Brevet FR2961566A1 — publié le 20111223

Actionneur à vérin d'un organe mobile dans une turbomachine La présente invention concerne un actionneur à vérin d'un organe mobile dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion par exemple. Il est connu d'utiliser des actionneurs à vérin afin de commander la position des aubes d'un ou plusieurs étages de redresseurs à calage variable, des vannes de décharge de nacelle, ou encore des volets de tuyère d'éjection. Un actionneur de ce type se présente généralement sous la forme d'un vérin double effet comprenant un corps fixe, un piston monté coulissant dans le corps fixe, une tige solidaire du piston et destinée à être reliée à l'organe mobile à actionner, et des moyens d'alimentation du corps fixe en fluide sous pression pour déplacer le piston dans un sens et dans l'autre à l'intérieur du corps fixe. Dans le cas de l'actionnement d'aubes à calage variable par exemple, le réglage des aubes permet d'optimiser l'écoulement des gaz dans le moteur de façon à augmenter son rendement et à réduire la consommation de carburant dans les différentes configurations de vol. Ce réglage est réalisé au moyen d'un anneau de commande qui entoure extérieurement le stator de la turbomachine et qui est déplaçable en rotation autour de l'axe longitudinal du stator par le vérin. La rotation de l'anneau est transmise par des biellettes aux aubes de la rangée, chaque biellette étant solidaire d'une aube à l'une de ses extrémités et portant à son autre extrémité un doigt radial qui est engagé dans un logement cylindrique de l'anneau de commande. La tige du vérin peut par exemple être reliée directement à un point d'articulation de l'anneau. Un même vérin peut permettre d'actionner simultanément plusieurs étages d'aubes. On comprend aisément que, plus le nombre d'aubes à actionner est important, plus l'effort à développer par le vérin doit être élevé. L'effort développé par le vérin est égal au produit de la pression au sein du corps et de la surface du piston soumise à la pression. Ainsi, une solution pour augmenter l'effort développé par le vérin consiste à augmenter la section de son piston et, par conséquent, le diamètre du vérin, ce qui engendre un encombrement radial important. Les spécifications d'une turbomachine en terme d'encombrement radial étant en général très contraignantes, une autre solution a été proposée. Celle-ci consiste à utiliser plusieurs vérins fonctionnant en parallèle, chacun développant une partie de l'effort nécessaire. Cette solution a pour avantage d'utiliser des pistons de plus faible section, et donc de plus faible diamètre, réduisant ainsi l'encombrement radial de l'ensemble. Elle a toutefois pour inconvénient d'augmenter la masse de la turbomachine, puisque elle nécessite autant de corps, de tiges et de circuits d'alimentation en fluide sous pression que de vérins utilisés. Il est en outre à noter que, dans un vérin double effet, les deux surfaces du piston sont des surfaces actives soumises à la pression. Or ces surfaces ne sont pas égales. En effet, le piston est généralement disposé à l'extrémité libre de la tige de sorte qu'une des surfaces actives est réduite de la section de la tige. Il en résulte que, pour une même pression, l'effort développé par le vérin est fonction de son sens d'actionnement. Ce phénomène est appelé « l'effet de tige » du vérin. Le document EP 1 541 874 décrit un actionneur à vérin double en tandem, comprenant deux vérins dont les pistons sont reliés en série par une même tige. L'utilisation de ces deux pistons permet d'augmenter l'effort développé par l'actionneur sans augmenter l'encombrement radial. Cet actionneur présente tout de même une masse importante puisque deux corps distincts sont utilisés, chaque corps étant équipé de moyens de raccordement à des circuits d'alimentation en fluide sous pression. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un actionneur à vérin d'un organe mobile dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion par exemple, le vérin comprenant un corps fixe, un piston monté coulissant dans le corps fixe, une tige solidaire du piston destinée à être reliée à l'organe mobile, et des moyens d'alimentation du corps fixe en fluide sous pression pour déplacer le piston dans un sens et dans l'autre à l'intérieur du corps fixe, caractérisé en ce que, pour réduire l'encombrement de l'actionneur en direction radiale par rapport à l'axe de la tige, le vérin comprend un corps unique dans lequel sont logés au moins deux pistons reliés à une même tige de piston et disposés en série ou en parallèle dans le corps unique, ce dernier comportant des moyens de raccordement à la source de fluide sous pression, débouchant dans le corps unique d'un côté et de l'autre respectivement de chaque piston. L'actionneur selon l'invention comprend donc un corps unique comportant l'ensemble des moyens nécessaires au raccordement à la source de fluide sous pression, ce qui permet de réduire la masse de l'ensemble, par comparaison avec l'actionneur du document EP 1 541 874. En outre, l'utilisation de plusieurs pistons permet d'augmenter l'effort développé par l'actionneur sans augmenter le diamètre des pistons et donc l'encombrement radial de l'actionneur. Cette solution permet également de réduire l'effet de tige précité, puisque seul le piston situé à l'extrémité de la tige présente deux surfaces actives différentes, les autres pistons présentant des surfaces actives identiques. Dans un mode de réalisation de l'invention, les pistons sont en série et sont reliés entre eux par la tige de piston, le corps unique comprenant au moins une paroi transversale agencée entre deux pistons et traversée à étanchéité par la tige, cette paroi transversale comportant des moyens de guidage de la tige en translation. Dans un vérin classique à un seul piston, ce dernier doit être équipé de segments assurant à la fois l'étanchéité entre les chambres de pression situées de part et d'autre du piston et son guidage en translation. La pose et le retrait de ces segments sont des opérations délicates et la durée de vie desdits segments est limitée par les efforts qu'ils subissent. En outre, la paroi interne du corps est usée par le frottement des segments, ce qui oblige au remplacement du corps ou à une opération d'alésage coûteuse et nécessitant le changement du piston afin de s'adapter au nouveau diamètre de l'alésage. Le fait que la paroi transversale soit équipée de moyens de guidage de la tige permet d'équiper les pistons avec d'autres moyens d'étanchéité, aptes à supporter des efforts moins importants, tels que des joints. En outre, les efforts radiaux exercés par le piston sur la paroi interne du corps étant limités, l'usure de cette dernière est également réduite. Avantageusement, ladite tige traverse à étanchéité une paroi d'extrémité du corps unique, cette paroi comprenant des moyens de guidage de la tige en translation. La paroi d'extrémité forme ainsi à la fois un couvercle étanche et des moyens de guidage. Selon une possibilité de l'invention, la paroi d'extrémité est rapportée sur le corps unique et fixée sur ce corps par exemple par boulonnage. De manière préférée, le corps unique comprend une première partie de corps traversée axialement par la tige et contenant un premier piston porté par la tige, et au moins une deuxième partie de corps, rapportée sur la première partie de corps et contenant un second piston porté par la tige, les deux parties de corps étant fixées l'une à l'autre par exemple par boulonnage. L'utilisation d'un corps en plusieurs parties fixées les unes aux autres permet de faciliter le montage de la tige et des pistons dans le corps. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins certains des pistons portés par la tige sont maintenus axialement à distance les uns des autres à l'aide d'entretoises tubulaires montées autour de la tige, entre les pistons. Ce type de montage, simple, rapide et peu coûteux, permet de monter de manière amovible plusieurs pistons en série sur une même tige. Dans une variante de réalisation de l'invention, les pistons sont contenus dans des chambres parallèles du corps unique, et sont portés par des branches parallèles de ladite tige. Les pistons peuvent être contenus dans des chambres reliées entre elles à leurs extrémités correspondantes par des conduits de fluide. Ainsi, un même circuit d'alimentation en fluide sous pression permet d'alimenter simultanément deux chambres distinctes, le circuit d'alimentation comportant une première ligne alimentant une chambre d'un premier côté du piston et une seconde ligne alimentant une chambre d'un second côté du piston. De façon avantageuse, le vérin est équipé d'un capteur de position de la tige, par exemple du type à transformateur différentiel variable linéaire (LVDT ou Linear Variable Differential Transformer). Les organes mobiles peuvent être des aubes d'un ou plusieurs étages de redresseurs à calage variable, des vannes de décharge de nacelle ou des volets de tuyère d'éjection. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un actionneur selon une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique, partielle et en coupe longitudinale, d'une seconde forme de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique, en coupe longitudinale, d'une troisième forme de réalisation de l'invention. La figure 1 représente une première forme de réalisation d'un actionneur à vérin 1 d'un organe mobile dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion par exemple. Celui-ci comprend un corps fixe unique 2, constitué de deux parties creuses 3, 4 délimitant chacune une chambre ouverte vers l'avant, respectivement une chambre avant 5 et une chambre arrière 6 s'étendant selon le même axe longitudinal A. Les deux parties 3, 4 sont fixées l'une à l'autre par vissage ou boulonnage. La chambre arrière 6 est fermée par une paroi 7 de la partie 3 située en avant, qui s'étend transversalement à l'axe A. Le fond de la chambre arrière 6 comporte une partie cylindrique en saillie 8 comportant un évidement 9 centré sur l'axe A, dont la fonction sera détaillée ci-après. La paroi arrière de la partie arrière 4 est équipée d'une oreille 10 de fixation à un carter fixe. La partie avant 3 comporte, comme indiqué précédemment, une paroi arrière transversale 7 fermant la chambre arrière 6. Cette paroi transversale comporte une partie de centrage annulaire 11 insérée dans la chambre arrière 6 et un trou 12 d'axe A équipé d'un palier de guidage en translation d'une tige 13, et de moyens d'étanchéité 14 tels que des joints toriques ou à lèvre. La chambre avant 5 est fermée par un couvercle ou une paroi d'extrémité 15 vissée sur la face avant de la partie 3. Des moyens d'étanchéité 16 tels que des joints toriques sont prévus entre la paroi d'extrémité 15 et la partie 3. La paroi d'extrémité 15 comporte en outre un trou 17 d'axe A, équipé d'un autre palier de guidage en translation de la tige 13, et de moyens d'étanchéité 18 tels que des joints toriques ou à lèvre. Plus particulièrement, la paroi d'extrémité 15 est élargie en son centre, de manière à assurer un guidage de la tige 13 sur une longueur suffisante. Les deux parties 3, 4 comportent des conduits 19 d'alimentation en fluide sous pression, tel que de l'air, de l'huile ou du carburant et débouchant au niveau des extrémités 20 des chambres 5, 6. Plus particulièrement, un premier conduit permet d'alimenter simultanément les extrémités avant des chambres 5, 6, un second conduit permettant d'alimenter simultanément les extrémités arrières des chambres 5, 6. Les autres extrémités de ces conduits sont équipées de moyens de raccordement à une source de fluide sous pression (non représentés). Ces conduits sont formés par des perçages des parties 3 et 4. Les conduits 19 traversant l'interface entre les deux pièces, des moyens d'étanchéité 21 tels que des joints toriques sont prévus au niveau de cette interface. Deux pistons 22, 23 solidaires de la tige 13 et écartés l'un de l'autre suivant l'axe A, sont montés respectivement dans les chambres 5, 6. Le piston avant 22 est ici formé intégralement avec la tige 13, et pourrait en variante être réalisé sous la forme d'un piston séparé et fixé à la tige. Le piston arrière 23 est fixé autour de l'extrémité arrière de la tige 13 par l'intermédiaire d'un écrou 24. La position du piston 23 est assurée d'un côté par un épaulement 25 de la tige 13 et, de l'autre côté, par l'écrou 24. L'évidement 9 permet d'accueillir l'écrou 24 en bout de course de la tige 13. Un joint torique 26 est monté entre la périphérie interne du piston 23 et la tige 13. Des moyens d'étanchéité 27 tels que des joints toriques sont portés par les périphéries externes des pistons 22, 23, de manière à assurer l'étanchéité avec les parois internes des chambres 5, 6. L'extrémité avant de la tige 13 est reliée directement ou indirectement aux organes mobiles à commander, qui peuvent être par exemple des aubes d'un ou plusieurs étages de redresseurs à calage variable, des vannes de décharge de nacelle ou des volets de tuyère d'éjection. Le vérin peut en outre être équipé d'un capteur de position de la tige, par exemple du type à transformateur différentiel variable linéaire (LVDT) non représenté. Le montage de l'actionneur 1 est réalisé de la manière suivante. Tout d'abord l'extrémité arrière de la tige 13 est insérée dans le trou 12 de la paroi 7, le piston avant 22 étant dans la chambre avant 5. Le piston arrière 23 est ensuite monté sur l'extrémité arrière de la tige 13, puis la partie arrière 4 du corps 2 est fixée sur la partie avant 3, le piston arrière 23 étant alors logé dans la chambre arrière 6. La paroi d'extrémité 15 est enfin montée sur la partie avant 3, de manière à refermer la chambre avant 5. La tige 13 traverse alors à étanchéité les parois 15 et 7. En fonctionnement, du fluide sous pression est injecté dans les chambres 5 et 6, d'un côté ou de l'autre des pistons 22, 23, de façon à commander le mouvement dans un sens ou dans l'autre de la tige 13 et, ainsi, commander les organes mobiles. La figure 2 représente une variante de réalisation de l'invention dans laquelle plusieurs pistons 22, 23,... sont montés en série sur la tige 13. Dans cette variante, chaque piston 22, 23,... est monté de manière amovible sur la tige 13, le piston situé le plus en avant 22 venant en butée axiale contre un épaulement 28 de la tige 13. Les autres pistons 23 sont maintenus axialement en position à l'aide d'entretoises tubulaires 29 montées autour de la tige 13, entre les pistons 22, 23. Le piston situé le plus en arrière, non représenté sur cette figure, peut être monté d'une manière similaire au piston arrière 23 de la figure 1. Les périphéries internes et externes des pistons 22, 23 sont équipées de moyens d'étanchéité 27 tels que des joints toriques. Le corps 2 comporte autant de parties 30 montées bout à bout que de pistons 22, 23, la paroi arrière de chaque partie 30 comportant un trou de passage de la tige 13 formant un palier de guidage de la tige 13 équipé de moyens d'étanchéité 32. Des conduits 19 alimentent de la même manière que précédemment chacune des extrémités des chambres 31. La figure 3 représente une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le corps 2 comporte deux chambres parallèles 31, les pistons 22 étant logés dans chacune des chambres 31 et étant portés par deux branches parallèles 33 de la tige 13, cette dernière présentant ainsi la forme d'une fourche. Les deux chambres 31 sont fermées par une même paroi d'extrémité 15 vissée sur le corps 2 et comportant deux trous 17 servant au passage à étanchéité et au guidage en translation des branches 33. Les périphéries externes des pistons 22 sont également équipées de moyens d'étanchéité 27 tels que des segments. En outre, des conduits 19 alimentent de la même manière que précédemment les extrémités des chambres 31 à une source de fluide sous pression 34, par l'intermédiaire de moyens de commande tels qu'un distributeur 35. Chacune de ces formes de réalisation propose un actionneur de masse et d'encombrement radial réduits, et qui produit un effort plus important, pour un même diamètre, qu'un vérin classique comportant un seul piston. C'est ainsi que, pour une même pression et un même effort à développer, la solution proposée à la figure 1 dans laquelle le vérin comporte deux pistons 22, 23 permet de réduire d'environ 40 % le diamètre des pistons 22, 23 par comparaison avec un vérin classique à un seul piston. Comme déjà indiqué ci-dessus, cette solution permet également d'éviter le montage de segments sur les pistons. En outre, les variantes des figures 1 et 2 permettent de réduire 25 l'effet de tige précité. REVENDICATIONS1. Actionneur à vérin (1) d'un organe mobile dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion par exemple, le vérin comprenant un corps fixe (2), un piston (22, 23) monté coulissant dans le corps fixe (2), une tige (13) solidaire du piston (22, 23) destinée à être reliée à l'organe mobile, et des moyens d'alimentation du corps fixe (2) en fluide sous pression pour déplacer le piston (22, 23) dans un sens et dans l'autre à l'intérieur du corps fixe (2), caractérisé en ce que, pour réduire l'encombrement de l'actionneur (1) en direction radiale par rapport à l'axe de la tige (13), le vérin comprend un corps unique (2) dans lequel sont logés au moins deux pistons (22, 23) reliés à une même tige de piston (13) et disposés en série ou en parallèle dans le corps unique (2), ce dernier comportant des moyens (19) de raccordement à la source de fluide sous pression, débouchant dans le corps unique (2) d'un côté et de l'autre respectivement de chaque piston (22, 23). 2. Actionneur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pistons (22, 23) sont en série et sont reliés entre eux par la tige de piston (13), le corps unique (2) comprenant au moins une paroi transversale (7) agencée entre deux pistons (22, 23) et traversée à étanchéité par la tige (13), cette paroi transversale (7) comportant des moyens (12) de guidage de la tige (13) en translation. 3. Actionneur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige (13) traverse à étanchéité une paroi d'extrémité (15) du corps unique (2), cette paroi (15) comprenant des moyens (17) de guidage de la tige (13) en translation. 4. Actionneur (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi d'extrémité (15) est rapportée sur le corps unique (2) et fixée sur ce corps par exemple par boulonnage. 5. Actionneur (1) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le corps unique (2) comprend une première partie de corps (3)traversée axialement par la tige (13) et contenant un premier piston (22) porté par la tige (13), et au moins une deuxième partie de corps (4), rapportée sur la première partie de corps (3) et contenant un second piston (23) porté par la tige (13), les deux parties de corps (3, 4) étant fixées l'une à l'autre par exemple par boulonnage. 6. Actionneur (1) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'au moins certains des pistons (22, 23) portés par la tige (13) sont maintenus axialement à distance les uns des autres à l'aide d'entretoises tubulaires (29) montées autour de la tige (13), entre les pistons (22, 23). 7. Actionneur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pistons (22) sont contenus dans des chambres parallèles (31) du corps unique (2), et sont portés par des branches parallèles (33) de ladite tige (13). 8. Actionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les pistons (22, 23) sont contenus dans des chambres (5, 6) reliées entre elles à leurs extrémités correspondantes par des conduits de fluide (19). 9. Actionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le vérin est équipé d'un capteur de position de la tige, par exemple du type à transformateur différentiel variable linéaire (LVDT). 10. Actionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les organes mobiles sont des aubes d'un ou plusieurs étages de redresseurs à calage variable, des vannes de décharge de nacelle ou des volets de tuyère d'éjection.25