WO2023198987A1 - Module pour une turbomachine d'aeronef - Google Patents

Module pour une turbomachine d'aeronef Download PDF

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WO2023198987A1
WO2023198987A1 PCT/FR2023/050521 FR2023050521W WO2023198987A1 WO 2023198987 A1 WO2023198987 A1 WO 2023198987A1 FR 2023050521 W FR2023050521 W FR 2023050521W WO 2023198987 A1 WO2023198987 A1 WO 2023198987A1
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WO
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longitudinal axis
around
main plate
rotation
module
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050521
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English (en)
Inventor
Jean Charles Olivier Roda
Didier René André Escure
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/322—Blade mountings
    • F04D29/323—Blade mountings adjustable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/30—Blade pitch-changing mechanisms
    • B64C11/38—Blade pitch-changing mechanisms fluid, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D7/00—Rotors with blades adjustable in operation; Control thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26—Control
    • F04B1/30—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
    • F04B1/32—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/324—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D2027/005—Aircraft with an unducted turbofan comprising contra-rotating rotors, e.g. contra-rotating open rotors [CROR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05D2260/79—Bearing, support or actuation arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/60—Control system actuates means
    • F05D2270/64—Hydraulic actuators

Definitions

  • TITLE MODULE FOR AN AIRCRAFT TURBOMACHINE
  • the invention relates to the field of modules for aircraft turbomachines.
  • the invention relates more particularly to modules comprising a rotating movable hub and variable pitch blades carried by the hub, such as fan or propeller modules.
  • An aircraft turbomachine generally comprises a module extending around a longitudinal axis and having a movable hub rotating around the longitudinal axis and on which blades are mounted.
  • the module is typically connected to a gas generator.
  • the gas generator comprises for example from upstream to downstream a low pressure compressor, a high pressure compressor, a combustion chamber, a high pressure turbine, a low pressure turbine and a gas exhaust nozzle.
  • the rotor of the high pressure compressor is connected to the rotor of the high pressure turbine by a high pressure shaft and the rotor of the low pressure compressor is connected to the rotor of the low pressure turbine by a low pressure shaft.
  • the low pressure shaft is also connected to a drive shaft of the module hub to drive it in rotation.
  • the module is for example a fan or a propeller.
  • the blades are surrounded by an external casing attached to a nacelle of the aircraft.
  • the fan blades are mounted outside the nacelle and are therefore not surrounded by an external casing.
  • the blades are movable around a wedging axis which extends perpendicular to the longitudinal axis.
  • the blades are called pitch or variable pitch.
  • the variable-pitch blades can occupy a so-called thrust reversal position (known by the English term "reverse") in which they make it possible to generate counter-thrust to participate in slowing down the aircraft and a position of feathering in which, in the event of failure or breakdown, these make it possible to limit their resistance.
  • the turbomachine module typically includes a blade pitch change device.
  • Document FR-A1-3 087 232 describes a turbomachine comprising a fan module having a movable hub around a longitudinal axis and on which variable pitch blades are mounted.
  • the module includes a blade pitch change device comprising a hydraulic actuator connected to the blades and a fluid supply pump to the hydraulic actuator.
  • the pump is integral in rotation with the hub.
  • the module also includes an electric motor integral in rotation with the pump.
  • the module of the prior art further comprises a rotating electrical transformer making it possible to supply electrical energy to the motor from a source of electrical energy located in a fixed reference of the turbomachine.
  • turbomachine module has a size which makes it difficult to add an electrical transformer. Adding a transformer involves increasing the module size. Also, the mass and cost of the transformer are important.
  • turbomachine module for an aircraft, comprising a hub carrying variable pitch blades, which is compact, light, and inexpensive.
  • the invention proposes a module for an aircraft turbomachine, the module comprising a longitudinal axis and comprising:
  • each of the blades being movable around a wedging axis extending radially relative to the longitudinal axis
  • the device comprising: a hydraulic actuator intended to be movable in rotation around the longitudinal axis and configured to drive the blades around their pitch axes, a pump fluid supply to the hydraulic actuator comprising axial pistons intended to be movable in rotation around the longitudinal axis and configured to transfer the fluid to the hydraulic actuator, a connecting plate connected to the axial pistons and cooperating with a annular main plate centered on the longitudinal axis, the main plate being intended to be fixed in rotation around the longitudinal axis and is tiltable relative to the longitudinal axis, the connecting plate being arranged between the main plate and the pistons axial, the axial pistons being movable in translation in a direction parallel to the longitudinal axis, the inclination of the main plate causing a movement of the axial pistons in this direction, and an auxiliary actuator connected to the connecting plate and intended to drive in rotation the connecting plate around the longitudinal axis.
  • the module comprises a pump
  • the stroke of the pistons varies according to the inclination of the main plate, which allows the pump flow to be varied.
  • the hydraulic actuator can vary the blade pitch according to the desired angle.
  • the module according to the invention is therefore more compact, lightweight and consumes little energy.
  • the main plate is fixed in rotation. This simplifies the configuration of the pump and module.
  • the axial pistons are rotating. This eliminates the need for a rotating hydraulic transfer ensuring the transfer of fluid between the pump and the hydraulic actuator, thus limiting fluid leaks.
  • the invention may include one or more of the following characteristics, taken in isolation from each other or in combination with each other:
  • the pump comprises an envelope mounted around the main plate and the connecting plate and intended to be fixed in rotation around the longitudinal axis,
  • the main plate is tiltable according to an angle of inclination a between -45° and 45°, an angle a of 0° corresponding to a position of the main plate in which it is perpendicular to the longitudinal axis,
  • the device further comprises an actuator connected to the main plate and configured to tilt the main plate relative to the longitudinal axis, - the connecting plate is intended to be movable in rotation around the longitudinal axis and is in plane support on the main plate,
  • the pump comprises a transmission axis centered on the longitudinal axis, integral in rotation with the connecting plate, and around which the main plate is mounted,
  • an electronic control circuit configured to transmit an order to the auxiliary actuator to rotate the connecting plate around the longitudinal axis
  • the auxiliary actuator is connected to the connection plate by a spline connection or a cardan connection or an OIdham joint connection or an embedding connection,
  • the hydraulic actuator is a cylinder integral in rotation with the drive shaft, the hydraulic actuator comprising a housing and a rod arranged inside the housing, and a first and a second chamber connected to the pump defined in the housing, the rod or the housing being movable in translation and connected to the blades,
  • the housing or the rod is integral in rotation with the drive shaft.
  • the invention also relates to a turbomachine for an aircraft comprising a module according to any of the preceding characteristics.
  • Figure 1 is a schematic representation in axial section of an aircraft half-turbomachine
  • Figure 2 is a schematic representation in axial section of a module according to the invention
  • Figure 3a is a functional schematic representation of a module according to an exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3b is a functional schematic representation of a module according to another embodiment of the invention
  • Figure 4a is a schematic representation of the plate of the pump fitted to the module, the plate being in a first position
  • Figure 4b is a schematic representation of the plate of the pump fitted to the module, the plate being in a second position
  • Figure 5 is a schematic representation of a module according to a particular embodiment of the invention
  • Figure 6 is a schematic representation of a module according to a particular embodiment of the invention.
  • An aircraft comprises a fuselage and at least two wings extending on either side of the fuselage along the axis of the fuselage. At least one turbomachine 1 is mounted under each wing.
  • the turbomachine 1 can be a turbojet, for example a turbomachine equipped with a ducted fan equipped with variable pitch blades, known by the acronym VPF for “Variable Pitch Fan” in English.
  • the turbomachine 1 can be a turboprop, for example a turbomachine equipped with an unducted propeller (“open rotor”, “USF” for “Unducted Single Fan” or “UDF” for “Unducted Dual Fan”).
  • open rotor open rotor
  • USF unducted Single Fan
  • UDF Unducted Dual Fan
  • the terms “axial” and “axially” are defined with respect to a longitudinal axis by relative to the circulation of gases in the turbomachine 1 and here along the longitudinal axis X (and even from left to right in Figure 1).
  • the terms “radial”, “radially”, are defined with respect to a radial axis Z perpendicular to the longitudinal axis X.
  • the terms “internal”, “interior”, “external” and “exterior” are defined in look at the distance from the longitudinal axis X along the radial axis Z.
  • FIG. 1 illustrates an example of the turbomachine 1.
  • the turbomachine 1 comprises a gas generator 2 and a module 3 according to the invention.
  • the gas generator 2 comprises, from upstream to downstream, a low pressure compressor 4, a high pressure compressor 5, a combustion chamber 6, a high pressure turbine 7 and a low pressure turbine 8.
  • the rotors of the low pressure compressor 4 and of the low pressure turbine 8 are mechanically connected by a low pressure shaft 9 so as to form a low pressure body.
  • the rotors of the high pressure compressor 5 and the high pressure turbine 7 are mechanically connected by a high pressure shaft 10 so as to form a high pressure body.
  • the high pressure shaft 10 extends radially at least partly outside the low pressure shaft 9.
  • the low pressure shaft 9 and the high pressure shaft 10 are coaxial.
  • the high pressure body is guided in rotation around the longitudinal axis X by a first bearing 11 with bearings upstream and a second bearing 12 with bearings downstream.
  • the first bearing 11 is mounted radially between an inter-compressor casing 13 and an upstream end of the high pressure shaft 10.
  • the inter-compressor casing 13 is arranged axially between the low and high pressure compressors 4, 5.
  • the second bearing 12 is mounted between an inter-turbine casing 14 and a downstream end of the high pressure shaft 10.
  • the inter-turbine casing 14 is arranged axially between the low and high pressure turbines 8, 7.
  • the low pressure body is guided in rotation around the longitudinal axis X via a third bearing 15 with bearings and a fourth bearing 16 with bearings.
  • the fourth bearing 16 is for example a double bearing.
  • the fourth bearing 16 is mounted between an exhaust casing 17 and a downstream end of the lower shaft pressure 9.
  • the exhaust casing 17 is located downstream of the low pressure turbine 8.
  • the third bearing 15 is mounted between an inlet casing 18 and an upstream end of the low pressure shaft 9.
  • the inlet casing 18 is arranged upstream of the low pressure compressor 4. More particularly, the inlet casing 18 is arranged axially between the module 3 and the low pressure compressor 4.
  • the module 3 is mounted upstream of the gas generator 2.
  • a rectifier 20 is arranged downstream of the module 3.
  • the rectifier 20 comprises for example vanes 200 mounted on the inlet casing 18.
  • Such blades 200 are called OGV for “Outlet Guide Vanes” in English.
  • the rectifier 20 makes it possible to straighten the flow downstream of the module 3 to optimize the operation of the turbomachine 1.
  • the module 3 is mounted downstream of the gas generator 2.
  • module 3 according to the invention comprises blades 30.
  • module 3 is a fan module.
  • module 3 is a propeller module.
  • the blades 30 are not surrounded by an external casing and the blades 30 are, according to this example, arranged around the nacelle.
  • the module 3 further comprises a hub 43.
  • the hub 43 is annular and centered on the longitudinal axis cone centered on the longitudinal axis extending radially relative to the longitudinal axis
  • the hub 43 includes internal housings distributed regularly around the longitudinal axis X.
  • the blades 30 are carried by the hub 43 and regularly distributed on the hub 43. They extend radially from the hub 43. The blades 30 are driven in rotation around the longitudinal axis X. Each blade 30 comprises a foot 41 and a blade 40 extending radially outwards from the foot 41.
  • the foot 41 includes for example a tenon mounted in a sleeve.
  • the foot 41 is pivotally mounted along a wedging axis C in the internal housing of the hub 43.
  • a foot 41 is mounted by internal housing.
  • the sleeve is centered on the timing axis C and is housed in the internal housing of the hub 43.
  • the timing axis C is parallel to the radial axis Z and therefore extends radially relative to the longitudinal axis X.
  • the foot 41 via the sleeve in particular, is pivotally mounted in the hub 43 thanks to two bearings of guide 44 mounted in each internal housing and in a superimposed manner along the radial axis Z.
  • These bearings 44 are preferably, but not limited to, ball bearings.
  • the hub 43 is movable in rotation around the longitudinal axis X.
  • drive shaft 32 is arranged at least partly in the internal space 310. It is centered on the longitudinal axis X.
  • the drive shaft 32 is guided in rotation in the internal space 310 by a first guide bearing 32a and a second guide bearing 32b.
  • the first guide bearing 32a is for example a ball bearing.
  • the second guide bearing 32b is for example a roller bearing.
  • the first guide bearing 32a is arranged downstream of the second guide bearing 32b.
  • the first guide bearing 32a comprises balls 320a arranged between an outer ring 321a and an inner ring 322a.
  • the second guide bearing 32b comprises rollers 320b arranged for example between the outer ring 321 a and the internal ring 322a.
  • the internal ring 322a is integral with the drive shaft 32 and the external ring 321a is carried by a bearing support 34.
  • the first and second guide bearings 32a, 32b can share the same external and internal rings or be formed of distinct rings.
  • the bearing support 34 is fixed. It extends radially between an end flange 34a connected to the inlet casing 18 and a sole 34b which cooperates with the external ring 321a.
  • the drive shaft 32 comprises an upstream end on which a pin 53 is fixed.
  • the pin 53 extends radially outwards.
  • the pin 53 is connected for example by a first flange 52 to the hub 43 to cause it to rotate around the longitudinal axis X.
  • the drive shaft 32 is rotated by the low pressure shaft 9 for example.
  • the module 3 advantageously comprises a mechanical speed reducer 33 connecting the low pressure shaft 9 to the drive shaft 32.
  • the speed reducer 33 is arranged in a lubrication enclosure 35.
  • the lubrication enclosure 35 is for example arranged axially between the third bearing 15 and the second guide bearing 32b, inside the inlet housing 18.
  • the speed reducer 33 is for example a speed reducer 33 with a planetary or epicyclic gear train.
  • the speed reducer 33 comprises an internal sun gear, also called solar intended to cooperate with the low pressure shaft 9, an external ring secured in rotation to the drive shaft 32 or connected to a fixed structure of the turbomachine 1 such as the input casing 18 and a planetary carrier fixed in rotation, for example integral with the input casing 18 or integral in rotation with the drive shaft 32.
  • the speed reducer 33 further comprises satellites which mesh with the solar and the outer corona.
  • the module 3 comprises a device 45 for change of pitch of the blades 30 around their pitch axes C.
  • the device 45 is advantageously at least partly arranged in the internal space 310 of the hub 43. This makes it possible to facilitate the maintenance of the device 45 because it is easily accessible.
  • the device 45 is arranged upstream of the speed reducer 33.
  • the device 45 comprises a hydraulic actuator 46 movable in rotation around the longitudinal axis 46 is for example a hydraulic cylinder. It is for example arranged in the internal space 310.
  • the hydraulic actuator 46 is integral in rotation with the drive shaft 32.
  • the drive shaft 32 has for example a ferrule 50 which extends radially towards the 'interior from the drive shaft 32 and which is connected to the hydraulic actuator 46.
  • the hydraulic actuator 46 comprises a housing 48 and a rod 49.
  • the housing 48 is cylindrical, centered on the longitudinal axis radially.
  • the housing 48 extends radially around the rod 49.
  • the rod 49 extends axially between a first end 49a and a second end 49b.
  • the hydraulic actuator 46 further comprises a first chamber 46a and a second chamber 46b.
  • the first and second chambers 46a, 46b are defined inside the housing 48 and are delimited axially by an annular wall 46c arranged in the housing 48.
  • the annular wall 46c is for example integral with the second end 49b of the rod 49.
  • the rod 49 is movable in translation in the housing 48.
  • the rod 49 moves in translation along the longitudinal axis X in the housing 48.
  • the housing 48 is secured to the drive shaft 32.
  • the ferrule 50 is connected to the housing 48.
  • the housing 48 is movable in translation along the longitudinal axis X.
  • the rod 49 East integral in rotation with the drive shaft 32.
  • the ferrule 50 is connected to the rod 49.
  • the rod 49 or the housing 48 moves in translation under the effect of the pressure of a fluid circulating in each chamber 46a, 46b.
  • the device 45 advantageously comprises a connecting mechanism 47 connecting the blades 30 to the hydraulic actuator 46 and in particular to the rod 49 or to the housing 48 of the hydraulic actuator 46.
  • the connecting mechanism 47 makes it possible to transform the translation movement of the hydraulic actuator 46 in a rotational movement of the blades 30.
  • the connecting mechanism 47 comprises an annular part 47a, a link 47b and an eccentric 47c.
  • the annular part 47a is removably fixed to the rod 49 as illustrated in Figure 3a and for example to the second end 49b or to the housing 48 as illustrated in Figure 3b.
  • the annular part 47a is also removably connected to the link 47b.
  • the link 47b cooperates with the eccentric 47c which is integral with the blade 30 and in particular connected to the foot 41.
  • the annular part 47a thus allows the hydraulic actuator 46 to be dismantled during maintenance operations, for example without intervening on the blades 30 which remain fixed to the links 47b via the eccentric 47c.
  • the device 45 In order to drive the rod 49 or the housing 48 in translation to drive the blades 30 around their wedging axes C via the connecting mechanism 47, the device 45 according to the invention further comprises a fluid supply pump 54 of the hydraulic actuator 46.
  • the pump 54 is for example arranged upstream of the reducer 33.
  • the pump 54 is arranged inside the drive shaft 32.
  • Pump 54 is a reversible hydraulic pump with variable displacement and axial pistons.
  • the pump 54 is connected to the first and second chambers 46a, 46b of the hydraulic actuator 46.
  • the pump 54 comprises a transmission axis 54a around which a main plate 54e is mounted.
  • the axis transmission 54a is centered on the longitudinal axis
  • the pump 54 further comprises a casing 54b mounted around the main plate 54e.
  • the envelope 54b is for example annular and centered on the longitudinal axis X.
  • the envelope 54b is fixed in rotation relative to the longitudinal axis than the inlet casing 18.
  • the pump 54 comprises axial pistons 54c configured to transfer the fluid to the hydraulic actuator 46.
  • the axial pistons 54c are cylindrical or substantially cylindrical and have an axis of revolution parallel to the longitudinal axis 54 comprises at least two axial pistons 54c which are advantageously regularly distributed around the longitudinal axis X.
  • the axial pistons 54c are integral in rotation with the transmission axis 54a.
  • the axial pistons 54c are movable in translation in a direction D parallel to the longitudinal axis X.
  • the axial pistons 54c are movable in translation in two opposite directions in the direction D, and for example upstream downstream and downstream to upstream.
  • each axial piston 54c is movable in translation in a fluid receiving chamber 54d provided for example in a barrel 54f opposite the main plate 54e.
  • each reception chamber 54d is provided in a separate barrel, that is to say that there are as many barrels as reception chamber 54d.
  • Each reception chamber 54d is integral in rotation with the transmission axis 54a. They are, for example, integral in rotation with the hydraulic actuator 46, in particular with the housing 48.
  • the main plate 54e is annular and centered on the longitudinal axis X. It extends in particular in a radial plane relative to the longitudinal axis and therefore relative to the transmission axis 54a.
  • the main plate 54e is fixed in rotation around the longitudinal axis X. It is therefore not rotated by the transmission axis 54a.
  • the main plate 54e is tiltable relative to the longitudinal axis radial axis Z.
  • the main plate 54e is for example connected to the transmission axis 54a by a pivot connection Y' having an axis parallel to the axis of rotation Y.
  • the main plate 54e is tiltable according to an angle of inclination a between -45° and 45° it being understood that the angle a of 0° corresponds to a position of the main plate 54e in which it is perpendicular to the axis longitudinal
  • the device 45 further comprises an actuator 55 connected to the main plate 54e.
  • the actuator 55 is configured to tilt the main plate 54e relative to the longitudinal axis
  • the actuator 55 is integral with the main plate 54e and is therefore fixed in rotation around the longitudinal axis X. It is for example connected to the main plate 54e by a ball joint connection.
  • Such a configuration makes it possible to facilitate the inclination of the main plate 54e by the actuator 55 without complicating the configuration of the module 3.
  • the actuator 55 can also be connected to a casing of the module 3 or of the turbomachine 1 by a ball joint connection. also.
  • the pump 54 comprises a connecting plate 54g connected to the axial pistons 54c and arranged between the main plate 54e and the axial pistons 54c.
  • the connecting plate 54g is mounted around the transmission axis 54a.
  • the 54g connecting plate and the 54e main plate are coaxial.
  • the main plate 54e has an external diameter greater than the external diameter of the connecting plate 54g.
  • the main plate 54e cooperates with the connecting plate 54g.
  • the connecting plate 54g is integral in rotation with the main plate 54e around the axis of rotation Y.
  • the connecting plate 54g is thus tiltable in a correlated manner with the main plate 54e.
  • the connecting plate 54g is preferably tiltable at an angle identical to the angle of inclination a of the main plate 54e.
  • the connecting plate 54g is for example in plane support on the main plate 54e.
  • the connecting plate 54g is movable in rotation around the longitudinal axis X. It is integral in rotation with the transmission axis 54a.
  • the axial pistons 54c are connected to the connecting plate 54g by a ball joint 54h.
  • the axial pistons 54c being connected to the connecting plate 54g, the inclination of the main plate 54e causes the inclination of the connecting plate 54g and a movement of the axial pistons 54c in the direction D.
  • the stroke of the axial pistons 54c in the chambers of reception 54d is then variable depending on the inclination of the main plate 54e. This makes it possible to regulate the flow rate of the pump 54.
  • the pump 54 when the angle of inclination a of the main plate 54e is between 0° and 45°, the pump 54 is in delivery mode while when the angle of inclination a of the main plate 54e is between -45° and 0° as illustrated in Figure 4b, the pump 54 is in intake mode.
  • the device 45 further comprises an auxiliary actuator 56 connected to the connecting plate 54g advantageously via a connection with splines such as short toothed splines convex or a universal joint or an OIdham joint connection or an embedding connection.
  • the auxiliary actuator 56 is intended to rotate the connecting plate 54g.
  • the auxiliary actuator 56 is for example an electric motor comprising a rotor connected to the connecting plate 54g and a stator arranged around the rotor in a coaxial manner.
  • the rotor is for example centered on the longitudinal axis X and the stator is connected to a fixed structure of the turbomachine 1 or module 3.
  • Such an auxiliary actuator 56 allows the connection plate 54g to be driven in rotation around the longitudinal axis X when the drive shaft 32 is not active.
  • the drive shaft 32 is fixed in rotation and therefore does not cause the connecting plate 54g to rotate around the longitudinal axis X via the drive axis. 54a of the pump 54.
  • the rotational drive of the connecting plate 54g is ensured by the auxiliary actuator 56.
  • the auxiliary actuator 56 is for example coupled to the pump 54 via gears coupled by clutches allowing the auxiliary actuator 56 to drive the connecting plate 54g only when the drive shaft 32 is not rotated.
  • the spline, cardan, OIdham joint or even recessed connection are preferred connections since they are compatible with the angle of inclination of the 54g connection plate.
  • the module 3 further comprises a control box 57 and an electronic control circuit 58.
  • the control box 57 is supplied with electrical energy by an electrical energy source 59 located in the turbomachine 1 for example.
  • the electronic control circuit 58 is for example located in the turbomachine 1.
  • the electronic control circuit 58 is for example a digital computer such as a FADEC for “Full Authority Digital Electronic Computer” in English.
  • Module 3 advantageously comprises a sensor 60.
  • Sensor 60 makes it possible to measure information 11 which is transmitted to the electronic control circuit 58.
  • Information 11 is for example the position of the housing 48 or of the rod 49 of the hydraulic actuator 46.
  • the sensor 60 is for example a linear sensor of the LVDT type for “Linear Variable Differential Transformer” in English.
  • the sensor 60 is configured to measure the position of the rod 49 or the housing 48 of the hydraulic actuator 46. It is for example arranged in the hydraulic actuator 46. According to another example not shown, the sensor 60 is a sensor of position. It allows the position of the blades 30 to be measured.
  • the sensor 60 provides information 11 to the electronic control circuit 58.
  • the electronic control circuit 58 will then provide an order to the control unit 57 which will determine the position of the actuator 55 and if necessary control the rotation of the auxiliary actuator 56 in order to regulate the flow rate of the pump 54 via the inclination of the auxiliary plate 54g and modify the position of the rod 49 or the housing 48 of the hydraulic actuator 46 according to the desired setting of the blades 30.
  • the electronic control circuit 58 also or alternatively receives a signal S1 on the flight conditions of the aircraft and/or the state of the turbomachine 1.
  • the signal S1 is also or alternatively taken into account to provide the order 01 to the control box 57.
  • the pump 54 is fluidly connected to a hydraulic circuit C.
  • the hydraulic supply circuit C comprises for example a first circuit C1 connecting at least one of the receiving chambers 54d of the pump 54 to the first chamber 46a of the hydraulic actuator 46 and a second circuit C2 connecting the second chamber 46b of the hydraulic actuator 46 to at least one of the receiving chambers 54d of the pump 54.
  • the hydraulic supply circuit C is a closed circuit. It is independent of a hydraulic lubrication circuit of the turbomachine 1 intended for example to lubricate the reduction gear 33.
  • the fluid of the hydraulic supply circuit C supplying the hydraulic actuator 46 is for example a hydraulic liquid.
  • the liquid is for example pressurized oil or a phosphate ester such as Skydrol.
  • the fluid is thus a fluid circulating in a closed circuit in the hydraulic supply circuit C and is independent of the lubrication circuit of the turbomachine 1.
  • the fluid may therefore be different from the oil used in the lubrication circuit of the turbomachine 1.
  • the fluid can thus have a lower freezing point or even viscosity characteristics more adapted to the conditions of the turbomachine 1, in particular when the operating temperatures of the turbomachine 1 are low.
  • the fluid of the hydraulic supply circuit C has a freezing point of between -70°C and -50°C, in particular between -65°C and -60°C.
  • the pressure of the fluid in the hydraulic supply circuit C is advantageously greater than 100 bars, preferably greater than 200 bars and even more preferably between 250 bars and 350 bars.
  • the hydraulic supply circuit C being closed, it is not aerated and it is therefore possible to implement high pressures in the hydraulic circuit. This makes it possible to reduce the size of the hydraulic actuator 46.
  • the hydraulic circuit C comprises for example a hydraulic accumulator 61 which makes it possible to compensate for variations in the volume of the fluid due to its compressibility and its expansion.
  • the hydraulic accumulator 61 is in fluid communication with the pump 54.
  • the hydraulic accumulator 61 can be integrated into the pump 54.
  • the hydraulic accumulator 61 is integral in rotation with the hydraulic actuator 46 and is thus movable in rotation around the longitudinal axis
  • the axial pistons 54c and the hydraulic accumulator 61 being movable in rotation relative to the longitudinal axis X, it is possible according to the invention to do without a rotating hydraulic transfer device.
  • the inclination of the main plate 54e causes the axial pistons 54c to translate. This makes it possible to vary the stroke of the axial pistons 54c and therefore the flow rate of the pump 54.
  • the volume in the first and second chambers 46a, 46b of the hydraulic actuator 46 varies, which causes the rod 49 or the housing 48 to translate. of the hydraulic actuator 46 resulting in the rotation of the blades 30 around their setting axes C.
  • we therefore dispense with additional organs such as a rotating electric transformer associated with an electric motor making it possible to vary the flow rate of the pump 54 or a rotating oil transfer allowing the transfer of oil between pump 54 and hydraulic actuator 46 also reducing oil leaks and the need to add recovery pumps.
  • the electrical consumption is low since there is no operational electric motor during the flight phases of the aircraft, the driving of the pump 54 being provided by the drive shaft 32. Also, the pump 54 being advantageously reversible, there is no need for a flow reversal valve and a controlled circuit during the flight phases of the aircraft.

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Abstract

L'invention concerne un module (3) d'axe longitudinal (X) et comprenant un actionneur hydraulique (46), et une pompe (54) d'alimentation en fluide de l'actionneur hydraulique (46) comprenant des pistons axiaux (54c) destinés à être mobiles en rotation autour de l'axe longitudinal (X) et configurés pour transférer le fluide à l'actionneur hydraulique (46), un plateau de liaison (54g) relié aux pistons axiaux (54c) et coopérant avec un plateau principal (54e) annulaire centré sur l'axe longitudinal (X), destiné à être fixe en rotation autour de l'axe longitudinal (X) et inclinable par rapport à l'axe longitudinal (X), le plateau de liaison (54g) étant agencé entre le plateau principal (54e) et les pistons axiaux (54c), les pistons axiaux (54c) étant mobiles en translation selon une direction (D) parallèle à l'axe longitudinal (X), l'inclinaison du plateau principal (54e) entraînant un déplacement des pistons axiaux (54c) selon la direction (D).

Description

DESCRIPTION
TITRE : MODULE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne le domaine des modules pour les turbomachines d’aéronef. L’invention concerne plus particulièrement les modules comprenant un moyeu mobile en rotation et des aubes à calage variable portées par le moyeu, tels que les modules de soufflante ou d’hélice.
Arrière-plan technique
Une turbomachine d’aéronef comprend de manière générale un module s’étendant autour d’un axe longitudinal et présentant un moyeu mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et sur lequel sont montées des aubes. Le module est typiquement relié à un générateur de gaz. Le générateur de gaz comprend par exemple d’amont en aval un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz. Le rotor du compresseur haute pression est relié au rotor de la turbine haute pression par un arbre haute pression et le rotor du compresseur basse pression est relié au rotor de la turbine basse pression par un arbre basse pression. L’arbre basse pression est par ailleurs relié à un arbre d’entrainement du moyeu du module pour l’entrainer en rotation.
Le module est par exemple une soufflante ou une hélice. Dans le cas d’une soufflante, les aubes sont entourées d’un carter externe fixé à une nacelle de l’aéronef. Dans le cas d’une hélice, les aubes de soufflante sont montées en dehors de la nacelle et ne sont donc pas entourées par un carter externe.
Afin d’optimiser le fonctionnement du module et assurer son opérabilité selon les phases de vol de l’aéronef notamment en maintenant une marge au pompage suffisante, il est connu de modifier l’orientation des aubes au cours du vol de l’aéronef. A cet effet, les aubes sont mobiles autour d’un axe de calage qui s’étend perpendiculairement à l’axe longitudinal. Les aubes sont dites à calage ou à pas variable. Par exemple, les aubes à calage variable peuvent occuper une position dite d’inversion de poussée (connue sous le terme anglais « reverse ») dans laquelle celles-ci permettent de générer une contre poussée pour participer au ralentissement de l’aéronef et une position de mise en drapeau dans laquelle, en cas de défaillance ou de panne, celles-ci permettent de limiter leur résistance.
Afin d’entrainer en rotation les aubes autour de leurs axes de calage, le module de la turbomachine comprend typiquement un dispositif de changement de calage des aubes. Le document FR-A1-3 087 232 décrit une turbomachine comprenant un module de soufflante présentant un moyeu mobile autour d’un axe longitudinal et sur lequel sont montées des aubes à calage variable. Le module comprend un dispositif de changement de calage des aubes comprenant un actionneur hydraulique relié aux aubes et une pompe d’alimentation en fluide de l’actionneur hydraulique. Selon ce document, la pompe est solidaire en rotation du moyeu.
Pour actionner la pompe et réguler son débit, le module comprend en outre un moteur électrique solidaire en rotation de la pompe.
Une telle configuration ne donne pas entière satisfaction. En effet, le moteur électrique étant tournant et la source d’énergie alimentant le moteur étant dans un repère fixe, il est nécessaire de prévoir un transfert d’énergie d’un repère fixe vers un repère tournant. A cet effet, le module de l’art antérieur comprend en outre un transformateur électrique tournant permettant d’alimenter en énergie électrique le moteur à partir d’une source d’énergie électrique située dans un repère fixe de la turbomachine.
Or, le module de la turbomachine présente un encombrement qui rend difficile l’ajout d’un transformateur électrique. L’ajout d’un transformateur implique d’augmenter la taille du module. Aussi, la masse et le coût du transformateur sont importants.
Il existe donc un besoin de fournir un module de turbomachine pour un aéronef, comprenant un moyeu portant des aubes à calage variable, qui soit compact, léger, et peu coûteux.
Résumé de l'invention
A cet effet, l’invention propose un module pour une turbomachine d’aéronef, le module comportant un axe longitudinal et comprenant :
- un moyeu centré sur l’axe longitudinal et destiné à être mobile en rotation autour de l’axe longitudinal,
- des aubes portées par le moyeu, chacune des aubes étant mobile autour d’un axe de calage s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal,
- un dispositif de changement de calage des aubes autour de leurs axes de calage, le dispositif comprenant : un actionneur hydraulique destiné à être mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et configuré pour entrainer les aubes autour de leurs axes de calage, une pompe d’alimentation en fluide de l’actionneur hydraulique comprenant des pistons axiaux destinés à être mobiles en rotation autour de l’axe longitudinal et configurés pour transférer le fluide à l’actionneur hydraulique, un plateau de liaison relié aux pistons axiaux et coopérant avec un plateau principal annulaire centré sur l’axe longitudinal, le plateau principal étant destiné à être fixe en rotation autour de l’axe longitudinal et est inclinable par rapport à l’axe longitudinal, le plateau de liaison étant agencé entre le plateau principal et les pistons axiaux, les pistons axiaux étant mobiles en translation selon une direction parallèle à l’axe longitudinal, l’inclinaison du plateau principal entraînant un déplacement des pistons axiaux selon cette direction, et un actionneur auxiliaire relié au plateau de liaison et destiné à entrainer en rotation le plateau de liaison autour de l’axe longitudinal. Selon l’invention, le module comprend une pompe présentant des pistons axiaux reliés à un plateau de liaison et entraînés en translation par un plateau principal.
La course des pistons varie selon l’inclinaison du plateau principal ce qui permet de faire varier le débit de la pompe. Selon le débit de la pompe, l’actionneur hydraulique peut faire varier le calage des aubes selon l’angle souhaité.
La pompe étant à débit variable, il n’est plus nécessaire de prévoir un moteur électrique tournant pour réguler le débit de la pompe. Ceci permet de s’affranchir d’un transformateur électrique tournant pour alimenter en énergie électrique le moteur.
Le module selon l’invention est donc plus compact, léger et faiblement consommateur d’énergie.
Aussi, selon l’invention, le plateau principal est fixe en rotation. Ceci permet de simplifier la configuration de la pompe et du module.
En outre, selon l’invention, les pistons axiaux sont tournants. Ceci permet de s’affranchir d’un transfert hydraulique tournant assurant le transfert de fluide entre la pompe et l’actionneur hydraulique limitant ainsi les fuites de fluide.
L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la pompe comprend une enveloppe montée autour du plateau principal et du plateau de liaison et destinée à être fixe en rotation autour de l’axe longitudinal,
- le plateau principal est inclinable selon un angle d’inclinaison a compris entre -45° et 45°, un angle a de 0° correspondant à une position du plateau principal dans lequel il est perpendiculaire à l’axe longitudinal,
- le dispositif comprend en outre un actionneur relié au plateau principal et configuré pour incliner le plateau principal par rapport à l’axe longitudinal, - le plateau de liaison est destiné à être mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et est en appui plan sur le plateau principal,
- les pistons axiaux sont reliés au plateau de liaison par une liaison rotule,
- la pompe comprend un axe de transmission centré sur l’axe longitudinal, solidaire en rotation du plateau de liaison, et autour duquel est monté le plateau principal,
- un arbre d’entrainement solidaire en rotation du moyeu et configuré pour entrainer en rotation l’axe de transmission autour de l’axe longitudinal,
- un circuit électronique de commande configuré pour transmettre un ordre à l’actionneur auxiliaire pour entrainer en rotation le plateau de liaison autour de l’axe longitudinal ,
- l’actionneur auxiliaire est relié au plateau de liaison par une liaison à cannelures ou une liaison à cardan ou une liaison à joint d'OIdham ou une liaison encastrement,
- l’actionneur hydraulique est un vérin solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement, l’actionneur hydraulique comprenant un boitier et une tige agencée à l’intérieur du boitier, et une première et une seconde chambres reliées à la pompe définies dans le boitier, la tige ou le boitier étant mobile en translation et relié aux aubes,
- le boitier ou la tige est solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement.
L’invention concerne également une turbomachine pour un aéronef comprenant un module selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en coupe axiale d’une demi- turbomachine d’aéronef ; la figure 2 est une représentation schématique en coupe axiale d’un module selon l’invention ; la figure 3a est une représentation schématique fonctionnelle d’un module selon un exemple de réalisation de l’invention ; la figure 3b est une représentation schématique fonctionnelle d’un module selon un autre exemple de réalisation de l’invention ; la figure 4a est une représentation schématique du plateau de la pompe équipant le module, le plateau étant dans une première position ; la figure 4b est représentation schématique du plateau de la pompe équipant le module, le plateau étant dans une seconde position ; la figure 5 est une représentation schématique d’un module selon un mode particulier de réalisation de l’invention ; la figure 6 est une représentation schématique d’un module selon un mode particulier de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l'invention
Un aéronef comprend un fuselage et au moins deux ailes s’étendant de part et d’autre du fuselage suivant l’axe du fuselage. Au moins une turbomachine 1 est montée sous chaque aile. La turbomachine 1 peut être un turboréacteur, par exemple une turbomachine équipée d’une soufflante carénée équipée d’aubes à calage variable, connue sous l’acronyme VPF pour « Variable Pitch Fan » en langue anglaise. Alternativement, la turbomachine 1 peut être un turbopropulseur, par exemple une turbomachine équipée d’une hélice non carénée (« open rotor », « USF » pour «Unducted Single Fan » ou « UDF » pour « Unducted Dual Fan »). Bien entendu l’invention s’applique à d’autres types de turbomachine.
Dans la présente invention, les termes « axial » et « axialement » sont définis par rapport à un axe longitudinal X de la turbomachine 1 ou d’un module 3 de la turbomachine 1. Les termes « amont », « aval », sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine 1 et ici suivant l’axe longitudinal X (et même de gauche à droite sur la figure 1 ). De même, les termes « radial », « radialement », sont définis par rapport à un axe radial Z perpendiculaire à l’axe longitudinal X. Les termes « interne », « intérieur », « externe » et « extérieur » sont définis au regard de l’éloignement par rapport à l’axe longitudinal X le long de l’axe radial Z.
La figure 1 illustre un exemple de la turbomachine 1. La turbomachine 1 comprend un générateur de gaz 2 et un module 3 selon l’invention.
Le générateur de gaz 2 comprend d’amont en aval, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 5, une chambre de combustion 6, une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8. Les rotors du compresseur basse pression 4 et de la turbine basse pression 8 sont reliés mécaniquement par un arbre basse pression 9 de manière à former un corps basse pression. Les rotors du compresseur haute pression 5 et de la turbine haute pression 7 sont reliés mécaniquement par un arbre haute pression 10 de manière à former un corps haute pression. L’arbre haute pression 10 s’étend radialement au moins en partie à l’extérieur de l’arbre basse pression 9. L’arbre basse pression 9 et l’arbre haute pression 10 sont coaxiaux. Le corps haute pression est guidé en rotation autour de l’axe longitudinal X par un premier palier 11 à roulements en amont et un deuxième palier 12 à roulements en aval. Le premier palier 11 est monté radialement entre un carter inter-compresseur 13 et une extrémité amont de l’arbre haute pression 10. Le carter inter compresseur 13 est agencé axialement entre les compresseurs basse et haute pression 4, 5. Le deuxième palier 12 est monté entre un carter inter-turbine 14 et une extrémité aval de l’arbre haute pression 10. Le carter inter-turbine 14 est agencé axialement entre les turbines basse et haute pression 8, 7. Le corps basse pression est guidé en rotation autour de l’axe longitudinal X via un troisième palier 15 à roulements et un quatrième palier 16 à roulements. Le quatrième palier 16 est par exemple un palier double. Le quatrième palier 16 est monté entre un carter d’échappement 17 et une extrémité aval de l’arbre basse pression 9. Le carter d’échappement 17 est situé en aval de la turbine basse pression 8. Le troisième palier 15 est monté entre un carter d’entrée 18 et une extrémité amont de l’arbre basse pression 9. Le carter d’entrée 18 est agencé en amont du compresseur basse pression 4. Plus particulièrement, le carter d’entrée 18 est agencé axialement entre le module 3 et le compresseur basse pression 4.
Dans l’exemple de la figure 1 , le module 3 est monté en amont du générateur de gaz 2. Avantageusement, selon cet exemple, un redresseur 20 est agencé en aval du module 3. Le redresseur 20 comprend par exemple des aubes 200 montées sur le carter d’entrée 18. De telles aubes 200 sont appelées OGV pour « Outlet Guide Vanes » en langue anglaise. Le redresseur 20 permet de redresser le flux en aval du module 3 pour optimiser le fonctionnement de la turbomachine 1 .
Selon un autre mode de réalisation non représenté, le module 3 est monté en aval du générateur de gaz 2.
En outre, le module 3 selon l’invention comprend des aubes 30.
Dans l’exemple de la figure 1 , les aubes 30 sont entourées par un carter externe 19. Une nacelle (non représentée) est fixée au carter externe 19. Selon cet exemple, le module 3 est un module de soufflante.
Selon un autre exemple non représenté, le module 3 est un module d’hélice. Les aubes 30 ne sont pas entourées par un carter externe et les aubes 30 sont, selon cet exemple, agencées autour de la nacelle.
En référence à la figure 2, le module 3 selon l’invention comprend en outre un moyeu 43. Le moyeu 43 est annulaire et centré sur l’axe longitudinal X. Il comprend un espace interne 310. Le moyeu 43 est solidaire d’un cône centré sur l’axe longitudinal X. Le cône est agencé en amont du moyeu 43. Le cône forme un bec d’entrée d’air dans la turbomachine 1. Le moyeu 43 est par exemple relié au cône par un bras de fixation 43a s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal X. Le bras de fixation 43a est relié au cône et au moyeu 43 par un ensemble de vis et d’écrous 43b par exemple. Le moyeu 43 comprend des logements internes répartis régulièrement autour de l’axe longitudinal X.
Les aubes 30 sont portées par le moyeu 43 et régulièrement réparties sur le moyeu 43. Elles s’étendent radialement depuis le moyeu 43. Les aubes 30 sont entraînées en rotation autour de l’axe longitudinal X. Chaque aube 30 comprend un pied 41 et une pale 40 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis le pied 41 .
Le pied 41 comprend par exemple un tenon monté dans un manchon. Le pied 41 est monté pivotant suivant un axe de calage C dans le logement interne du moyeu 43. Avantageusement, un pied 41 est monté par logement interne. Le manchon est centré sur l’axe de calage C et est logé dans le logement interne du moyeu 43.
L’axe de calage C est parallèle à l’axe radial Z et s’étend donc radialement par rapport à l’axe longitudinal X. Le pied 41 , via le manchon notamment, est monté pivotant dans le moyeu 43 grâce à deux paliers de guidage 44 montés dans chaque logement interne et de manière superposée suivant l’axe radial Z. Ces paliers 44 sont de préférence, mais non limitativement, des roulements à billes.
Le moyeu 43 est mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X. Pour entrainer le moyeu 43 en rotation autour de l’axe longitudinal X et partant, les aubes 30, le module 3 comprend un arbre d’entrainement 32. L’arbre d’entrainement 32 est agencé au moins en partie dans l’espace interne 310. Il est centré sur l’axe longitudinal X. L’arbre d’entrainement 32 est guidé en rotation dans l’espace interne 310 par un premier palier de guidage 32a et un second palier de guidage 32b. Le premier palier de guidage 32a est par exemple un roulement à billes. Le second palier de guidage 32b est par exemple un roulement à rouleaux. Le premier palier de guidage 32a est agencé en aval du second palier de guidage 32b. Le premier palier de guidage 32a comprend des billes 320a agencées entre une bague externe 321 a et une bague interne 322a. Le second palier de guidage 32b comprend des rouleaux 320b agencés par exemple entre la bague externe 321 a et la bague interne 322a. La bague interne 322a est solidaire de l’arbre d’entrainement 32 et la bague externe 321 a est portée par un support palier 34. Les premier et second palier de guidage 32a, 32b peuvent partager les mêmes bagues externes et internes ou être formées de bagues distinctes. Le support palier 34 est fixe. Il s’étend radialement entre une bride d’extrémité 34a reliée au carter d’entrée 18 et une semelle 34b qui coopère avec la bague externe 321 a.
L’arbre d’entrainement 32 comprend une extrémité amont sur laquelle est fixé un tourillon 53. Le tourillon 53 s’étend radialement vers l’extérieur. Le tourillon 53 est relié par exemple par une première bride 52 au moyeu 43 pour l’entrainer en rotation autour de l’axe longitudinal X.
L’arbre d’entrainement 32 est entrainé en rotation par l’arbre basse pression 9 par exemple. Afin de réduire la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 32 par rapport à l’arbre basse pression 9, le module 3 comprend avantageusement un réducteur de vitesse 33 mécanique reliant l’arbre basse pression 9 à l’arbre d’entrainement 32.
En référence à la figure 1 , le réducteur de vitesse 33 est agencé dans une enceinte de lubrification 35. L’enceinte de lubrification 35 est par exemple agencée axialement entre le troisième palier 15 et le second palier de guidage 32b, à l’intérieur du carter d’entrée 18.
Le réducteur de vitesse 33 est par exemple un réducteur de vitesse 33 à train d’engrenage planétaire ou épicycloïdal. Le réducteur de vitesse 33 comprend un planétaire intérieur, également appelé solaire destiné à coopérer avec l’arbre basse pression 9, une couronne extérieure solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement 32 ou relié à une structure fixe de la turbomachine 1 tel que le carter d’entrée 18 et un porte-satellites fixe en rotation, par exemple solidaire du carter d’entrée 18 ou solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement 32. Le réducteur de vitesse 33 comprend en outre des satellites qui engrène avec le solaire et la couronne extérieure.
Chaque aube 30 est mobile en rotation autour de l’axe de calage C. A cet effet, selon l’invention, le module 3 comprend un dispositif 45 de changement de calage des aubes 30 autour de leurs axes de calage C. Le dispositif 45 est avantageusement au moins en partie agencé dans l’espace interne 310 du moyeu 43. Ceci permet de faciliter la maintenance du dispositif 45 car il est facilement accessible. Le dispositif 45 est agencé en amont du réducteur de vitesse 33. Le dispositif 45 comprend un actionneur hydraulique 46 mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X et configuré pour entrainer les aubes 30 autour de leurs axes de calage C. L’actionneur hydraulique 46 est par exemple un vérin hydraulique. Il est par exemple agencé dans l’espace interne 310. L’actionneur hydraulique 46 est solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement 32. L’arbre d’entrainement 32 présente par exemple une virole 50 qui s’étend radialement vers l’intérieur à partir de l’arbre d’entrainement 32 et qui est relié à l’actionneur hydraulique 46.
L’actionneur hydraulique 46 comprend un boitier 48 et une tige 49. Le boitier 48 est cylindrique, centré sur l’axe longitudinal X. Une telle configuration permet de limiter l’encombrement de l’actionneur hydraulique 46 dans le moyeu 43 tant axialement que radialement. Le boitier 48 s’étend radialement autour de la tige 49.
La tige 49 s’étend axialement entre une première extrémité 49a et une deuxième extrémité 49b.
L’actionneur hydraulique 46 comprend en outre une première chambre 46a et une seconde chambre 46b. Les première et seconde chambres 46a, 46b sont définies à l’intérieur du boitier 48 et sont délimitées axialement par une paroi annulaire 46c agencée dans le boitier 48. La paroi annulaire 46c est par exemple solidaire de la deuxième extrémité 49b de la tige 49.
Selon un premier exemple illustré sur la figure 3a, la tige 49 est mobile en translation dans le boitier 48. La tige 49 se déplace en translation le long de l’axe longitudinal X dans le boitier 48. Selon cet exemple, le boitier 48 est solidaire de l’arbre d’entrainement 32. La virole 50 est reliée au boitier 48. Selon un autre exemple illustré sur la figure 3b, le boitier 48 est mobile en translation selon l’axe longitudinal X. Selon cet exemple, la tige 49 est solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement 32. La virole 50 est reliée au à la tige 49.
La tige 49 ou le boitier 48 se déplace en translation sous l’effet de la pression d’un fluide circulant dans chaque chambre 46a, 46b.
Le dispositif 45 comprend avantageusement un mécanisme de liaison 47 reliant les aubes 30 à l’actionneur hydraulique 46 et notamment à la tige 49 ou au boitier 48 de l’actionneur hydraulique 46. Le mécanisme de liaison 47 permet de transformer le mouvement de translation de l’actionneur hydraulique 46 en un mouvement de rotation des aubes 30. Le mécanisme de liaison 47 comprend une pièce annulaire 47a, une biellette 47b et un excentrique 47c. La pièce annulaire 47a est fixée de manière amovible à la tige 49 telle qu’illustrée sur la figure 3a et par exemple à la deuxième extrémité 49b ou au boitier 48 telle qu’illustrée sur la figure 3b. La pièce annulaire 47a est par ailleurs reliée de manière amovible à la biellette 47b. La biellette 47b coopère avec l’excentrique 47c qui est solidaire de l’aube 30 et notamment relié au pied 41 . La pièce annulaire 47a permet ainsi un démontage de l’actionneur hydraulique 46 lors d’opérations de maintenance par exemple sans intervenir sur les aubes 30 qui restent fixées aux biellettes 47b par l’intermédiaire de l’excentrique 47c.
Afin d’entrainer en translation la tige 49 ou le boitier 48 pour entrainer les aubes 30 autour de leurs axes de calage C via le mécanisme de liaison 47, le dispositif 45 selon l’invention comprend en outre une pompe 54 d’alimentation en fluide de l’actionneur hydraulique 46. La pompe 54 est par exemple agencée en amont du réducteur 33. La pompe 54 est agencée à l’intérieur de l’arbre d’entrainement 32.
La pompe 54 est une pompe hydraulique réversible à cylindrée variable et à pistons axiaux.
La pompe 54 est reliée aux première et seconde chambres 46a, 46b de l’actionneur hydraulique 46.
En référence aux figures 3a et 3b, la pompe 54 comprend un axe de transmission 54a autour duquel est monté un plateau principal 54e. L’axe de transmission 54a est centré sur l’axe longitudinal X et est entrainé en rotation par l’arbre d’entrainement 32 par l’intermédiaire par exemple d’une boite d’accessoires (AGB pour « Accessory GearBox » en langue anglaise).
Avantageusement, la pompe 54 comprend en outre une enveloppe 54b montée autour du plateau principal 54e. L’enveloppe 54b est par exemple annulaire et centré sur l’axe longitudinal X. L’enveloppe 54b est fixe en rotation par rapport à l’axe longitudinal X. Elle est reliée à une partie fixe du module 3 ou de la turbomachine 1 tel que le carter d’entrée 18.
Selon l’invention, la pompe 54 comprend des pistons axiaux 54c configurés pour transférer le fluide à l’actionneur hydraulique 46. Les pistons axiaux 54c sont cylindriques ou sensiblement cylindriques et présentent un axe de révolution parallèle à l’axe longitudinal X. La pompe 54 comprend au moins deux pistons axiaux 54c qui sont avantageusement régulièrement répartis autour de l’axe longitudinal X. Les pistons axiaux 54c sont solidaires en rotation de l’axe de transmission 54a.
Selon l’invention, les pistons axiaux 54c sont mobiles en translation selon une direction D parallèle à l’axe longitudinal X. Avantageusement, les pistons axiaux 54c sont mobiles en translation dans deux sens opposés selon la direction D, et par exemple d’amont en aval et d’aval en amont. Plus particulièrement, chaque piston axial 54c est mobile en translation dans une chambre de réception 54d du fluide ménagée par exemple dans un barillet 54f opposé au plateau principal 54e. Il y a autant de chambre de réception 54d que de piston axial 54c. Selon un autre exemple non représenté, chaque chambre de réception 54d est ménagé dans un barillet distinct, c’est-à-dire qu’il y autant de barillet que de chambre de réception 54d. Chaque chambre de réception 54d est solidaire en rotation de l’axe de transmission 54a. Elles sont par exemple solidaires en rotation de l’actionneur hydraulique 46, en particulier du boitier 48.
Le plateau principal 54e est annulaire et centré sur l’axe longitudinal X. Il s’étend en particulier dans un plan radial par rapport à l’axe longitudinal X et donc par rapport à l’axe de transmission 54a. Le plateau principal 54e est fixe en rotation autour de l’axe longitudinal X. Il n’est donc pas entrainé en rotation par l’axe de transmission 54a.
Selon l’invention, le plateau principal 54e est inclinable par rapport à l’axe longitudinal X. Le plateau principal 54e est donc monté mobile en rotation autour d’un axe de rotation Y qui est perpendiculaire à l’axe longitudinal X et l’axe radial Z. Le plateau principal 54e est par exemple relié à l’axe de transmission 54a par une liaison pivot Y’ présentant un axe parallèle à l’axe de rotation Y.
Avantageusement, le plateau principal 54e est inclinable selon un angle d’inclinaison a compris entre -45° et 45° étant entendu que I’ angle a de 0° correspond à une position du plateau principal 54e dans laquelle il est perpendiculaire à l’axe longitudinal X.
Avantageusement, le dispositif 45 comprend en outre un actionneur 55 relié au plateau principal 54e. L’actionneur 55 est configuré pour incliner le plateau principal 54e par rapport à l’axe longitudinal X. L’actionneur 55 est par exemple de type électrique tel qu’un vérin électrique ou hydraulique tel qu’un vérin hydraulique. L’actionneur 55 est solidaire du plateau principal 54e et est donc fixe en rotation autour de l’axe longitudinal X. Il est par exemple relié au plateau principal 54e par une liaison rotule. Une telle configuration permet de faciliter l’inclinaison du plateau principal 54e par l’actionneur 55 sans complexifier la configuration du module 3. L’actionneur 55 peut par ailleurs être relié à un carter du module 3 ou de la turbomachine 1 par une liaison rotule également.
Selon l’invention, la pompe 54 comprend un plateau de liaison 54g relié aux pistons axiaux 54c et agencé entre le plateau principal 54e et les pistons axiaux 54c. Le plateau de liaison 54g est monté autour de l’axe de transmission 54a. Le plateau de liaison 54g et le plateau principal 54e sont coaxiaux. Avantageusement, le plateau principal 54e présente un diamètre externe supérieur au diamètre externe du plateau de liaison 54g. Le plateau principal 54e coopère avec le plateau de liaison 54g. Avantageusement, le plateau de liaison 54g est solidaire en rotation du plateau principal 54e autour de l’axe de rotation Y. Le plateau de liaison 54g est ainsi inclinable de manière corrélée avec le plateau principal 54e. Le plateau de liaison 54g est préférentiellement inclinable selon un angle identique à l’angle d’inclinaison a du plateau principal 54e. Le plateau de liaison 54g est par exemple en appui plan sur le plateau principal 54e. Préférentiellement, le plateau de liaison 54g est mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X. Il est solidaire en rotation de l’axe de transmission 54a.
Les pistons axiaux 54c sont reliés au plateau de liaison 54g par une liaison rotule 54h.
Les pistons axiaux 54c étant reliés au plateau de liaison 54g, l’inclinaison du plateau principal 54e entraine l’inclinaison du plateau de liaison 54g et un déplacement des pistons axiaux 54c selon la direction D. La course des pistons axiaux 54c dans les chambres de réception 54d est alors variable selon l’inclinaison du plateau principal 54e. Ceci permet de réguler le débit de la pompe 54. Avantageusement, comme illustré sur la figure 4a, lorsque l’angle d’inclinaison a du plateau principal 54e est compris entre 0° et 45°, la pompe 54 est en mode refoulement tandis que lorsque l’angle d’inclinaison a du plateau principal 54e est compris entre -45° et 0° comme illustré sur la figure 4b, la pompe 54 est en mode admission.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention illustré sur la figure 5, le dispositif 45 comprend en outre un actionneur auxiliaire 56 relié au plateau de liaison 54g avantageusement par l’intermédiaire d’une liaison à cannelures telles que des cannelures courtes à dents bombées ou une liaison à cardan ou une liaison à joint d'OIdham ou une liaison encastrement. L’actionneur auxiliaire 56 est destiné à entrainer en rotation le plateau de liaison 54g. L’actionneur auxiliaire 56 est par exemple un moteur électrique comprenant un rotor relié au plateau de liaison 54g et un stator agencé autour du rotor de manière coaxiale. Le rotor est par exemple centré sur l’axe longitudinal X et le stator est relié à une structure fixe de la turbomachine 1 ou du module 3.
Un tel actionneur auxiliaire 56 permet l’entrainement en rotation du plateau de liaison 54g autour de l’axe longitudinal X lorsque l’arbre d’entrainement 32 n’est pas actif. Typiquement, lors des phases de maintenance de la turbomachine 1 , l’arbre d’entrainement 32 est fixe en rotation et n’entraine donc pas en rotation autour de l’axe longitudinal X le plateau de liaison 54g via l’axe d’entrainement 54a de la pompe 54. Lors de ces phases, l’entrainement en rotation du plateau de liaison 54g est assuré par l’actionneur auxiliaire 56. L’actionneur auxiliaire 56 est par exemple accouplé à la pompe 54 par l’intermédiaire d’engrenages accouplés par des crabots permettant à l’actionneur auxiliaire 56 d’entrainer le plateau de liaison 54g uniquement lorsque l’arbre d’entrainement 32 n’est pas entrainé en rotation.
La liaison à cannelures, à cardan, à joint d'OIdham ou encore à encastrement sont des liaisons préférées puisqu’elles sont compatibles avec l’angle d’inclinaison du plateau de liaison 54g.
En référence à la figure 6, avantageusement, afin de piloter et réguler le régime de l’actionneur 55 et éventuellement de l’actionneur auxiliaire 56, le module 3 comprend en outre un boitier de commande 57 et un circuit électronique de commande 58. Le boitier de commande 57 est alimenté en énergie électrique par une source d’énergie électrique 59 située dans la turbomachine 1 par exemple. Le circuit électronique de commande 58 est par exemple situé dans la turbomachine 1 . Le circuit électronique de commande 58 est par exemple un calculateur numérique tel qu’un FADEC pour « Full Authority Digital Electronic Computer » en langue anglaise.
Le module 3 comprend avantageusement un capteur 60. Le capteur 60 permet de mesurer une information 11 qui est transmise au circuit électronique de commande 58. L’information 11 est par exemple la position du boitier 48 ou de la tige 49 de l’actionneur hydraulique 46. Le capteur 60 est par exemple un capteur linéaire de type LVDT pour « Linear Variable Differential Transformer » en langue anglaise. Le capteur 60 est configuré pour mesurer la position de la tige 49 ou du boitier 48 de l’actionneur hydraulique 46. Il est par exemple agencé dans l’actionneur hydraulique 46. Selon un autre exemple non représenté, le capteur 60 est un capteur de position. Il permet de mesurer la position des aubes 30.
Le capteur 60 fournit l’information 11 au circuit électronique de commande 58. Le circuit électronique de commande 58 va alors fournir un ordre au boitier de commande 57 qui va déterminer la position de l’actionneur 55 et si nécessaire commander la rotation de l’actionneur auxiliaire 56 afin de réguler le débit de la pompe 54 via l’inclinaison du plateau auxiliaire 54g et modifier la position de la tige 49 ou du boitier 48 de l’actionneur hydraulique 46 selon le calage des aubes 30 souhaité.
Le circuit électronique de commande 58 reçoit également ou alternativement un signal S1 sur les conditions de vol de l’aéronef et/ou l’état de la turbomachine 1. Le signal S1 est également ou alternativement pris en compte pour fournir l’ordre 01 au boitier de commande 57.
La pompe 54 est fluidiquement raccordée à un circuit hydraulique C. Le circuit hydraulique d’alimentation C comprend par exemple un premier circuit C1 reliant au moins une des chambres de réception 54d de la pompe 54 à la première chambre 46a de l’actionneur hydraulique 46 et un second circuit C2 reliant la seconde chambre 46b de l’actionneur hydraulique 46 à au moins une des chambres de réception 54d de la pompe 54.
Le circuit hydraulique d’alimentation C est un circuit fermé. Il est indépendant d’un circuit hydraulique de lubrification de la turbomachine 1 destiné par exemple à lubrifier le réducteur 33. Le fluide du circuit hydraulique d’alimentation C alimentant l’actionneur hydraulique 46 est par exemple un liquide hydraulique. Le liquide est par exemple de l’huile sous pression ou un ester phosphaté tel que le Skydrol. Le fluide est ainsi un fluide circulant en circuit fermé dans le circuit hydraulique d’alimentation C et est indépendant du circuit de lubrification de la turbomachine 1 . Le fluide peut donc être différent de l’huile utilisée dans le circuit de lubrification de la turbomachine 1 . Le fluide peut ainsi présenter un point de figeage plus bas ou encore des caractéristiques de viscosité plus adaptées aux conditions de la turbomachine 1 , notamment lorsque les températures d’opération de la turbomachine 1 sont basses. Par exemple, le fluide du circuit hydraulique d’alimentation C présente un point de figeage compris entre -70°C et -50°C, notamment compris entre -65°C et -60°C. Aussi, la pression du fluide dans le circuit hydraulique d’alimentation C est avantageusement supérieure à 100 bars, préférentiellement supérieure à 200 bars et encore plus préférentiellement comprise entre 250 bars et 350 bars. Le circuit hydraulique d’alimentation C étant fermé, il est non aéré et il est par conséquent possible de mettre en œuvre des pressions dans le circuit hydraulique élevées. Ceci permet de diminuer l’encombrement de l’actionneur hydraulique 46.
En référence à la figure 6, avantageusement, le circuit hydraulique C comprend par exemple un accumulateur hydraulique 61 qui permet de compenser les variations de volume du fluide dues à sa compressibilité et sa dilatation. L’accumulateur hydraulique 61 est en communication fluidique avec la pompe 54. L’accumulateur hydraulique 61 peut être intégré à la pompe 54. L’accumulateur hydraulique 61 est solidaire en rotation de l’actionneur hydraulique 46 et est ainsi mobile en rotation autour de l’axe longitudinal X.
Les pistons axiaux 54c et l’accumulateur hydraulique 61 étant mobiles en rotation par rapport à l’axe longitudinal X, il est possible selon l’invention de s’affranchir d’un dispositif de transfert hydraulique tournant.
Grâce à l’invention, l’inclinaison du plateau principal 54e entraine en translation les pistons axiaux 54c. Ceci permet de faire varier la course des pistons axiaux 54c et donc le débit de la pompe 54. Le volume dans les première et deuxième chambres 46a, 46b de l’actionneur hydraulique 46 varie ce qui entraine en translation la tige 49 ou le boitier 48 de l’actionneur hydraulique 46 ayant pour conséquence l’entrainement en rotation des aubes 30 autour de leurs axes de calage C. Grâce à l’invention, on s’affranchit donc d’organes supplémentaires tels qu’un transformateur électrique tournant associé à un moteur électrique permettant de faire varier le débit de la pompe 54 ou d’un transfert d’huile tournant permettant le transfert d’huile entre la pompe 54 et l’actionneur hydraulique 46 réduisant également les fuites d’huile et la nécessité d’ajouter des pompes de récupération. En outre, la consommation électrique est faible puisqu’il n’y a pas de moteur électrique opérationnel lors des phases de vol de l’aéronef, l’entrainement de la pompe 54 étant assurée par l’arbre d’entrainement 32. Aussi, la pompe 54 étant avantageusement réversible, on s’affranchit d’une vanne d’inversion de débit et de circuit piloté durant les phases de vol de l’aéronef.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Module (3) pour une turbomachine (1 ) d’aéronef, le module (3) comportant un axe longitudinal (X) et comprenant :
- un moyeu (43) centré sur l’axe longitudinal (X) et destiné à être mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X),
- des aubes (30) portées par le moyeu (43), chacune des aubes (30) étant mobile autour d’un axe de calage (C) s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal (X),
- un dispositif (45) de changement de calage des aubes (30) autour de leurs axes de calage (C), le dispositif (45) comprenant : un actionneur hydraulique (46) destiné à être mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et configuré pour entrainer les aubes (30) autour de leurs axes de calage (C), une pompe (54) d’alimentation en fluide de l’actionneur hydraulique (46) comprenant : des pistons axiaux (54c) destinés à être mobiles en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et configurés pour transférer le fluide à l’actionneur hydraulique (46), un plateau de liaison (54g) relié aux pistons axiaux (54c) et coopérant avec un plateau principal (54e) annulaire centré sur l’axe longitudinal (X), le plateau principal (54e) étant destiné à être fixe en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et inclinable par rapport à l’axe longitudinal (X), le plateau de liaison (54g) étant agencé entre le plateau principal (54e) et les pistons axiaux (54c), les pistons axiaux (54c) étant mobiles en translation selon une direction (D) parallèle à l’axe longitudinal (X), l’inclinaison du plateau principal (54e) entraînant un déplacement des pistons axiaux (54c) selon la direction (D), et un actionneur auxiliaire (56) relié au plateau de liaison (54g) et destiné à entrainer en rotation le plateau de liaison (54g) autour de l’axe longitudinal (X).
2. Module selon la revendication précédente, dans lequel la pompe (54) comprend une enveloppe (54b) montée autour du plateau principal (54e) et du plateau de liaison (54g) et destinée à être fixe en rotation autour de l’axe longitudinal (X).
3. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plateau principal (54e) est inclinable selon un angle d’inclinaison a compris entre -45° et 45°, un angle a de 0° correspondant à une position du plateau principal (54e) dans lequel il est perpendiculaire à l’axe longitudinal (X).
4. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (45) comprend en outre un actionneur (55) relié au plateau principal (54e) et configuré pour incliner le plateau principal (54e) par rapport à l’axe longitudinal (X).
5. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plateau de liaison (54g) est destiné à être mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et est en appui plan sur le plateau principal (54e).
6. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les pistons axiaux (54c) sont reliés au plateau de liaison (54g) par une liaison rotule (54h).
7. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pompe (54) comprend un axe de transmission (54a) centré sur l’axe longitudinal (X), solidaire en rotation du plateau de liaison (54g), et autour duquel est monté le plateau principal (54e).
8. Module selon la revendication précédente, comprenant en outre un arbre d’entrainement (32) solidaire en rotation du moyeu (43) et configuré pour entrainer en rotation l’axe de transmission (54a) autour de l’axe longitudinal (X).
9. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un circuit électronique de commande (58) configuré pour transmettre un ordre (01 ) à l’actionneur auxiliaire (56) pour entrainer en rotation le plateau de liaison (54g) autour de l’axe longitudinal (X). .
10. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur auxiliaire (56) est relié au plateau de liaison (54g) par une liaison à cannelures ou une liaison à cardan ou une liaison à joint d'OIdham ou une liaison encastrement.
11. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 8, dans lequel l’actionneur hydraulique (46) est un vérin solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement (32), l’actionneur hydraulique (46) comprenant un boitier (48) et une tige (49) agencée à l’intérieur du boitier (48), et une première et une seconde chambres (46a, 46b) reliées à la pompe (54) définies dans le boitier (48), la tige (49) ou le boitier (48) étant mobile en translation et relié aux aubes (30).
12. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tige (49) ou le boitier (48) est solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement
Figure imgf000024_0001
13. Turbomachine (1 ) pour un aeronef comprenant un module (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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