FR3115818A1 - Soufflante de turbomachine comprenant des pales à calage variable - Google Patents
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Abstract
La soufflante de turbomachine comprend :- un disque présentant un axe principal, - des pales (16), - des supports (20) montés sur le disque et portant les pales respectives, chaque support étant monté mobile à rotation par rapport au disque autour d'un axe de support (24),- pour chaque support (16), un pion (26) fixé rigidement à l'un parmi le disque et le support, et- pour chaque support, une gorge circulaire de réception du pion (26), la gorge étant ménagée dans l'autre parmi le disque et le support de sorte que le pion est mobile par rapport à la gorge lorsque le support tourne autour de l'axe de support (24).La gorge comprend une butée (30) formant au moins une fin de course du pion dans la gorge. Figure pour l’abrégé : Fig.4
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
L'invention concerne le domaine des turbomachines comprenant une hélice ou une soufflante à calage variable.
Il concerne en particulier le domaine des machines d'essai pour le développement de telles turbomachines.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Différentes architectures de turbomachine ont recours à une hélice (turbopropulseur, architectures dites "open rotor") ou à une soufflante à calage variable. Cette variabilité permet à la turbomachine de s'adapter à des conditions de vol variables en maintenant un angle d'incidence de l'air favorable sur les pales. La variabilité du calage est particulièrement nécessaire pour les rotors ayant un faible taux de compression comme les hélices de turbopropulseurs et les soufflantes de turbomachines ayant un taux de dilution élevé. S'agissant d'une machine à double flux, ce taux est le rapport entre le débit du flux secondaire (froid) et le débit du flux primaire qui traverse le corps primaire.
Des dispositifs multiples ont été imaginés pour faire varier le calage des pales. Ils comportent généralement une mise en rotation de la pale autour de son axe par l'intermédiaire de pignons coniques situés sous le pied de la pale. Ces derniers coopèrent avec des pignons coniques d'un système de commande configuré pour commander le calage de la pale. En utilisation normale, lors des phases de vol, l'intervalle angulaire possible pour le calage d'une pale est généralement d'environ 65° (+40°, -25° par rapport à la position angulaire de la pale en phase de croisière), entre une position de petit pas à faible vitesse d'avancement et une position de grand pas à grande vitesse. Les calages dans ces conditions normales d'utilisation sont, par convention, dits positifs. La pale peut aussi prendre une position dans laquelle la soufflante procure un freinage dynamique à l'aéronef.
Des machines d'essai sont utilisées pour le développement des soufflantes des futurs moteurs. Ces machines comprennent une soufflante du même type avec des pales à calage variable. Elles sont agencées pour permettre de faire varier le calage de chaque pale sur une grande amplitude angulaire afin de permettre de tester un grand nombre de configurations.
Dans le cadre de l'essai, chaque pale est équipée d'un organe d'instrumentation allongé et souple renfermant des câbles. L'organe s'étend depuis l'intérieur du disque portant la pale jusqu'à l'intérieur de cette dernière. Lors des essais, on peut être amené à faire tourner chaque pale sur plus d'un tour autour de son axe. Mais cela peut engendrer une détérioration de l'organe d'instrumentation qui se retrouve exposé à des torsions prononcées. En effet, ce sont simplement des marquages sur les pièces qui indiquent un point 0 sur le pivot et un point 0 sur le disque pour repérer la position relative des pièces.
Dans le cadre d’un moteur de vol, chaque pale peut être équipée d’un organe allongé conducteur électrique, par exemple pour assurer le dégivrage des pales.
La demande de brevet FR-3 046 438 présente une soufflante de moteur d'aéronef équipée de pales à calage variable. Afin de limiter l'amplitude de rotation de chaque pale, la soufflante comprend des butées s'étendant par exemple en regard de la pale. Mais l'amplitude de rotation angulaire qui reste possible pour la pale est particulièrement limitée de sorte que ce mécanisme n'est pas utilisable pour des machines d'essai qui nécessitent de pouvoir faire tourner la pale sur une plage angulaire étendue afin de tester de nombreuses positions de calage.
Un but de l'invention est donc de préserver l'instrumentation de chaque pale sans limiter ses possibilités de rotation angulaire dans le cadre du calage variable.
A cet effet, on prévoit selon l'invention une soufflante de turbomachine,
la soufflante comprenant :
- un disque présentant un axe principal,
- des pales,
- des supports montés sur le disque et portant les pales respectives, chaque support étant monté mobile en rotation par rapport au disque autour d'un axe de support,
- pour chaque support, un pion fixé rigidement à l'un parmi le disque et le support, et
- pour chaque support, une gorge circulaire de réception du pion, la gorge étant ménagée dans l'autre parmi le disque et le support de sorte que le pion est mobile par rapport à la gorge lorsque le support tourne autour de l'axe de support,
la gorge comprenant une butée formant au moins une fin de course du pion dans la gorge.
Ainsi, la butée limite la course du pion dans la gorge. Ce mécanisme permet d'éviter de faire faire plus d'un tour à la pale par mégarde lors des essais. L'organe d'instrumentation, ou conducteur électrique, n'est donc pas exposé à des torsions excessives susceptibles de l'endommager. Le mécanisme à gorge et butée est par ailleurs utilisable sur un moteur d'aéronef sans donc être limité aux machines d'essai, l’organe d’instrumentation pouvant alors être remplacé par un conducteur électrique. L'agencement selon l'invention est compact, facile à fabriquer, de constitution simple et démontable.
L'invention pourra en outre présenter au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- la gorge s'étend dans le support ;
- la soufflante est agencée de façon à permettre qu'on installe le support sur le disque suivant une trajectoire perpendiculaire à l'axe de support jusqu'à une position de réception du support sur le disque ;
- la gorge comprend une paroi circulaire présentant une ouverture latérale permettant un passage du pion ;
- le disque comprend deux demi-disques reliés l'un à l'autre suivant un plan perpendiculaire à l'axe principal ;
- la soufflante comprend pour chaque pale au moins un organe d'instrumentation allongé s'étendant à l'intérieur du disque et du support ; et
- l'organe allongé émerge du disque en s'étendant dans l'axe de support.
On prévoit aussi selon l'invention une turbomachine comprenant une soufflante selon l'invention.
Dans un mode de réalisation, la turbomachine forme une machine d'essai et est inapte à équiper un aéronef pour servir à propulser l'aéronef.
En effet, la turbomachine est alors dépourvue de certains organes nécessaires pour qu'elle équipe l'aéronef et le propulse.
Dans un autre mode, elle est apte à équiper un aéronef et à propulser l'aéronef.
DESCRIPTION DES FIGURES
Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention à titre d'exemple non-limitatif à l'appui des dessins sur lesquels :
Nous allons décrire une machine d'essai 2 selon un mode de réalisation de l'invention en référence aux figures 1 à 7.
Une telle machine est destinée à être installée sur un banc d'essai et est inapte à équiper un aéronef pour servir à le propulser. Elle ne présente pas en effet un certain nombre d'organes et de caractéristiques pour son fonctionnement en tant que moteur apte à propulser l'aéronef en vol. Par exemple, elle est dépourvue de compresseur de gaz, de chambre de combustion et/ou de turbine.
La machine 2 comprend une soufflante 4 de turbomachine et un carter 6. La machine comprend ici une nacelle polysphérique courte 9 spécifique aux aubes à calage variable.
La soufflante 4 présente un axe principal 8 qui est l'axe principal de la machine. Elle comprend un disque 10 ayant pour axe l'axe principal.
Le disque 10 comprend ici deux demi-disques 12, 14 en contact mutuel suivant un plan perpendiculaire à l'axe principal et reliés l'un à l'autre suivant ce plan, comme on le voit notamment sur la . Le demi-disque amont ou avant 12 forme ainsi la face avant du disque 10 et le demi-disque arrière ou aval 14 sa face arrière.
La soufflante comprend des pales 16 identiques entre elles et montées sur le disque 10 de façon à tourner avec ce dernier autour de l'axe principal 8 par rapport au carter 6 de la machine.
Chaque pale 16 présente un pied de pale 18 reçu dans un support 20 auquel il est fixé rigidement. Ce support 20 est lui-même reçu de façon démontable dans un logement dédié 22 du disque 10 de façon à pouvoir y être fixé rigidement. Chaque logement est défini pour moitié par le demi-disque avant 12 et pour moitié par le demi-disque arrière 14, seul ce dernier étant visible à la .
Par ailleurs, chaque pale 16 est montée mobile en rotation par rapport au disque autour d'un axe de pale 24. Cet axe s'étend globalement suivant une direction longitudinale de la pale et suivant une direction radiale à l'axe principal 8. Pour cela, chaque support 20 est monté mobile en rotation par rapport au disque autour d'un axe de support 24 confondu avec l'axe de pale. Ainsi la montre deux configurations différentes de l'hélice de la soufflante. Les pales de la première configuration ont des calages différents de celles de la seconde, c'est-à-dire occupent des positions différentes autour de leurs axes respectifs 24. Dans chaque configuration, les pales ont le même calage entre elles. La soufflante comprend des moyens pour verrouiller chaque pale dans la position angulaire choisie, moyens qui sont classiques et ne seront pas détaillés ici.
On a illustré à la trois positions différentes que peut par exemple occuper une pale. L'axe horizontal 46 est parallèle à l'axe principal 8 de la machine et indique la direction de déplacement de l'avion. L'axe vertical 48 indique le plan général de la soufflante et sa direction de rotation. La position de la pale est repérée par sa corde 52 prise en pied de pale.
Sur le premier dessin, la pale 16 se trouve en position de croisière. Son bord d'attaque 50 est orienté en direction opposée à la direction 46 de déplacement de l'avion et dans la direction 48 de rotation de l'hélice.
Sur le deuxième dessin, la pale 16 se trouve en position inversée de petit pas (oureverse close pitch). Son bord d'attaque 50 est orienté en direction opposée à la direction 48 de déplacement de l'avion et à la direction 46 de rotation de l'hélice.
Sur le troisième dessin, la pale se trouve en position inversée de grand pas (oureverse close pitch). Son bord d'attaque 50 est orienté dans la direction 48 de rotation de l'hélice et dans la direction 46 de déplacement de l'avion. La corde 52 de la pale forme un angle réduit par rapport à la direction 48 de rotation de l'hélice.
Sur cette machine d'essai, l'agencement permet de tester différentes configurations d'orientation des pales. Notamment, afin de produire une contre-poussée par la soufflante pour obtenir un freinage dynamique de l'avion, il est utile de modifier l’orientation des pales pour prospecter sur plusieurs calages, l’objectif étant notamment de trouver la position préférée des aubes en position inversée (ou positionreverse) par des essais.
Le support 20 et le logement 22 ont des formes à symétrie de révolution autour de l'axe de support 24. Le support 20 et le logement 22 présentent des cavités et des reliefs complémentaires de forme annulaire assurant la retenue du support dans le logement une fois les deux demi-disques assemblés. Une plateforme aérodynamique 23, visible sur la , formée ici d'une coquille, est fixée dans le logement par-dessus le support 20 et le pied 18 pour les recouvrir. Elle forme une face externe circulaire assurant une continuité aérodynamique lors des essais.
Pour chaque pale, un pion 26 est fixé rigidement à l'un parmi le disque 10 et le support 20, en l'espèce au disque, plus particulièrement au demi-disque arrière 14. Le pion est par exemple fretté dans le demi-disque. Le pion a une forme cylindrique allongée et émerge d'un fond plat du logement, fond en saillie duquel il s'étend suivant une direction parallèle à l'axe de support 24. Cependant le pion s'étend à distance de cet axe en étant donc excentré, comme on le voit à la .
Chaque support de pale 20 présente une gorge circulaire inférieure 28 de réception du pion, visible notamment aux figures 5 et 6. La gorge a une forme annulaire et forme une cavité dans une face inférieure du support. La gorge est dimensionnée pour recevoir le pion 26 et de sorte que le pion 26 est mobile par rapport à la gorge et dans celle-ci lorsque la pale tourne autour de l'axe 24, comme on le voit sur les deux derniers schémas de la .
La gorge 28 comprend une butée 30 s'étendant dans la gorge en faisant saillie dans l'espace annulaire de la gorge suivant une direction radiale à l'axe de support 24. Cette butée forme deux fins de course du pion dans la gorge, comme le montre la .
La gorge 28 est définie par une paroi circulaire externe 32, qui présente par ailleurs une ouverture latérale 34 permettant le passage du pion pour le faire entrer et sortir de la gorge suivant une direction radiale à l'axe 24 comme le montrent les deux premiers schémas de la .
La soufflante comprend pour chaque pale au moins un organe d'instrumentation allongé 36 (comprenant par exemple au moins un conducteur électrique) s'étendant depuis l'intérieur du disque 10, dans le support 20 et jusqu'à l'intérieur de la pale. L'organe allongé 36 émerge en l'espèce du disque, entre les demi-disques avant et arrière, en s'étendant dans l'axe 24. Il pénètre à l'intérieur du support 20 en traversant d'abord une cavité 25 ménagée dans la face inférieure du support, visible à la . Il traverse ensuite le support pour arriver dans la pale. Il s'agit par exemple d'un organe d'instrumentation visant à connaître une pression et une température de la pale de l'aube. À l'intérieur du disque, cet organe est relié à des organes de télémesure. (Si la machine n'est pas une machine d'essai mais un moteur opérationnel sur un aéronef, il est relié à la pale pour la dégivrer par exemple). Cet organe 36 présente une souplesse et une longueur suffisantes pour autoriser la rotation de la pale sur la plage angulaire permise par la butée 30, et pour le montage et le démontage de la pale à l'égard du disque.
En fonctionnement, l'angle de calage de chaque pale peut être réglé en faisant tourner la pale par rapport au disque 10, cet angle étant limité seulement par les deux fins de course générées par la butée, c'est-à-dire qu'il s'étend sur plus de 300°en l'espèce. Lors des phases de réglages d’orientation des aubes, le support 20 tourne librement jusqu’à ce que le pion 26 entre en contact avec la butée 30. On choisit de donner à la butée une forme aussi étroite que possible pour ménager une plage angulaire de rotation de la pale aussi grande que possible. Le diamètre du pion et l’épaisseur de la butée sont ainsi choisis de sorte que l’angle mort formé entre les deux appuis et le centre du support soit le plus étroit possible.
Grâce aux fins de course procurées par la butée 30, il n'est pas possible de faire faire plus d'un tour à la pale 16 autour de son axe 24 par rapport au disque, ce qui permet de préserver l'intégrité de l'organe d'instrumentation 36. La butée est positionnée pour que le bord de fuite ou le bord d’attaque de l’aube ne soit pas bloqué dans une zone d’essai.
Par ailleurs, cet agencement permet qu'on installe la pale 16 sur le disque 10 suivant une trajectoire perpendiculaire à l'axe de pale 24 jusqu'à une position de réception de la pale sur le disque. Cette opération de montage est illustrée par les deux premiers schémas de la . Il s'agit de monter la pale sur le demi-disque arrière 14, le demi-disque avant 12 étant ôté. Il faut ainsi d'abord orienter la pale encore démontée afin que l'ouverture latérale 34 du support 20 soit en regard du pion 26. On déplace ensuite la pale pour introduire le support dans le logement 22 du demi-disque arrière, ce qui fait pénétrer le pion 26 dans la gorge 28. Une fois la pale et son support reçus dans le logement 22, on les fait tourner autour de l'axe de pale 24 afin d'emprisonner le pion dans la gorge et ainsi interdire la sortie de la pale hors de son logement. Il ne reste plus ensuite qu'à fixer le demi-disque avant 12 au demi-disque arrière 14 afin d'emprisonner le support 20 entre les deux disques.
Il en est de même à l'inverse pour le démontage de la pale illustré à la . Ce démontage s'effectue en effet par les opérations inverses. La flèche 40 de la figure montre la rotation de la pale pour mettre l'ouverture latérale en coïncidence avec le pion. La flèche 42 montre la trajectoire radiale de retrait de la pale hors de son logement.
On voit ainsi que le montage et le démontage de la pale sur le disque sont particulièrement simples à réaliser. On peut donc facilement remplacer une aube cassée.
Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.
L'invention est également applicable à un moteur d'aéronef, tel qu'un turboréacteur.
Claims (10)
- Soufflante (4) de turbomachine (2),
la soufflante comprenant :
- un disque (10) présentant un axe principal (8),
- des pales (16),
- des supports (20) montés sur le disque et portant les pales respectives, chaque support étant monté mobile à rotation par rapport au disque autour d'un axe de support (24),
- pour chaque support (16), un pion (26) fixé rigidement à l'un parmi le disque et le support, et
- pour chaque support, une gorge circulaire (28) de réception du pion (26), la gorge étant ménagée dans l'autre parmi le disque et le support de sorte que le pion est mobile par rapport à la gorge lorsque le support tourne autour de l'axe de support (24),
la gorge comprenant une butée (30) formant au moins une fin de course du pion dans la gorge. - Soufflante selon la revendication précédente dans laquelle la gorge (28) s'étend dans le support (20).
- Soufflante selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencée de façon à permettre qu'on installe le support (20) sur le disque (10) suivant une trajectoire perpendiculaire à l'axe de support (24) jusqu'à une position de réception du support sur le disque.
- Soufflante selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la gorge (28) comprend une paroi circulaire (32) présentant une ouverture latérale (34) permettant un passage du pion (26).
- Soufflante selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le disque (10) comprend deux demi-disques (12, 14) reliés l'un à l'autre suivant un plan perpendiculaire à l'axe principal (8).
- Soufflante selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend pour chaque pale (16) au moins un organe d'instrumentation allongé (36) s'étendant à l'intérieur du disque (10) et du support (20).
- Soufflante selon la revendication précédente, dans laquelle l'organe allongé (36) émerge du disque en s'étendant dans l'axe de support (24).
- Turbomachine (2) comprenant une soufflante (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- Turbomachine (2) selon la revendication précédente, formant une machine d'essai et inapte à équiper un aéronef pour servir à propulser l'aéronef.
- Turbomachine selon la revendication 8, apte à équiper un aéronef et à propulser l'aéronef.
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|---|---|
| FR3115818B1 (fr) | 2023-10-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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