Brevet FR2664051A1 — publié le 19920103

DESCRIPTION Le secteur technique de la présente invention est celui des bancs d'essais pour les turboréacteurs d'aviation et plus précisément celui des balances de mesure de la poussée des turboréacteurs. Les bancs d'essai de turboréacteurs sont constitués notamment d'un bâtiment à l'intérieur duquel le turboréacteur (ou moteur) à essayer est accroché à une structure pour ses essais de fonctionnement tandis qu'une salle de contrôle voisine permet de commander l'ensemble des essais et d'en dépouiller les résultats. La structure d'accrochage du turboréacteur a en général deux fonctions: d'une part permettre l'accrochage du moteur dans un bâtiment adapté à l'essai et isolé phoniquement de la salle de contrôle et d'autre part, permettre la mesure de la poussée statique effective du moteur. Pour cela, il est classique d'équiper le moteur d'un adaptateur qui simule les conditions d'accrochage du turboréacteur, équivalentes à celles d'un accrochage réel du turboréacteur sur un pylone d'avion Ce adaptateur est ensuite fixé sous une balance de mesure de poussée, généralement ensemble comprenant: un chassis mobile, un chassis fixe et une structure interface. La mesure de la poussée est classique et réalisée par une mesure de l'effort longitudinal généré par le moteur en fonctionnement (poussée) et transmis au système de mesure par l'intermédiaire du chassis mobile et des bielles de reprise d'effort. Le chassis mobile est traditionnellement fixé au chassis fixe par quatre lames de flexion verticales. Des capteurs de mesure du déplacement extrêmement précis sont disposés entre le chassis fixe et le chassis mobile. La précision des capteurs est extrêmement importante car la poussée réelle du moteur est calculée à partir d'un effort qui génère des déformations dans les différentes structures par lesquelles il transite. Plus le cheminement est complexe, plus la dispersion est grande et moins la précision est bonne. Pour obtenir les degrés de précision de 1 à 2 pour mille que requièrent ces mesures de poussée, on est amené à réaliser des structures pour les chassis fixes et mobiles d'une précision extrême ainsi que des montages très sophistiqués. Or dans les balances actuelles, les montages à quatre lames de suspension sont hyperstatiques et créent des précontraintes dans la balancede mesure qui rendent indispensable l'usage de capteurs de mesure encore plus précis et donc plus chers. Le but de la présente invention est de réaliser une balance de mesure, qui minimise les inconvénients précités en assurant un montage parfaitement isostatique du moteur dans son banc d'essai. Elle a également pour but de supprimer la plupart des risques de précontraintes dans les assemblages de la balance de mesure ce qui autorisera l'usage de capteurs de mesure moins sophistiqués (et donc moins coûteux) que par le passé, pour une précision de mesure améliorée. L'invention a aussi pour but, en réalisant des dispositifs d'assemblage n'introduisant pas (ou peu) de contraintes, de permettre de se contenter, pour la structure interface et le chassis mobile, de structures mécanosoudées sans grande précision et donc d'un faible coût et réalisables sans technologies complexes, car les défauts de précision dans la réalisation de ces structures n'introduiront pas de contraintes dans le montage. L'invention a également pour but de réaliser des balances de mesure de poussée aptes à tester une gamme très élargie de turboréacteurs, allant de 100 k N de poussée à 600 k N. Ceci est rendu possible par la grande simplicité des structures qui dégage un espace maximal pour le moteur et permet l'introduction dans des salles de dimensions standard, de moteurs de 3 à 4 mètres de diamètre, ce que ne permet aucun banc d'essai existant. L'objet de l'invention est donc de réaliser une balance de poussée du type qui a été décrit plus haut comportant de façon connue un chassis mobile suspendu par des lames flexibles de suspension à une structure interface fixée au plafond d'un bâtiment, le chassis mobile étant apte à25 supporter un turboréacteur équipé d'un adaptateur et comportant en combinaison un système qui mesure la poussée à partir de l'effort généré par le turboréacteur et transmis par le chassis mobile à la structure interface lors de la mise en fonctionnement du turboréacteur. Selon une caractéristique de l'invention la balance de mesure comporte deux lames de suspension avant disposées dans un plan transversal et symétriquement l'une de l'autre par rapport au plan médian longitudinal de la35 balance et une lame de suspension arrière disposée transversalement dans le plan médian de la balance, les trois lames réalisant une suspension isostatique du chassis mobile sur la structure interface. 4 2664051 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'adaptateur est positionné sous le chassis mobile au 5 moyen de trois dispositifs de centrage disposés dans le prolongement axial des trois lames de suspension et aptes a assurer le blocage isostatique de six degrés de liberté entre adaptateur et chassis mobile, le dispositif de centrage arrière bloquant trois degrés de liberté tandis que les deux dispositifs de centrage avant bloquent respectivement deux et un degré de liberté. Une particularité de l'invention est que le chassis mobile a une forme de U horizontal ouvert vers l'avant et que la structure interface est constituée de deux parties avant séparées et d'une partie arrière centrale, chacunede ces trois parties supportant une des lames de suspension. Cette structure a pour intérêt d'être compatible aves trois types de hissage possibles du turboréacteur sur la20 balance, au moyen d'un dispositif de hissage, porté soit par le chassis mobile, soit par le plafond du bâtiment, soit au moyen d'un dispositif de hissage mobile sur un monorail pénétrant entre les parties avant de la structure interface. D'autres caractéristiques de l'invention seront explicitées dans le complément de description qui va suivre accompagné de planches de dessins représentant de façon non limitative un mode préférentiel de réalisation de l'invention. Parmi ces planches la figure 1 est une vue en perspective éclatée de la balance de mesure et d'un turboréacteur équipé de son adaptateur; 2664051 la figure 2 est une vue en élévation de la structure interface équipée des lames de suspension et de barres de sécurité, ainsi que du dispositif de mesure de poussée; la figure 3 montre en section le mode d'accrochage des lames flexibles de suspension sur la structure interface et le chassis mobile; la figure 4 montre en section l'accrochage des barres verticales de sécurité sur la structure interface et le chassis mobile; la figure 5 montre une élévation en section du dispositif de mesure de la poussée, placé entre la structure interface et le chassis mobile; la figure 6 est une vue en élévation d'un turboréacteur équipé de son adaptateur permettant sa fixation sous le chassis mobile. les figures 7, 8 et 9 représentent respectivement les deux dispositifs de centrage avant et le dispositif de centrage arrière de l'adaptateur sur le chassis moible; la figure 10 montre une vue des crochets de fixation de l'adaptateur sur le chassis mobile selon un mode préférentiel de représentation; la figure 11 montre une variante des moyens de hissage du turboréacteur vers la balance. Ainsi qu'on l'a représenté à la figure 1, la balance de mesure comporte: une structure interface 1 formée de deux parties avant séparées l A et 1 B et d'une partie arrière 1 C; 6 2664051 fixées à la structure interface 1, trois lames flexibles de suspension 2 permettent la suspension d'un chassis mobile 3 en forme de U horizontal ouvert vers l'avant; à l'arrière du chassis mobile un système 4 de mesure de poussée placé entre le chassis mobile et une partie verticale arrière de la structure interface; un turboréacteur 5 équipé de son adaptateur 6; entre la structure interface 1 et le chassis mobile 3 quatre barres verticales de sécurité 7; un système de hissage 8 par treuils porté par un monorail 9 fixé au plafond du bâtiment du banc d'essai. D'autres variantes du système de hissage seront indiquées plus loin. Les divers sous-ensembles de la balance seront explicités en regardant les figures respectives les représentant, depuis le haut de la balance jusqu'à la partie la plus basse, à savoir l'adaptateur.25 La structure interface représentée à la figure 2 comporte deux parties avant l A et 1 B et une autre partie arrière IC en structures mécano-soudées fixées en 10 au plafond P du bâtiment La partie arrière 1 C est située dans le plan médian de la balance et comporte une partie verticale Il sous laquelle estdisposéun boîtier 12 comportant les capteurs 4 de mesure de poussée reliés par une tige 13 au chassis mobile 3. Les deux parties avant l A et 1 B sont symétriques par rapport au plan longitudinal médian de la balance Sous chacune des parties l A et l B et sous la partie centrale 7 2664051 de la pièce arrière 1 C sont accrochées trois lames verticales 2 de suspension. Celles-ci montrées à la figure 3, comportent une âme de section rectangulaire 14 et à chaque extrémité une zone amincie 15, de flexibilité augmentée L'encastrement des lames 2 dans lçs chapes 16 de la structure interface et du chassis mobile, est réalisé au moyen d'axes 17 supportant trois rotules 18 a et 18 b, permettant un encastrement sans contraintes de la lame et au moyen de boulons 19 solidarisant avec un jeu radial les lames 2 et les chapes 16.15 Comme on le voit aux figures 1 et 4, entre la structure interface 1 et le chassis mobile 3, sont placées quatre barres verticales 7 de sécurité en structure mécano- soudées fixée avec jeu radial j sur chacun des chassis par un axe 20 goupillé. Lors du transport et de la mise en place de la balance, des cales 21 sont placées autour des axes 20 pour supprimer le jeu j de façon à ne pas mettre les lames flexibles de suspension en contrainte lors des manipulations de transport. Lors du fonctionnement de la balance, les cales 21 sont retirées, de telle sorte que le chassis mobile 3 est suspendu en réalité par les lames flexibles 2 et que celles-ci puissent fléchir sans contrainte, les barres de sécurité n'ayant pour fonction, et étant dimensionnées pou reprendre les efforts statiques et dynamiques engendrés par le chassis mobile 3, l'adaptateur 6 et le turboréacteur dans le cas d'une rupture accidentelle de l'une des lames de suspension 2, ou de la tige 13. 8 2664051 Si on observe maintenant la structure (figure 5) du système de mesure de poussée, placé entre la partie verticale arrière 11 de la structure interface 1 et le chassis mobile 3, on voit que le dispositif comporte deux capteurs de force 4 a et 4 b disposes sur une même tige horizontale 13 traversant un boîtier 12. La tige 13 comporte un épaulement 13 a disposé entre le capteur 4 a de mesure et un capteur 4 b de vérification. La tige 13 est fixée par son extrémité 13 b sur le chassis mobile 3, des doubles cardans 13 c permettant le positionnement longitudinal du chassis sans mise en précontrainte mécanique des lames de suspension 2. Lors du fonctionnement du turboréacteur 5 pour la mesure de sa poussée, la montée en poussée du turboréacteur crée un effort longitudinal du chassis mobile 3 vers l'avant. Cet effort transite par la tige 13 et, par l'intermédiaire de l'épaulement 13 a, fait travailler le capteur de mesure 4 a en compression De cette mise en compression du capteur dynamométrique, on déduit la force exercée sur le capteur et donc la poussée du turboréacteur La structure particulière de la tige 13, par l'absence de contrainte qu'elle réalise entre les chassis 1 et 3, améliore la pécision d'ensemble du dispositif de mesure. En ce qui concerne maintenant le positionnement du turboréacteur 5 sur le chassis mobile 3, on a fixé sur le turboréacteur un adaptateur 6 Celui-ci a deux fonctions Tout d'abord, il a un rôle d'interface, car adapté à un moteur 5 donné (gamme de poussée, dimensions particulié- res),il permet de tester ce moteur particulier sur un banc d'essai et une balance de poussée apte à recevoir tout autre type de moteur de taille et de poussée différente. D'autre part, l'adaptateur 6 par sa structure sous forme de barres de flexion 22 reproduit fidèlement le mode d'accrochage du turboréacteur 5 sous le mât d'avion auquel il est prévu de l'utiliser,permettant ainsi de réaliser des mesurestrès réalistes du moteur en essai. Pour fixer l'adaptateur 6 sous le chassis mobile 3, il importe tout d'abord de le positionner de façon isostatique dans un seul plan afin de ne pas introduire de contraintes dans l'assemblage Pour ce faire, l'adaptateur comporte trois dispositifs de centrage 23: deux avant,15 23 a et 23 b, et un arrière, 23 c qui assurent le positionnement isostatique et, par leur position dans le prolongement isostatique des lames de flexion 2, assurent la continuité mécanique pour la transmission des efforts tridirectionnels Les dispositifs de centrage 23 sont20 représentés aux figures 7, 8 et 9. A la figure 7, est représenté le dispositif de centrage avant 23 a fixé par des vis 24 sur la traverse avant 25 de l'adaptateur 6 Il comporte un doigt vertical 23 a possédant une portée sphérique 230 a venant en contact avec un dièdre 230 b porté par le chassis mobile 3 Ce centrage par contact sphère/dièdre permet un contact linéaire bloquant un degré de liberté. A la figure 8 est représenté l'autre dispositif de centrage avant 23 b Il comporte également un doigt vertical 23 b proprement dit, mais porte à son extrémité supérieure une coupelle 231 ayant une surface supérieure 231 a, plane, venant en contact avec un plan d'une coupelle similaire, 231 b, portée par le chassis mobile 3, réalisant ainsi un appui-plan bloquant deux degrés de liberté. A la figure 3 est représenté le dispositif de centrage arrière constitué lui aussi d'un doigt vertical 23 c porté par la traverse arrière 26 de l'adaptateur mais le doigt 23 c a une portée conique 232 a qui vient en appui sur une portée torique 232 b du chassis mobile 3, bloquant ainsi trois degrés de liberté, ledit dispositif de centrage arrière étant de plus disposé au point de concours théorique de l'axe longitudinal par lequel passe l'effort de poussée du turboréacteur. Par le jeu de ces trois dispositifs de centrage 23 a,b, c, six degrés de liberté sont bloqués entrel'adaptateur 6 et15 le chassis mobile 3 et là encore on évite la transmission de contraintes d'assemblage dans la balance. Comme on le voit aux figures 7 à 9, sur chaque doigt de centrage 23 a, b ou c, est montée une bague 33 au moyen20 d'un système rotulant 34 Les bagues 33 comportent deux oreilles 35 de verrouillage, aptes a coopérer avec des crochets de verrouillage 27 portés par le chassis mobile 3. A la figure 10, on a représenté un mode préférentiel de réalisation des crochets de verrouillage 27 Ceux-ci pivotent autour d'un axe 270, sous l'action d'un pignon moteur 271, entraînant un secteur denté 272 du crochet. Dans le mode préférentiel représenté, la courbe 273 du30 crochet a la forme d'une spirale logarithmique, ce qui assure le verrouillage absolu du crochet et son impossibilité de desserrage accidentel sans action positive sur le mécanisme de commande de déverrouillage. Cette structure permet donc une sécurité accrue, même en cas de rupture d'un pignon moteur 271 par exemple. Pour compléter cette description, il reste encore à préciser comment le turboréacteur 5 équipé de son adaptateur 6 peut être hissé sous le chassis mobile 3 il 2664051 pour y être centré et fixé par les crochets 27. A la figure 1, on a représenté une variante de système de hissage dans lequel les treuils 8 sont mobiles sur un monorail 9 disposé en plafond du bâtiment et peuvent pénétrer entre les parties avant du chassis fixe de façon a amener le turboréacteur équipé de son adaptateur à la verticale de la balance et à pouvoir le hisser pour le centrer par les dispositifs 23. Dans une autre variante, non représentée mais facile à imaginer, le système de hissage pourra être porté par15 la-structure en béton duplafond du bâtiment du banc d'essai. Dans une autre variante représentée 'à la figure 11, les moyens de hissage sont portés par une structure 28 montée sur des rehausses 29 portées par le chassis mobile 3, ce qui a pour avantage de ne pas contraindre les lames de flexion 2 de la balance lors du hissage et du centrage du moteur sur le chassis mobile. Il reste encore à préciser que les connexions électro- hydrauliques du turboréacteur à tester, instrumenté, sont réalisées aux moyens d'un ou deux connecteur(s) 30 du chassis mobile coopérant avec un ou deux bottier(s) de raccordement 31 porté(s) par le chassis mobile et en liaison ( 32) avec les servitudes de l'installation du banc d'essai (approvisionnement en carburant, cablages de mesure et d'instrumentation, etc) Par sa structure isostatique, la balance de mesure selon l'invention se contente pour la majorité de ses structures d'ensembles mécano-soudées et limite au minimum les usinages coûteux, par le choix à tous les niveaux d'assemblage, de montage n'introduisant pas ou peu de contraintes dans la balance. 12 2664051 REVENDICATIONS 1 Balance de mesure de la poussée d'un turboréacteur comportant de façon connue un chassis mobile ( 3) suspendu par des lames ( 2) flexibles de suspension à une structure interface ( 1) fixée au plafond (P) d'un bâtiment, le chassis mobile étant apte à supporter un turboréacteur10 équipé d'un adaptateur et comportant en combinaison un système de mesure ( 4) de poussée fixé sur une structure ( 11) et permettant la mesure de l'effort longitudinal exercé par le turboréacteur et qui transite par le chassis mobile et une tige de liaison ( 13), lors de la mise en15 fonctionnement du turboréacteur, balance caractérisée en ce qu'ellecomporte deux lames de suspension avant ( 2) disposées dans un plan transversal et symétriquement l'une de l'autre par rapport au plan médian longitudinal de la balance et une lame ( 2) de suspension arrière disposée20 transversalement dans le plan médian de la balance, les trois lames réalisant une suspension isostatique du chassis mobile sur le chassis fixe. 2 Balance de mesure de poussée selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'adaptateur ( 6) est positionné sous le chassis mobile ( 3) au moyen de trois dispositifs de centrage ( 23) disposés dans le prolongement axial des trois lames ( 2) de suspension et aptes à assurer le blocage isostatique de six degrés de liberté entre30 adaptateur ( 6) et chassis mobile ( 3), le dispositif de centrage arrière ( 23 c) bloquant trois degrés de liberté tandis que les deux dispositifs de centrage avant ( 23 a, 23 b) bloquent respectivement deux et un degré de liberté. 3 Balance de mesure selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de centrage arrière ( 23 c) est constitué par un doigt vertical de l'adaptateur ( 6) comportant une portée conique ( 232 a) venant en contact avec une surface torique ( 232 b) du chassis mobile ( 3), ledit dispositif de centrage arrière étant disposé au point de concours théorique de l'axe longitudinal par lequel passe l'effort de poussée du turboréacteur. 4 Balance de mesure selon la revendication 2, caractérisée en ce que un premier dispositif de centrage avant est constitué par un doigt vertical ( 23 a) de l'adaptateur ( 6) comportant une portée sphérique ( 230 a) venant en contact avec un dièdre ( 230 b) porté par le chassis mobile ( 3). 5 Balance de mesure selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second des dispositifs de centrage avant ( 23 b) est constitué par un doigt vertical de l'adaptateur ( 6) comportant une extrémité plane ( 231 a) en contact avec une surface plane ( 231 b) du chassis mobile ( 3). 6 Balance de mesure selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisée en ce que sur chaque doigt de centrage ( 23) de l'adaptateur ( 6) est montée une20 bague ( 33) comportant des oreilles ( 35) de verrouillage coopérant avec des crochets ( 27) de verrouillage portés par le chassis mobile ( 3). 7 Balance de mesure selon la revendication 6, caractérisée en ce que les bagues de verrouillage ( 33) sont portées par les doigts de centrage ( 23) au moyen d'un système rotulant ( 34). 8 Balance de mesure selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisée en ce que les crochets de verrouillage ( 27) ont une forme de spirale logarithmique ( 273). 9 Balance de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que entre la structure interface et le chassis mobile sont disposées quatre barres verticales ( 7) de sécurité aptes à maintenir sans jeu le chassis mobile ( 3) lors des transports et mise en 14 2664051 place de la balance et à maintenir avec jeu ledit chassis mobile ( 3) lors du fonctionnement de la balance, lesdites barres de sécurité étant aptes à supporter l'ensemble formé par le chassis mobile, l'adaptateur et le turboréacteur en cas de rupture accidentelle de l'une des lames de suspension ( 2), ou de la tige de liaison ( 13). 10 Balance de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que le système ( 4) de mesure de poussée disposé entre la structure interface et le chassis mobile comporte un élément ajustable ( 13 c) permettant le positionnement longitudinal de la structure interface ( 1) et du chassis mobile ( 3) entre eux sans précontrainte mécanique des lames ( 2) de suspension. 11 Balance de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le chassis mobile ( 3) a une forme de U horizontal ouvert vers l'avant et en ce que la structure interface ( 1) est constituée de deux parties avant séparées (l A, 1 B) et d'une partie arrière centrale ( 1 C), chacune de ces trois parties supportant une des lames ( 2) de suspension. 12 Balance de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de hissage par treuil ( 8) de l'ensemble formé par le turboréacteur ( 5) équipé de son adaptateur ( 6), vers le chassis mobile. 13 Balance de mesure selon la revendication 12, caractérisée en ce que le système de hissage est porté par le plafond (P) du bâtiment. 2664051 14 Balance de mesure selon la revendication 12, caractérisée en ce que le système de hissage ( 8) est mobile sur un monorail ( 9) horizontal disposé au plafond du bâtiment et pénétrant entre les parties avant (l A, 1 B) de la structure interface ( 1). Balance de,mesure selon la revendication 12, caractérisée en ce que le système de hissage est porté par une structure ( 28, 29) solidaire du chassis mobile ( 3). 16 Balance de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisée en ce que le chassis mobile comporte au moins-un boîtier de raccordement ( 31) dans lequel viennent se connecter toutes les liaisons électro hydrauliques ( 30) du turboréacteurà tester, ledit boîtier étant lié ( 32) avec des installations de mesure de la balance.