FR3021030A1 - Pale a ancrage securise en translation radiale, helice, turbomachine et aeronef - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une pale comprenant une portion aérodynamique (21) et un assemblage de la portion aérodynamique à un pied de pale retenant la portion aérodynamique selon une direction radiale (23). Le pied de pale comprend au moins une restriction de passage selon au moins une direction de rétention orthogonale à la direction radiale, présentant une largeur restreinte permettant le passage de la portion aérodynamique (21). La base de la portion aérodynamique (21) présente un encombrement hors tout strictement supérieur à ladite largeur restreinte, de sorte qu'en cas de rupture de l'assemblage, la base est susceptible de venir en butée contre la restriction de passage de façon à retenir la portion aérodynamique (21) dans le pied de pale (20).

Description

PALE À ANCRAGE SECURISÉ EN TRANSLATION RADIALE, HÉLICE, TURBOMACHINE ET AÉRONEF L'invention concerne une pale, notamment une pale de machine tournante, notamment de turbomachine.

L'invention concerne plus particulièrement une pale d'hélice de propulsion et/ou de sustentation d'un aéronef et/ou de contrôle en lacet. L'invention concerne aussi une hélice, notamment une hélice de turbomachine d'aéronef, comprenant au moins une pale selon l'invention, ainsi qu'une turbomachine et un aéronef.

En particulier l'invention propose une pale d'hélice dont la fixation dans un moyeu d'hélice est améliorée et notamment sécurisée. Une pale d'hélice est fixée dans un moyeu d'hélice par le pied de pale qui présente des moyens d'ancrage dans le moyeu selon un axe longitudinal de la pale, donc selon un axe radial du moyeu. Souvent le pied de pale comprend une fourrure d'ancrage assurant une jonction mécanique et un ancrage dans le moyeu, et une fixation à la portion aérodynamique de la pale. En outre, les pales de turbomachines sont soumises à des efforts très importants, de sorte que l'assemblage de la portion aérodynamique au pied de pale doit être suffisamment résistant pour à la fois retenir la pale dans le moyeu, transmettre le mouvement du moyeu aux pales et transmettre les efforts des pales au moyeu (propulsion de l'aéronef notamment). Le pied de pale et plus particulièrement la fourrure d'ancrage et la fixation de la portion aérodynamique au pied de pale sont donc soumis à de fortes contraintes - notamment lors de fortes accélérations - et à des niveaux de vibration élevés. Ils sont en outre soumis à des efforts importants de façon continue et prolongée lors de vols longs, et à des chocs en cas de collisions d'une pale avec un oiseau par exemple. En cas de rupture de l'assemblage de la portion aérodynamique dans le pied de pale, alors que l'hélice est en rotation, une partie de 30 la pale est parfois libérée, ce qui peut avoir des conséquences graves pour l'aéronef et ses occupants, ou pour des personnes et des édifices au sol.

FR2984847 décrit une pale dont une portion aérodynamique est fixée dans une fourrure d'ancrage du pied de pale elle-même ancrée radialement par rapport au moyeu. Dans une telle pale l'ancrage principal de la portion aérodynamique au pied de pale est assuré par un jeu de goupilles et de boucles d'emplanture. Un ancrage secondaire redondant est assuré, en cas de rupture de l'ancrage principal, par une goupille additionnelle montée avec un jeu dans une boucle d'emplanture additionnelle. Cependant, la fabrication et le montage d'une telle pale sont complexes donc longs et coûteux du fait du nombre élevé de boucles d'emplantures et de goupilles d'emplantures à y monter. En outre l'ancrage secondaire assurant la sécurité n'est pas fonctionnel en fonctionnement normal et grève donc le poids et le coût de la pale. L'invention vise donc à pallier ces inconvénients. L'invention vise à proposer une pale dans laquelle l'ancrage 15 de la portion aérodynamique dans le pied de pale est assuré, même en cas de rupture de l'assemblage principal de la portion aérodynamique dans le pied de pale. L'invention vise également à proposer une telle pale qui soit de montage simple et rapide. L'invention vise à proposer une telle pale qui soit sûre et 20 fiable. L'invention vise en outre à proposer une telle pale qui soit de fabrication facile. L'invention vise également à proposer une telle pale dont le poids et le coût ne sont pas sensiblement modifiés par la solution technique assurant 25 la sécurité d'ancrage en cas de rupture. Dans tout le texte, on désigne de façon traditionnelle par "extrados" l'une des deux faces principales d'une pale adaptée pour créer une aspiration de la pale par l'air circulant le long de l'extrados, du bord d'attaque vers le bord de fuite de la pale. De même, on désigne par "intrados" la face principale 30 opposée à l'extrados adaptée pour créer une poussée de la pale par l'air circulant le long de l'intrados, du bord d'attaque vers le bord de fuite de la pale.

Dans tout le texte on désigne par "corde" une direction passant par le bord d'attaque et le bord de fuite de la pale. De même on désigne par "longitudinale" une direction sensiblement parallèle à une droite reliant le pied de pale à l'extrémité libre de la pale. L' "envergure" de la pale représente la distance maximale entre le pied de pale et l'extrémité libre de la pale. De plus, on désigne par "épaisseur" la distance en tout point entre l'extrados et l'intrados. L'invention concerne donc une pale comprenant : - un pied de pale, - une portion aérodynamique dont une partie, dite base, s'étend jusque dans le pied de pale, - un assemblage, dit assemblage de pied de pale, de la portion aérodynamique au pied de pale retenant la portion aérodynamique selon une direction, dite direction radiale, correspondant à une direction centrifuge lorsque la pale est entraînée en rotation avec le pied de pale ancré à un moyeu tournant, caractérisée en ce que : - le pied de pale comprend au moins une restriction de passage selon au moins une direction, dite direction de rétention, orthogonale à la direction radiale, ladite restriction de passage présentant, selon ladite direction de rétention, une dimension, dite largeur restreinte, permettant le passage de la portion aérodynamique à travers la restriction de passage, - la base s'étend radialement à l'intérieur par rapport à ladite restriction de passage, et présente un encombrement hors tout selon ladite direction de rétention strictement supérieur à ladite largeur restreinte, de sorte qu'en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale, la base est susceptible 25 de venir en butée selon ladite direction radiale contre la restriction de passage de façon à retenir la portion aérodynamique dans le pied de pale au moins selon ladite direction radiale. Dans tout le texte, on désigne ainsi par "radiale" une direction radiale par rapport à un axe tournant d'un moyeu dans lequel la pale selon 30 l'invention est destinée à être montée par le pied de pale, correspondant à la direction des efforts centrifuges. On qualifie donc de "radialement intérieur" ou "proximal" un élément situé du côté du moyeu selon une direction radiale du moyeu, et de "radialement extérieur" ou "distal" un élément situé du côté opposé au moyeu selon une direction radiale du moyeu. Dans une pale selon l'invention, la base s'étend radialement à 5 l'intérieur (du côté proximal) par rapport à une restriction de passage du pied de pale, tandis que la portion aérodynamique s'étend à travers la restriction de passage et radialement à l'extérieur de ladite restriction de passage. Dans certains modes de réalisation avantageux et selon l'invention, le pied de pale est par ailleurs agencé de façon à loger la base. Ainsi, 10 avantageusement et selon l'invention, le pied de pale présente à l'opposé de la portion aérodynamique par rapport à ladite restriction de passage (c'est-à-dire du côté proximal) et selon ladite direction de rétention, une dimension, dite largeur proximale, supérieure à ladite largeur restreinte, et la base a un encombrement hors tout selon ladite direction de rétention qui est inférieur à ladite largeur proximale. 15 Plus particulièrement, avantageusement et selon l'invention, le pied de pale comprend un logement de réception de la base délimité du côté de la portion aérodynamique par au moins une restriction de passage selon au moins une direction de rétention, ledit logement de réception présentant, selon ladite direction de rétention, une dimension, dite largeur du logement, supérieure à ladite largeur 20 restreinte, et la base a un encombrement hors tout selon ladite direction de rétention qui est inférieur à ladite largeur du logement de façon à pouvoir être logée dans ce logement de réception. Une restriction de passage d'une pale selon l'invention peut être ménagée uniquement selon une seule direction de rétention ou principalement 25 selon une seule direction de rétention. Au contraire, une restriction de passage d'une pale selon l'invention peut être ménagée selon un secteur angulaire autour de la direction radiale, voire sur une périphérie complète du pied de pale. Elle forme un col susceptible de retenir la portion aérodynamique en évitant son éjection centrifuge en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale. 30 Par ailleurs, avantageusement, une pale selon l'invention est caractérisée en ce que : - le pied de pale présente une ouverture de montage ayant une dimension, dite largeur d'ouverture, selon toute direction, dite direction tangentielle, orthogonale à la direction radiale, qui est supérieure à l'encombrement hors tout de la base, de sorte que la base peut être montée dans le pied de pale par passage selon la direction radiale à travers l'ouverture de montage, - au moins une restriction de passage selon une direction de rétention est une restriction de la largeur d'ouverture selon ladite direction de rétention. Il est à noter que la direction radiale passe par l'ouverture de montage. La largeur d'ouverture est supérieure à l'encombrement hors tout de la base selon ladite direction tangentielle de façon à permettre le passage de la base à travers cette ouverture lors du montage de la portion aérodynamique, la base étant alors logée dans l'espace -notamment dans le logement de réception formé par le pied de pale- situé radialement à l'intérieur de ladite restriction de passage. D'autres modes de réalisation sont néanmoins possibles dans lesquels le montage de la portion aérodynamique dans le pied de pale ne se fait pas par passage à travers une ouverture de montage, par exemple dans le cas où le pied de pale est formé de deux pièces assemblées l'une à l'autre autour de la base selon un plan de joint contenant la direction radiale. La portion aérodynamique présente une surface 20 aérodynamique apte à exercer des efforts sur de l'air. Le pied de pale est avantageusement adapté pour pouvoir assurer un ancrage radial de la pale dans un moyeu, notamment dans un fût radial d'un moyeu d'hélice. Cependant, l'ancrage du pied de pale dans un moyeu est avantageusement uniquement radial pour permettre une rotation de la pale autour de 25 son axe longitudinal (autour d'un axe radial du moyeu) afin d'autoriser le réglage du pas de la pale au sol et en vol, notamment le réglage automatique par un dispositif de réglage monté dans le moyeu de l'hélice et relié au pied de pale. Avantageusement et selon l'invention la base présente au moins un renflement de sécurité définissant l'encombrement hors tout de la base 30 selon au moins une direction de rétention. Au moins un renflement de sécurité de la base s'étend donc au moins selon une direction selon laquelle le pied de pale présente une restriction de passage. La base avec un tel renflement de sécurité fait partie intégrante de la portion aérodynamique et est à ce titre exempte d'organe mobile. Un tel renflement de sécurité est formé structurellement par une portion de la base, plus large que la restriction de passage, selon la direction de rétention au moins. Ainsi, une pale selon l'invention ne comprend aucun élément mobile ou démontable dans la portion aérodynamique, de sorte que la pale est à la fois simple à fabriquer et à entretenir, et aussi moins sensible aux vibrations. Avantageusement et selon l'invention, les dimensions d'un tel renflement de sécurité sont plus importantes selon toutes les directions orthogonales 10 à la direction radiale, que la dimension minimale (largeur restreinte) de la restriction de passage selon au moins une direction orthogonale à la direction radiale. Le renflement de sécurité et la restriction de passage sont adaptés pour pouvoir retenir radialement la portion aérodynamique dans le pied de pale à l'encontre de forces centrifuges. En particulier le renflement de sécurité et la 15 restriction de passage sont dimensionnés pour pouvoir supporter l'inertie de la portion aérodynamique en rotation, pour l'accélération et la vitesse en rotation maximales, compte tenu des conditions d'utilisation, notamment sur une hélice de turbomachine. Le renflement de sécurité et la restriction de passage sont dimensionnés notamment en fonction du matériau de la portion aérodynamique et 20 de sa masse, de façon à assurer un ancrage radial de la portion aérodynamique par rapport au pied de pale en conditions de vol en cas de rupture de l'assemblage au pied de pale. En particulier, la différence entre une dimension du renflement selon la direction de rétention et une dimension de la restriction de passage, dite largeur restreinte, est comprise entre 0,5mm et 10cm. Celle-ci est ajustée en fonction de 25 différents critères dont notamment les dimensions de la pale, en particulier son envergure et son épaisseur, sa masse, son matériau, la forme et le matériau des butoirs, etc. Le renflement de sécurité et la restriction de passage sont donc en mesure d'assurer un ancrage de la portion aérodynamique par rapport au 30 pied de pale en cas de rupture partielle ou complète de l'assemblage de pied de pale.

Des conditions normales de fonctionnement de la pale sont entendues de conditions dans lesquelles l'assemblage de pied de pale est intègre et assure un ancrage de la portion aérodynamique dans le pied de pale au moins selon ladite direction radiale et avantageusement par un blocage selon toutes les directions 5 de translation et axes de rotation nécessaires pour le bon fonctionnement de l'hélice. De plus, avantageusement et selon l'invention, le pied de pale comprend, dans l'ouverture de montage : - un premier butoir, dit butoir intrados, disposé du côté d'un intrados de la portion aérodynamique, 10 - un deuxième butoir, dit butoir extrados, disposé du côté d'un extrados de la portion aérodynamique, le butoir intrados et le butoir extrados formant (entre eux) ladite restriction de passage. Avantageusement et selon l'invention, les butoirs sont des 15 pièces rapportées sur le pied de pale et fixées rigidement au pied de pale. Les butoirs sont avantageusement assemblés de façon amovible au pied de pale. De plus, l'ouverture de montage, en l'absence des butoirs rapportés formant la restriction de passage, est de dimensions adaptées pour autoriser l'insertion de la base de la portion aérodynamique dans le pied de pale par 20 l'ouverture de montage. Ainsi, la base de la portion aérodynamique peut être introduite simplement par l'ouverture de montage avant de fixer les butoirs. Le montage de la pale est donc simple. Avantageusement et selon l'invention, au moins l'un des butoirs intrados et extrados est démontable par l'extérieur du pied de pale. De la 25 sorte, le démontage de la pale est aussi possible simplement. Par exemple au moins l'un des butoirs est fixé au pied de pale par des vis dont les têtes sont en butées sur une face extérieure du pied de pale. De nombreux autres moyens de fixation peuvent être envisagés. Avantageusement, une pale selon l'invention comprend en 30 outre au moins un organe, dit tampon, entre la portion aérodynamique et le butoir intrados, et au moins un organe, dit tampon, entre la portion aérodynamique et le butoir extrados, chaque tampon étant adapté pour assurer localement un blocage de la portion aérodynamique au moins selon ladite direction de rétention. De plus, avantageusement et selon l'invention, chaque tampon est monté avec une contrainte en compression entre la portion aérodynamique et l'un desdits butoirs, ladite contrainte en compression étant adaptée pour que toute fréquence de résonance de la pale soit distincte de fréquences d'excitations mécaniques dans des conditions d'utilisations de la pale. En particulier, le matériau et la contrainte en compression sont choisis pour que chaque fréquence de résonance de la pale soit éloignée des valeurs 10 des fréquences des excitations mécaniques dans des conditions de fonctionnement de la pale, c'est-à-dire par exemple en vol dans le cas d'une pale d'aéronef. Lesdits tampons permettent d'assurer un contact intime entre chaque butoir et une surface de la portion aérodynamique en regard dudit butoir. En effet, lesdits tampons sont choisis dans un matériau suffisamment déformable 15 localement pour pouvoir compenser tout défaut de surface de la portion aérodynamique, notamment pour compenser des tolérances de fabrication en planéité. Cela permet de répartir ladite contrainte de compression sur une portion de surface de la portion aérodynamique de façon homogène sur cette portion de surface. 20 En outre, les tampons sont choisis dans un matériau adapté pour avoir une raideur en compression très supérieure à une raideur en cisaillement. Ainsi, ils assurent un maintien de la portion aérodynamique par rapport au pied de pale, mais n'empêchent pas le déplacement de la pale selon la direction radiale, par exemple sous l'effet d'un déplacement et/ou d'une déformation selon cette direction 25 lorsqu'elle subit des forces centrifuges en fonctionnement, ou en cas de rupture de l'assemblage au pied de pale. Les tampons sont avantageusement réalisés dans un matériau viscoélastique. Ainsi, le matériau absorbant peut être choisi par exemple parmi les matériaux élastomères. 30 Le matériau de chaque tampon étant viscoélastique, les tampons sont donc adaptés pour pouvoir absorber des vibrations entre la portion aérodynamique et chaque butoir (respectivement intrados et extrados). Le tampon (en particulier son matériau et ses dimensions) et la contrainte en compression sont en particulier adaptés pour que toute fréquence de résonance soit éloignée des fréquences des vibrations de la pale en fonctionnement.

Le matériau des tampons est en particulier un matériau de raideur en compression inférieure à la raideur en compression de la portion aérodynamique - notamment d'une peau formant l'intrados et l'extrados de la portion aérodynamique - et inférieure à la raideur en compression des butoirs.

Lesdits tampons peuvent être montés entre les butoirs et la portion aérodynamique selon différents modes : par collage sur un butoir ou sur la partie aérodynamique, par pose simple - étant alors maintenus par la contrainte de compression et les frottements sur la portion aérodynamique et le butoir -, par assemblage de formes conjuguées du tampon et du butoir, etc.

Le montage de chaque tampon entre un butoir et la portion aérodynamique est adapté pour permettre un démontage de la portion aérodynamique par rapport aux butoirs, en particulier un démontage sans opération particulière de séparation du tampon de la portion aérodynamique ou du butoir. De plus, une pale selon l'invention comprend 20 avantageusement en outre, entre la portion aérodynamique et chaque butoir un organe déformable adapté pour pouvoir absorber au moins partiellement l'énergie d'un choc subit par ladite portion aérodynamique. Cet organe absorbant est adapté pour absorber des chocs d'amplitude importante, par exemple des chocs de la portion aérodynamique avec 25 des objets étrangers tels que des oiseaux par exemple. Cet organe est par exemple formé d'une couche de matériau déformable plastiquement. Cette couche de matériau déformable plastiquement est par exemple disposée entre chaque tampon et chaque butoir, ou entre la portion aérodynamique et chaque tampon, ou entre deux portions de chaque butoir, ou entre 30 le butoir et une fourrure d'ancrage.

Cependant, avantageusement et selon l'invention, le tampon est choisi dans un matériau viscoélastique adapté pour assurer, outre les fonctions déjà décrites du tampon, la fonction d'un tel organe absorbant. Avantageusement et selon l'invention, le butoir intrados et le 5 butoir extrados forment une restriction de passage de section décroissante selon la direction radiale en direction d'une extrémité libre de la pale. En outre, la base de la portion aérodynamique, et plus particulièrement le renflement de sécurité, présente une forme complémentaire de la restriction de passage. Avantageusement cette forme est parallélépipédique à profil 10 trapézoïdal par une coupe selon un plan, dit plan longitudinal, contenant la direction radiale et la direction de rétention, de sorte que les efforts exercés par la portion aérodynamique selon la direction radiale sont transmis par les butoirs à une fourrure d'ancrage du pied de pale selon la direction de rétention orthogonale à la direction radiale. 15 Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention, la pale présente un jeu strictement positif (non nul) selon la direction radiale entre le renflement de sécurité et la restriction de passage. Ainsi, dans des conditions normales de fonctionnement de la pale, seul l'assemblage de pied de pale assure un ancrage radial de la portion aérodynamique dans le pied de pale. 20 Avantageusement et selon l'invention, le pied de pale comprend une fourrure d'ancrage adaptée pour pouvoir être montée dans un moyeu d'hélice. Le pied de pale comprend une fourrure d'ancrage assurant l'assemblage du pied de pale au moyeu en coopération avec un fût de moyeu et 25 l'assemblage de pied de pale en coopération avec la portion aérodynamique. La fourrure d'ancrage présente des moyens d'ancrage au moyeu. La fourrure d'ancrage présente des moyens de fixation de la portion aérodynamique au pied de pale adaptés pour former ledit assemblage de pied de pale. L'assemblage de pied de pale, c'est-à-dire l'assemblage de la 30 portion aérodynamique au pied de pale peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation, et peut être effectué notamment par serrage et/ou par assemblage de formes et/ou par assemblage par pièces rapportées (boulons, vis, ...) et/ou par collage et/ou par brasage et/ou par soudure et/ou par traitement thermique permettant une fusion de leurs matériaux respectifs aux interfaces, etc. Avantageusement l'assemblage de pied de pale interdit tout 5 mouvement relatif du pied de pale et de la portion aérodynamique de sorte qu'il assure une fixation complète du pied de pale et de la portion aérodynamique. Ainsi, le pied de pale assure à la fois un blocage radial de la portion aérodynamique par rapport à un moyeu notamment pour la retenir lorsque qu'elle est en rotation, et un blocage en rotation autour de l'axe longitudinal de la pale (radial par rapport au 10 moyeu) pour transmettre et maintenir un réglage du pas de la pale. Avantageusement, une pale selon l'invention est aussi caractérisée en ce que : - la base de la portion aérodynamique comprend au moins une boucle d' emplanture, 15 - l'assemblage de pied de pale comprend au moins une goupille d'emplanture pour chaque boucle d'emplanture : - traversant ladite boucle d'emplanture, - fixement assemblée au pied de pale. De plus, la restriction de passage est avantageusement décalée 20 le long de la direction radiale par rapport à l'assemblage de pied de pale. Dans certains modes de réalisation de l'invention en effet, l'assemblage de pied de pale est une liaison pivot. Tel est notamment le cas lorsque l'assemblage comprend une goupille d'emplanture traversant une unique boucle d'emplanture d'axe orthogonal à la direction radiale, de sorte que la portion 25 aérodynamique est bloquée en translation selon la direction radiale, et en rotation autour de la direction radiale, mais de sorte qu'elle est libre en rotation autour de l'axe de la liaison pivot ainsi formée. Ainsi, la restriction de passage étant décalée le long de la direction radiale par rapport à l'assemblage de pied de pale, les butoirs et leurs 30 tampons bloquent la portion aérodynamique en rotation autour de l'axe de la liaison pivot, et reprennent les moments de flexion et les efforts tranchants de la portion aérodynamique. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans la mesure où l'axe de la goupille d'emplanture est avantageusement orthogonal à l'épaisseur (parallèle à la corde) de la portion aérodynamique, de sorte que la portion aérodynamique subit un couple élevé autour de cet axe, les efforts aérodynamiques s'exerçant principalement sur l'intrados et l'extrados. L'assemblage de pied de pale selon l'invention comprend avantageusement au moins une goupille d'emplanture pour chaque boucle 10 d'emplanture. Plus particulièrement, il comprend avantageusement une seule goupille d'emplanture traversant chaque boucle d'emplanture. Chaque goupille d'emplanture est ancrée - par exemple par ses extrémités - dans le pied de pale, notamment avantageusement dans la fourrure d'ancrage. Par exemple, une goupille d'emplanture peut être un boulon traversant 15 de part en part la fourrure d'ancrage, serré de chaque côté de la fourrure d'ancrage. Avantageusement et selon l'invention, la pale - et plus particulièrement la portion aérodynamique - comprend une unique boucle d'emplanture traversée par une unique goupille d'emplanture. Le montage et le démontage, donc la fabrication d'une pale et l'entretien d'une pale, d'une hélice, 20 d'une turbomachine et d'un aéronef selon l'invention sont donc simples. La boucle d'emplanture est avantageusement formée à l'extrémité longitudinale proximale de la portion aérodynamique, dans la base. Avantageusement et selon l'invention, au moins une boucle d'emplanture forme un renflement de sécurité. 25 La boucle d'emplanture est avantageusement disposée radialement à l'intérieur par rapport à la restriction de passage. Ainsi, l'assemblage de pied de pale est disposé radialement à l'intérieur par rapport à la restriction de passage. La boucle d'emplanture agencée pour permettre le passage 30 d'une goupille d'emplanture à travers la base de la portion aérodynamique définit une zone de la base de la portion aérodynamique qui présente la plus grande largeur transversalement à la goupille d'emplanture. La boucle d'emplanture assure ainsi une double fonction d'ancrage de la portion aérodynamique dans le pied de pale en fonctionnement normal et de renflement de sécurité en fonctionnement dégradé, c'est-à-dire en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale.

Autrement dit, la boucle d'emplanture présente un encombrement hors tout selon au moins une direction de rétention qui est supérieur à la largeur restreinte d'au moins une restriction de passage selon cette direction de rétention. Dans certains modes de réalisation avantageux, selon l'invention, au moins une goupille d'emplanture présente un encombrement selon au moins une direction de rétention (c'est-à-dire une largeur) qui est supérieur à la largeur restreinte d'au moins une restriction de passage selon cette direction de rétention. En effet, une goupille d'emplanture est formée d'un matériau rigide et résistant, de sorte qu'en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale, la goupille d'emplanture en butée contre la restriction de passage (avec une épaisseur de la boucle d'emplanture interposée entre la goupille et la restriction de passage) retient la portion aérodynamique avec efficacité et sûreté. La rupture de l'assemblage de pied de pale peut être due en particulier à une rupture de la fourrure d'ancrage aux points d'ancrage de la goupille d'emplanture et/ou d'une rupture de la goupille d'emplanture, et/ou d'une rupture 20 de la boucle d'emplanture. De plus, avantageusement, une pale selon l'invention, comprend au moins un insert disposé dans au moins une boucle d'emplanture, ledit insert présentant une douille de réception d'une goupille d'emplanture formant un axe de l'assemblage de pied de pale. 25 L'insert est inséré dans la boucle d'emplanture et présente des dimensions extérieures correspondant aux dimensions intérieures de la boucle d'emplanture, qu'il peut imposer au moins pour partie. Avantageusement et selon l'invention, l'insert est assemblé à la boucle d'emplanture, par exemple par collage et/ou thermocollage et/ou copolymérisation et/ou soudure et/ou assemblage et/ou 30 brasage etc. Avantageusement et selon l'invention, l'insert est une pièce rigide en compression, c'est-à-dire non déformable sous l'effet des contraintes qu'il peut subir en fonctionnement, notamment du fait des efforts appliqués par la boucle d'emplanture sur cet insert. L'insert assure ainsi un maintien en forme de la base - notamment de la boucle d'emplanture - de la portion aérodynamique. Les dimensions intérieures de la douille de l'insert 5 correspondent avantageusement aux dimensions extérieures de la goupille d'emplanture qui est logée dans cette douille. L'insert assure avantageusement la liaison mécanique entre la boucle d'emplanture et la goupille d'emplanture. En particulier, il assure un ancrage selon la direction radiale au moins de la portion aérodynamique par rapport à la 10 goupille d'emplanture. Avantageusement et selon l'invention lorsque la base de la portion aérodynamique comprend plusieurs boucles d'emplantures, chaque boucle d'emplanture comprend un insert. Une pale selon l'invention est en outre avantageusement 15 caractérisée en ce que la portion aérodynamique est au moins pour partie en matériau composite comprenant au moins une majorité de fibres unidirectionnelles selon la direction radiale et s'enroulant dans la base de la portion aérodynamique autour dudit insert pour former au moins une boucle d'emplanture. Avantageusement et selon l'invention, l'insert peut être formé 20 d'un matériau métallique ou synthétique, en particulier d'un matériau composite. Dans tout le texte, on désigne par "matériau composite" tout matériau solide synthétique hétérogène associant au moins deux phases. Ce terme désigne notamment un matériau comprenant au moins un renfort fibreux et au moins une matrice, le renfort fibreux, formé d'un premier matériau, étant adapté 25 pour conférer principalement des propriétés de résistance mécanique (au moins en traction et/ou en flexion et/ou en cisaillement) audit matériau composite, et la matrice, formée d'au moins un deuxième matériau polymère, assurant la mise en forme, protégeant le renfort et lui transmettant certaines sollicitations, et pouvant participer à la résistance mécanique en compression et/ou en torsion. 30 Le fait de disposer des fibres unidirectionnelles formant le renfort fibreux d'un matériau composite constituant au moins pour partie la portion aérodynamique dans le sens de l'envergure permet d'optimiser la résistance de la portion aérodynamique aux efforts provoquant des flexions de la pale. De plus, ces fibres unidirectionnelles disposées selon un enroulement autour de la goupille d'emplanture selon la forme de la boucle d'emplanture confèrent une très grande résistance à l'assemblage de pied de pale. Avantageusement et selon l'invention, lesdites fibres unidirectionnelles sont choisies dans le groupe formé des fibres de carbone, des fibres aramides, des fibres carbone-aramides, des fibres de verre, des fibres naturelles telles que les fibres de chanvre ou de bambou, de fibres métalliques, et de leurs mélanges. D'autres fibres peuvent être utilisées conformément à l'invention. Toutes longueurs de fibres peuvent être envisagées, le cas échéant en mélanges. Avantageusement et selon l'invention, la portion aérodynamique comprend une membrure et une enveloppe creuse, ladite membrure étant disposée dans l'enveloppe creuse. L'enveloppe creuse assure la fonction aérodynamique de la pale. En particulier, l'enveloppe creuse forme l'intrados et l'extrados et permet un écoulement de fluide, notamment d'air, autour de la pale. La membrure assure le maintien de la forme de l'enveloppe creuse et son ancrage dans le pied de pale. La membrure comprend par exemples des longerons et/ou des nervures. L'enveloppe creuse et la membrure sont avantageusement en matériau composite. Avantageusement et selon l'invention, chacune des parties de la pale est formée en un matériau composite. Rien n'empêche cependant de prévoir éventuellement qu'au moins une partie de pale, par exemple le pied de pale, soit formée en un matériau non composite, par exemple en un alliage métallique.

De plus, avantageusement et selon l'invention, les différentes parties de la pale formées en matériau(x) composite(x) ont une matrice polymère principalement constituée d'au moins un composé appartenant à une même famille chimique, qui est donc commune à la matrice polymère du(des) matériau(x) composite(s) constituant ces différentes parties. Avantageusement et selon l'invention, les différentes parties de la pale formées en matériau(x) composite(x) comportent la même matrice polymère.

Avantageusement et selon l'invention, chaque matrice polymère est choisie dans le groupe formé des résines époxydes, des résines polyuréthannes, des résines phénoliques, des résines polyesters, des cyanates esters, des résines vinylesters, des résines bismaléimides (BMI),des thermoplastiques, et de leurs mélanges. D'autres exemples sont possibles. L'invention s'étend aussi à une hélice de turbomachine comprenant au moins une pale selon l'invention. Une pale selon l'invention peut en particulier avantageusement être utilisée sur une hélice de turbomachine d'aéronef, en multiples exemplaires. Ainsi une hélice de turbomachine selon l'invention comporte avantageusement au moins deux pales, notamment avantageusement entre trois et huit pales selon l'invention. Une hélice selon l'invention comprend aussi avantageusement un moyeu central entraîné par un moteur, et en général un dispositif de contrôle en continu du pas des pales. Le moyeu central présente une pluralité de fût radiaux répartis radialement autour du moyeu et dans chacun desquels un pied de pale comprenant une fourrure d'ancrage est monté. En particulier une hélice selon l'invention comportant une pluralité de pales selon l'invention peut être avantageusement montée sur tout type de turbomachines.

Une hélice selon l'invention tire parti des avantages des pales selon l'invention et est donc notamment particulièrement sûre et simple à entretenir, permettant également un remplacement aisé de chaque pale. L'invention s'étend aussi à une turbomachine comprenant au moins une hélice selon l'invention. Une turbomachine selon l'invention comporte avantageusement une, ou plusieurs hélices selon l'invention. Lorsque la turbomachine comporte une pluralité d'hélices selon l'invention, ces dernières peuvent par exemple être contrarotatives. L'invention s'étend aussi à un aéronef comprenant au moins une turbomachine selon l'invention. Un aéronef comprenant une ou plusieurs 30 turbomachines à hélices comprenant des pales selon l'invention est particulièrement avantageux. Un tel aéronef est particulièrement sûr grâce au renflement de sécurité et à la restriction de passage, capables d'empêcher l'éjection d'une pale en cas de rupture de son assemblage de pied de pale. L'aéronef comprend avantageusement une ou plusieurs turbomachines selon l'invention.

L'entretien d'un tel aéronef est aussi facilité grâce à une ou plusieurs pales selon l'invention. L'invention concerne également une pale d'hélice, une hélice de turbomachine, une turbomachine et un aéronef caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective du pied et d'une portion aérodynamique d'une pale selon un mode de réalisation conforme à 15 l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe par un plan radial orthogonal à l'axe de la goupille d'emplanture de la pale de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique en coupe par un plan radial comprenant l'axe de la goupille d'emplanture de la pale de la figure 1. 20 Une pale d'hélice de turbomachine d'avion selon l'invention présentée sur les figures comprend un pied de pale 20 et une portion aérodynamique 21 dont une partie, dite base, s'étend dans le pied de pale, la portion aérodynamique 21 passant par une ouverture, dite ouverture de montage 27, du pied de pale. Le pied de pale 20 comprend une fourrure d'ancrage 22 25 creuse et de forme globalement cylindrique autour d'une direction radiale 23 correspondant à une direction des efforts centrifuges appliqués sur la pale lorsqu'elle est entraînée en rotation avec le pied de pale ancré à un moyeu tournant. La direction radiale correspond donc sensiblement à l'envergure de la pale. La fourrure d'ancrage 22 présente, selon la direction radiale 23, une extrémité 30 proximale fermée par un couvercle 29 et une extrémité distale ouverte formant ladite ouverture de montage 27.

Le pied de pale 20 comprend en outre un butoir intrados 24 et un butoir extrados 25 montés de façon amovible sur la fourrure d'ancrage, par exemple par des vis 28, dans l'ouverture de montage 27, de façon à en restreindre la largeur et à former une restriction de passage 30 selon une direction, dite direction de rétention 38, orthogonale à la direction radiale 23. Dans toute la suite, le terme largeur et ses dérivés se réfèrent, sauf indication contraire, à une dimension selon la direction de rétention 38. La restriction de passage 30 présente donc une largeur restreinte par rapport à la largeur de l'ouverture de montage 27 selon la direction de rétention 38.

La fourrure d'ancrage 22 forme un logement 40 de réception de la base de la portion aérodynamique 21, les dimensions internes de ce logement 40 de réception étant adaptées pour permettre de loger cette base dans le logement 40. En particulier, la largeur du logement 40 de réception est supérieure ou égale à l'encombrement hors tout en largeur de la base de la portion aérodynamique 21. Le logement 40 de réception est délimité radialement vers l'extérieur par la restriction de passage 30. L'ouverture de montage 27 présente également de préférence des dimensions internes adaptées pour permettre le passage de la base à travers l'ouverture de montage 27 lorsqu'elle est mise en place dans le logement 40 de réception. En particulier, l'ouverture de montage 27 présente une largeur selon la direction de rétention 38 qui est supérieure à l'encombrement hors tout en largeur de la base de la portion aérodynamique 21. La base de la portion aérodynamique 21 s'étend donc radialement à l'intérieur par rapport à la restriction de passage 30, et présente un renflement de sécurité 31 de dimension extérieure 32 (encombrement hors tout en largeur) selon ladite direction de rétention 38 strictement supérieure à la largeur restreinte de la restriction de passage 30 selon ladite direction de rétention. Par exemple, la largeur extérieure 32 du renflement de sécurité 31 est de 32 mm et la largeur restreinte de la restriction de passage 30 est de 22mm.

Le renflement de sécurité 31 de la base de la portion aérodynamique est formé par une boucle d'emplanture 37 de la base de la portion aérodynamique. En particulier, la boucle d'emplanture 37 est formée de l'extrémité proximale d'un longeron faisant partie de la membrure de la portion aérodynamique. La boucle d'emplanture 37 reçoit un insert 33 présentant une 5 douille 34 axialement traversante dans laquelle est montée une goupille d'emplanture 35. La goupille d'emplanture 35 est une tige droite rigide s'étendant selon une direction longitudinale définissant un axe 36 de l'assemblage de pied de pale. La goupille d'emplanture 35 est montée par ses deux extrémités dans 10 des logements d'emplanture formés dans la fourrure d'ancrage 22, de préférence entre l'extrémité proximale de la fourrure d'ancrage 22 et le couvercle 29 fixé à cette dernière par des vis 42. La direction longitudinale de la goupille d'emplanture 35 est orthogonale la direction radiale 23, et orthogonale à la direction de rétention 38. Il en va de même de l'axe 36 de l'assemblage de pied de pale défini par la goupille 15 d'emplanture 35. La boucle d'emplanture 37, l'insert 33, la goupille d'emplanture 35 et les logements d'emplanture forment l'assemblage de pied de pale, c'est-à-dire l'assemblage de la portion aérodynamique dans le pied de pale. L'encombrement hors tout en largeur de la base de la portion 20 aérodynamique 21 est défini par la goupille d'emplanture 35, l'épaisseur de la boucle d'emplanture 37 et par l'insert 33. De préférence, cet encombrement hors tout en largeur est imposé par la goupille d'emplanture 35 et par l'insert 33 qui sont des pièces rigides en compression. De préférence, la largeur de la goupille d'emplanture 35 et/ou la largeur maximum de l'insert 33 est strictement supérieure à ladite largeur 25 restreinte de la restriction de passage 30. Chaque butoir 24, 25 est équipé d'un organe, dit tampon 26, disposé entre la portion aérodynamique 21 et ledit butoir 24, 25. Les tampons 26 sont avantageusement formés de patins fixés à l'extrémité de chaque butoir et réalisés dans un matériau viscoélastique, par 30 exemple en matériau élastomère.

Les butoirs 24, 25 et les tampons 26 bloquent la portion aérodynamique 21 en rotation autour de l'axe 36 défini par la goupille d'emplanture 35. Ils permettent de reprendre les moments de flexion et les efforts tranchants de la portion aérodynamique 21.

Les butoirs 24, 25 présentent des surfaces de butée inclinées par rapport à la direction radiale 23. Les tampons 26 présentent des surfaces en contact avec la portion aérodynamique qui sont aussi inclinées par rapport à la direction radiale 23. L'inclinaison de chaque butoir correspond avantageusement à une inclinaison de la portion de la base de la portion aérodynamique 21 qui vient en contact avec ledit butoir intrados 24 et avec ledit butoir extrados 25 en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale. L'inclinaison des butoirs 24, 25 est choisie pour reprendre les efforts exercés par la portion aérodynamique sur le pied de pale en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale, selon la direction radiale 23. L'inclinaison des butoirs 24, 25 est par exemple avantageusement comprise entre 50 et 45°, en particulier avantageusement de l'ordre de 10 degrés. En outre, les tampons 26 et/ou leur assemblage aux butoirs 24, 25 sont adaptés pour qu'en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale, les tampons 26 n'assurent aucune rétention radiale 23 de la portion aérodynamique. Les tampons 26 peuvent par exemple être collés aux butoirs ou simplement interposés entre les butoirs et la portion aérodynamique ou assemblés aux butoirs par des formes conjuguées des tampons et des butoirs. Autrement dit, les tampons 26 ne participent pas à la restriction de passage, la largeur restreinte de la restriction de passage étant définie entre les faces internes en regard des deux butoirs 24, 25, sans tenir compte des tampons 26. Ainsi, il existe un jeu strictement positif, défini par l'épaisseur des tampons 26, entre la restriction de passage 30 et le renflement de sécurité 31 selon la direction radiale 23 de sorte qu'en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale, la portion aérodynamique 21 est déplacée selon la direction radiale 23 jusqu'à ce qu'elle soit en butée contre le butoir intrados 24 et contre le butoir extrados 25, éjectant les tampons 26.

Par ailleurs, la fourrure d'ancrage 22 présente avantageusement des chemins 41 de billes pour pouvoir être montée dans un moyeu pour ancrer la pale (en particulier le pied de pale) dans le moyeu selon ladite direction radiale 23 et tout en permettant un réglage du pas de la pale par une rotation de celle-ci autour de la direction radiale 23. D'autres éléments roulants peuvent être envisagés. Le longeron de la portion aérodynamique formant la boucle d'emplanture 37 est constituée d'un matériau composite, de préférence comprenant un renfort de fibres de carbone disposées longitudinalement le long de l'envergure 10 (selon la direction radiale 23) de la pale dans une matrice de résine époxy, lesdites fibres de carbone étant enroulées dans la base pour former la boucle d'emplanture 37. Le montage d'une pale selon l'invention s'effectue de la façon suivante. La portion aérodynamique 21 est introduite dans la fourrure d'ancrage 22 15 en faisant passer la base à travers l'ouverture de montage 27. Les deux butoirs 24, 25 équipés de leurs patins 26 en élastomère sont fixés dans l'ouverture 27 de montage par les vis 28 de façon à former la restriction de passage. La goupille d'emplanture 35 est insérée dans la douille 34 de l'insert 33 et dans les parties des logements d'emplanture formées par la fourrure d'ancrage 22. Le couvercle 29 est 20 ensuite vissé sur la fourrure d'ancrage 22 pour bloquer rigidement la goupille d'emplanture 35, de préférence en appliquant une contrainte de serrage de la goupille d'emplanture 35. Les dimensions des différentes pièces sont de préférence ajustées de telle sorte que les tampons 26 des butoirs 24, 25 sont légèrement précontraints en compression. 25 L'insert 33 est aussi avantageusement réalisé en un matériau composite moulé comprenant un renfort de fibres de carbone dans une matrice de résine époxy. Les butoirs intrados 24 et extrados 25 sont de préférence métalliques, par exemple en alliage de titane. La fourrure d'ancrage est de 30 préférence métallique, par exemple en alliage d'acier.

Une pale selon l'invention est particulièrement simple, présente un seul axe et une seule douille de réception de cet axe (douille 34) permettant un ajustement précis et un montage facile, minimisant les problèmes d'ajustement entre les différentes pièces. Elle est particulièrement légère, la plupart de ces pièces constitutives, de nombre limité, pouvant être réalisées en matériau composite. Les patins d'amortissement 26 sont démontables et facilement remplaçables. La portion aérodynamique 21 est indépendante de l'assemblage de pied de pale du point de vue de ces composants et de la transmission des efforts, et peut être quelconque, l'invention s'appliquant à toutes sortes et formes de pales.

L'assemblage de pied de pale permet d'appliquer une légère précharge à l'axe 36. La géométrie des différentes pièces est particulièrement simple et facilite leur fabrication, en particulier en ce qui concerne la fourrure d'ancrage 22 et l'insert 33. Le nombre de pièces collées les unes aux autres est minimum, les transferts d'efforts se faisant principalement par compression. Une perte de pale n'est possible qu'avec une rupture au moins double de l'assemblage de pied de pale, de sorte qu'une pale selon l'invention résiste à une rupture unique. L'invention peut faire l'objet de nombreuses autres variantes de réalisation non représentées. En particulier, rien n'empêche que l'assemblage de pied de 20 pale soit disposé radialement à l'extérieur des butoirs intrados 24 et extrados 25 dès lors que la portion aérodynamique présente toujours un renflement radialement à l'intérieur desdits butoirs. La fourrure d'ancrage peut être monobloc.

Claims (2)

1. REVENDICATIONS1/ - Pale comprenant : - un pied de pale (20), - une portion aérodynamique (21) dont une partie, dite base, s'étend jusque dans le pied de pale, - un assemblage, dit assemblage de pied de pale, de la portion aérodynamique au pied de pale retenant la portion aérodynamique selon une direction, dite direction radiale (23), correspondant à une direction centrifuge lorsque la pale est entraînée en rotation avec le pied de pale ancré à un moyeu tournant, caractérisée en ce que : - le pied de pale comprend au moins une restriction de passage selon au moins une direction, dite direction de rétention, orthogonale à la direction radiale, ladite restriction de passage présentant, selon ladite direction de rétention, une dimension, dite largeur restreinte, permettant le passage de la portion aérodynamique (21) à travers la restriction de passage, - la base s'étend radialement à l'intérieur par rapport à ladite restriction de passage, et présente un encombrement hors tout selon ladite direction de rétention strictement supérieur à ladite largeur restreinte, de sorte qu'en cas de rupture de l'assemblage de pied de pale, la base est susceptible 20 de venir en butée selon ladite direction radiale contre la restriction de passage de façon à retenir la portion aérodynamique (21) dans le pied de pale (20) au moins selon ladite direction radiale (23).
2. 2/ - Pale selon la revendication 1, caractérisée en ce que : - le pied de pale présente une ouverture de montage (27) ayant une dimension, 25 dite largeur d'ouverture, selon toute direction, dite direction tangentielle, orthogonale à la direction radiale, qui est supérieure à l'encombrement hors tout de la base, de sorte que la base peut être montée dans le pied de pale par passage selon la direction radiale à travers l'ouverture de montage (27), - au moins une restriction de passage selon une direction de rétention est une 30 restriction de la largeur d'ouverture selon ladite direction de rétention.3/ - Pale selon la revendication 2, caractérisée en ce que le pied de pale (20) comprend, dans l'ouverture de montage (27) : - un premier butoir, dit butoir intrados (24), disposé du côté d'un intrados de la portion aérodynamique, - un deuxième butoir, dit butoir extrados (25), disposé du côté d'un extrados de la portion aérodynamique, le butoir intrados (24) et le butoir extrados (25) formant ladite restriction de passage (30). 4/ - Pale selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un organe, dit tampon (26), entre la portion aérodynamique (21) et le butoir intrados (24), et au moins un organe, dit tampon (26), entre la portion aérodynamique (21) et le butoir extrados (25), chaque tampon (26) étant adapté pour assurer localement un blocage de la portion aérodynamique selon au moins une direction orthogonale à la direction radiale (23). 5/ - Pale selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque tampon (26) est monté avec une contrainte en compression entre la portion aérodynamique (21) et l'un desdits butoirs (24, 25), ladite contrainte en compression étant adaptée pour que toute fréquence de résonance de la pale soit distincte de fréquences d'excitations mécaniques dans des conditions d'utilisations de la pale. 6/ - Pale selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le butoir intrados (24) et le butoir extrados (25) forment une restriction de passage de section (30) décroissante selon la direction radiale en direction d'une extrémité libre de la pale. 7/ - Pale selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, entre la portion aérodynamique (21) et chaque butoir (24, 25) un organe déformable adapté pour pouvoir absorber au moins partiellement l'énergie d'un choc subit par ladite portion aérodynamique (21). 8/ - Pale selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en 30 ce que la base présente au moins un renflement (31) de sécurité définissant l'encombrement hors tout de la base selon au moins une direction de rétention.9/ - Pale selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le pied de pale comprend une fourrure d'ancrage (22) adaptée pour pouvoir être montée dans un moyeu d'hélice. 10/ - Pale selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que : - la base de la portion aérodynamique (21) comprend au moins une boucle d'emplanture (37), - l'assemblage de pied de pale comprend au moins une goupille d'emplanture (35) pour chaque boucle d'emplanture : - traversant ladite boucle d'emplanture, - fixement assemblée au pied de pale. 11/ - Pale selon les revendications 8 et 10, caractérisée en ce qu'au moins une boucle d'emplanture (37) forme un renflement de sécurité (31). 12/ - Pale selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé 15 en ce qu'elle comprend au moins un insert (33) disposé dans au moins une boucle d'emplanture (37), ledit insert présentant une douille (34) de réception d'au moins une goupille d'emplanture (35). 13/ - Pale selon la revendication 12, caractérisée en ce que la portion aérodynamique (21) est au moins pour partie en matériau composite 20 comprenant au moins une majorité de fibres unidirectionnelles selon la direction radiale (23) et s'enroulant dans la base de la portion aérodynamique autour dudit insert (33) pour former au moins une boucle d'emplanture (37). 14/ - Hélice de turbomachine comprenant au moins une pale selon l'une des revendications 1 à 13. 25 15/ - Turbomachine comprenant au moins une hélice selon la revendication 14. 16/ - Aéronef comprenant au moins une turbomachine selon la revendication 15. 30