Brevet FR3008676A1 — publié le 20150123

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine des hélices aériennes, et plus particulièrement un pivot de pale d'hélice. On entend « hélice aérienne », dans le présent contexte, dans un sens large couvrant tout dispositif comprenant au moins une pale profilée apte à tourner autour d'un axe propulsif pour accélérer une masse d'air en direction de cet axe propulsif afin de générer, par réaction, une poussée en sens opposé. Ceci comprend donc, entre autres, les hélices d'aviation conventionnelles, ainsi que les soufflantes de turboréacteur, y compris les soufflantes non carénées (en anglais « open rotor »). Typiquement, de telles soufflantes non carénées comprennent deux hélices contrarotatives à pas variable. Typiquement, une hélice à pas variable comprend, à la base de chaque pale, un pivot permettant la rotation de la pale autour de son axe longitudinal. Ce pivot peut être intégré au pied de pale ou être détachable de la pale, ce qui facilite le remplacement des pales et permet de réduire les coûts de réparation et d'entretien. Idéalement, les hélices à pas variable comprennent des dispositifs assurant automatiquement leur mise et maintien en drapeau en cas d'arrêt moteur. Le contributeur principal du couple présent sur l'axe de calage de la pale provient du couple inertiel engendré par l'inertie de la pale autour de son axe de calage lorsque l'hélice est en rotation. De plus, lorsque les pales sont mises en drapeau, le vent relatif peut néanmoins exercer, sur chaque pale, un couple aérodynamique autour de son axe longitudinal. Afin de contrer les couples inertiel et aérodynamique et d'assurer le rappel des pales en drapeau, l'un des dispositifs les plus simples connus de la personne du métier comprend une masselotte au bout d'un bras de levier s'étendant latéralement par rapport audit axe longitudinal, approximativement perpendiculairement à l'extrados et/ou à l'intrados de la pale. La force centrifuge exercée sur chaque masselotte par la rotation de l'hélice assure le maintien de l'orientation de la pale en drapeau. Pour limiter leur encombrement, ces masselottes et bras de levier son typiquement intégrés dans le pivot de chaque pale. Le brevet français FR 2957329 divulguait un turboréacteur à soufflante non-carénée avec deux hélices contrarotatives, dans lesquelles le pivot de chaque pale comprend un dispositif de ce type pour la mise et maintien en drapeau des pales. Afin d'augmenter le rendement propulsif des hélices aériennes, le nombre de pales tend à augmenter. Les soufflantes non-carénées, en particulier, ont tendance à avoir des nombres de pales élevés. Or, le nombre de pales est limité par l'encombrement des pivots et en particulier par les bras soutenant les masselottes de mise et maintien en drapeau. Les pivots adjacents doivent être suffisamment espacés pour éviter d'interférer avec la rotation des bras autour de l'axe de pivotement. Dans le même objectif d'augmentation du rendement propulsif, le diamètre des nacelles tend à être réduit au maximum et donc par la même l'espace disponible pour l'intégration des contrepoids. Objet et résumé de l'invention La présente divulgation vise à proposer un pivot de pale d'hélice aérienne qui permette de réduire l'espacement entre pivots adjacents tout en maintenant l'intégrité mécanique des bras soutenant les masselottes de mise et maintien en drapeau. Ce pivot comporte au moins un support rotatif destiné à être attaché à un moyeu d'hélice tout en restant apte à pivoter, autour d'un axe de pivotement, par rapport audit moyeu d'hélice ; un support de pale apte à retenir une pale d'hélice, un bras inférieur et un bras supérieur s'étendant latéralement en sens opposés par rapport audit axe de pivotement, et deux masselottes. Le bras inférieur présente un décalage, par rapport au bras supérieur, en direction d'une extrémité inférieure dudit support rotatif. Chaque masselotte est solidaire d'une extrémité distale d'un desdits bras inférieur et supérieur et présente une première face, orientée dans le sens du décalage de l'autre desdits bras inférieur et supérieur, une deuxième face orientée dans un sens opposé, et un bord distal et deux bords latéraux reliant lesdites première et deuxième faces. Dans le présent contexte, on entend par « extrémité inférieure » du support rotatif celle qui est le plus éloignée du support de pale suivant l'axe de pivotement, par « extrémité proximale » du bras celle qui est orientée vers l'axe de pivotement, et par « extrémité distale » celle qui est orientée dans le sens opposé. L'espacement entre pivots adjacents peut être réduit grâce au fait que les deux bras présentent un décalage radial, l'un par rapport à l'autre, suivant ledit axe de pivotement. Grâce à ce décalage radial, les bras de deux pivots identiques adjacents pourront être juxtaposés sans interférer l'un avec l'autre. En outre, la première face d'au moins une desdites masselottes présente au moins un chanfrein plus prononcé que sa deuxième face, permettant ainsi de limiter son encombrement par rapport au bras adjacent d'un pivot voisin, et permettant surtout d'adoucir la transition au niveau d'une extrémité proximale de ce bras adjacent. En particulier, ladite première face peut être chanfreinée vers le bord distal. Afin de faciliter encore plus un assemblage compact des pivots autour du moyeu d'hélice, ladite première face et/ou ladite deuxième face peuvent présenter une surface sensiblement en forme de portion de sphère, éventuellement prolongée sur le bras auquel la masselotte est solidaire. En particulier, cette section de sphère peut être centrée sur l'intersection de l'axe de rotation du moyeu et de l'axe de pivotement du pivot. La présente divulgation concerne aussi une hélice aérienne comprenant un moyeu d'hélice et une pluralité de pivots tels que le pivot susmentionné, arrangés radialement autour d'un axe central du moyeu d'hélice, retenus radialement par le moyeu d'hélice, et ayant chacun un axe de pivotement sensiblement radial par rapport à l'axe central du moyeu d'hélice. En particulier, pour limiter l'encombrement, la première face de chacune desdites masselottes peut être située en regard d'un desdits bras d'un pivot adjacent. Ladite première face et le bras en regard de celle-ci peuvent ainsi être configurés de manière à éviter leur contact lors du pivotement des pivots correspondants autours de leurs axes de pivotement respectifs. Finalement, la présente divulgation concerne aussi une soufflante non-carénée comprenant au moins une telle hélice aérienne, et en particulier deux hélices aériennes coaxiales et contrarotatives. Elle concerne aussi un turboréacteur à soufflante non-carénée, même si ces principes sont également applicables à tout système propulseur comprenant une hélice aérienne à pas variable.35 Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un aéronef propulsé par des turboréacteurs à soufflante non-carénée ; - les figures 2A et 2B sont des vues en coupe longitudinale schématique de deux variantes de turboréacteur à soufflante non carénée avec deux hélices contrarotatives à pas variable ; - la figure 3 illustre schématiquement le fonctionnement de masselottes pour maintenir en drapeau une pale d'hélice à pas variable contre un couple aérodynamique provoqué par le vent relatif ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un pivot de pale d'hélice aérienne suivant un mode de réalisation ; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale du pivot de la figure 4 - la figure 6 est une vue de détail d'un moyeu d'hélice avec deux pivots comme celui de la figure 4 ; - la figure 7A est une vue frontale d'une première masselotte du pivot de la figure 4 ; - la figure 7B est une vue en coupe de la masselotte de la figure 7A ; - la figure 7C est une vue latérale de la masselotte de la figure 7A ; - la figure 7D est une vue du haut de la masselotte de la figure 7A ; - la figure 8A est une vue frontale d'une deuxième masselotte du pivot de la figure 4 ; - la figure 8B est une vue en coupe de la masselotte de la figure 8A ; - la figure 8C est une vue latérale de la masselotte de la figure 8A ; - la figure 8D est une vue du haut de la masselotte de la figure 8A ;35 Description détaillée de l'invention Les turboréacteurs à soufflante non carénée, connus aussi comme « Open Rotor », présentent un grand intérêt pour la propulsion d'aéronefs grâce à leur grand rendement thermopropulsif. La figure 1 illustre un aéronef 1 avec deux turboréacteurs 2 à soufflantes non carénées 3 en position « pousseur ». Comme illustré sur les figures 2A et 2B, un tel turboréacteur 2 à soufflante non carénée 3 comprend un générateur de gaz 4 et une soufflante non carénée 3 couplée à une turbine basse pression 5 en aval du générateur de gaz 4. Dans les deux exemples illustrés, le générateur de gaz 4 comprend un premier étage de compresseur 6, un deuxième étage de compresseur 7, une chambre de combustion 8, un premier étage de turbine haute pression 9, et un deuxième étage de turbine haute pression 10. Le premier étage de compresseur 6 et le deuxième étage de turbine haute pression 10 sont couplés en rotation par un premier arbre 11, tandis que le deuxième étage de compresseur 7 et le premier étage de turbine haute pression 9 sont couplés en rotation par un deuxième arbre 12, concentrique au premier arbre 11. Ainsi, en fonctionnement, l'air entrant par une entrée en amont du premier étage de compresseur 6 est compressé successivement dans les premier et deuxième étages de compresseur 6, 7 avant d'arriver à la chambre de combustion 8, dans laquelle du combustible y est injecté et brûlé. Les gaz chauds résultant de cette combustion sont ensuite détendus dans, successivement, les premier et deuxième étages de turbine haute pression 9,10 pour ainsi entraîner les étages de compresseur 6,7. Grâce à l'énergie thermique introduite dans ces gaz par la combustion, les gaz de combustion restent néanmoins assez énergétiques en aval du deuxième étage de turbine haute pression 10 pour actionner la turbine basse pression 5 entraînant la soufflante non carénée 3. Les figures 2A et 2B illustrent deux arrangements alternatifs pour l'entraînement de la soufflante non carénée 3. Dans les deux arrangements, cette soufflante non carénée 3 comprend deux hélices 3a, 3b contrarotatives et coaxiales. Toutefois, dans la première variante, illustrée sur la fig. 2A, les deux hélices 3a, 3b sont couplées à travers une même boîte réductrice 13 à au moins un étage 5a de la turbine basse pression 5, tandis que dans la deuxième variante, illustrée sur la fig. 2B, les deux hélices 3a, 3b sont entraînées directement par des étages séparés de la turbine basse pression 5, et ne sont pas couplées entre elles. Dans les deux cas, les hélices 3a, 3b peuvent normalement atteindre des vitesses de rotation élevées, générant ainsi des efforts centrifuges importants au niveau notamment du pied de chaque pale des hélices 3a, 3b. Dans les deux variantes illustrées, les hélices 3a, 3b sont à pas variable, c'est-à-dire que chaque pale peut pivoter autour d'un axe longitudinal afin d'adapter l'orientation du bord d'attaque de la pale au régime moteur et/ou aux commandes du pilote. Pour cela, chaque pale 14 est montée sur un pivot 15, comme illustré sur la figure 3. En particulier en cas de panne moteur, il est avantageux que la pale 14 soit mise en drapeau, c'est-à-dire avec un angle d'attaque sensiblement nul par rapport au vent relatif vr. On peut ainsi empêcher que le vent relatif fasse tourner l'hélice, ce qui provoque une traînée supplémentaire et peut même causer une survitesse de l'hélice avec des conséquences négatives pour l'intégrité structurelle de l'ensemble du turboréacteur 1. Il est particulièrement souhaitable que chaque hélice 3a, 3b comporte des moyens passifs pour maintenir chaque pale 14 en drapeau même en cas de défaillance des dispositifs d'actionnement du pas d'hélice, dispositifs typiquement hydrauliques ou électriques. En effet, le centre de poussée L de chaque pale 14 peut être décalé par rapport à l'axe de pivotement Z du pivot 15, générant ainsi un couple aérodynamique Ma tendant à pivoter la pale 14. De plus, un couple inertiel Mi est engendré aussi du fait du déport du centre de gravité G de la pale 14 par rapport à l'axe de pivotement Z. Pour contrer le couple aérodynamique Ma et le couple inertiel Ivli afin de maintenir la pale 14 en drapeau, des masselottes 16,16' sont suspendues de bras 17,17' correspondants s'étendant latéralement par rapport à l'axe de pivotement Z. L'orientation de ces bras 17,17' est sensiblement perpendiculaire à l'intrados et à l'extrados de la pale 14, de telle manière que, quand l'hélice 3a, 3b tourne autour de son axe de rotation X, les forces centrifuges Fc s'exerçant sur les masselottes 16,16' auront tendance à aligner la direction principale Y' des bras 17,17' avec une direction tangentielle Y de l'hélice 3a,3b, contrant ainsi le couple aérodynamique Ma et le couple inertiel Mi et réalignant la pale avec la direction du vent relatif vr. Un pivot 15 de pale d'hélice selon un mode de réalisation de l'invention est représenté en perspective sur la figure 4 et, sur la figure 5, 5 en coupe dans un plan défini par les axes Z,Y'. Dans ce mode de réalisation, le pivot 15 de pale d'hélice comprend un support rotatif 36, un support de pale 38, et deux bras 17,17' opposés s'étendant latéralement depuis le support de pale 38 suivant une direction Y' perpendiculaire à l'axe de pivotement Z. De plus, chaque bras 17,17' 10 porte à son extrémité distale une masselotte correspondante 16,16' formant contrepoids. Le support rotatif 36 se présente sous la forme d'un cylindre creux centré sur l'axe de pivotement Z du pivot. Ce support rotatif 36 est destiné à être monté radialement sur un moyeu d'hélice tout en étant capable de pouvoir pivoter autour de l'axe de pivotement Z. Quant 15 au support de pale 38, il comprend notamment une alvéole 40 en forme de rainure destinée à recevoir un pied de pale, orientée suivant une direction X perpendiculaire à l'axe de pivotement Z et à la direction Y' des bras 17,17'. Les bras 17, 17' sont décalés, l'un par rapport à l'autre, dans la 20 direction de l'axe de pivotement Z. Plus spécifiquement, le bras inférieur 17 est décalé, par rapport à l'axe supérieur 17', en direction d'une extrémité inférieure du support de pale 38, et le bras supérieur 17' est donc décalé dans le sens opposé par rapport au bras inférieur 17. Comme illustré sur la figure 6, ce décalage radial permet la juxtaposition de bras 25 inférieur 17 et supérieur 17' de deux pivots 15 voisins sur le moyeu d'hélice 30 rotatif autour de l'axe X. Par ailleurs, afin de réduire l'espace vide entre les bras inférieur 17 et supérieur 17' de pivots voisins 15 tout en évitant leur contact même lors de leur rotation autour des axes de pivotement Z respectifs, chacun des bras 17, 17' présente des surfaces 30 supérieure et inférieure sensiblement en forme de portion de sphère, sphères centrées sur l'intersection de l'axe de rotation X du moyeu 30 avec les axes de pivotement Z de l'ensemble des pivots 15 montés sur le moyeu d'hélice 30. Dans chaque pivot 15, afin d'éviter une concentration de charges aux 35 racines des bras 17, 17', ceux-ci présentent, à leurs extrémités proximales, une section transversale croissant graduellement vers le support de pale 38 grâce à une surface inclinée 32,32' sur la face orientée dans le sens du décalage de l'autre bras 17',17. A l'extrémité distale de chacun des bras 17, 17', la masselotte 16,16' correspondante est conformée de manière à minimiser l'espace vide entre la masselotte 16,16' et le bras 17',17 et support de pale 38 du pivot 15 adjacent, tout en évitant leur contact lors de la rotation des pivots 15 autour de leurs axes de pivotement Z respectifs. Pour cela, chaque masselotte présente des surfaces inférieure et supérieure sensiblement en forme de portions de sphère, en prolongation des surfaces correspondantes du bras qui la soutient, ainsi que des chanfreins en regard à la surface inclinée du bras adjacent. Ainsi, la masselotte 16, illustrée en détail sur les figures 7A à 7D, destinée à être fixée à l'extrémité distale du bras inférieur 17, présente sur son côté supérieur une première face 51 avec une surface 51a en forme de portion de sphère, et sur son côté inférieur une deuxième face 52 avec une surface 52a aussi en forme de portion de sphère. Ces surfaces 51a,52a sont concentriques, centrées toutes les deux sur le point d'intersection des axes de pivotement Z des pivots 15. En conséquence, sur cette masselotte 16, le rayon rsia de la surface 51a est supérieur au rayon r52a de la surface 52a. Comme on peut voir sur la figure 7, la première face 51 de la masselotte 16 est située en regard du bras supérieur 17' du pivot 30 adjacent. Afin d'adapter son contour au contour du bras supérieur 17', et plus spécifiquement à la surface inclinée 32', la masselotte 16 présente un chanfrein 51b sur sa première face 51, entre la surface 51a et un bord distal 53 de la masselotte 16, comme illustré sur la figure 6A Par contre, la deuxième face 52, qui n'est pas en regard d'un autre bras, ne présente pas de chanfrein comparable. Le chanfrein 51b présente un angle a (ALPHA) par rapport à la surface 51a. Cet angle a (ALPHA) peut être, par exemple, entre 15 et 60°, et plus spécifiquement entre 30 et 45°. En outre, la masselotte 16 présente, entre lesdites première et deuxième faces 51,52, une cavité 60, ouverte dans le sens proximal et destinée à recevoir l'extrémité distale du bras inférieur 17. Des orifices 56 sur lesdites première et deuxième faces 51,52, alignés avec des orifices correspondants 57 traversant ladite extrémité distale du bras inférieur 17, permettent la fixation de la masselotte 16 au bras inférieur 17 avec des boulons. Afin d'éviter son contact avec le support de pale 38 du pivot 15 adjacent, le bord distal 53 présente aussi des chanfreins 53a, 53b entre un segment central 53c et, respectivement, les bords latéraux 54,55, comme illustré sur la figure 6C. Chacun des chanfreins 51c et 51d présente un angle 13 (BETA) par rapport à la surface 51a. Cet angle p (BETA) peut être, par exemple, entre 15 et 60°, et plus spécifiquement entre 30 et 45°. D'autre part, la masselotte 16', illustrée sur les figures 8A à 8D, destinée à être fixée au bras supérieur 17', présente sur son côté inférieur une première face 51' avec une surface 51a' en forme de portion de sphère, et sur son côté supérieur une deuxième face 52' avec une surface 52a' aussi en forme de portion de sphère. Comme sur l'autre masselotte 16, ces surfaces 51a',52a' sont concentriques, centrées toutes les deux sur le point d'intersection des axes de pivotement Z des pivots 15. En conséquence, sur cette masselotte 16', le rayon rs2a' de la surface 52a' est supérieur au rayon rsia' de la surface 51a', lequel est à son tour supérieur au rayon r5la de la surface 51a de l'autre masselotte 16. Comme on peut voir sur la figure 6, la première face 51' de la masselotte 16' est située en regard du bras inférieur 17 du pivot 15 adjacent. Afin d'adapter son contour au contour du bras 17, et plus spécifiquement à la surface inclinée 32, la masselotte 16' présente un chanfrein 51b' sur sa première face 51', entre la surface 51a' et un bord distal 53' de la masselotte 16', comme illustré sur la figure 8A. Par contre, la deuxième face 52', qui n'est pas en regard d'un autre bras, ne présente pas de chanfrein comparable. Le chanfrein 51b' présente un angle y (GAMMA) par rapport à la surface 51a'. Cet angle y (GAMMA) peut être, par exemple, entre 15 et 60°, et plus spécifiquement entre 30 et 45°. En outre, la masselotte 16' présente aussi, entre lesdites première et 30 deuxième faces 51',52', une cavité F3 (BETA)' ouverte dans le sens proximal et destinée à recevoir l'extrémité distale du bras supérieur 17'. Des orifices 56' sur lesdites première et deuxième faces 51',52', alignés avec des orifices correspondants 57' traversant ladite extrémité distale du bras supérieur 17', permettent la fixation de la masselotte 16' au bras 35 supérieur 17' avec des boulons. Afin d'éviter son contact avec le support de pale 38 du pivot 15 adjacent, le bord distal 53' présente aussi des chanfreins 53a', 53b' entre un segment central 53c' et, respectivement, les bords latéraux 54',55', comme illustré sur la figure 8C. Chacun des chanfreins 51c' et 51d' présente un angle ô (DELTA) par rapport à la surface 51a'. Cet ô (DELTA) peut être, par exemple, entre 15 et 60°, et plus spécifiquement entre 30 et 45°. Les deux masselottes 16,16' peuvent être métalliques, utilisant en particulier un métal à masse volumique élevée, comme par exemple le tungstène, afin de limiter leur encombrement tout en assurant leur effectivité. Par contre, d'autres éléments du pivot 15, et en particulier les bras inférieur et supérieur 17,17', peuvent être en matériau composite à matrice organique afin de limiter la masse globale du pivot 15 sans affecter son intégrité structurelle. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. REVENDICATIONS1. Pivot (15) de pale d'hélice aérienne, comportant au moins : un support rotatif (36) destiné à être attaché à un moyeu 5 d'hélice (30) tout en restant apte à pivoter, autour d'un axe de pivotement (Z), par rapport audit moyeu d'hélice (30) ; un support de pale (38) apte à retenir une pale d'hélice ; un bras inférieur (17) et un bras supérieur (17') s'étendant latéralement en sens opposés par rapport audit axe de pivotement (Z), le 10 bras inférieur (17) présentant un décalage, par rapport au bras supérieur (17'), en direction d'une extrémité inférieure dudit support rotatif (36) ; et deux masselottes (16,161 chacune étant solidaire d'une extrémité distale d'un desdits deux bras (17,17') et présentant une première face (51,511 orientée dans le sens du décalage de l'autre 15 desdits deux bras (17',17), une deuxième face (52,52') orientée dans un sens opposé, et un bord distal (53,53') et deux bords latéraux (54,55 ; 54',55') reliant lesdites première et deuxième faces (51,52 ; 51',52') ; ledit pivot (15) étant caractérisé en ce que la première face (51,51') d'au moins une desdites masselottes (16,16') présente au moins un chanfrein 20 (51b,51c,51d ; 51b',51c',51d') plus prononcé que sa deuxième face (52,52'). 2. Pivot (15) suivant la revendication 1, dans lequel ladite première face (51,51') est chanfreinée vers le bord distal (53,53'). 3. Pivot (15) suivant l'une quelconque des revendications 25 précédentes, dans lequel ledit bord distal (53,53') est chanfreiné vers au moins un des bords latéraux (54,55 ; 54',55'). 4. Pivot (15) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite première face (51,51') et/ou ladite deuxième face (52,52') présentent une surface (51a,51a' ; 52a,52a') 30 sensiblement en forme de portion de sphère. 5. Pivot (15) suivant la revendication 4, dans lequel ladite surface (51a,51a' ; 52a,52a') sensiblement en forme de sphère est prolongée sur le bras (17,17') duquel la masselotte (16,16') est solidaire. 6. Hélice aérienne (3a,3b) comprenant : 35 un moyeu d'hélice (30) ; etune pluralité de pivots (15) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, arrangés radialement autour d'un axe central (X) du moyeu d'hélice (30), retenus radialement par le moyeu d'hélice (30), et ayant chacun un axe de pivotement (Z) sensiblement radial par rapport à l'axe central (X) du moyeu d'hélice (30). 7. Hélice aérienne (3a,3b) suivant la revendication 6, dans lequel la première face (51a,51a') de chacune desdites masselottes (16,16') est située en regard d'un desdits bras (17',17) d'un pivot adjacent (15). 8. Hélice aérienne (3a,3b) suivant la revendication 7, dans lequel ladite première face (51a,51a') et le bras (17',17) en regard de celle-ci sont configurés de manière à éviter leur contact lors du pivotement des pivots (15) correspondants autours de leurs axes de pivotement (Z) respectifs. 9. Soufflante non-carénée (3) comprenant au moins une hélice aérienne (3a,3b) suivant l'une des revendications 6 à 8. 10. Turboréacteur (2) avec au moins une soufflante non-carénée (3) suivant la revendication 9.