Brevet FR2964942A1 — publié le 20120323

ENCEINTE DE PROTECTION DES PIGNONS DE COMMANDE DU PAS D'UNE HÉLICE D'OPEN-ROTOR Le domaine de la présente invention est celui des turbomachines aéronautiques et plus particulièrement celui des turbomoteurs à hélices non carénées, dites "open-rotor" ou à hélice rapides, et celui des dispositifs de commande de l'orientation des pales de ces hélices. La technologie des moteurs aéronautiques évolue rapidement et une des voies explorées pour améliorer la consommation spécifique des moteurs d'avions civils est actuellement constituée par la mise au point de moteurs open-rotor. De tels moteurs, comme celui décrit dans la demande de brevet FR2941496 de la demanderesse, comportent un générateur de gaz de turbomoteur classique, dont un ou plusieurs étages de turbine entraînent une soufflante non carénée s'étendant à l'extérieur du moteur. Pour des raisons de niveau de poussée à atteindre et de réduction du bruit généré par les pales, le moteur comporte généralement deux hélices non carénées contrarotatives, c'est-à-dire qui tournent en sens inverses, et qui sont situées à l'aval du moteur pour les éloigner le plus possible de la cabine des passagers. La configuration générale d'un moteur open-rotor est donnée par la figure 1. Comme dans le cas des turbopropulseurs classiques les pales des hélices des open-rotors sont à calage variable, c'est à dire que le pas de ces hélices peut être modifié au cours du vol pour faire évoluer la poussée du moteur. Des dispositifs multiples ont été imaginés pour faire varier le calage des pales, qui comportent généralement une mise en rotation de l'aube autour de son axe principal par l'intermédiaire de pignons coniques, situés sous le pied de l'aube, qui coopèrent avec des pignons coniques d'un système de commande. Un exemple d'un tel dispositif est donné par la figure 2. Une des contraintes des systèmes de commande du calage des pales des hélices est de prévoir d'amener celles-ci dans la position dite "en drapeau" dans le cas d'une défaillance de ce système. La position en drapeau consiste à faire tourner l'hélice jusqu'à ce que sa corde s'aligne 2 sensiblement dans le lit du vent, réduisant ainsi au maximum la traînée qu'elle génère et, par suite, le déséquilibre en lacet produit sur l'avion. La position en drapeau doit correspondre à une position d'équilibre prise automatiquement par l'hélice lorsque le système de commande du calage ne transmet plus de couple. Pour cela des masselottes formant contrepoids sont généralement attachées aux pignons coniques du système de commande et placés en porte-à-faux par rapport à eux. En fonctionnement normal elles sont maintenues en position par le couple engendré par le système de commande. En cas de défaillance de ce système, la force qu'elles exercent les entraîne vers une position de repos qui correspond à la position de drapeau de la pale. Dans les systèmes connus tel que celui représenté sur la figure 2, essentiellement pour des raisons de réduction de la masse, le mécanisme de commande du calage des aubes est monté sur l'anneau structurel de retenue des aubes, c'est-à-dire en périphérie du moteur et donc à l'extérieur de ses carters. Il s'ensuit que tant les pignons coniques du système de commande des contrepoids et ceux du pied d'aube, que les roulements qui leur sont associés sont exposés à l'air ambiant et ne sont ni protégés des intempéries ni lubrifiés. Les contacts se font donc par frottement de métal sur métal ce qui génère des durées de vie relativement réduite pour ces éléments. Il importe donc d'améliorer la durée de vie des dispositifs de commande du calage des aubes des moteurs open-rotor. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de protection du mécanisme de commande du calage des pales d'un turbomoteur à hélice rapide. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande du calage des pales d'une hélice d'un turbomoteur à open-rotor, l'aube portant ladite pale étant rattachée à un anneau de retenue par l'intermédiaire d'un pivot support et étant apte à tourner sur elle-même autour de l'axe dudit pivot, le dispositif comprenant un premier moyen d'entraînement fixé sur le pied de l'aube et un second moyen d'entraînement porté par ledit anneau de retenue et apte à coopérer avec ledit premier moyen d'entraînement pour faire tourner ledit pivot support en réponse à une commande d'un système de régulation du pas de l'hélice. Il est caractérisé en ce que lesdits premier et second pignons sont regroupés dans une enceinte de façon à assurer leur lubrification. La présence d'une enceinte permet de protéger les pignons contre les intempéries et d'assurer leur lubrification, ce qui leur procure une durée de vie satisfaisante. De façon préférentielle le premier moyen d'entraînement est un pignon conique entourant le pivot du pied de l'aube et le second moyen d'entraînement un pignon conique dont l'axe s'étend selon un axe tangentiel à l'anneau de retenue, le premier pignon étant positionné radialement de façon que sa coopération avec le second pignon s'effectue, par rapport à ce dernier, du côté de l'extrémité de la pale. Le positionnement de la coopération des pignons du côté de l'extrémité de la pale donne un accès plus facile aux pignons puisque ceux-ci se retrouvent du côté extérieur, c'est-à-dire du côté par lequel un opérateur peut intervenir. Avantageusement l'enceinte a une forme cylindrique comportant une paroi cylindrique entourant le premier pignon conique et un couvercle s'étendant parallèlement audit premier pignon conique, du côté de l'extrémité de la pale. Dans un mode de réalisation le couvercle est démontable de ladite enceinte, de façon à laisser apparaître ledit premier pignon. Préférentiellement la paroi cylindrique comporte une fenêtre par laquelle transitent des moyens d'actionnement dudit second pignon. Dans un mode particulier de réalisation l'enceinte comporte en outre un panneau de fermeture de ladite fenêtre, ledit panneau formant support desdits moyens d'actionnement. Avantageusement ledit panneau est démontable de ladite enceinte, ladite fenêtre étant dimensionnée de façon à permettre le démontage en ligne des premier et second pignons. L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : 4 - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un turbomoteur à hélice rapide ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif de commande du calage des pales du turbomoteur de la figure 1, selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif de commande du calage des pales d'un turbomoteur de la figure 1 selon un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 4 est une vue en coupe partielle du dispositif de commande de la figure 3. En se référant à la figure 1, on voit un turbomoteur à hélices rapides 1, comprenant, d'une part, un générateur de gaz classique constitué entre autres d'un compresseur 2, d'une chambre de combustion 3 et d'une turbine 4 qui entraîne le compresseur 2, et, d'autre part, une turbine libre 5 située en aval de la turbine liée 4, qui entraîne les deux séries de pales 6 des hélices contrarotatives. Les hélices sont positionnées à l'extérieur du carter 7 du générateur de gaz et leurs aubes sont tenues par un pied d'aube 8 mobile en rotation autour d'un axe radial par rapport à la turbomachine 1, qui passe par le centre du pied de l'aube et qui constitue l'axe principal de la pale. La rotation de la pale 6 est assurée par une tringle 9 qui agit sur un couple de pignons coniques dont un est fixé sur l'aube en entourant le pied de l'aube 8. Un système de régulation 10 commande, par l'intermédiaire des tringles 9, la position angulaire des pales de chacune des hélices et s'assure de leur mise en rotation synchronisée. En se référant maintenant à la figure 2 on voit un dispositif de commande du calage des aubes d'un turbomoteur à hélices rapides, selon l'art antérieur. Les pales 6 sont retenues par un pivot de pied d'aube 11, lui-même étant monté en rotation sur un anneau de retenue 12 qui assure la reprise des efforts mécaniques de traction centrifuge exercés par les pales. Chaque pivot de pied d'aube 11 porte sur sa circonférence un premier pignon conique 13 qui coopère avec un second pignon conique 14, dont l'axe de rotation est orienté tangentiellement à l'anneau de retenue 12. Ce premier pignon conique est placé du côté supérieur, c'est- à-dire du côté de la pale, de façon à être relativement accessible depuis l'extérieur du moteur. Le second pignon forme l'extrémité d'une pièce cylindrique 15 formant axe de support d'un contrepoids 16. Cet axe support 15 est orienté selon une direction tangentielle à l'anneau 12 et est piloté en rotation grâce à un autre jeu de deux pignons coniques, l'un étant monté sur l'axe support 15 et l'autre étant monté sur un axe de commande du calage 17, ce dernier étant entraîné par la tringle de commande 9. La figure 3 montre une enceinte de protection 20 du dispositif de commande du calage des aubes selon l'invention, qui entoure le pied d'aube 8 et qui est fixée sur l'anneau de retenue 12. Cette enceinte a essentiellement la forme d'un cylindre délimité radialement par une paroi cylindrique 23 qui entoure le pied d'aube 8 selon la direction de l'axe principal de l'aube et qui comporte une fenêtre latérale s'ouvrant du côté du contrepoids 16. Cette enceinte est obturée, du côté de l'aube par un couvercle 21 qui se fixe sur la paroi cylindrique 23, et au niveau de sa fenêtre par un panneau 22 formant par ailleurs support de l'axe de rotation 15 du contrepoids 16. Du panneau 22, et porté par lui, s'étend tangentiellement à l'anneau de retenue 12, l'axe 15 support du contrepoids 16. Le contrepoids 16 a, comme représenté, la forme de deux secteurs angulaires placés côte à côte et fixés sur un disque 17 emmanché sur l'axe support 15. Ces deux secteurs sont positionnés angulairement de façon à exercer, par leur simple poids, un couple tendant à entraîner une rotation de l'axe 15 et, par suite, une rotation de la pale 6 vers sa position de drapeau. La figure 4 montre, en coupe, l'intérieur de l'enceinte de protection 20 et le détail du dispositif de commande du calage des aubes. Le pied de l'aube 8 se prolonge par son pivot support 11 qui assure le maintien de l'aube en contenant les efforts centrifuges qu'elle subit du fait de sa rotation, par une coopération avec des éléments de l'anneau de retenue (non représentés). Le pivot support 11 comporte une extension latérale 1 lb qui s'étend en dessous du second pignon 14 de façon à assurer l'obturation de l'enceinte 20 vers le bas. L'ensemble du pied 8 et de son pivot 11 sont mobiles en rotation autour de l'axe principal de l'aube sous l'action d'un couple appliqué, par le dispositif de commande du calage, sur le premier pignon conique 13 qui, lui, est rigidement rattaché au pied 8. Le premier pignon conique 13 coopère, à la partie supérieure de l'enceinte, avec le second pignon conique 14, qui, lui, est rattaché à l'axe de support 15 du contrepoids 16. Une tringle 9, représentée sur la figure 1, est attachée au contrepoids 16 pour le faire tourner et assurer le pilotage du calage de l'aube et, in fine, celui de la puissance délivrée par le moteur. Le second pignon 14 s'étend dans un plan orienté radialement par rapport à la turbomachine let se prolonge tangentiellement à l'anneau de retenue 12 par l'axe 15 support du contrepoids 16. Cet axe support est porté par deux roulements 18, portés eux-mêmes par le panneau 22 qui présente en son centre un renforcement pour assurer cette fonction de soutien de l'axe support 15 et du contrepoids 16. A l'extérieur du panneau 22, on retrouve, comme sur la figure 3, le disque 17 emmanché sur l'axe support 15 et les deux parties du contrepoids 16 qu'il porte. Le panneau 22 comporte, à ses extrémités supérieure et inférieure, c'est-à-dire à ses extrémités radialement externe et interne par rapport à la turbomachine 1, deux bords pliés à 90° qui se referment, pour le bord supérieur 22a sur le couvercle 21 et pour le bord inférieur 22b sur l'extension latérale 1 lb du pivot 11 de pied d'aube. Alors que le bord supérieur 22a est fixe par rapport au couvercle 21 et peut lui être ajusté, le bord inférieur 22b est positionné en face d'une pièce tournante 11b et un jeu minimum doit être laissé entre les deux pour assurer la libre rotation du pivot 11. Le panneau 22, le couvercle 21 et le pivot 11 délimitent ainsi une enceinte 20 dans laquelle sont enfermés les premier et second pignons 13 et 14, qui sont donc protégés des agressions extérieurs et qui peuvent être lubrifiés. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de commande selon l'invention, en régulation normale et dans le cas d'une mise en drapeau. En fonctionnement normal la tringle 9 reçoit des instructions du système de régulation 10 pour se déplacer longitudinalement et agir sur le contrepoids 16 afin de le faire tourner autour de l'axe support 15 et ainsi modifier le calage de la pale 6. Le générateur de gaz étant généralement régulé pour faire fonctionner l'hélice à vitesse de rotation constante, la modification du pas entraîne une modification de la 7 poussée, à la hausse ou à la baisse selon les désirs du pilote. La plus ou moins grande puissance demandée est assurée par une augmentation ou une diminution du débit carburant injecté dans le générateur de gaz, en réponse au changement de pas, pour rétablir la vitesse de rotation de consigne. Tout au long de ce fonctionnement normal le contrepoids 16 est maintenu dans une position circulaire telle que son centre de gravité reste sensiblement décalé par rapport à la direction radiale qui passe par l'axe support 15. Il exerce donc une force qui tend à faire tourner l'axe support vers la position du grand pas et subséquemment vers le drapeau. Cette force est compensée, en fonctionnement normal, par la poussée exercée par la tringle 9 qui régule le pas et pilote le calage de chaque pale, en restant entre le petit et le grand pas de l'hélice. Dans le cas d'une panne du système de régulation 10, sans blocage de la tringle 9, celle-ci étant alors libre de se déplacer sans exercer d'effort sur le contrepoids 16, la force de gravité qui s'exerce sur le contrepoids 16 l'amène en position basse, c'est-à-dire dans une position interne radialement, qui correspond à une augmentation du calage de la pale 6. N'ayant plus de force qui s'oppose à son mouvement, le contrepoids poursuit sa rotation jusqu'à atteindre une position d'équilibre qui correspond à la position basse et place ainsi, par construction, la pale 6 dans la position du drapeau. La présence d'une enceinte fermée 20, outre la protection contre les intempéries, permet la lubrification, par de la graisse, des premier et second pignons 13 et 14 qui sont constamment mis en mouvement par la régulation du moteur et qui donc peuvent présenter une durée de vie acceptable, malgré les conditions sévères d'utilisation auxquelles ils sont soumis. Il convient de remarquer l'avantage particulier apporté par la configuration retenue pour la mise en oeuvre de l'invention. L'accès aux pignons est extrêmement facilité par la forme donnée à l'enceinte 20 avec sa partie cylindrique 23 qui est recouverte d'un couvercle 21 sur sa partie supérieure et par le point de coopération des pignons qui est situé lui aussi en partie supérieure de l'enceinte. Il suffit de démonter le couvercle 21, facilement accessible depuis l'extérieur du moteur, pour pouvoir contrôler l'état des pignons et soit remettre de la graisse si leur état est encore satisfaisant, soit les remplacer si leur usure est excessive. Une telle opération peut donc s'effectuer en ligne (c'est à dire directement sur avion, sans dépose ni du moteur ni même de l'hélice), ce qui ne génère pas de coût de maintenance excessif Le remplacement des pignons est lui aussi facilité par la configuration retenue puisqu'il suffit de démonter le panneau 22 pour retirer l'axe support 15 et ses seconds pignons 14, et avoir accès aux premiers pignons 13. Cette opération peut elle aussi être effectuée en ligne. La configuration retenue se traduit donc, d'une part, par une amélioration de la durée de vie des pièces du dispositif de calage due à la lubrification qui leur est apportée et, d'autre part, par une grande facilité d'accès aux pièces en question, ce qui facilite les opérations d'inspection et de maintenance. Finalement on obtient une réduction importante des coûts de maintenance, ce qui est d'autant plus important que cet aspect constitue un des points faibles des moteurs à open-rotor. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande du calage des pales (6) d'une hélice d'un turbomoteur (1) à open-rotor, l'aube portant ladite pale étant rattachée à un anneau de retenue (12) par l'intermédiaire d'un pivot support (11) et étant apte à tourner sur elle-même autour de l'axe dudit pivot, le dispositif comprenant un premier moyen d'entraînement (13) fixé sur le pied (8) de l'aube et un second moyen d'entraînement (14) porté par ledit anneau de retenue et apte à coopérer avec ledit premier moyen d'entraînement pour faire tourner ledit pivot support en réponse à une commande d'un système de régulation (10) du pas de l'hélice, caractérisé en ce que lesdits premier et second moyens d'entraînement sont regroupés dans une enceinte (20) de façon à assurer leur lubrification. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le premier moyen d'entraînement (13) est un pignon conique entourant le pivot (11) du pied d'aube et le second moyen d'entraînement (14) un pignon conique dont l'axe s'étend selon un axe tangentiel à l'anneau de retenue (12), le premier pignon étant positionné radialement de façon que sa coopération avec le second pignon s'effectue, par rapport à ce dernier, du côté de l'extrémité de la pale (6). 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel l'enceinte (20) a une forme cylindrique comportant une paroi cylindrique (23) entourant le premier pignon conique (13) et un couvercle (21) s'étendant parallèlement audit premier pignon conique, du côté de l'extrémité de la pale (6). 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel le couvercle (21) est démontable de ladite enceinte, de façon à laisser apparaître ledit premier pignon. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel la paroi cylindrique (23) comporte une fenêtre (22) par laquelle transitent des moyens (15) d'actionnement dudit second pignon (14). 6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel l'enceinte (20) comporte en outre un panneau (22) de fermeture de ladite fenêtre, ledit panneau formant support desdits moyens d'actionnement (15). 7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel ledit panneau est démontable de ladite enceinte, ladite fenêtre étant dimensionnée de façon à permettre le démontage en ligne des premier et second pignons (13, 14).