Brevet FR2957986A1 — publié le 20110930

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des turbopropulseurs à hélice. Elle concerne plus particulièrement la mise en drapeau des pales de soufflante d'un turbopropulseur à hélice. De façon connue, un turbopropulseur à hélice comprend au moins un ensemble de pales de soufflante qui est entraîné en rotation par un rotor de turbine. Ces pales de soufflante ont pour particularité d'être à pas variable, c'est-à-dire que leur orientation angulaire peut être modifiée afin de gérer au mieux la poussée du turbopropulseur et la vitesse de rotation des hélices. A cet effet, les mécanismes pour commander l'orientation des pales de soufflante comportent généralement un vérin hydraulique qui est couplé aux pales et dont la position de la tige sur la course de déplacement du vérin détermine l'orientation angulaire de celles-ci. Par ailleurs, sur un turbopropulseur à hélice, en cas de défaillance du turbopropulseur et/ou du mécanisme de commande de l'orientation des pales de soufflante, il est nécessaire, par mesure de sécurité, d'aligner les pales du turbopropulseur dans le sens de l'écoulement de l'air de façon à en limiter la traînée. On parle également de mise en drapeau ou de mise en position d'incidence minimale des pales. La mise en drapeau des pales d'un turbopropulseur est généralement assurée par un dispositif qui est indépendant du mécanisme de commande de l'orientation des pales de soufflante et qui permet de forcer les pales à s'aligner dans le sens de l'écoulement de l'air. Un tel dispositif est le plus souvent constitué d'un circuit hydraulique particulier, c'est-à-dire avec sa propre pompe et sa propre commande, qui actionne le vérin du mécanisme de commande de l'orientation des pales jusqu'à la butée de fin de course de celui-ci, cette butée de fin de course correspondant à une mise en drapeau des pales. Un dispositif de mise en drapeau de ce type est cependant particulièrement complexe à réaliser, peu fiable et difficilement intégrable dans un turbopropulseur d'avion à double hélices En outre, un tel mécanisme ne permet pas une mise en drapeau des pales en cas de défaillance du vérin (en effet, c'est précisément le vérin qui actionne les pales pour les mettre en drapeau). Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif fiable et simplifié de mise en drapeau. Ce but est atteint grâce à un dispositif de mise en drapeau des pales de soufflante d'un turbopropulseur comprenant au moins un ensemble de pales de soufflante à orientation réglable, ledit ensemble étant solidaire en rotation d'un carter tournant centré sur un axe longitudinal et lié mécaniquement à un rotor de turbine, chaque pale de l'ensemble étant couplée, pour le réglage de son orientation, à un anneau de commande centré sur l'axe longitudinal et logé à l'intérieur du carter tournant, l'anneau de commande étant déplaçable longitudinalement entre deux positions extrêmes dont l'une d'entre elles correspond à une mise en drapeau des pales. Conformément à l'invention, ce dispositif comprend en outre des organes mécaniques pouvant s'allonger élastiquement sous l'effet d'une élévation de leur température, ces organes mécaniques étant montés à l'intérieur du carter tournant sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal et disposés en regard de l'anneau de commande de façon à pouvoir exercer un effort de poussée sur l'anneau de synchronisation pour le mettre en position de mise en drapeau des pales lorsqu'ils se détendent, et des moyens pour provoquer une élévation de la température des organes mécaniques de façon à les détendre. La présence de simples organes mécaniques pouvant s'allonger élastiquement sous l'effet d'une élévation de leur température permet de simplifier considérablement le dispositif de mise en drapeau des pales ce qui le rend aisément intégrable dans un turbopropulseur d'avion à double hélice. En outre, ce dispositif présente une bonne fiabilité puisqu'il est notamment dépourvu de circuit hydraulique. Enfin, la masse de ce dispositif est faible par rapport à un dispositif utilisant un circuit hydraulique particulier. De préférence, les organes mécaniques comprennent une pluralité de ressorts hélicoïdaux réalisés dans un alliage à mémoire de forme. Les moyens pour provoquer une élévation de la température des ressorts peuvent comprendre un circuit électrique relié aux ressorts et alimenté par un générateur électrique. Alternativement, ces moyens peuvent comprendre un circuit d'air chaud débouchant dans le carter tournant et alimenté par de l'air issu d'une section de compression du turbopropulseur. Les moyens pour provoquer une élévation de la température des organes mécaniques sont avantageusement pilotés par un calculateur électronique du turbopropulseur. L'anneau de commande peut être couplé, pour son déplacement, à la tige d'un vérin centré sur l'axe longitudinal. Avantageusement, le dispositif comprend en outre des supports de pied de pale montés de façon pivotante sur le carter tournant et reliés chacun à l'anneau de commande par l'intermédiaire d'un ergot excentré. L'invention a également pour objet un turbopropulseur à hélice comportant un dispositif de mise en drapeau des pales de soufflante 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 : - la figure 1 est une vue partielle et en coupe longitudinale d'un turbopropulseur équipé d'un dispositif de mise en drapeau selon l'invention ; et - les figures 2A et 2B montrent un dispositif de mise en drapeau selon l'invention dans deux positions extrêmes. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente de façon partielle et schématique un exemple de réalisation d'un turbopropulseur d'avion du type à simple hélice. Bien entendu, l'invention s'applique également à d'autres types de turbopropulseur, et en particulier aux turbopropulseurs à double hélices contrarotatives. Le turbopropulseur 10 représenté sur la figure 1 d'axe longitudinal X-X comprend notamment une hélice 12 formée d'un ensemble de pales 14 de soufflante à orientation réglable. Cet ensemble de pales est solidaire en rotation d'un carter annulaire 16 centré sur l'axe longitudinal X-X, celui-ci étant lié mécaniquement à un arbre du rotor 18 de turbine qui l'entraîne en rotation. Le turbopropulseur comprend également un dispositif de commande de l'orientation des pales 16 de l'hélice. Ce dispositif comporte notamment un vérin 20 (de type hydraulique, pneumatique ou électrique) centré sur l'axe longitudinal X-X et dont la tige 22 est solidaire d'un anneau de commande et de synchronisation 24 qui est logé à l'intérieur du carter tournant 16 de façon coaxiale à celui-ci. Par ailleurs, chaque pale 16 est couplée à un support de pied de pale 26 monté pivotant sur le carter tournant 16. L'anneau de commande 24 coopère avec ces supports de pied de pale 26 pour faire pivoter l'ensemble des pales autour de leur axe longitudinal Y-Y respectif de la manière suivante. Les supports de pied de pale comprennent chacun un ergot 28 (ou doigt) excentré par rapport à leur axe de rotation Y-Y et dirigé radialement vers l'axe longitudinal X-X du turbopropulseur. Comme représenté de façon plus précise sur les figures 2A et 2B, ces ergots 28 peuvent coulisser à l'intérieur de fentes tangentielles 30 pratiquées dans la tige 22 du vérin, à l'extrémité libre de celle-ci. De la sorte, un déplacement longitudinal de la tige 22 du vérin provoque un pivotement synchronisé des supports de pied de pale 24 autour de leur axe de rotation Y-Y respectif. Bien entendu, il est possible d'imaginer des variantes de réalisation pour la commande synchronisée de l'orientation des pales de l'hélice. En particulier, plutôt que de prévoir des fentes coopérant avec les ergots des supports de pied de pale, la tige du vérin pourrait pivoter autour de l'axe longitudinal du turbopropulseur en même temps que son déplacement longitudinal. Dans ce cas, les ergots des supports de pied de pale seraient montés dans de simples trous cylindriques pratiqués dans la tige du vérin. Différents calages des pales du turbopropulseur peuvent ainsi être obtenus en déplaçant longitudinalement la tige 22 du vérin 20 entre deux positions extrêmes. En particulier, la figure 2A représente la tige du vérin dans l'une de ces positions extrêmes (position amont) qui correspond à une mise en drapeau (ou mise en position d'incidence minimale) des pales. Le dispositif permettant de provoquer le déplacement de la tige du vérin dans cette position extrême amont et ainsi d'obtenir une mise en drapeau des pales est décrit ultérieurement. Quant à la figure 2B, elle représente une mise en position de vol des pales dans laquelle ces dernières sont sorties pour créer de la poussée. Par rapport à la position de mise en drapeau, les supports de pied de pale ont pivoté ici d'environ un quart de tour autour de leur axe de rotation respectif. Le turbopropulseur comprend encore un dispositif de mise en drapeau des pales de l'hélice. Un tel dispositif permet, en cas de défaillance du turbopropulseur et/ou du dispositif de commande de l'orientation des pales, d'aligner les pales du turbopropulseur dans le sens de l'écoulement de l'air de façon à en limiter la traînée. Selon l'invention, le dispositif de mise en drapeau des pales du turbopropulseur comprend notamment une pluralité de ressorts hélicoïdaux 32 qui sont montés sur une bride annulaire 34 du carter tournant 16 à l'intérieur de celui-ci. Ces ressorts qui sont régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal X-X du turbopropulseur ont l'une de leurs extrémités qui est fixée sur la bride 34 du carter. Ils s'étendent longitudinalement depuis cette bride vers l'amont. Ils sont par ailleurs positionnés de sorte à ce que leur extrémité libre soit en regard de l'extrémité libre de la tige 22 du vérin 20 du dispositif de commande de l'orientation des pales. Les ressorts 32 sont du type à pouvoir s'allonger élastiquement sous l'effet d'une élévation de leur température. De façon avantageuse, on pourra choisir à cet effet des ressorts métalliques réalisés dans un alliage à mémoire de forme (par exemple en nitinol) avec une température de seuil Ts supérieure à la température maximale vue par les ressorts au cours d'une mission. A titre d'exemple, cette température de seuil Ts pourra être d'environ 150°C. Dans le cas d'un recours à un alliage à mémoire de forme, on choisira une position à froid (c'est-à-dire une position d'utilisation à une température inférieure à la température de seuil Ts) pour laquelle les ressorts seront comprimés (spires jointives). Cette position comprimée des ressorts ne devra en effet pas entraver le déplacement longitudinal de la tige 22 du vérin 20 (figure 2B). L'élévation de la température des ressorts au-dessus de la température de seuil TS provoquera une détente des ressorts qui sera calibrée de sorte à venir exercer un effort de poussée sur la tige 22 du vérin pour l'amener dans sa position extrême amont correspondant à une mise en drapeau des pales (figure 2A). Si l'on a recours pour la réalisation des ressorts à un alliage à mémoire de forme dit « à double sens », les ressorts sont capables de reprendre leur forme initiale comprimée une fois leur température redescendue en dessous de la température de seuil T. Toutefois, il est possible d'avoir recours à un alliage à mémoire de forme dit « à simple sens » auquel cas il conviendra de remplacer les ressorts après leur détente. Dans ce cas, les ressorts seront avantageusement montés dans le carter tournant sous la forme d'un monobloc démontable. Différents mécanismes peuvent être utilisés pour provoquer une élévation de la température des ressorts 32 au-dessus de la température de seuil TS de façon à les détendre. Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 1, cette élévation de température est réalisée par le passage d'un courant électrique dans les ressorts métalliques. A cet effet, on pourra avoir recours au circuit électrique déjà utilisé pour le dégivrage du turbopropulseur. Un tel circuit est monté à l'intérieur du carter tournant 16 et alimenté en courant électrique par un générateur électrique 36. De façon plus précise, comme représenté notamment sur la figure 1, les ressorts 32 sont chacun reliés par un fil électrique 38 au générateur électrique 36 de ce circuit de dégivrage et le calculateur électronique 40 du turbopropulseur permet d'actionner un interrupteur 42 placé sur le trajet entre les ressorts et le générateur électrique. Les ressorts 32 sont ainsi chauffés par effet joule du au courant électrique qui les parcourt. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'avoir recours à un circuit électrique déjà existant pour provoquer une élévation de la température des ressorts. Dans un autre mode de réalisation de l'invention non représenté sur les figures, l'élévation de la température des ressorts est obtenue en envoyant de l'air chaud sur les ressorts, cet air chaud étant prélevé dans la veine du turbopropulseur, par exemple au niveau du compresseur haute pression de celui-ci. A cet effet, on pourra utiliser un circuit d'air chaud s'ouvrant par une écope dans la veine d'écoulement du flux gazeux traversant le compresseur haute pression du turbopropulseur et débouchant dans le carter tournant au voisinage des ressorts. Une vanne montée sur ce circuit d'air chaud et pilotée par le calculateur électronique du turbopropulseur permettra de contrôler le débit d'air chaud envoyé sur les ressorts. Cet autre mode de réalisation présente l'avantage que tous les ressorts sont soumis en même temps à la même température de sorte qu'il n'existe pas de risque qu'une seule pale se mette en drapeau. L'invention a été décrite ci-dessus en liaison avec un turbopropulseur ayant une turbine liée directement à l'hélice. Bien entendu, l'invention s'applique également aux turbopropulseurs à simple ou double hélice dont les hélices sont entraînées par un réducteur à engrenages planétaires. REVENDICATIONS1. Dispositif de mise en drapeau des pales de soufflante d'un turbopropulseur à hélice comprenant au moins un ensemble de pales (14) de soufflante à orientation réglable, ledit ensemble étant solidaire en rotation d'un carter tournant (16) centré sur un axe longitudinal (X-X) et lié mécaniquement à un rotor de turbine (18), chaque pale de l'ensemble étant couplée, pour le réglage de son orientation, à un anneau de commande centré sur l'axe longitudinal et logé à l'intérieur du carter tournant, l'anneau de commande étant déplaçable longitudinalement entre deux positions extrêmes dont l'une d'entre elles correspond à une mise en drapeau des pales, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : des organes mécaniques (32) pouvant s'allonger élastiquement sous l'effet d'une élévation de leur température, ces organes mécaniques étant montés à l'intérieur du carter tournant sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal et disposés en regard de l'anneau de commande de façon à pouvoir exercer un effort de poussée sur l'anneau de commande pour le mettre en position de mise en drapeau des pales lorsqu'ils se détendent ; et des moyens pour provoquer une élévation de la température des organes mécaniques de façon à les détendre. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les organes mécaniques comprennent une pluralité de ressorts hélicoïdaux (32) réalisés dans un alliage à mémoire de forme. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens pour provoquer une élévation de la température des ressorts comprennent un circuit électrique relié aux ressorts et alimenté par un générateur électrique (36). 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens pour provoquer une élévation de la température des ressorts comprennent un circuit d'air chaud débouchant dans le carter tournant et alimenté par de l'air issu d'une section de compression du turbopropulseur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens pour provoquer une élévation de la température des organes mécaniques sont pilotés par un calculateur électronique (40) du turbopropulseur. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'anneau de commande est couplé, pour son déplacement, à la tige (22) d'un vérin (20) centré sur l'axe longitudinal. 10 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre des supports de pied de pale (26) montés de façon pivotante sur le carter tournant et reliés chacun à l'anneau de commande par l'intermédiaire d'un ergot (28) excentré. 15 8. Turbopropulseur à hélice comprenant un dispositif de mise en drapeau des pales de soufflante selon l'une quelconque des revendications 1à7.5