Brevet FR2589576A1 — publié le 19870507

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux dispositifs de mesure de couple, et plus particulièrement, à un disposi- tif adapté pour moesurer le couple de l'arbre intermédiaire d'un moteur aéronef à hélice. Ces dispositifs de mesure de couple seront dénmis "couplemètres" dans la suite de la présente description. Dans les moteurs d'aéronefs à hélice, le moteur entraîne l'hélice en rotation par l'intermédiaire d'un réducteur. Dans l'ensemble réducteur, un arbre intermé- diaire est tourillonné dans le carter par des ensembles paliers et comprend une extrémité avant et une extrémité arrière. En outre, l'arbre intermédiaire peut se dépla- cer axialement par rapport au carter, sur une petite dis- tance, entre une position avant et une position rétrac- tée. Typiquement, le moteur est accouplé mécanique- ment à l'arbre intermédiaire par des engrenages hélicoi- daux, de sorte que, lorsque le couple positif appliqué à l'arbre intermédiaire s'accroît, l'arbre intermédiaire est poussé axialement vers sa position avant avec une force proportionnelle au couple appliqué à l'arbre. Au contraire, en cas de défaut de fonctionnement du moteur, l'hélice tend en fait à entraîner le moteur en rotation au lieu que ce soit l'inverse. Dans cette action, le cou- ple appliqué à l'arbre intermédiaire s'inverse, ce qui tend à ramener l'arbre intermédiaire vers sa position ar- rière. Il est important de détecter rapidement la pré- sence d'un état de couple négatif puisque le maintien d'un état de couple négatif peut entraîner une détériora- tion du moteur, de l'hélice et des organes qui lui sont associés ainsi que de l'aéronef. Pour cette raison, un grand nombre des moteurs d'aéronefs connus antérieurement comprennent des moyens permettant de déterminer le cou- ple et d'avertir le pilote de la présence d'un état de couple négatif. Ces indicateurs permettent au pilote de prendre des mesures de précaution dans le cas d'un dé- 2 2589576 faut de fonctionnement du moteur, par exemple, la mise en drapeau de l'hélice. Un inconvénient des dispositifs connus antérieu- rement consiste en ce que l'aéronef son moteur et/ou l'hé- lice peuvent subir des dommages excessifs, même dans le temps relativement court qui s'écoule entre l'apparition d'un état de couple négatif et l'action corrective éven- tuellement prise par le pilote. La présente invention a pour objet un couplemè- tre commandé, à réponse rapide, pour un arbre intermédi- aire rotatif, qui surmonte les inconvénients précités des dispositifs connus antérieurement. En bref, le couplemètre de la présente inven- tion comprend un corps fixé au carter dans la région de l'extrémité avant de l'arbre intermédiaire qui forme une chambre sensiblement cylindrique ouverte sur l'extrémité avant de l'arbre intermédiaire, ce corps enfermant cette extrémité avant. Un piston annulaire est monté pour coulisser axialement dans la chambre et bute contre l'extrémité avant de l'arbre intermédiaire. La chambre est mise sous pression au moyen d'un fluide tel que l'huile du moteur, à une pression telle que le piston équilibre l'arbre intermédiaire par rap- port à la force axiale qui est imposée à l'arbre intermé- diaire par le moteur. La pression régnant dans la chambre du corps est donc proportionnelle au couple appliqué à l'arbre in- termédiaire. Un manomètre mesure alors la pression inté- rieure de la chambre du corps et, par l'intermédiaire d'un circuit, donne une indication du couple de l'arbre intermédiaire. Le piston comprend une bague logée dans une gor- ge située en un endroit de sa périphérie extérieure tel qu'elle ferme la chambre à fluide entre le piston et le carter lorsque l'arbre intermédiaire se trouve dans sa 3 2589576 position avant. Ceci constitue le mode de fonctionnement positif, dans lequel la pression du fluide est propor- tionnelle au couple positif d'entraînement par le mo- teur. En cas de défaut de fonctionnement du moteur, le couple appliqué à l'arbre intermédiaire s'inverse, ce qui renvoie l'arbre intermédiaire à sa position arrière. Dans cette action, la bague du piston ouvre la chambre à fluide sur une ouverture ménagée dans le corps, de sorte que le fluide se déverse de la chambre, à travers un pas- sage du carter et dans la valve de couple négatif, pour activer cette valve. En réponse à l'activation de la val- ve de couple négatif, la valve actionne un circuit de commande qui réduit immédiatement la valeur absolue du couple du moteur et met automatiquement l'hélice en dra- peau. Pour mieux faire comprendre l'invention, on en donne ci-après une description détaillée, en regard des dessins annexés, sur lesquels les mêmes numéros de réfé- rence désignent des éléments analogues sur toutes les différentes vues et sur lesquels, la figure 1 est une vue en coupe longitudinale représentant une forme préférée de réalisation de la pré- sente invention; la figure 2 est une vue prise sensiblement se- lon la ligne 2-2 de la figure 1, dont certaines parties sont supprimées pour la clarté du dessin et qui montre le corps du couplemètre; la figure 3 est une vue partielle prise sensi- blement selon la flèche 3 de la figure 2 et agrandie pour la clarté du dessin; la figure 4 est une vue prise sensiblement se- lon la ligne 4-4 de la figure 1 et qui montre uniquement le piston; et la figure 5 est une vue partielle analogue à la figure 1 qui illustre l'arbre intermédiaire dans un état 4 2589576 de couple négatif. On se reportera tout d'abord à la figure 1, sur laquelle on a représenté une forme préférée de réalisa- tion du couplemètre selon l'invention, destinée à.être utilisée avec un moteur d'aéronef à hélice. L'aéronef com- prend un carter de réducteur 10 et un arbre intermédiai- re 12. L'arbre intermédiaire 12 possède une extrémité arrière 14 et une extrémité avant 16 et il est monté ro- tatif dans le carter 10 par des ensembles paliers 18. Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, l'arbre intermédiaire comprend un pignon extérieur 20 qui entraîne les engrenages de sortie pour entraîner l'hélice et il est entraîné en rotation par un moteur 22, par l'intermédiaire d'un engrenage 24 qui est fixé à l'arbre intermédiaire par des vis 21 (l'engrenage 24 n'est représenté que schématiquement). De cette façon, lorsque le couple appliqué à l'arbre intermédiaire 12 par le moteur 22 s'accroit, il s'exerce sur l'arbre in- termédiaire 12 une force axiale qui est proportionnelle au couple. En outre, l'arbre intermédiaire 12 peut se dé- placer entre une position avant (figure 1) et une posi- tion rétractée (figure 5) et, au fur et à mesure que le couple appliqué par le moteur 22 à l'arbre intermédiaire s'accroit, l'arbre intermédiaire 12 est poussé vers sa position avant. Comme on le voit en se reportant maintenant plus particulièrement aux figures 1 et 2, le couplemètre selon l'invention comprend un corps 26 présentant la for- me générale d'un disque, qui est fixé au carter 10 par trois organes de fixation 28 (dont un seul est représen- té) qui traversent des trous 30 formés dans le corps 26. Le corps 26 est fixé au carter 10 de telle manière que le corps 26 soit espacé axialement de l'extrémité avant 16 de l'arbre intermédiaire 12, et il enferme cette ex- trémité avant. Une bague torique 32 interposée entre le carter 10 et le corps 26 assemble le corps 26 et le car- 2589576 ter 10 a joint étanche aux fluides. Comme on le voit en se reportant aux figures 1 et 2, le corps 26 définit une chambre cylindrique qui est ouverte sur l'extrémité avant 16 de l'arbre intermé- diaire 12. Un orifice de fluide 36 est formé axialement à travers le corps 26 et s'ouvre sur la chambre 34 tan- dis qu'une source 38 de pression de fluide est reliée à l'orifice 36 et, de cette façon, à la chambre 34. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, la sour- ce de pression 38 est constituée par une pompe à huile du moteur, de sorte que la pression régnant dans la cham- bre 34 est directement proportionnelle à la vitesse du moteur. Comme on le voit en se reportant maintenant plus particulièrement aux figures 1, 2 et 4, un piston annulaire 40 est monté pour coulisser axialement dans la chambre 34. Deux tiges 42 d'alignement du piston ont une première extrémité fixée au corps 26 et leur autre extré- mité positionnée pour coulisser à travers des perçages 44 du piston 40. Les tiges 42 s'opposent ainsi à la rota- tion du piston 40 tout en permettant au piston 40 de cou- lisser axialement par rapport à l'arbre intermédiaire 12. Une bague de piston 46 est montée dans une gorge (50) qui fait le tour de la périphérie extérieure du piston 40 et établit un joint étanche entre le piston 40 et la paroi extérieure de la chambre 34. Comme on le voit en se reportant maintenant aiux figures 3 et 5, une fente 52 formée dans le bas du corps 26 peut s'ouvrir ou se fermer par rapport à la chambre 34 selon la position axiale de la bague 46 du piston qui est fonction de la position de l'arbre intermédiaire 12. Normalement, lorsque le piston 40 est en position avant, la fente 52 est fermée mais, dans le mode de fonctionne- ment avec couple négatif, dans lequel l'arbre intermédi- aire est repoussé vers l'arrière, la fente 52 est ouver- te sur la chambre 34. Cette fente 52 est alignée sur un passage de fluide 54 formé à travers le carter 10 et qui fait communiquer l'ouverture 52 avec une valve 56 pour le passage du fluide. La valve 56, qui répond à la pres- sion du fluide régnant dans le passage 54, active alors un circuit de commande 58, pour une raison qui sera dé- crite dans la suite. La bague 46 du piston et l'ouverture 52 du corps sont agencés de telle manière que, lorsque le pis- ton 40 se trouve dans sa position avant, comme représen- té sur la figure 1, la bague 46 se trouve en avant de l'ouverture 52, en supprimant ainsi la liaison de trans- mission du fluide entre le passage 54 du carter et la chambre 34 du corps. Inversement, lorsque le piston 48 se place dans sa position arrière, comme représenté sur la figure 5, la bague 46 établit la communication pour le passage du fluide entre la chambre 34 du corps et la valve 56 par l'intermédiaire du passage de fluide 54. Comme on peut le voir en se reportant mainte- nant à la figure 1, dans le fonctionnement normal, le mo- teur 22 entraîne l'arbre intermédiaire 12 par l'intermé- diaire de l'engrenage d'entrée 24. Lorsque le couple im- posé à l'arbre intermédiaire 12 par le moteur 22 s'ac- croit, l'engrènement hélicoïdal établi entre le pignon de l'arbre intermédiaire et le pignon de sortie tend à pousser l'arbre intermédiaire 12 vers l'avant dans une mesure proportionnelle au couple. En même temps, le moteur 22 entraîne la pompe à huile 38, laquelle met la chambre 34 sous pression et presse le piston 40 contre l'extrémité avant 16 de l'ar- bre intermédiaire 12. Le piston 40 équilibre donc l'ar- bre intermédiaire 12 de telle manière que la gorge 50 du piston ne soit pas en coincidence avec l'ouverture 52 du corps. La pression intérieure de la chambre 34 du corps est mesurée par un manomètre 70 et cette pression est représentative du couple appliqué à l'arbre intermé- diaire 12. Par exemple, si l'on suppose une vitesse cons- tante du moteur, un accroissement brusque du couple ap- pliqué à l'arbre intermédiaire 12 presse l'arbre intermé- diaire 12 vers l'avant, contre le piston 40 et, dans cet- te action, accroît la pression régnant dans la chambre 34 du corps, dans une mesure proportionnelle à l'accrois- sement du couple. Cette pression augmentée est détectée par le manomètre 70 et elle donne de cette façon une in- dication à l'opérateur ou au pilote. Etant donné que la pompe à huile est entratnée par le moteur 22, la sortie de pression de la pompe à huile 38 varie également en fonction de la vitesse du mo- teur. Le circuit de commande 72 surveille la vitesse du moteur qui constitue un signal d'entrée. Le circuit de commande 72 utilise à la fois la vitesse du moteur (par conséquent celle de la pompe à huile 38) et la pression intérieure de la chambre 34 pour commander le moteur. Le circuit de commande 72 est de préférence à base d'un mi- croprocesseur. Comme on le voit en se reportant maintenant plus particulièrement à la figure 5, en cas de défaut de fonctionnement du moteur, le couple appliqué à l'arbre intermédiaire 12 change de sens c'est-à-dire que l'héli- ce tend à entraîner le moteur 22 en rotation au lieu que ce soit l'inverse. En conséquence, sous l'effet de l'in- version du couple, l'arbre intermédiaire 12 se déporte axialement vers la position arrière, comme représenté sur la figure 5. Dans cette action, la bague 46 du pis- ton ouvre le passage 54 du carter sur la chambre 34, à travers l'ouverture 52 du corps 26. L'écoulement dans le passage 54 active la valve 56. La valve 56 active alors le circuit de commande 58 pour réduire immédiatement le couple appliqué à l'arbre intermédiaire 12 en mettant au- tomatiquement l'hélice en drapeau. Si le défaut de fonc- tionnement du moteur est ensuite corrigé, de sorte que le moteur 22 entraîne à nouveau l'arbre intermédiaire 8 2589576 12, au lieu que ce soit l'inverse, l'arbre intermédiaire 12 revient à sa position avant (figure 1). Lorsque l'ar- bre intermédiaire 12 se trouve dans sa position avant, la chambre 34 et l'ouverture 52 du corps ne sont plus en coincidence entre elles, de sorte que le fonctionnement normal peut se poursuivre. Il ressort de ce qui précède que la présente in- vention a pour objet un couplemètre perfectionné pour ar- bre rotatif équipé de moyens permettant de détecter immé- diatement une inversion du couple de l'arbre. De nombreuses modifications, qui seront éviden- tes pour l'homme de l'art, pourront être apportées à l'invention sans sortir de son principe, qui est défini par les revendications annexées. R E V E N D I C AT I O N S 1 - Couplemètre destiné à être utilisé en combi- naison avec un arbre (12) qui présente une extrémité avant (16) et une extrémité arrière (14), ledit arbre étant monté rotatif dans un carter (10) de façon à pou- voir se déplacer dans la direction axiale par rapport à ce carter, entre une position avant et une position ar- rière, sous l'effet d'une force proportionnelle au cou- ple appliqué audit arbre, ce couplemètre étant caractéri- sé en ce qu'il comprend: un corps (26) fixé audit carter (10) dans la ré- gion de l'extrémité avant (16) dudit arbre (12), ledit corps formant une chambre (34) ouverte sur l'extrémité avant de l'arbre, un piston (40) monté pour coulisser axialement dans ledit corps (26), des moyens (38) capables de mettre ladite cham- bre sous pression et de presser ledit piston (40) contre ladite extrémité avant (16) dudit arbre, avec une force proportionnelle à ladite pression, des moyens (70) capables de mesurer ladite pres- sion régnant dans ladite chambre (34), et des moyens (50, 52, 54) permettant de mettre à la décharge la pression régnant dans ladite chambre (34) lorsque ledit arbre (12) se déplace vers l'arrière. 2 - Couplemètre selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens (56, 58) qui ré- pondent auxdits moyens de décharge (52, 54) en réduisant la charge de couple appliquée..audit arbre (12). 3 - Couplemètre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de décharge (52, 54) comprennent une couverture (52), dont la libération dépend de la position d'une bague (46) du piston (40) dans ledit corps (26) et qui débouche dans ladite chambre (34), l'ouver- ture (52) ne communiquant avec la chambre (34) que lorsque ledit arbre (12) se trouve dans ladite position arrière. 4 - Couplemètre selon la revendication 2, carac- térisé en ce que ledit arbre (12) est constitué par un arbre d'entraînement servant à entraîner une hélice par l'intermédiaire d'un mécanisme de sortie à engrenage (20). - Couplemètre selon la revendication 4, carac- térisé en ce que lesdits moyens de réduction du couple (56, 58) comprennent des moyens servant à mettre ladite hélice en drapeau. 6 -Couplemètre selon l'une des revendications-1 à 5, carac- térisé en ce que ladite chambre (34) est sensiblement cy- lindrique et en ce que ledit piston (40) est de forme an- nulaire. 7 - Couplemètre selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens (42, 44) qui empa- chent le piston (40) de tourner dans ladite chambre (34). 8 - Couplemrtre selon l'une des revendications 1 à 7, carac- térisé en ce que lesdits moyens de mise sous pression (38) comprennent une pompe à huile. 9 - Couplemètre selon la revendication 8, carac- térisé en ce que lesdits moyens qui tendent à presser le piston contre l'extrémité avant (16) de l'arbre (12) com- prennent un moteur et en ce que ledit moteur entratne la- dite pompe à huile (38) à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. -