Brevet FR2983236A1 — publié le 20130531

Procédé de surveillance du jeu d'une cinématique de liaison entre un organe de commande et un organe récepteur La présente invention concerne le domaine des turbomachines tels que les turbomoteurs d'aéronef, et, plus particulièrement, un procédé pour surveiller le jeu d'une cinématique de liaison entre un organe de commande, tel qu'un actionneur, et un ou des organes récepteurs de la turbomachine, tels que les aubes orientables de stator d'un compresseur haute pression. On sait que, dans un turbomoteur d'aéronef, le compresseur haute pression comporte des étages d'aubes formant le stator du compresseur, et qui alternent avec des étages d'aubes formant, quant à eux, le rotor du compresseur. Pour optimiser la circulation de l'air traversant ce dernier en fonction du régime de fonctionnement, les aubes du stator, bien que fixes en rotation par rapport à l'axe longitudinal du turbomoteur, sont à calage variable pour être ainsi orientables par rapport à des axes radiaux, perpendiculaires à l'axe longitudinal du turbomoteur. Pour cela, une cinématique de liaison est prévue entre un organe de commande, tel qu'un actionneur ou vérin linéaire, et les organes récepteurs tels que les aubes de stator à orienter. Cette cinématique de liaison, mécanique pour l'essentiel, est relativement complexe puisqu'elle se compose de nombreuses pièces articulées les unes aux autres pour transmettre la course de déplacement en translation de l'actionneur en un pivotement des aubes autour de leurs axes respectifs. Un exemple de réalisation d'une telle cinématique de liaison connue est représenté sur les figures 1 et 2 et y est décrit par la suite, après l'introduction de ces figures. Ainsi, en se référant à cet exemple, le réglage de la position angulaire des aubes du stator est fonction de la course linéaire du vérin de sorte qu'une relation existe entre cette course et l'orientation des aubes, c'est-à-dire qu'à un angle donné des aubes correspond une position de stator (plan) spécifique dans le turbomoteur, une pression donnée et une accélération/décélération (et, donc, une vitesse de rotation) donnée. De manière à assurer un fonctionnement fiable et approprié conforme aux standards de sécurité dans le domaine aéronautique, on règle au plus juste, au moment du premier montage de la cinématique de liaison et lors des opérations de maintenance, la course du vérin vis-à-vis des aubes mobiles puisque c'est le vérin qui est piloté. Ainsi, le jeu de la cinématique du vérin aux aubes, via les différentes pièces, constitue un écart de position par rapport à la relation théorique ci-dessus de calage des aubages. Une course morte du vérin existe donc avant l'orientation proprement dite des aubes par la présence du jeu fonctionnel de la cinématique (incluant les différents jeux entre les pièces). Ce jeu, s'il est exagérément trop élevé, peut avoir de graves conséquences. En effet, pour un tel compresseur à aubes de stator à calage variable, une prise de jeu trop importante comme, par exemple, suite à l'usure des douilles de maintien des aubes, n'est actuellement pas détectée, ni détectable. De la sorte, les aubes de stator peuvent alors se décaler angulairement et venir frotter contre les aubes de rotor, ce qui peut aboutir à un incident majeur et à la destruction du compresseur. Par ailleurs, la position du vérin étant asservie selon une loi mettant en relation l'angle des aubes en fonction de la position de stator, de la pression et de l'accélération/décélération, cette position oscille autour de sa position de consigne, avec l'amplitude de l'oscillation qui est plus faible que les jeux cinématiques et n'a donc aucun effet sur la position angulaire des aubes. Cette oscillation engendre de l'usure inutile aux différentes pièces de la cinématique ainsi qu'aux pièces composant le vérin. Actuellement, le contrôle du jeu entre l'organe de commande et les organes récepteurs s'effectue en procédant à une inspection visuelle de l'état des vérins et de la cinématique de liaison qui est une opération longue et compliquée nécessitant l'arrêt du moteur, pour juger de l'état de l'ensemble « vérin - cinématique de liaison - aubes ». En effet, accéder aux zones confinées du moteur incluant ces cinématiques n'est pas aisé et requiert une durée d'intervention significative. Par ailleurs, aucune mesure chiffrée du jeu n'est déterminée au cours de ces inspections. Si, au cours d'une inspection, on juge que le jeu peut entraîner des dysfonctionnements, alors on procède aux opérations de réglage sur les pièces concernées avec leur remplacement si nécessaire. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un procédé permettant de surveiller le jeu de la cinématique de liaison, sans avoir recours à une immobilisation longue du moteur et à des opérations fastidieuses d'intervention. A cet effet, le procédé de surveillance du jeu d'une cinématique de liaison entre un organe de commande, tel qu'un actionneur linéaire, et des organes récepteurs d'une turbomachine, tels que les aubes de stator à calage variable d'un compresseur, est remarquable, selon l'invention, par le fait qu'il consiste, à partir d'un paramètre de fonctionnement de la turbomachine : - à déplacer ledit organe de commande dans un sens jusqu'à une première position pour laquelle les organes récepteurs sont tournés de manière à rattraper le jeu de la cinématique de liaison, - à déplacer ensuite ledit organe de commande dans le sens inverse au précédent jusqu'à une seconde position où l'on observe une variation du paramètre de fonctionnement choisi, et à relever la course de l' organe de commande entre les deux positions correspondant sensiblement à la totalité du jeu de la cinématique de liaison, et - à comparer la valeur relevée de ladite course de l'organe de commande entre les deux positions avec une valeur limite prédéterminée, et, si on constate que la valeur relevée de la course de l'organe de commande est supérieure à ladite valeur limite prédéterminée, à procéder à un contrôle de la cinématique de liaison. Ainsi, grâce à l'invention, on surveille le jeu par des simples déplacements linéaires de l'organe de commande, tel que l'actionneur, respectivement un déplacement aller, rattrapant le jeu pour agir directement sur les organes récepteurs tels que les aubes, et un déplacement retour, jusqu'à faire varier la valeur du paramètre de fonctionnement choisi, dès la course correspondant au jeu total effectué. Aussi, si au cours de la mise en oeuvre du procédé par un test au sol du moteur concerné, on relève, à partir de la variation du paramètre de fonctionnement du moteur, une valeur de la course de l'actionneur entre les deux positions qui se trouve au-delà de la valeur limite prédéterminée, on en déduira que cela provient d'un jeu trop important dans la chaîne cinématique. Il convient alors, seulement à ce moment là, d'inspecter visuellement la cinématique de liaison, organe de commande compris, et d'intervenir mécaniquement sur ceux-ci. Dans le cas contraire, si la valeur de la course de l'organe de commande est inférieure à la valeur limite prédéterminée, le jeu est considéré comme acceptable, ne nécessitant pas d'intervention. On constate, donc, que la mise en oeuvre du procédé pour surveiller le jeu est particulièrement rapide et fiable, par un simple fonctionnement de l'organe de commande et du turbomoteur, sans démonter celui-ci et sans recourir à une instrumentation supplémentaire, ce qui diminue les coûts de maintenance. On remarque, également, que le procédé de surveillance n'a pas besoin finalement d'une mesure directe du jeu, la variation de la valeur du paramètre considéré étant suffisante pour permettre la comparaison de la course de l'organe de commande correspondant au jeu de la cinématique de liaison avec une course de référence. Par exemple, on peut choisir comme paramètre de fonctionnement de la turbomachine, le régime de rotation du compresseur à aubage variable. Ainsi, dans ce cas, dès l'apparition d'un changement du régime de rotation du compresseur, variation qui est à définir préalablement, la course retour de l'actionneur linéaire vers la seconde position s'arrête, et la valeur de la course entre les deux positions, correspondant sensiblement au jeu total de la cinématique, est relevée puis comparée. A titre de valeur de ce paramètre de fonctionnement, on estime que la seconde position de la course de l'organe de commande est atteinte lorsque la variation de régime de rotation est de l'ordre de 100 tr/min. D'autres exemples de paramètres en tant que paramètres de fonctionnement de la turbomachine peuvent être choisis et peuvent concerner la pression de l'air circulant dans le compresseur à aubage variable ou la température des gaz d'échappement. Avantageusement, on répète les étapes du procédé selon une périodicité établie correspondant à un nombre spécifique de vols d'un aéronef équipé de turbomachines. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente une coupe longitudinale partielle et schématique d'un turbomoteur d'aéronef, montrant notamment le compresseur haute pression avec son rotor à aubes rotatives et son stator à aubes fixes, à calage variable, et la cinématique de liaison commandant ces dernières. La figure 2 est une vue en perspective de la cinématique de liaison commandant les aubes à calage variable du stator. La figure 3 est un graphique montrant la rotation des aubes de stator en fonction de la course de déplacement de l'organe moteur, incluant le jeu fonctionnel de la cinématique de liaison. Les figures 4, 5 et 6 sont des graphiques montrant la mise en oeuvre du procédé conformément à l'invention selon, respectivement, la position de l'organe moteur, la position des organes récepteurs et le régime de rotation du moteur. Le turbomoteur 1 représenté en partie sur la figure 1, tel qu'un turboréacteur à double flux pour aéronef, montre le compresseur haute-pression 2 comprenant, de façon usuelle, fixés sur le carter 3 de ce dernier, les étages de stator 4 avec ses aubes 5 à calage variable, et entre ceux-ci, les étages de rotor 6 avec ses aubes rotatives 7. Les étages successifs et alternés de rotor 6 et de stator 4 du compresseur sont traversés par le flux primaire Fl de l'air entrant dans le turboréacteur 1, tandis que le flux secondaire F2 traverse le turboréacteur entre un carter intermédiaire 8 entourant le compresseur et un carter externe, non visible sur les figures, du turboréacteur. Le stator 2 constitue la partie fixe que le flux primaire d'air traverse. Les aubes 7 du rotor 6 sont reliées entre elles par des plates-formes 9 et sont agencées pour tourner, lors du fonctionnement du turboréacteur 1, entre les aubes 5 du stator 4, lesquelles sont fixes en rotation par rapport aux aubes 6 du rotor mais peuvent tournées sur elles-mêmes, autour de leur propre axe A, c'est-à-dire radialement par rapport à l'axe de rotation des aubes du rotor, correspondant à l'axe longitudinal, non visible sur la figure 1, du turbomoteur 1. Pour permettre de régler l'orientation ou le calage des aubes 5 du stator 4 et optimiser ainsi le passage du flux d'air primaire Fl à travers le compresseur 2 en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur et donc des phases de vol de l'aéronef, ces aubes 5 sont commandées par un système mécanique 10 prévu entre le carter intermédiaire 8 et le carter 3 du compresseur auquel sont associées les étages du stator. Le système 10 illustré sur les figures 2 et 3 comprend un organe de commande 11, tel qu'un actionneur ou vérin linéaire, et une cinématique de liaison 12 reliant l'organe de commande 11 aux aubes 5 de stator qui font ainsi office d'organes récepteurs. Cette cinématique de liaison 12, connue en soi, comporte une pluralité de pièces reliées entre elles et notamment, en partant du vérin, un levier de commande 14, un arbre de commande 15, un élément cylindrique de transmission 16 et une structure de transmission 17 sur laquelle est montée une pluralité de biellettes d'actionnement 18 reliées à des anneaux de commande respectifs 19 des aubes 5, chacun des anneaux 19 étant relié par l'intermédiaire d'un levier d'orientation 20, aux aubes 5 du stator 4 dont les pieds sont reçus dans des douilles de liaison 21 logés dans le carter 3. La structure de transmission 17 aux aubes 5 de stator 4 comprend elle aussi plusieurs pièces telles que, notamment, une base 22 dans laquelle s'articule des bielles de transmission d'effort 23 aux biellettes d'actionnement 18 fixées aux anneaux de commande 19, et une platine de maintien 24 recevant l'arbre de commande 15 par une liaison à rotule pour maintenir l'arbre de commande dans la platine 24 et autoriser la rotation de l'arbre 15 dans celle-ci. Ainsi, l'actionnement du vérin de commande 11 entraîne le déplacement de toute la cinématique de liaison 12 du système 10 jusqu'aux organes récepteurs, c'est-à-dire l'orientation des aubes 5 du stator 4 autour de leur axe A. En particulier, comme le montrent les figures 1 et 2, la rotation du levier de commande 14, déplacé par le vérin 11, entraîne la rotation de l'arbre de commande 15 puis la rotation de l'élément cylindrique de transmission 16, qui transmet alors l'effort de commande reçu de l'arbre de commande 15, ici par le système de bielles 23, à chaque biellette d'actionnement 18 dont le déplacement entraîne en rotation l'anneau 19 auquel elle est reliée. Dans un étage, chaque aube 5 est reliée à l'anneau 19 par le levier d'orientation 20 de sorte que la rotation de l'anneau 19 entraîne le déplacement des leviers d'orientation 20 en rotation, ladite rotation autorisant l'orientation angulaire des aubes 5 dans les douilles 21 par rapport au flux primaire Fl. Comme on l'a rappelé précédemment, pour réaliser un tel fonctionnement, des jeux fonctionnels sont définis entre les différentes pièces de ce système de transmission 10 composé du vérin 11, de la cinématique de liaison 12 et des aubes 5. Pour surveiller le jeu global entre le vérin 11 et les aubes 5 et éviter qu'il devienne trop important et induise des dysfonctionnements du compresseur 2, tels que ceux évoqués précédemment, on met en oeuvre le procédé de l'invention. Le graphique de la figure 3 montre la course morte C de la tige du vérin 11 avant que ne se produise la rotation des aubes 5 autour des axes A, cette course morte reprenant en quelque sorte les différents jeux des pièces composant la cinématique de liaison 12 depuis le vérin 11 jusqu'aux aubes 5. On voit donc, en abscisse sur le graphique, la course C du vérin pendant laquelle la rotation des aubes 5 de stator, représentée en ordonnée, est nulle, aucune rotation ne se produisant. Et, dès que les jeux sont absorbés après cette course C, la course de déplacement du vérin 11 se poursuit et entraîne proportionnellement, selon une droite D, l'orientation angulaire des aubes 5 d'après la loi établie telle que celle spécifiée précédemment. On comprend donc l'intérêt du procédé de l'invention consistant à surveiller le jeu de la cinématique de liaison 12 à partir de la valeur de la course morte du vérin par rapport à une valeur limite acceptable de celle-ci, pour déterminer ensuite s'il y a lieu d'intervenir ou non sur la cinématique elle-même. Pour cela, la mise en oeuvre du procédé de surveillance sera décrit ci-après en regard des figures 4, 5 et 6, lequel procédé peut se dérouler lors d'un arrêt au sol de l'aéronef, sans recourir à des installations connexes spécifiques. En effet, il convient, comme le montre la figure 4, de déplacer la tige du vérin linéaire 11 (organe de commande) d'une position initiale quelconque P que le vérin occupe, vers une première position P1 pour laquelle on est sûr que les aubes à calage variable 5 du stator 4 ont été tournées, c'est-à-dire qu'une rotation de celles-ci autour de leur axe radial A a bien eu lieu. Le jeu de la cinématique 12 existant alors entre la position initiale P et la première position P1 a donc bien été rattrapé puisque la rotation des aubes 5 est obtenue, peu importe la variation angulaire effectuée, celle-ci devant être simplement effective. Pour vérifier cela, alors que le turbomoteur 1 tourne avec un régime de rotation donné correspondant à un point de vol de l'aéronef (croisière, par exemple) qui est ainsi reproduit au sol, on sait qu'à une augmentation de régime de rotation du compresseur correspond un déplacement angulaire donné des aubes et, donc, un changement de leur calage. Par exemple, à une rotation de 5° correspond une augmentation du régime de 400 tr/min. Ainsi, quand on constate une augmentation de régime (voire une diminution dans une rotation inverse par suite d'une course opposée du vérin), qu'elle soit de cet ordre ou différente, cela signifie que les aubes 5 du stator 4 ont nécessairement tourné, ce qui est le but de ce déplacement du vérin 11 jusqu'à cette première position P1 sur la figure 4. Simultanément à la course du vérin, figure 4, la position ou l'orientation angulaire PA des aubes, figure 5, au début du déplacement du vérin, n'a pas changé à cause du jeu présent dans la cinématique ou transmission de liaison, jusqu'au moment M où, le jeu étant consommé, les aubes 5 ont commencé à tourner jusqu'à atteindre une orientation angulaire donnée PA1 au moment Ml, correspondant à la position P1 du vérin à ce moment. De façon analogue, le régime de rotation R, figure 6, ne change pas tant que le jeu n'a pas été consommé, et commence à augmenter au moment M pour atteindre ensuite le régime donné R1 au moment Ml, correspondant à l'orientation prise par les aubes 5 lorsque le vérin 11 est dans la première position Pl. Puis, le vérin étant dans sa première position P1 (PA1 pour les aubes et R1 pour le régime de rotation), on commande ledit vérin linéaire 11 pour le déplacer dans le sens inverse au précédent jusqu'à ce qu'il occupe une seconde position P2 pour laquelle on va observer alors une variation du régime de rotation du compresseur. Cela signifie que la course de déplacement inverse jusqu'au moment M2 où le régime commence à changer, constitue sensiblement le jeu total J, figure 4, de la cinématique de liaison 12 avant « l'attaque » sur l'orientation des aubes, c'est-à-dire qu'elle correspond à la course morte du vérin, représentée en C sur la figure 3. Le vérin 11 occupe alors sa seconde position P2. Durant ce déplacement inverse du vérin 11, l'orientation PA1 des aubes 5 et le régime de rotation R1 du compresseur 2 n'ont pas changé et sont restés en paliers comme le montrent les figures 5 et 6, jusqu'au moment M2 où l'on détecte la variation de régime du compresseur dès le début de l'orientation des aubes. Cette variation doit être bien entendu minime pour être sûr qu'elle corresponde au jeu recherché, et on estime qu'une variation du régime de 100 tr/min est une valeur acceptable pour l'absorption totale du jeu J sans entraîner une orientation appréciable des aubes 5 du stator 4. Par ce déplacement aller-retour du vérin 11, on en déduit donc la mesure chiffrée de la course du vérin entre ses deux positions P1 et P2, mesure qui correspond au jeu total J de la cinématique de liaison 12 en prenant, comme paramètre de fonctionnement du turbomoteur 1, dans cet exemple de mise en oeuvre du procédé, le régime de rotation du compresseur. A partir de là, le procédé consiste à comparer la valeur de cette mesure relevée avec une valeur limite de référence préalablement déterminée par calcul et, si cette valeur mesurée relevée se trouve au-delà de la valeur limite théorique admissible, on impose alors une inspection visuelle sur la cinématique de liaison 12 et, si nécessaire, une intervention avec réglages et éventuellement remplacement des pièces concernées de la transmission. Bien évidemment, si la valeur mesurée est inférieure à la valeur limite, aucune inspection ni intervention ne sont nécessaires, cela signifiant que la cinématique de liaison est opérationnelle. On remarque donc la facilité avec laquelle peut être contrôlé cette cinématique sans recourir à un démontage du turbomoteur avec la perte de temps qui en résulte, ni à une quelconque mesure directe du jeu au niveau des pièces mêmes et, donc, à de quelconques équipements spécifiques, d'où un gain de temps et de coût. En outre un tel procédé de surveillance peut être programmé régulièrement, à des fins préventives, après un certain nombre de vols de l'aéronef, de sorte à pouvoir finalement surveiller cette cinématique de liaison tout au long de l'exploitation de l'aéronef. Dans cet exemple de mise en oeuvre du procédé, on surveille le jeu de la cinématique de liaison entre le vérin et les aubes à partir du régime de rotation du compresseur pour en déduire, par la mesure de la différence de position du vérin P1 et P2, le jeu recherché et comparer ensuite celui-ci à une valeur limite. En variante, on pourrait choisir, comme autres paramètres de fonctionnement du turbomoteur, la pression circulant dans le compresseur, la température des gaz d'échappement, etc.., et, d'une façon générale, tout paramètre qui varie avec l'orientation des aubes à calage variable et, donc, avec le déplacement du vérin de commande.25 REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance du jeu d'une cinématique de liaison (12) entre un organe de commande, tel qu'un actionneur linéaire (11), et des organes récepteurs d'une turbomachine, tels que les aubes (5) de stator (4) à calage variable d'un compresseur, caractérisé par le fait qu'il consiste, à partir d'un paramètre de fonctionnement de la turbomachine : - à déplacer ledit organe de commande (11) dans un sens jusqu'à une première position (P1) pour laquelle les organes récepteurs (5) sont tournés de manière à rattraper le jeu de la cinématique de liaison (12), - à déplacer ensuite ledit organe de commande (11) dans le sens inverse au précédent jusqu'à une seconde position (P2) où l'on observe une variation du paramètre de fonctionnement choisi, et à relever la course de l'organe de commande entre les deux positions (P1, P2) correspondant sensiblement à la totalité du jeu de la cinématique de liaison (12), et - à comparer la valeur relevée de ladite course de l'organe de commande entre les deux positions avec une valeur limite prédéterminée, et, si on constate que la valeur relevée de la course de l'organe de commande est supérieure à ladite valeur limite prédéterminée, à procéder à un contrôle de la cinématique de liaison (12). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on répète les étapes ci-dessus selon une périodicité établie correspondant à un nombre de vols d'un aéronef équipé de turbomachines. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on choisit comme paramètre de fonctionnement de la turbomachine, le régime de rotation du compresseur à aubage variable (2). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on estime que la seconde position (P2) de la course de l'organe de commande (11) est atteinte lorsque la variation de régime de rotation est de l'ordre de 100 tr/min. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on choisit comme paramètre de fonctionnement de la turbomachine, la pression de l'air circulant dans le compresseur à aubage variable (2). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on choisit comme paramètre de fonctionnement de la turbomachine, la température des gaz d'échappement.