WO2004067215A2 - Dispositif de mesure de deformation angulaire d'un arbre de torsion d'aeronef - Google Patents

Dispositif de mesure de deformation angulaire d'un arbre de torsion d'aeronef Download PDF

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WO2004067215A2
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Jean-Claude Fillion
Alain Garassino
Eric Albert Khalifa
Patrick René Denis JOLAND
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Hispano Suiza
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means

Definitions

  • This invention relates to a device for measuring the angular deformation (or torque) of a torsion shaft.
  • a conventional device consists in providing two opposite sections of the shaft of toothed discs whose respective magnetic readers follow the rotation. Each time a tooth is passed, a signal travels through the reader concerned. The phase shift between the signals expresses a deformation angle of the shaft between the two bearing sections of the discs, and this angle is proportional to the torque applied to the propeller.
  • An example of such a device is described in French patent 2,631,700.
  • a drawback of this type of device is that the discrimination of the signals indicating the passage of one of the teeth is not easy to do when the phase angle is small.
  • the invention relates to a device for measuring the angular deformation of a torsion shaft, which comprises a pair of toothed discs linked to different sections of the shaft and magnetic readers located respectively in front of the discs; it is characterized in that the readers are opposite poles of the same induction sensor comprising a core joining said poles and provided with an inductor coil, unique and common to the two readers which is also a receiver.
  • the fundamental advantage provided by the invention is that the signals obtained from the rotation of the discs are opposite, which makes it possible to better distinguish them with a single device, even if they partially overlap.
  • Another way of increasing the sensitivity of the measurement consists in making correspond to a given torque a larger angle of deformation. It could be obtained with a less rigid or longer shaft, but it is limited in practice by the need to maintain sufficient strength and moderate bulk.
  • the device which is proposed here, according to a secondary aspect of the invention, has the essential advantage of comprising a transmission shaft which is flexible while respecting the constraints mentioned above.
  • the tree is then composed of an odd plurality of concentric sections, which are joined in a chain by connections established alternately at opposite ends of the tree.
  • FIG. 1 represents a device according to the invention
  • FIG. 2 represents a more general view of an apparatus for measuring deformation angle of a tree
  • Figure 3 illustrates the signals obtained
  • Figure 4 illustrates an alternative embodiment.
  • a shaft 1 provided with discs 2 and 3 parallel to different sections, and which are used to measure the angular deformation of the shaft 1 between them.
  • the discs 2 and 3 are similar and provided with reliefs in the form of teeth 4.
  • Two magnetic readers 5 and 6 are arranged near the circumference of the discs 2 and 3 respectively. They consist of the poles of the same reading device which also includes a core 7 joining the poles 5 and 6 and around which an inductor winding 8 is wound, an operating circuit 9 of which is arranged at the terminals of the winding 8.
  • the shaft 1 is disposed between a propeller 10 of an aircraft engine and a gas generator 11 which drives the propeller 10 via the shaft 1.
  • One of the discs 2 is disposed at one end of the shaft 1, near the gas generator 11, while the other of the discs 3 is integral with the section of the shaft 2 which is adjacent to the propeller 10 , but it is actually mounted on a spacer 12 which covers most of the shaft 1, in order to be placed near the previous disc 2.
  • Figure 3 illustrates signals obtained.
  • a tooth 4 of the disc 2 passes in front of the reader 5
  • a pulse 15 is recorded by the operating circuit 9 of the sensor.
  • the sensor operating circuit 9 records another pulse 16 symmetrical to the previous one since it is recorded by the same coil 8, but which is placed symmetrically with respect to the reading pole.
  • the duration T1 separating the pulses 15 and 16, related to the duration T2 separating two pulses 15 or two pulses 16 of the same consecutive type, is equal to the ratio between the angular deformation of the shaft 1 and the pitch separating two successive teeth.
  • Another advantage provided by the invention is that the operating circuit 9 and the sensitive means (the winding 8) are unique, which simplifies the device and eliminates certain causes of error originating from a fault in synchronization of two readers. each assigned to one of the disks.
  • the senor lends itself well to adjustments, by turning the core 7 to place the readers 5 and 6 in phase in front of the teeth 4 of the disks 2 and 3.
  • the shaft 21 of the variant of Figure 4 is composite. This means that it is formed of a plurality of concentric sections, here three in number and denoted by the reference numbers 24, 25 and 26.
  • the section 24 is the section with the largest diameter of the shaft 21, and it leaves the gas generator 1.
  • the section 26 is the section with the smallest diameter, and it is linked to the propeller 3.
  • the sections 24, 25 and 26 are linked by forming a chain, by fittings in the form of welded crowns 27 and 28, the first of which joins the sections 24 and 25 and the second the sections 25 and 26.
  • the fittings are placed alternately at the two ends of the assembly, that is to say on the side of the gas generator 1 and of the propeller 3, which gives the succession of sections a folded arrangement which does not increase the total length of the shaft 21.
  • a much larger angle of deformation of the shaft 21 in torsion will be obtained at determined torque without significant change in the external dimensions.
  • the measurement can be made using the same sensor as in the previous embodiment.
  • this form of the invention is not limited to three sections, but that it can on the contrary be applied with five, seven, etc. concentric sections, provided they are odd in number.
  • the advantage of the odd plurality of sections, combined with the use of the spacer 12, is that the angular deformation is measured over the entire useful length of the shaft 1, between its opposite ends, but by a unitary sensor.

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Abstract

Deux disques dentés (2, 3) destinés à mesurer une déformation de torsion d'un arbre (1) entre eux sont associés à des lecteurs magnétiques (5, 6) qui appartiennent cependant à un même capteur, étant joints par un noyau (7) autour duquel est enroulé un bobinage récepteur (8) qui enregistre les signaux provenant des deux disques à la fois, mais avec une forme symétrique puisqu'il est placé à l'opposé, ce qui permet de distinguer leur origine. Une détection plus précise de l'angle de déformation ou de déphasages est possible.

Description

DISPOSITIF DE MESURES DE DEFORMATION ANGULAIRE D'UN ARBRE DE TORSION D'AERONEF
DESCRIPTION Cette invention a trait à un dispositif de mesure de déformation angulaire (ou de couple) d'un arbre de torsion.
Elle peut trouver emploi dans des moteurs d'aéronef, où on désire souvent mesurer les efforts exercés pour entraîner une hélice au moyen de la déformation angulaire d'un arbre menant à cette hélice.
Un dispositif classique consiste à munir deux sections opposées de l'arbre de disques dentés dont des lecteurs magnétiques respectifs suivent la rotation. À chaque passage de dent, un signal parcourt le lecteur concerné. Le décalage de phase entre les signaux exprime un angle de déformation de l'arbre entre les deux sections porteuses des disques, et cet angle est proportionnel au couple appliqué à l'hélice. Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans le brevet français 2 631 700.
Un inconvénient de ce genre de dispositif est que la discrimination des signaux indicateurs du passage d'une des dents n'est pas facile à faire quand l'angle de déphasage est petit.
On a donc cherché, en concevant cette invention, à rendre la mesure plus facile.
Pour résumer, l'invention est relative à un dispositif de mesure de déformation angulaire d'un arbre de torsion, qui comprend une paire de disques dentés liés à des sections différentes de l'arbre et des lecteurs magnétiques situés respectivement devant les disques ; elle est caractérisée en ce que les lecteurs sont des pôles opposés d'un même capteur à induction comprenant un noyau joignant lesdits pôles et muni d'un bobinage inducteur, unique et commun aux deux lecteurs qui est aussi récepteur.
L'avantage fondamental que procure l'invention est que les signaux obtenus à la rotation des disques sont opposés, ce qui permet de les mieux distinguer avec un dispositif unique, même s'ils se chevauchent partiellement .
Une autre façon d'accroître la sensibilité de la mesure consiste à faire correspondre à un couple déterminé un angle de déformation plus grand. Il pourrait être obtenu avec un arbre moins rigide ou plus long, mais on est limité en pratique par les nécessités de maintenir une résistance suffisante et un encombrement modéré .
Le dispositif qui est proposé ici, d'après un aspect secondaire de l'invention, présente l'avantage essentiel de comporter un arbre de transmission qui soit souple tout en respectant les contraintes évoquées ci-dessus .
L'arbre est alors composé d'une pluralité impaire de tronçons concentriques, qui sont unis en chaîne par des raccords établis alternativement à des extrémités opposées de l'arbre.
L'invention sera maintenant décrite au moyen des figures. La figure 1 représente un dispositif conforme à l'invention, la figure 2 représente une vue plus générale d'un appareillage à mesure de déformation angulaire d'un arbre, la figure 3 illustre les signaux obtenus et la figure 4 illustre une variante de réalisation.
Se reportant à la figure 1, on aperçoit un arbre 1 muni de disques 2 et 3 parallèles à des sections différentes, et qui servent à mesurer la déformation angulaire de l'arbre 1 entre eux. Les disques 2 et 3 sont semblables et munis de reliefs sous forme de dents 4. Deux lecteurs magnétiques 5 et 6 sont disposés près de la circonférence des disques 2 et 3 respectivement. Ils consistent en les pôles d'un même appareil de lecture qui comprend encore un noyau 7 joignant les pôles 5 et 6 et autour duquel est enroulé un bobinage inducteur 8 dont un circuit d'exploitation 9 est disposé aux bornes du bobinage 8.
On passe à l'examen de la figure 2. L'arbre 1 est disposé entre une hélice 10 d'un moteur d'avion et un générateur des gaz 11 qui entraîne l'hélice 10 par l'intermédiaire de l'arbre 1. L'un des disques 2 est disposé à une extrémité de l'arbre 1, près du générateur des gaz 11, alors que l'autre des disques 3 est solidaire de la section de l'arbre 2 qui est adjacente à l'hélice 10, mais il est en réalité monté sur une entretoise 12 qui couvre la plus grande partie de l'arbre 1, afin d'être placé près du disque précédent 2.
La figure 3 illustre des signaux obtenus. Quand une dent 4 du disque 2 passe devant le lecteur 5, une impulsion 15 est enregistrée par le circuit d'exploitation 9 du capteur. Quand une dent 4 de l'autre des disques 3 passe devant l'autre des lecteurs 6, le circuit d'exploitation 9 du capteur enregistre une autre impulsion 16 symétrique de la précédente puisqu'elle est enregistrée par le même bobinage 8, mais qui est placé symétriquement par rapport au pôle de lecture.
La durée Tl séparant les impulsions 15 et 16, rapportée à la durée T2 séparant deux impulsions 15 ou deux impulsions 16 de même genre consécutives, est égale au rapport entre la déformation angulaire de l'arbre 1 et le pas séparant deux dents successives.
Un autre avantage procuré par l'invention est que le circuit d'exploitation 9 et le moyen sensible (le bobinage 8) sont uniques, ce qui simplifie le dispositif et élimine certaines causes d'erreur provenant d'un défaut de synchronisation de deux lecteurs séparés affectés chacun à un des disques.
Il faut enfin remarquer que le capteur se prête bien aux réglages, en tournant le noyau 7 pour placer les lecteurs 5 et 6 en phase devant les dents 4 des disques 2 et 3.
L'arbre 21 de la variante de la figure 4 est composite. Cela signifie qu'il est formé d'une pluralité de tronçons concentriques, ici au nombre de trois et notés par les numéros de référence 24, 25 et 26. Le tronçon 24 est le tronçon au diamètre le plus grand de l'arbre 21, et il sort du générateur des gaz 1. Le tronçon 26 est le tronçon au diamètre le plus petit, et il est lié à l'hélice 3.
Les tronçons 24, 25 et 26 sont liés en formant une chaîne, par des raccords en forme de couronnes soudées 27 et 28 dont la première unit les tronçons 24 et 25 et la seconde les tronçons 25 et 26. Les raccords sont placés alternativement aux deux extrémités de l'assemblage, c'est-à-dire du côté du générateur des gaz 1 et de l'hélice 3, ce qui donne à la succession des tronçons une disposition repliée qui n'accroît pas la longueur totale de l'arbre 21. Ainsi, un angle de déformation de l'arbre 21 en torsion beaucoup plus important sera obtenu à couple déterminé sans changement notable des dimensions extérieures. La mesure pourra se faire à l'aide du même capteur que dans la réalisation précédente.
Il est manifeste que cette forme de l'invention n'est pas limitée à trois tronçons, mais qu'elle peut au contraire être appliquée avec cinq, sept, etc. tronçons concentriques, à condition qu'ils soient en nombre impair. L'avantage de la pluralité impaire de tronçons, combinée à l'usage de l' entretoise 12, est que la déformation angulaire est mesurée sur toute la longueur utile de l'arbre 1, entre ses extrémités opposées, mais par un capteur unitaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de déformation angulaire dans un arbre (1) de torsion, comprenant une paire de disques dentés (2, 3) liés à des sections différentes de l'arbre et des lecteurs (5, 6) magnétiques situés respectivement devant les disques, caractérisé en ce que les lecteurs sont des pôles opposés d'un même capteur à induction comprenant un noyau (7) joignant lesdits pôles et muni d'un bobinage inducteur unique qui est aussi récepteur.
2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre est composé d'une pluralité impaire de tronçons (24, 25, 26) concentriques, qui sont unis en chaîne par des raccords (27, 28) établis alternativement à des extrémités opposées de l'arbre.
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