Brevet FR2833349A1 — publié le 20030613

La présente invention concerne un banc d'essai pour tester un dispositif de transmission de puissance, ainsi qu'un système d'essai comprenant un tel banc d'essai pourvu d'un dispositif de transmission de puissance. Bien que non exclusivement, ledit banc d'essai est destiné plus particulièrement à tester une boîte de transmission (principale, intermédiaire ou arrière) d'un hélicoptère. On sait qu'un banc d'essai est généralement utilisé pour réaliser deux types de tests, à savoir : - des tests de développement, qui ont pour but de simuler le plus fidèle- ment possible les conditions de fonctionnement réelles (en particulier la simulation du torseur tête rotor et des niveaux de charge pour une boîte de transmission principale d'un hélicoptère) du dispositif de transmis- sion de puissance ; et - des tests de réception, qui ont pour but de vérifier le bon fonctionne- ment des différents éléments mécaniques, sous un spectre de charge standard (avec mesure du couple, des vitesses de rotation et des tem- pératures notamment). Généralement, un tel banc d'essai, pour tester un dispositif de transmission de puissance comportant au moins un arbre d'entrée (arbre d'entraînement par exemple), un arbre de sortie (arbre rotor par exemple) et un carter, comprend : - un premier ensemble comportant des premiers moyens de liaison, ainsi qu'un arbre de liaison (ou transmission) qui est susceptible d'être relié à l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance à tester, par l'intermédiaire desdits premiers moyens de liaison ; - un second ensemble qui est susceptible d'être relié à l'arbre d'entrée dudit dispositif de transmission de puissance, par l'intermédiaire de se- conds moyens de liaison ; et - dans le cas d'un banc d'essai à chaîne fermée, au moins un arbre de transmission reliant ensemble lesdits premier et second ensembles. Sur un tel banc d'essai usuel, le carter du dispositif de transmission de puissance à tester qui, lorsqu'il est monté sur le banc d'essai, est fixé sur un support immobile, est solidaire d'un repère fixe qui est pris comme référence. De plus, lesdits premiers et seconds moyens de liaison sont conçus pour prendre en compte et compenser, notamment, les imperfections de fabrication, les défauts d'intégration et les déformations engendrés par les différents efforts agissant sur le dispositif de transmission de puissance. Le torseur d'efforts est introduit en repère tournant sur l'arbre de sortie (arbre rotor). Un banc d'essai de ce type présente de nombreux inconvénients, en particulier : - la nécessité de comporter des premiers moyens de liaison (pour relier l'arbre de liaison dudit premier ensemble à l'arbre de sortie dudit dispo- sitif de transmission de puissance) qui sont très complexes de manière à pouvoir absorber les principaux défauts de positionnement du disposi- tif de transmission de puissance, en particulier de son carter, par rap- port à un repère théorique. Ces défauts de positionnement se tradui- sent, notamment, par des défauts d'alignement (défauts de parallélisme et désalignements angulaires) et des écarts de longueur. En plus d'être complexes, ces premiers moyens de liaison sont également lourds et très coûteux ; - la nécessité de prévoir un collecteur de mesures pour mesurer les diffé- rentes composantes du torseur ; -la nécessité de prévoir un boîtier d'introduction d'efforts permettant de transmettre vers le repère tournant (arbre de sortie) les efforts produits en repère fixe. Par ailleurs, par le document WO-99/60362, on connaît un banc d'essai du type précité, qui comporte de plus, pour supporter la boîte de transmission à tester, une plaque de serrage qui porte cette dernière et qui peut être entraînée en rotation, autour de l'arbre rotor (arbre de sortie) de ladite boîte de transmission, par l'intermédiaire de deux actionneurs. Ces actionneurs sont uniquement destinés à corriger la position angulaire (autour de la direction définie par l'arbre rotor) dans le plan de la plaque de serrage de la boîte de transmission de manière à compenser la rotation parasite de cette dernière, sous l'effet du couple qui est appliqué à l'arbre (ou aux arbres) d'entrée. Ces moyens connus (plaque de serrage et actionneurs) ont donc pour but de réduire les désalignements angulaires dans l'arbre (ou les arbres) d'entrée, et ainsi les surcharges et les endommagements induits par ces désalignements. La présente invention concerne un banc d'essai, à chaîne fermée ou à chaîne ouverte, permettant de remédier aux inconvénients précités. A cet effet, selon l'invention, ledit banc d'essai pour tester un dispositif de transmission de puissance, en particulier une boîte de transmission d'un hélicoptère, comportant au moins un arbre d'entrée, un arbre de sortie et un carter, ledit banc d'essai comprenant : - un premier ensemble comportant des moyens de liaison, ainsi qu'un arbre de liaison qui est susceptible d'être relié, par l'intermédiaire des- dits moyens de liaison, à l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance à tester ; - un second ensemble qui est susceptible d'être relié à l'arbre d'entrée du dispositif de transmission de puissance à tester ; - un support réglable en position, sur lequel est susceptible d'être monté le carter du dispositif de transmission de puissance à tester ; et - des moyens de réglage commandables, pour régler la position dudit support, est remarquable en ce que lesdits moyens de liaison sont formés de manière à pouvoir réaliser une liaison rigide et coaxiale entre ledit arbre de liaison et l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance, et en ce que ledit support et lesdits moyens de réglage sont formés de manière à amener le carter du dispositif de transmission de puissance, lorsqu'il est monté sur ledit support, dans une position spatiale telle que l'ensemble des efforts et des moments susceptibles d'être engendrés sur l'arbre de sortie sont appliqués audit carter. Ainsi, grâce à l'invention, l'arbre de sortie du dispositif de transmission de puissance (qui est rendu solidaire de l'arbre de liaison dudit premier élément du banc d'essai) devient la référence, et les moyens de réglage qui agissent sur la position du dispositif de transmission de puissance (via ledit support réglable) permettent d'introduire les efforts et les moments nécessaires à la simulation, par le carter dudit dispositif de transmission de puissance. Lesdits moyens de réglage assurent donc, non seulement le positionnement spatial dudit support (et donc du carter du dispositif de transmission de puissance) pour compenser les éventuels défauts de positionnement, mais également l'introduction d'un torseur d'efforts qui simule les conditions réelles de fonctionnement. Par conséquent, la présente invention permet d'inverser l'architecture d'intégration, par rapport à la solution usuelle (carter solidaire d'un repère fixe pris comme référence et moyens de liaison destinés à la compensation) précitée. Aussi, lesdits moyens de liaison (entre l'arbre de liaison et l'arbre de sortie) peuvent être réalisés de façon très simple et peu coûteuse, puisqu'ils n'ont pas à prendre en compte les défauts de positionnement et les efforts parasites (qui sont compensés par les moyens de réglage), ce qui permet de remédier aux inconvénients précités. On notera de plus que, lors du test d'une boîte de transmission d'un hélicoptère, la maîtrise des efforts moyens et dynamiques en repère fixe, mise en #uvre par la présente invention permet notamment : - de simuler plus simplement le fonctionnement de la mécanique sur l'hé- licoptère, en introduisant un torseur complet d'efforts et de moments, représentatif du torseur tête rotor, sans avoir recours à un boîtier mé- canique assurant le transfert des efforts du repère fixe vers le repère tournant ; - de réduire T'ondulation de couple". Ce phénomène, qui se traduit par une variation cyclique du couple autour de sa valeur moyenne, est dû à l'excitation de toute la chaîne dynamique par les défauts des éléments inertiels en mouvement (jeux, balourds, désalignements angulaires, dé- fauts de parallélisme, erreurs de pas, etc ...). L'ondulation de couple constatée sur le banc d'essai étant généralement plus élevée que celle acceptée sur l'hélicoptère, il est avantageux de pouvoir la ramener à un niveau comparable. L'introduction des efforts par le carter permet d'agir efficacement sur l'ondulation de couple ; et - d'éviter les mesures en repère tournant sur l'arbre de sortie, ce qui permet de supprimer le collecteur de mesures, coûteux et fragile, qui est nécessaire sur les bancs d'essai usuels. De préférence, lesdits moyens de réglage règlent la position dudit support de manière à appliquer au carter du dispositif de transmission de puissance des efforts et des moments suivant les six degrés de liberté de ce dernier. Ainsi, à la différence du banc d'essai décrit dans le document WO- 99/60362 qui prévoit des actionneurs destinés uniquement à régler la position angulaire autour de l'arbre rotor de la boîte de transmission à tester, les moyens de réglage du banc d'essai conforme à l'invention permettent simultanément : - d'introduire les efforts et les moments par le carter ; et - de positionner ledit carter spatialement, à savoir selon ses six degrés de liberté. Par ailleurs, dans un mode de réalisation préféré, mais non exclusif, lesdits moyens de réglage comportent des vérins. La présente invention concerne également un système d'essai comprenant : - un banc d'essai pour tester un dispositif de transmission de puissance, en particulier une boîte de transmission d'un hélicoptère ; et - un dispositif de transmission de puissance qui comporte au moins un arbre d'entrée, un arbre de sortie et un carter, et qui est monté sur ledit banc d'essai. Selon l'invention, ledit système d'essai est remarquable en ce que ledit banc d'essai est du type de celui décrit ci-dessus. Dans un mode de réalisation préféré : - ledit support est pourvu d'un logement qui est susceptible de recevoir un support auxiliaire ; et - ledit système d'essai comporte de plus un support auxiliaire amovible, sur lequel est fixé le carter du dispositif de transmission de puissance, et qui présente une forme adaptée audit logement du support du banc d'essai de manière à pouvoir être monté de façon stable sur ledit sup- port. Ce dernier mode de réalisation permet de réduire les opérations à réaliser et les pièces à changer, pour remplacer un dispositif de transmission de puissance à tester par un autre, puisque ledit support reste sur le banc d'essai et que seul ledit support auxiliaire doit être changé avec les différents éléments qu'il porte. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un système d'essai conforme à l'invention. La figure 2 est une vue schématique selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 illustre schématiquement un mode de réalisation particulier d'une partie d'un banc d'essai conforme à l'invention. Le banc d'essai 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement sur les figures 1 et 2 est utilisé pour tester un dispositif de transmission de puissance 2, en particulier une boîte de transmission (principale, intermédiaire ou arrière) d'un hélicoptère. Dans le cadre de la présente invention, une boîte de transmission de puissance 2 comporte, notamment, de façon usuelle : - au moins un arbre de sortie 3 (un arbre rotor par exemple) qui est sou- mis à un torseur de six efforts et moments ; - au moins un arbre d'entrée 4 (arbre d'entraînement en puissance), et plus particulièrement deux arbres d'entrée 4 sur les modes de réalisa- tion particuliers des figures 1 à 3 ; -un carter 5 qui est capable de reprendre la totalité des efforts de diffé- rentes façons (platine interface, contrefiches, plots, ...). On sait que, pour tester un tel dispositif de transmission de puissance 2, le banc d'essai 1 réalise généralement deux types de tests, à savoir : - des tests de développement, qui ont pour but de simuler le plus fidèle- ment possible les conditions de fonctionnement réelles (en particulier la simulation du torseur tête rotor et des niveaux de charge dans les arbres de transmission, pour une boîte de transmission principale d'un hélicoptère) du dispositif de transmission de puissance 2 ; - des tests de réception, qui ont pour but de vérifier le bon fonctionne- ment des différents éléments mécaniques, sous un spectre de charge standard (avec des mesures du couple, des vitesses de rotation et des températures notamment). A cet effet, ledit banc d'essai 1 qui forme à lui seul une chaîne cinématique ouverte (de type mécanique, hydraulique ou électrique), comporte de façon connue, comme représenté schématiquement sur la figure 1 : - un premier ensemble 6 qui comporte un arbre de liaison (ou de trans- mission) 7 susceptible d'être relié, par l'intermédiaire de moyens de liai- son 8, à l'arbre de sortie 3 du dispositif de transmission de puissance 2 à tester ; et - un second ensemble 9 qui est monté sur un élément de soutien 10 agencé par exemple dans un plan horizontal OXY, qui est susceptible d'être relié, par l'intermédiaire de moyens de liaison 11usuels, de type "flector" par exemple, aux arbres d'entrée 4 du dispositif de transmis- sion de puissance 2 à tester, et qui est adapté géométriquement et cinématiquement audit dispositif de transmission de puissance 2. Dans le cas où le banc d'essai 1 est à chaîne fermée, il comporte de plus, de façon connue, au moins un arbre de transmission 12, par exemple d'axe vertical OZ, qui relie ensemble lesdits premier et second ensembles 6 et 9. Ledit banc d'essai 1 et le dispositif de transmission de puissance 2 monté sur ce dernier forment, dans ce cas, un système d'essai 13 qui constitue une chaîne fermée de sorte que, lors d'un test, l'énergie qui est issue de l'arbre de sortie 3 est réinjectée dans les arbres d'entrée 4 du dispositif de transmission de puissance 2, via l'arbre de liaison 7, l'ensem- ble 6, l'arbre de transmission 12 et l'ensemble 9. Cette chaîne fermée (ou ce système d'essai 13) consomme donc très peu d'énergie. Seules les pertes d'énergie sont en effet consommées. La simulation réalisée par le banc d'essai 1 lors d'un test consiste à recréer les différentes sollicitations (entraînement des arbres d'entrée, dissipation de puissance dans le rotor, torseur d'efforts aérodynamiques introduits par le rotor) par des techniques mécaniques, hydrauliques ou électriques, sans fournir nécessairement la totalité de la puissance. En particulier, pour des boîtes de transmission (principale, intermédiaire, arrière) d'un hélicoptère, on simule principalement: - les couples d'entraînement et les couples rotor ; - les régimes ; - les efforts aérodynamiques du rotor 3 (poussée, flexion) ; - les efforts de reprise du carter 5 ; -les efforts d'entraînements accessoires (pompes, alternateur, ventila- teur, ...). Selon l'invention : - lesdits moyens de liaison 8 sont formés (de façon usuelle) de manière à pouvoir réaliser une liaison rigide et coaxiale entre ledit arbre de liaison 7 et l'arbre de sortie 3 du dispositif de transmission de puissance 2, liaison rigide qui est capable de transmettre tous les efforts et la rota- tion. De préférence, lesdits moyens de liaison 8 sont du type usuel à brides boulonnées ; et - ledit banc d'essai 1 comporte de plus : un support 14 réglable en position, sur lequel est susceptible d'être monté (de préférence indirectement, comme on le verra plus en détail ci-dessous) le carter 5 du dispositif de transmission de puissance 2 à tester ; et des moyens de réglage 15 commandables, pour régler la position du- dit support 14 et assurer l'équilibre des efforts, qui sont formés de manière à amener le carter 5 du dispositif de transmission de puis- sance 2, lorsqu'il est monté sur ledit support 14, dans une position spatiale telle que l'ensemble des efforts et des moments susceptibles d'être engendrés sur l'arbre de sortie 3 sont appliqués sur ledit carter 5. Ainsi, grâce à l'invention, l'arbre de sortie 3 du dispositif de transmission de puissance 2 (qui est rendu solidaire de l'arbre de liaison 7 dudit premier élément 6 du banc d'essai 1) devient la référence, et les moyens de réglage 15 qui agissent sur la position spatiale du dispositif de transmission de puissance 2 (via le support 14) permettent d'introduire, par le carter 5 du dispositif 2, les efforts et les moments nécessaires à la simulation. Ainsi, lesdits moyens de réglage 15 permettent d'assurer l'équilibre mécanique exigé (efforts et position), puisque non seulement ils assurent le positionnement spatial dudit support 14 (et donc du carter 5 du dispositif de transmission de puissance 2) pour compenser les éventuels défauts de positionnement, mais de plus ils appliquent un torseur d'efforts qui simule les conditions réelles de fonctionnement. Par conséquent, la présente invention permet d'inverser l'architecture d'intégration, par rapport à la solution usuelle (carter solidaire d'un repère fixe et moyens de liaison destinés à la compensation). Aussi, lesdits moyens de liaison 8 (entre l'arbre de liaison 7 et l'arbre de sortie 3) qui ne réalisent qu'une liaison rigide peuvent être réalisés de façon très simple et peu coûteuse, puisqu'ils n'ont pas à prendre en compte les défauts de positionnement et les efforts parasites (qui sont compensés par les moyens de réglage 15). On notera de plus que, lors du test d'une boîte de transmission d'un hélicoptère, la maîtrise des efforts moyens et dynamiques en repère fixe, mise en #uvre par la présente invention permet notamment : - de simuler plus simplement le fonctionnement de la mécanique sur l'hé- licoptère, en introduisant un torseur complet d'efforts et de moments, représentatif du torseur tête rotor, sans avoir recours à un boîtier mé- canique assurant le transfert des efforts du repère fixe vers le repère tournant ; - de réduire l'"ondulation de couple". Ce phénomène, qui se traduit par une variation cyclique du couple autour de sa valeur moyenne, est dû à l'excitation de toute la chaîne dynamique par les défauts des éléments inertiels en mouvement (jeux, balourds, désalignements angulaires, dé- fauts de parallélisme, erreurs de pas, etc ...). L'ondulation de couple constatée sur un banc d'essai usuel étant généralement plus élevée que celle acceptée sur l'hélicoptère, il est avantageux de pouvoir la ramener à un niveau comparable. L'introduction des efforts par le carter 5 per- met d'agir efficacement sur ladite ondulation de couple ; et - d'éviter les mesures en repère tournant sur l'arbre de sortie 3, ce qui permet de supprimer le collecteur de mesures, coûteux et fragile, qui est nécessaire sur les bancs d'essai usuels. Par ailleurs, dans un mode de réalisation préféré représenté sur la figure 3, lesdits moyens de réglage 15 comportent une pluralité de vérins 16, 17 (par exemple six vérins), présentant une autorité maîtrisée et capables d'imposer une position particulière ou un effort particulier au dispositif de transmission de puissance 2 (comme illustré également par des traits mixtes 18 et 19 sur les figures 1 et 2), suivant les six degrés de liberté, et ceci par référence à un repère fixe 20. Ledit repère fixe 20 correspond, de préférence, à l'élément de soutien 10 qui est fixe et très stable. Ces vérins 16, 17 (hydrauliques, électriques,...), dont on a uniquement représenté deux sur les figures 1 à 3 pour des raisons de simplification du dessin, sont actifs en valeur moyenne et dynamique. Bien entendu, dans le cadre de la présente invention, d'autres moyens connus (non représentés) peuvent être utilisés pour régler la position spatiale du support 14, de la manière décrite précédemment. En outre, dans le mode de réalisation préféré représenté sur la figure 3 : - ledit support 14 est pourvu d'un logement 21 ; et - ledit système d'essai 13 comporte, de plus, un support auxiliaire 22 qui est amovible, sur lequel est fixé le carter 5 du dispositif de transmission de puissance 2, et qui présente une forme adaptée audit logement 21 du support 14 de manière à pouvoir être monté de façon stable sur ledit support 14, si nécessaire avec l'aide de moyens de fixation usuels non représentés. Ce mode de réalisation préféré permet de réduire les opérations à réaliser et les pièces à changer, pour remplacer un dispositif de transmission de puissance 2 à tester par un autre dispositif 2, puisque ledit support 14 reste sur le banc d'essai 1 et que seul ledit support auxiliaire 22 doit être changé avec le dispositif de transmission de puissance 2 qu'il porte. REVENDICATIONS 1. Banc d'essai pour tester un dispositif de transmission de puissance (2), en particulier une boîte de transmission d'un hélicoptère, comportant au moins un arbre d'entrée (4), un arbre de sortie (3) et un carter (5), ledit banc d'essai (1) comprenant : - un premier ensemble (6) comportant des moyens de liaison (8), ainsi qu'un arbre de liaison (7) qui est susceptible d'être relié, par l'intermé- diaire desdits moyens de liaison (8), à l'arbre de sortie (3) du dispositif de transmission de puissance (2) à tester ; - un second ensemble (9) qui est susceptible d'être relié à l'arbre d'entrée (4) du dispositif de transmission de puissance (2) à tester ; - un support (14) réglable en position, sur lequel est susceptible d'être monté le carter (5) du dispositif de transmission de puissance (2) à tes- ter ; et - des moyens de réglage (15) commandables, pour régler la position dudit support (14), caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison (8) sont formés de manière à pouvoir réaliser une liaison rigide et coaxiale entre ledit arbre de liaison (7) et l'arbre de sortie (3) du dispositif de transmission de puissance (2), et en ce que ledit support (14) et lesdits moyens de réglage (15) sont formés de manière à amener le carter (5) du dispositif de transmission de puissance (2), lorsqu'il est monté sur ledit support (14), dans une position spatiale telle que l'ensemble des efforts et des moments susceptibles d'être engendrés sur l'arbre de sortie (3) sont appliqués audit carter (5). 2. Banc d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage (15) règlent la position dudit support (14) de manière à appliquer au carter (5) du dispositif de transmission de puissance (2) des efforts et des moments suivant les six degrés de liberté de ce dernier. 3. Banc d'essai selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage (15) comportent des vérins (16, 17). 4. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit support (14) est pourvu d'un logement (21) qui est susceptible de recevoir un support auxiliaire (22). 5. Système d'essai comprenant : - un banc d'essai (1) pour tester un dispositif de transmission de puis- sance (2), en particulier une boîte de transmission d'un hélicoptère ; et - un dispositif de transmission de puissance (2) qui comporte au moins un arbre d'entrée (4), un arbre de sortie (3) et un carter (5), et qui est monté sur ledit banc d'essai (1), caractérisé en ce que ledit banc d'essai (1) est du type de celui spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Système d'essai selon la revendication 5, comprenant un banc d'essai selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un support auxiliaire amovible (22), sur lequel est fixé le carter (5) du dispositif de transmission de puissance (2), et qui présente une forme adaptée audit logement (21) du support (14) du banc d'essai (1) de manière à pouvoir être monté de façon stable sur ledit support (14).