Brevet FR2502247A1 — publié le 19820924

La présente invention se rapporte à un disposi- tif de commande de mouvement pour un moteur à turbine à gaz; elle vise, plus particulièrement, un dispositif de commande de mouvement comprenant un servo-moteur ou ac- tionneur unique et un mécanisme de liaison ou transmission qui est relié au compresseur de la turbine à gaz et qui permet de transformer le mouvement rectiligne du servo- moteur unique en mouvement de rotation intermittent, dans des plans multiples, des transmissions aboutissant aux ai- lettes orientables et à la vanne de décharge du compres- seur. Il est souvent nécessaire de régler le débit mas- sique d'air à travers le compresseur d'un moteur à turbine à gaz à flux axial de haute performance, afin d'éviter un fonctionnement caractéristique instable du compresseur, en particulier pendant l'accélération du moteur. D'une maniè- re générale, ce réglage peut être effectué de l'une ou 1' autre de deux façons connues: par décharge ou purge des étages du compresseur vers une source d'évacuation appro- priée, à une pression relativement plus basse; ou par modification de l'angle des ailettes du stator, afin de modifier la surface effective de passage de l'entrée du compresseur pour augmenter ou diminuer le débit massique d'air vers le compresseur. Ce dernier mode de réglage peut Otre mis en oeuvre par utilisation d'un ou plusieurs éta- ges du stator de compresseur dont l'angle de montage par rapport à la direction d'écoulement d'air dans le moteur peut être modifié en fonction des conditions variables. Les stators à ailettes orientables peuvent également être uti- lisés en association avec une décharge d'air à l'extérieur du moteur, comme moyens d'éviter un fonctionnement instable du compresseur pendant certaines phases du régime de fonc- tionnement d'un moteur. Le réglage à l'aide d'une vanne de décharge sert également à faciliter le démarrage du moteur et à éviter une surpression du compresseur à faible vitesse, par dérivation de l'air du compresseur vers l'extérieur pendant le fonctionnement à faible poussée. Pendant le fonctionnement à forte poussée, la vanne de décharge doit être fermée. Lorsqu'elle est ouverte, cela augmente le flux d'air à la partie amont du compresseur et diminue la pression au col aval. Dans les applications o des stators à ailettes orientables sont utilisés en association avec des vannes de purge d'air à l'extérieur du moteur, on a prévu jusqu' à présent deux servo-moteurs séparés et distincts pour ac- tionner la vanne de décharge et les ailettes à géométrie variable, un système de commande approprié permettant de coordonner le fonctionnement des deux servo-moteurs. On peut se reporter, par exemple, au brevet US nO 3 172 259 de North, Jr. intitulé "Commande de géométrie variable pour moteurs à turbine à gaz", déposé le 9 Mars 1965. Sui- vant ce brevet, une pluralité de servo-pistons et un sys- tème de commande sont utilisés pour actionner une ou plu- sieurs décharges d'air entre étages du compresseur, dé- charges d'air à l'extérieur du compresseur, ailettes o- rientables de stator de compresseur, sections variables de tuyères d'échappement de turbine, angle variable des ailettes de stator de turbine, étranglements ou grilles de passage d'entrée de compresseur et vannes de décharge ou de contournement de turbine, pour améliorer les carac- téristiques du moteur dans des conditions de fonctionne- ment variables. Des dispositifs analogues sont décrits dans les brevets US nO 3 973 391 de Reed et autres, n0 2 616 663 de Alm, et nO 3 873 230'de Norris et autres. Les dispositifs suivant l'art antérieur, qui utilisent des servo- moteurs ou actionneurs individuels pour chaque besoin fonctionnel, présentent certaines difficultés de montage des servo- moteurs, des conduites de combustible en excès, des raccor- dements de commande compliqués et une vulnérabilité des 25022 4 7 :3 servo-moteurs à une détérioration possible par des tirs du sol, lorsque le moteur est employé sur un avion de combat. D'autre part, l'utilisation d'un servo-moteur uni- que pour commander la géométrie variable des ailettes ainsi que la vanne de décharge d'un compresseur de turbine à gaz est compliquée, en ce qu'elle nécessite la transfor- mation du mouvement rectiligne d'un servo-moteur unique en un mouvement de rotation intermittent dans des plans multiples, du fait des positions différentes dela vanne de décharge et des dispositifs de transmission de mouvement aux ailettes orientables à la périphérie du carter du com- presseur du moteur. En outre, l'emploi d'un servo-moteur unique pour tenir compte de la relation dans des plans mul- tiples de la vanne de décharge et des ailettes orientables peut conduire à un arrangermnt de liaisons dont les carac- téristiques ne sont pas optimales et qui peut engendrer un effort latéral sur ses éléments de liaison ou une ac- cumulation de tolérances ou de réglages. La présente invention a pour objet un dispositif unique de commande de mouvement dans lequel un servo-moteur unique est associé en fonctionnement au mécanisme de trans- mission de mouvement qui aboutit à la vanne de décharge et au mécanisme de transmission de mouvement qui aboutit au mécanisme de manoeuvre des ailettes orientables d'un com- presseur d'un moteur à turbine à gaz, ce dispositif permet- tant de coordonner le fonctionnement intermittent de la vanne de décharge et des ailettes orientables, à tous les régimes de fonctionnement du compresseur* L'invention vise également un dispositif de com- mande de mouvement comprenant un servo-moteur unique qui est placé, par rapport au carter du compresseur, dans une position telle qu'il est moins vulnérable à la détériora- tion par un tir du sol lorsqu'on l'utilise sur un avion de combat. La présente invention a encore pour objet un dis- positif de commande de mouvement qui est sûr. nécessite seulement un servomoteur et procure un mouvement de ro- tation intermittent dans des plans multiples pour la van- ne de décharge d'air et les ailettes orientables d'un compresseur. L'invention vise également un dispositif de liai- son pour commande de mouvement, qui possède des caractéris- tiques de construction optimales avec une charge latérale minimale sur les pièces de liaison. Conformément aux buts visés, la présente inven- tion procure un mécanisme intégré de commande de mouvement dans des plans multiples qui relie un servo-moteur unique à la vanne de réglage de décharge et aux ailettes de gui- dage orientables d'un compresseur d'un moteur à turbine à gaz. Ce mécanisme de commande de mouvement comprend un premier dispositif de transmission de mouvement, disposé entre la vanne de réglage de décharge et une manivelle in- termédiaire à laquelle est accouplé le servo-moteur uni- que. Un deuxième dispositif de transmission de mouvement est disposé entre les ailettes de guidage orientables et la manivelle intermédiaire. La vanne de décharge, les ai- lettes de guidage orientables et le servo-moteur sont dis- posés à l4périphérie du carter du compresseur* En fonction- nement, lorsque le servo-moteur est actionné, la manivelle intermédiaire entraIne la manoeuvre intermittente de la vanne de réglage de décharge et des ailettes de guidage orientables, de façon à obtenir le rendement maximal à tous les modes de fonctionnement du moteur. Plus particu- lièrement, pendant l'accélération du moteur à turbine à gaz, la vanne de réglage de décharge est d'abord actionnée d'une position ouverte à une position fermée, après quoi une nouvelle action du servo-moteur provoque le déplace- ment des ailettes de guidage pour le fonctionnement à hau- te caractéristique du moteur à turbine à gaz. De préférence, le servomoteur unique est disposé au-dessus du carter de compresseur,de façon à le rendre moins vulnérable à un tir du sol lorsque le mécanisme est employé dans un mo- teur à turbine à gaz d'un avion de guerre. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limi- tative, représentée sur les dessins annexés. Fig. 1 est une vue de face du dispositif de commande de mouvement suivant l'invention, la vanne de décharge étant actionnée à fond sans aucune manoeuvre des ailettes de stator. Fig. 2 est une vue de côté du dispositif sui- vant l'invention. Fig. 3 est une vue semblable à la figure 1, mais qui illustre la position du dispositif de commande de mou- vement suivant l'invention lorsque à la fois la vanne de décharge et les ailettes de stator sont actionnées et Fig. 4 est une vue de détail, avec coupe par- tielle, du dispositif à manivelle intermédiaire qui fait partie du dispositif suivant l'invention. Sur les figures 1 et 2, le dispositif intégré de commande de mouvement dans des plans multiples suivant 1' invention est globalement désigné par le repère 10 et il est incorporé dans un moteur à turbine à gaz 12 comprenant un compresseur 14. Celui-ci est de construction connue et il comporte un mécanisme 16 d'ailettes de guidage orientables et un mécanisme 18 de soupape de réglage de décharge. Le dispositif 10 est conçu pour commander par intermittence le fonctionnement du mécanisme 16 des ailettes de guidage orien- tables et le mécanisme 18 de commande de décharge. Il com- prend essentiellement un servo-moteur ou actionneur unique comportant une tige de piston 22, un mécanisme 243 mani- velle intermédiaire et une première et une deuxième transmis- sions 26 et 28 aboutissant respectivement au mécanisme 18 de la vanne de réglage de décharge et au mécanisme 16 des ailettes de guidage. Lorsqu'il est installé sur un avion de guerre, le servo-moteur 20 est placé à la partie su- périeure du compresseur, afin qu'il soit moins exposé aux dégâts provoqués par un tir du sol. Comme indiqué pluqhaut, dans le fonctionnement du compresseur 14, pendant le démarrage du moteur à tur- bine à gaz, la vanne de décharge est d'abord ouverte en grand et les ailetteVde guidage ont une orientation déter- minée. Lorsque le moteur à turbine à gaz prend de la vi- tesse, la vanne de réglage de décharge est actionnée pro- gressivement jusqu'à sa position de fermeture complète, après quoi le mécanisme des ailettes de guidage est ac- tionné de façon à placer les ailettes dans une position permettant la capacité maximale du compresseur. Dans le compresseur 14, la vanne de réglage de décharge 18 est normalement placée à la partie inférieure du compresseur, dans une position sensiblement diamétralement opposée à celle du servo-moteur unique 20 sur la circonférence du carter du compresseur 14. D'autre part, le mécanisme 16 des ailettes de guidage orientables est disposé dans une troisième zone de la circonférence du carter du compres- seur 14. Par conséquent, il est nécessaire de pouvoir transformer, suivant la présente invention, le mouvement rectiligne du servo-moteur unique 20 de façon à obtenir des couples de rotation intermittents pour actionner sé- quentiellement le mécanisme 18 de la vanne de réglage de décharge puis le mécanisme 16 des ailettes de guidage o- rientables, Suivant la présente invention, comme représenté plus particulièrement sur les figures 2 et 4, la tige de piston 22 du servo-moteur unique 20 est reliée par une bielle 30 au mécanisme intermédiaire 24 à manivelle. Ce dernier comprend une embase 32 qui supporte un arbre 34 sensiblement parallèlement au carter cylindrique du com- presseur 14 et à une certaine distance de celui-ci. Un manchon 36 de manivelle de vanne de décharge et un manchon -38 de manivelle d'ailettes orientables sont montés tour- nants sur l'arbre 34. Deux oreilles espacées 40, perpen- diculaires au manchon 36 et faisant partie de ce dernier, supportent une tige 42 d'assemblage de manivelle qui est également parallèle à l'axe longitudinal de l'arbre 34. Une oreille 44, perpendiculaire au manchon 38 de manivel- le d'ailettes orientables, comporte un logement 46 qui correspond à la section transversale de la tige 42 d'as- semblage de manivelle. Comme représenté plus particuliè- rement sur la figure 4, l'extrémité gauche 42A de la tige 42 dépasse au-delà de l'extrémité du manchon 36 de mani- velle de vanne de décharge, d'une quantité suffisante pour pouvoir s'engager dans le logement 46 de l'oreille 44, comme décrit plus loin en détail. On voit, sur les figures 1, 3 et 4 qu'un bras de manivelle 50 part du manchon 36 de manivelle de la sou- pape de décharge, de façon à relier le mécanisme inter- médiaire 24 à manivelle au mécanisme 18 de la vanne de réglage de décharge par l'intermédiaire du deuxième dispo- sitif de transmission de mouvement 28. Plus particulière- ment, le dispositif 28 comprend une jonction réglable 52 constituée de pièces de liaison 54 et 56 comportant res- pectivement des fentes ou lumières allongées 58 et 60. Les pièces 54 et 56 sont reliées l'une à l'aitre de façon à per- mettre un réglage le long de leur axe longitudinal, au moyen de boulons 62 qui traversent les lumières alignées 58 et 60. La pièce de liaison 54 comporte, à son extrémité opposée, une lumière allongée 64 dans laquelle un axe d' assemblage 66 passe de façon coulissante pour former une articulation entre la pièce 54 et le bras de manivelle 50. Une équerre 68 est fixée à la pièce de liaison 56, au milieu de sa longueur. Des ressorts 70 et 72 sont attachés à l'équerre 68 et s'étendent entre celle-ci et le bras de manivelle 50. Avec cette disposition, les res- sorts 70 et 72 agissent de façon à rappeler continuelle- ment le bras de manivelle 50 dans une direction telle qu' une force s'exerce dans le sens des aiguilles d'une mon- tre sur le manchon 36 de manivelle de vanne de décharge, comme représenté sur les figures 1 et 3. L'extrémité op- posée de la pièce de liaison 56 est fixée, par une arti- culation 74, au bras de-manivelle 76 du mécanisme de la vanne de réglage de décharge. On voit, sur les figures 2, 3 et 4 qu'une ma- nivelle 80 d'ailettes orientables et une manivelle 82 de ressort partent du manchon 38 de manivelle d'ailettes orientables. La manivelle 80 est reliée en fonctionnement, par l'intermédiaire d'une biellette 84, à un premier le- vier coudé 86, par une articulation 88. Le premier levier 86 est relié de façon pivotante, en 90, au mécanisme, non représenté, qui est prévu à l'intérieur du compresseur 14 pour commander l'orientation des ailettes du stator. Une jonction réglagle 92 est reliée de façon pivotante, à une extrémité, au premier levier coudé 86, par un pivot 94 et, à son extrémité opposée, à un deuxième levier coudé 98, par une articulation 96. Le levier 98 est lui-même fixé de façon pivotante en 100 et il est relié en fonctionne- ment au mécanisme, non représenté, qui commande le chan- gement d'orientation du groupe d'ailettes du stator du deu- xième étage du compresseur 14. Par suite, lorsqu'il se pro- duit un mouvement rotatif du manchon 38 de manivelle d' ailettes orientables, lemécanisme de transmission 84-100 entraine le mouvement des ailettes du premier et du deu- xième étages du stator dans le compresseur 14. Comme représenté sur les figures 1 et 3, la ma- nivelle 82 de ressort est reliée au carter du compresseur par un ressort 102 qui exerce une force constante de rap- pel sur le manchon 38 de manivelle d'ailettes orientables, dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans le fonctionnement du dispositif 10 de com- mande de mouvement suivant l'invention, pendant le démar- rage du moteur à turbine à gaz, la vanne de réglage de décharge est entièrement ouverte et les ailettes de gui- dage ont une position déterminée en fonction des carac- téristiques de fonctionnement du moteur. Dans cette si- tuation, le servo-moteur 20 est en extension totale de sorte que la tige de piston 22, agissant par l'intermé- diaire de la bielle 30, amène le manchon 36 de manivelle de vanne de décharge dans sa position maximale dans le sens des aiguilles d'une montre. La tige 42 d'assemblage de manivelle se trouve donc espacée de l'oreille 44. Par suite, le bras de manivelle 50 tourne à sa position ma- ximale dans le sens des aiguilles d'une montre, ce qui amène le deuxième dispositif 28 de transmission de mouve- ment dans une position telle que le bras de manivelle 76 se trouve le long de l'axe A-A et que la vanne de réglage de décharge est complètement ouverte. Le servo-moteur 20 est associé en fonctionne- ment au mécanisme de commande, non représenté, qui aboutit à la commande de combustible du moteur 12 à turbine à gaz. Lorsqu'on accélère le moteur, la tige de piston 22 de ser- vo-moteur se rétracte,ce qui entraIne une rotation, en sens inverse des aiguilles d'une montre, du manchon 36 de manivelle de vanne de décharge et la rotation simultanée, en sens inverse des aiguilles d'une montre, du bras de ma- nivelle 50. Lorsque cette dernière tourne en sens inverse desaiguilles d'une montre, elle déplace le deuxième méca- nisme 28 de transmission de mouvement, ce qui provoque une rotation du bras de manivelle 76, de son alignement avec l'axe A-A (voir la figure 1 sur laquelle la vanne de ré- glage de décharge est ouverte en grand) à l'alignement avec l'axe C-C (voir la figure 3 sur laquelle la vanne de régla- ge de décharge est complètement fermée). Sous l'effet des ressorts 70 et 72, le bras de manivelle 50, et plus parti- culièrement l'axe 66, est maintenu dans l'extrémité gau- che de la lumière 64 de la pièce de liaison 54, comme re- présenté sur la figure 1. La figure 1 illustre la position des éléments du dispositif 10 lorsque le servo-moteur 20, et plus particulièrement la tige de piston 22, a été ré- tracté d'une valeur suffisante pour entrainer une rota- tion de la tige 42 de 300 environ en sens inverse des ai- guilles d'une montre, ce qui correspond à la fermeture complète de la vanne de réglage de décharge. Pendant ce mouvement initial du servomoteur 20, il n'y a pas de mou- vement correspondant du mécanisme de transmission 26 a- boutissant au mécanisme 16 d'ailettes orientables. La poursuite du mouvement du servo-moteur 20 provoque le maintien de la vanne 18 de réglage de dé- charge dans sa position de fermeture totale et la manoeu- vre du mécanisme 16 d'ailettes orientables. Plus particu- lièrement, lorsque la tige de piston 22 est rétractée plus loin dans la direction de la flèche B, la tige 42 d'assem- blage de manivelle s'engage dans le logement 46 de l'oreil- le 44, ce qui provoque la rotation du manchon 38 de mani- velle d'ailettes orientables en opposition à la force de rappel du ressort 102. Dans cette situation, la manivelle d'ailettes orientables tourne en sens inverse des ai- guilles d'une montre (voir figure 3) et agit, par l'inter- médiaire de la transmission 84 à 100, de façon à déplacer les ailettes du premier et du deuxième étages dans le com- presseur 14 à la position spécifiée pour un fonctionnement efficace du moteur 12 à turbine à gaz. En même temps, le manchon 36 de manivelle de vanne de décharge tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre, avec le bras de manivelle 50. Puisque la vanne 18 de réglage de décharge a été déplacée à sa position de fermeture totale contre une butée 104, la rotation du bras de manivelle 50 en sens inverse des aiguilles d'une montre engendre une force suf- fisante pour vaincre la force de rappel des ressorts 70 et 72, de sorte que ces derniers s'allongent lorsque l'axe 66 se déplace vers la droite dans la lumière 64, comme repré- il senté sur la figure 3. La description ci-dessus montre que l'invention procure un nouveau dispositif perfectionné de commande de mouvement pour actionner les ailettes à géométrie varia- ble et la vanne de décharge d'un compresseur de turbine à gaz, ce dispositif permettant de transformer le mouve- ment rectiligne d'un servo-moteur unique en mouvement de rotation intermittent,dans des plans multiples, des mé- canismes de transmission de mouvement aux ailettes de stator à géométrie variable et à la vanne de réglage de décharge. Le servo-moteur unique est de préférence placé au-dessus du carter du compresseur, de façon à réduire le risque de détérioration du servo-moteur par un tir du sol lorsque le dispositif est utilisé sur un avion de guerre. En outre, le dispositif suivant l'invention, grâ- ce à ses éléments individuels, est capable de tenir comp- te des relations des divers éléments dans des plans multi- ples, afin d'entralner une charge latérale minimale sur leurs parties de liaison, avec des tolérances accumulati- ves minimales. De plus, le dispositif suivant l'invention est très sûr et de fabrication relativement économique. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. Revendications 1. Mécanisme intégré de commande de mouvement dans des plans multiples pour la commande de la vanne de réglage de décharge et des ailettes de guidage orientables d'un compresseur d'un moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier dispositif (28) de transmission de mouvement, relié en fonctionnement à la vanne (18) de réglage de décharge et placé près d'une première partie de la périphérie du carter du compresseur (14); un deuxième dispositif (26) de transmission de mouvement, relié en fonctionnement aux ailettes de guidage orienta- bles(16), ce deuxième dispositif étant placé près d'une deuxième partie de la périphérie du carter du compresseur i des moyens de manoeuvre, placés près d'une troisième par- tie de la périphérie du carter du compresseur; et des moyens intermédiaires (24) à manivelle, fixés au carter du compresseur et reliés en fonctionnement aux premier et deuxième dispositifs de transmission de mouvement et aux moyens de manoeuvre de façon à oe que, lorsque ces moyens de manoeuvre sont actionnés, les moyens intermédiaires à manivelle entrainent le mouvement intermittent de la van- ne de réglage de décharge et des ailettes de guidage orien- tables. 2. Mécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe longitudinal du carter du compresseur est disposé horizontalement, les moyens de manoeuvre étant dis- posés à la partie supérieure de la périphérie du carter du compresseur, 3. Mécanisme suivant la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que les moyens de manoeuvre comprennent un ser- vomoteur unique (20) pour effectuer le mouvement intermit- tent dans des plans multiples de la vanne de réglage de dé- charge et des ailettes de guidage orientables. 4. Mécanisme suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens intermédiai- res (24) à manivelle comprennent un arbre (34), fixé au carter de compresseur parallèlement et à une certaine dis- tance de l'axe longitudinal de celui-ci, et deux manchons de manivelle (36,38) montés en rotation sur cet arbre, le premier (30 de ces manchons étant relié aux moyens de ma- noeuvre (20,22,30) et au premier dispositif (28) de trans- mission de mouvement, ce premier manchon de manivelle por- tant une tige de commande (42) fixée au manchon, le second (38) des manchons de manivelle portant une pièce de com- mande à bride (44) associée à la tige (42) et étant relié en fonctionnement au deuxième dispositif (26) de trans- mission de mouvement, la tige de commande (42) et la bride de commande (44) prévues respectivement sur le premier et le deuxième manchons de manivelle coopérant pour effectuer la manoeuvre intermittente de la vanne de réglage de dé- charge et des ailettes de guidage orientables. 5. Mécanisme suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le premier manchon de manivelle (36) comporte un bras de manivelle (50), en ce que le premier dispositif (28) de transmission de mouvement comporte une liaison ré- glable (52) dont une extrémité est traversée par une fente allongée (64), ledit bras de manivelle (50) étant accouplé à la pièce de liaison réglable par un axe d'assemblage (66) traversant de façon coulissante la fente allongée (64), et en ce que le premier dispositif (28) de transmis- sion de mouvement comporte des moyens élastiques (70,72) pour rappeler l'axe d'assemblage (66) du bras de manivelle (50) vers une extrémité de la fente (64) dans la pièce de liaison réglable. 6. Mécanisme suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième manchon de manivelle (38) comporte une manivelle de ressort (82), et en ce qu'un ressort (102) est attaché, à une extrêmité,à cette manivelle de ressort et, à son autre extrémité, au carter du compresseur (14), de façon à exercer un couple de rappel sur le deuxième manchon de manivelle. 7. Mécanisme suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'axe longitudi- nal du carter de compresseur est disposé horizontalement, les moyens de manoeuvre (20) étant disposés à la partie supérieure de la périphérie du carter de compresseur, la vanne (18) de réglage de décharge étant disposée à la par- tie inférieure de la périphérie du carter de compresseur et le deuxième dispositif (26) de transmission de mouvement qui aboutit aux ailettes de guidage orientables (16) étant disposé autour de la périphérie du carter, entre la vanne de réglage de décharge et les moyens de manoeuvre. 8. Mécanisme suivant la revendication 7, caractérise en ce que la vanne de réglage de décharge est placée à la partie basse du compresseur, les moyens de manoeuvre à la partie haute, et le deuxième dispositif de transmission sur le c6té du compresseur.