FR3071314B1 - Banc d'essai d'une douille - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un banc d'essai en fatigue (10) pour estimer une durée de vie d'une douille (12) destinée au guidage d'un système de commande de l'orientation de pales d'une turbomachine, ladite douille (12) comportant un fût (14) cylindrique disposé coaxial à un axe principal A de la douille (12) et une collerette (16) s'étendant radialement par rapport à l'axe principal A de la douille (12), à partir d'une extrémité axiale du fût (14), le banc d'essai comportant : - un logement cylindrique (22) qui reçoit le fût (14) de la douille (12) ; - une face d'appui (24) sur laquelle la collerette (16) de la douille (12) est en appui axialement selon l'axe principal A de la douille (12) ; et - un doigt (34) qui est monté en pivotement dans la douille (12) et qui est relié à un dispositif d'actionnement (32), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection (40) d'une rupture de la douille (12) configurés pour déterminer un moment de séparation entre la collerette (16) et le fût (14) de la douille (12).

Description

BANC D'ESSAI D'UNE DOUILLE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un banc d'essai en fatigue pour une douille de guidage d'un système de commande de l'orientation de pales d'une turbomachine. L'invention concerne plus particulièrement un banc d'essai en fatigue permettant de reproduire le plus fidèlement possible les conditions de fonctionnement sur la douille, tout en permettant une détection automatisée de la rupture de la douille.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Dans chaque étage d'un compresseur axial, le rotor aspire et accélère le flux d'air en le déviant par rapport à l'axe du moteur. Le redresseur ou stator qui suit, redresse le flux dans l'axe et le ralentit en transformant une partie de sa vitesse en pression. Dans l'étage directement en aval suivant l'axe du moteur, le rotor suivant réaccélère le flux d'air en le déviant à nouveau de l'axe du moteur, et le stator suivant redresse de nouveau le flux pour le ralentir et transformer sa vitesse en pression. Et ainsi de suite, pour chaque étage suivant l'axe du moteur depuis l'amont vers l'aval.

Dans chaque étage, des aubes à calage variable sont portées par le carter du stator et sont réglables en position autour de leurs axes respectifs (ou pivots), pour optimiser l'écoulement des gaz suivant l'axe du moteur. L'angle d'attaque des aubes, c'est-à-dire l'orientation des aubes à calage variable du stator par rapport à l'axe du moteur, est commandé par l'intermédiaire d'un ou plusieurs éléments de commande en forme d'anneau ou de section d'anneau.

Ces éléments en anneau, ou anneaux de commande, sont extérieurs au carter et sont reliés aux aubes par des biellettes respectives. Chacun de ces anneaux de commande est configuré pour permettre une modification de l'orientation d'une pluralité d'aubes simultanément.

Il est prévu la présence de douilles dans des trous formés à l'intérieur des anneaux de commande pour recevoir les doigts d'une pluralité de leviers de commande pilotant l'orientation de chacune des aubes, respectivement. Ces douilles peuvent être par exemple en matériau composite, en matériau métallique... Elles ont pour but d'assurer un bon contact entre le doigt de chaque levier et chaque trou correspondant dans l'anneau, afin de réduire le frottement et le jeu entre les pièces pour, notamment, prévenir leur détérioration. Elles permettent ainsi de conserver dans le temps la précision de la liaison unissant les leviers à l'anneau dont dépendent les performances du compresseur.

Un exemple d'une douille de guidage d'un doigt de levier dans le trou est décrit dans le document FR-2.868.490. Selon ce document, la douille est réalisée en un matériau à base de céramique.

Toutefois, un problème peut survenir car ces douilles peuvent se rompre à l'usage. En effet, les contacts entre la douille et l'arête à l'entrée du trou dans l'anneau dans lequel se loge le doigt du levier génèrent localement un pic de contrainte élevé qui peut provoquer la rupture de la douille. La réalisation d'un chanfrein à l'entrée du trou permet de réduire ce risque de rupture, mais sans le faire complètement disparaître.

Or, la rupture d'une douille peut avoir des conséquences allant de la dégradation de la précision du calage des aubes jusqu'à la perte de la partie inférieure (le fût) de la douille dans le compartiment principal (« Core Compartment » en langue anglo-saxonne) du moteur puis sur le tarmac lors de l'ouverture éventuelle des capots du moteur pour une inspection, par exemple.

En effet, le trou de l'anneau dans lequel se loge le doigt du levier est traversant et ne retient donc pas la partie inférieure d'une douille en cas de rupture de celle-ci en deux parties.

Ces effets peuvent avoir des conséquences lourdes, voire potentiellement critiques. Non seulement l'augmentation du jeu impacte la bonne opérabilité du compresseur, mais la présence des fûts de douilles dans le moteur puis sur le tarmac n'est pas autorisée par le manuel de maintenance de l'avion (AMM). Leur découverte lors d'une inspection visuelle impose donc aux compagnies aériennes, de procéder à une dépose non programmée du moteur afin de remplacer les douilles rompues.

Finalement, au-delà des conséquences techniques sur le fonctionnement des aubes à calage variable, la rupture des douilles peut avoir des conséquences sur l'exploitation commerciale de l'avion. Ces conséquences comprennent notamment des retards de vols dus à des interventions de maintenance non anticipées, conduisant à des dépenses supplémentaires pour les compagnies aériennes.

Dans le cadre de la mise au point du système de commande de l'orientation des pales d'une turbomachine, des essais en fatigue sur un modèle douille sont pratiqués pour définir sa durée de vie.

Selon un mode de réalisation connu d'un banc d'essai, la douille est montée sur un élément fixe représentant l'anneau de commande et un embout précontraint par ressort est fixé sur le fût de la douille, au niveau de son extrémité opposée à celle portant la collerette. Lors de la rupture de la douille, le ressort provoque la sortie du fût hors de son logement.

Un tel mode de réalisation ne permet pas d'être suffisamment représentatif des conditions réelles de fonctionnement au niveau de la douille, notamment du fait qu'un effort de précontrainte est appliqué sur le fût de la douille et aussi parce qu'un tel agencement empêche à la douille de tourner dans le logement.

De plus, le mode de réalisation connu nécessite la présence d'un opérateur pour se rendre compte du moment de la séparation entre le fût et la collerette de la douille, ce qui peut amener à certaines imprécisions concernant le relevé du nombre de cycles réalisés avant la rupture. L'invention a pour but de proposer un banc d'essai pour une douille qui reproduit le plus fidèlement possible les conditions de fonctionnement réelles de la douille et qui permet en outre de détecter de manière automatisée le moment de la séparation des deux parties de la douille afin d'avoir un relevé le plus fiable possible du nombre de cycles réalisés avant rupture.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un banc d'essai en fatigue pour estimer une durée de vie d'une douille destinée au guidage d'un système de commande de l'orientation de pales d'une turbomachine, ladite douille comportant un fût cylindrique disposé coaxial à un axe principal A de la douille et une collerette s'étendant radialement par rapport à l'axe principal A de la douille, à partir d'une extrémité axiale du fût, le banc d'essai comportant un logement cylindrique qui reçoit le fût de la douille, une face d'appui sur laquelle la collerette de la douille est en appui axialement selon l'axe principal de la douille, et un doigt qui est monté en pivotement dans la douille et qui est relié à un dispositif d’actionnement, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection d'une rupture de la douille configurés pour déterminer un moment de séparation entre la collerette et le fût de la douille.

De préférence, l'axe principal A de la douille est orienté verticalement selon l'orientation de la gravité terrestre et la face d'appui est orientée verticalement vers le bas.

De préférence, le banc d'essai en fatigue comporte un bâti fixe et un tronçon d'un anneau de commande relié au bâti, lequel dit tronçon d'un anneau de commande comportant le logement cylindrique et la face d'appui.

De préférence, le banc d'essai en fatigue comporte des moyens de positionnement et de liaison du tronçon d'un anneau de commande au le bâti.

De préférence, les moyens de détection comportent un disque solidaire de la collerette en déplacement vers le bas.

De préférence, le diamètre du disque est supérieur au diamètre de la collerette.

De préférence, le disque est réalisé en aluminium.

De préférence, le disque comporte des évidements pour limiter son poids.

De préférence, les moyens de détection comportent un capteur sans contacts qui est de préférence un capteur de déplacement laser.

De préférence, le capteur sans contact est apte à détecter le déplacement verticalement vers le bas du disque lors d'une rupture de la douille.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique en perspective avec arrachement d'un bac d'essai selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe du banc d'essai représenté à la figure 1.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

On a représenté à la figure 1 un banc d'essai 10 destiné à réaliser des tests de durée de vie sur une douille 12 d'un anneau de commande d'aubes a calage variable d'un turboréacteur.

Le banc d'essai 10 a pour but de déterminer la durée de vie de la douille 12, en reproduisant des contraintes de fonctionnement réelles sur celle-ci.

La douille 12 consiste en un élément de révolution ayant un axe principal A. Elle comporte un fût 14 cylindrique coaxial à l'axe principal A de la douille 12. Le fût 14 est destiné à être reçu dans un logement complémentaire de l'anneau de commande et une collerette radiale 16 qui s'étend radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe principal A du fût 14 depuis une extrémité axiale du fût 14.

La collerette 16 est destinée à venir en contact axialement, selon l'axe principal A de la douille 12, contre une face d'appui 24 associée appartenant à l'anneau de commande sur lequel la douille 12 est destinée à être montée.

Le banc d'essai 10 comporte des composants similaires ou identiques aux composants du mécanisme de commandes d'aubes à calage variable, afin de reproduire le plus fidèlement possible les contraintes exercées sur la douille 12 lors du fonctionnement d'un réel mécanisme de commandes d'aubes à calage variable.

Le banc d'essai 10 comporte ainsi un tronçon 20 d'un anneau de commande, sur lequel chaque douille 12 à tester est destinée à être montée.

Le tronçon 20 d'un anneau de commande comporte notamment un logement cylindrique 22 dans lequel le fût 14 de la douille 12 est monté et une face d'appui 24 sur laquelle la collerette 16 de la douille 12 vient en appui. Ce tronçon 20 est un secteur angulaire d'un anneau de commande pouvant être utilisé dans la turbomachine, il est réalisé avec le même matériau et selon les mêmes caractéristiques techniques que tout autre anneau de commande.

Le logement cylindrique 22 est complémentaire du fût 14 de la douille 12, il est par conséquent coaxial à l'axe principal A de la douille 12 et son diamètre interne est sensiblement égal au diamètre externe du fût 14. La face d'appui 24 sur laquelle la collerette 16 vient en appui, est une face en arc de cylindre dont l'axe principal est l'axe principal du tronçon 20 'anneau et est perpendiculaire à l'axe principal A de la douille 12.

Le banc d'essai 10 comporte aussi un bâti fixe 26 qui porte le tronçon 20 d'un anneau de commande et des moyens de positionnement et de fixation du tronçon 20 d'un anneau de commande sur le bâti fixe 26 qui comprennent deux vis de fixation 46.

Le tronçon 20 d'un anneau de commande est amovible pour permettre de monter un tronçon 20 de différents anneaux de commande sur le banc d'essai 10 afin de tester plusieurs structures de douilles 12

Le banc d'essai 10 comporte aussi des composants du mécanisme de commandes d'aubes à calage variable, qui sont associés à la douille 12. Parmi ces composants, on cite un levier 28, qui est normalement destiné à relier l'anneau de commande à une aube à calage variable.

Une première extrémité 30 du levier 28 est reliée au tronçon 20 d'un anneau de commande, l'autre extrémité 31 du levier 28 est reliée à un actionneur 32 destiné à reproduire les actions produites par une pale de turbomachine.

La liaison entre la première extrémité 30 du levier 28 avec le tronçon 20 d'un anneau de commande est réalisée par l'intermédiaire d'un doigt 34 qui est reçu dans le logement cylindrique 22 coaxialement à l'axe principal de celui-ci et qui est libre en pivotement dans le logement cylindrique 22.

La douille 12 est interposée entre le doigt 34 et la paroi du logement cylindrique 22, pour réaliser le guidage en pivotement du doigt 34 dans le logement.

Le doigt 34 est par conséquent coaxial à l'axe principal A de la douille 12.

Le doigt 34 comporte une extrémité 36 en couronne de diamètre supérieur au reste du diamètre du doigt 34.

Cette extrémité 36 en couronne est située en vis-à-vis et à distance de la collerette 16 de la douille 12. L'actionneur 32 produit des sollicitations qui sont transmises au doigt 34 par le levier 28 qui ont pour but d'être similaires aux sollicitations produites sur une turbomachine réelle.

Selon un exemple de fonctionnement de l'actionneur 32, celui-ci comprend un arbre monté pivotant par rapport au bâti fixe 26 autour de son axe qui est parallèle à l'axe principal A de la douille 12, selon une amplitude angulaire prédéfinie, par exemple une amplitude inférieure à 10°.

Le pivotement de l'actionneur 32 provoque une rotation similaire du levier 28 autour de l'axe principal de l'actionneur 32, qui entraîne à son tour une rotation du doigt 34 dans le tronçon 20 d'un anneau de commande.

Pour permettre une rotation de l'actionneur et du doigt 34, et selon un mode de réalisation, le levier 28 est apte à se déformer élastiquement.

Selon un autre mode de réalisation, le tronçon 20 d'un anneau de commande est lié au bâti fixe avec possibilité de translation horizontale, pour permettre les rotations des différents composants. L'objectif du banc d'essai 10 est de déterminer la durée de vie de la douille 12, c'est-à-dire le nombre de cycles de sollicitations produites par l'actionneur.

Lorsque la douille 12 devient usée, celle-ci se casse et cette casse est caractérisée par une séparation entre la collerette 16 et le fût 14.

Le banc d'essai 10 comporte des moyens 40 qui réalisent la détection de la séparation de la collerette 16 d'avec le fût 14 dès que la casse de la douille a lieu.

Pour cela, selon un premier aspect du banc d'essai 10, la douille 12 est montée dans le tronçon 20 d'un anneau de commande avec son axe principal A orienté verticalement selon la gravité terrestre et la collerette 16 de la douille 12 est située dessous le fût 14.

Ainsi, lors de la casse de la douille 12, la collerette 16 est apte à tomber verticalement vers le bas sous l'action de la gravité terrestre puisqu'aucun composant ne la retient.

Pour cela, le logement cylindrique 22 est orienté verticalement c'est à dire que son axe principal, qui est l'axe principal de la douille 12 est vertical selon l'orientation de la gravité terrestre. Aussi, la face d'appui 24 est située la plus en bas du tronçon 20 d'un anneau de commande, c'est-à-dire qu'elle est orientée vers le bas selon l'orientation de la gravité terrestre.

Les moyens 40 de détection de la séparation entre la collerette 16 et le fût 14 sont réalisés pour détecter tout déplacement vertical de la collerette 16, synonyme de casse de la douille 12.

Les moyens 40 de détection comportent un capteur 42 qui est de préférence un capteur de type laser. Il sera compris que le banc d'essai n'est pas limité à ce type de capteur, et que le capteur 42 peut être un capteur de tout autre type qui ne nécessite aucun contact avec la collerette 16.

Un tel type capteur 42 permet de ne pas ajouter à la douille 12 une quelconque contrainte mécanique qui pourrait rendre les conditions de l'essai sur la douille 12 différentes par rapport aux conditions réelles de fonctionnement dans une turbomachine. Le résultat du test s'en retrouvant ainsi le plus fidèle possible.

Comme on peut le voir sur les figures, le diamètre externe de la collerette 16 de la douille 12 est sensiblement égal au diamètre externe de l'extrémité 36 en couronne du doigt 34, qui est située en dessous de la collerette 16.

La collerette 16 est ainsi masquée par l'extrémité 36 en couronne du doigt 34 et aussi par la première extrémité 30 du levier 28. Le capteur 42 ne peut donc pas détecter directement le mouvement de la collerette 16.

Les moyens 40 de détection comportent à cet effet un disque 44 qui est solidaire de la collerette 16. De préférence, le disque est solidarisé à la collerette 16 par collage mais tout autre moyen de solidarisation peut être utilisé.

Le disque 44 s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe principal A de la douille 12 et son diamètre externe est supérieur au diamètre externe de la douille 12 et de l'extrémité 36 en couronne du doigt 34. Le diamètre externe du disque 44 est de préférence défini pour être suffisamment grand afin de ne pas être masqué par un composant du banc d'essai lors de la réalisation d'un essai, tout en étant suffisamment réduit afin de limiter la masse du disque 44.

Le disque 44 est de préférence réalisé en aluminium, pour limiter son coût et son poids.

De plus, selon un mode de réalisation préféré, le bord périphérique du disque 44 est recourbé ce qui le renforce contre la torsion.

Selon le mode de réalisation représenté aux figures, le disque 44 consiste en un disque plein. Il sera compris que le disque 44 peut comporter des évidements (non représentés) pour réduire son poids afin de limiter son influence sur la casse de la douille 12.

Le disque 44 est ainsi visible par le capteur 42 à tout moment lors de la mise en œuvre de l'essai sur la douille 12, ce qui permet de détecter systématiquement à quel instant la douille 12 casse.

Lorsque la douille 12 casse, la collerette 16 tombe, entraînant avec elle le disque 44. Le capteur 42 détecte alors le mouvement du disque 44.

Le banc d'essai comporte aussi une unité de traitement du signal émis par le capteur 42 pour enregistrer le moment lors duquel le déplacement du disque a été détecté et éventuellement pour arrêter tout déplacement du levier 28 après la casse de la douille 12.

Il est ainsi possible de mettre en œuvre une séance d'essai en fatigue sur la douille 12 en continu, sans qu'une présence humaine ne soit nécessaire pour détecter la casse de la douille 12. Un tel type d'essai s'effectuant sur une longue durée, une personne n'est donc pas immobilisée pendant cet essai, ce qui limite aussi son cout.

Aussi, la conception du banc d'essai 10 reprend le plus fidèlement possible les composants réels associés à la douille 12. Cela permet de faciliter l'assemblage de ces composants puisque cela est déjà connu. En outre, le capteur étant du type sans contact, son assemblage sur le banc d'essai est relativement aisé.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Banc d'essai en fatigue (10) pour estimer une durée de vie d'une douille (12) destinée au guidage d'un système de commande de l'orientation de pales d'une turbomachine, ladite douille (12) comportant un fût (14) cylindrique disposé coaxial à un axe principal A de la douille (12) et une collerette (16) s'étendant radialement par rapport à l'axe principal A de la douille (12), à partir d'une extrémité axiale du fût (14), le banc d'essai comportant : un logement cylindrique (22) qui reçoit le fût (14) de la douille (12) ; une face d'appui (24) sur laquelle la collerette (16) de la douille (12) est en appui axialement selon l'axe principal A de la douille (12) ; et un doigt (34) qui est monté en pivotement dans la douille (12) et qui est relié à un dispositif d'actionnement (32), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection (40) d'une rupture de la douille (12) configurés pour déterminer un moment de séparation entre la collerette (16) et le fût (14) de la douille (12).
2. 2. Banc d'essai en fatigue (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'axe principal A de la douille (12) est orienté verticalement selon l'orientation de la gravité terrestre et la face d'appui (24) est orientée verticalement vers le bas.
3. 3. Banc d'essai en fatigue (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un bâti (26) fixe et un tronçon (20) d'un anneau de commande relié au bâti (26), lequel dit tronçon (20) d'un anneau de commande comportant le logement cylindrique (22) et la face d'appui (24).
4. 4. Banc d'essai en fatigue (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (46) de positionnement et de liaison du tronçon (20) d'un anneau de commande au le bâti (26).
5. 5. Banc d'essai en fatigue (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (40) comportent un disque (44) solidaire de la collerette (16).
6. 6. Banc d'essai en fatigue (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le diamètre du disque (44) est supérieur au diamètre de la collerette (16).
7. 7. Banc d'essai en fatigue (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le disque (44) est réalisé en aluminium.
8. 8. Banc d'essai en fatigue (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le disque (44) comporte des évidements pour limiter son poids.
9. 9. Banc d'essai en fatigue (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (40) comportent un capteur sans contacts (42) qui est de préférence un capteur de déplacement laser.
10. 10. Banc d'essai en fatigue (10) selon la revendication précédente, en combinaison avec l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le capteur sans contact (42) est apte à détecter le déplacement verticalement vers le bas du disque (44) lors d'une rupture de la douille (12).