Brevet FR2982653A1 — publié le 20130517

L'invention concerne un système de transmission à arbre cannelé, et plus particulièrement un système de transmission à arbre cannelé pour le réglage de l'orientation des aubes à calage variable d'un stator de turboréacteur d'un aéronef Dans un turboréacteur d'aéronef, le compresseur comprend une pluralité d'anneaux de commande reliant entre elles, par étage, les aubes du stator à calage variable à travers lesquelles circule l'air. Le stator est, par définition, un élément statique du turboréacteur, par opposition au rotor. Cependant, afin d'optimiser la circulation de l'air en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur, on connaît un système de transmission à arbre cannelé pour le réglage de l'orientation des aubes de stator à calage variable, par virage des anneaux de commande autour de leur axe. Un tel système comprend un vérin de commande, un levier de commande, un arbre de commande, un élément cylindrique de transmission et une structure de transmission sur laquelle est montée une pluralité de biellettes d'actionnement reliées chacune à un anneau de commande d'aubes de stator. L'élément cylindrique est agencé pour recevoir l'arbre de commande, l'arbre de commande et l'élément cylindrique étant coaxiaux et formant une liaison par cannelures droites. En fonctionnement du système, l'actionnement du vérin de commande engendre la rotation du levier de commande qui entraîne à son tour l'arbre de commande en rotation. La rotation de l'arbre de commande permet, à travers la liaison par cannelures, la transmission du couple à l'élément cylindrique, celui-ci transmettant alors la force, par exemple par un système de bielles, à chaque biellette d'actionnement dont le déplacement entraîne l'anneau de commande auquel il est relié en rotation. Dans chaque étage, chaque aube à calage variable est reliée à l'anneau de commande par un levier d'orientation de sorte que le virage de l'anneau entraîne le déplacement des leviers d' orientation en rotation, ladite rotation autorisant l'orientation angulaire des aubes. Dans certains moteurs un tel système est relié, d'une part, au carter du compresseur haute pression et, d'autre part, à l'aide d'une platine de maintien, au carter de flux froid du turboréacteur. En fonctionnement du turboréacteur, on a constaté que la différence de température entre le carter du compresseur haute pression et le carter de flux froid induit une dilatation provoquant un coincement de la liaison par cannelures entre l'arbre de commande et l'élément cylindrique de transmission. Un tel coincement nécessite un effort important sur le levier de commande, imposant à son tour une force excessive sur la liaison par cannelures pouvant conduire à l'arrachement, en tout ou partie, de la platine de maintien sur le carter de flux froid. L'invention vise à éliminer certains de ces inconvénients et concerne, à cet effet, un système de transmission à arbre cannelé, notamment pour le réglage de l'orientation des aubes à calage variable d'un stator de turboréacteur d'un aéronef, ledit système comprenant un levier de commande, un arbre de commande, monté couplé au levier de commande, un élément cylindrique de transmission, monté couplé à l'arbre par une liaison par cannelures, et une structure de transmission sur laquelle est montée une pluralité de biellettes d'actionnement reliées chacune à un anneau de commande d'aubes de stator à calage variable, système remarquable en ce que au moins l'un de l'arbre de commande ou de l'élément cylindrique de transmission comprend une pluralité de nervures configurées de sorte à autoriser un jeu angulaire entre l'arbre de commande et l'élément cylindrique de transmission ; ce jeu angulaire est perpendiculaire à l'axe de l'arbre de commande. Un tel jeu angulaire autorise un léger déplacement et permet la transmission d'une force de commande tout en évitant l'arrachement de la platine de maintien lorsque l'arbre de commande et l'élément cylindrique de transmission subissent un effort induit par une dilatation thermique du système. En d'autres termes, un tel jeu angulaire évite l'effet d'un effort parasite sur l'arbre de commande, effort susceptible de provoquer l'arrachement de la platine de maintien. Par liaison par cannelures, on entend une liaison réalisée entre deux éléments comprenant chacun une alternance de nervures et de cannelures agencées de sorte à être complémentaires et à permettre la transmission d'une force entre les deux éléments par entraînement en rotation. De préférence, l'un de l'arbre de commande ou de l'élément cylindrique de transmission comprend sur une extrémité, au niveau de la liaison par cannelures, une pluralité de nervures orientées selon son axe longitudinal et comprenant chacune deux flancs latéraux bombés sur toute leur longueur, lesdites nervures étant agencées pour coopérer avec des nervures complémentaires de l'autre de l'arbre de commande ou de l'élément cylindrique de transmission. Une solution connexe, enseignée par la demande FR2918726, décrit un arbre d'entraînement rotatif en deux parties, sensiblement coaxiales, et reliées au niveau d'une liaison par cannelures. Dans une telle liaison, les flancs latéraux des nervures, situées entre les cannelures de la liaison, comprennent dans leur partie centrale une portion rectiligne permettant aux deux parties de l'arbre de rester sensiblement coaxiales en fonctionnement afin d'autoriser la rotation de l'arbre. Dans cette solution, les flancs latéraux des nervures sont bombés à leurs extrémités mais uniquement afin de diminuer la pression sur les nervures et réduire ainsi les risques de fissures desdites nervures. Une telle solution ne décrit pas un jeu angulaire entre les deux parties de l'arbre permettant d'éviter les coincements de la liaison à cannelures lors d'une dilatation thermique, le but étant, au contraire, de conserver une portion rectiligne des flancs des nervures afin de garantir l'alignement des deux parties de l'arbre et donc le fonctionnement de l'arbre d'entraînement. Dans l'invention, la forme bombée, sur toute leur longueur, des flancs latéraux des nervures offre ainsi des degrés de liberté supplémentaires, par rapport à des nervures dont les flancs latéraux sont en tout ou partie rectilignes, permettant à l'arbre de commande de transmettre une force de commande à l'élément cylindrique de transmission, c'est-à-dire d'éviter un coincement, même lorsque un effort est exercé sur le système suite à une dilatation thermique. La largeur des nervures au niveau de leurs extrémités est ainsi inférieure à la largeur des nervures en leur milieu, les flancs latéraux des nervures étant curvilignes ou courbées sur toute leur longueur. En d'autres termes, les flancs latéraux des nervures sont de forme sensiblement convexe de sorte que chaque nervure soit biconvexe dans un plan longitudinal de la nervure. Par curviligne sur toute la longueur, convexe et biconvexe, on entend que les flancs latéraux des nervures ne présentent pas de partie rectiligne. En d'autres termes, on entend que la largeur des nervures n'est pas constante sur une portion longitudinale de nervure, c'est-à-dire que le contact entre nervures complémentaires se fait au niveau d'un point de tangence et non sur une portion rectilignes des flancs latéraux des nervures. Ceci permet de libérer des degrés de liberté au niveau de la liaison, qui permet ainsi un léger déplacement des deux éléments formant la liaison de sorte à réduire les efforts induits sur la platine de maintien, résolvant ainsi le problème d'hyperstaticité induit par une dilatation du système, notamment à haute température en fonctionnement du turboréacteur. La différence entre la largeur de la nervure en son milieu et la largeur de la nervure à ses extrémités peut être, par exemple, de 0,15 mm.35 De préférence, la courbure des flancs latéraux des nervures est régulière. La courbure des flancs latéraux des nervures peut être calculée en fonction de la distance sur laquelle le système se déplace lors d'une dilatation. De préférence encore, la courbure des flancs latéraux des nervures autorise un degré de liberté de, sensiblement, plus ou moins 0,6 degré. Avantageusement, le nombre de nervures est compris entre 6 et 20. De préférence, le nombre de nervures est égal à 14. Selon un aspect de l'invention, l'arbre de commande est monté couplé au levier de commande par une liaison par cannelures. Selon un aspect de l'invention, le système comprend en outre une platine de maintien de l'arbre de commande et l'arbre de commande comprend en outre une rotule de liaison destinée à être montée dans ladite platine de maintien pour former une liaison rotule. Une telle rotule autorise une liaison permettant à la fois le maintien et la rotation de l'arbre de commande dans la platine de maintien. Avantageusement, le système comprend en outre un vérin de commande monté couplé à une extrémité du levier de commande et configuré pour transmettre une force de commande au levier de commande. De préférence encore, l'arbre de commande et l'élément cylindrique de transmission sont en métal. L'invention concerne aussi un arbre de commande d'un système tel que défini ci-dessus. L'invention concerne aussi un turboréacteur comprenant un système tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs (des références identiques étant données à des objets semblables).35 La figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un turboréacteur d'un aéronef, réalisée au niveau de l'arbre de commande du système de transmission à arbre cannelé pour le réglage de l'orientation des aubes à calage variable d'un stator de turboréacteur d'un aéronef selon l'invention. La figure 2a illustre schématiquement en perspective le système de la figure 1. La figure 2b est une vue partielle éclatée du système de la figure 1. La figure 3a illustre schématiquement une vue en coupe longitudinale d'un arbre de commande du système des figures 1, 2a et 2b. La figure 3b illustre schématiquement une nervure selon l'invention. La figure 4 illustre schématiquement une extrémité d'un arbre de commande comprenant une pluralité de nervures selon l'invention. Le système de transmission à arbre cannelé selon l'invention est décrit ici sous forme d'un système de transmission à arbre cannelé pour le réglage de l'orientation des aubes à calage variable d'un stator de turboréacteur d'un aéronef. Une telle description n'est évidemment pas limitative de la portée de la présente invention qui s'applique à tout système de transmission à arbre cannelé en deux parties soumis à un effort dû à une dilatation thermique. On notera plus généralement que la présente invention s'applique à tout système de transmission à arbre cannelé en deux parties soumis à un effort qui entraîne un différentiel de positionnement entre les zones de fixation du système, c'est à dire, d'une part, la zone de fixation au carter du compresseur haute pression et, d'autre part, la zone de fixation au carter de flux froid du turboréacteur. Un tel effort peut être, outre une dilatation thermique, une pression, une déformation etc. Par souci de clarté et afin de situer les éléments dans le turboréacteur 1 illustré par la figure 1, on a noté : - C le côté de la figure 1 orienté vers le centre du turboréacteur 1, - P le côté de la figure 1 orienté vers la paroi latérale externe (non représentée) du turboréacteur 1, - E le côté de la figure 1 orienté vers l'entrée du flux d'air traversant le turboréacteur 1, et, - S le côté de la figure 1 orienté vers la sortie du flux d'air traversant le turboréacteur 1. La vue partielle de la figure 1 illustre une partie d'un stator 2 d'un turboréacteur 1 fixé sur le carter du compresseur haute-pression 4 du turboréacteur 1 et comprenant des anneaux de commande 5 reliés par l'intermédiaire d'un levier d'orientation 5', à des aubes 6 de stator, à calage variable. Les anneaux de commande 5 peuvent être formés d'une ou plusieurs portions de sorte à former sensiblement au moins en partie un élément circulaire. Le rotor 7 du turboréacteur 1 comprend des aubes mobiles 10 reliées entre elles par des plates-formes 8 et agencées pour tourner, en fonctionnement du turboréacteur 1, entre les aubes 6 fixes de stator 2 du turboréacteur 1. Le turboréacteur 1 comprend en outre, en s'éloignant du centre C vers la périphérie P du turboréacteur 1 un carter de flux froid 12 et un système 15 de réglage de l'orientation des anneaux de commande 5 des aubes de stator 2 du turboréacteur 1. Dans un tel turboréacteur 1, l'air entrant se sépare en un flux primaire Fl traversant les aubes de stator 2 et le rotor du turboréacteur 1 et un flux secondaire traversant le turboréacteur entre 2 0 le carter haute-pression 4 et le carter de flux froid 12 du turboréacteur. Dans un tel turboréacteur 1, le stator 2 constitue la partie fixe que le flux primaire d'air traverse. Le système 15 de transmission à arbre cannelé est monté, d'une part, sur le carter de flux froid 12 et, d'autre part, sur le carter du compresseur haute-pression 4. Un tel système 15 permet 25 d'orienter les aubes 6, dites de ce fait à calage variable, en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur 1 de manière à optimiser le passage du flux d'air primaire à travers lesdites aubes 6 du stator 2. Le système 15, illustré par la figure 2a, comprend un vérin de commande 34, un levier de 3 0 commande 32, un arbre de commande 30, un élément cylindrique de transmission 31 et une structure de transmission 18 sur laquelle est montée une pluralité de biellettes d'actionnement 24 reliées chacune à un anneau de commande 5 des aubes de stator 2. La structure de transmission 18 de force aux aubes 6 de stator 2 comprend ici une base 20 35 dans laquelle s'articule des moyens de transmission 22 de force aux biellettes d'actionnement 24 fixés sur les anneaux de commande 5 des aubes de stator 2. La base 20 comprend en outre une platine de maintien 25 configurée pour recevoir l'arbre de commande 30. La liaison entre la platine de maintien 25 et l'arbre de commande 30 est ici une liaison à rotule permettant à la fois le maintien de l'arbre de commande dans la platine de maintien 25 tout en autorisant la rotation de l'arbre de commande 30 dans ladite platine de maintien 25. Le vérin de commande 34 est agencé pour entraîner le levier de commande 32 en rotation. Le levier de commande 32 est agencé pour entraîner l'arbre de commande 30 en rotation. L'élément cylindrique de transmission 31 est agencé pour recevoir l'arbre de commande 30, la liaison entre l'arbre de commande 30 et l'élément cylindrique de transmission 31 étant une liaison par cannelures de sorte qu'une rotation de l'arbre de commande 30 entraîne en rotation de l'élément cylindrique de transmission 31. Ainsi, en fonctionnement du système, l'actionnement du vérin de commande 34 engendre la rotation du levier de commande 32 qui entraîne à son tour l'arbre de commande 30 en rotation. La rotation de l'arbre de commande 30 entraîne, à travers la liaison par cannelures, la rotation de l'élément cylindrique de transmission 31, celui-ci transmettant alors la force de commande reçue de l'arbre de commande 30, ici par un système de bielles 22 illustré par la 2 0 figure 2a, à chaque biellette d'actionnement 24 dont le déplacement entraîne l'anneau 5 auquel il est relié en rotation. Dans un étage chaque aube 6 est reliée à l'anneau 5 par un levier d'orientation 5' de sorte que le virage de l'anneau 5 entraîne le déplacement des leviers d'orientation 5' en rotation, ladite rotation autorisant l'orientation angulaire des aubes 6 par rapport à l'air du flux primaire Fl. 25 Comme illustré par la figure 2b, le levier de commande 32 comprend ici une pluralité de nervures 39 et l'arbre de commande 30 comprend une pluralité de nervures 38, le levier de commande 32 étant agencé pour entraîner en rotation l'arbre de commande 30 par une liaison par nervures ou cannelures. 30 L'arbre de commande 30 est ici sensiblement longiligne selon un axe (X) et cylindrique, d'un seul ou de plusieurs diamètres différents selon la portion de l'arbre 30. Comme illustré par les figures 2b et 3a, l'arbre de commande 30 comprend une rotule 36 35 configurée pour autoriser en rotation l'arbre de commande 30, autour de son axe longitudinal, dans la platine de maintien 25. Ainsi, l'arbre de commande 30 est articulé dans la platine de maintien 25 autour de la liaison formée par la rotule 36. L'arbre de commande 30 comprend en outre une seconde pluralité de nervures 40 selon l'invention. Les nervures 40, illustrées par les figures 2b à 4, sont bombées de sorte que le déplacement du système, et en particulier de la structure de transmission 18 ne bloque pas la liaison entre l'arbre de commande 30 et l'élément cylindrique de transmission 31. Ainsi, les flancs 41a et 41b de la nervure 40 illustrée par la figure 3c sont bombés, courbés ou curvilignes sur toute leur longueur. Le bombé est défini par la différence entre la largeur épaisse Dl, au niveau du centre de la nervure 40, et la largeur fine D2, au niveau des extrémités de la nervure 40. Lors de la fabrication de l'arbre de commande 30, la définition de la valeur du bombé peut être faite en fonction du déplacement de la structure 18 lors de la dilatation de celle-ci dans une plage de valeurs de températures de fonctionnement du turboréacteur 1. Par exemple, on a noté que lorsque la structure 18 subissait une dilatation, l'arbre de commande 30 se déplaçait de 0,46 mm suivant l'axe longitudinal du turboréacteur 1 et 0,15 mm radialement. Il a ainsi été conféré à la nervure 40 un bombé de 0,15 mm permettant un 2 0 degré de liberté suffisant, par exemple, de plus ou moins 0,6 degrés, pour compenser le déplacement engendré par la dilatation. Les nervures selon l'invention ont été décrites ici en relation avec l'arbre de commande 30, cependant, dans une forme de réalisation alternative, les nervures selon l'invention pourraient 25 être formés sur la surface interne de l'élément cylindrique de transmission 31 voire à la fois sur l'arbre de commande 30 et sur l'élément cylindrique de transmission 31. REVENDICATIONS1. Système de transmission à arbre cannelé, notamment pour le réglage de l'orientation des aubes (10) à calage variable de stator (2) de turboréacteur (1) d'un aéronef, ledit système comprenant un levier de commande (32), un arbre de commande (30), monté couplé au levier de commande (32), un élément cylindrique de transmission (31), monté couplé à l'arbre (30) par une liaison par cannelures (31', 40), et une structure de transmission (18) sur laquelle est montée une pluralité de biellettes d'actionnement (24) reliées chacune à un anneau (5) de commande d'aubes (6) de stator (2) à calage variable, système caractérisé en ce que au moins l'un de l'arbre de commande (30) ou de l'élément cylindrique de transmission (31) comprend une pluralité de nervures (40) configurées de sorte à autoriser un jeu angulaire entre l'arbre de commande (30) et l'élément cylindrique de transmission (31). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'un de l'arbre de commande ou de l'élément cylindrique de transmission comprend sur une extrémité, au niveau de la liaison par cannelure, une pluralité de nervures (40) orientées selon son axe longitudinal (X, Y) et comprenant chacune deux flancs latéraux (41a, 41b) bombés sur toute leur longueur, lesdites nervures (40) étant agencées pour coopérer avec des nervures complémentaires de l'autre de l'arbre de commande (30) ou de l'élément cylindrique de transmission (31). 3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les nervures (40) sont de forme biconvexe. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la courbure des flancs 2 5 latéraux (41a, 41b) des nervures (40) est régulière. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la courbure des flancs latéraux (41a, 41b) des nervures (40) autorise un degré de liberté de, sensiblement, plus ou moins 0,6 degré. 30 6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'arbre de commande (30) est monté couplé au levier de commande (32) par une liaison par cannelures (38, 39). 7. Système selon l'une des revendications précédentes, ledit système comprenant en 35 outre une platine de maintien (25) de l'arbre de commande (30), l'arbre de commande (30)comprenant en outre une rotule de liaison (36) destinée à être montée dans ladite platine de maintien (25) pour former une liaison rotule. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, ledit système comprenant en outre un vérin de commande (34) monté couplé à une extrémité du levier de commande (32) et configuré pour transmettre une force de commande au levier de commande (32). 9. Arbre de commande d'un système selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Turboréacteur comprenant un système selon l'une des revendications 1 à 8.