Brevet FR2978953A1 — publié le 20130215

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la commande de l'orientation des pales de soufflante d'un turbopropulseur. Un domaine privilégié d'application de l'invention est celui des turbopropulseurs d'avion à double hélice. Un turbopropulseur d'avion à double hélice comprend une turbine à deux rotors contra rotatifs entraînant chacun un ensemble de pales de soufflante non carénées. Dans ce type de moteur d'avion, l'orientation des pales de soufflante (on parle également de réglage du pas) constitue l'un des paramètres permettant de gérer la poussée du moteur. La demande de brevet français n° 10 51458 déposée le ter mars 2010 par la Demanderesse décrit un système de commande de l'orientation des pales de soufflante d'un tel turbopropulseur. Dans ce document, chaque pale est couplée, pour le réglage de son orientation, à un support de pied de pale monté pivotant sur un anneau rotatif au moyen d'un engrenage conique, l'un des pignons de cet engrenage étant supporté par le support de pied de pale et l'autre pignon portant un contrepoids. Un vérin hydraulique centré sur l'axe de rotation de l'anneau rotatif et solidaire en rotation du rotor de turbine est relié à chaque contrepoids par l'intermédiaire d'une biellette radiale. En actionnant le vérin, les biellettes agissent sur les contrepoids selon un principe bielle/manivelle afin de commander une rotation synchronisée des supports de pied de pale. Un tel système de commande présente de nombreux avantages. Il est en particulier fiable et léger car il possède relativement peu de pièces par rapport aux systèmes de commande de l'art antérieur' Le changement de l'orientation des pales entre les phases de vol et les phases où l'avion à les roues au sol (ralenti sol, taxi ou encore passage des pales en position d'inversion de poussée) impliquent de franchir une zone dans laquelle le pas des hélices est faible et induit une trainée importante. Ainsi, pour éviter une traînée excessive et respecter aussi le temps de passage requis en position d'inversion de poussée, la vitesse de déplacement des vérins actionnant les mécanismes de changement de pas des hélices des rotors doit doubler. Cette augmentation de la vitesse de déplacement, combinée à une pression de fonctionnement élevée, conduit à des prélèvements mécaniques supplémentaires (notamment au ralenti) et des réjections thermiques importantes au niveau de la pompe hydraulique à cylindrée variable qui commande les vérins. Il en résulte un impact important; sur le dimensionnement des équipements du circuit d'huile (échangeurs,...) et des prélèvements moteurs pouvant être non acceptables. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un système de commande hydraulique de l'orientation des pales de soufflante d'un turbopropulseur d'avion comportant au moins un ensemble de pales de soufflante à orientation réglable actionné par des vérins reliés à une pompe hydraulique à cylindrée variable, une vanne de protection des petits pas commandée par une électrovanne associée autorisant au sol , lorsque l'orientation desdites pâles est quasi perpendiculaires à l'axe de l'avion, le passage d'une première zone de fonctionnement (A) dans laquelle la vitesse d'orientation des pales est faible à une seconde zone de fonctionnement (B) dans laquelle ladite vitesse d'orientation est notablement plus élevée, caractérisé en ce que la pression de fonctionnement de ladite pompe hydraulique à cylindrée variable est commandée par ladite électrovanne commandant ladite vanne de protection des petits pas de façon à définir deux niveaux de sortie correspondant auxdites deux zones de fonctionnement. Ainsi, en utilisant l'électrovanne commandant la vanne de protection des petits pas pour basculer d'une pression de fonctionnement normale de la pompe à une seconde pression de fonctionnement plus faible, on peut faire face aux besoins antagonistes en effort et en vitesse existant dans ces deux zones de fonctionnement. De préférence, ladite pompe hydraulique à cylindrée variable est une pompe à pistons axiaux. Avantageusement, dans un premier exemple de réalisation, le système comporte un conduit de dérivation entre une entrée de ladite électrovanne et une entrée de commande de ladite pompe à pistons axiaux. Il comporte en outre un diaphragme Dl monté dans une ligne de retour basse pression (BP) de ladite pompe à pistons axiaux et un diaphragme D2 monté dans la ligne d'alimentation haute pression (HP) reliant ladite pompe à pistons axiaux à ladite électrovanne. Dans un second exemple de réalisation, le système comporte un conduit de dérivation entre une sortie de ladite électrovanne et une entrée de commande de ladite pompe à pistons axiaux. Il comporte en outre un diaphragme D2 monté dans la ligne d'alimentation haute pression (HP) reliant ladite pompe à pistons axiaux à ladite électrovanne. L'invention concerne aussi un turbopropullseur à double hélice comportant un système de commande hydraulique de d'orientation des pales de soufflante tel que précité. 1 o Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront décrits plus en détails à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation de l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : . la figure 1 est une vue schématique partielle du système hydraulique de 15 réglage de pas modifié selon un premier exemple de réalisation de l'invention permettant un basculement de la pompe entre deux pressions de fonctionnement, . la figure 1A est une vue schématique partielle du système hydraulique de réglage de pas modifié selon un second exemple de réalisation de l'invention 20 permettant un basculement de la pompe entre deux pressions de fonctionnement, . la figure 2 est une vue schématique du système hydraulique de réglage de pas de l'art antérieur, et . la figure 3 illustre, pour chacun des vérins amont et aval, les efforts 25 appliqués pour le réglage des pas en fonction de l'angle de calage. Description détaillée de l'invention Dans le mécanisme d'orientation (réglage de pas) des pales de soufflante décrit dans la demande de brevet FR 10 51458 citée en préambule, 30 les efforts appliqués sur les vérins en fonction de l'angle en pied de pales (angle de calage) évoluent comme illustrés sur les courbes de la figure 3. On peut y distinguer deux zones de fonctionnement distinctes : une première zone A (en vol pour des angles de calage élevés) dans laquelle la vitesse d'orientation des pales est faible et les efforts sur les pistons des vérins élevés et une seconde 35 zone B (au sol pour un calage inférieur à une limite déterminée) dans laquelle la vitesse d'orientation des pales requise est deux fois plus élevée et les efforts sur les pistons deux fois plus faibles. Cette limite particulière qui sépare ces deux zones de fonctionnement est dite « zone des petits pas » (en anglais min pitch flight) dans laquelle la traînée est maximale (pâles quasi perpendiculaires à l'axe de l'avion). Le système de commande hydraulique de l'orientation des pales de soufflante d'un turbopropulseur d'avion est illustré de façon schématique à la figure 2. Les pales de soufflante à orientation réglable (non représentées) sont actionnées par des vérins 10, 12 dont les déplacements sont commandés par des servovalves respectives 14, 16 alimentées depuis un moteur d'entrainement hydraulique comme une pompe hydraulique à cylindrée variable 18 elle-même alimentée par une pompe d'alimentation générale (pompe de gavage 20) située en amont du système. De préférence, cette pompe hydraulique à cylindrée variable est constituée d'une pompe à pistons axiaux dont le barillet, dans lequel coulisse un ensemble pistons/patins, est entraîné en rotation par l'arbre de pompe. Puisque le plateau est incliné, les pistons, maintenus en appui sur ce plateau, suivent un mouvement de va-et-vient dont l'amplitude, définie par l'angle d'inclinaison du plateau, fournit la cylindrée de la pompe. Les chambres des puits du barillet débouchent, par l'intermédiaire de deux haricots vers les lumières d'aspiration et de refoulement creusées dans le corps de pompe. Lors du retrait du piston, celui-ci se retrouve face à la lumière d'aspiration et l'expansion du volume de la chambre crée une dépression qui aspire le fluide. Lors de la rentrée du piston, la diminution du volume de la chambre crée une surpression qui pousse le fluide vers le refoulement. L'inclinaison du plateau est commandée, d'un côté par un piston de commande poussé par une pression de commande, et de l'autre par un piston de compensation. Pour interdire en vol les petits pas d'hélices pouvant conduire à une traînée excessive, le système de commande des pales comporte également un système de protection contre ces petits pas d'hélices constitué par un électro-robinet 22 (électrovanne qui fonctionne en tout ou rien) relié à la sortie de refoulement haute pression (HP) de la pompe 18 et qui commande une vanne de protection des petits pas 24, 26 associée à chacun des vérins, un diaphragme D3 étant en outre disposé dans la ligne de retour basse pression BP2 de l'électro-robinet 22. Lorsque l'électro-robinet est fermé (commande électrique nulle), la vanne de protection des petits pas interdit le déplacement des vérins vers la tige rentrée en créant un court-circuit au niveau des chambres 10A, 10B ; 12A, 12B. Lorsque l'électro-robinet est commandé en ouverture (commande électrique non nulle), la haute pression issue de la pompe 18 et modulée par la basse pression au niveau du diaphragme D3 s'applique à l'extrémité de la vanne de protection des petits pas pour vaincre l'effort de son ressort et la vanne s'ouvre permettant alors au vérin de se déplacer dans la zone des petits pas d'hélices (tige de vérin rentrée). Les besoins en effort et en vitesse étant antagonistes dans ces deux zones de fonctionnement, il est proposé selon l'invention d'utiliser la commande en ouverture de l'électro-robinet 22 pour basculer sur une seconde pression de sortie de la pompe 18 plus faible (ici deux fois plus faible) que celle existant en fonctionnement normal. Pour ce faire, et comme l'illustre le premier exemple de réalisation de la figure 1, il est prévu l'adjonction d'un conduit de dérivation 28 entre l'entrée de l'électro-robinet 22 et le piston de commande de la pompe à pistons axiaux 18. En outre, un diaphragme Dl est monté dans la ligne de retour basse pression de la pompe et un diaphragme D2 est monté dans la ligne d'alimentation haute pression reliant la pompe à l'électro-robinet 22, le diaphragme D3 monté dans la ligne de retour basse pression de l'électro-robinet restant bien entendu présent. L'invention ainsi intégrée au système hydraulique de réglage de pas, fonctionne comme suit : La pression de compensation est prise égale à la pression de refoulement en sortie de la pompe 18. La pression d'admission est égale à la pression en sortie de la pompe de gavage 20 située en amont du système. Lorsque l'électro-robinet 22 qui commande la vanne de protection des petits pas est fermée, la pression de commande Pc est fonction des caractéristiques des diaphragmes Dl et D2, de la pression de refoulement HP en sortie de la pompe 18 et de la basse pression BP1 en amont du diaphragme Dl. Plus particulièrement, on peut ainsi montrer que : Pc = (PHP*D22+PBP1*D12)/(D12+D22). Lorsque l'électro-robinet 22 est commandé en ouverture, la pression en amont de celui-ci diminue, et la pression de commande Pc, modulée par la basse pression BP2 au niveau du diaphragme D3 diminue également. On notera que si l'on a fait figurer deux basses pressions différentes, il est évident qu'elles peuvent aussi être identiques. L'intérêt de l'invention est l'utilisation d'une unique électrovanne (I'électro-robinet 22) pour répondre à deux besoins distincts mais simultanés à savoir le pilotage de la vanne de protection des petits pas 24, 26 et le pilotage de la pression de fonctionnement de la pompe 18 (pression de refoulement en sortie de la pompe). Cette solution permet de diminuer la pression de fonctionnement lors du passage en position d'inversion de poussée pour lequel la vitesse d'orientation des pales est deux fois plus élevée que pour les transitoires en vol et ainsi de diminuer les prélèvements mécaniques de la pompe dans la zone des petits pas, 1 o diminuer les réjections thermiques et les fuites dans l'OTB (oit transfer bearing 30) assurant le passage de l'huile de la partie fixe du moteur où se trouve par exemple les servovalves à sa partie tournante où sont disposés notamment les vérins. On notera que dans le cas où la commande de l'électro-robinet 22 est 15 inversée (c'est-à-dire ouvert en l'absence de commande électrique et commandé en ouverture lorsque le courant de commande est non nul), comme le montre l'exemple de réalisation de la figure 1A, le conduit de dérivation 28 est monté entre la sortie de l'électro-robinet 22 (et non plus son entrée) et le piston de commande de la pompe 18, le diaphragme Dl et le retour à la ligne basse 20 pression au niveau du piston de commande n'étant alors plus utile dans cette configuration. REVENDICATIONS1. Système de commande hydraulique de l'orientation des pales de soufflante d'un turbopropulseur d'avion comportant au moins un ensemble de pales de soufflante à orientation réglable actionné par des vérins (10, 12) reliés à une pompe hydraulique à cylindrée variable (18), une vanne de protection des petits pas (24, 26) commandée par une électrovanne associée (22) autorisant au sol, lorsque l'orientation desdites pâles est quasi perpendiculaires à l'axe de l'avion, le passage d'une première zone de fonctionnernent (A) dans laquelle la 1 o vitesse d'orientation des pales est faible à une seconde zone de fonctionnement (B) dans laquelle ladite vitesse d'orientation est notablement plus élevée, caractérisé en ce que la pression de fonctionnernent de ladite pompe hydraulique à cylindrée variable est commandée par ladite électrovanne commandant ladite vanne de protection des petits pas; de façon à définir deux 15 niveaux de sortie correspondant auxdites deux zones de fonctionnement. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pompe hydraulique à cylindrée variable est une pompe à pistons axiaux. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de dérivation (28) entre une entrée de ladite électrovanne et une entrée 20 de commande de ladite pompe à pistons axiaux. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un diaphragme Dl monté dans une ligne de retour basse pression (BP1) de ladite pompe à pistons axiaux et un diaphragme D2 monté dans la ligne d'alimentation haute pression (HP) reliant ladite pompe à pistons axiaux à ladite 25 électrovanne. 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de dérivation (28) entre une sortie de ladite électrovanne et une entrée de commande de ladite pompe à pistons axiaux. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en 30 outre un diaphragme D2 monté dans la ligne d'alimentation haute pression (HP) reliant ladite pompe à pistons axiaux à ladite électrovanne. 7. Turbopropulseur à double hélice comportant un système de commande hydraulique de l'orientation des pales de soufflante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.