FR2945628A1 - Dispositif de reglage de l'angle de calage des pales d'helice pour une maquette de moteur. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de réglage de l'angle de calage (1) des pales d'hélice pour une maquette de moteur (2) comprenant au moins un rotor (3, 4), les pales (501, 502) s'étendant radialement sur la surface du rotor pour constituer une hélice. Selon l'invention, il comprend : - un porte-outil (6) comportant une base (601) apte à venir se fixer sur une partie de la surface du carter (7) du moteur, et une partie supérieure (602), - ladite partie supérieure étant munie de moyens de support mobiles en déplacement horizontal le long d'un axe longitudinal (XX'), ledit axe étant parallèle à l'axe principal (8) de la maquette du moteur, - des moyens de mesures optiques sans contact, - lesdits moyens de mesures étant montés sur les moyens de support mobiles par l'intermédiaire des moyens de déplacement (9) en rotation autour d'un axe de rotation (10A, 10B), ledit axe de rotation étant l'axe de rotation de la pale (501, 502).

Description

Dispositif de réglage de l'angle de calage des pales d'hélice pour une maquette de moteur

La présente invention concerne un dispositif de réglage de l'angle de calage des pales d'hélice pour une maquette de moteur destinée à des essais aérodynamique dans une soufflerie. Il est connu de placer une maquette d'un avion dans une soufflerie aéronautique qui crée des conditions similaires à celles d'un vol réel pour étudier les caractéristiques aérodynamiques de l'avion. En particulier, la maquette permet d'étudier l'interaction entre l'écoulement produit par la soufflerie et ses équipements annexes extérieur et intérieur autour de la turbine et de l'hélice dans le cas d'un avion muni d'un système de moteur à turbine à gaz. De manière connue, les moteurs réels comprennent un générateur de gaz qui comporte un compresseur afin de comprimer l'air circulant vers l'arrière du moteur, une chambre de combustion dans laquelle le carburant est mélangé à l'air comprimé et allumé de manière à former un courant gazeux ayant une énergie élevée, et une turbine entraînée par le courant gazeux et montée de manière à entraîner un rotor qui commande à son tour le compresseur. Ces moteurs comportent en outre une seconde turbine, située à l'arrière du générateur de gaz et qui extrait de l'énergie du courant gazeux pour entraîner une charge tournante avec des pales d'hélice afin d'engendrer une poussée. Les pales sont des pales à pas variable afin d'obtenir les performances optimums. Ainsi pendant le vol, l'efficacité du carburant du moteur peut être augmentée en faisant varier le pas des pales pour qu'il corresponde à des conditions spécifiques de fonctionnement. Le pas correspond au chemin parcouru suivant l'axe de rotation de l'hélice par une section droite donnée pour un tour d'hélice. On entend par section droite de la pale, la section de la pale par un plan normal à l'axe de la pale à une distance R de l'axe de rotation de l'hélice. Ce pas dépend de l'angle de calage correspondant à l'angle entre la corde du profil de la pale pour la section considérée et le plan de rotation de l'hélice. Par convention, on définit le pas et l'angle de calage pour une section droite située à 75% de R, R étant le rayon de l'hélice.

Généralement la turbine est équipée de différents mécanismes de commande d'orientation des pales tel que des vérins classiques agencés dans l'espace intérieur ménagé au centre de la turbine. Des liaisons mécaniques transmettent le mouvement de la tige du vérin radialement jusqu'aux pales.

Dans le cas d'une maquette, il est évidemment impossible, en pratique, de coupler les pales d'hélice de la maquette avec des mécanismes de commande d'orientation des pales tels qu'il existe dans un moteur réel. Aussi la simulation se déroule avec un angle de calage constant. Pour simuler l'écoulement autour de la turbine et des pales en fonction de l'angle de calage, on effectue une série de séances de simulation aérodynamique de la maquette d'avion avec différentes valeurs d'angle de calage. Il est donc coutume de faire varier l'angle de calage des pales d'hélices manuellement entre deux séances de simulation. Pour cela, les systèmes de calage de pales d'hélice actuels comportent des moyens de mesure d'angle à base de capteur laser et un gabarit de calage. Ces moyens de mesure d'angle à base de capteur laser permettent de mesurer des distances entre le capteur relié à un référentiel de mesure fixe et un spot sur le profil de la pale d'hélice, de manière à mesurer la valeur de l'angle de calage sans entrer en contact avec la pale. De cette façon, cette technique de mesure sans contact permet de ne pas d'exercer d'effort susceptible de modifier la position de la pale. Le fonctionnement d'un tel système de calage est décrit ci-dessus et illustré sur les figures 1A à 1 D. Dans une configuration initiale (figure 1A), les pales d'hélices 5 sont calées suivant une valeur 131 sur la maquette. Pour modifier l'angle de calage, à savoir de faire passer la valeur de 131 à une autre valeur 132, on démonte l'hélice. Ensuite on installe le gabarit de pale 13 servant de calage de référence. Ce gabarit est constitué de moignons de pale orientée suivant l'angle de calage d'essai 132 choisi. On mesure les distances dl et d2 entre le capteur 11 et un spot obtenu sur le gabarit de calage de pales. Lorsque les distances dl et d2 sont obtenues, on règle les pales de l'hélice démontée à partir des distances dl et d2 mesurées à l'étape précédente et on remonte l'hélice avec les pales réglées suivant 132. Cependant un tel système de calage n'est pas très satisfaisant d'un point de vue pratique. En effet, la maquette est particulièrement fragile, et en particulier les pales de l'hélice dont l'épaisseur mesure à peine 1 mm. Aussi, lors du réglage de l'angle de calage, avec le système connu, le risque d'endommager les pales est important. En outre un tel système de réglage de calage représente une tâche difficile et est consommateur de temps. Ces difficultés de réglage des pales sont accrues dans le cadre d'une hélice contrarotative dans lequel les deux rotors coaxiaux tournent à des vitesses et dans le sens opposé. La figure 2 illustre un exemple d'un turbopropulseur réel 2 comportant deux rotors contrarotatifs 3, 4. Dans le cadre de la conception d'un nouveau type de système de calage pour une maquette dotée d'hélices contrarotatives, le nouveau système de calage doit remplir les exigences techniques suivantes : - les mesures d'angles doivent être effectuées sans contact - la précision de calage des pales : 0, 05° - la plage de calage à régler est comprise entre -20° et +90° - la mise en oeuvre du système de calage doit être possible sans démonter les deux rotors, en effet le démontage et le montage des deux rotors risquent d'endommager l'instrumentation de mesures contenues à l'intérieure des moyeux. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un nouveau dispositif de réglage de calage qui soit simple à mettre en oeuvre, permettant de diminuer les risques d'endommagement des pales, tout en remplissant les exigences citées ci-dessus. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de réglage de l'angle de calage des pales d'hélice pour une maquette de moteur comprenant au moins un rotor, les pales s'étendant radialement sur la surface du rotor pour constituer une hélice. Selon l'invention, il comprend : - un porte-outil comportant une base apte à venir se fixer sur une partie de la surface du carter du moteur, et une partie supérieure ; - ladite partie supérieure étant munie de moyens de support mobiles en déplacement horizontal le long d'un axe longitudinal (XX'), ledit axe étant parallèle à l'axe principal du moteur, - des moyens de mesures optiques de l'angle de calage d'une pale sans contact, - lesdits moyens de mesures étant montés sur les moyens de support mobiles par l'intermédiaire des moyens de déplacement en rotation autour d'un axe de rotation, ledit axe de rotation étant l'axe rotatif de la pale. Ainsi de cette façon, il n'est plus nécessaire de démonter le rotor sur lequel est montée l'hélice entre deux essais. L'opérateur installe le dispositif de réglage de l'angle de calage directement sur la maquette, à proximité du rotor. Les moyens de déplacement horizontal et les moyens de déplacement en rotation permettent d'ajuster la position des moyens de mesure par rapport à la pale.

Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de mesures sont reliés à un circuit de mesure permettant de mesurer les distances entre le capteur laser et le spot du laser sur la surface de la pale. De préférence, ces moyens de mesures de l'angle de calage comprennent au moins deux capteurs laser.

Selon une forme de réalisation de l'invention, les capteurs lasers sont montés sur l'extrémité d'un bras vertical, l'extrémité opposée dudit bras étant reliée aux moyens de déplacement en rotation, les capteurs laser étant agencés sur ledit bras de sorte qu'ils sont orientés face à une zone de surface de la pale.

Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de support mobiles en déplacement horizontal comprennent au moins une glissière de guidage fixée sur la structure de la partie supérieure et au moins un galet de guidage apte à venir s'engager dans la glissière et à se déplacer dans la glissière de guidage.

Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de déplacement en rotation comprennent un arbre rotatif entraîné par un moteur pas à pas et une vis sans fin. Avantageusement, les moyens de supports mobiles en déplacement horizontal et les moyens de déplacement en rotation sont commandés de manière indépendante ou simultanée par une unité de commande.

Selon une forme de réalisation de l'invention, le moteur comportant deux rotors contrarotatifs, et un ensemble de pales s'étendant radialement sur la surface de chacun des deux rotors, les capteurs laser sont agencés sur deux bras verticaux disposés de part et d'autres des deux ensembles de pales. Avantageusement, le circuit de mesure comporte un calculateur prévu pour déterminer à partir des distances mesurées, la valeur de l'angle de calage de la pale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent : - Figures 1A à 1 D : une représentation schématique des quatre étapes de réglage de l'angle de calage d'une pale d'hélice avec un système de calage de l'art antérieur ; - Figure 2 : une représentation schématique d'un turbopropulseur comportant deux rotors contrarotatifs ; - Figure 3 : une représentation schématique d'une vue de profil du dispositif de réglage de l'angle de calage selon l'invention; - Figure 4 : une représentation schématique d'une vue de dessus du dispositif de la figure 3.

La figure 2 schématise un moteur à réaction réel 2 à soufflante non carénée connu. Ce moteur comporte des pales 501, 502 d'hélices avant et arrière tournant dans des directions opposées. Les pales sont disposées radialement à l'extérieur de la nacelle 7 sur une turbine de puissance. La turbine de puissance comprend deux rotors 3, 4 tournant dans des directions opposées. Les pales avant et arrière 501, 502 sont respectivement accouplées aux premier et second rotors 3, 4 et tournent avec eux. Le dispositif schématisé en figures 3 et 4 est destiné à régler l'angle de calage des pales d'hélices d'un moteur similaire 2 à celui décrit ci-dessus sous forme de maquette de soufflerie. Pour raison de clarté, les figures 3 et 4 représentent le moteur en maquette avec une seule pale par hélice. En outre nous avons gardé les mêmes références numériques pour désigner les éléments qui sont communs au moteur réel et à la maquette. Pour fixer les pales qui s'étendent radialement sur la surface des rotors 3, 4, les pales comportent une partie inférieure ayant une forme adaptée pour venir se loger dans des logements aménagés sur la surface des rotors et fixés par des moyens de fixations 15. Les éléments de rotors 3, 4 sont également reliés entre eux via des moyens de fixation 16 adaptés.

Le dispositif de réglage 1 comporte un porte-outil 6 qui comporte une base 601 et une partie supérieure 602 en porte à faux par rapport à la base. La partie supérieure 602 porte deux paires de capteurs lasers 11A, 11 B qui sont fixés sur des bras 12A, 12B. La base et la partie supérieure sont configurées de sorte que lorsque la base 601 est fixée sur la surface de la nacelle 7 la partie supérieure 602 qui porte les capteurs vient se positionner au dessus des pales d'hélices avant et arrière 501, 502. Les figures 3 et 4 illustrent une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le dispositif de réglage est adapté pour une maquette comportant deux hélices avant et arrière 501, 502. Le porte-outil 6 comporte deux bras pour supporter les capteurs qui viennent se positionner de part et d'autre des pales d'hélices avant et arrière 501, 502. Les capteurs sont agencés sur les bras de sorte qu'ils sont orientés vers une zone de surface de la pale. De manière générale, pour chaque bras, il est possible de monter deux capteurs pour régler l'angle de calage d'une pale.

Ces capteurs laser 11A, 11B comportent de manière connue un élément d'émission et un élément de réception qui sont montés dans un boîtier. Le boîtier est fixé sur la structure du bras. Ces capteurs laser permettent d'obtenir des mesures sans contact avec la pale avec une haute précision qui permet d'atteindre 0, 05°. A partir des distances mesurées entre les capteurs et un point sur la pale, par une loi qui dépend de ces distances, on peut en déduire l'angle de calage de la pale. On entend l'angle de calage, l'angle de calage pour une section droite donnée de la pale. Inversement, si on souhaite régler la pale à un angle de calage déterminé, il faut régler la position de la pale de sorte que les distances entre les capteurs et les points de cible de la pale correspondent à cet angle de calage. La visualisation des mesures des distances peut s'effectuer par l'intermédiaire d'un circuit de mesure qui réceptionne les signaux provenant des capteurs. Ce circuit de mesure peut être relié à un calculateur qui permet de fournir directement la valeur de l'angle de calage correspondant aux distances mesurées sur un afficheur. Le circuit de mesure et l'afficheur ne sont pas illustrés sur la figure 3. L'application du dispositif de l'invention illustrée sur les figures 3 et 4 concerne un moteur avec deux rotors. Toutefois ce dispositif d'applique également dans le cas d'un moteur avec un seul rotor rotatif. Pour éviter le démontage des rotors entre deux essais de soufflerie, le dispositif de l'invention a intégré directement des moyens de déplacement horizontal et de déplacement en rotation qui permettent d'ajuster la position des capteurs par rapport à la pale. Pour chaque rotor du moteur, un bras de support de capteurs est prévu. Sur la figure 3, il est prévu un bras référencé 12A pour le rotor comportant l'hélice avant et un bras référencé 12B pour le rotor comportant l'hélice arrière. Les bras 12A, 12B ont une forme de L inversée de manière à venir entourer partiellement la pale de part et d'autre des deux rotors 3, 4. Une extrémité des bras porte les capteurs et l'extrémité opposée est fixée à un arbre rotatif 9A, 9B autour d'un axe de rotation 10A, 10B. Cet arbre rotatif 9A, 9B est entraîné par exemple par un moteur pas à pas et une vis sans fin. L'axe de rotation est également l'axe de rotation de la pale. Le degré de précision angulaire est de 0,002°.

Afin d'ajuster les capteurs par rapport à la pale selon un axe horizontal XX' qui est parallèle à l'axe principal 8 du moteur, l'arbre rotatif sur lequel est fixé l'extrémité des bras est lui-même fixé sur un élément de structure susceptible de se déplacer selon l'axe XX'. Cette structure est une structure de la partie supérieure 602 du porte-outil. Pour permettre la mise en mouvement de l'élément de structure, il est prévu par exemple une glissière ou deux glissière de guidage dans lesquelles viennent se déplacer un galet de guidage. L'entraînement du galet de guidage dans la glissière est effectué au moyen par exemple d'un moteur électrique logé dans la structure du porte-outil 6.

Les moyens de déplacement en rotation du bras autour de l'axe de rotation 10A, 10B et les moyens de déplacement horizontal selon l'axe XX' du bras peuvent être commandés simultanément ou indépendamment par une unité de commande. Les étapes constituant le procédé de mise en oeuvre du dispositif de réglage sont les suivantes. Dans un premier temps, le dispositif de réglage est fixé sur la surface de la nacelle par des moyens de fixations connus. Il peut être prévu de positionner des indications sur la surface de la nacelle pour l'emplacement du dispositif. Bien que les bras et les capteurs viennent se positionner automatiquement face à la pale, il est nécessaire d'ajuster les distances entre les capteurs et les plans des rotors par un déplacement selon l'axe XX'. Lorsque la pale pour laquelle il est prévu de régler l'angle de calage est positionnée face aux capteurs laser, on déverrouille le pied de la pale fixé dans le rotor de sorte à pouvoir ajuster sa position en fonction des mesures fournies par les capteurs laser. En figure 4 qui est une vue de dessus du dispositif selon une coupe GG' de la figure 3, pour raison de clarté, seule la pale 501 de l'hélice avant est représenté ainsi que les capteurs 11A associés. La position angulaire des capteurs lasers est ajustée en mettant en mouvement l'arbre rotatif 9, les capteurs sont déplacés autour de l'axe de rotation 10A d'une position initiale référencée A vers une nouvelle position référencée B dans laquelle le contour des capteurs est représenté par des tirets, cette nouvelle position des capteurs correspond à la nouvelle position de calage de la pale. De manière correspondante, la pale est ensuite déplacée d'une position initiale dans laquelle elle est en noir vers une nouvelle position dans laquelle le contour de la pale est représenté par des tirets, ce déplacement s'effectue en fonction des mesures fournies par les capteurs. Comme cela est illustré sur les figures 3 et 4, le mécanisme de réglage de l'angle de calage est directement installé sur la nacelle du moteur 2, à un endroit adjacent aux pales, les moyens de déplacement motorisés des capteurs via les bras confère une manoeuvrabilité élevée car il n'y a pas lieu de démonter les rotors pour procéder au réglage de l'angle de calage des pales d'hélice. Ainsi on minimise le temps et/ou les coûts pour procéder aux essais tout en garantissant une fiabilité élevée des mesures.30

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de réglage de l'angle de calage (1) des pales d'hélice pour une maquette de moteur (2) comprenant au moins un rotor (3, 4), les pales (501, 502) s'étendant radialement sur la surface du rotor pour constituer une hélice, caractérisé en ce qu'il comprend : - un porte-outil (6) comportant une base (601) apte à venir se fixer sur une partie de la surface du carter (7) du moteur, et une partie supérieure (602), - ladite partie supérieure étant munie de moyens de support mobiles en déplacement horizontal le long d'un axe longitudinal (XX'), ledit axe étant parallèle à l'axe principal (8) de la maquette du moteur, - des moyens de mesures optiques sans contact, - lesdits moyens de mesures étant montés sur les moyens de support mobiles par l'intermédiaire des moyens de déplacement (9) en rotation autour d'un axe de rotation (10A, 10B), ledit axe de rotation étant l'axe de rotation de la pale (501, 502).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens 20 de mesures de l'angle de calage comprennent au moins deux capteurs laser (11A, 11B).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mesures sont reliés à un circuit de mesure permettant de mesurer les 25 distances entre le capteur laser et le spot du laser sur la surface de la pale.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les capteurs lasers (11A, 11B) sont montés sur l'extrémité d'un bras vertical (12A, 12B), l'extrémité opposée dudit bras étant reliée aux moyens de déplacement 30 en rotation, les capteurs laser étant agencés sur ledit bras de sorte qu'ils sont orientés face à une zone de surface de la pale.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de support mobiles en déplacement horizontal comprennent au 35 moins une glissière de guidage fixée sur la structure de la partie supérieure etau moins un galet de guidage apte à venir s'engager dans la glissière et à se déplacer dans la glissière de guidage.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de déplacement en rotation comprennent un arbre rotatif (9) entraîné par un moteur pas à pas et une vis sans fin.
7. 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens de supports mobiles en déplacement horizontal et les moyens de déplacement en rotation sont commandés de manière indépendante ou simultanée par une unité de commande.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moteur comportant deux rotors contrarotatifs (3, 4), et un ensemble de pales s'étendant radialement sur la surface de chacun des deux rotors, les capteurs laser sont agencés sur deux bras verticaux (12A, 12B) disposés de part et d'autres des deux ensembles de pales.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le circuit de mesure comporte un calculateur prévu pour déterminer à partir des distances mesurées par les capteurs, la valeur de l'angle de calage de la pale.25