Brevet FR3008791A1 — publié le 20150123

DISPOSITIF DE MAINTIEN D'UN MOYEU DE TURBOMACHINE EXPERIMENTALE POUR AERONEF DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention se rapporte au domaine général de l'aéronautique. Elle concerne plus particulièrement les turbomachines expérimentales pour aéronef, utilisées pour réaliser des mesures aérodynamiques et acoustiques. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les conceptions de certains moteurs d'avions comprennent des turbomachines à double flux : un flux primaire, circulant dans une veine primaire, dans lequel les gaz passent par des compresseurs, une chambre de combustion puis des turbines ; un flux secondaire, circulant dans une veine secondaire, entourant le flux primaire et se mêlant à lui en sortie de la turbomachine. La veine secondaire est délimitée d'une part par un carter externe qui enveloppe les divers composants de la turbomachine, et d'autre part par un carter intermédiaire disposé entre la veine primaire et la veine secondaire. Une soufflante, installée en amont du flux d'air, est utilisée pour accélérer les gaz dans la veine secondaire. On note que les termes « amont » et « aval » sont à considérer par rapport à une direction générale d'écoulement de fluides à travers la turbomachine, allant de l'amont vers l'aval. La soufflante comprend pour cela des aubes rotatives qui s'étendent entre un moyeu de la turbomachine et le carter externe. Puis, des aubes de guidage (en anglais « Outlet Guide Vane », abrégé OGV), appelées aussi aubes aérodynamiques, permettent de guider le flux secondaire en aval de la soufflante. D'autre part, le carter externe et le carter intermédiaire sont soutenus par des bras radiaux, aussi appelés aubes structurales, qui sont suffisamment résistants pour assurer ce soutien et ne pas rompre ou s'enflammer en cas de choc. Les bras radiaux sont installés largement en aval des aubes de guidage. Afin de tester la forme de la veine secondaire ainsi que les composants principaux de ladite veine secondaire (tels la soufflante, les aubes de guidage et les bras radiaux de carter), on utilise généralement des turbomachines expérimentales. Une turbomachine expérimentale est une représentation à échelle réduite d'une turbomachine : elle est ainsi moins encombrante et les tests sont moins coûteux. La figure 1 représente une turbomachine expérimentale 10 destinée à tester la forme d'une veine 11 et de composants tels qu'une soufflante 12, des aubes de guidage 13 et des bras radiaux 14 d'un carter 17 enveloppant les divers composants. Un arbre machine 15, destiné à mettre en rotation la soufflante 12, est entraîné en rotation par un dispositif de mise en route 16, positionné en aval de l'arbre machine 15. L'arbre machine 15 est maintenu dans un moyeu 18. Or, à cause de la position du dispositif de mise en route 16, le moyeu 18 peut entrer en résonance et osciller. Ces résonances se produisent lors de la phase d'accélération de l'arbre machine 15 jusqu'au régime nominal et peuvent conduire à des vibrations importantes et endommageantes pour les composants, notamment pour les aubes de la soufflante 12. En effet, si le moyeu 18 oscille, les sommets des aubes de soufflante 12 peuvent s'abimer en frottant contre le carter 17. On note que ce problème ne se produit qu'avec les turbomachines expérimentales, car les turbomachines réelles comportent un carter structural supplémentaire, maintenant l'ensemble, et empêchant les résonances de l'arbre moteur. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un dispositif permettant d'empêcher les résonances du moyeu lors de la phase d'accélération de l'arbre machine.30 L'invention concerne donc essentiellement un dispositif de maintien d'un moyeu d'une turbomachine expérimentale pour aéronef, ladite turbomachine expérimentale s'étendant selon un axe longitudinal, ledit moyeu s'étendant dans une veine délimitée par un carter de ladite turbomachine. Ledit dispositif comporte : - Des moyens d'appui aptes à prendre deux états : - Un état déployé dans lequel lesdits moyens d'appui sont en appui sur le moyeu - Un état rétracté dans lequel lesdits moyens d'appui s'étendent entièrement hors de la veine - Des moyens d'entrainement aptes à faire passer les moyens d'appui de l'état déployé à l'état rétracté, ou inversement. Avantageusement, lors des vitesses critiques, c'est-à-dire les vitesses de rotation où le moyeu risque d'entrer en résonance, les moyens d'entraînement font passer les moyens d'appui en état déployé, pour soutenir le moyeu. De plus, avantageusement, en dehors des vitesses critiques, les moyens d'entraînement font passer les moyens d'appui en état rétracté, pour ne pas perturber le flux d'air dans la veine et fausser les mesures aérodynamiques. On note que le dispositif de maintien permet également de limiter la sollicitation des aubes de guidage. Il est ainsi par exemple possible d'utiliser moins d'aubes de guidage, ou des aubes de guidage moins robustes. Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.30 Ainsi, dans un mode de réalisation non limitatif, les moyens d'appui comportent un bras et une bague liés par une liaison hélicoïdale, ladite bague étant fixée au carter de la turbomachine. L'ensemble bras/bague est par exemple un système de vis à billes classique, ou un système de vis/écrou classique. Dans le mode déployé, le bras est en appui sur le moyeu, tandis que dans l'état rétracté, le bras s'étend entièrement hors de la veine. Dans un mode de réalisation non limitatif, les moyens d'entrainement comportent des moyens de rotation aptes à entrainer le bras en rotation, provoquant le déplacement du bras dans la bague. La position du bras est déterminée par les moyens de rotation, de sorte que lors des moments critiques, le bras est en position déployée, alors qu'en dehors des vitesses critiques, le bras est en position rétractée. Dans un mode de réalisation non limitatif, les moyens d'entrainement comportent des moyens de guidage permettant la translation des moyens de rotation dans une direction parallèle à un axe selon lequel s'étend le bras. Le bras et la bague étant liés par une liaison hélicoïdale, lorsque les moyens de rotation entraînent le bras en rotation, les moyens de rotation subissent une translation, ladite translation étant rendue possible grâce aux moyens de guidage. Dans un mode de réalisation non limitatif, les moyens d'entrainement comportent des moyens de butée empêchant un mouvement de rotation des moyens de rotation autour de l'axe selon lequel s'étend le bras. En effet, les moyens de guidage sont par exemple une barre cylindrique ; ainsi, les moyens de butée empêchent les moyens de rotation de tourner autour de ladite barre. On note que si les moyens de guidage sont une barre de section non circulaire, alors on peut s'affranchir des moyens de butée. Dans un mode de réalisation non limitatif, le bras s'étend selon un axe sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal de la turbomachine.30 Dans un mode de réalisation non limitatif, les moyens d'entraînement comportent des moyens d'actionnement aptes à activer et désactiver les moyens de rotation. Ainsi, le passage du bras d'un état déployé à un état rétracté, et inversement, est commandable manuellement ou automatiquement par les moyens d'actionnement. L'invention concerne également une turbomachine expérimentale pour aéronef comportant un moyeu dans lequel s'étend un arbre, équipée d'au moins un dispositif de maintien précédemment décrit. Dans un mode de réalisation non limitatif, dans l'état déployé, la turbomachine expérimentale comprend en outre une soufflante, et, dans l'état déployé, les moyens d'appui sont en appui sur une portion du moyeu située à proximité de ladite soufflante. Le moyeu est ainsi maintenu à un endroit éloigné du dispositif de mise en route, c'est-à-dire à un endroit où les amplitudes des vibrations lors des vitesses critiques sont les plus importantes. L'invention concerne également une turbomachine expérimentale pour aéronef équipée d'au moins trois dispositifs de maintien précédemment décrits, répartis sensiblement uniformément autour de l'axe longitudinal de la turbomachine. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - A la figure 1, déjà décrite, une représentation schématique d'une turbomachine expérimentale selon l'art antérieur ; - A la figure 2, une représentation schématique d'une turbomachine expérimentale comportant un dispositif de maintien selon un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en position rétractée ; - A la figure 3, la turbomachine et le dispositif de maintien de la figure 2, en position déployée. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Les figures 2 et 3 représentent une partie d'une turbomachine expérimentale 20 destinée à tester la forme d'une veine 21 et de composants tels qu'une soufflante 22, des aubes de guidage 23 et des bras radiaux (non représentés) d'un carter 24 enveloppant les divers composants. Un arbre machine 25, destiné à mettre en rotation la soufflante 22, est entraîné en rotation par un dispositif de mise en route (non représenté), positionné en aval de l'arbre machine 25. L'arbre machine 25 s'étend dans un moyeu 26, le long d'un axe longitudinal X de la turbomachine expérimentale 20. La turbomachine expérimentale 20 est équipée d'un dispositif de maintien 30 de son moyeu 26. Le dispositif 30 comporte : - Des moyens d'appui 31, 32 comportant : o Une bague 31 fixée au carter 24. Dans le mode de réalisation décrit, la bague 31 est fixée au niveau d'une surface externe 37 du carter 24, et est orientée telle que son axe Y est sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal X de la turbomachine expérimentale 20. o Un bras 32 s'étendant suivant l'axe Y de la bague 31, et adapté pour se déplacer en translation par rapport à la bague 31 dans la direction de l'axe Y de la bague. Le carter 24 comporte en effet une ouverture 24a traversante orientée dans l'axe Y de la bague, dans laquelle le bras 32 est apte à se déplacer. Le bras 32 et la bague 31 sont liés par une liaison hélicoïdale : lorsque l'un parmi la bague 31 et le bras 32 est soumis à un mouvement de rotation, l'autre parmi la bague 31 et le bras 32 tend à se déplacer selon un mouvement de translation relativement au premier. Le bras 32 et la bague 31 forment par exemple un système de vis à bille, ou un système de vis et écrou, bien connus de l'homme du métier. Dans le cas du système vis à bille, le bras 32 est en translation par rapport à la bague 31 tandis que la circulation des billes de la bague 31 impose une rotation à la partie interne de la bague 31, la partie externe de la bague 31 étant supposée fixe. Dans le cas du système vis et écrou, le bras 32 est en translation et en rotation, la bague 31 faisant fonction d'écrou étant supposée fixe. - Des moyens d'entrainement 33, 34, 35, 36 comportant : o Des moyens de rotation 33 reliés au bras 32 et aptes à l'entrainer en rotation, provoquant le déplacement du bras 32 dans la bague 31. Dans le mode de réalisation décrit, les moyens de rotation 33 comportent un moteur, par exemple un moteur électrique, tel que la mise en route dudit moteur 33 provoque la rotation du bras 32. o Des moyens de guidage 34, sous forme d'une barre à section circulaire ou non circulaire, permettant la translation des moyens de rotation 33 dans une direction parallèle à l'axe Y selon lequel s'étend le bras 32. En effet, le bras 32 et la bague 31 étant liés par une liaison hélicoïdale, lorsque les moyens de rotation 33 entraînent le bras 32 en rotation, le bras 32 se déplace en translation par rapport à la bague 31 suivant la direction de l'axe Y. Les moyens de rotation 33 sont ainsi également entraînés en translation selon l'axe Y. Dans le mode de réalisation décrit, les moyens de guidage 34 comportent une barre fixée au carter 24 via une platine par exemple, ladite barre s'étendant selon la direction de l'axe Y. o Des moyens de butée 35 reliant les moyens de rotation 33 aux moyens de guidage 34, et empêchant un mouvement de rotation des moyens de rotation 33 autour de l'axe Y de la bague 31. o Des moyens d'actionnement 36 aptes à activer et désactiver les moyens de rotation 33. Un opérateur peut ainsi déclencher les moyens de rotation 33 à distance. Les moyens d'appui 31, 32 sont aptes à prendre deux états : - Un état rétracté, représenté à la figure 2, dans lequel le bras 32 s'étend radialement par rapport à l'axe longitudinal X de la turbomachine expérimentale, entièrement hors de la veine 21 - Un état déployé, représenté à la figure 3, dans lequel le bras 32 est en appui sur le moyeu 26. Lorsque le dispositif de mise en route met en rotation l'arbre moteur 25, l'arbre moteur 25 subit un mouvement de rotation s'accélérant jusqu'à atteindre une vitesse nominale. Comme expliqué précédemment, lors de la phase d'accélération, l'arbre moteur 25 passe par des vitesses de rotation critiques, qui sont des vitesses auxquelles l'arbre moteur 25 risque d'entrer en résonance. Les vitesses critiques sont déterminables par calcul, et dépendent notamment de la longueur et du diamètre de l'arbre moteur 25. En dehors des vitesses critiques, les moyens d'appui 31, 32 sont en état rétracté. En effet, la présence d'un bras 32 dans la veine 21 fausserait les tests pour laquelle la turbomachine expérimentale 20 est utilisée. Lors du passage des vitesses critiques, les moyens d'actionnement 36 activent les moyens de rotation 33. L'activation est réalisée manuellement par un opérateur, ou bien automatiquement en fonction de calculs prévisionnels de vitesses critiques. L'activation des moyens de rotation 33 entraîne la rotation du bras 32, et par conséquent le déplacement du bras 32 dans la bague 31. Le bras 32 se déplace le long de l'axe Y jusqu'à atteindre le moyeu 26 dans lequel s'étend l'arbre moteur 25. Les moyens d'appui 31, 32 sont alors en état déployé. On note que le déplacement du bras 32 est accompagné d'une translation des moyens de rotation 33 grâce aux moyens de guidage 34. Avantageusement, le bras 32 est en contact avec le moyeu 26 à proximité de la soufflante 22, par exemple entre la soufflante 22 et les aubes de guidage 23. En effet, la zone à proximité de la soufflante 22 est la plus soumise aux vibrations lors des vitesses critiques, car elle est la plus éloignée du dispositif de mise en route 16. Avantageusement, la bague 31 et le bras 32 forment un système de vis à bille. Grâce à ce système, en état déployé, les vibrations de l'arbre moteur 25 sont transmises au bras 32 puis au carter 24. La vis à bille 31, 32 minimise les effets d'une transmission de vibration. Le système de vis à bille permet également une rotation sans frottement du bras 32 dans la bague 31. Cela permet d'utiliser des moyens de rotation 33 peu puissants, et par conséquent compacts. Avantageusement, la turbomachine expérimentale 20 comporte au moins trois dispositifs de maintien 30 tels que celui décrit. Les dispositifs de maintien 30 sont par exemple répartis uniformément autour du carter. Lorsque les moyens d'appui 31, 32 de tous les dispositifs de maintien 30 sont en état déployé, le moyeu 26 est maintenu de façon optimale. Lorsque les vitesses de rotation critiques sont dépassées, le sens de rotation des moyens de rotation 33 est inversé, ce qui provoque le déplacement du bras 32 dans la bague 31 dans le sens inverse, jusqu'à sortir totalement de la veine 21. Les moyens d'appui 31, 32 sont alors à nouveau en état rétracté. On note que le déplacement du bras 32 est accompagné d'une translation des moyens de rotation 33 grâce aux moyens de guidage 34. On note que dans un autre mode de réalisation, le système constitué de la vis à bille 31, 32, des moyens de rotation 33, des moyens de butée 35 et des moyens de guidage 34, est remplacé par un vérin télescopique hydraulique ou pneumatique alimenté en énergie par une machine hydraulique ou pneumatique, et piloté par des moyens de pilotage. Dans ce mode de réalisation, les moyens de guidage 34 et les moyens de butée 35 ne sont pas nécessaires, le vérin télescopique agissant linéairement suivant l'axe Y. Le dispositif de maintien 30 crée donc un maintien semblable à un maintien par bras structuraux de carter, qui présente l'avantage d'être non permanent, et par conséquent sans impact sur l'aérodynamique de la machine. REVENDICATIONS1. Dispositif de maintien (30) d'un moyeu (26) d'une turbomachine expérimentale (20) pour aéronef, ladite turbomachine expérimentale (20) s'étendant selon un axe longitudinal (X), ledit moyeu (26) s'étendant dans une veine (21) délimitée par un carter (24) de ladite turbomachine expérimentale (20), ledit dispositif (30) comportant : - Des moyens d'appui (31, 32) aptes à prendre deux états : - Un état déployé dans lequel lesdits moyens d'appui (31, 32) sont en appui sur le moyeu (26) - Un état rétracté dans lequel lesdits moyens d'appui (31, 32) s'étendent entièrement hors de la veine (21) Des moyens d'entrainement (33, 34, 35, 36) aptes à faire passer les moyens d'appui (31, 32) de l'état déployé à l'état rétracté, ou inversement. 2. Dispositif de maintien (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'appui (31, 32) comportent un bras (32) et une bague (31) liés par une liaison hélicoïdale, ladite bague (31) étant fixée au carter (24) de la turbomachine expérimentale (20). 3. Dispositif de maintien (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement (33, 34, 35, 36) comportent des moyens de rotation (33) aptes à entrainer le bras (32) en rotation, provoquant le déplacement du bras (32) dans la bague (31). 4. Dispositif de maintien (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement (33, 34, 35, 36) comportent des moyens de guidage (34) permettant la translation des moyens de rotation (33) dans une direction parallèle à un axe (Y) selon lequel s'étend le bras (32). 5. Dispositif de maintien (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement (33, 34, 35, 36) comportent des moyens de butée (35) empêchant un mouvement de rotation des moyens de rotation (33) autour de l'axe (Y) selon lequel s'étend le bras (32). 6. Dispositif de maintien (30) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le bras (32) s'étend selon un axe (Y) sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal (X) de la turbomachine expérimentale (20). 7. Dispositif de maintien (30) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (33, 34, 35, 36) comportent des moyens d'actionnement (36) aptes à activer et désactiver les moyens de rotation (33). 8. Turbomachine expérimentale (20) pour aéronef, comportant un moyeu (26) dans lequel s'étend un arbre (25), caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins un dispositif de maintien (30) selon l'une des revendications précédentes. 9. Turbomachine expérimentale (20) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une soufflante (22), et en ce que, dans l'état déployé, les moyens d'appui (31, 32) sont en appui sur une portion du moyeu (26) située à proximité de ladite soufflante (22). 10. Turbomachine expérimentale (20) selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisée en ce qu'elle est équipée de trois dispositifs de maintien (30), répartis sensiblement uniformément autour de l'axe longitudinal (X) de la turbomachine expérimentale (20).