FR3066472A1 - Module de turbomachine comprenant un rotor portant des pales a calage variable - Google Patents

Module de turbomachine comprenant un rotor portant des pales a calage variable Download PDF

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Abstract

Module de turbomachine (2), ledit module comprenant : - un rotor (3) portant des pales (5) à calage variable, et comportant un arbre (7) annulaire interne ; - un dispositif de commande du calage (21) des pales (5) situé dans un espace (8) annulaire s'étendant autour dudit arbre (7) ; - un dispositif de mise en drapeau (33) d'au moins une pale (5) ; caractérisé en ce que ledit dispositif de mise en drapeau (33) comprend au moins un générateur de gaz placé entre un corps (35) et un organe (36) mobile d'un actionneur (34), ledit organe (36) étant couplé à ladite au moins une pale (5) et apte, sous l'action de gaz généré et/ou libéré par ledit générateur, à être déplacé dans une position de référence dans laquelle il impose une position drapeau à ladite au moins une pale (5).

Description

MODULE DE TURBOMACHINE COMPRENANT UN ROTOR PORTANT
DES PALES A CALAGE VARIABLE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un module de turbomachine comprenant un rotor portant des pales à calage variable, et plus précisément un dispositif de mise en drapeau des pales adapté à une telle turbomachine.
ETAT DE L’ART
Un rotor de turbomachine muni de pales à calage variable permet de régler le calage (et plus précisément l’angle de calage) des pales en fonction des paramètres de vol, et ainsi d’optimiser le fonctionnement du rotor, et de manière générale de la turbomachine comprenant un tel rotor. Pour rappel, l’angle de calage d’une pale correspond à l’angle, dans un plan longitudinal perpendiculaire à l’axe de rotation de la pale, entre la corde de la pale et le plan de rotation de la soufflante.
Pour être certifié, une telle turbomachine doit comprendre un dispositif de mise en drapeau des pales c’est-à-dire un dispositif permettant de positionner les pales dans une position dans laquelle ces dernières sont effacées au mieux par rapport à la direction d’avance. Généralement, en position drapeau, l’angle de calage des pales est de 90°. Les pales sont par exemple mises en position drapeau lors d’une défaillance (ou panne) du dispositif de commande du calage des pales (par exemple une défaillance d’un actionneur hydraulique) afin que ces dernières offrent le moins de résistance (traînée) possible.
Pour accroître les performances de la turbomachine, les motoristes cherchent continuellement à réduire le rapport de moyeu et la masse du rotor. Ce rapport de moyeu est le quotient entre le diamètre de l’enveloppe externe des pieds de pales au niveau du bord d'attaque des pales, et le diamètre du cercle passant par les extrémités radiales externe de ces pales. A diamètre de turbomachine égale, la diminution du rapport de moyeu c’est-à-dire du diamètre de l’enveloppe externe, implique une augmentation de la section d'aspiration du rotor c’est-à-dire une augmentation du débit traité, et par conséquent une amélioration de son rendement propulsif.
De manière traditionnelle, le dispositif de mise en drapeau des pales est placé radialement entre le dispositif de commande du calage des pales et les pivots de pales, ce dernier étant propre à chaque pale ou commun à toutes les pales. Le dispositif de mise en drapeau comprend par exemple, pour chaque pale, un contrepoids lié directement ou via un mécanisme à engrenages au pivot de la pale. Dans l’exemple précité, chaque contrepoids est en l’occurrence apte, sous l’effet centrifuge, à être déplacé dans une position de référence dans laquelle il impose une position drapeau à la pale correspondante.
Les contrepoids représentent une masse importante. D’autre part, ces derniers font parties intégrantes du rotor mobile en rotation, il est ainsi nécessaire de dimensionner en conséquence les moyens de guidage du rotor ainsi que la structure du stator.
L’objectif de la présente invention est ainsi de proposer un dispositif de mise en drapeau des pales permettant de diminuer le rapport de moyeu défini ci-dessus et la masse du rotor.
EXPOSE DE L’INVENTION
L’invention propose à cet effet un module de turbomachine d’axe X longitudinal, ledit module comprenant :
- un rotor portant des pales à calage variable, et comportant un arbre annulaire interne ;
- un dispositif de commande du calage des pales situé dans un espace annulaire s’étendant autour dudit arbre ;
- un dispositif de mise en drapeau d’au moins une pale, en particulier en cas de défaillance dudit dispositif de commande ;
caractérisé en ce que ledit dispositif de mise en drapeau comprend au moins un générateur de gaz placé entre un corps et un organe mobile d’un actionneur, ledit organe étant couplé à ladite au moins une pale et apte, sous l’action de gaz généré et/ou libéré par ledit générateur, à être déplacé dans une position de référence dans laquelle il impose une position drapeau à ladite au moins une pale.
Un tel dispositif de mise en drapeau permet d’une part de réduire significativement l’espace annulaire (ou enceinte huile), et ainsi le rapport de moyeu, et d’autre part de réduire considérablement la masse du rotor, au bénéfice des performances de la turbomachine.
Un tel dispositif de mise en drapeau présente en effet une masse significativement réduite en comparaison aux dispositifs de l’art antérieur.
Au sens de l’invention, le générateur de gaz du dispositif de mise en drapeau est autonome c’est-à-dire qu’il auto-génère l’énergie nécessaire à la mise en drapeau.
Au sens de l’invention, le générateur de gaz du dispositif de mise en drapeau des pales peut être soit un générateur dit pyrotechnique (ou de gaz chaud), soit un générateur dit hybride (ou mixte), soit un générateur dit de gaz froid.
Le module de turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit générateur comprend une charge pyrotechnique et un dispositif d’allumage de ladite charge pyrotechnique ;
- ledit générateur comprend un réservoir de gaz sous-pression, ledit réservoir étant apte, sous l’action de la combustion de ladite charge ou via un dispositif de libération, à libérer ledit gaz sous-pression du réservoir ;
- ledit organe comprend un piston mobile en translation dans une cavité dudit corps, ledit piston séparant ladite cavité en une première chambre dans laquelle se trouve ledit générateur de gaz et une deuxième chambre, l’actionneur comprenant en outre une première voie de communication fluidique entre ladite première chambre et ledit espace et une deuxième voie de communication fluidique entre ladite deuxième chambre et ledit espace, l’actionneur étant configuré pour occuper les positions suivantes :
• une position passive dans laquelle lesdites première et deuxième voies de communication sont ouvertes ;
• une position active dans laquelle ladite première voie de communication est obturée, ledit organe est déplacé en position de référence sous l’action du gaz généré et/ou libéré par ledit générateur et ledit organe est verrouillé en position de référence via des moyens de verrouillage ;
- ledit actionneur comprend en outre un tiroir de distribution tubulaire mobile en translation dans la cavité dudit corps, ledit tiroir comprenant une cloison de séparation délimitant la première chambre en un premier compartiment dans laquelle se trouve ledit générateur de gaz et un deuxième compartiment, ladite cloison comprenant un orifice de communication entre ledit premier compartiment et ledit deuxième compartiment, ladite première voie étant apte à mettre en communication ledit espace et ledit deuxième compartiment ;
ledit tiroir étant configuré pour obturer la première voie de communication lorsque l’actionneur se trouve dans une position active ;
- ledit organe comprend une palette mobile en rotation dans une cavité dudit corps, ladite palette séparant ladite cavité en une première chambre dans laquelle se trouve ledit générateur de gaz et une deuxième chambre, l’actionneur comprenant en outre une première voie de communication fluidique entre ladite première chambre et ledit espace et une deuxième voie de communication fluidique entre ladite deuxième chambre et ledit espace, l’actionneur étant configuré pour occuper les positions suivantes :
• une position passive dans laquelle lesdites première et deuxième voies de communication sont ouvertes ;
• une position active dans laquelle ladite première voie de communication est obturée, ledit organe est déplacé en position de référence sous l’action du gaz généré et/ou libéré par ledit générateur et ledit organe est verrouillé en position de référence via des moyens de verrouillage ;
- lesdits moyens de verrouillage comprennent des lames entre lesquelles se trouve ledit organe, les lames étant de préférence réalisées en alliage à mémoire de forme ;
- ledit dispositif de commande du calage des pales comprend ledit actionneur ;
- ledit actionneur comprend des moyens d’amortissement dudit organe lorsque ce dernier est déplacé dans sa position de référence.
L’invention a pour deuxième objet une turbomachine comprenant un module de turbomachine tel que précédemment décrit, la turbomachine comprenant en outre des moyens de commande du dispositif de mise en drapeau.
DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en demi-coupe axiale (ou longitudinale) d’un module de turbomachine comprenant un dispositif de mise en drapeau des pales comportant un actionneur, selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 2 est une vue schématique d’une première variante de l’actionneur de la figure 1, dans une position passive ;
- la figure 3 est une vue schématique d’une première variante de l’actionneur de la figure 1, dans une position active ;
- la figure 4 est une vue schématique d’une deuxième variante de l’actionneur de la figure 1, dans une position passive ;
- la figure 5 est une vue schématique d’une deuxième variante de l’actionneur de la figure 1, dans une position active ;
- les figures 6 et 7 illustrent une alternative de la deuxième variante illustrée sur les figures 4 et 5 ;
- la figure 8 est une vue en demi-coupe axiale d’un module de turbomachine comprenant un dispositif de mise en drapeau des pales comportant un actionneur, selon un deuxième mode de réalisation
- la figure 9 est vue en coupe schématique de l’actionneur de la figure 8 ;
- la figure 10 une vue en demi-coupe axiale d’un module de turbomachine comprenant un dispositif de mise en drapeau des pales comportant un actionneur, selon un troisième mode de réalisation ;
- la figure 11 est une vue en coupe transversale schématique de l’actionneur de la figure 10.
DESCRIPTION DETAILLEE
Sur les figures 1, 8 et 10 est représentée une soufflante 1 carénée d’une turbomachine 2 d’axe X longitudinal. La soufflante 1 comporte un rotor 3 mobile autour de l’axe X par rapport à un carter 4 fixe, le rotor 3 portant une série de pales 5 à calage variable. La soufflante 1 est ici placée en amont de la turbomachine 2 qui comprend par exemple successivement d’amont en aval la soufflante 1, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine et une turbine de puissance qui entraîne le rotor 3 de la soufflante 1 via un réducteur 6 de vitesse.
Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la soufflante 1 (ou turbomachine 2). De même, par convention dans la présente demande, les termes « interne » et « externe », « intérieur » et « extérieur » sont définis radialement par rapport à l’axe longitudinal (ou axial) X de la turbomachine 2, qui est notamment l’axe de rotation des rotors des compresseurs et turbines du générateur de gaz.
Le rotor 3 comporte un arbre 7 annulaire interne. La soufflante 1 comporte en outre un dispositif de commande du calage 21, 65 des pales 5 situé dans un espace 8 annulaire s’étendant autour de l’arbre 7. La soufflante 1 comporte également un dispositif de mise en drapeau 33, 59, d’au moins une pale 5, en particulier en cas de défaillance du dispositif de commande 21, 65. Le dispositif de mise en drapeau 33, 59, 66 comprend au moins un générateur 9 de gaz placé entre un corps 35, 61, 69 et un organe 36, 62, 70 mobile d’un actionneur 34, 60, 67, l’organe 36, 62, 70 étant couplé à la pale 5 et apte, sous l’action de gaz généré et/ou libéré par le générateur 9, à être déplacé dans une position de référence dans laquelle il impose une position drapeau à la pale 5.
La turbomachine 2 comprend des moyens de commande (comprenant notamment un calculateur) du dispositif de mise en drapeau 33, 59, 66.
Les moyens de commande du dispositif de mise en drapeau 33, 59, (via le calculateur) peuvent ordonner le passage de l’actionneur 34, 60, en position de référence, dans un ou plusieurs des cas suivants :
• détection d’une rupture dans l’alimentation (ici hydraulique) du dispositif de commande 21, 65 via par exemple un capteur de pression ;
• détection d’un arrêt prolongé de la turbomachine 2 ;
. demande du pilote.
Au sens de l’invention, le générateur 9 de gaz du dispositif de mise en drapeau 33, 59, 66 est autonome c’est-à-dire qu’il auto-génère l’énergie nécessaire à la mise en drapeau.
Au sens de l’invention, le générateur 9 de gaz du dispositif de mise en drapeau 33, 59, 66 des pales 5 peut être soit un générateur 9 dit pyrotechnique (ou de gaz chaud), soit un générateur 9 dit hybride (ou mixte), soit un générateur 9 dit de gaz froid.
Plus précisément, un générateur 9 pyrotechnique comprend une charge pyrotechnique et un dispositif d’allumage (ou d’amorçage) de la charge pyrotechnique. Dans le cas présent, le gaz généré par la combustion de la charge pyrotechnique permet de déplacer l’organe 36, 62, 70 dans sa position de référence.
Un générateur 9 hybride comprend, tout comme le générateur 9 pyrotechnique, une charge pyrotechnique et un dispositif d’allumage de la charge pyrotechnique. Un générateur 9 hybride comprend un outre un réservoir de gaz sous pression (ou accumulateur), ce réservoir étant apte, sous l’action de la combustion de la charge pyrotechnique ou via un dispositif de libération, à libérer le gaz sous pression. Dans le cas présent, le mélange du gaz généré (combustion de la charge pyrotechnique) et du gaz libéré (libération du gaz sous pression présent dans le réservoir) permet de déplacer l’organe 36, 62, 70 dans sa position de référence.
Un générateur 9 de gaz froid comprend quant à lui uniquement un réservoir de gaz sous pression et un dispositif de libération du gaz sous pression. Dans le cas présent, le gaz libéré permet de déplacer l’organe 36, 62, 70 dans sa position de référence.
A titre d’exemple, la charge pyrotechnique est par exemple du propergol se présentant sous forme de pastilles. Le ou les gaz sous pression sont par exemple de l’argon et/ou de l’hélium.
En variante, on note que le gaz généré et/ou libéré peut être utilisé pour gonfler une enveloppe souple, de manière à placer l’organe 36, 62, 70 dans sa position de référence.
On note que lorsque les pales 5 du rotor 3 sont placées en position drapeau, une immobilisation de la turbomachine 2 est nécessaire par la suite, afin notamment de remplacer le ou les générateurs 9 de gaz.
On note que l’exemple illustré sur les figures 1, 8 et 10 n’est en rien limitatif, le dispositif de mise en drapeau 33, 59, 66 des pales 5 selon l’invention pourrait par exemple être incorporé au rotor d’une hélice d’un turbopropulseur ou bien encore au rotor de chacune des deux hélices d’une turbomachine comprenant deux hélices contrarotatives, plus connue sous la désignation anglaise « Open Rotor ». Dans la définition de l’invention, le terme « soufflante » couvre également l’hélice ou les hélices de telles turbomachines.
Un tel dispositif de mise en drapeau 33, 59, 66 s’applique plus généralement à toute turbomachine comprenant un dispositif de commande du calage des pales pour lequel un dispositif de mise en drapeau est nécessaire.
Selon l’exemple illustré sur les figures 1 et 8, le rotor 3 est guidé en rotation par rapport au carter 4 fixe par un palier 10 situé en amont, et deux paliers 11 situés en aval. Selon l’exemple illustré sur la figure 10, le rotor 3 est guidé en rotation par rapport au carter 4 fixe via uniquement deux paliers 11 situés en aval.
Selon les exemples illustrés sur les figures 1, 8 et 10, le rotor 3 comprend l’arbre 7 annulaire interne centré sur l’axe X, et une virole 12 annulaire externe centrée sur l’axe X et s’étendant autour de l’arbre 7. Une extrémité axiale amont de l’arbre 7 est bridée à une extrémité axiale amont de la virole 12, l’arbre 7 et la virole 12 définissant entre eux l’espace 8 annulaire communément appelé « enceinte huile ». L’arbre 7 et la virole 12 forment une épingle, en demi-coupe axiale. L’arbre 7 du rotor 3 est entraîné par la turbine de puissance via le réducteur 6 de vitesse. La virole 12 comprend d’amont en aval une paroi 13 tronconique s’évasant de l’amont vers l’aval (par rapport à l’axe X) et un anneau 14 de support des pales 5, cet anneau 14 étant bridé sur la paroi 13. Le rotor 3 comprend en outre un cône 15 d’entrée de la soufflante 1, centré sur l’axe X et s’évasant de l’amont de l’aval.
Selon les exemples illustrés sur les figures 1, 8 et 10, chaque pale 5 comprend un pied 16 monté dans un logement 17 de l’anneau 14 de manière mobile en rotation autour d’un axe Y (sensiblement radial) via deux paliers 18 à roulement, pour former le pivot de la pale 5. Le pivot de chaque pale 5 est isolé de l’espace 8 annulaire par l’intermédiaire d’un couvercle 19. Le couvercle 19 assure en outre la rétention de la pale 5. Les pieds 16 des pales 5 sont recouverts par une enveloppe 20 annulaire externe centrée sur X à section sensiblement circulaire, cette dernière étant sensiblement tangente à l’extrémité aval du cône 15, pour assurer une continuité aérodynamique.
ίο
Pour rappel, le diamètre de l’enveloppe 20 externe au niveau du bord d'attaque en pied des pales 5 est l’une des composantes qui permet de déterminer le rapport de moyeu.
La soufflante 1 comporte un dispositif de commande du calage 21, 65 des pales 5 (ou pas des pales 5) autour de leur axe Y, et plus précisément de l’angle de calage des pales 5 qui correspond pour une pale 5 à l’angle, dans un plan longitudinal perpendiculaire à l’axe Y, entre la corde de la pale 5 et le plan de rotation de la soufflante 1. Le dispositif de commande 21, 65 est situé dans l’espace 8 annulaire.
Les pales 5 sont positionnées en position « inversion de poussée » (connue sous la désignation anglaise « reverse ») sur les figures 1, 8 et 10. Dans la position « inversion de poussée », l’angle de calage des pales 5 est négatif. Cette position des pales 5 permet de générer une contrepoussée, et ainsi de participer au ralentissement de l’aéronef en complément des freins de manière à réduire sa distance de freinage lors de l’atterrissage.
Les pales 5 peuvent aussi être positionnées en position drapeau (position non représentée). Dans la position drapeau, l’angle calage est positif et généralement égal à 90°. Cette position des pales 5 permet de limiter la résistance (traînée) générée par ces dernières.
Selon l’exemple illustré sur les figures 1 et 8, le dispositif de commande du calage 21 des pales 5 comprend un vérin 22 annulaire linéaire, centré sur l’axe X, commun à toutes les pales 5 et un dispositif de transformation de mouvement 23 propre à chacune des pales 5, ce dispositif de transformation 23 permettant de transformer le mouvement linéaire initié par le vérin 22 en un mouvement de rotation de la pale 5 correspondante.
Plus précisément, le vérin 22 linéaire comporte un corps 24 fixe rapporté sur un support 25 annulaire (centré sur X) du carter 4 fixe et un corps 26 mobile en translation par rapport au corps 24 fixe le long de l’axe
X. Avantageusement, le vérin 22 linéaire est hydraulique.
Le dispositif de commande 21 comporte en outre un palier 27 de transfert de charge, plus connu sous l’acronyme anglais LTB pour « Load Transfert Bearing », solidaire du corps 26 mobile et permettant la transmission du mouvement linéaire initié par le vérin 22. Le palier 27 de transfert de charge est un palier à roulement (centré sur l’axe X) comprenant une bague interne montée de manière solidaire sur un anneau 28 (centré sur l’axe X) interne de synchronisation solidaire du corps 26 mobile du vérin 22, et une bague externe logée de manière solidaire dans un anneau 29 externe de synchronisation entraînant le calage des pales 5. Les bagues interne et externe définissent deux pistes de roulement pour des éléments roulants (ici des billes).
Le LTB permet d’assurer la transmission du mouvement initié par le vérin 22 (lié au carter 4, repère fixe) au repère tournant (lié au rotor 3). Le fait d’avoir un vérin dans un repère fixe permet de faciliter son alimentation en huile et de diminuer les masses en rotation.
Le dispositif de transformation du mouvement 23 linéaire en un mouvement de rotation comprend, pour chaque pale 5, une articulation 30 sphérique (communément appelée rotule) à contact radiale et une manivelle 31. L’articulation 30 sphérique est montée de manière solidaire dans une fourchette de l’anneau 29 externe de synchronisation. La manivelle 31 (ici venue de matière avec le pied 16 de pale 5) comprend à une extrémité un maneton 32 monté de manière libre en translation dans l’articulation 30 sphérique selon un axe sensiblement radial, cet axe étant décalé par rapport à l’axe Y de rotation de la pale 5. La manivelle 31 permet de démultiplier l’effort nécessaire pour régler le calage de la pale 5 correspondante.
Le mouvement linéaire du corps 26 mobile du vérin 22 permet de régler de manière synchronisée le calage de l’ensemble des pales 5 via notamment l’anneau 29 externe du LTB et les différents dispositifs de transformation 23.
La soufflante 1 comprend également un dispositif de mise en drapeau 33, 59 des pales 5, en particulier en cas de défaillance (ou panne) du dispositif de commande 21, et par exemple une défaillance dans l’alimentation hydraulique du vérin 22 linéaire. Pour rappel, la position drapeau correspond à un calage positif généralement égal à 90°. Selon le premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 7, un dispositif de mise en drapeau 33 comprend au moins un actionneur 34 linéaire distinct du vérin 22 du dispositif de commande du calage 21 des pales 5.
Le dispositif de mise en drapeau 33 comprend soit un actionneur 34 linéaire par pale 5 soit un ou plusieurs actionneurs 34 linéaires répartis régulièrement autour de l’axe X pour l’ensemble des pales 5.
Tel qu’illustré sur les figures 1 à 7, chaque actionneur 34 comprend un corps 35 et un organe 36 mobile. L’organe 36 de l’actionneur 34 comprend un piston 37 mobile en translation dans une cavité 38 du corps 35 le long d’un axe A et une tige 39 couplé à la pale 5 (et plus précisément à la manivelle 31) correspondante via une articulation 40 sphérique. Le piston 37 sépare la cavité 38 en une première chambre 41 dans laquelle se trouve le générateur 9 de gaz et une deuxième chambre 42. Le corps 35 est lié au rotor 3 via une liaison rotule 43. L’actionneur 34 comprend en outre une première voie de communication fluidique 44 entre la première chambre 41 et l’espace 8, et une deuxième voie de communication fluidique 45 entre la deuxième chambre 42 et l’espace 8.
L’actionneur 34 est configuré pour occuper les positions suivantes :
- une position passive (figures 2, 4 et 6) dans laquelle les première et deuxième voies de communication 44, 45 sont ouvertes (fonctionnement normal) ;
- une position active (figures 3, 5 et 7) dans laquelle la première voie de communication 44 est obturée, l’organe 36 est déplacé en position de référence sous l’action du gaz généré et/ou libéré par le générateur 9 et l’organe 36 est verrouillé en position de référence via des moyens de verrouillage 46, 57 (défaillance, mise en drapeau des pales 5).
Tel qu’illustré sur les figures 3, 5 et 7, dans sa position de référence, la tige 39 de l’organe 36 est sortie.
L’actionneur 34 peut comprendre des moyens d’amortissement de l’organe 36, tels que par exemple un tampon d’amortissement, ces derniers permettant de diminuer la violence du choc de l’organe 36, lors de son déplacement en position de référence.
Selon une première variante du premier mode de réalisation, représentée sur les figures 2 et 3, le piston 37 de l’organe 36 translate de manière étanche le long de l’axe A. Les première et deuxième voies de communication 44, 45 s’étendent perpendiculairement par rapport à l’axe A. En position active, la première voie de communication 44 est obturée via un dispositif d’obturation 46 (autonome ou piloté) branché sur la première voie de communication 44. De la même manière que pour la première voie de communication 44, en position active, la deuxième voie de communication 45 est obturée via un dispositif d’obturation 46 (moyens de verrouillage indirect) (autonome ou piloté) branché sur la deuxième voie de communication 45.
Lors du passage de la position passive à la position active, par exemple lors d’une défaillance dans l’alimentation hydraulique du vérin 22 linéaire, l’actionneur 34 évolue de la manière suivante.
La première voie de communication 44 est obturée via le dispositif d’obturation 46 correspondant. Sous l’action du gaz issu du générateur 9, l’organe 36 se déplace dans sa position de référence. Le gaz présent dans la deuxième chambre 42 se retrouve comprimé, cela permet d’amortir la fin de course de l’organe 36. La deuxième voie de communication 45 est obturée via le dispositif d’obturation 46 correspondant.
Selon une deuxième variante du premier mode de réalisation, représentée sur les figures 4 et 5, l’actionneur 34 comprend en outre un tiroir de distribution 47 tubulaire mobile en translation dans la cavité 38 du corps 35. Le tiroir 47 comprend une cloison de séparation 48 délimitant la première chambre 41 en un premier compartiment 49 dans laquelle se trouve le générateur 9 de gaz, et un deuxième compartiment 50. La cloison 48 comprend un orifice de communication 51 entre le premier compartiment 49 et le deuxième compartiment 50. La première voie 44 est apte à mettre en communication l’espace 8 et le deuxième compartiment 50. Le tiroir 47 est configuré pour obturer la première voie de communication 44 lorsque l’actionneur 34 se trouve dans une position active.
Plus précisément, la première voie de communication 44 s’étend perpendiculairement à l’axe A. La deuxième voie de communication 45 est centrée sur l’axe A.
Le tiroir 47 comprend une première extrémité 52 opposée à la cloison 48 et délimitant le premier compartiment 49. En position passive (figure 4), la première extrémité 52 est située radialement entre le corps 35 et un anneau 53 sectorisé entourant le générateur 9 de gaz, cet anneau 53 étant contraint radialement d’être en appui contre la première extrémité 52 par l’intermédiaire d’un ou plusieurs éléments élastiques primaires 54 en charge (ici des ressorts de compression cylindriques à spires). Chaque ressort primaire 54 s’étend en l’occurrence suivant une direction perpendiculaire à l’axe A et est placé entre le générateur 9 de gaz et l’anneau 53. En variante, les éléments élastiques primaires 54 pourraient être des ressorts du type à spirale ou anneau élastique.
Le tiroir 47 comprend une seconde extrémité 55 opposée à la cloison 48 et délimitant la deuxième chambre 42. La seconde extrémité 55 se présente sous forme d’un rabat. En position passive (figure 4), un élément élastique secondaire 56 au repos (ici un ressort de compression cylindrique à spires) est situé axialement entre la seconde extrémité 55 et le corps 35. Le ressort secondaire 56 s’étend suivant l’axe A et entoure la tige 39 de l’organe 36.
Lors de son passage de la position passive à la position active, par exemple lors d’une défaillance dans l’alimentation hydraulique du vérin 22 linéaire, l’actionneur 34 évolue de la manière suivante.
Sous l’action du gaz généré et/ou libéré par le générateur 9 de gaz, le tiroir 47 se déplace en translation le long de l’axe A en s’éloignant du générateur 9 de gaz. A l’issue du déplacement du tiroir 47, le tiroir 47 obture la première voie de communication 44. Le ressort secondaire 56 est en charge (partiellement comprimé). Sous l’action des ressorts primaires 54, la bague se déplace radialement en s’éloignant du générateur 9 de gaz de sorte à s’intercaler axialement entre le fond du corps 35 et la première extrémité 52, la bague empêchant ainsi le retour du tiroir 47 dans sa position initiale.
Sous l’action du gaz, pénétrant dans le deuxième compartiment 50 via l’orifice 51, l’organe 36 se déplace en position de référence. Le ressort secondaire 56 contribue à l’amortissement de l’organe 36. Les caractéristiques dimensionnelles de la deuxième voie de communication fluidique 45 peuvent également contribuer à l’amortissement.
L’organe 36 est verrouillé en position de référence par l’intermédiaire de sa tige 39 via un dispositif de blocage 57 (moyens de verrouillage direct). Le dispositif de blocage 57 (piloté ou autonome) est apte à bloquer la tige 39 de l’organe 36 par frottement (ou friction).
Plus précisément, dans le cas présent, tel qu’illustré sur les figure 4 et 5, le dispositif de blocage 57 comprend des lames 58 s’étendant longitudinalement suivant l’axe A et entourant la tige 39 de l’organe 36. En position passive (figure 4), les lames 58 sont à distance de la tige 39. En position active (figure 5), sous l’action de la chaleur des gaz, les lames 58 sont aptes à se déformer et venir au contact de la tige 39 de l’organe 36, de sorte à bloquer cette dernière par frottement, en position de référence. Avantageusement, les lames 58 sont réalisées en alliage à mémoire de forme.
Avantageusement, l’orifice de communication 51 est obstrué par une pastille ruptible, cette pastille étant apte à se rompre sous la pression du gaz généré et/ou libéré par le générateur 9. Cette pastille permet d’isoler le générateur 9 de gaz, et ainsi d’éviter toute pollution de ce dernier lorsque l’actionneur 34 est en position passive.
Selon une alternative de la deuxième variante, représentée sur les figures 6 et 7, l’organe 36 est verrouillé en position de référence par l’intermédiaire de sa tige 39 via un dispositif de blocage 79 (moyens de verrouillage direct) fixé sur cette dernière.
Le dispositif de blocage 79 présente des caractéristiques géométriques, dimensionnelles et mécaniques déterminées pour permettre le passage irréversible du dispositif de blocage 79 au travers de l’orifice de sortie 80 de la tige 39, lors du passage de la position passive (figure 6) à la position active (figure 7).
Selon l’exemple illustré, le dispositif de blocage 79 est élastique (autrement dit apte à se déformer de manière élastique) et évasé (ici de forme conique). Plus précisément, le dispositif de blocage 79 s’élargit depuis l’extrémité libre vers le piston 37. De telles caractéristiques permettent de faciliter le passage du dispositif de blocage 79 au travers de l’orifice 80 mais également de bloquer la tige 39 en positon de référence (figure 7). En effet, une fois passé au travers de l’orifice 80, le dispositif de blocage 79 vient en butée contre le contour extérieur de l’orifice 80. Le dispositif de blocage 79 comprend par exemple une pluralité de lamelles 81 souples s’étendant suivant l’axe A.
Lorsque la turbomachine 2 fonctionne de manière normale (pas de défaillance), le dispositif de mise en drapeau 33 est subordonné au dispositif de commande du calage 21 des pales 5, et plus précisément au vérin 22 linéaire. Dans ce cas, l’actionneur 34 est en position passive.
En cas de défaillance (défaillance dans l’alimentation hydraulique du vérin 22 linéaire), les moyens de commande ordonnent la mise en drapeau des pales 5, le dispositif de commande du calage 21 des pales 5 devient alors subordonné au dispositif de mise en drapeau 33 des pales 5. Dans ce cas, l’actionneur 34 évolue d’une position passive à une position active. Le déplacement de organe 36 en position de référence (ou des organes 36 des différents actionneurs 34) permet, de manière synchronisée, la mise en drapeau de l’ensemble des pales 5 du rotor 3, via notamment les différents dispositifs de transformation 23 et l’anneau 29 externe de synchronisation.
Selon le deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 8 et 9, un dispositif de mise en drapeau 59 comprend au moins un actionneur rotatif distinct du vérin 22 du dispositif de commande du calage 21 des pales 5.
Le dispositif de mise en drapeau 59 comprend soit un actionneur 60 rotatif par pale 5 soit un ou plusieurs actionneurs 60 rotatifs répartis régulièrement autour de l’axe X pour l’ensemble des pales 5.
Tel qu’illustré sur les figures 8 et 9, chaque actionneur 60 comprend un corps 61 et un organe 62 mobile. L’organe 62 de l’actionneur 60 comprend une palette 63 mobile en rotation autour d’un axe B dans une cavité 38 du corps 61, la palette 63 étant solidaire d’un arbre 64. La palette 63 est couplée, directement ou indirectement, à la pale 5 correspondante, et plus précisément au pied 16. La palette 63 sépare la cavité 38 du corps en une première chambre 41 dans laquelle se trouve le générateur 9 de gaz, et une deuxième chambre 42. Le corps 61 est solidaire du rotor 3. L’actionneur 60 comprend en outre une première voie de communication fluidique 44 entre la première chambre 41 et l’espace 8 et une deuxième voie de communication fluidique 45 entre la deuxième chambre 42 et l’espace 8.
L’actionneur 60 rotatif est configuré pour occuper les positions suivantes :
- une position passive dans laquelle les première et deuxième voies de communication 44, 45 sont ouvertes ;
- une position active dans laquelle la première voie de communication 44 est obturée, l’organe 62 est déplacé en position de référence sous l’action du gaz généré et/ou libéré par le générateur 9 et l’organe 62 est verrouillé en position de référence via des moyens de verrouillage 46.
Tel qu’illustré sur la figure 9, la palette 63 de l’organe 62 est mobile en rotation de manière étanche autour de l’axe B. En position active, la première voie de communication 44 est obturée via un dispositif 46 d’obturation (autonome ou piloté) branché sur la première voie de communication 44. De la même manière que pour la première voie de communication 44, en position active, la deuxième voie de communication est obturée via un dispositif 46 d’obturation (moyens de verrouillage indirect) (autonome ou piloté) branché sur la deuxième voie de communication 45.
Lors du passage de la position passive à la position active, par exemple lors d’une défaillance dans l’alimentation hydraulique de l’actionneur 60 linéaire, l’actionneur 60 évolue de la manière suivante.
La première voie de communication 44 est obturée via le dispositif d’obturation correspondant. Sous l’action du gaz issu du générateur 9, l’organe 62 se déplace dans sa position de référence. La deuxième voie de communication 45 est obturée via le dispositif 46 d’obturation correspondant.
Lorsque la turbomachine 2 fonctionne de manière normale (pas de défaillance), le dispositif de mise en drapeau 59 est subordonné au dispositif de commande du calage 21 des pales 5, et plus précisément au vérin 22 linéaire. Dans ce cas, l’actionneur 60 est en position passive.
En cas de défaillance (défaillance dans l’alimentation hydraulique du vérin 22 linéaire), les moyens de commande ordonnent la mise en drapeau des pales 5, le dispositif de commande du calage 21 des pales 5 devient alors subordonné au dispositif de mise en drapeau 59 des pales 5. Dans ce cas, l’actionneur 60 évolue d’une position passive à une position active. Le déplacement de organe 62 en position de référence (ou des organes 62 des différents actionneurs 60) permet, de manière synchronisée, la mise en drapeau de l’ensemble des pales 5 du rotor 3, via notamment les différents dispositifs de transformation 23 et l’anneau 29 externe de synchronisation.
Selon un troisième mode de réalisation illustré sur les figures 10 et 11, un dispositif de commande du calage 65 des pales 5 et un dispositif de mise en drapeau 66 des pales 5 comprennent un actionneur 67 rotatif commun, centré sur l’axe X, commun à toutes les pales 5 et un dispositif de transformation de mouvement 68 propre à chacune des pales 5, ce dispositif de transformation 68 permettant de transformer le mouvement de rotation initié par l’actionneur 67 rotatif en un mouvement de rotation de la pale 5 correspondante.
L’actionneur 67 rotatif commun comporte un corps 69 rapporté sur l’arbre 7 du rotor 3 et un organe 70 mobile en rotation autour de l’axe X par rapport au corps 69. Avantageusement, l’actionneur 67 rotatif est à palettes et hydraulique.
Tel qu’illustré sur la figure 10, le dispositif de transformation du mouvement 68 comprend, pour chaque pale 5, une articulation 71 sphérique (communément appelée rotule) à contact radiale, une biellette 72 et une manivelle 73. L’articulation 71 sphérique est montée de manière mobile en translation dans une fourchette d’une biellette 72 rapportée sur l’organe 70. La manivelle 73 (ici venue de matière avec le pied 16 de pale 5) comprend à une extrémité un maneton 74 monté de manière libre en translation dans l’articulation 71 sphérique selon un axe sensiblement radial, cet axe étant décalé par rapport à l’axe Y de rotation de la pale 5. La manivelle 73 permet de démultiplié l’effort nécessaire pour régler le calage de la pale 5 correspondante.
Le mouvement en rotation de l’organe 70 de l’actionneur 67 permet de régler de manière synchronisée le calage de l’ensemble des pales 5 (respectivement la mise en drapeau des pales 5) via notamment les différents dispositifs de transformation 68.
Plus précisément, tel qu’illustré sur la figure 11, le corps 69 comprend six parois 75 répartis régulièrement autour de l’axe X. Chaque paroi 75 est en saillie radiale depuis un noyau 76 central rapporté sur l’arbre 7 et s’étend axialement suivant l’axe X. Entre deux parois 75 consécutives, le corps 69 défini une cavité étanche. Parmi les six cavités étanches de l’actionneur 67 rotatif, quatre d’entre elles sont dites primaire (remplies en hachures) et deux d’entre elles sont dites secondaire. Les cavités primaires 77a sont attitrées au dispositif de commande du calage 65 des pales 5 et les cavités secondaires 77b sont attitrées au dispositif de mise en drapeau 66 des pales 5. Dans le cas présent, les cavités primaires 77a sont réunies par paire et diamétralement opposées par rapport à l’axe X. Les cavités secondaires 77b sont diamétralement opposées par rapport à l’axe X.
Pour chaque cavité 77a, 77b, l’organe 70 comprend une palette 78 montée de manière étanche dans la cavité 77a, 77b correspondante, la palette 78 séparant la cavité 77a, 77b en une première chambre 41 et une deuxième chambre 42.
Les cavités primaires 77a sont aptes à être alimentées en fluide sous pression (par exemple en huile dans le cas d’un actionneur hydraulique). Pour des raisons de clarté, les moyens d’alimentation des cavités primaires 77a n’ont pas été représentés.
Pour chaque cavité secondaire 77b, un générateur 9 de gaz se trouve dans la première chambre 41. L’actionneur 67 comprend, pour chaque cavité secondaire 77b, une première voie de communication fluidique 44 entre la première chambre 41 et l’espace 8 et une deuxième voie de communication fluidique 45 entre la deuxième chambre 42 et l’espace 8.
L’actionneur 67 est configuré pour occuper les positions suivantes :
- une position passive dans laquelle les première et deuxième voies de communication 44, 45 sont ouvertes ;
- une position active dans laquelle les premières voies de communication 44 sont obturées, l’organe 70 est déplacé en position de référence sous l’action du gaz généré et/ou libéré par les générateurs 9 et l’organe 70 est verrouillé en position de référence via des moyens de verrouillage 46.
En position active, les premières voies de communication 44 sont chacune obturées via un dispositif d’obturation 46 (autonome ou piloté). De la même manière que pour la première voie de communication 44, en position active, les deuxièmes voies de communication 45 sont chacune obturées via un dispositif d’obturation 46 (moyens de verrouillage indirect) (autonome ou piloté).
Lors du passage de la position passive à la position active, par exemple lors d’une défaillance dans l’alimentation hydraulique de l’actionneur 67 rotatif, l’actionneur 67 évolue de la manière suivante.
Les premières voies de communication 44 sont obturées via les dispositifs d’obturation 46. Sous l’action du gaz issu du générateur 9, l’organe 70 se déplace dans sa position de référence. Les deuxièmes voies de communication 45 sont obturées via les dispositifs d’obturation 46.
Lorsque la turbomachine 2 fonctionne de manière normale (pas de défaillance), le dispositif de mise en drapeau 66 est subordonné au dispositif de commande du calage 65 des pales 5. Les cavités secondaires 77b sont subordonnées aux cavités primaires 77a. Dans ce cas, l’actionneur 67 est en position passive.
En cas de défaillance (défaillance dans l’alimentation hydraulique), les moyens de commande ordonnent la mise en drapeau des pales 5, le dispositif de commande du calage 65 des pales 5 devient alors subordonné au dispositif de mise en drapeau 66 des pales 5. Les cavités primaires 77a sont alors subordonnées aux cavités secondaires 77b. Dans ce cas, l’actionneur 67 rotatif évolue d’une position passive à une position active. Le déplacement de l’organe 70 en position de référence permet, de manière synchronisée, la mise en drapeau de l’ensemble des pales 5 du rotor 3, via notamment les différents dispositifs de transformation 68.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Module de turbomachine (2) d’axe (X) longitudinal, ledit module comprenant :
    - un rotor (3) portant des pales (5) à calage variable, et comportant un arbre (7) annulaire interne ;
    - un dispositif de commande du calage (21, 65) des pales (5) situé dans un espace (8) annulaire s’étendant autour dudit arbre (7) ;
    - un dispositif de mise en drapeau (33, 59, 66) d’au moins une pale (5), en particulier en cas de défaillance dudit dispositif de commande (21, 65) ;
    caractérisé en ce que ledit dispositif de mise en drapeau (33, 59, 66) comprend au moins un générateur (9) de gaz placé entre un corps (35, 61, 69) et un organe (36, 62, 70) mobile d’un actionneur (34, 60, 67), ledit organe (36, 62, 70) étant couplé à ladite au moins une pale (5) et apte, sous l’action de gaz généré et/ou libéré par ledit générateur (9), à être déplacé dans une position de référence dans laquelle il impose une position drapeau à ladite au moins une pale (5).
  2. 2. Module de turbomachine (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit générateur (9) comprend une charge pyrotechnique et un dispositif d’allumage de ladite charge pyrotechnique.
  3. 3. Module de turbomachine (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit générateur (9) comprend un réservoir de gaz sous-pression, ledit réservoir étant apte, sous l’action de la combustion de ladite charge ou via un dispositif de libération, à libérer ledit gaz sous-pression du réservoir.
  4. 4. Module de turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit organe (36) comprend un piston (37) mobile en translation dans une cavité (38) dudit corps (35), ledit piston (37) séparant ladite cavité (38) en une première chambre (41) dans laquelle se trouve ledit générateur (9) de gaz et une deuxième chambre (42), l’actionneur (34) comprenant en outre une première voie de communication fluidique (44) entre ladite première chambre (41) et ledit espace (8) et une deuxième voie de communication fluidique (45) entre ladite deuxième chambre (42) et ledit espace (8), l’actionneur (34) étant configuré pour occuper les positions suivantes :
    - une position passive dans laquelle lesdites première et deuxième voies de communication (44, 45) sont ouvertes ;
    - une position active dans laquelle ladite première voie de communication (44) est obturée, ledit organe (36) est déplacé en position de référence sous l’action du gaz généré et/ou libéré par ledit générateur (9) et ledit organe (36) est verrouillé en position de référence via des moyens de verrouillage (46, 57).
  5. 5. Module de turbomachine (2) selon revendication 4, caractérisé en ce que ledit actionneur (34) comprend en outre un tiroir (47) de distribution tubulaire mobile en translation dans la cavité (38) dudit corps (35), ledit tiroir (47) comprenant une cloison de séparation (48) délimitant la première chambre (41) en un premier compartiment (49) dans laquelle se trouve ledit générateur (9) de gaz et un deuxième compartiment (50), ladite cloison (48) comprenant un orifice de communication (51) entre ledit premier compartiment (49) et ledit deuxième compartiment (50), ladite première voie (44) étant apte à mettre en communication ledit espace (8) et ledit deuxième compartiment (50) ;
    ledit tiroir (47) étant configuré pour obturer la première voie de communication (44) lorsque l’actionneur (34) se trouve dans une position active.
  6. 6. Module de turbomachine (2) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit organe (62, 70) comprend une palette (63, 78) mobile en rotation dans une cavité (38, 77b) dudit corps (61), ladite palette (63, 78) séparant ladite cavité (38, 77b) en une première chambre (41) dans laquelle se trouve ledit générateur (9) de gaz et une deuxième chambre (42), l’actionneur (60, 67) comprenant en outre une première voie de communication fluidique (44) entre ladite première chambre (41) et ledit espace (8) et une deuxième voie de communication fluidique (45) entre ladite deuxième chambre (42) et ledit espace (8), l’actionneur (60, 67) étant configuré pour occuper les positions suivantes :
    - une position passive dans laquelle lesdites première et deuxième voies de communication (44, 45) sont ouvertes ;
    - une position active dans laquelle ladite première voie de communication (44) est obturée, ledit organe (62, 70) est déplacé en position de référence sous l’action du gaz généré et/ou libéré par ledit générateur (9) et ledit organe (62, 70) est verrouillé en position de référence via des moyens de verrouillage (46, 57).
  7. 7. Module de turbomachine (2) selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de verrouillage (57) comprennent des lames (58) entre lesquelles se trouve ledit organe (36, 62, 70), les lames (58) étant de préférence réalisées en alliage à mémoire de forme.
  8. 8. Module de turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande du calage (65) des pales (5) comprend ledit actionneur (67).
  9. 9. Module de turbomachine (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit actionneur (34, 60, 67) comprend des moyens d’amortissement dudit organe (36, 62, 70) lorsque ce dernier est déplacé dans sa position de référence.
  10. 10. Turbomachine (2) comprenant un module selon l’une des revendications précédentes, la turbomachine (2) comprenant en outre des moyens de commande dudit dispositif de mise en drapeau (33, 59, 66).
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