Brevet FR2955083A1 — publié le 20110715

PALE D'HELICE ET PROCEDE DE REALISATION D'UNE TELLE PALE L'invention concerne en particulier une pale d'hélice et concerne également un procédé de réalisation d'une telle pale. L'invention porte de surcroît sur un anneau de rétention muni de telles pales. L'anneau de rétention équipe par exemple des avions. De façon connue, des anneaux de rétention adaptés pour être pourvu de pales sont généralement formés par un anneau (typiquement en titane ou en matériau composite), comportant des pivots de pieds de pale. Chaque pivot 100 (illustré en figure 1) est apte à recevoir un pied 101 d'une pale 103 ainsi qu'un palier 102. L'ensemble pivot 100 et palier 102 permet à la pale 103 de pivoter sur elle-même. Cette particularité est recherchée pour orienter les pales selon différents angles. Chaque pale 103 comporte un longeron 104 munie sur sa partie inférieure du pied 101 en forme de queue d'aronde. Le pivot 100 comporte une partie basse 100B de section sensiblement cylindrique comportant le palier 102 et une partie haute 100H comportant une rainure 105, laquelle rainure 105 est adaptée pour recevoir par encastrement le pied 101. Un anneau de rétention 106 comportant une pluralité de pales 103 est illustré en figure 2. L'ensemble comportant l'anneau de rétention 106, les pales 103, les pieds 101, les pivots 100 et les paliers 102 est adapté pour être entraîné en rotation par un arbre de moteur (non représenté). L'anneau de rétention 106 comporte habituellement une structure polygonale formée par une pluralité de bras 107 ou ligaments. L'anneau de rétention 106 comporte une pluralité d'alésages 108 uniformément répartis à sa périphérie, chaque alésage 108 étant localisé entre deux bras consécutifs 107. Ces alésages 108 sont aptes à recevoir les parties basses 100B des pivots de pieds de pale. Une configuration telle que décrite ci-dessus est toutefois susceptible de présenter certains inconvénients. En effet, l'anneau de rétention 106 constitue un disque de masse relativement importante devant résister aux forces centrifuges qui lui sont appliquées lors de la rotation de l'arbre moteur. Lorsque l'anneau de rétention 106 est en rotation, les bras 107 constitutifs de l'anneau de rétention 106 sont soumis à des forces centrifuges importantes. Ces forces centrifuges sont augmentées par le fait que les longerons 104, les pieds 101 de pale et les pivots 100 sont en métal. Dans ce contexte, les bras 107 travaillent en traction. La création d'une crique due à ces forces de traction peut conduire à la rupture d'un bras 107 et donc à l'ouverture de l'anneau de rétention 106. Une solution consiste dès lors à surdimensionner l'anneau de rétention 106 entraînant de fait une augmentation de la masse de l'ensemble. Un inconvénient supplémentaire réside en ce que les longerons 104 et les pieds 101 de pale sont réalisés par forgeage ou encore par moulage. De tels procédés de fabrication sont bien évidemment couteux. Un inconvénient additionnel réside dans le fait que l'assemblage du pied 101 de pale au sein de la rainure 105 comporte des étapes nombreuses et complexes. L'invention a donc plus particulièrement pour but de remédier aux inconvénients précités. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une pale d'hélice permettant d'assurer une sécurité optimale de fonctionnement de l'anneau de rétention tout en s'affranchissant d'un surdimensionnement de l'anneau. L'invention vise également à proposer une pale dont l'assemblage est considérablement simplifié. A cette fin, l'invention porte sur une pale d'hélice comportant un longeron présentant un axe longitudinal x. Ledit longeron est une pièce monobloc comportant une première partie de section oblongue poursuivie d'une deuxième partie de section cylindrique présentant un axe de symétrie selon ledit axe longitudinal x. De façon non limitative, on désigne dans la présente description par « section oblongue », une section s'éloignant plus ou moins de la forme d'un cercle présentant une forme ovale, elliptique ou encore aplatie avec deux cotés longs opposés et deux cotés court opposés, les côtés longs pouvant être rectilignes ou incurvés et les côtés courts étant incurvés. En d'autres termes, on entend par « section oblongue » une section dont la longueur est supérieure à la largeur, les cotés sur la largeur étant incurvés. Grâce à l'invention, la fabrication d'une pale conforme à l'invention est par conséquent considérablement simplifiée. Il est en effet possible de réaliser une pale selon l'invention en partant d'une pièce initiale cylindrique dont la forme est facile à obtenir. Elle peut, par exemple, être obtenue au moyen d'un procédé de tissage 3D ou de tressage. Cette pièce peut ensuite acquérir une section oblongue sur une partie de sa longueur par simple déformation. Une fois la déformation obtenue, une résine est ensuite injectée. De surcroit, la masse de la pale dans son ensemble est diminuée par le fait que le longeron forme à la fois l'âme de la pale, le pied de pale et le pivot de la pale. Une diminution du poids de la pale confère une sécurité accrue aux anneaux de rétention qui sont munis d'une telle pale. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, la pale selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement réalisables : - le matériau dudit longeron est un composite ; - ladite pale comporte une bague montée séré autour de ladite deuxième partie cylindrique dudit longeron ; - ladite bague comporte une collerette externe à son extrémité supérieure, dite collerette externe supérieure, ladite pale comportant un premier anneau de billes disposées dans la courbure de ladite collerette externe supérieure ; - ladite bague comporte une collerette externe à son extrémité inférieure, dite collerette externe inférieure et ladite deuxième partie dudit longeron comporte une collerette externe à son extrémité inférieure, ladite collerette externe épousant la forme de ladite collerette externe inférieure, ladite pale comportant un deuxième anneau de billes disposées dans la courbure de ladite collerette externe inférieure ; - lesdites billes dudit deuxième anneau comportent un diamètre supérieur aux dites billes dudit premier anneau ; - ladite pale comporte un support palier entourant lesdites billes de façon à les maintenir dans la courbure de la collerette sur laquelle elles sont disposées ; - ledit support palier comporte : o un premier anneau, o un deuxième anneau, et o un écrou apte à éloigner ou rapprocher lesdits premier et deuxième anneau de façon à exercer une précontrainte sur lesdites billes ; - ledit support palier comporte un filetage externe à sa périphérie. L'invention a également pour objet un anneau de rétention comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages radiaux, chacun desdits alésages radiaux comportant une bague munie d'un filetage interne. Ledit anneau de rétention comporte une pluralité de pales conforme à l'invention, chaque pale étant vissée dans une bague correspondante. Comparativement aux anneaux de rétention de l'état de la technique, la masse de l'ensemble formé par l'anneau de rétention, les paliers de pied de pale, les pieds de pale et les pales est diminué par le fait que chaque pale est munie d'un longeron qui forme à la fois l'âme de la pale, le pied de la pale et le pivot de la pale. Ainsi, lorsque l'ensemble est entraîné en rotation, l'anneau de rétention est soumis à des forces centrifuges moins importantes. Grâce à l'invention, l'anneau de rétention présente une sécurité accrue. En outre, les pales que comporte l'anneau de rétention peuvent être remplacées sans qu'il soit nécessaire de démonter le moteur entraînant l'anneau en rotation anneau. L'invention porte également sur un procédé de réalisation d'une pale conforme à l'invention. Le procédé comportant les étapes suivantes : - à partir d'une pièce sensiblement cylindrique, encastrer une partie de ladite pièce dans une bague, ladite partie encastrée formant ladite deuxième partie dudit longeron ; - déformer la partie non encastrée de ladite pièce cylindrique de façon à obtenir ladite première partie de section oblongue dudit longeron. Grâce au procédé de l'invention, le coût de fabrication d'une pale est diminué. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 représente, de façon schématique, un exemple, de pale et de pivot de pied de pale comportant un palier de pied de pale selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente, de façon schématique, un anneau de rétention conforme à ceux de l'état de la technique ; - la figure 3 représente, de façon schématique, une pale conforme à l'invention ; - la figure 4 représente, de façon schématique, une coupe selon l'axe A-A de la pale illustrée sur la figure 3 ; - la figure 5 représente un exemple de pied de pale muni d'un palier de pied de pale conforme à l'invention ; - les figures 6A à 6H illustrent les différentes étapes de réalisation d'une pale conforme à l'invention ; - la figure 7 représente, de façon schématique, un anneau de rétention muni d'une pale selon l'invention. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments utiles pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. En outre, les éléments similaires situés sur différentes figures comportent des références identiques. Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment en référence à l'état de la technique. La figure 3 représente une pale 1 conforme à l'invention. Cette pale 1 comporte un longeron 2 comportant une première partie P1 et une deuxième partie P2. La première partie P1 est recouverte d'un composite 3 donnant une forme aérodynamique à la pale 1. Ce composite peut être déposé par un procédé de drapage connu de l'homme du métier. Telle qu'illustrée sur la figure 4, le longeron 2 présente un axe de symétrie longitudinal x. La première partie P1 du longeron 2 comporte une section oblongue S1. Au contraire, la deuxième partie P2 du longeron 2 comporte une section sensiblement cylindrique dont l'axe de symétrie est confondu avec l'axe longitudinal x du longeron 2. L'extrémité inférieure 4 de la deuxième partie P2 du longeron 2 présente une collerette externe 5. En d'autres termes, le longeron 2 forme d'une part, le pied de la pale 1 et d'autre part, l'âme de la pale 1. Il est à noter que le longeron 2 est une unique pièce monobloc. Cette unique pièce monobloc pouvant être par exemple un tube de section cylindrique que l'on vient déformer par écrasement sur une partie déterminée de sa longueur de façon à obtenir une forme oblongue sur la partie déterminée de sa longueur. Cette particularité avantageuse permet de simplifier le procédé de fabrication d'une pale 1 et permet de ce fait de diminuer le coût de cette dernière. Le matériau du longeron 2 peut être par exemple de la fibre de carbone tissée 3D ou tressée. Une résine y est injectée après que le longeron 2 ait acquis une section oblongue sur une partie de sa longueur. La résine utilisée est fonction des caractéristiques mécaniques que l'on recherche et également de l'environnement thermique dans lequel le longeron 2 sera mis en oeuvre. A titre d'exemple, la résine peut être du type DMI ou PR520. Il convient de noter que la deuxième partie P2 du longeron 2 est dénommée indifféremment par les termes pied P2 de pale. La figure 5 représente de façon schématique la deuxième partie P2 du longeron 2 comportant un palier 6 de pied P2 de pale. Ainsi, lorsque la pale 1 est montée sur un anneau de rétention, le palier 6 permet de faire pivoter la pale 1 sur elle-même de façon à pouvoir positionner cette dernière selon un angle déterminé. En effet, les pales 1 d'une hélice sont habituellement orientables au moyen d'un dispositif d'orientation (non représenté) pouvant être formé, par exemple, par un vérin. Il est donc nécessaire que chaque pale 1 soit munie d'un pivot et d'un palier 6. Le palier 6 selon l'invention comporte : - une bague 7, la bague 7 étant montée serrée autour du pied P2 de pale (ou deuxième partie P2) ; la bague 7 comporte à chacune de ses extrémités, à savoir à son extrémité supérieure 8 et son extrémité inférieure 9 une collerette externe de courbure déterminée. Plus précisément, la bague 7 comporte à son extrémité supérieure 8 une collerette externe 10, dite collerette externe supérieure 10, et à son extrémité inférieure 9 une collerette externe 11, dite collerette externe inférieure 11 ; - un support palier 12 apte à coopérer avec la bague 7 précitée. Ce support palier 12 comporte notamment un premier anneau 13, un deuxième anneau 14 et un écrou de réglage 15 ; - un premier anneau 18 de billes 19 ; - un deuxième anneau 16 de billes 17. Le matériau des billes 17 et 19 est par exemple de l'acier. Le premier anneau 13 comporte un épaulement interne 20 et un épaulement externe 21. Ce dernier est situé entre une première partie 13P1 et une deuxième partie 13P2, laquelle deuxième partie 13P2 comporte un filetage externe F1 situé à sa périphérie. Le deuxième anneau 14 de support palier 12 comporte, quant à lui, un épaulement interne 22 ainsi qu'un filetage externe F2 situé à sa périphérie. On pourra noter que la première partie 13P1 du premier anneau 13 est insérée dans le deuxième anneau 14. En outre, l'écrou de réglage 15 du support palier 12 est vissé sur le filetage externe F2 du deuxième anneau 14. Le premier anneau 18 de billes 19 forme un anneau supérieur de billes 19 comportant un axe de symétrie selon l'axe longitudinal x. Ce dernier est positionné dans la courbure de la collerette externe supérieure 10 de la bague 7 et est maintenu par l'épaulement interne 22 du deuxième anneau 14. Le deuxième anneau 16 de billes 17 forme un anneau inférieur de billes 17 présentant un axe de symétrie selon l'axe longitudinal x. Ce dernier est positionné dans la courbure de la collerette externe inférieure 11 de la bague 7 et est maintenu par l'épaulement interne 20 du premier anneau 13. Il convient de noter que les premier et deuxième anneaux 18, 16 de billes 19, 17 permettent de guider en rotation le pied P2 de pale. Le premier anneau 13 comporte en outre un filetage interne F3 dans lequel est vissé un plateau de fermeture 23. La fonction et les interactions des différents éléments précités seront décrites plus en détails lors de la description des différentes étapes, illustrées aux figures 6A à 6H, de réalisation d'une pale conforme à l'invention. La figure 6A représente une pièce 24 sensiblement cylindrique. On peut noter que la partie inférieure de la pièce 24 comporte une collerette externe 5. La pièce 24 est en fibre de carbone. Cette dernière est formée, par exemple, au moyen d'un procédé standard de tissage 3D ou de tressage. Le procédé de réalisation d'une pale 1 conforme à l'invention est à présent décrit. Selon une première étape 60, on encastre une partie de la pièce 24 dans la bague 7, la partie encastrée formant la deuxième partie P2 du longeron 2 (figure 6A). Pour ce faire, la bague 7 est introduite par l'extrémité supérieure de la pièce 24 et est glissée le long de la pièce 24 jusqu'à ce que la collerette externe inférieure 11 de la bague 7 soit au contact de la collerette externe 5 de la pièce 24. Pour ce faire, la collerette externe 5 épouse la forme de la collerette externe inférieure 11. Selon une deuxième étape 61, on déforme la partie non encastrée de la pièce 24 de façon à obtenir ladite première partie P1 de section oblongue (Si) que comporte le longeron 2. (figure 6B). Selon une troisième étape (non représentée), on injecte une résine dans la fibre de carbone de façon à obtenir un matériau composite. Il convient de noter que cette résine permet en outre de solidariser la bague 7 à la deuxième partie P2. Selon une quatrième étape 62, on positionne coaxialement le support palier 12 autour de la bague 7 (figure 6C). On pourra noter que le diamètre interne du support palier 12 est supérieur au diamètre externe de la collerette externe 5 du longeron 2. Ainsi, le support palier 12 est introduit via l'extrémité inférieure 4 du longeron 2. Selon une cinquième étape 63, on positionne les billes 19 entre la collerette externe supérieure 10 de la bague 7 et l'épaulement interne 22 du deuxième anneau 14 de façon à former le premier anneau 18 de billes 19 (figure 6D). Selon une sixième étape 64, on positionne les billes 17 entre la collerette externe inférieure 11 de la bague 7 et l'épaulement interne 20 du premier anneau 13 de façon à former le deuxième anneau 16 de billes 17 (figure 6E). De façon générale, le support palier 12 permet de maintenir les billes 17, 19 en position. Grâce au support palier 12, les billes 19 sont maintenues en position dans la courbure de la collerette externe supérieure 10 et les billes 17 sont maintenues en position dans la courbure de la collerette externe inférieure 11. Selon une septième étape 65, on exerce une précontrainte sur les premier et deuxième anneaux 18, 16 de billes 19, 17 (figure 6F). Dans cet objectif, l'écrou de réglage 15 prend appui sur l'épaulement externe 21 du premier anneau 13 et est pivoté autour du filetage externe F2 du deuxième anneau 14. Lors du pivotement de l'écrou de réglage 15, les premier et deuxième anneaux 13 et 14 s'écartent. En s'écartant, l'épaulement interne 22 du deuxième anneau 14 exerce une force F10 sur les billes 19 et l'épaulement interne 20 du premier anneau 13 exerce une force F20 sur les billes 17. Il est entendu que l'écrou de réglage 15 peut être pivoté dans un sens trigonométrique ou anti-trigonométrique. Selon le sens de rotation de l'écrou de réglage 15, une précontrainte sera exercée sur les billes 17, 19 ou au contraire la contrainte exercée sur les billes 17, 19 sera diminuée. Selon une huitième étape, on lubrifie les billes 17 et 19 (figure 6G). Finalement, selon une neuvième étape 67 on visse le plateau de fermeture 23 sur le filetage interne F3 du premier anneau 13 de façon à protéger les billes 17 et 19 (figure 6H). Il convient de noter également que la première partie P1 du longeron 2 est recouverte d'un drapage qui peut être effectué, par exemple, entre l'étape 61 consistant à déformer la première partie P2 du longeron 2, et l'étape 62 consistant à positionner le support palier 12 en regard de la bague 7. La figure 7 illustre une vue de coupe d'un anneau de rétention 70 comportant un pied P2 de pale conforme à l'invention. L'anneau de rétention 70 comporte un alésage radial 71 dans lequel est introduite une bague 72 munie d'un filetage interne 73. Le filetage interne 73 est apte à coopérer avec le filetage externe F1 du premier anneau 13. En conséquence, chaque pale 1 est assemblée à l'anneau de rétention 70 par vissage du filetage F1 du premier anneau 13 que comporte la pale 1 avec une bague 72. D'une manière générale, lorsque l'anneau de rétention 70 est soumis à un mouvement de rotation, des forces centrifuges s'appliquent sur les pales 1. Ces forces centrifuges ont tendances à extraire les pales 1 de leur logement. Lorsque l'anneau de rétention 70 est en rotation, la collerette externe inférieure 11 de la bague 7 exerce une force F11 sur les billes 17 et l'épaulement interne 20 du premier anneau 13 exerce une force F20, opposée à la force F11, sur les billes 17. De ce fait, la force F20 compense la force F11 et permet de maintenir la pale 1 en position. La fonction des billes 17 est principalement de reprendre les forces engendrées par les forces centrifuges. Pour ce faire, on notera que les billes 17 comportent un diamètre supérieur aux billes 19. Par ailleurs, le rôle des billes 17 associées aux billes 19 consiste à guider en rotation le pied P2 de pale dans le support palier 12. Comme précédemment indiqué, les billes 17, 19 permettent à la pale 1 de pivoter sur elle-même de façon à pouvoir être positionnée selon un angle déterminé. La pale de l'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le cadre des moteurs d'avion possédant des hélices contrarotatives non carénées. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple, il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes du dispositif selon l'invention, en particulier concernant la forme des différents éléments que comporte le palier de pied de pale sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS1. Pale (1) d'hélice comportant un longeron (2) présentant un axe longitudinal x, ladite pale (1) étant caractérisée en ce que ledit longeron (2) est une pièce monobloc comportant une première partie (P1) de section oblongue (S1) poursuivie d'une deuxième partie (P2) de section cylindrique présentant un axe de symétrie selon ledit axe longitudinal x. 2. Pale (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce que le matériau dudit longeron (2) est un composite. 3. Pale (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte une bague (7) montée serrée autour de ladite deuxième partie (P2) cylindrique dudit longeron (2). 4. Pale (1) selon la revendication 3 caractérisée en ce que ladite bague (7) comporte une collerette externe (10) à son extrémité supérieure (8), dite collerette externe supérieure (10), ladite pale (1) comportant un premier anneau (18) de billes (19) disposées dans la courbure de ladite collerette externe supérieure (10). 5. Pale (1) selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisée en ce que ladite bague (7) comporte une collerette externe (11) à son extrémité inférieure (9), dite collerette externe inférieure (11) et ladite deuxième partie (P2) dudit longeron (2) comporte une collerette externe (5) à son extrémité inférieure (4), ladite collerette externe (5) épousant la forme de ladite collerette externe inférieure (11), ladite pale (1) comportant un deuxième anneau (16) de billes (17) disposées dans la courbure de ladite collerette externe inférieure (11). 6. Pale (1) selon les revendications 4 et 5 caractérisée en ce que lesdites billes (17) dudit deuxième anneau (16) comportent un diamètre supérieur aux dites billes (19) dudit premier anneau (18). 7. Pale (1) selon l'une des revendications 4 à 6 caractérisée en ce qu'elle comporte un support palier (12, 13, 14) entourant lesdites billes (17, 19) de façon à les maintenir dans la courbure de la collerette sur laquelle elles sont disposées. 8. Pale (1) selon la revendication 7 caractérisée en ce que ledit support palier (12) comporte : - un premier anneau (13), - un deuxième anneau (14), et - un écrou (15) apte à éloigner ou rapprocher lesdits premier et deuxième anneau (13, 14) de façon à exercer une précontrainte sur lesdites billes (17, 19). 12. Pale (1) selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisée en 20 ce que ledit support palier (12) comporte un filetage externe (F1) à sa périphérie. 13. Anneau de rétention (70) comportant sur sa périphérie une pluralité d'alésages radiaux (71), chacun desdits alésages 25 radiaux (71) comportant une bague (72) munie d'un filetage interne (73), ledit anneau de rétention (70) comportant une pluralité de pales (1) selon l'une des revendications 1 à 9, chaque pale (1) étant vissée dans une bague (72) correspondante. 30 14. Procédé de réalisation d'une pale (1) selon l'une revendications précédentes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : 10 15 5à partir d'une pièce (24) sensiblement cylindrique, encastrer (60) une partie de ladite pièce (24) dans une bague (7), ladite partie encastrée formant ladite deuxième partie (P2) dudit longeron (2) ; déformer (61) la partie non encastrée de ladite pièce (24) sensiblement cylindrique de façon à obtenir ladite première partie (P1) de section oblongue (Si).