FR2951435A1

FR2951435A1 - Dispositif adapte pour etre pourvu de pales d’helice

Info

Publication number: FR2951435A1
Application number: FR0957249A
Authority: FR
Inventors: Francois Gallet; Patrick Morel; Wouter Balk
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-22
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: GB2474561A; FR2951435B1; GB201017146D0; US20110176924A1; US8622699B2; GB2474561B

Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) adapté pour être pourvu de pales (9) d'hélices comportant un premier anneau (2) comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages (6) radiaux. Ledit dispositif (1) comporte en outre un deuxième anneau (4) comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages (6) radiaux, lesdits premier et deuxième anneaux (2, 4) étant montés l'un sur l'autre dans la direction radiale, chaque alésage (6) dudit premier anneau (2) étant positionné en regard d'un alésage (6) dudit deuxième anneau (4), un alésage (6) dudit premier anneau (2) situé en regard d'un alésage (6) dudit deuxième anneau (4) formant un couple d'alésages (5) apte à recevoir un pied (11) de pale (9). Le dispositif de l'invention trouve une application particulière dans le domaine de l'aviation.

Description

DISPOSITIF ADAPTE POUR ETRE POURVU DE PALES D'HELICE

L'invention concerne un dispositif adapté pour être pourvu de pales d'hélice. L'invention porte plus particulièrement sur un dispositif adapté pour être pourvu de pales d'hélice de grande dimension et pour reprendre l'ensemble des efforts que subissent ces pales, tels que des efforts centrifuges ou aérodynamiques. De tels dispositifs équipent par exemple les avions.

De façon connue, les dispositifs adaptés pour être pourvu de pales d'hélice actuels sont généralement formés par un anneau (typiquement en titane ou en matériau composite), dit anneau de rétention. De tels dispositifs sont fixés sur des arbres de moteur de mise en rotation. L'anneau constitue un disque de masse relativement importante devant résister aux forces centrifuges qui lui sont appliquées lors de la rotation de l'arbre moteur. Un tel anneau 100 est illustré en figure 1. L'anneau 100 est un anneau polygonal (i.e. La périphérie de l'anneau 100 est de forme polygonale) formé de deux structures polygonales 101 et 102 de dimensions identiques situées côte à côte et espacées l'une de l'autre.

Chaque structure polygonale 101 et 102 est formée par une pluralité de bras 103 ou ligaments. L'anneau 100 comporte une pluralité d'alésages 104 uniformément répartis à sa périphérie, chaque alésage 104 étant localisé entre deux bras 103 parallèles consécutifs. Ces alésages 104 sont aptes à recevoir les paliers 105 des pieds de pales 106.

Chaque palier 105 de pied de pale 106 inséré dans un alésage 104 est par conséquent relié à un palier 105 voisin au moyen de deux bras 103. L'utilisation de deux structures polygonales parallèles espacées l'une de l'autre au lieu d'un anneau polygonal plein est avantageux en ce qu'il permet de diminuer la masse de l'ensemble anneau et pales 106 d'hélice.

De tels dispositifs sont toutefois susceptibles de présenter certains inconvénients. Il convient en effet de noter que les bras constitutifs de l'anneau sont soumis à des forces centrifuges importantes. Dans ce contexte, les bras travaillent en traction. La création d'une crique due à ces efforts de traction peut conduire à la rupture d'un bras et donc à l'ouverture de l'anneau. Une solution consiste dès lors à surdimensionner l'anneau entraînant de fait une augmentation de la masse de l'ensemble.

L'invention a donc plus particulièrement pour but de remédier aux inconvénients des dispositifs précités. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif adapté pour être pourvu de pales d'hélice permettant d'assurer une sécurité optimale, tout en s'affranchissant de surdimensionner le dispositif.

A cette fin, l'invention porte sur un dispositif adapté pour être pourvu de pales d'hélices comportant un premier anneau comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages radiaux, ledit dispositif comportant un deuxième anneau comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages radiaux, lesdits premier et deuxième anneaux étant montés l'un sur l'autre dans la direction radiale, chaque alésage dudit premier anneau étant positionné en regard d'un alésage dudit deuxième anneau, les alésages desdits premier et deuxième anneaux situés en regard l'un de l'autre formant un couple d'alésages apte à recevoir un pied de pale. Grâce à l'invention, même en cas de défaillance d'un des anneaux (typiquement la rupture de cet anneau), la présence d'un second anneau redondant de sécurité permet d'assurer, au moins temporairement, la reprise des efforts et le fonctionnement du dispositif. En d'autres termes, le dispositif selon l'invention propose une conception sécurisée dans laquelle les chemins d'efforts sont redondés. Ainsi, au cas où un des chemins d'un des anneaux viendrait à défaillir, les chemins de l'anneau non défaillant permettent de reprendre les efforts. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : û selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les matériaux desdits premier et deuxième anneaux sont aptes à passer d'un régime élastique à un régime plastique, ledit dispositif présentant deux modes de fonctionnement : o un mode normal de fonctionnement au cours duquel lesdits premier et deuxième anneaux sont intacts et lesdits matériaux sont en régime élastique ; o un mode dégradé de fonctionnement au cours duquel un desdits premier ou deuxième anneaux est endommagé, le matériau de l'anneau non endommagé étant surchargé mécaniquement, la surcharge mécanique entrainant un passage dudit matériau de l'anneau non endommagé en régime plastique ; lesdits premier et deuxième anneaux sont de forme polygonale, chaque anneau étant formé de deux séries de bras disposées côte à côte, lesdites deux séries étant espacées l'une de l'autre et 15 chaque alésage étant relié à un alésage voisin d'un même anneau par deux bras ; ledit matériau desdits premier et/ou deuxième anneaux est du métal ; ledit matériau desdits premier et/ou deuxième anneaux est du 20 titane ; ledit matériau desdits premier et/ou deuxième anneaux est un matériau composite ; ledit dispositif comporte une pluralité de bagues inférieures et une pluralité de bagues supérieures, chaque bague inférieure étant 25 apte à s'assembler avec une bague supérieure de part et d'autre d'un couple d'alésages de façon à enserrer lesdits premier et deuxième anneaux ; lesdites bagues supérieure et inférieure sont filetées l'une sur l'autre. 30 L'invention a également pour objet un système comportant un dispositif conforme à l'invention, les matériaux desdits premier et deuxième anneaux étant aptes à passer d'un régime élastique à un 10 régime plastique, ledit dispositif présentant deux modes de fonctionnement : un mode normal de fonctionnement au cours duquel lesdits premier et deuxième anneaux sont intacts et lesdits matériaux sont en régime élastique ; un mode dégradé de fonctionnement au cours duquel un desdits premier ou deuxième anneaux est endommagé, le matériau de l'anneau non endommagé étant surchargé mécaniquement, la surcharge mécanique entrainant un passage dudit matériau de l'anneau non endommagé en régime plastique ; ledit système comportant en outre : des moyens de détection adaptés pour détecter un signal représentatif d'un changement de régime dudit matériau d'au moins un desdits premier ou deuxième anneaux ; des moyens d'arrêt moteur aptes à éteindre le moteur de mise en rotation dudit dispositif, lesdits moyens de détection étant aptes à communiquer avec lesdits moyens d'arrêt moteur de sorte que lorsque lesdits moyens de détection détectent un signal représentatif d'un changement de régime, lesdits moyens d'arrêt moteur stoppent ledit moteur de mise en rotation dudit dispositif. Avantageusement, ledit signal est un signal vibratoire généré par les vibrations dudit dispositif fonctionnant en régime dégradé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 représente, de façon schématique, un exemple, de dispositif selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente, de façon schématique, une vue partielle d'un dispositif conforme à l'invention ainsi qu'un agrandissement Z en vue éclatée d'une partie de cette vue partielle ; - la figure 3 illustre un exemple de système selon l'invention.

Pour des raisons de clarté, seuls les éléments utiles pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. En outre, les éléments similaires situés sur différentes figures comportent des références identiques.

La figure 1 a déjà été décrite précédemment en référence à l'état de la technique. La figure 2 illustre schématiquement une vue partielle d'un dispositif 1 selon l'invention adapté pour être pourvu de pales 9 d'hélices. Ce dernier est dénommé dispositif 1 pour la suite de la description. Le dispositif 1 diffère notamment du dispositif 100 présenté plus haut en ce qu'il possède deux anneaux, dits anneaux de rétention, possédant une structure sensiblement similaire. Le dispositif 1 est adapté pour être mis en rotation via un arbre moteur à vitesse rapide, par exemple sur un turbopropulseur d'avion. La figure 2 représente un agrandissement Z en vue éclatée d'une partie de cette vue partielle permettant d'illustrer l'assemblage de différents éléments que comporte le dispositif 1 selon l'invention. Le dispositif 1 comporte notamment : - un premier anneau 2, dit anneau de rétention inférieur, (la face interne 3 du premier anneau 2 est référencée pour illustrer l'assemblage des différents éléments du dispositif 1) ; - un deuxième anneau 4, dit anneau de rétention supérieur, (la face externe 5 du deuxième anneau 4 est référencée pour illustrer l'assemblage des différents éléments du dispositif 1). - une pluralité d'alésages 6 ; - une pluralité de paliers 10 de pieds 11 de pales 9. Les premier et deuxième anneaux 2 et 4 sont formés d'une structure polygonale (i.e. la périphérie des anneaux 2 et 4 est de forme polygonale).

Les premier et deuxième anneaux 2 et 4 portent, uniformément répartis à leur périphérie, les alésages 6. Ces derniers sont aptes à recevoir les paliers 10 de pieds 11 de pales 9.

Il convient de noter que chaque anneau 2, 4 comporte deux structures polygonales 20 et 21 de dimensions identiques situées côte à côte et espacée l'une de l'autre. Chaque structure polygonale 20 et 21 est formée par une pluralité de bras 8 ou ligaments.

Ainsi, chaque alésage 6 est relié à un alésage 6 voisin du même anneau 2, 4 par deux bras 8. Cette particularité permet notamment d'alléger la masse globale du dispositif 1 puisqu'en effet les premier et deuxième anneaux 2 et 4 sont ajourés entre chaque alésage 6. Le deuxième anneau 4 est monté sur le premier anneau 2 dans la direction radiale. Chaque alésage 6 du premier anneau 2 est positionné en regard d'un alésage 6 du deuxième anneau 4 de façon à former des couples d'alésages 7. En d'autres termes, un couple d'alésages 7 est formé d'un alésage 6 du premier anneau 2 et d'un alésage 6 du deuxième anneau 4.

En outre, chaque couple d'alésages 7 est apte à recevoir un palier 10 de pied 11 de pale 9. Chaque palier 10 de pied 11 de pale 9 est formé par une bague inférieure 14 et une bague supérieure 17. Chaque bague inférieure 14 est assemblée avec une bague supérieure 17 de part et d'autre d'un couple d'alésage 7 de façon à 20 enserrer les premier et deuxième anneaux 2 et 4. Dans l'exemple illustré sur la figure Z : - la bague inférieure 14 comporte un épaulement 15 et un filetage 16; - la bague supérieure 17 comporte un épaulement 18 et un filetage 25 19. Telle qu'illustrée sur l'agrandissement Z, la bague inférieure 14 est insérée, par la face interne 3 du premier anneau 2, au sein de l'alésage 6 que comporte le premier anneau 2 et la bague supérieure 17 est insérée, par la face externe 5 du deuxième anneau 4 au sein de l'alésage 6 que 30 comporte le deuxième anneau 4. La bague supérieure 17 est ensuite vissée au moyen du filetage 19 dans la bague inférieure 14 comportant le filetage 16. Les bagues inférieure et supérieure 14 et 17 sont vissées jusqu'à ce que l'épaulement 18 de la bague supérieure 17 soit au contact de l'épaulement 13 du deuxième anneau 4 et que l'épaulement 15 de la bague inférieure 14 soit au contact de l'épaulement 12 du premier anneau 2. En d'autres termes, chaque couple de bagues inférieure et supérieure 14, 17 joue un rôle de boulon permettant de maintenir solidaires les premier et deuxième anneaux 2 et 4. Un couple de bagues (bague inférieure 14 et bague supérieure 17) est positionné au sein de chaque couple d'alésages 7 que comporte le dispositif 1 pour positionner précisément et solidariser les premier et deuxième anneaux 2 et 4. De façon générale, lorsque le dispositif 1 est monté sur un arbre (non représenté) comme par exemple l'arbre d'un moteur à hélice rapide, le dispositif 1 selon l'invention est soumis à des forces centrifuges générées par l'inertie. Cette inertie entraine par exemple des efforts de traction sur les bras 8. De tels efforts peuvent à terme générer une crique conduisant à la rupture d'un bras 8 et par conséquent à l'ouverture de l'un des anneaux 2 ou 4 comportant le bras 8 rompu. Lorsqu'un des bras 8 des premier ou deuxième anneaux 2 ou 4 rompt, la section de matière restante est suffisante pour maintenir le dispositif 1 sur l'arbre moteur, les anneaux 2 et 4 étant dimensionnés pour que la surcharge mécanique des bras restant soit compatible avec un travail en régime plastique. Il n'est donc pas nécessaire de surdimensionner les anneaux 2 et 4. Avantageusement, la section totale des premier et deuxième anneaux 2 et 4 est de préférence inférieure ou égale à la section d'un anneau standard, c'est-à-dire d'un anneau mis en oeuvre par les dispositifs de l'art antérieur. Le matériau des premier et deuxième anneaux 2 et 4 possède deux régimes de fonctionnement mécaniques, un régime élastique et un régime plastique. Les anneaux 2 et 4 seront préférentiellement réalisés dans un matériau identique tel qu'un métal, préférentiellement le titane ou un matériau composite. On désignera dans la suite de la description par : mode normal de fonctionnement : un mode de fonctionnement du dispositif 1 au cours duquel les premier et deuxième anneaux 2 et 4 sont intacts (i.e. pas de rupture de bras 8) et sont en régime élastique ; mode dégradé de fonctionnement : un mode de fonctionnement du dispositif 1 au cours duquel l'un quelconque des premier ou deuxième anneaux 2 ou 4 est endommagé (i.e. rupture d'au moins un bras 8 d'un des anneaux 2 ou 4). Lorsqu'un des anneaux 2 ou 4 est endommagé, le matériau des bras 8 de l'anneau non endommagé reprend la surcharge mécanique en passant d'un régime élastique à un régime plastique. La section totale des bras 8 des premier et deuxième anneaux 2 et 4 est dimensionnée de sorte que les matériaux les constituant soient dans un régime élastique lorsque le dispositif 1 se trouve en mode de fonctionnement normal. Dans l'hypothèse selon laquelle un bras 8 du premier anneau 2 ou du deuxième anneau 3 rompt, les bras 8 non endommagés de l'autre anneau supportent une charge mécanique plus importante. Cette augmentation de charge génère, pour le matériau constituant l'anneau non endommagé, un changement de régime : le matériau passe alors d'un régime élastique à un régime plastique. Le dispositif 1 présente alors un balourd et se trouve dans le régime dégradé de fonctionnement. Le fonctionnement dégradé résulte en une déformation plastique non axisymétrique du dispositif 1 générant, lors de sa rotation, un balourd et donc des vibrations. Il convient de souligner que la rupture d'un bras 8 n'entraîne pas pour autant la destruction du dispositif 1 et permet d'assurer, au moins temporairement, le fonctionnement du dispositif 1. Telle qu'illustrée sur la figure 3, l'invention porte également sur un système 30 comportant un dispositif 1 conforme à l'invention. Le dispositif 1 est entraîné en rotation par un arbre moteur 33. Le système 30 comporte : le dispositif 1 ; des moyens de détection 31 adaptés pour détecter un signal représentatif d'un changement de régime du matériau d'au moins un des premier ou deuxième anneaux 2 ou 4 ; des moyens d'arrêt 32 moteur aptes à stopper le moteur 33, et donc à arrêter la rotation du dispositif 1. Les moyens de détection 31 sont formés, par exemple, par des capteurs de vibration. Les moyens de détection 31 sont adaptés pour détecter un signal représentatif d'un changement de régime du matériau d'au moins un des premier ou deuxième anneaux 2 ou 4. Comme le fonctionnement dégradé du dispositif 1 consiste en une déformation plastique non axisymétrique du dispositif 1, ce dernier présente un balourd générant des vibrations en rotation ; le signal représentatif d'un changement de régime du matériau d'un des premier ou deuxième anneaux 2 ou 4 est dans ce cas un signal vibratoire. Selon une telle mise en oeuvre, les moyens de détection 31 sont de préférence localisés sur le moteur 33. Ainsi, dès lors que les moyens de détection 31 détectent des vibrations du moteur 33 dues aux vibrations du dispositif 1, ils en informent les moyens d'arrêt 32 moteur qui vont alors déconnecter le moteur 33 du dispositif 1. De façon générale, le dispositif 1 de l'invention possède une conception selon laquelle les chemins d'effort, formés par les bras 8 des premier et deuxième anneaux 2 et 4 sont redondés. De ce fait, dans l'hypothèse selon laquelle un chemin est défaillant, du fait par exemple de la rupture d'un bras 8, alors d'autres chemins (les bras 8 non endommagés) reprendraient ces efforts qui étaient initialement repris par les bras 8. Ainsi, les efforts exercés sur les autres chemins sont augmentés. Cet accroissement d'effort entraîne pour le matériau des autres chemins un passage en régime plastique. Avantageusement, cette conception permet d'éviter la rupture totale du dispositif 1. Le dispositif 1 est donc entièrement sécuritaire.

L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple ; il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes du dispositif selon l'invention, en particulier concernant les moyens d'assemblages (bagues inférieures et supérieures) des premier et deuxième anneaux 2 et 4 sans pour autant sortir du cadre du brevet. De même, même si l'invention a été plus spécifiquement décrite dans le cas d'un anneau à périphérie polygonale, elle s'applique à tout type d'anneau, y-compris des anneaux circulaires.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (1) adapté pour être pourvu de pales (9) d'hélices comportant un premier anneau (2) comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages (6) radiaux, ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième anneau (4) comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages (6) radiaux, lesdits premier et deuxième anneaux (2, 4) étant montés l'un sur l'autre dans la direction radiale, chaque alésage (6) dudit premier anneau (2) étant positionné en regard d'un alésage (6) dudit deuxième anneau (4), un alésage (6) dudit premier anneau (2) situé en regard d'un alésage (6) dudit deuxième anneau (4) formant un couple d'alésages (5) apte à recevoir un pied (11) de pale (9).
2. Dispositif (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que les matériaux desdits premier et deuxième anneaux (2, 4) sont aptes à passer d'un régime élastique à un régime plastique, ledit dispositif (1) présentant deux modes de fonctionnement : un mode normal de fonctionnement au cours duquel lesdits premier et deuxième anneaux (2, 4) sont intacts et lesdits matériaux sont en régime élastique ; un mode dégradé de fonctionnement au cours duquel un desdits premier ou deuxième anneaux (2, 4) est endommagé, le matériau de l'anneau (2, 4) non endommagé étant surchargé mécaniquement, la surchage mécanique entrainant un passage dudit matériau de l'anneau non endommagé en régime plastique ; 30
3. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième anneaux (2,
4) sont de forme polygonale, chaque anneau (2, 4) étant formé de deux séries de bras (8) disposées côte à côte, lesdites deux séries 25étant espacées l'une de l'autre et chaque alésage (6) étant relié à un alésage (6) voisin d'un même anneau (2, 4) par deux bras (8). 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit matériau desdits premier et/ou deuxième anneaux (2, 4) est du métal.
5. Dispositif (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit matériau desdits premier et/ou deuxième anneaux (2, 4) est du titane.
6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit matériau desdits premier et/ou deuxième anneaux (2, 4) est un matériau composite.
7. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de bagues inférieures (14) et une pluralité de bagues supérieures (17), chaque bague inférieure (14) étant apte à s'assembler avec une bague supérieure (17) de part et d'autre d'un couple d'alésages (7) de façon à enserrer lesdits premier et deuxième anneaux (2, 4).
8. Dispositif (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdites bagues supérieure (17) et inférieure (14) sont filetées l'une sur l'autre.
9. Système (30) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, les matériaux desdits premier et deuxième anneaux (2, 4) étant aptes à passer d'un régime élastique à un régime plastique, ledit dispositif (1) présentant deux modes de fonctionnement :un mode normal de fonctionnement au cours duquel lesdits premier et deuxième anneaux (2, 4) sont intacts et lesdits matériaux sont en régime élastique ; un mode dégradé de fonctionnement au cours duquel un desdits premier ou deuxième anneaux (2, 4) est endommagé, le matériau de l'anneau (2, 4) non endommagé étant surchargé mécaniquement, la surchage mécanique entrainant un passage dudit matériau de l'anneau non endommagé en régime plastique ledit système (30) comportant en outre : des moyens de détection (31) adaptés pour détecter un signal représentatif d'un changement de régime dudit matériau d'au moins un desdits premier ou deuxième anneaux (2, 4) ; des moyens d'arrêt (32) moteur aptes à éteindre le moteur (33) de mise en rotation dudit dispositif (1), lesdits moyens de détection (31) étant aptes à communiquer avec lesdits moyens d'arrêt (32) moteur de sorte que lorsque lesdits moyens de détection (31) détectent un signal représentatif d'un changement de régime, lesdits moyens d'arrêt (32) moteur stoppent ledit moteur (33) de mise en rotation dudit dispositif (1).
10. Système (30) selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit signal est un signal vibratoire généré par des vibrations dudit dispositif (1) fonctionnant en régime dégradé.