CHARIER, Gilles, Alain (4 rue des Bas Clos, La Grande Paroisse, F-77130, FR)
BALK, Wouter (66 rue du Docteur Pouillot, Melun, F-77000, FR)
CHARIER, Gilles, Alain (4 rue des Bas Clos, La Grande Paroisse, F-77130, FR)
| REVENDICATIONS 1. Mécanisme de calage (42, 44) du pas des pales d'au moins une hélice (16, 18) d'un système d'hélices contrarotatives (14) pour turbomachine, chaque pale (16a, 18a) étant mobile autour d'un axe radial (Y) , ledit mécanisme comportant un actionneur linéaire (46), des moyens (56) pour transformer le déplacement délivré par l' actionneur linéaire (46) en rotation de chacune desdites pales (16a, 18a) de manière synchronisée autour de leur axe radial (Y) , lesdits moyens comportant une ferrure (48) d'axe longitudinal (X) formé d'un anneau central (50), d'un anneau extérieur (52) et d'une pluralité de bras radiaux (54) rigidement reliés à l'anneau central (50) et à l'anneau extérieur (52), lesdits bras radiaux (54) traversant une veine annulaire principale (24) du système d'hélices contrarotatives, ledit anneau central 50) étant destiné à recevoir 1 ' actionnement de 1' actionneur linéaire (46), ledit anneau central (50) et ledit anneau extérieur (52) étant disposés dans deux plans distincts, orthogonaux à l'axe longitudinal (X) , de telle sorte que lesdits bras radiaux (54) soient inclinés par rapport à l'axe longitudinal (X), la ferrure (48) ayant alors la forme d'un tronc de cône ». 2. Mécanisme de calage selon la revendication 1, dans lequel l'anneau extérieur (52) a une forme polygonale. 3. Mécanisme de calage selon la revendication 2, dans lequel l'anneau extérieur (52) est formé d'une pluralité de segments droits (52a) s' étendant chacun entre deux extrémités radialement extérieures (54b) de deux bras radiaux (54) consécutifs . 4. Mécanisme de calage selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens (56) pour transformer le déplacement de l'actionneur linéaire (46) en rotation de chacune desdites pales (16a, 18a) comportent des biellettes (58) articulées entre la ferrure (48) et chaque pale (16a), l'articulation entre la biellette (58) et la pale (16a) étant une liaison pivot d'axe (Yl) parallèle à l'axe radial (Y) de rotation de ladite pale (16a), distinct dudit axe radial (Y) . 5. Système d'hélices contrarotatives (14) pour turbomachine d'aéronef, comprenant : - une turbine libre de puissance, - une première hélice (16) et une seconde hélice (18) contrarotatives destinées à être mises en rotation autour d'un axe longitudinal (X) du système d'hélices, ladite première hélice (16) étant située dans une direction donnée par rapport à ladite seconde hélice (16), chacune des première et seconde hélices (16, 18) comprenant un moyeu (20, 30) centré sur l'axe longitudinal (X), une virole extérieure (22, 32) lui étant disposée concentriquement et participant à la délimitation radiale vers l'extérieur d'une veine annulaire principale (24), ainsi que des bras de raccord (26, 36) reliant ladite virole extérieure audit moyeu, - un dispositif de transmission mécanique entraîné par ladite turbine libre de puissance et entraînant lesdites première et seconde hélices (16, 18), - un premier mécanisme de calage (42) de pas des pales de la première turbine (16) et un deuxième mécanisme de calage (44) de pas des pales de la deuxième turbine (18), au moins l'un des premier et deuxième mécanisme (42, 44) de calage étant un mécanisme selon l'une des revendication précédentes. 6. Système d'hélices contrarotatives (14) selon la revendication 5, dans lequel les bras de raccord (26, 36) sont creux et les bras radiaux (54) sont logés dans les bras de raccord (26, 36) . 7. Système d'hélices contrarotatives (14) selon la revendication 6, dans lequel la ferrure (48) comporte autant de bras radiaux (54) que de pales (16a, 18a), chaque bras radial (54) étant reçu dans un bras de raccord (26, 36) . 8. Système d'hélices contrarotatives (14) selon la revendication 7, dans lequel les bras de raccord (26, 36) sont contenus dans des plans ne contenant pas l'axe longitudinal (X) de telle sorte que les bras de raccord (26, 36) soient alignés avec l'écoulement du gaz dans la veine d'écoulement principale (24), le mécanisme de calage (42, 44) comportant des moyens de guidage (70) de la ferrure (48) de sorte qu'elle ait un mouvement hélicoïdal autour de l'axe longitudinal (X) . 9. Système d'hélices contrarotatives (14) selon la revendication 8, dans lequel le mécanisme (42, 44) comporte un anneau de synchronisation (72) relié à l'anneau intérieur (50) de la ferrure par une pluralité de biellettes (74) et les moyens de guidage (70) comportent une pluralité de rainures rectilignes (76) parallèles à l'axe longitudinal (X) pour guider l'anneau de synchronisation (72) et une pluralité de rainures hélicoïdales (78) pour guider l'anneau central (50) . 10. Système d'hélices contrarotatives (14) selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel les bras de raccord (26) de la première hélice (16) et les bras de raccord (36) de la deuxième hélice (18) s'étendent radialement dans des plans contenant l'axe longitudinal (X) , dans des directions inclinées par rapport à l'axe longitudinal (X) . 11. Système d'hélices contrarotatives (14) selon l'une des revendications 5 à 10 en combinaison avec les revendications 4 et 8, dans lequel, au décollage, les biellettes (58) des moyens de conversion du mouvement de translation en mouvement de rotation sont contenues sensiblement dans le plan des bras de raccord (26, 36) ne contenant pas l'axe longitudinal (X) · 12. Système d'hélices contrarotatives (14) selon l'une des revendications 5 à 11, dans lequel les premier (42) et deuxième (44) mécanismes de calage sont selon l'une des revendications 1 à 4, comportent un actionneur linéaire commun (46), ledit actionneur (46) tournant à la même vitesse que l'une des hélices (16, 18), la transmission de 1 ' actionnement linéaire au mécanisme de calage (42, 44) de l'autre hélice (18, 16) est réalisée au moyen de paliers à roulements (92) . 13. Système d'hélices contrarotatives (14) selon l'une des revendications 5 à 12 en combinaison avec la revendication 9, comportant un boitier étanche (80) de forme annulaire, fixe le long de l'axe longitudinal (X) entourant de manière étanche l'anneau central (50) et l'anneau de synchronisation (72). 14. Système d'hélices contrarotatives (14) selon la revendication 13, dans lequel les rainures rectilignes (76) et hélicoïdales (78) sont formées dans un fond dudit boîtier (80) . 15. Système d'hélices contrarotatives (14) selon la revendication 13 ou 14, comportant des tubes (83) reliant de manière étanche les faces extérieures des parois longitudinales (80a, 80b) dudit boîtier (80), avantageusement l'une des extrémités des tubes (83) étant plus proches de l'axe longitudinal que l'autre extrémité . 16. Turbomachine pour aéronef comportant un système d'hélices contrarotatives (14) selon l'une des revendications 5 à 15. |
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un mécanisme de calage variable du pas de pales pour système d'hélices contrarotatives , un système d'hélices contrarotatives comportant au moins un tel mécanisme de calage variable, et à une turbomachine comportant un tel système.
De l'état de la technique, il est connu des turbomachines à système d'hélices contrarotatives, dont les hélices sont entraînées par un dispositif de transmission mécanique, prenant habituellement la forme d'un réducteur différentiel.
Chacune des première et seconde hélices comprend un moyeu centré sur l'axe longitudinal, une virole extérieure lui étant disposée concentriquement et participant à la délimitation radiale vers l'extérieur d'une veine annulaire principale du flux gazeux de la turbomachine, ainsi que des bras de raccord reliant la virole extérieure au moyeu.
En outre, le système à hélices contrarotatives comporte un mécanisme de calage variable du pas de chaque pale des deux hélices pour adapter l'orientation angulaire des pales à chaque condition de vol et pour générer une contre-poussée après l'atterrissage afin de freiner l'aéronef. De tels mécanismes sont connus de l'état de la technique. Il existe un mécanisme de calage variable comprenant un vérin hydraulique situé sur l'axe moteur, celui-ci met en mouvement des crémaillères engrenant des arbres radiaux. Les arbres radiaux traversent la veine du flux chaud et mettent en mouvement des engrenages situés à l'extérieur du moteur. Les engrenages à leur tour sont liés aux pieds des pales d' hélice .
Ce mécanisme présente une faible rigidité, ce qui nuit au maintien de l'orientation des pales sous l'angle souhaité. En outre, les engrenages sont situés à l'extérieur du moteur et sont donc exposés aux conditions ambiantes sans lubrification. La durée de vie de ceux-ci en est alors directement impactée et les coûts de maintenance sont augmentés. Un autre mécanisme a alors été proposé, celui-ci, afin de pallier la faible rigidité du mécanisme décrit précédemment, comporte un grand nombre d'engrenages et un réducteur épicycloïdal dans chaque pivot de pale. La démultiplication importante entre le moteur d'entraînement et la pale apporte une précision et une rigidité améliorées. En revanche, le mécanisme présente un complexité importante, une masse importante et un prix de revient élevé.
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un mécanisme de calage variable des pales des hélices contrarotatives permettant une commande améliorée de l'orientation angulaire des pales, tout en étant particulièrement fiable et de réalisation relativement simple. EXPOSÉ DE L' INVENTION
Le but précédemment énoncé est atteint par un mécanisme de calage des pales d'au moins une hélice comportant un actionneur linéaire, des moyens pour transformer le déplacement de l' actionneur en rotation des pales, lesdits moyens comportant une ferrure munie d'une pluralité de bras, la ferrure présentant une forme sensiblement tronconique . Du fait de sa forme conique, la ferrure présente une rigidité importante assurant alors un réglage précis de la position angulaire des pales et son maintien. Par ailleurs, la ferrure présente une structure très ajourée qui réduit l'impact négatif de sa présence sur le flux de gaz chaud .
Dans un exemple avantageux, les bras de la ferrure sont logés dans des bras de raccord creux reliant une virole extérieure au moyeu du système d'hélices contrarotatives , les bras de raccord formant un carénage pour les bras de la ferrure, ce qui a encore pour effet de réduire l'impact négatif de la présence de la ferrure dans le flux gazeux.
De manière particulièrement avantageuse, les bras de raccord sont inclinés ce qui permet de rapprocher les pales du carter, et par conséquent de diminuer la longueur du système d'hélices dans la direction axiale. Il en résulte un gain en termes de masse et d'encombrement.
Le mécanisme selon la présente invention est à la fois suffisamment rigide pour modifier le pas des hélices avec la précision souhaitée, fiable, simple et sûr, provoquant une obturation réduite du flux de gaz .
La présente invention a alors principalement pour objet un mécanisme de calage du pas des pales d'au moins une hélice d'un système d'hélices contrarotatives pour turbomachine, chaque pale étant mobile autour d'un axe radial, ledit mécanisme comportant un actionneur linéaire, des moyens pour transformer le déplacement délivré par l' actionneur linéaire en rotation de chacune desdites pales de manière synchronisée autour de leur axe radial, lesdits moyens comportant une ferrure d' axe longitudinal munie d'un anneau central, d'un anneau extérieur et d'une pluralité de bras radiaux rigidement reliés à l'anneau central et à l'anneau extérieur, ledit anneau central étant destiné à recevoir 1 ' actionnement de l' actionneur linéaire, ledit anneau central et ledit anneau extérieur étant disposés dans deux plans distincts, orthogonaux à l'axe longitudinal, de telle sorte que lesdits bras radiaux soient inclinés par rapport à l'axe longitudinal, la ferrure ayant alors la forme d'un tronc de cône.
De manière avantageuse, l'anneau extérieur a une forme polygonale. Par exemple, l'anneau extérieur peut être formé d'une pluralité de segments droits s' étendant chacun entre deux extrémités radialement extérieures de deux bras radiaux consécutifs.
Dans un exemple de réalisation, les moyens pour transformer le déplacement de l' actionneur linéaire en rotation de chacune desdites pales comportent des biellettes articulées entre la ferrure et chaque pale, l'articulation entre la biellette et la pale étant une liaison pivot d'axe parallèle à l'axe radial de rotation de ladite pale, distinct dudit axe radial .
De manière avantageuse, le mécanisme selon la présente invention comporte des masselottes associées à chacune des pales tendant à ramener les pales dans leur position « drapeau ».
L'actionneur linéaire est par exemple un vérin hydraulique.
La présente invention a également pour objet un système d'hélices contrarotatives pour turbomachine d'aéronef, comprenant :
- une turbine libre de puissance, - une première hélice et une seconde hélice contrarotatives destinées à être mises en rotation autour d'un axe longitudinal du système d'hélices, ladite première hélice étant située dans une direction donnée par rapport à ladite seconde hélice, chacune des première et seconde hélices comprenant un moyeu centré sur l'axe longitudinal, une virole extérieure lui étant disposée concentriquement et participant à la délimitation radiale vers l'extérieur d'une veine annulaire principale, ainsi que des bras de raccord reliant ladite virole extérieure audit moyeu,
- un dispositif de transmission mécanique entraîné par ladite turbine libre de puissance et entraînant lesdites première et seconde hélices,
- un premier mécanisme de calage de pas des pales de la première turbine et un deuxième mécanisme de calage de pas des pales de la deuxième turbine, au moins l'un des premier et deuxième mécanismes de calage étant un mécanisme selon la présente invention.
Les bras de raccord sont avantageusement creux et les bras radiaux sont logés dans les bras de raccord. De manière préférée, la ferrure comporte autant de bras radiaux que de pales, chaque bras radial étant reçu dans un bras de raccord.
Les bras de raccord sont avantageusement contenus dans des plans ne contenant pas l'axe longitudinal de telle sorte que les bras de raccord soient alignés avec l'écoulement du gaz dans la veine d'écoulement principale, le mécanisme de calage comportant des moyens de guidage de la ferrure de sorte qu'elle ait un mouvement hélicoïdal autour de l'axe longitudinal. Dans un exemple de réalisation, le mécanisme de calage selon l'invention comporte un anneau de synchronisation relié à l'anneau intérieur de la ferrure par une pluralité de bielles et les moyens de guidage comportent une pluralité de rainures rectilignes parallèles à l'axe longitudinal pour guider l'anneau de synchronisation et une pluralité de rainures hélicoïdales pour guider l'anneau central.
Dans un exemple particulièrement avantageux, les bras de raccord de la première hélice et les bras de raccord de la deuxième hélice s'étendent radialement dans des plans contenant l'axe longitudinal, dans des directions inclinées par rapport à l'axe longitudinal.
De préférence, au décollage, les biellettes sont contenues sensiblement dans le plan des bras de raccord ne contenant pas l'axe longitudinal, afin d'éviter que les bras radiaux travaillent en flexion dans la direction de leur plus faible inertie.
De manière avantageuse, les premier et deuxième mécanismes de calage sont selon la présente invention, et comportent un actionneur linéaire commun formé par un vérin hydraulique double.
L'axe de l' actionneur linéaire est de préférence aligné avec l'axe longitudinal. Dans un exemple de réalisation, l' actionneur linéaire tourne à la même vitesse que l'une des hélices, la transmission de 1 ' actionnement linéaire au mécanisme de calage de l'autre hélice est alors réalisée au moyen de paliers à roulement .
Le système d'hélices contrarotatives selon l'invention peut comporter un boitier étanche de forme annulaire, fixe le long de l'axe longitudinal entourant de manière étanche l'anneau central et l'anneau de synchronisation. Les rainures rectilignes et hélicoïdales de guidage du mécanisme de calage sont avantageusement formées dans un fond dudit boîtier. Le boîtier étanche peut comporter des tubes reliant de manière étanche les faces extérieures des parois longitudinales dudit boîtier, avantageusement l'une des extrémités des tubes étant plus proches de l'axe longitudinal que l'autre extrémité. Ces tubes servent au retour de l'huile.
La présente invention a également pour objet une turbomachine pour aéronef comportant un système d'hélices contrarotatives selon la présente invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une turbomachine à hélices contrarotatives à laquelle s'applique la présente invention,
- la figure 2A représente une vue en coupe longitudinale partielle de la turbomachine de la figure 1 au niveau du mécanisme de calage variable selon la présente invention dans deux positions de calage différentes,
- la figure 2B représente une vue partielle en perspective du système d'hélices contrarotatives selon la présente invention,
- la figure 3 représente une vue en perspective isolée du carter reliées aux pales de l'hélice du mécanisme de la figure 2A,
- la figure 4 est une représentation de l'ensemble représenté sur la figure 3 de laquelle a été retiré un carter soutenant l'hélice,
- la figure 5 représente une vue de l'ensemble représenté sur la figure 4 à partir d'un point radialement extérieur, les viroles et les bras de raccord ayant été ajoutés,
- la figure 6 représente une vue agrandie de la figure 5 montrant un exemple de réalisation de moyens pour transformer le mouvement de translation de la ferrure en mouvement de rotation des pales,
- la figure 7 représente une vue de détail de la figure 2 au niveau de l'extrémité radialement intérieur des bras radiaux de la ferrure du mécanisme selon la présente invention dans deux positions de calage,
- la figure 8 représente les deux positions extrêmes d'un bras radial de la ferrure dans un bras de raccordement,
- les figures 9A à 9D sont des représentations schématiques de différentes positions angulaires pouvant être prises par une pale et celles de sa biellette associée.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur la figure 1, on peut voir une turbomachine, du type à « open rotor », équipée d'un système d'hélices contrarotatives selon un mode de réalisation préféré de la présente invention.
Sur les figures, la direction A correspond à la direction longitudinale ou direction axiale, parallèle à l'axe longitudinal X de la turbomachine. La direction B correspond, quant à elle, à la direction radiale de la turbomachine. De plus, la flèche 4 schématise la direction d'avancement de l'aéronef sous l'action de la poussée de la turbomachine 1, cette direction d'avancement étant contraire au sens principal d'écoulement des gaz au sein de la turbomachine. Les termes « avant »/« amont », « arrière »/« aval » utilisés dans la suite de la description sont à considérer par rapport à ladite direction d'avancement 4.
Nous allons décrire, de manière préliminaire, un exemple de structure générale d'une turbomachine à systèmes d'hélices contrarotatives , en particulier la partie puissance de la turbomachine qui n'est pas visible sur les dessins. Cette description n'est en aucun cas limitative et toute turbomachine à système d'hélices contrarotatives comportant une partie puissance autre ne sort pas du cadre de la présente invention .
La turbomachine présente un axe longitudinal X.
En partie avant, la turbomachine présente une entrée d'air 6 se poursuivant vers l'arrière par une nacelle 8, celle-ci comportant globalement une peau extérieure 10 et une peau intérieure 12, toutes les deux centrées sur l'axe X et décalées radialement l'une de l'autre.
La peau intérieure 12 forme carter radial externe pour un générateur de gaz, comprenant de façon classique, de l'avant vers l'arrière, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine de pression intermédiaire. Le compresseur basse pression et la turbine sont reliés mécaniquement par un arbre, formant un corps de pression faible pression, tandis que le compresseur haute pression et la turbine sont reliés mécaniquement par un arbre, formant un corps de pression plus élevée. Par conséquent, le générateur de gaz présente de préférence une conception classique, dite à double corps.
En aval de la turbine de pression intermédiaire (non visible) , se trouve un système d'hélices contrarotatives 14. Ce système comprend une turbine libre de puissance (non visible) , formant turbine basse pression. Elle comporte un rotor constituant la partie interne de la turbine, ainsi qu'un stator constituant la partie externe de cette turbine, qui est reliée fixement à un ensemble de carter fixe de ce système d'hélices, centré sur l'axe longitudinal X. Ce stator est de façon connue destiné à être solidaire des autres carters de la turbomachine . A cet égard, il est indiqué que le système d'hélices est de préférence conçu de sorte que les hélices soient dépourvues de carénage radial extérieur les entourant, comme visible sur la figure 1.
En aval de la turbine, le système d'hélice, représenté en coupe sur la figure 2A, comporte une première hélice 16 ou hélice amont, portant les pales 16a. De manière analogue, le système comprend une seconde hélice 18 ou hélice aval, portant des pales 18a. Ainsi, les hélices 16, 18 sont décalées l'une de l'autre selon la direction 4.
Les deux hélices 16, 18 sont destinées à tourner dans des sens opposés autour de l'axe X sur lequel elles sont centrées, les rotations s' effectuant par rapport au stator restant immobile.
Pour l'entraînement en rotation de ces deux hélices 16, 18, il est prévu un dispositif de transmission mécanique 19 formant réducteur, de type connu par l'homme du métier.
La première hélice 16 comporte un moyeu 20 centré sur l'axe de la turbine et une virole radialement extérieure 22, concentrique au moyeu 20 et délimitant radialement vers l'extérieur une veine annulaire principale 24. La veine principale 24 est également délimitée radialement vers l'intérieur par une virole intermédiaire 25. La première hélice 16 comporte également une pluralité de bras de raccord 26 répartis angulairement de manière régulière autour du moyeu 20. Les bras de raccord 26 forment sensiblement une étoile. La disposition des bras de raccord 26 est visible sur la figure 2B.
Selon la présente invention, les bras de raccord 26 sont creux.
Dans l'exemple représenté, les bras de raccord 26 ne sont pas perpendiculaires à l'axe longitudinal X mais sont inclinés par rapport à l'axe vers l'amont. Nous expliquerons l'avantage d'une telle inclinaison dans la suite de la description. Cependant, il est à noter qu'un système d'hélices contrarotatives comportant des bras de raccord perpendiculaires à l'axe longitudinal X ne sort pas du cadre de la présente invention.
Sur la figure 3, on peut voir le premier rotor 16 isolé avec le mécanisme de calage selon 1 ' invention .
Chaque pale 16a est montée articulée autour d'un axe Y de direction radiale. Chaque pale a un axe de rotation distinct, cependant à des fins de simplicité nous désignerons ces axes par « l'axe radial Y ». Chaque pale 16a comporte un pied 16b reçu à pivotement dans un anneau de rétention 28 située radialement à l'extérieur de la virole radialement extérieure 22, l'anneau de rétention est visible sur la figure 2A et a été omis sur la figure 3. Dans l'exemple représenté, le pied 16b de la pale 16a se situe à l'aplomb d'une extrémité radialement extérieure 26a du bras de raccord 26. L'anneau de rétention est destiné à résister à l'effort centrifuge exercé par les pales 16a. Un palier à roulement 29 est prévu dans l'anneau de rétention 28 pour assurer le guidage en rotation du pied de pale 16b.
La deuxième hélice 18 comporte un moyeu 30 centré sur l'axe X du moteur et une virole radialement extérieure 32, concentrique au moyeu 30 et délimitant radialement vers l'extérieur la veine annulaire principale 24. La deuxième hélice 18 comporte également une pluralité de bras de raccord 36 répartis angulairement de manière régulière autour du moyeu 30.
Dans l'exemple représenté, les bras de raccord 36 sont également inclinés par rapport à l'axe longitudinal X, vers l'aval. Nous expliquerons l'avantage d'une telle inclinaison dans la suite de la description. Cependant, comme pour la première hélice il est à noter qu'un système d'hélices contrarotatives comportant des bras de raccord 36 perpendiculaires à l'axe longitudinal X ne sort pas du cadre de la présente invention.
Chaque pale 18a est montée articulée autour d'un axe s' étendant radialement. Chaque pale 18a comporte un pied 18b reçu à pivotement dans un anneau de rétention 40 située radialement à l'extérieur de la virole radialement extérieure 32. Dans l'exemple représenté, le pied 18b de la pale 18a se situe à l'aplomb d'une extrémité radialement extérieure 36a du bras de raccord 36. Un palier à roulement 39 est prévu dans l'anneau de rétention 40 pour assurer le guidage en rotation du pied de pale 18b. La disposition des bras de raccord 36 sont visibles sur la figure 2B.
Le système d'hélices contrarotatives 14 selon la présente invention comporte également un premier mécanisme de calage variable 42 pour le calage du pas des pales 16a de la première hélice 16 et un deuxième mécanisme de calage variable 44pour le calage du pas des pales 18a de la deuxième hélice 18.
Dans la description qui va suivre, les deux mécanismes de calage 42, 44 sont avantageusement similaires. Cependant un système d'hélices contrarotatives comportant un mécanisme selon l'invention et un autre mécanisme, par exemple connu de l'état de la technique, ne sort pas du cadre de la présente invention.
A des fins de simplicité, nous décrirons en détail le premier mécanisme de calage 42, la description s' appliquant au deuxième mécanisme de calage 44.
Le premier mécanisme de calage 42 comporte un actionneur linéaire 46, une ferrure 48 reliant l'actionneur et le pied 16b d'une ou plusieurs pales 16a.
Dans l'exemple représenté, l'actionneur linéaire 46 est formé par un vérin hydraulique situé sur l'axe longitudinal X.
La ferrure 48, particulièrement visible sur la figure 4, comporte un anneau central 50, un anneau extérieur 52 concentrique à l'anneau central 50 et des bras radiaux 54 s' étendant entre l'anneau central 50 et l'anneau extérieur 52. Les bras radiaux 54 sont rigidement fixés sur l'anneau central 50 et sur l'anneau extérieur 52 par leurs extrémités radialement intérieures 54a et radialement extérieures 54b respectivement, par exemple par soudure ou par boulonnage, ce qui facilite les opérations de montage et démontage.
L'anneau central 50 est disposé entre le moyeu 20 et la virole intermédiaire 25, l'anneau extérieur est situé à l'extérieur de la virole radialement extérieure 22, et les bras radiaux 54 s'étendent à l'intérieur des bras de raccord creux 26. L'extrémité radialement extérieure 54b de chaque bras radial 54 débouchant du bras de raccord 26 en éloignement de l'axe longitudinal X, et l'extrémité radialement intérieure 54b de chaque bras radial 54 débouchant du bras de raccord 26 vers l'axe longitudinal X.
Les bras radiaux 54 de la ferrure traversent le flux gazeux, les bras de raccord formant des carénages. L'impact sur le flux de la présence des bras radiaux 54 dans la veine 24 est alors réduit.
Selon la présente invention, l'anneau central 50, les bras radiaux 54 et l'anneau extérieur 52 sont disposés de sorte à former une structure rigide en tronc de cône, cette forme procure une rigidité accrue à la ferrure 48. Dans l'exemple représenté, les bras de raccords 24 étant inclinés vers l'amont et formant eux-mêmes une forme tronconique, la conicité de la ferrure 48 et celle de la structure formée par les bras radiaux 54 ont la même orientation.
Il est rappelé qu'une telle ferrure tronconique mobile dans des bras de raccord orientés perpendiculairement à l'axe longitudinal X ne sort pas du cadre de la présente invention.
De manière particulièrement avantageuse, l'anneau extérieur 52 est composé de segments droits 52a s' étendant entre deux extrémités radialement extérieures 54b de bras radiaux 54. Cette forme polygonale permet d'augmenter encore la rigidité de la ferrure 48.
Dans l'exemple représenté, les segments droits 52a de l'anneau extérieur 52 sont d'un seul tenant formés, par exemple par pliage d'une bande en métal ou en alliage métallique. En outre, les extrémités radialement extérieures 54b des bras radiaux 54 comportent une encoche recevant la face radialement intérieure d'une partie de raccord 52b entre deux segments droits 52a, comme on peut le voir sur la figure 6.
De manière avantageuse, la ferrure 48 comporte autant de bras radiaux 54 que de pales et de bras de raccord 26. Ainsi, chaque bras radial 54 de la ferrure 48 est destiné à déplacer en rotation d'une pale 16a. Chaque pale présente une même rigidité en torsion, on obtient ainsi une bonne synchronisation entre les mouvements de toutes les pales.
Comme on peut le voir sur la figure 5, les cavités 26a de bras de raccord creux 26 ont une section de forme sensiblement elliptique. La plus grande dimension de la section de chaque cavité est choisie de telle sorte que le déplacement des bras radiaux 54 permette à l'angle de calage des pales 16a de varier d'environ de 120°.
Le premier mécanisme de calage variable
42comporte également des moyens 56 pour convertir le mouvement de translation de la ferrure 48 en mouvement de rotation des pales 16a autour de leur axe radial Y. Un exemple de tels moyens de conversion 56 est visible sur les figures 5 et 6. Les moyens 56 comportent une biellette 58 connectée par une première extrémité longitudinale 58.1 à l'extrémité d'un bras radial 54 au moyen d'une liaison rotule 60 et par une deuxième extrémité longitudinale 58.2 au pied 16b d'une pale 16a par une liaison pivot 62 d'axe Y' sensiblement parallèle à l'axe de rotation Y de la pale 16a et distinct de celui-ci. Dans l'exemple représenté, un doigt 64 fixé sous le pied 16b est reçu dans un alésage de la biellette 58 et forme l'axe du pivot. Le doigt 64 est excentré par rapport à l'axe Y.
Il est bien entendu que tout autre moyen de conversion du mouvement de translation en mouvement de rotation peut convenir. Par exemple, il peut s'agir d'une rainure formée dans l'anneau extérieur et dans laquelle serait reçu le doigt 64. Le mécanisme de calage du pas ou de réglage de l'angle d'orientation des pales joue un rôle critique dans la régulation de la vitesse de rotation des hélices. De ce fait, des précautions sont prises pour éviter une condition de survitesse des hélices en cas de défaillance d'un des composants du mécanisme de changement de pas. L'effort centrifuge et la distribution de la masse de la pale conduisent à un couple qui a tendance à orienter la pale perpendiculairement à l'axe longitudinal X désigné par « un pas fin » par l'homme du métier. Dans ce cas, l'hélice est auto-entraînée par la vitesse de l'aéronef ce qui pourrait conduire à une condition de survitesse de rotation.
Pour éviter cette condition, chaque pale 16a est avantageusement dotée d'une masselotte 66 comme on peut le voir sur les figures 3 et 5, qui génère un couple qui s'oppose au couple inertiel de la pale 16a et qui tend à ramener la pale 16a vers la position « drapeau » c'est à dire parallèlement à l'axe longitudinal X, et dans laquelle elle participe au ralentissement de l'hélice. Dans l'exemple représenté, la masselotte 66 a sensiblement la forme d'une pièce délimitée entre deux portions d'arc concentriques.
La masselotte 66 est fixée au pied 16b de la pale 16a radialement à l'extérieur de celui-ci par rapport à l'axe Y au moyen d'un bras radial 68 par rapport à l'axe Y.
En cas de défaillance du mécanisme de calage pour une ou plusieurs pales, le ou les pales concernées 16a se mettent naturellement « en drapeau », ce qui met l'hélice 16 dans une bonne condition pour arrêter le moteur en toute sécurité. Tout autre système qui génère un couple pour ramener les pales vers la position « drapeau » est également applicable.
Dans l'exemple représenté, qui est un exemple particulièrement avantageux de l'invention, le système d'hélice contrarotative comporte des bras de raccord 26 orientés de telle sorte qu'ils sont alignés avec l'écoulement qui résulte de la rotation de l'hélice 16 et le flux qui sort axialement du moteur. Cette inclinaison permet de réduire la traînée induite par leur présence dans le flux gazeux. A cet effet, l'axe XI sur lequel est alignée la direction de plus grande longueur de la section de chaque bras de raccord 26 n'est pas parallèle à l'axe du moteur, mais est incliné par rapport à celui-ci comme on peut le voir sur la figure 8.
Le mécanisme de calage 42 selon la présente invention comporte alors, pour cet exemple avantageux, des moyens de guidage 70, représentés sur la figure 7, permettant aux bras radiaux 54 de la ferrure de suivre cette inclinaison des bras de raccord 26.
Les moyens de guidage sont particulièrement visibles sur la vue agrandie représentée sur la figure 7. La ferrure 48, assurant le calage du pas des pales, n'est alors pas seulement déplacée en translation, mais est également simultanément déplacée en rotation, ayant ainsi un mouvement hélicoïdal autour de l'axe longitudinal X.
Dans l'exemple représenté sur la figure 7, les moyens de guidage 70 comportent un anneau de synchronisation 72 et des biellettes 74 articulées, d'une part sur l'anneau de synchronisation 72, et d'autre part sur l'anneau central 50. En outre, les moyens de guidage 70 comportent au moins une rainure rectiligne 76 parallèle à l'axe X et au moins une rainure hélicoïdale 78. Les rainures 76, 78 sont par exemple réalisées, de manière particulièrement avantageuse, dans le fond d'un boîtier étanche 80 que nous décrirons en détail dans la suite de la description .
Il est bien entendu que toute autre surface pourrait convenir pour réaliser les rainures de guidage 76, 78.
Le pas de la rainure hélicoïdale est tel qu'il correspond à l'inclinaison de l'axe XI de la section du bras de raccord par rapport à l'axe longitudinal X.
De manière avantageuse, les moyens de guidage 70 comportent une pluralité de rainures rectilignes 76 et de rainures hélicoïdales 78 intercalées, réparties angulairement de manière homogène dans le fond du boîtier 80 autour de l'axe longitudinal X. La pluralité de rainures 76, 78 assure un guidage uniforme de l'anneau de rétention et de l'anneau central 50 autour de l'axe longitudinal X.
Comme on peut le voir sur la figure 7, l'anneau de synchronisation 72 est directement fixé à l'extrémité d'une pluralité de tiges de renvoi mobiles en translation 82, elles-mêmes mises en mouvement par l'actionneur linéaire 46. L'anneau de synchronisation 72 est guidé en translation par la rainure rectiligne 76, pour cela il coulisse dans la rainure rectiligne 76.
L'anneau central 50 est mis en mouvement par l'anneau de synchronisation via les biellettes 74 et coulisse dans les rainures hélicoïdales 78, la ferrure a donc un mouvement hélicoïdal autour de l'axe X, ainsi que les bras radiaux 54 qui peuvent alors suivre l'inclinaison des bras de raccord creux 24. Sur la figure 8, on peut voir l'inclinaison d'un bras de raccord par rapport à l'axe du moteur X et les positions extrêmes prises par un bras radial 54. On peut voir que le bras radial 54 suit l'inclinaison du bras de raccord.
Il est bien entendu que l'on pourrait réaliser les rainures dans l'anneau central 50.
A titre d'exemple, l'angle a entre l'axe X et l'axe XI selon la plus grande longueur de la section d'un bras de raccord est de l'ordre de 8°.
De manière avantageuse, il est prévu un boîtier étanche 80, représenté sur la figure 7, autour des extrémités radialement intérieures des bras radiaux 54 de sorte à éviter des fuites d'huile au niveau des bras de raccord. Par exemple, ce boîtier 80 a une forme annulaire et s'étend axialement de sorte à confiner les extrémités radialement intérieures 54a de tous les bras radiaux 54 et l'anneau central 50 sur toute leur course .
Les tiges de renvoi 82 traversent une paroi longitudinale du boîtier 80 de manière étanche, par exemple grâce à la présence de joints toriques.
Le boîtier 80 permet avantageusement de ne pas recourir à des joints dynamiques qui devraient être situés autour des bras radiaux, et dont l'efficacité dans le temps peut diminuer. Grâce au boîtier 80, l'étanchéité est réalisée de manière statique, seule l'étanchéité dynamique relativement simple des tiges de renvoi 82 est à assurer.
En outre, de manière avantageuse, le boîtier 80 est traversé axialement par des tubes 83 reliant de manière étanche les deux faces extérieures des deux parois longitudinales 80a, 80b du boîtier, permettant le retour de l'huile qui a été centrifugée sur la paroi externe de l'enceinte sans que celle-ci pénètre à l'intérieur du boîtier. L'enceinte est formée par le volume délimité par la double paroi représentée sur la figure 2A. Les tubes longitudinaux 83 sont de préférence inclinés, leur extrémité aval étant plus proche de l'axe X que leur extrémité amont.
Nous allons maintenant décrire
1 ' actionnement des deux mécanismes de calage 42, 44.
Comme mentionné précédemment, de préférence les deux mécanismes 42, 44 sont de structures similaires conformes à la présente invention. Par conséquent, chaque mécanisme 42, 44 comporte un actionneur linéaire.
De manière avantageuse, comme cela est représenté sur la figure 2A, on utilise un seul actionneur 46 pour les deux mécanismes 42, 44 formé par un vérin double d'axe X.
Le vérin de commande 46 est situé avantageusement sur l'axe longitudinal X, ce qui permet de disposer de tous les joints tournant à haute pression sur un faible diamètre, l'étanchéité est alors plus facile à réaliser, les risques de fuites au niveau des joints sont réduits et la durée de vie des joints augmentée .
Il est rappelé que les hélices sont entraînées en rotation dans des sens opposés, et que chaque mécanisme de calage 42, 44 tourne à la même vitesse que son hélice 16, 18. Dans l'exemple représenté, le vérin double 46 tourne à la vitesse de la deuxième hélice 18. Le vérin double comporte une première tige de vérin 84 pour actionner le premier mécanisme de calage 42 de la première hélice 16 et une deuxième tige de vérin 86 concentrique à la première tige de vérin 84, pour actionner le deuxième mécanisme de calage 44 de la deuxième hélice 18.
Puisque le vérin double 46 tourne à la même vitesse que la deuxième hélice 18, 1 ' actionnement du deuxième mécanisme 44 est obtenu par une connexion quasi directe entre la deuxième tige de vérin 86 et la tige de renvoi reliée à l'anneau de synchronisation du deuxième mécanisme de calage, seul un bras de renvoi 90 est utilisé pour connecter la deuxième tige de vérin 86 à la tige reliée à l'anneau de synchronisation.
En ce qui concerne le premier mécanisme de calage 42, celui-ci ne tourne pas dans le même sens que la deuxième tige 86. Sont alors prévus des paliers à roulements 92 pour transmettre la translation de la première tige 86 du repère tournant du vérin double 46 et de la deuxième hélice 18 à celui de la première hélice 16. Les paliers à roulements 92 sont immobilisés en rotation dans le repère du vérin double par exemple par des cannelures 94.
Sur les figures 9A à 9D, on peut voir différentes positions prises par une pale 16a et les positions prises par la biellette associée.
Sur la figure 9A, la pale 16a est en position « drapeau ». Sur la figure 9B, la pale 16a est dans une position « ralenti ».
Sur la figure 9C, la pale 16a est en position « décollage ».
De manière particulièrement avantageuse, l'axe de la biellette 58 est en position de décollage de l'aéronef sensiblement parallèle à l'axe Xldu profil du bras de rotor, comme cela est visible sur la figure 9C, ce qui permet d'éviter aux bras radiaux 54 de travailler en flexion dans la direction de leur plus faible inertie lors des décollages lors desquels les efforts sont maximaux.
Sur la figure 9D, la pale 16a est en position « reverse » après l'atterrissage pour générer une contre-poussée afin de freiner l'aéronef.
Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement du premier mécanisme de calage 42 de l'hélice 16 sur la base de la figure 2A, l'explication s' appliquant au deuxième mécanisme de calage 44.
Lorsqu'une modification de l'orientation angulaire des pales 16a de la première hélice 16 est désirée, le vérin hydraulique est actionné, L' actionnement du vérin 46 provoque le déplacement en translation de la première tige de vérin 84 ; son sens de déplacement et l'amplitude de déplacement dépendent du sens de rotation des pales souhaité et de l'angle de rotation souhaité. La tige de vérin 84 provoque le déplacement en translation des tiges 82 via les paliers à roulements 92. Le coulissement des tiges 82 provoque le déplacement de l'anneau de synchronisation 72 qui coulisse également axialement, guidé par les rainures rectilignes 76, comme cela est représenté sur la figure 7.
Via les biellettes 74, l'anneau central 50 est également déplacé le long de l'axe X et autour de l'axe X du fait de son guidage par les rainures hélicoïdales 78. L'anneau central 50 a alors un mouvement hélicoïdal, ainsi que les bras radiaux 54 et l'anneau extérieur 52 qui forme la ferrure 48. Le déplacement en translation des bras radiaux 54 provoque, via les biellettes 58, la rotation des pieds 16b des pales 16a de l'hélice 16 autour de leur axe Y.
Toutes les pales 16a de l'hélice 16 pivotent simultanément et dans le même sens de sorte qu'à la fin du réglage les pales 16a aient la même orientation angulaire par rapport à l'axe X.
En cas de défaillance du mécanisme de calage pour toutes les pales ou pour certaines pales seulement, par exemple par rupture de certaines des biellettes 58, les masselottes 66 (visibles sur les figures 3 et 5) provoquent automatiquement la mise en position « drapeau » des pales concernées.
Comme cela est représenté sur la figure 2A, le vérin 46 provoque simultanément le calage des pales 18a de la deuxième hélice 18 selon un mode opératoire similaire.
On peut envisager que l'orientation des pales de la première hélice soit différente de celle de la deuxième hélice, ce qui permet par exemple d'accélérer ou décélérer une hélice par rapport à l'autre et ainsi de réguler le rapport de vitesse de rotation entre les hélices. Comme cela a été décrit précédemment, les bras de raccord sont avantageusement inclinés par rapport à l'axe longitudinal X dans la direction amont pour ceux s' étendant radialement entre le moyeu 22 et la virole radialement extérieure de la première hélice 16 et vers l'aval pour ceux s' étendant radialement entre le moyeu 32 et la virole radialement extérieure 34 de la deuxième hélice 18. Cette inclinaison permet aux bras de raccord 26 de se rapprocher du carter disposé entre la turbine libre de puissance et le système d'hélices, en allant radialement vers l'extérieur, ce qui permet globalement de rapprocher les pales 16a du carter. Il en résulte une diminution de la longueur du système d'hélices dans la direction axiale. Des gains en termes de masse et d'encombrement sont ainsi obtenus.
Comme on peut le voir sur la figure 2A, l'angle entre les bras et l'axe longitudinal peut être compris entre 20° et 50°, mais toute autre orientation peut être envisagée, les inclinaisons choisies pour les bras de raccord dépendant de l'écartement désiré entre les pales 16a, 18a selon la direction longitudinale, notamment pour répondre aux contraintes acoustiques. En variante, on peut envisager d'incliner les bras de raccord 26 vers l'amont au même titre que les bras de raccord 36.
Grâce au mécanisme selon la présente invention, le nombre de pièces est réduit par rapport aux mécanismes de l'art antérieur, améliorant la fiabilité du mécanisme et permettant de réduire le coût de fabrication du mécanisme. La rigidité augmentée de la ferrure améliore la précision avec laquelle l'angle de calage de la pale d'hélice peut être réglé. Par ailleurs, les ferrures sont fortement ajourées pour faire passer le flux de gaz à l'intérieur du moteur et provoquent ainsi peu d'obturation de ce flux. Enfin, grâce au mécanisme de calage selon l'invention, on obtient un calage homogène de l'ensemble des pales du fait de l'utilisation de pièces de révolution pour synchroniser les biellettes.
L'invention est applicable à toutes les turbomachines , en particulier celles dites à «open rotor ». Dans ce dernier cas, l'invention s'applique que le système d'hélices soit disposé en amont ou en aval du générateur de gaz. Dans chacun de ces deux cas, au sein du système d'hélices, il peut être envisagé de placer la turbine de puissance en amont ou en aval des hélices contrarotatives.
La ferrure est par exemple réalisée en titane .
Dans un autre mode de réalisation, on pourrait envisager que les bras radiaux des mécanismes de calage ne soient pas disposés dans les bras de raccord mais à l'extérieur de ceux-ci.
Next Patent: METHOD FOR PRODUCING AMINOCARBOXYLATES LOW IN BY-PRODUCT