière à former un bord sensiblement cylindrique de révolution autour de l'axe longitudinal XX'. La pièce 48 pourrait toutefois prendre d'autres formes alternatives non représentées ici. Un système 50 de détermination d'une position de calage angulaire des aubes est monté en relation avec la soufflante 12 et comprend plusieurs composants intégrés à la turbomachine et dont au moins certains sont utilisés pour détecter un déplacement axial (changement de position axiale) de la soufflante.
[0034] Ce système 50 comprend, de manière générale, plusieurs organes de référence de calage (cibles ou griffes) 52 qui sont solidaires du disque de rotor 30, par l'intermédiaire de la virole 48, et donc qui tournent avec cette dernière lors de la rotation de la soufflante. Dans le présent exemple, les organes de référence de calage 52 sont par exemple regroupés sous la forme de plusieurs groupements ou ensembles de plusieurs organes 52 chacun (au moins deux groupements ou ensembles) qui sont distribués suivant une circonférence de la virole. A titre d'exemple, on dénombre deux groupements Gl, G2 de deux organes 52 chacun, disposés de manière diamétralement opposée sur la virole, et un groupement G3 de trois organes 52 disposé suivant une orientation angulaire de 90° par rapport à chacun des deux groupements Gl, G2. Bien que le système comporte ici plus de deux organes 52 on notera que seuls deux organes 52 sont suffisants d'un point de vue fonctionnel pour déterminer un déplacement axial de la soufflante.
[0035] Dans le présent exemple, dans chaque groupement les organes de référence de calage 52 sont écartés latéralement les uns des autres suivant une direction qui correspond à une direction circonférentielle de la virole et ils sont réunis à une base commune, formant ainsi une sorte de râteau ou de fourche. D'autres manières de constituer un groupement d'organes 52 peuvent être utilisées alternativement.
[0036] La figure 4 illustre en vue de dessus l'implantation du groupement G3 (sans la virole 48) et, au-dessus, l'implantation de plusieurs bouches 54 de montage des aubes (les aubes ne sont pas représentées ici) situées à la périphérie externe du disque de rotor 30. Dans chaque bouche 54 on aperçoit un support d'aube 56 destiné à recevoir le pied de l'aube correspondante. Dans cet exemple chaque organe 52 a une forme générale allongée suivant l'axe longitudinal et s'étend en s'affinant d'une première extrémité 52a située à la base du groupement à une deuxième extrémité opposée libre 52b située en éloignement de la base. [0037] Ce système 50 comprend également, de manière générale, un élément de référence de position 58, appelé aiguille, solidaire d'une aube et qui est positionné comme il le serait en présence de l'aube. L'aiguille 58 a une forme générale allongée qui s'étend, depuis une base élargie fixée par exemple au support d'aube, en éloignement de l'aube (alternativement, l'aiguille peut être fixée à l'aube). Comme représenté sur la figure 4, cette aiguille 58 n'est pas alignée suivant l'axe XX' mais forme avec celui-ci un écart angulaire qui traduit le fait que l'orientation angulaire (calage) de l'aube est susceptible de varier au cours du fonctionnement de la soufflante. Ainsi, l'aiguille 58 est apte à changer de position angulaire par rapport aux organes de référence de calage 52 en cas de modification commandée du calage angulaire de l'aube par le mécanisme brièvement exposé ci-dessus. L'orientation angulaire de l'aiguille visible à la figure 3 est donc susceptible de varier au cours du temps et peut, soit se rapprocher, soit s'éloigner des organes de référence de calage 52. On notera que d'un point de vue fonctionnel une aiguille n'est pas nécessaire pour déterminer un déplacement axial de la soufflante comme décrit dans le présent document.
[0038] De retour à la figure 3, plusieurs ouvertures traversantes 60 sont aménagées dans l'épaisseur de la virole et réparties circonférentiellement sur celle-ci afin de permettre aux aiguilles 58 montées sur les aubes de s'étendre à travers ces ouvertures. L'étendue angulaire de chaque ouverture 60 est dimensionnée pour permettre de couvrir toute la plage d'excursion angulaire de l'aiguille concernée. Comme cela apparaît sur la figure 3, seules certaines aubes 32 sont équipées d'une aiguille. Dans l'exemple considéré, seules quatre aubes sont concernées et la virole 48 comporte donc quatre ouvertures 60.
[0039] Ce système 50 comprend également, de manière générale, au moins un capteur 62 qui est positionné de manière fixe par rapport à la soufflante. Ici ledit au moins un capteur 62 est fixé sur une partie formant stator de la turbomachine. Dans l'exemple illustré plusieurs capteurs 62 sont utilisés, par exemple au nombre de quatre.
[0040] Sur la figure 3 les capteurs 62 sont montés sur un support de capteur 64 qui, sur la figure 4, est solidaire mécaniquement de la partie statorique 66 partiellement représentée. D'autres montages du ou des capteurs peuvent alternativement être envisagés. [0041] La figure 5 est une vue agrandie partielle en perspective arrière de l'agencement de la figure 4 et qui montre l'agencement relatif des capteurs 62, de l'aiguille 58 et des organes de référence de calage 52.
[0042] De manière générale, le ou les capteurs 62 sont aptes à déterminer la position angulaire relative entre l'aiguille 58 et les organes de référence de calage 52 par détection du passage de l'aiguille et des organes de référence de calage lors de la rotation de la soufflante. L'utilisation de deux organes de référence de calage 52 permet de différencier un tel organe d'une aiguille vis-à- vis d'un capteur 62. Chaque capteur 62 fournit un signal qui est traité de manière appropriée et connue par une unité de traitement électronique.
[0043] La figure 6 représente de manière schématique une succession de signaux produits par la détection, par un capteur, du passage des différents groupements d'organes de référence de calage 52 et des aiguilles 58. Ainsi, pour le groupement G3 de trois organes 52 le signal s'apparente à une sinusoïde avec trois périodes, tandis que pour les groupements G1 et G2 de deux organes 52, le signal s'apparente à une pseudo sinusoïde avec deux périodes et pour les aiguilles le signal s'apparente à une pseudo sinusoïde avec une seule période.
[0044] L'unité de traitement électronique peut effectuer, préalablement, des opérations de mise en forme (filtrage, comparaison avec un seuil...).
[0045] La figure 7 illustre un signal sinusoïdal avec trois périodes qui est injecté à l'entrée d'un comparateur à seuil et la figure 8 illustre le signal en sortie du comparateur.
[0046] C'est ainsi qu'est déterminée une position de calage angulaire des aubes et également que la vitesse de rotation de la soufflante peut être déterminée (sur les fronts montants des signaux numériques : mesure de la fréquence des signaux générés par les capteurs, échantillonnage et loi de conversion...).
[0047] A titre d'exemple, le ou les capteurs 62 sont choisis parmi un capteur à réluctance variable, un capteur capacitif, un capteur optique... dans les modes de réalisation qui sont décrits ici, le capteur ou chaque capteur est par exemple un capteur à réluctance variable.
[0048] En cas de déplacement axial de la soufflante vers l'avant de la turbomachine (suivant la flèche D de la figure 4), le signal produit par le capteur 62 (s'il n'y en a qu'un) ou par chacun des capteurs 62 est modifié par rapport à un signal produit lorsque la soufflante n'a pas changé de position axiale. Un tel signal peut être qualifié de signal de référence qui est représentatif d'une position axiale non décalée.
[0049] Selon un premier mode de réalisation, le décalage axial de la soufflante est tel que les organes de référence de calage 52 sont reculés axialement d'une distance telle qu'ils ne passent plus sous le ou les capteurs lors de la rotation de la soufflante et ce ou ces derniers ne détectent donc plus le passage des organes. Cette situation aboutit ainsi à une perte de signal (perte de l'information de calage angulaire). A cet effet, les organes 52 ont une longueur calibrée, c'est-à-dire une longueur qui est dimensionnée pour détecter un déplacement axial d'une amplitude déterminée.
[0050] La turbomachine 10 comprend, comme schématiquement représenté à la figure 9, en plus de l'unité de traitement électronique UT, un système de contrôle SC du fonctionnement de la turbomachine qui est configuré pour arrêter le fonctionnement de la turbomachine, par exemple en coupant l'alimentation carburant, en cas de détection d'un déplacement axial de la soufflante.
[0051] Dans le présent exemple, lorsque le signal est ainsi perdu par le ou les capteurs 62, l'information relative à une perte d'information de ce ou ces capteurs 62 est transmise par l'unité de traitement électronique UT au système de contrôle SC du fonctionnement de la turbomachine qui commande l'arrêt de l'alimentation en carburant du moteur. Par exemple, le système SC envoie une commande au système d'alimentation en carburant SA ou, plus particulièrement, à une vanne d'alimentation afin de la fermer.
[0052] On notera qu'avant de décider d'arrêter le fonctionnement de la turbomachine il est préférable de confirmer la détection du déplacement axial de la soufflante. Ceci peut être réalisé en effectuant plusieurs détections qui produisent toutes le même résultat. A titre d'exemple, cette confirmation peut avoir lieu en détectant au moins deux fois de suite la perte de signal lors du passage des mêmes organes 52 d'un même groupement ou bien en détectant une perte de signal lors du passage de plusieurs organes appartenant à différents groupements qui ne sont pas nécessairement successifs. En pratique, la détection de perte de signal (qui débouche sur l'action de couper le moteur) se traduit par la constatation d'une absence de signal pendant une durée prédéterminée. [0053] Selon un deuxième mode de réalisation, le décalage axial de la soufflante peut être d'une amplitude moindre que celle du premier mode, par exemple dans le cas où la butée axiale est proche de la soufflante. Dans un tel cas, malgré leur recul, les organes de référence de calage 52 restent détectables par le ou les capteurs lors de la rotation de la soufflante.
[0054] Comme représenté sur la figure 10, au moins un des organes 52 peut avoir une extrémité libre 52b (extrémité située à proximité du ou des capteurs) qui est affinée ou amincie par rapport à l'extrémité opposée 52a raccordée à la base du groupement G3 dans cet exemple. L'amincissement est réalisé suivant la largeur I du ou des organes 52 et s'applique sur cette figure à tous les organes du groupement. On notera que cette description s'applique également à un groupement constitué de deux organes 52.
[0055] La figure 11 illustre une position axiale décalée de la soufflante par rapport à la position de la figure 4. Le trait horizontal référencé L représente la position axiale qui peut être détectée par le ou les capteurs 62 et l'on constate que sur la figure 11 les extrémités affinées 52b des organes 52 sont superposées avec ce trait.
[0056] Comme mentionné plus haut, le signal produit par un capteur 62, ou par chaque capteur 62 lorsqu'il y en a plusieurs, comprend une succession de deux portions de signal qui peuvent s'apparenter à des sinusoïdes ou à des pseudo sinusoïdes.
[0057] Dans le deuxième mode de réalisation, la détection de déplacement axial de la soufflante peut être réalisée à partir d'un groupement de trois organes 52 dont seul l'organe 52 du milieu a son extrémité libre 52b affinée (contrairement à la figure 10). Cet agencement permet de pouvoir détecter dans le signal issu du ou des capteurs une différence entre la portion de signal correspondant à l'organe 52 du milieu du groupement et les deux portions de signal encadrant les deux organes d'extrémité 52 dont l'extrémité libre n'est pas affinée. On notera que la détection peut être réalisée en utilisant plusieurs groupements d'organes de référence de calage.
[0058] La figure 12 représente l'allure du signal produit par un capteur qui voit passer le groupement d'organes 52 dont seul l'organe du milieu a son extrémité affinée, les deux organes d'extrémité conservant à leur extrémité libre une largeur nominale. Sur cette figure on a représenté à la fois le signal SI à l'entrée du comparateur et le signal S2 sous la forme de créneaux en sortie du comparateur. Le traitement de signal effectué par l'unité de traitement UT sur le signal S2 de la figure 12 permet d'identifier, parmi les périodes successives Pl, P2 et P3 des trois portions de signal successives, la période P2 qui est la plus courte, ceci étant dû à la largeur moindre de l'extrémité libre de l'organe 52 du milieu. La détection de la période P2 dans le signal issu du capteur, ou de chaque capteur s'il y en a plusieurs, permet de détecter un déplacement axial de la soufflante.
[0059] Comme pour le premier mode de réalisation, avant d'arrêter le fonctionnement de la turbomachine, cette information de déplacement axial est confirmée en réalisant une détection similaire avec d'autres groupements d'organes 52. Alternativement, l'information peut être confirmée sur plusieurs détections successives (par exemple deux ou trois) ou sur un tour complet du disque.
[0060] Dans le cas où la détection de déplacement axial de la soufflante est réalisée à partir du ou des signaux produits par détection du passage d'un groupement de deux organes 52, un seul des deux organes peut avoir une extrémité affinée. Ainsi, l'analyse du signal résultant aboutira à la détermination de deux périodes successives différentes pour le groupement, ce qui permettra de conclure à un déplacement axial de la soufflante.
[0061] Alternativement, comme déjà mentionné, la détection de déplacement axial peut être réalisée avec tous les organes de référence de calage 52 d'un même groupement (ou de plusieurs groupements chacun de deux, trois ou plus d'organes 52) ayant une extrémité libre affinée. Lors du traitement du signal produit par détection du passage d'un tel groupement, l'unité UT procède à une comparaison de ce signal avec un signal de référence enregistré en mémoire de l'unité ou d'une mémoire associée à l'unité. Le signal de référence a été préalablement obtenu à partir d'un groupement d'organes (ou de plusieurs groupements) ayant tous la même largeur nominale d'une extrémité à l'autre.
[0062] On notera que pour mesurer la vitesse de la soufflante on procède à un traitement sur le signal illustré à la figure 12, en armant le déclencheur quand le signal passe un certain seuil positif, en prenant une référence temporelle lors du passage du signal 10 à zéro volt avec un déclencheur armé et en calculant la période du signal comme étant la durée entre deux prises de référence temporelle. [0063] Un troisième mode de réalisation va maintenant être décrit.. Selon ce mode au moins un organe de référence de calage 52' est modifié structurellement afin que le signal produit lors de la détection du passage de l'organe devant le ou les capteurs soit représentatif de cette modification.
[0064] Comme représenté sur la figure 13A, l'organe 52' a une extrémité libre 52b' (celle située le plus près du ou des capteurs) dont l'épaisseur est réduite par rapport à l'épaisseur nominale e de l'organe. La figure 13B représente un groupement G3' de trois organes 52' qui ont tous une extrémité libre 52b' d'épaisseur réduite. On notera que l'écart transversal ou latéral entre deux organes ou griffes 52' consécutifs est déterminé en fonction de la gamme de calage angulaire afin notamment de ne pas confondre la détection d'un groupement de trois organes avec un groupement de deux organes suivi d'une aiguille. Cette remarque s'applique également aux autres modes de réalisation décrits précédemment.
[0065] Dans ce troisième mode de réalisation, la détection de déplacement axial de la soufflante peut être réalisée à partir d'un groupement de trois organes 52' dont seul l'organe 52' du milieu a son extrémité libre 52b' d'épaisseur réduite (contrairement à la figure 13B). Cet agencement permet de pouvoir détecter dans le signal issu du ou des capteurs une différence entre la portion de signal correspondant à l'organe 52' du milieu du groupement et les deux portions de signal correspondant aux deux organes d'extrémité 52' (d'extrémité libre à épaisseur nominale constante) encadrant l'organe 52' du milieu.
[0066] La figure 14 représente l'allure du signal produit par un capteur qui voit passer le groupement d'organes 52' dont seul l'organe du milieu a son extrémité d'épaisseur réduite, les deux organes d'extrémité conservant à leur extrémité libre une épaisseur nominale e. Sur cette figure on a représenté le signal de sortie d'un capteur. Le traitement de signal effectué par l'unité de traitement UT sur le signal de la figure 14 permet d'identifier, parmi les trois portions de signal successives constitutives du signal, la portion dont l'amplitude est la plus faible (il s'agit ici de la deuxième portion de signal encadrée par les deux portions de signal correspondant aux deux organes 52' d'extrémité dont l'épaisseur est nominale). Ceci est dû à l'épaisseur réduite de l'extrémité libre de l'organe 52' du milieu qui induit une augmentation de l'entrefer entre l'organe 52' et le ou chaque capteur. La détection de l'amplitude plus faible A2 par rapport aux deux amplitudes Al et A3 dans le signal issu du capteur, ou de chaque capteur s'il y en a plusieurs, permet de détecter un déplacement axial de la soufflante.
[0067] Comme pour les deux premiers modes de réalisation, avant d'arrêter le fonctionnement de la turbomachine, cette information est confirmée par exemple en réalisant une détection similaire avec d'autres groupements d'organes 52'. Alternativement, l'information peut être confirmée sur plusieurs détections successives (par exemple deux ou trois) ou sur un tour complet du disque.
[0068] Comme pour le deuxième mode de réalisation, dans le cas où la détection de déplacement axial de la soufflante est réalisée à partir du ou des signaux produits par détection du passage d'un groupement de deux organes 52', un seul des deux organes peut avoir une extrémité affinée. Ainsi, l'analyse du signal résultant aboutira à la détermination de deux amplitudes successives différentes pour le groupement, ce qui permettra de conclure à un déplacement axial de la soufflante.
[0069] Alternativement, comme déjà mentionné, la détection de déplacement axial peut être réalisée avec tous les organes de référence de calage 52' d'un même groupement (ou de plusieurs groupements chacun de deux, trois ou plus d'organes 52') ayant une extrémité libre d'épaisseur réduite. Lors du traitement du signal produit par détection du passage d'un tel groupement, l'unité UT procède à une comparaison de ce signal avec un signal de référence enregistré en mémoire de l'unité ou d'une mémoire associée à l'unité. Le signal de référence a été préalablement obtenu à partir d'un groupement d'organes ayant tous la même épaisseur nominale d'une extrémité à l'autre.
[0070] L'unité de traitement électronique ou calculateur électronique UT de la turbomachine est configurée pour mettre en oeuvre un procédé de détection d'un déplacement axial de la soufflante selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Un tel procédé comprend notamment des étapes de détection d'un signal par un ou plusieurs capteurs lors du passage de plusieurs organes de référence de calage angulaire (éventuellement réunis en un ou plusieurs groupements), puis de traitement de ce signal, éventuellement par comparaison avec au moins un signal de référence représentatif d'une position axiale non décalée de la soufflante, afin de détecter un déplacement axial de plusieurs organes de référence de calage angulaire.
[0071] La présente invention est aussi bien applicable à une turbomachine équipée d'une boîte de train d'engrenages à réduction qu'à une turbomachine qui en est dépourvue.
[0072] Bien que la présente description se réfère à des exemples de réalisation spécifiques, des modifications peuvent être apportées à ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés ou mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Turbomachine d'aéronef comprenant : une soufflante (12) qui est apte à tourner autour d'un axe longitudinal (XX') et qui comprend un disque de rotor (30) et une pluralité d'aubes (32) à calage angulaire variable montées en périphérie du disque, un système (50) de détermination d'une position de calage angulaire d'au moins une aube comprenant :
-plusieurs organes de référence de calage (52 ;52') qui sont solidaires du disque de rotor,
-un élément de référence de position (58) solidaire de ladite au moins une aube (32) et qui est apte à changer de position angulaire par rapport aux organes de référence de calage (52 ;52') en cas de modification du calage angulaire de ladite au moins une aube,
-au moins un capteur (62) qui est positionné de manière fixe par rapport à la soufflante (12) et qui est apte à déterminer une position angulaire relative entre l'élément de référence de position (58) et les organes de référence de calage (52 ;52') par détection du passage de l'élément de référence de position et des organes de référence de calage lors de la rotation de la soufflante, caractérisée en ce que la turbomachine est configurée pour détecter un déplacement axial de la soufflante en détectant un déplacement axial des organes de référence de calage (52 ;52') à partir dudit au moins un capteur (62).
[Revendication 2] Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la turbomachine comprend une unité de traitement (UT) qui est configurée pour effectuer un traitement sur au moins un signal produit par ledit au moins un capteur en vue de détecter un déplacement axial des organes de référence de calage (52 ;52').
[Revendication 3] Turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le traitement comprend une comparaison entre ledit au moins un signal produit par ledit au moins un capteur (62) et au moins un signal de référence représentatif d'une position axiale non décalée des organes de référence de calage (52 ;52') et une détection d'un déplacement axial des organes de référence de calage (52 ;52') en cas de détermination d'une différence avec ledit au moins un signal de référence.
[Revendication 4] Turbomachine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le traitement comprend une analyse dudit au moins un signal produit par ledit au moins un capteur (62) et comprenant plusieurs portions de signal successives, et une détection d'un déplacement axial des organes de référence de calage (52 ;52') en cas de détection, dans ledit au moins un signal ainsi analysé, d'une portion de signal ayant une période plus courte ou une amplitude plus faible que celle des autres portions de signal dudit au moins un signal analysé.
[Revendication 5] Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins un organe de référence de calage (52 ; 52') a une forme générale allongée suivant l'axe longitudinal et s'étend d'une première extrémité (52a) à une deuxième extrémité opposée (52b) qui est plus proche dudit au moins capteur (62) que la première extrémité et qui a une largeur réduite par rapport à la première extrémité.
[Revendication 6] Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins un organe de référence de calage (52 ; 52') a une forme générale allongée suivant l'axe longitudinal et s'étend d'une première extrémité (5239 à une deuxième extrémité opposée (52b7) qui est plus proche dudit au moins capteur (62) que la première extrémité et qui a une épaisseur réduite par rapport à la première extrémité.
[Revendication 7] Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les organes de référence de calage (52 ; 529 sont distribués suivant une circonférence du disque de rotor.
[Revendication 8] Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les organes de référence de calage (52 ; 529 sont répartis, soit selon un groupement d'organes de référence de calage (52 ; 529 soit selon plusieurs groupements d'organes de référence de calage (52 ; 52') distribués suivant une circonférence du disque de rotor.
[Revendication 9] Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'au moins certains des groupements d'organes de référence de calage comportent chacun au moins deux ou trois organes de référence de calage successifs (52 ;52').
[Revendication 10] Turbomachine selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que la turbomachine est configurée pour confirmer une détection de déplacement axial, soit en détectant au moins deux fois le déplacement axial à partir d'un même groupement d'organes de référence de calage (52 ; 52'), soit en détectant au moins deux fois le déplacement axial à partir d'au moins deux groupements d'organes de référence de calage (52 ;52') différents.
[Revendication 11] Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de contrôle du fonctionnement de la turbomachine qui est configuré pour arrêter le fonctionnement de la turbomachine en cas de détection d'un déplacement axial de la soufflante.
[Revendication 12] Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ledit au moins un capteur (62) est choisi parmi un capteur à réluctance variable, un capteur capacitif, un capteur inductif, un capteur optique.
[Revendication 13] Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la turbomachine est également configurée pour déterminer une vitesse de rotation de la soufflante (12) à partir dudit au moins un capteur (62).
[Revendication 14] Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte une boîte de train d'engrenages à réduction (38) à laquelle la soufflante est raccordée.
[Revendication 15] Procédé de détection d'un déplacement axial d'une soufflante (12) de turbomachine qui est apte à tourner autour d'un axe longitudinal (XX') et qui comprend un disque de rotor (30) et une pluralité d'aubes (32) à calage angulaire variable montées en périphérie du disque, le procédé de détection comprenant l'utilisation, d'une part, de plusieurs organes de référence de calage (52 ;52') solidaires du disque de rotor et d'au moins un capteur (62) positionné de manière fixe par rapport à la soufflante et sur la trajectoire des organes de référence de calage lors de la rotation de la soufflante, pour détecter un déplacement axial de la soufflante (12) à partir de la détection d'un déplacement axial des organes de référence de calage (52 ;52'), les organes de référence de calage (52 ;52') et ledit au moins un capteur (62) étant utilisés pour la détermination d'une position de calage angulaire d'au moins une aube (32).
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