FR2963054A1 - Anneau de retention - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un anneau de rétention (14) présentant, sur sa périphérie, une pluralité d'alésages radiaux (15), chacun desdits alésages (15) étant apte à recevoir un pied (12) de pale (13). Ledit anneau de rétention (14) comporte en outre au moins un premier orifice (17) radial traversé par un tube (20) de compression et au moins un deuxième orifice (18) radial, ledit au moins premier orifice (17) radial et ledit au moins deuxième orifice (18) radial étant séparés l'un de l'autre par au moins un des alésages de ladite pluralité d'alésages radiaux (15). Le dispositif selon l'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des turbomachines comportant une double soufflante contrarotatives non carénée.

Description

ANNEAU DE RETENTION
Arrière-plan de l'invention L'invention concerne un anneau de rétention muni d'au moins un pied de pale. L'invention porte plus particulièrement sur un anneau de rétention comportant un système de ventilation pour au moins un des pieds de pale d'une double soufflante contrarotative non carénée dont est munie une turbomachine. De façon conventionnelle, une double soufflante contrarotative non carénée est notamment constituée de deux hélices comportant chacune un anneau de rétention muni d'une pluralité de pales. Comme représentée sur la figure 1, une hélice 1 est généralement formée par un anneau de rétention 2 (typiquement en titane ou en matériau composite) comportant une pluralité d'alésages radiaux 3 uniformément répartis à sa périphérie. Chaque alésage radial 3 est adapté pour recevoir un pied 4 d'une pale 5 muni d'un pivot 6 (dénommé également pivot de pied de pale). Une configuration telle que décrite ci-dessus est toutefois susceptible de présenter certains inconvénients. En effet, l'hélice 1 constitue un disque de masse relativement importante devant résister aux forces centrifuges qui lui sont appliquées lors de la rotation de l'arbre moteur. Une telle masse est de surcroît augmentée par des pieds 4 de pale en métal. En outre, cette masse importante engendre, pour l'avion, une consommation en carburant élevée.
Pour diminuer cette masse importante, il est possible d'utiliser des pales 5 dont leur pied 4 est en matériau composite. En effet, l'utilisation d'un tel matériau permet de diminuer la masse de l'ensemble formé par l'anneau de rétention 2 et les pales 5. Cependant, les avions munis d'une double soufflante contrarotative non carénée 7 dont leurs hélices 1 sont situées à l'arrière (pour Pusher Open Rotor en anglais) présentent une veine primaire 9 dans laquelle circule des gaz pouvant dépasser les 500 degrés, cette veine primaire 9 étant située en dessous et à proximité des pieds 4 de pale 5 (voir figure 2). En conséquence, les pieds 4 de pale 5 sont soumis à des températures élevées. Un inconvénient réside dans le fait que les matériaux composites résistent peu aux températures élevées et se détériorent rapidement. Ainsi, la durée de vie d'une pale comportant un pied en matériau composite est limitée.
Obiet et résumé de l'invention
L'invention a plus particulièrement pour but de remédier aux inconvénients des dispositifs précités. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif permettant de diminuer le poids d'une hélice tout en assurant une durée de vie élevée pour les pales que comporte l'hélice. De façon générale, l'invention vise à refroidir la partie inférieure des pieds de pale d'une hélice.
L'objet de l'invention porte sur un anneau de rétention comportant au moins un pied de pale présentant, sur sa périphérie, une pluralité d'alésages radiaux, chacun desdits alésages étant apte à recevoir un pied de pale. Ledit anneau de rétention comporte en outre au moins un premier orifice radial traversé par un tube de compression et au moins un deuxième orifice radial, ledit au moins premier orifice radial et ledit au moins deuxième orifice radial étant séparés l'un de l'autre par au moins un des alésages de ladite pluralité d'alésages radiaux. On entend pour la suite de la description par orifice radial, un orifice dont son axe de révolution est sensiblement coaxial à un des rayons de l'anneau de rétention. Grâce à cette particularité, de l'air peut circuler au travers du deuxième orifice pour passer de l'extérieur de l'anneau vers l'intérieur de l'anneau puis à travers le premier orifice pour passer de l'intérieur de l'anneau vers l'extérieur de l'anneau.
Lorsque l'anneau de rétention est muni d'une pluralité de pales, chaque pied de pale est solidarisé d'un pivot et est positionné dans un desdits alésages radiaux. Lors de la rotation de l'ensemble propulsif, chaque pale comprime et expulse de l'air à son pied. Cet air comprimé circule au niveau de la partie supérieure du pied de la pale puis une partie de cet air comprimé passe, via le deuxième orifice, au niveau de la partie inférieure du pied de la pale. Grâce à ce circuit d'air, la partie supérieure et la partie inférieure du pied de la pale sont refroidies. De préférence, ledit premier orifice radial est positionné à l'amont dudit anneau de rétention et ledit deuxième orifice radial est positionné à l'aval dudit anneau de rétention. Selon une réalisation avantageuse de l'anneau de rétention, l'anneau de rétention comporte un cache recouvrant au moins un pied de pale, ledit cache présentant une cavité pour laisser circuler un flux sous ledit anneau de rétention. Grâce à ce cache, lors de la rotation de l'anneau de rétention, un vortex de compression se créé dans le tube radial qui traverse le premier orifice radial amont. Ce vortex de compression aspire l'air se trouvant dans la cavité inférieure, formée par le cache et la surface interne de l'anneau de rétention, pour ensuite l'expulser vers l'extérieur. Le vortex permet en outre d'aspirer l'air extérieur via ledit au moins un deuxième orifice radial aval. En d'autres termes, le vortex de compression permet de faire circuler de l'air en provenance de l'extérieur sous le pied de la pale. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, l'anneau de rétention muni d'au moins un pied de pale selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement réalisables : - ledit cache forme un anneau interne dont la section est en forme de U, la partie supérieure de ladite section en forme de U étant recouverte par ledit anneau de rétention ; - chaque pied de pale est recouvert par un cache ; - pour chaque alésage radial, un premier orifice et un deuxième orifice sont disposés en regard l'un de l'autre, ledit premier orifice et ledit deuxième orifice étant séparés l'un de l'autre par ledit alésage radial ; - ledit deuxième orifice dudit anneau de rétention comporte un diamètre supérieur au diamètre dudit premier orifice, cette caractéristique permettant de limiter les pertes de charge au travers dudit premier orifice ; - ledit tube comporte une longueur supérieure à la longueur dudit deuxième orifice, cette différence de longueur étant nécessaire pour la création dudit vortex de compression. L'invention a également pour objet une turbomachine comportant une double soufflante contrarotative non carénée, cette turbomachine comportant un anneau de rétention selon l'une au moins des réalisations précitées.
Brève description des dessins
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 une hélice comportant un anneau de rétention muni de pales selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente une partie d'une double soufflante contrarotative non carénée comportant deux hélices similaires à celle qui est représentée sur la figure 1 ; - la figure 3 représente une vue partielle d'une hélice muni d'un anneau de rétention conforme à celui de l'invention ; - la figure 4 représente un assemblage possible entre un pied de pale et un pivot de pied de pale ; - la figure 5 représente un agrandissement d'une partie de l'anneau de rétention selon l'invention représenté sur la figure 3 ; - les figures 6A et 6B illustrent deux réalisations possibles de caches permettant la ventilation de la partie inférieure des pieds de pale. 25 30 Description détaillée de modes de réalisation
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 mêmes éléments situés sur différentes figures comportent des références identiques. Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment en référence à l'état de la technique. La figure 3 illustre schématiquement une vue partielle d'une hélice 10 comportant un anneau de rétention 14 muni d'au moins un pied 12 de pale 13. L'hélice 10 est adaptée pour être mise en rotation via un arbre moteur (non représenté) à vitesse rapide, par exemple sur une turbomachine à hélices contrarotatives non carénée d'avion. L'hélice 10 comporte un anneau de rétention 14 muni d'une pluralité d'alésages radiaux 15 comportant chacun un pied 12 de pale 13. De façon non limitative, une pale 13 peut présenter un pied 12 de type queue d'aronde (voir figure 4), dans cette réalisation le pied 12 de la pale 13 est enchâssé dans une rainure R que comporte un pivot 16 de pied 12 de pale 13.
Dans l'exemple représenté sur les figures 3 et 5, chaque pied 12 de pale 13 est solidarisé à un pivot 16, chaque ensemble (pivot 16 et pied 12) étant inséré dans un alésage radial 15. Plus particulièrement, la figure 5 représente un agrandissement d'une partie de la vue partielle illustrée sur la figure 3.
L'anneau de rétention 14 selon l'invention représenté sur la figure 5 comporte : un alésage radial 15, - un premier orifice 17 radial amont , - un deuxième orifice 18 radial aval, - un cache 19; - un tube 20. On entend pour la suite de la description par : - amont AM, l'extrémité de l'anneau de rétention 14 située au niveau du bord d'attaque des pales 13 ; - aval AV, l'extrémité de l'anneau de rétention 14 située au niveau du bord de fuite des pales 13.
Lorsque la pale 13 est soumise à un mouvement de rotation, elle comprime l'air et expulse une partie de cet air à son pied 12. Parallèlement, lors de la rotation de l'anneau de rétention 14, un vortex de compression se créé au sein du tube 20 situé au niveau du premier orifice 17. Ce vortex de compression permet d'aspirer l'air qui se trouve en deçà du pied 12 de la pale 13, puis de forcer l'air extérieur (I.e. à la périphérie de l'anneau de rétention 14) situé au niveau du pied 12 de la palel3, à traverser le deuxième orifice 18 pour se retrouver entre le cache 19 et l'anneau de rétention 14. Cet air est ensuite expulsé vers l'extérieur via le tube 20 de compression.
En d'autres termes, le premier orifice 17 traversé par le tube 20 de compression, le deuxième orifice 18 et le cache 19 permettent de créer un circuit de ventilation refroidissant le pied 12 de pale 13 et le pivot 16. Plus particulièrement, le circuit de ventilation ainsi créé permet de refroidir la partie inférieure du pied 12 de la pale 13.
De façon particulièrement intéressante, le tube 20 situé au niveau du premier orifice 17 amont présente une longueur (ou hauteur) plus importante que la longueur (ou hauteur) du deuxième orifice 18 aval, la longueur (ou hauteur) du deuxième orifice 18 étant formée par l'épaisseur de l'anneau de rétention 14. Cette particularité permet de s'assurer que la compression du vortex de compression, générée par le tube 20, est plus importante que la détente générée par le deuxième orifice 18. Le tube 20 peut par exemple présenter une longueur de l'ordre de 14 cm et un diamètre interne de l'ordre de 1 cm. En résumé, grâce à l'invention, un circuit d'air supérieur As et un circuit d'air inférieur Ai est généré pour refroidir le pied 12 de la pale 13. Le circuit d'air supérieur As est généré par la pale 13 elle-même qui comprime une partie de l'air aval pour le diriger à son pied 12.
Le circuit d'air inférieur Ai est généré par le tube 20 au niveau du premier orifice 17 qui, lorsque l'anneau de rétention 14 est soumis à un mouvement de rotation, créé un vortex de compression permettant d'une part, d'aspirer l'air situé dans la cavité inférieure formée par le cache 19 et d'autre part, de forcer, via le deuxième orifice 18, une partie de l'air se trouvant au pied 12 de la pale 13 à pénétrer dans le cache 19. Dans une réalisation représentée sur la figure 6A, un cache 19 est disposé sous chaque pied 12 de pale 13. Chaque cache 19 peut être solidarisé à l'anneau de rétention 14 par tout moyen comme par exemple par vissage ou par soudage. Dans une autre réalisation représentée sur la figure 6B, un unique cache 19 est utilisé pour protéger l'ensemble des pieds 12 de pale 13. Dans cette réalisation, le cache 19 est formé par un anneau présentant une section en U dont le sommet est recouvert de l'anneau de rétention 14. Il est donc possible d'utiliser un unique premier orifice 17 et un unique deuxième orifice 18 pour créer un circuit de ventilation permettant de ventiler l'ensemble des pieds 12 de pale 13. De façon particulièrement intéressante, chaque alésage radial 15 est entouré d'un premier orifice 17 comportant un tube 20 et d'un deuxième orifice 18. Cette réalisation permet de générer un circuit de ventilation pour chaque pied 12 qui est inséré dans un alésage radial 15. Il s'ensuit que chaque pied 12 est refroidi efficacement. Selon une réalisation non illustrée, le cache 19 possède une section en forme de U comme représenté sur la figure 6B, le cache 19 étant compartimenté en plusieurs cavités de façon à créer une cavité propre pour chaque pied 12 de pale 13. Chaque partie de l'anneau de rétention 14 recouvrant une cavité comporte un alésage radial 15, un premier orifice 17 et un deuxième orifice 18. Cette modalité permet d'utiliser un unique cache 19 pour l'ensemble des pieds 12 de pale 13 dont est muni l'anneau de rétention 14 et de favoriser un écoulement d'air optimal sous chaque pied 12 de pale 13.
L'invention a été plus particulièrement décrite dans le cadre des turbomachines comportant une double soufflante contrarotatives non carénée. Toutefois, il est entendu que l'anneau de rétention selon l'invention s'applique à tout type d'hélice que comporte les avions ou de façon plus générale tout type d'hélice fonctionnant dans un environnement à température élevée. L'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'anneau de rétention 14 selon l'invention, notamment en ce qui concerne la forme du cache 19, le nombre de premier orifice 17 et/ou de deuxième orifice 18 sans pour autant sortir du cadre de l'invention susmentionnée.10

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Anneau de rétention (14) présentant, sur sa périphérie, une pluralité d'alésages radiaux (15), chacun desdits alésages (15) étant apte à recevoir un pied (12) de pale (13), ledit anneau de rétention (14) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un premier orifice (17) radial traversé par un tube (20) de compression et au moins un deuxième orifice (18) radial, ledit au moins premier orifice (17) radial et ledit au moins deuxième orifice (18) radial étant séparés l'un de l'autre par au moins un des alésages de ladite pluralité d'alésages radiaux (15).
  2. 2. Anneau de rétention (14) selon la revendication précédente caractérisé en ce que : - ledit premier orifice (17) radial est positionné à l'amont dudit anneau de rétention (14) ; - ledit deuxième orifice (18) radial est positionné à l'aval dudit anneau de rétention (14).
  3. 3. Anneau de rétention (14) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un cache (19) recouvrant au moins un pied (12) de pale (13), ledit cache (19) présentant une cavité pour laisser circuler un flux sous ledit anneau de rétention (14).
  4. 4. Anneau de rétention (14) selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit cache (19) forme un anneau interne dont la section est en forme de U, la partie supérieure de ladite section en forme de U étant recouverte par ledit anneau de rétention (14).
  5. 5. Anneau de rétention (14) selon la revendication 3 caractérisé en ce chaque pied (12) est recouvert par un cache (19).
  6. 6. Anneau de rétention (14) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que pour chaque alésage radial (15), un premier orifice (17) et un deuxième orifice (18) sont disposés en regard l'un de l'autre, ledit premier orifice (17) et ledit deuxième orifice (18) étant séparés l'un de l'autre par ledit alésage radial (15).
  7. 7. Anneau de rétention (14) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit deuxième orifice (18) dudit anneau de rétention (14) comporte un diamètre supérieur au diamètre dudit premier orifice (17).
  8. 8. Anneau de rétention (14) selon l'une des revendications précédente caractérisé en ce que ledit tube (20) présente une longueur supérieure à la longueur dudit deuxième orifice (18). 15
  9. 9. Turbomachine comportant une double soufflante contrarotative non carénée caractérisée en ce qu'elle comporte un anneau de rétention (14) selon l'une au moins des revendications précédentes.10
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