Brevet FR2897120A1 — publié le 20070810

Titre de l'invention Pivot d'aube à angle de calage variable de turbomachine et dispositif de commande d'une telle aube Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la commande d'aubes à angle de calage variable. Elle trouve une application particulière dans le domaine de l'aéronautique, notamment pour la commande des positions angulaires d'aubes directrices d'entrée d'air dans des compresseurs de turbomachine. Les dispositifs connus pour la commande d'aubes à angle de calage variable dans une turbomachine comportent habituellement un organe de commande sous forme d'un anneau entourant un carter de la turbomachine et une pluralité de leviers ou biellettes, chaque biellette ayant une première extrémité reliée à l'anneau de commande par une articulation et une deuxième extrémité montée sur le pivot d'une aube respective. La modification synchronisée de la position angulaire des aubes est réalisée par rotation de l'anneau autour de l'axe de la turbomachine. Afin de pouvoir suivre le mouvement de rotation de l'anneau, la liaison entre chaque biellette et l'anneau comprend au moins un degré de liberté en rotation autour d'un axe dirigé sensiblement radialement par rapport à l'anneau. Toutefois, la biellette étant montée rigidement sur le pivot de l'aube correspondante, la rotation de l'anneau induit d'autres mouvements relatifs entre l'anneau et la partie de la biellette montée sur le pivot de l'aube. Afin de s'accommoder de ces mouvements supplémentaires, ou d'au moins une partie d'entre eux, il est bien connu de réaliser la liaison sous forme d'une rotule ou d'une pièce analogue qui, outre la rotation autour d'un axe sensiblement radial par rapport à l'anneau, autorise une rotation autour d'un axe ayant une direction sensiblement circonférentielle autour de l'axe de la turbomachine. L'articulation mécanique entre le pivot de l'aube et l'extrémité de la biellette montée sur celui-ci peut être réalisée de différentes manières. Par exemple, le pivot de l'aube peut comporter une extrémité filetée qui traverse un orifice percé dans la biellette de commande, un écrou serré sur l'extrémité filetée du pivot permettant de lier en rotation l'ensemble de ces pièces. On connaît ainsi des articulations dans lesquelles l'entraînement de la biellette de commande est réalisé au moyen d'un carré d'entraînement sans rattrapage de jeu. Dans cet art antérieur, l'imprécision d'entraînement en rotation de la biellette de commande par rapport au pivot de l'aube varie de 0,5 à 0,7 (due aux tolérances de fabrication). Cette imprécision provient du fait que l'articulation entre le pivot de l'aube et l'extrémité de la biellette montée sur celui-ci a tendance à se dégrader sous les efforts engendrés par la répétition des divers mouvements relatifs entre l'anneau de commande et l'extrémité de la biellette. Un jeu s'installe alors entre le pivot et l'extrémité de la biellette montée sur celui-ci. Il en résulte une imprécision au niveau de l'entraînement de la biellette qui est particulièrement préjudiciable au bon fonctionnement de l'ensemble. Selon un autre mode de réalisation décrit dans le document US 5,024,580, il est prévu une bague de pincement d'une biellette de faible épaisseur sur le pivot de l'aube, ce dernier présentant une forme tronconique. L'ensemble est lié à l'aide d'une vis qui traverse la bague de pincement et la biellette et qui est visée sur le pivot de l'aube. Dans cet art antérieur, le jeu d'entraînement en rotation de la biellette de commande par rapport au pivot de l'aube est nul. Cependant, la biellette ne suffit pas à elle seule à rattraper le jeu d'entraînement de sorte que ce type de mécanisme d'entraînement nécessite la présence de pièces supplémentaires. Une telle augmentation de pièces se fait au détriment de l'efficacité, du coût et du poids total du mécanisme d'entraînement. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un pivot d'aube à angle de calage variable permettant d'obtenir un maintien sans jeu de la biellette sur le pivot de l'aube à commander afin de supprimer l'imprécision d'entraînement sans nécessiter l'ajout de pièces supplémentaires. Ce but est atteint grâce à un pivot d'aube à angle de calage variable pour compresseur de turbomachine, ledit pivot étant destiné à recevoir une extrémité d'une biellette dont l'extrémité opposée est articulée sur un anneau de commande, et dans lequel, conformément à l'invention, le pivot comporte au moins une face plane qui est inclinée par rapport à un axe longitudinal du pivot de façon à former un angle ouvert en direction d'une base du pivot opposée à son extrémité libre, la face plane inclinée du pivot étant destinée à coopérer avec une face plane inclinée correspondante de la biellette. La présence d'au moins une face plane inclinée coopérant avec une face correspondante de la biellette présente de nombreux avantages. Notamment, ce type de contact entre faces planes inclinées supprime les imprécisions d'entraînement tout en conservant, voire en augmentant, la dimension des surfaces de contact offertes au matage. En particulier, les surfaces de matage peuvent être doublées pour un même empattement d'entraînement. A titre d'exemple, il peut être obtenu une tolérance de plus ou moins 0,025 mm par face plane inclinée générant une variation de la plage de manoeuvre de la biellette de 0,07 (par excès ou par défaut). Ceci peut permettre, dans certains cas, de doubler les tolérances de fabrication par rapport aux critères actuels, tout en obtenant une précision d'entraînement angulaire jusqu'à dix fois supérieure à ce qui existe actuellement. En outre, le pivot d'aube selon l'invention est applicable à toutes les tailles de pivot et ne nécessite qu'un minimum de pièces pour obtenir des résultats satisfaisants. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le pivot comporte deux faces planes inclinées qui sont symétriques par rapport à 25 un plan longitudinal du pivot. Alternativement, le pivot peut comporter deux faces planes inclinées qui sont dissymétriques par rapport au plan longitudinal du pivot. Le ou les faces planes inclinées du pivot forment un angle par rapport à l'axe longitudinal du pivot compris entre 15 et 20 , et qui est 30 de préférence de 17 . Selon une autre caractéristique particulière, le pivot comporte une face plane inclinée et une face plane qui est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du pivot. Par rapport à un mode de réalisation à deux faces planes inclinées, cette solution assure un détrompage entre le bord 35 d'attaque et le bord de fuite de la biellette. Selon encore une autre caractéristique particulière, la première extrémité de la biellette de commande présente une épaisseur de préférence supérieure à la hauteur sur laquelle s'étendent les faces planes inclinées. Selon encore une autre caractéristique particulière, le pivot comporte un filetage au niveau de son extrémité libre sur lequel est destiné à être serrée un écrou. L'invention a aussi pour objet une aube à angle de calage variable comportant un pivot tel que défini précédemment. L'invention a encore pour objet un dispositif de commande d'aube à angle de calage variable pour compresseur de turbomachine, comportant une biellette, des moyens de fixation d'une première extrémité de la biellette sur un pivot d'une aube à commander, et des moyens de liaison formant articulation entre une seconde extrémité de la biellette et un anneau de commande, caractérisé en ce que le pivot comporte au moins une face plane qui est inclinée par rapport à un axe longitudinal du pivot de façon à former un angle ouvert en direction d'une base du pivot opposée à son extrémité libre, la face plane inclinée du pivot coopérant avec une face plane inclinée correspondante de la première extrémité de la biellette. L'invention a encore pour objet un compresseur et une turbomachine comportant au moins un dispositif de commande d'aube à angle de calage variable tel que défini précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - les figures 1 et 2 sont des vues en perspective et en éclaté d'un dispositif de commande selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe du dispositif assemblé de la figure 1, respectivement selon III-III et IV-IV ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif de 35 commande selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale du dispositif assemblé de la figure 5. Description détaillée d'un mode de réalisation Les figures 1 et 2 représentent de façon très partielle une aube 10 à angle de calage variable qui est disposée, par exemple, en entrée de compresseur haute-pression d'une turbomachine. De façon connue en soi, une telle aube 10 à angle de calage variable se termine à une extrémité radiale externe (ou tête d'aube) par un pivot de commande 12 (ou pivot supérieur) et à une extrémité radiale interne (ou pied d'aube) par un pivot de guidage (ou pivot inférieur) non représenté sur les figures. Le pivot de commande 12 de l'aube est de forme générale cylindrique. Il traverse une enveloppe de stator (non représentée) de la turbomachine et coopère avec un organe de commande de l'orientation des aubes. A cet effet, le pivot de commande 12 se termine par une tête 14 sur laquelle est engagée une première extrémité 16a d'une biellette de commande 16 dont la seconde extrémité 16b coopère avec un anneau de commande 18 par des moyens de liaison formant articulation. Par exemple, cette articulation peut être réalisée par un axe ou doigt traversant la première extrémité 16a de la biellette et engagé dans un logement de l'anneau de commande 18. L'anneau de commande 18 est centré sur l'axe de la turbomachine et sa rotation autour de celui-ci permet de faire tourner les biellettes de commande 16 et ainsi de modifier simultanément l'orientation de toutes les aubes 10 à angle de calage variable d'un même étage du compresseur haute-pression. Conformément à l'invention, le pivot de commande 12 de l'aube 10 comporte au moins une face plane 20a, 20b qui est inclinée par rapport à un axe longitudinal X-X du pivot de façon à former un angle e ouvert en direction d'une base du pivot opposée à son extrémité libre, la face 20a, 20b plane inclinée du pivot de commande étant destinée à coopérer avec une face plane inclinée correspondante 22a, 22b de la première extrémité 16a de la biellette de commande 16. Plus précisément, la première extrémité 16a de la biellette de commande 16 présente une ouverture pour le passage du pivot de commande 12, cette ouverture ayant une empreinte de forme complémentaire à la forme du pivot de commande. Comme représenté sur la figure 2, cette empreinte présente donc au moins une face plane inclinée 22a, 22b et au moins une portion de face qui est courbée. Dans un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4, le pivot de commande 12 de l'aube 10 comporte deux faces planes 20a, 20b inclinées. Comme illustré sur la figure 3, ces faces inclinées 20a, 20b peuvent être disposées de façon symétrique par rapport à un plan longitudinal P du pivot de commande, ce plan longitudinal P passant par les axes longitudinaux X-X et Y-Y respectifs du pivot de commande 12 et de la biellette 16. Alternativement, les faces inclinées pourraient être disposées de façon dissymétrique par rapport au plan longitudinal P de façon à assurer un détrompage entre le bord d'attaque et le bord de fuite de la biellette. Les faces inclinées 20a, 20b forment chacune un angle e identique qui est ouvert en direction d'une base du pivot de commande opposée à son extrémité libre (c'est-à-dire opposée à sa tête 14). En outre, ces faces inclinées 20a, 20b du pivot de commande 12 sont destinées à coopérer avec deux faces planes inclinées correspondantes 22a, 22b formées dans la première extrémité 16a de la biellette de commande 16. Comme représenté sur la figure 3, la première extrémité 16a de la biellette de commande 16 présente une épaisseur qui est de préférence supérieure à la hauteur sur laquelle s'étendent les faces inclinées 20a, 20b du pivot de commande 12. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les faces inclinées 20a, 20b forment un angle e par rapport à l'axe longitudinal X-X du pivot de commande 12 qui est compris entre 15 et 20 , et qui est de préférence de 17 . Avec une telle disposition, les précisions d'entraînement du dispositif de commande sont augmentées tout en conservant, voire en augmentant, la dimension des surfaces de contact offertes au matage. Ceci est notamment visible sur la figure 4. Sur cette figure 4, la surface hachurée représente la surface de contact réelle entre l'une des faces inclinées 20a du pivot de commande 12 et la face inclinée correspondante de la première extrémité 16a de la biellette. Comme les faces inclinées 20a, 20b sont distantes du diamètre de l'extrémité libre du pivot de commande 12, le passage du pivot de commande au travers de la biellette ne vient pas (ou peu) consommer de surface de contact. Il en résulte que cette surface de contact est nettement supérieure à celle qu'offre un pivot de commande de l'art antérieur. En variante de ce mode de réalisation, il est possible d'écarter ou de rapprocher les faces planes inclinées 20a, 20b du pivot de commande 12 par rapport à l'axe longitudinal X-X de ce dernier. Dans un second mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, le pivot de commande 12' de l'aube selon l'invention comporte une face plane 20' inclinée et une face plane 24 qui est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal X-X du pivot. En outre, la première extrémité 16a de la biellette présente une empreinte de forme complémentaire à la forme du pivot de commande, c'est-à-dire qu'elle comporte notamment une face plane inclinée 22' et une face plane 26 qui parallèle à l'axe longitudinal X-X du pivot de commande 12. Ces deux faces planes 20', 24 du pivot de commande 12' sont disposées de part et d'autre du plan longitudinal P du pivot (plan passant par les axes longitudinaux respectifs X-X et Y-Y du pivot de commande 12' et de la biellette 16). Comme indiqué précédemment, la face inclinée 20' du pivot de commande 12' forme un angle e ouvert en direction d'une base du pivot opposée à son extrémité libre (l'angle e par rapport à l'axe longitudinal X-X du pivot étant de préférence compris entre 15 et 20 , et avantageusement de 17 ). Comme représenté sur la figure 6, la première extrémité 16a de la biellette de commande 16 présente une épaisseur qui est de préférence supérieure à la hauteur sur laquelle s'étendent les faces planes 20', 24 du pivot de commande 12'. Par rapport au mode de réalisation précédent, l'utilisation d'une face plane inclinée et d'une face plane parallèle à l'axe longitudinal du pivot permet d'obtenir un détrompage entre le bord d'attaque et le bord de fuite de la biellette. Quelque soit le mode de réalisation du pivot de commande 12, 12' selon l'invention, celui-ci comporte également des moyens de fixation de la première extrémité 16a de la biellette 16 sur le pivot. De tels moyens peuvent se composer d'un filetage 28 formé au niveau de l'extrémité libre du pivot de commande 12, 12' (c'est-à-dire au niveau de sa tête 14) et d'un écrou de serrage 30. Par ailleurs, suivant la décision du concepteur et les tolérances de fabrication, l'extrémité de la biellette sur laquelle est reçu le pivot de commande peut comporter une ouverture cylindrique simple pour le passage du pivot ou une ouverture de forme oblongue pour le passage du pivot et de l'écrou de serrage. Dans le cas d'une ouverture oblongue, celle-ci aura de préférence une direction orthogonale à la direction principale du ou des faces planes inclinées. REVENDICATIONS 1. Pivot (12, 12') d'aube à angle de calage variable pour compresseur de turbomachine, ledit pivot étant destiné à recevoir une extrémité (16a) d'une biellette (16) dont l'extrémité opposée (16b) est articulée sur un anneau de commande (18), ledit pivot étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins une face plane (20a, 20b ; 20') qui est inclinée par rapport à un axe longitudinal (X-X) du pivot de façon à former un angle (0) ouvert en direction d'une base du pivot opposée à son extrémité libre, la face plane inclinée (20a, 20b ; 20') du pivot étant destinée à coopérer avec une face plane inclinée correspondante (22a, 22b ; 22') de la biellette (16). 2. Pivot (12) selon la revendication 1, comportant deux faces planes inclinées (20a, 20b) qui sont symétriques par rapport à un plan longitudinal (P) du pivot. 3. Pivot (12) selon la revendication 1, comportant deux faces planes inclinées qui sont dissymétriques par rapport à un plan longitudinal (P) du pivot. 4. Pivot (12, 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le ou les faces planes inclinées (20a, 20b ; 20') forment un angle (6) par rapport à l'axe longitudinal (X-X) du pivot compris entre 15 et 20 . 5. Pivot (12, 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le ou les faces planes inclinées (20a, 20b ; 20') forment un angle (6) de 17 par rapport à l'axe longitudinal (X-X) du pivot. 6. Pivot (12') selon la revendication 1, comportant une face plane inclinée (20') et une face plane (24) qui est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (X-X) du pivot. 35 7. Pivot (12, 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la première extrémité (16a) de la biellette de commande30(16) présente une épaisseur supérieure à la hauteur sur laquelle s'étendent le ou les faces planes inclinées (20a, 20b ; 20'). 8. Pivot (12, 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 7, comportant en outre un filetage (28) au niveau de son extrémité libre sur lequel est destiné à être serré un écrou (30). 9. Aube (10) à angle de calage variable pour compresseur de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte un pivot (12, 12') selon 10 l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Dispositif de commande d'aube à angle de calage variable pour compresseur de turbomachine, comportant une biellette (16), des moyens de fixation (28, 30) d'une première extrémité (16a) de la biellette 15 sur un pivot (12, 12') d'une aube (10) à commander, et des moyens de liaison formant articulation entre une seconde extrémité (16b) de la biellette et un anneau de commande (18), caractérisé en ce que le pivot (12, 12') comporte au moins une face plane (20a, 20b ; 20') qui est inclinée par rapport à un axe longitudinal (X-X) du pivot de façon à former 20 un angle (0) ouvert en direction d'une base du pivot opposée à son extrémité libre, la face plane inclinée (20a, 20b ; 20') du pivot coopérant avec une face plane inclinée (22a, 22b ; 22') correspondante de la première extrémité (16a) de la biellette (16). 25 11. Compresseur de turbomachine caractérisé en en ce qu'il comporte au moins un dispositif de commande d'aube à angle de calage variable selon la revendication 10. 12. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte au moins 30 un dispositif de commande d'aube à angle de calage variable selon la revendication 10.