Brevet FR3004698A1 — publié le 20141024

Domaine de l'invention L'invention concerne un dispositif de commande du calage des pales d'un rotor d'hélice, ainsi qu'une hélice comprenant un tel dispositif. Présentation de l'Art Antérieur Les hélices de turbomachine comprenant au moins un rotor et des pales à calage géométrique variable sont connues de l'état de la technique. Le calage géométrique est l'angle formé par la corde du profil de la pale et le plan de rotation de l'hélice. A cet effet, comme illustré en Figures 1 et 2, on connaît un dispositif comprenant un arbre 102 radial lié à la pale 100 par un pivot 105. Des cannelures présentes sur l'arbre 102 radial coopèrent avec des cannelures 107 complémentaires présentes sur la surface intérieure du pivot 105 afin de transmettre la rotation de l'arbre 102 radial au pivot 105. Une biellette 103 à déplacement axial commande la rotation de l'arbre 102 radial. Un vérin 104 commande le déplacement axial de la biellette 103, et permet de régler le calage de l'ensemble des pales. En général, le pivot est en titane, et l'arbre radial en acier ou en un alliage à base de nickel. Ceci résulte du fait que le pivot se trouve dans une zone froide (température inférieure à 200°C), tandis que l'arbre radial se trouve dans une zone chaude, qui est la veine d'éjection de la turbine (température supérieure à 450°C). Les cannelures permettant la transmission de la rotation doivent supporter des déplacements radiaux entre le pivot et l'arbre radial, résultant des dilatations différentes en fonction de la température, et des désalignements, dus aux déformations sous les charges de la poussée. Ces déplacements entraînent une usure du pivot et de l'arbre radial, l'usure étant présente de manière prépondérante sur le pivot du fait de sa composition en titane. Dans l'état de la technique, il est connu d'appliquer un revêtement sur le pivot pour rendre sa surface plus dure, le revêtement étant par exemple à base de carbure de tungstène. L'inconvénient de cette solution est que si ce revêtement s'écaille ou se détériore, le matériau du pivot s'use rapidement. Par conséquent, cette solution n'est pas robuste. Une autre solution consiste à utiliser un pivot dans un matériau plus dur (ex : acier), mais cette solution entraîne un incrément très important de la masse du turboréacteur, ce qui est préjudiciable. Présentation de l'invention Afin de pallier les inconvénients de l'état de la technique, l'invention propose un dispositif de commande du calage des pales d'un rotor d'une hélice, comprenant : un arbre radial, un pivot solidaire de la pale, la rotation de l'arbre radial entraînant la rotation du pivot pour la modification du calage de la pale, caractérisé en ce qu'il comprend : un insert disposé entre le pivot et l'arbre radial, ledit insert étant fixé rigidement au pivot de sorte à bloquer leur déplacement relatif, l'arbre radial étant configuré pour entraîner en rotation l'insert. Un avantage de l'invention est de proposer une solution robuste de protection des pièces. Un autre avantage de l'invention est de proposer une solution 25 entraînant un accroissement réduit de la masse. Un autre avantage encore est de proposer une solution présentant un encombrement réduit. Enfin, un autre avantage encore de l'invention est de proposer une solution s'adaptant de manière simple et efficace aux dispositifs de 30 commande de l'état de la technique. Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la Figure 1 est une représentation d'un dispositif de commande du calage des pales de l'art antérieur ; la Figure 2 est une vue de l'interface entre l'arbre radial et le pivot du dispositif de la Figure 1 ; - la Figure 3 est une représentation schématique du dispositif de commande ; la Figure 4 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation de l'invention ; la Figure 5 est une représentation schématique en coupe de l'interface entre l'insert et le pivot ; les Figures 6A et 6B sont une représentation de la mise en place de l'insert dans le pivot ; les Figures 7A et 7B sont une représentation schématique d'une pièce déformable de ce premier mode de réalisation ; - la Figure 8 est une représentation de l'insert ayant été mis en place dans le pivot ; - la Figure 9 est une représentation d'un second exemple de réalisation de l'invention ; la Figure 10 est une représentation d'un troisième exemple de réalisation de l'invention ; - la Figure 11 est une représentation d'un quatrième exemple de réalisation de l'invention. Description détaillée On a représenté en Figure 3 un mode de réalisation d'un dispositif 1 30 de commande du calage des pales d'un rotor d'une hélice. Le dispositif 1 comprend un arbre 6 radial, et un pivot 8 solidaire de la pale. De manière classique, le pied de la pale est monté dans le pivot 8. A cet effet, le pivot 8 comprend notamment une portion cylindrique dans lequel un évidement a été pratiqué. Le pivot 8 est de manière générale une pièce axisymétrique 5 comprenant en outre un autre évidement en son centre permettant la réception de l'extrémité distale de l'arbre 6 radial. Les pales sont du type à calage variable, c'est-à-dire qu'elles peuvent tourner autour de leurs axes de façon à optimiser leur position angulaire en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine. 10 La rotation de l'arbre 6 radial entraîne une rotation du pivot 8 autour de son axe, ce qui permet de produire la rotation de la pale autour de son axe (parallèle à l'axe radial de la soufflante). L'orientation de l'arbre 6 radial autour de son propre axe permet donc de modifier le calage des aubes. 15 Le dispositif 1 comprend en outre un insert 12 disposé entre le pivot 8 et l'arbre 6 radial. L'insert 12 est une pièce d'interface entre le pivot 8 et l'arbre 6 radial. L'insert 12 est une pièce axisymétrique, par exemple de type annulaire. L'insert 12 est fixé rigidement au pivot 8 de sorte à bloquer leur 20 déplacement relatif. Ainsi, l'insert 12 ne peut glisser ou se décaler par rapport au pivot 8, mais est, au contraire, rigidement assemblé avec le pivot 8. L'arbre 6 radial est configuré pour entraîner en rotation l'insert 12. Ainsi, lorsque le calage des pales doit être modifié, un vérin (non 25 représenté) du dispositif 1 entraîne une rotation de l'arbre 6 radial, qui entraîne en rotation l'insert 12 et par là, le pivot 8 qui lui est solidaire. Le pied de la pale, retenu par le pivot 8, est également entraîné en rotation. La transmission de la rotation de l'arbre 6 radial vers l'insert 12 s'effectue via des éléments de transmission de la rotation. 30 Il peut par exemple s'agir de cannelures 20, portées par l'insert 12 sur sa surface intérieure, qui coopèrent avec des cannelures 21 complémentaires portées par l'arbre 6 radial sur sa surface externe. 30046 9 8 Dans un mode de réalisation, l'insert 12 est en acier ou dans un alliage comprenant du nickel (par exemple INCONEL). Etant donné que l'arbre 6 radial est généralement également en acier ou dans un alliage à base de nickel, les contacts entre l'arbre 6 radial et l'insert 12 ne génèrent 5 pas une usure problématique. En outre, l'insert 12 étant fixé rigidement au pivot 8, il n'existe donc pas de déplacements ou de frottements sur le pivot 8, qui est donc préservé. L'insert 12 peut également être en tout matériau dont la dureté est supérieure à 350 HB (Dureté Brinell). Premier mode de réalisation On a représenté en Figures 4 à 8 un premier mode de réalisation du dispositif 1 de commande du calage des pales. Dans ce mode de réalisation, l'insert 12 est fixé au pivot 8 par frettage. Le diamètre extérieur de l'insert 12 est donc choisi pour se conformer de manière ajustée au diamètre interne du pivot 8, afin que les frottements créés lors de la mise en place de l'insert 12 dans le pivot 8 permettent de fixer rigidement l'insert 12 au pivot 8. La surface externe de l'insert 12 est choisie comme lisse. Ce serrage significatif permet de maintenir l'insert 12 dans le pivot 8. En outre, le pivot 8 étant en général en titane, et l'insert 12 dans un matériau ayant un coefficient de dilatation supérieur comme l'acier, l'insert 12 se dilatera plus que le pivot 8, ce qui renforce le montage par frettage. Selon un aspect de ce mode de réalisation, l'insert 12 présente une gorge 15 dans laquelle une pièce 16 déformable est logée. Il s'agit par exemple d'un jonc apte à subir une expansion après avoir été comprimé. Le pivot 8 comprend une gorge 19 complémentaire pour la réception de ladite pièce 16 après déformation. Avant l'insertion de l'insert 12 dans le pivot 8, la pièce 16 n'est pas comprimée dans la gorge 15 (Figure 6, partie (A)). Lorsque l'insert 12 commence à être inséré dans le pivot 8, la pièce 16 subit une compression (Figure 6, partie (B)). Avantageusement, le pivot 8 comprend un chanfrein 28 facilitant le passage de la pièce 16 lors de l'insertion de l'insert 12. Une fois l'insert 12 mis en place dans le pivot 8, la pièce 16 subit une expansion et s'étend jusque dans la gorge 19 complémentaire située dans le pivot 8, comme illustré en Figure 8. La pièce 16 permet de renforcer le blocage rigide de l'insert 12 par rapport au pivot 8 car elle contribue à empêcher le désengagement de l'insert 12 par rapport au pivot 8. Selon une variante possible (Figures 7A et 7B), la pièce 16 est un 10 jonc déformable qui possède un ergot 29 qui le bloque en rotation, ledit jonc étant coupé en un endroit afin d'être libre de se comprimer diamétralement. L'ergot 29 est disposé à l'opposé de la coupure 31 par rapport au centre du jonc. Selon un aspect, le dispositif 1 comprend en outre une clavette 22 15 s'étendant entre l'insert 12 et le pivot 8, pour l'indexation angulaire de l'insert 12 par rapport au pivot 8 (cf. Figure 5, dans laquelle il faut noter que l'espace entre l'insert 12 et le pivot 8 n'est pas représentatif, étant donné que ces deux pièces sont montées par frettage). En effet, le calage des pales dépend de la position angulaire de 20 l'arbre 6 radial, de l'insert 12 et du pivot 8. Grâce à cette clavette 22, les cannelures 20 de l'insert 12 sont disposées de manière adéquate et connue par rapport au pivot 8. La clavette 22 peut notamment s'étendre dans la gorge 15 et la gorge 19 complémentaire, ou dans des gorges différentes disposées au- 25 dessus des gorges précitées selon l'axe radial du dispositif 1. Pour faciliter son insertion, la clavette 22 peut également présenter un chanfrein 30. Selon un aspect, l'ergot 29 de la pièce 16 est disposé sous la clavette 22, l'empêchant ainsi de se désengager. 30 Second mode de réalisation Dans ce mode de réalisation, représenté en Figure 9, l'insert 12 est fixé au pivot 8 par l'intermédiaire de vis 23 boulonnées. A cet effet, l'insert 12 présente une bride 34 de fixation, en saillie sur la partie externe de l'insert 12. Les vis 23 traversent des trous 38 de fixation pratiquées dans cette bride 34 ainsi que le pivot 8. Les vis 23 permettent d'assurer la cohésion de l'insert 12 et du pivot 8. En outre, le dispositif 1 comprend des pions 24 traversant l'insert 12 et le pivot 8 pour la transmission de la rotation de l'insert 12 au pivot 8. Ces pions 24 traversent des trous 25 de réception pratiqués dans la bride 34 de l'insert 12. Les trous 25 présentent un diamètre ajusté au diamètre des pions 24. La partie des pions 24 située en dehors des trous 25 10 s'étend dans la matière du pivot 8, dans des logements complémentaires. Les pions 24 sont donc prisonniers entre l'insert 12 et le pivot 8. La transmission du couple de rotation entre l'insert 12 et le pivot 8 est réalisée par les pions 24 qui travaillent en cisaillement. Les pions 24 permettent également une indexation angulaire de l'insert 12 par rapport au 15 pivot 8, à l'instar de la clavette 22 dans le premier mode de réalisation. Les pions 24 sont ajustés de manière précise dans leurs trous afin de permettre une indexation angulaire précise. Selon un aspect, on réalise un détrompage afin d'éviter une confusion lors du montage des vis 23 et des pions 24 dans leurs trous 20 respectifs. A cet effet, les pions 24 comprennent des épaulements 26, et des lamages sont prévus dans le pivot 8, complémentaires desdits épaulements 26. Les trous 38 de fixation des vis ayant un diamètre supérieur à celui 25 des trous 25 de réception des pions, et les vis 23 pouvant avoir un diamètre inférieur à celui des pions 24, les lamages présents dans le pivot et les épaulements 26 assurent le détrompage recherché. Par exemple, les pions 24 et les vis 23 peuvent avoir un diamètre de 6.35 mm, les trous 25 de réception des pions 24 un diamètre de 6.37 mm et 30 les trous 38 de fixation des vis 23 un diamètre de 6.9 mm. Au moins une vis 23 est nécessaire pour assembler le pivot 8 et l'insert 12, et au moins un pion 24 est nécessaire afin de disposer d'une indexation angulaire précise, et pour transmettre le couple de rotation. Une pluralité de vis 23 et de pions 24, régulièrement répartis sur la circonférence de la bride 34 de fixation, peut également être utilisée (par exemple 2, 3 ou 4 vis et pions). Le nombre de pions 24 est à dimensionner en fonction de leur encombrement et de leur capacité de transmission de couple par cisaillement. Le nombre de vis 23 peut être égal ou inférieur au nombre de pions 24, étant donné que ces vis 23 assurent l'assemblage du pivot 8 et de l'insert 12 mais ne transmettent pas d'autres efforts que leur serrage. Lors de l'assemblage, les vis 23 sont insérées par le dessus (selon l'axe radial du dispositif) et les pions 24 par le dessous. La transmission de la rotation de l'arbre 6 radial vers l'insert 12 peut par exemple se faire par l'intermédiaire de cannelures, comme déjà mentionné auparavant (cannelures 20 et 21, qui ne sont pas représentées à nouveau). Troisième mode de réalisation Dans ce mode de réalisation, l'insert 12 porte sur sa partie externe un filetage 39 qui coopère avec un filetage 40 porté par la partie interne du pivot 8. L'insert 12 coopère avec l'arbre 6 radial en rotation, par exemple via 25 des cannelures décrites précédemment, et non représentées à nouveau. Etant donné que l'arbre 6 radial travaille dans les deux sens de rotation, il existe un risque de desserrage de l'insert 12. Pour éviter tout desserrage de l'insert 12 en fonctionnement, le dispositif 1 comprend un contre-écrou 41 disposé sous l'insert 12, qui 30 empêche le désengagement de l'insert 12 par desserrage. Il s'agit par exemple d'un contre-écrou 41 annulaire. Quatrième mode de réalisation Dans ce mode de réalisation, l'insert 12 et l'arbre 6 radial comprennent des cannelures 20, 21 complémentaires, permettant la transmission d'une rotation. Les cannelures de l'insert 12 sont portées par la surface interne de l'insert 12, et les cannelures complémentaires par la surface externe de l'arbre 6 radial. En outre, l'insert 12 comprend des cannelures 42 sur sa surface externe, et le pivot 8 des cannelures 43 sur sa surface interne en regard de l'insert. Ces cannelures 42, 43 sont configurées pour bloquer le déplacement relatif de l'insert 12 et du pivot 8. A cet effet, les cannelures 42, 43 sont serrées les unes contre les autres, empêchant tout déplacement relatif de l'insert 12 par rapport au pivot 8. Pour éviter tout desserrage de l'insert 12 en fonctionnement, le dispositif 1 comprend un contre-écrou 41 disposé sous l'insert 12, qui empêche le désengagement de l'insert 12 par desserrage. Il s'agit par exemple d'un contre-écrou 41 annulaire. Ainsi, le déplacement radial est bloqué à cause du serrage par le contre-écrou 41. Une possibilité de jeu (débattement angulaire) existe au 20 niveau des cannelures. Le dispositif de commande du calage des pales s'applique à une hélice comprenant un rotor et des pales. En particulier, le dispositif s'applique avantageusement à des turbomachines du type à soufflante non 25 carénée (en anglais « open rotor » ou « unducted fan »). REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de commande du calage des pales d'un rotor d'une hélice, comprenant : - un arbre (6) radial, - un pivot (8) solidaire de la pale (2), la rotation de l'arbre (6) radial entraînant la rotation du pivot (8) pour la modification du calage de la pale (2), caractérisé en ce qu'il comprend : un insert (12) disposé entre le pivot (8) et l'arbre (6) radial, ledit insert (12) étant fixé rigidement au pivot (8) de sorte à bloquer leur déplacement relatif, l'arbre (6) radial étant configuré pour entraîner en rotation l'insert (12). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel l'insert (12) porte des cannelures (20) aptes à coopérer avec des cannelures (21) complémentaires portées par l'arbre (6) radial. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'insert (12) 20 est en acier ou dans un alliage comprenant du nickel. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'insert (12) est fixé au pivot (8) par frettage. 25 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel : - l'insert (12) présente une gorge (15) dans laquelle une pièce (16) déformable est logée, - le pivot (8) comprend une gorge (19) complémentaire pour la réception de ladite pièce (16) après déformation. 30 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant en outre une clavette (22) s'étendant entre l'insert (12) et le pivot (8), pour l'indexation angulaire de l'insert (12) par rapport au pivot (8). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel : l'insert (12) est fixé au pivot (8) par l'intermédiaire d'au moins une vis (23), et - le dispositif comprend au moins un pion (24) traversant l'insert (12) et le pivot (8) pour la transmission de la rotation de l'insert (12) au pivot (8). 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel : le pion (24) comprend des épaulements (26), et - des lamages complémentaires desdits épaulements (26) sont prévus dans le pivot (8). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel : - l'insert (12) et l'arbre (6) radial comprennent des cannelures (20, 21) complémentaires, permettant la transmission d'une rotation, - l'insert (12) et le pivot (8) comprennent des cannelures configurées pour bloquer leur déplacement relatif. 10. Hélice comprenant un rotor et des pales, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (1) de commande du calage des pales selon l'une 25 des revendications 1 à 9.