Brevet FR2985284A1 — publié le 20130705

DISPOSITIF POUR LA COMMANDE DU CALAGE DES PALES D'UNE HELICE L'invention concerne un dispositif pour la commande du calage des pales d'une hélice non carénée ainsi qu'une turbomachine équipée d'un tel dispositif. Classiquement, une turbomachine à deux hélices amont et aval contrarotatives non carénées (en anglais «open rotor» ou «unducted fan») comprend deux hélices coaxiales, respectivement amont et aval, qui s'étendent radialement à l'extérieur de la nacelle de la turbomachine. Ces deux hélices sont entraînées en rotation par une turbine de puissance agencée en sortie d'une chambre de combustion et sont espacées axialement l'une de l'autre. Les hélices contrarotatives sont montées axialement en aval de la turbine de puissance laquelle comprend une pluralité d'aubages mobiles disposés axialement en alternance avec des aubages fixes portés par un carter de la turbomachine. Le rotor de la turbine de puissance est entraîné en rotation par les gaz de combustion et est relié à un arbre d'entrée d'un réducteur à engrenages comportant deux arbres de sortie contrarotatifs 20 entraînant chacun une des hélices amont et aval dans des sens opposés. Pour améliorer l'efficacité des hélices, il est connu de relier les pales à un mécanisme de calage variable actionné par la tige d'un vérin. Un tel vérin comprend un piston relié à la tige et séparant deux chambres chacune alimentée en fluide sous pression par les sorties d'une servovalve 25 de manière à déplacer le piston et la tige d'un côté ou de l'autre pour actionner le mécanisme de calage variable des pales et orienter angulairement ainsi les pales par rapport à l'axe de l'hélice. La tige est reliée à des moyens de rappel exerçant une force dans une direction donnée. Ces moyens de rappel sont destinés à ramener la 30 tige dans une position donnée dans laquelle les pales sont orientées sensiblement parallèlement à l'axe de l'hélice. Dans ces positions, les pales sont dites positionnées « en drapeau ». Ainsi en cas de survitesse des hélices ou de coupure de l'alimentation en fluide sous pression des chambres du vérin, les moyens de rappel permettent de positionner les pales des hélices en drapeau de façon à ce que celles-ci n'offrent plus aucune résistance à l'air environnant et ne génèrent pas de traînée additionnelle. Ces moyens de rappel sont nécessaires pour des raisons de sécurité en fonctionnement. Toutefois, la mise en drapeau des pales des hélices augmente le couple absorbé par l'hélice. Ainsi, plus le déplacement de la tige est rapide, c'est-à-dire plus les pales de l'hélice vont rapidement à leurs postions en drapeau, plus le sur-couple généré par la mise en drapeau des pales est important. On observe ainsi que la mise en drapeau des pales des hélices peut générer des sur-couples importants sur les axes des pales, lesquels sont transmis à l'ensemble de la chaîne mécanique jusqu'au réducteur à engrenages. Ces sur-couples transitoires peuvent causer des dommages à l'hélice ainsi qu'au réducteur à engrenages. Pour résoudre ces difficultés, il est donc nécessaire de sur-dimensionner certaines pièces, ce qui conduit à une augmentation de la masse de la turbomachine. La vitesse de mise en drapeau des pales de l'hélice résulte donc d'un compromis entre une vitesse suffisamment importante pour que les pales de l'hélice arrivent à leurs positions en drapeau suffisamment rapidement pour éviter de générer une traînée additionnelle et une vitesse suffisamment faible pour éviter de générer des sur-couples importants. En outre, du fait que les moyens de rappel agissent toujours dans le même sens, l'ensemble du vérin et de la servovalve forme un système dissymétrique puisque la commande électrique de déplacement du piston dans un sens ou dans l'autre n'est pas réalisée avec une même valeur absolue de courant. Ainsi, la commande électrique de la servovalve d'alimentation des chambres en fluide sous pression par des lois de commande linéaires classiques n'est pas possible. Les performances de l'asservissement du piston et du calage des pales s'en trouvent affectées. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cette fin, elle propose un dispositif pour la commande du pas des pales d'une hélice non carénée, en particulier dans une turbomachine, comprenant un vérin comportant un cylindre dans lequel est monté coulissant un piston séparant deux chambres reliées à des moyens d'alimentation en fluide sous pression par une servovalve, et une tige solidaire du piston destinée à être reliée à un organe mobile, des moyens de rappel étant prévus pour amener le piston dans une position où une première des chambres a un volume réduit en cas de coupure de l'alimentation des chambres en fluide sous pression, caractérisé en ce que des moyens de réduction de débit sont montés dans une conduite d'évacuation de fluide de ladite première chambre pour limiter le débit de fluide sortant de ladite première chambre sous l'effet du déplacement du piston en cas de coupure de l'alimentation en fluide sous pression. L'ajout de moyens de réduction du débit dans une conduite d'évacuation de fluide de la première chambre permet de réduire la vitesse de déplacement du piston sous l'effet des moyens de rappel en cas de coupure de l'alimentation en fluide sous pression. Il est ainsi possible de réduire le pic de couple du à un changement de vitesse rapide du piston et d'éviter ainsi un endommagement de l'ensemble de la chaine mécanique reliée à la tige, cette chaine mécanique pouvant comprendre un mécanisme de calage des pales et un réducteur à engrenages d'entrainement de l'hélice. En outre, l'intégration des moyens de réduction de débit facilite la commande électrique de la servovalve et donc permet un meilleur asservissement du déplacement du piston et de la tige. Selon une autre caractéristique de l'invention, un clapet anti-retour 30 est monté dans un canal en dérivation sur les moyens de réduction de débit, ce clapet étant configuré pour autoriser la circulation de fluide vers ladite première chambre et interdire le passage de fluide dans l'autre sens. Dans cette réalisation, le clapet anti-retour monté dans le canal de dérivation permet uniquement de limiter le débit de fluide sortant de la première chambre et non pas le débit de fluide entrant à l'intérieur de la première chambre. L'utilisation d'un clapet anti-retour permet de ne limiter le passage de fluide que dans le sens correspondant au sens de rappel du piston. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les chambres du vérin sont reliées à la servovalve d'alimentation par des distributeurs à tiroir commandés par une valve de sécurité, ces distributeurs pouvant occuper chacun au moins deux positions dans une première desquelles ils autorisent le passage de fluide de la servovalve vers les chambres du vérin et dans une seconde desquelles ils bloquent le passage de fluide de la servovalve vers les chambres et relient les chambres du vérin à un circuit de fluide basse pression, les moyens de réduction de débit étant montés entre la première chambre du vérin et le distributeur relié à cette chambre ou entre la servovalve et le distributeur relié à la première chambre du vérin. En cas de coupure de 1"alimentation en fluide sous pression des chambres du vérin, les distributeurs sont commandés à déplacement dans leur seconde position dans laquelle les chambres communiquent avec un circuit basse pression de fluide. Les moyens de rappel peuvent ainsi déplacer la tige et le piston dans la direction de rappel et positionner les pales en drapeau. Dans une réalisation de l'invention, les moyens de réduction de débit sont montés dans une conduite qui relie le distributeur à la première chambre et qui forme une conduite d'alimentation en fluide sous pression de la première chambre lorsque le distributeur est dans sa première position et une conduite d'évacuation lorsque le distributeur est dans sa deuxième position. Avec cet agencement des moyens de réduction de débit, ceux-ci permettent de limiter la vitesse de déplacement du piston même en cas de rupture de la canalisation d'alimentation/d'évacuation reliant la première chambre à son distributeur, pour autant que la rupture de la canalisation survienne entre le distributeur et les moyens de réduction de débit. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, les moyens de réduction de débit sont montés dans une conduite reliant une sortie du distributeur à un circuit de fluide basse-pression quand le distributeur est dans sa seconde position. Avec un tel agencement des moyens de réduction de débit, ni le débit de fluide entrant, ni le débit de fluide sortant de la première chambre n'est limité en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque la servovalve alimente en fluide sous pression les chambres du vérin. Les moyens de réduction de débit ne sont actifs qu'en cas de coupure de l'alimentation des chambres, lorsque les distributeurs sont commandés à déplacement dans leur seconde position. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de réduction de débit sont agencés à la jonction entre ladite conduite d'évacuation et la paroi du cylindre. Les moyens de réduction de débit peuvent consister en un diaphragme ou un orifice calibré de passage de fluide. Les moyens de rappel du piston peuvent comprendre un contrepoids relié à une partie d'extrémité de la tige opposée au piston. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, comprenant au moins un dispositif de commande à vérin du type décrit ci-dessus. la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de commande et d'alimentation en fluide sous pression des chambres d'un vérin selon une première réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue schématique des moyens de réduction de débit de la figure 1 ; les figures 3 à 5 sont des vues schématiques de variantes des moyens de réduction de débit selon l'invention ; la figure 6 est une vue schématique d'un circuit de commande et d'alimentation en fluide sous pression des chambres d'un vérin selon une seconde réalisation de l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un circuit 10 de commande et d'alimentation en fluide sous pression des chambres d'un vérin. En figure 1, des traits en pointillés représentent des lignes de commandes électriques et des traits pleins représentent des conduites de fluide. Le circuit de fluide comprend une conduite 12 d'alimentation en fluide sous pression alimentant en entrée une première 14 et une seconde 16 servovalves chacune actionnée par des moyens de commande électrique 18, 20. Le vérin 22 comprend un corps creux 24 de forme cylindrique par exemple, le cylindre comportant deux chambres 26, 28 séparées l'une de l'autre par un piston 30 monté à coulissement dans le cylindre 24. Une tige 32 est reliée à une extrémité au piston, l'autre extrémité de la tige 32 étant reliée à un organe mobile 34. Les première 26 et seconde 28 chambres du vérin 22 sont chacune reliée à une sortie 36, 38 de la première servovalve 14 par l'intermédiaire d'un premier 40 et d'un second 42 distributeur à tiroir. Chaque distributeur 40, 42 comprend une première position A dans laquelle il autorise le passage de fluide de la première servovalve 14 vers les chambres 26, 28 du vérin 22 et une seconde position B dans laquelle il bloque le passage de fluide sous pression vers les chambres 26, 28 et relie les chambres 26, 28 du vérin 22 à une conduite 44 de fluide basse pression. Les premier 40 et second 42 distributeurs sont rendus solidaires l'un de l'autre à déplacement et se déplacent simultanément de leur première position A à leur seconde position B. Les distributeurs 40, 42 sont maintenus dans leur première position A au moyen de fluide sous pression sortant de la seconde servovalve 16. La conduite de sortie 46 de la seconde servovalve 16 communique avec la conduite 44 de fluide basse pression. Le dispositif comprend également un moyen de rappel 48, tel qu'un ressort, sollicitant les distributeurs 40, 42 dans leur seconde position B. Tant que la pression de fluide dans la conduite de sortie 46 de la seconde servovalve 16 est supérieure à la force de rappel du ressort 48, les distributeurs 40, 42 sont dans leur première position A et les sorties de la première servovalve 14 communiquent avec les première et seconde chambres 26, 28 du vérin 22. La seconde électrovalve 16 forme ainsi une valve de sécurité dont la pression de sortie contrôle le déplacement des distributeurs à tiroir 40, 42. Dans une réalisation pratique de l'invention, l'organe mobile 34 consiste en un mécanisme de calage variable des pales d'une hélice non carénée. Le déplacement de la tige 32 dans le sens de réduction du volume de la première chambre 26 induit une rotation des pales suivant leurs axes vers les petits angles de calage et le déplacement de la tige dans le sens de l'augmentation du volume de la première chambre 26 induit une rotation des pales suivant leurs axes vers les grands angles de calage. L'extrémité de la tige 32 opposée au piston 30 est reliée à des moyens de rappel 50, tels qu'un contrepoids, permettant de rappeler en permanence la tige 32 dans une position pour laquelle les pales de l'hélice sont mises en drapeau c'est-à-dire que l'angle de calage des pales par rapport à l'axe de rotation est nul. Dans cette position, les pales de l'hélice ne produisent pas de poussée et n'offrent qu'une faible résistance à l'air environnant En fonctionnement normal, les moyens de commande électrique 18 de la servovalve 14 commandent le débit sortant par chacune de ses sorties 36, 38, ce qui permet de contrôler le déplacement du piston 30 et de la tige 32 et par suite le calage angulaire des pales de l'hélice. En cas de vitesse excessive de l'hélice, les moyens de commande électrique 20 envoient un signal électrique à la valve de sécurité 16 de manière à ce que celle-ci réduise le débit de sortie en direction des distributeurs 40, 42. Le ressort 48 pousse alors les distributeurs 40, 42 dans leur seconde position B, ce qui bloque l'alimentation en fluide de la première servovalve 14 vers les chambres 26, 28 du vérin 22 et met les chambres 26, 28 du vérin 22 en communication fluidique avec la conduite basse pression 44. Les moyens de rappel 50 de la tige 32 ramènent ensuite la tige 32 dans sa position de rappel correspondant à une mise en drapeau des pales de l'hélice. Comme indiqué précédemment, la vitesse de déplacement de la tige 10 32 sous l'effet des moyens de rappel 50 génère un fort couple sur les axes des pales, ce qui peut provoquer des dommages. Pour résoudre ce problème, l'invention propose dans une première réalisation de monter des moyens de réduction de débit 52 entre la première chambre 26 et le premier distributeur 40, dans la conduite 54 15 d'alimentation/d'évacuation de fluide de la première chambre 26 (figure 1). Comme représenté en figure 2, les moyens de réduction de débit 52 comprennent une zone à section réduite 56 limitant le passage de fluide au travers de celle-ci. Un clapet anti-retour 58 est monté dans un canal 60 de dérivation sur la zone 56 à section réduite. Le clapet 58 comprend un 20 organe 62 d'ouverture et de fermeture du passage de fluide dans la conduite de dérivation, actionné par un ressort 64. Lorsque le fluide s'écoule depuis la première servovalve 14 vers la première chambre 26, la pression du fluide est suffisamment forte pour surmonter la force du ressort, ce qui autorise la circulation de fluide vers la 25 première chambre 26 à travers la conduite de dérivation 60. Lorsque le fluide s'écoule de la première chambre 26 vers la servovalve 14, l'organe 62 est maintenu en position fermée par le ressort 64 et le fluide ne s'écoule qu'au travers la zone 56 à section réduite. Avec un tel agencement des moyens de réduction de débit 52, le 30 débit de fluide de la première chambre 26 est réduit uniquement lorsque le fluide sort de la première chambre 26, ce qui correspond au sens de déplacement du piston 30 par les moyens de rappel. Dans une variante de réalisation de l'invention représentée en figure 3, la conduite de dérivation 66 débouche directement dans la première chambre 26 à travers la paroi 65 du cylindre du vérin 22. Dans d'autres réalisations de l'invention représentées aux figures 4 et 5, la conduite 54 reliant la première servovalve 14 à la première chambre 26 par l'intermédiaire du premier distributeur 40 comprend seulement des moyens de réductions de débit 52, à savoir une zone à section réduite. En comparaison avec les réalisations des figures 2 et 3 comprenant un clapet anti-retour 58, le débit de fluide est limité à la fois dans le sens entrant et dans le sens sortant de la première chambre 26. La zone à section réduite peut être un diaphragme 68 comme représenté sur la figure 4 ou un orifice calibré 70 de passage de fluide agencé à la jonction entre la conduite d'alimentation/d'évacuation 54 et la paroi 65 du cylindre comme représenté en figure 5. Dans une autre réalisation possible de l'invention, les moyens de réduction de débit 72 peuvent être montés dans une conduite de sortie 74 du premier distributeur 40, cette conduite 74 étant reliée à la conduite 44 de fluide basse pression. Dans cette configuration, les moyens de réduction de débit 74 ne sont actifs que lorsque les distributeurs 40, 42 sont dans leur deuxième position B, ce qui évite de ralentir le déplacement du piston 30 dans les cas de fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque les distributeurs 40, 42 sont dans leur première position A. Avec un tel agencement des moyens de réduction de débit 72, il n'est pas nécessaire d'ajouter un clapet anti-retour puisque le fluide ne circule que dans un seul sens dans la conduite de sortie 74. Les moyens de réduction de débit 72 utilisés avec la réalisation de l'invention représentée en figure 6 peuvent être un diaphragme ou une 30 zone à section réduite comme décrit précédemment. Dans les réalisations de l'invention décrites ci-dessus, les moyens de rappel 50 induisent une force dans le sens correspondant à une sortie de la tige 32 du cylindre. Toutefois, on comprend que le dispositif selon l'invention peut être utilisé avec un vérin 22 dont les moyens de rappel 50 tendent à ramener en permanence la tige 32 vers l'intérieur du cylindre. Le clapet anti-retour 58 peut être par exemple un clapet à battant, un clapet à bille (figure 3) ou un clapet guidé. Le fluide circulant dans les différentes conduites peut être de l'huile provenant du circuit d'huile d'une turbomachine. L'invention permet de réduire la vitesse de déplacement du piston 30 en cas de coupure de l'alimentation en fluide des chambres 26, 28 du vérin 22, ce qui permet de réduire le couple transmis à l'ensemble de la chaine mécanique, c'est-à-dire aux pales des hélices et au dispositif d'entrainement de l'hélice.15 REVENDICATIONS1. Dispositif pour la commande du pas des pales d'une hélice non carénée, en particulier dans une turbomachine, comprenant un vérin (22) comportant un cylindre (24) dans lequel est monté coulissant un piston (30) séparant deux chambres (26, 28) reliées à des moyens d'alimentation en fluide sous pression par une servovalve (14), et une tige (32) solidaire du piston (30) destinée à être reliée à un organe mobile (34), des moyens de rappel (50) étant prévus pour amener le piston (30) dans une position où une première (26) des chambres a un volume réduit en cas de coupure de l'alimentation des chambres (26, 28) en fluide sous pression, caractérisé en ce que des moyens de réduction de débit (52) sont montés dans une conduite d'évacuation (54, 72) de fluide de ladite première chambre (26) pour limiter le débit de fluide sortant de ladite première chambre (26) sous l'effet du déplacement du piston (30) en cas de coupure de l'alimentation en fluide sous pression. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un clapet antiretour (58) est monté dans un canal (60, 66) en dérivation sur les moyens de réduction de débit (52), ce clapet (58) étant configuré pour autoriser la circulation de fluide vers ladite première chambre (26) et interdire le passage de fluide dans l'autre sens. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les chambres (26, 28) du vérin (22) sont reliées à la servovalve (14) d'alimentation par des distributeurs à tiroir (40, 42) commandés par une valve de sécurité (16), ces distributeurs (40, 42) pouvant occuper chacun au moins deux positions (A, B) dans une première (A) desquelles ils autorisent le passage de fluide de la servovalve (14) vers les chambres (26n 28) du vérin (22) et dans une seconde (B) desquelles ils bloquent le passage de fluide de la servovalve (14) vers les chambres (26, 28) et relient les chambres (26, 28) du vérin (22) à un circuit de fluide basse pression (44), les moyens de réduction de débit (52, 72) étant montés entre 2 9 852 84 12 la première chambre (26) du vérin (22) et le distributeur (40) relié à cette chambre (26) ou entre la servovalve (14) et le distributeur (40) relié à la première chambre (26) du vérin (22). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de 5 réduction de débit (52) sont montés dans une conduite (54) qui relie le distributeur (40) à la première chambre (26) et qui forme une conduite d'alimentation en fluide sous pression de la première chambre lorsque le distributeur (40) est dans sa première position (A) et une conduite d'évacuation lorsque le distributeur (40) est dans sa deuxième position (B). 10 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de réduction de débit (72) sont montés dans une conduite (74) reliant une sortie du distributeur (40) à un circuit de fluide basse-pression (44) quand le distributeur (40) est dans sa seconde position (B). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 15 que les moyens de réduction de débit (70) sont agencés à la jonction entre ladite conduite d'évacuation (54) et la paroi (65) du cylindre (22). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de réduction de débit comprennent un diaphragme (68) ou un orifice calibré (70) de passage de fluide. 20 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de rappel du piston (50) comprennent un contrepoids relié à une partie d'extrémité de la tige opposée au piston. 9. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de commande à vérin selon l'une 25 des revendications précédentes.