Brevet FR2595821A1 — publié le 19870918

La présente invention est relative à un dispositif pour mesurer le couple fourni par une machine à turbine, et notamment par un moteur à turbine, à l'entrée de la boite de transmission d'un hélicoptère. Les moteurs d'hélicoptères transmettent la puissance à la boîte de transmission principale soit à basse vitesse par l'intermédiaire d'un réducteur incorporé au moteur, soit à une vitesse élevée qui correspond à celle de la ligne d'arbre d'une turbine libre. Dans le premier cas la mesure du couple est habituellement effectuée au moyen d'un appareil incorporé au réducteur, sans rencontrer de difficultés particulières. Dans le second cas, lorsque la rotation d'une turbine libre est transmise directement, l'arbre qui ramène 15 le mouvement vers l'avant est obligatoirement de grande longueur et, en conséquence,se déforme en torsion. On utilise alors habituellement un dispositif de mesure de couple à torsiomètre qui mesure cette déformation en torsion de l'arbre, qui est fonction du couple transmis. 20 Cependant, la rigidité en torsion de l'arbre est liée à la valeur du module de Young du matériau constituant l'arbre, et la valeur de ce module est fonction de la température de celui-ci. Lorsque la conception-de la machiele permet, il est 25 enfermé dans une enceinte dont la température ou bien est connue, ou bien peut être commandée, par exemple par arrosage ou circulation d'huile, ou autre fluide. La température de ce fluide fournit une image acceptable de celle de l'arbre et peut en conséquence être utilisée en tant que paramètre de correction dans un système électronique de traitement de données. - Dans le cas d'un arbrede grande longueur,celui-ci s'étend à travers différentes zones dans lesquelles les températures dépendent de plusieurs variables et dont les 35 évolutions en cours de fonctionnement sont difficilement prévisibles. En outre, si la technologie de construction empêche de prévoir un système de circulation d'un fluide pour homogénéiser la température dont la valeur pourrait donner une image de celle de l'arbre, on est conduit à utiliser une température d'une pièce statique pouvant servir de base à la correction recherchée mais cependant sans obtenir une précision suffisante. Un dispositif connu utilisé pour mesurer la valeur du couple transmis comprend une première roue phonique fixée sur l'arbre et une seconde roue phonique montée fixe sur l'extrémité arrière d'un arbre dit "de référence", parallèle10 ment à la première, cette extrémité de l'arbre de référence étant libre tandis que son extrémité opposée, voisine du moteur, est solidaire de l'arbre de transmission. Le réglage angulaire des roues est réalisé en fonction des impératifs de fonctionnement des circuits électro15 niques de mesure qui sont utilisés. Le décalage angulaire initial entre deux dents homologués des roues varie en fonction du couple transmis. Cette valeur du calage initial et son augmentation provoquée par le couple produisent des signaux apparaissant 20 à la sortie de capteurs magnétiques disposés au droit des roues phoniques. Ce dispositif connu ne tient pas compte des variations du module de Young dues aux variations de la température. L'invention a en conséquence pour but de fournir un procédé et un dispositif de mesure du couple formé par un arbre de transmission de puissance soumis à une déformation en torsion, complété par un dispositif de prise en compte des variations de température pouvant influer sur la valeur du module de Young du matériau dont cet arbre est constitué. 30 Elle a pour objet à cet effet un procédé pour mesurer le couple transmis par un arbre long de transmission de puissance soumis à des variations de température, notamment entre le moteur et la botte de transmission d'un hélicoptère, caractérisé en ce qu'on mesure le déplacement 35 dû à la dilatation linéaire de l'arbre de puissance par rapport à celle d'un arbre de référence, coextensif ayant un coefficient de dilatation différent. Suivant un mode de mise en oeuvre de ce procédé, on mesure ladite dilatation différentielle par variation de l'entrefer entre des cibles respectivement solidaires desdits arbres et des capteurs magnétiques associés à ces cibles. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, on transforme ladite dilatation différentielle en une rotation de deux roues phoniques associées respectivement auxdits arbres. L'invention a également pour objet un dispositif 10 pour la mise en oeuvre du procédé précité. Suivant un mode de réalisation de l'invention, ce dispositif, du type comprenant un arbre de référence solidaire de l'arbre de puissance à la sortie du moteur et indépendant à l'entrée de la boîte de transmission, deux 15 roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres au voisinage de ladite boite, et des capteurs magnétiques associés auxdites roues, est caractérisé en ce qu'il comporte un capteur magnétique supplémentaire associé à la roue phonique solidaire de l'arbre de référence, disposé en non face de la partie/dentée de ladite roue et dont l'axe est parallèle à celui des arbres et perpendiculaire au plan de la roue, les arbres étant réalisés en des matériaux ayant des coefficients de dilatation différents. Suivant une autre caractéristique, il est prévu un 25 tel capteur associé de la même façon à la roue phonique solidaire de l'arbre de puissance. Suivant un autre mode de réalisation, ce dispositif, du type comprenant un arbre de référence solidaire de l'arbre de puissance au voisinage du moteur et indépendant 30 au voisinage de la boite de transmission, deux roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres au voisinage de ladite botte, et des capteurs magnétiques associés auxdites roues, est caractérisé en ce que les surfaces des dents de chaque roue phonique sont parallèles et inclinées 35 par rapport à l'axe desdits arbres et les axes desdits capteurs sont perpendiculaires auxdites surfaces, les arbres étant réalisés en des matériaux ayant des coefficients de dilatation différents. Suivant encore un autre mode de réalisation, ce dispositif du type comprenant un arbre de référence solidaire de l'arbre de puissance au voisinage du moteur et indépendant au voisinage de la boite de transmission, deux roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres au voisinage de ladite boîte, et des capteurs magnétiques associés auxdites roues, est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour transformer la dilatation linéaire de l'arbre de référence en un mouvement de rotation de la 10 roue phonique associée, les arbres étant réalisés en des matériaux ayant des coefficients de dilatation différents. Suivant une autre caractéristique, lesdits moyens sont constitués par au moins une rampe inclinée formée sur l'une des rouesphoniques et coopérant avec l'extrémité in15 dépendante de l'arbre de référence. Suivant un mode de réalisation, ladite rampe est une gorge formée sur la surface interne d'une roue phonique annulaire montée librement rotative autour de l'arbre de puissance, et ladite extrémité indépendante de l'arbre de 20 référence s'étend à travers une ouverture de l'arbre de puissance et est engagée en prise avec ladite gorge. Suivant une variante lesdites roues phoniques sont parallèles et coaxiale, et ladite gorge est formée sur la surface de la roue associée à l'arbre de puissance et coo25 père avec une saillie de la roue solidaire de l'arbre de référence. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titres d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en 30 pratique. La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif connu de mesure du couple par une mesure de la déformation différentielle en torsion des arbres de puissance et de référence; Les figures 2A et 2B sont desvues schématiques dans la direction des flèches II II de la figure 1 montrant le décalage angulaire des roues phoniques dans le dispositif de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 4 est une vue schématique d'une variante. 5 La figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 6 est une vue partielle montrant la rampe hélicoidale formée sur la roue solidaire de l'arbre de 10 référence. La figure 7 est une vue d'une variante du dispositif de la figure 5. On décrira tout d'abord un dispositif de la technique antérieure pour la mesure du couple transmis par un arbre 15 de puissance, en se référant aux figures 1, 2A et 2B. La figure 1 montre sous forme schématique un arbre de transmission de puissance P, creux, comportant à une extrémité un pignon mené X attaqué par un organe de sortie d'un moteur (non représenté). A son extrémité opposée, l'arbre P est en liaison d'entraînement avec une boite de transmission (également non représentée). Au voisinage de cette extrémité l'arbre P porte une roue phonique A. Un arbre de référence R est disposé à l'intérieur de l'arbre P sur lequel il est fixé par son extrémité voisine du pignon X, tandis que son extrémité opposée est libre et porte un secteur de roue phonique B, concentrique à la roue A, qui s'étend parallèlement à celle-ci à l'ex30 térieur de l'arbre P à travers une ouverture O de ce dernier. - En face des dents des roues phoniques A et B sont disposés des capteurs magnétiques C. Le calage angulaire des roues est effectué en fonction d'impératifs de fonctionnement de circuits électroniques de mesure - de type connu auxquels sont appliqués des signaux engendrés par les capteurs. Le décalage angulaire 00 des dents des roues A et B devient el lorsque l'arbre de puissance P se déforme en torsion en raison du couple appliqué entre le moteur et la botte de transmission. La mesure de cette déformation donne une image du couple appliqué, mais qui ne tient pas compte des variations du module de Young du matériau de l'arbre P sous l'action de la température. Pour remédier à cet inconvénient,suivant l'invention, on utilise l'arbre P comme corps d'épreuve en ce qui concerne la température. En effet sa longueur est fonction de l'intégrale des températures auxquelles il se trouve soumis, sur toute son étendue. D'une façon avantageuse l'arbre P est ainsi utilisé en association avec l'arbre de référence, celui-ci étant 15 réalisé en une matière ayant un coefficient de dilatation linéaire notablement différent de celui de l'arbre de puissance P. Il apparaitra donc une dilatation différentielle mesurable au niveau des roues phoniques. Dans un premier mode de réalisation de l'invention tel que représenté à la figure 3, analogue à l'agencement de la figure 1, comprenant les arbres P1 et R1 agencés de façon identique, l'arbre R1 présente un coefficient de dilatation linéaire qui diffère d'une façon importante de 25 celui de l'arbre P1, et il est prévu deux capteurs supplémentaires D du type magnétique sans contact, connu en soi,comportant un bobinage dont l'inductance est fonction de la distance entre le capteur et une cible métallique. La cible de chaque capteur est constituée par l'une des roues phoniques A ou B, chaque capteur étant disposé avec son axe parallèle aux arbres P1, R1, perpendiculaire aux roues, en face de la partie pleine de la roue associée. Grâce à cet agencement on obtient, en plus de la mesure du couple fournie par les capteurs C, une mesure de la dilatation linéaire AL. Suivant un autre mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, représenté à la figure 4, les arbres P2 et R2 sont toujours agencés de le même façon, ainsi que les roues A et B, mais les dents de celles-ci présentent des surfaces parallèles inclinées par rapport à l'axe des arbres P2, R2. Des capteurs C2, C3 5 sont disposés avec leurs axes perpendiculaires à la surface inclinée des dents des roues phoniques dont l'écartement varie en fonction de la dilatation linéaire différentielle 6 L, par suite, l'entrefer E du capteur C2 et de la roue A restera constant, tandis que celui E1 du capteur C3 et de la roue B varie avec bL modifiant en conséquence l'amplitude du signal engendré par le capteur. Dans la pratique, la proximité des roues A et B permet d'effectuer la mesure avec un capteur magnétique unique sensible à la variation d'entrefer. Suivant un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on mesure la dilatation linéaire différentielle AL en transformant celle-ci en un mouvement de rotation. Dans ce but, en se référant à la figure 5, les arbres P3 et R3 sont disposés comme dans les exemples précédents, 20 l'arbre de puissance P3 comportant sa roue phonique A3, tandis que la roue phonique associée à l'arbre de référence R3 est constituée par une roue annulaire B3 ayant une couronne dentée externe F et montée librement rotative autour de l'arbre P3, par-dessus l'ouverture O de celui-ci. D'une façon avantageuse la roue phonique annulaire B3 est maintenue dans le sens axial sur l'arbre P3 entre la roue phonique A3 de celui-ci et une collerette annulaire G solidaire de l'arbre. La roue annulaire B3 comporte sur sa surface interne 30 une portion de gorge H (figure 6) inclinée par rapport à son axe I et dans laquelle s'étend un doigt J formé par une partie d'extrémité de l'arbre R3 repliée latéralement. On comprend que lorsque L varie, le doigt J se déplace et entraîne la roue B3 angulairement de façon correspondante autour de l'axe I par l'intermédiaire de la gorge inclinée H, devant les capteurs C3. Dans une variante représentée à la figure 7, la roue phonique A4 associée à l'arbre de puissance P4 s'étend transversalement dans celui-ci et la roue B est solidaire de l'arbre R4, parallèle à la roue A4 et s'étend également transversalement dans l'arbre R4. La gorge H1 est délimitée par deux dents parallèles 5 K inclinées par rapport à l'axe I en saillie sur la face de la roue A4 dirigée vers la roue B4, cette dernière comportant une dent M inclinée de façon correspondante à l'inclinaison des dents K et engagée entre celles-ci. La variation de t L provoque un mouvement angulaire 10 de la roue B4 par la coopération des dents M et K devant le ou les capteurs C4. On comprend que les signaux engendrés par les capteurs magnétiques associés aux roues phoniques dans les différents modes de réalisation sont traités par des circuits 15 électroniques appropriés. Ces circuits sont classiques et ne font pas partie de l'invention. L'inclinaison des gorges H et H1 est bien entendu proportionnelle à la variation de la température. Le calage initial et le sens de l'inclinaison sont établis compte tenu de la nature du matériau des arbres de puissance et de référence. Dans les différents modes de réalisation, des ponts thermiques pourront être prévus entre les arbres P et R pour assurer la correspondance de leurs températures. Bien entendu on comprend également que le procédé et le dispositif suivant l'invention sont applicables aussi bien dans une machine à turbine, que dans le cas d'une botte de transmission séparée du moteur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer le couple transmis par un arbre long de transmission de puissance soumis à des variations de température, notamment entre le moteur et la boîte de transmission d'un hélicoptère, caractérisé en ce qu'on mesure le déplacement dû à la dilatation linéaire de l'arbre de puissance par rapport à celle d'un arbre de référence, coextensif ayant un coefficient de dilatation différent. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 10 en ce qu'on mesure ladite dilatation différentielle par variation de l'entrefer entre des cibles respectivement solidaires desdits arbres et des capteurs magnétiques associés à ces cibles. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 15 en ce qu'on transforme ladite dilatation différentielle en une rotation de deux roues phoniques associées respectivement auxdits arbres. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini suivant la revendication 2, du type comprenant 20 un arbre de référence solidaire de l'arbre de puissance au voisinage du moteur et indépendant au voisinage de la boite de transmission, deux roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres au voisinage de ladite boite, et des capteurs magnétiques associés auxdites roues, caractérisé 25 en ce qu'il comporte un capteur magnétique supplémentaire (D) associé à la roue phonique ( solidaire de l'arbre de référence (R1), disposé en face de la partie non dentée de ladite roue et dont l'axe est parallèle à celui des arbres (P1, R1) et perpendiculaire au plan de la roue, les arbres étant réalisés en des matériaux ayant des coefficients de dilatation différents. - 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un tel capteur(C)associé de la même façon à la roue phonique W solidaire de l'arbre de puissance 35 (P1). 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini suivant la revendication 2, du type comprenant un arbre de référence solidaire de l'arbre de puissance au voisinage du moteur et indépendant au voisinage de la boite de transmission, deux roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres au voisinage de ladite boîte, et des capteurs magnétiques associés auxdites roues, caractérisé en ce que les surfaces des dents de chaque roue phonique (A, B)sont parallèles et inclinées par rapport à l'axe en ce que desdits arbres (P2, R2) et/les axes desdits capteurs (C2, C3) sont perpendiculaires auxdites surfaces, les arbres (P2, R2) étant réalisés en des matériaux ayant des coefficients de 10 dilatation différents. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini suivant la revendication 3, du type comprenant un arbre de référence solidaire de l'arbre de puissance au voisinage du moteur et indépendant au voisinage de la boîte 15 de transmission, deux roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres au voisinage de ladite boîte, et des capteurs magnétiques associés auxdites roues, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens/pour transformer la dilatation linéaire de l'arbre de référence (R3) en un mouvement de 20 rotation de la roue phonique associée (B3), les arbres (P3, R3) étant réalisés en des matériaux ayant des coefficients de dilatation différents. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par au moins une 25 rampe inclinée (H)formée sur l'une des rouesphoniques (A3, B3) et coopérant avec l'extrémité indépendante de l'arbre - de référence (R3). 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ladite rampe est une gorge(H)formée sur la surface 30 interne d'une roue phonique annulaire (B3) montée librement rotative autour de l'arbre de puissance (P3) et ladite 3 (R3) extrémité indépendante de l'arbre de référence/s'étend à travers une ouverture 0 de l'arbre de puissance (P3) et est engagée en prise avec ladite gorge. 10. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites roues phoniques (A4, B4) sont parallèles etcbaxiales, et ladite gorge Q) est formée sur la surface de la roue (A4) associée à l'arbre de puissance (P4) et coopère avec une saillieM)ae la roue (B4) solidaire de l'arbre de référence (R4). 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 10 caractérisé en ce que des ponts thermiques sont établis entre l'arbre de puissance C)et l'arbre de référence ô. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les signaux engendrés par les capteurs sont traités par des circuits électroniques.