Brevet FR3018892A1 — publié le 20150925

La présente invention concerne une vanne à piston comportant un système de verrouillage, un turboréacteur d'aéronef comportant une telle vanne, ainsi qu'un aéronef comportant au moins un tel turboréacteur. Un aéronef comporte classiquement au moins un moteur du type turboréacteur qui est muni d'un système d'antigivrage. Le système d'antigivrage présente classiquement au moins une vanne et en particulier une vanne dite à piston ("poppet valve" en Anglais). Dans la suite de la description, les termes "amont" et "aval" sont pris en référence au sens découlement de l'air représenté par la flèche 10. 1() La Fig. 1 montre une telle vanne 100 qui comporte: - un corps creux 102 de forme sensiblement cylindrique et présentant à l'une de ses extrémités, une entrée 104 connectée, en utilisation, à une prise d'air sous pression du turboréacteur et, à l'autre de ses extrémités, une sortie 106, un écoulement d'air pouvant avoir lieu de l'entrée 104 vers la sortie 106 selon le sens d'écoulement 10, 15 - un piston 110 mobile en translation à l'intérieur d'une première chemise 108 du corps creux 102, et - en aval du piston 110, une jupe 112 solidaire du piston 110 et à distance du piston 110, prenant la forme d'un cylindre creux et mobile en translation à l'intérieur d'une deuxième chemise 118 du corps creux 102. 20 En amont du piston 110, la première chemise 108 se referme créant ainsi une chambre de régulation 122 qui est délimitée par les parois intérieures de la première chemise 108 et la face amont du piston 110. La paroi de la première chemise 108 est munie d'un restricteur 124, symbolisé ici par un simple orifice, qui met en communication fluidique l'extérieur de la 25 première chemise 108 et l'intérieur de la chambre de régulation 122. La première chemise 108 et la deuxième chemise 118 sont colinéaires et à distance l'une de l'autre pour créer ainsi un premier passage d'air 120 entre une extrémité aval de la première chemise 108 et une extrémité amont de la deuxième chemise 118. 30 Ici, la jupe 112 est fixée au piston 110 par des bras 114 qui maintiennent un écart entre le piston 110 et la jupe 112 et permet de créer un deuxième passage d'air 116 entre une extrémité aval du piston 110 et une extrémité amont de la jupe 112. Au niveau de son extrémité amont, la jupe 112 présente une collerette 126 qui se déplace dans le premier passage d'air 120 entre l'extrémité aval de la première chemise 108 et l'extrémité amont de la deuxième chemise 118. Le piston 110 et la jupe 112 sont mobiles entre une position fermée dans laquelle la collerette 126 est en butée contre l'extrémité aval de la première chemise 108 et où la jupe 112 obture le premier passage d'air 120, et une position ouverte dans laquelle la collerette 126 n'est plus en butée contre l'extrémité aval de la première chemise 108 et où le premier passage d'air 120 et le deuxième passage d'air 116 sont en regard. La vanne 100 comporte également un système de dépressurisation 150 qui est relié par une canalisation 152 à la chambre de régulation 122. Le système de dépressurisation 150 peut être commandé et présente une position fermée dans laquelle l'air de la chambre de régulation 122 ne peut pas s'échapper à travers le système de dépressurisation 150 et une position ouverte dans laquelle l'air de la chambre de régulation 122 peut s'échapper à travers le système de dépressurisation 150. Le système de dépressurisation 150 est traversé par la canalisation 152 qui débouche à l'air libre par son extrémité 154 et il comporte: - un bouchon 156 mobile entre une position de dépressurisation (position de la Fig. 1) où il n'obture pas la canalisation 152 permettant à l'air de la canalisation 152 de s'échapper, et une position de pressurisation où il obture la canalisation 152 empêchant l'air de la canalisation 152 de s'échapper, - des moyens de déplacement 158 prévus pour déplacer le bouchon 156 de la position de dépressurisation à la position de pressurisation et inversement, et - un clapet d'échappement 160 qui permet de réguler la pression dans la canalisation 152 lorsque le bouchon 156 est en position de pressurisation. Les moyens de déplacement 158 sont constitués ici d'un solénoïde 162 prévu pour commander le déplacement du bouchon de la position de pressurisation à la position de dépressurisation et d'un ressort de rappel 164 qui est prévu pour contraindre le bouchon 156 en position de pressurisation lorsque le solénoïde 162 n'est pas actif Le clapet d'échappement 160 est commandé en déplacement par des moyens appropriés entre une position pleine fermée (position de la Fig. 1) où aucun air ne peut s'échapper de la canalisation 152 et une position pleine ouverte où de l'air peut s'échapper de la canalisation vers l'air libre. Le fonctionnement de la vanne 100 est alors le suivant: - le système de dépressurisation 150 est commandé en position fermée, - le turboréacteur démarre et alimente l'entrée 104 en air sous pression, - l'air sous pression se répand dans le corps creux 102 et dans la chambre de régulation 122 à travers le restricteur 124, - le piston 110 et la jupe 112 peuvent être alors dans une position entre la position fermée et la position ouverte, mais sous l'effet des vibrations, ils tendent à passer en position fermée, - tant que la pression dans la chambre de régulation 122 est insuffisante pour pousser le piston 110 et le déplacer vers la position ouverte, il reste en position fermée, - lorsque la pression dans la chambre de régulation 122 est suffisante, le piston 110 se déplace vers la position ouverte, et l'air sous pression passe à travers le premier passage d'air 120 et le deuxième passage d'air 116 pour rejoindre la sortie 106, - ensuite, en fonctionnement continu, la commande du clapet d'échappement 160 permet de réguler la pression dans la chambre de régulation 122 et donc la position du piston 110 et de la jupe 112, c'est-à-dire le débit à travers le premier passage d'air 120 et le deuxième passage d'air 116. Lorsque la pression dans la chambre de régulation 122 est suffisante, le fonctionnement d'une telle vanne 100 est acceptable. Par contre, avant que la pression dans la chambre de régulation 122 soit suffisante, le piston 110 et la jupe 112 ne sont pas bloqués en position ouverte et les vibrations peuvent tendre à les faire passer en positon fermée, alors qu'il peut être nécessaire qu'ils soient en position ouverte, par exemple lors d'une décharge assurant la stabilité du compresseur haute pression du turboréacteur au démarrage. Si le piston 110 et la jupe 112 ne sont pas en position ouverte, l'air déchargé ne peut pas s'échapper, empêchant la stabilité du compresseur. Différentes solutions ont été élaborées pour assurer le maintien en position ouverte du piston 110 et la jupe 112 au démarrage, mais aucune n'a, pour le moment, donné entière satisfaction. Un objet de la présente invention est de proposer une vanne à piston qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et qui en particulier présente une position ouverte stable au démarrage du turboréacteur. A cet effet, est proposée une vanne à piston comportant : - un corps creux présentant à l'une de ses extrémités, une entrée configurée pour être connectée à une prise d'air sous pression et, à l'autre de ses extrémités, une sortie, - un piston mobile en translation à l'intérieur d'une première chemise du corps creux, et - en aval du piston, une jupe solidaire du piston et mobile en translation à l'intérieur d'une deuxième chemise du corps creux, la première chemise et la deuxième chemise étant colinéaires et à distance l'une de l'autre pour créer un premier passage d'air entre une extrémité aval de la première chemise et une extrémité amont de la deuxième chemise, la jupe étant fixée à distance du piston pour créer un deuxième passage d'air entre une extrémité aval du piston et une extrémité amont de la jupe, le piston et la jupe étant mobiles entre une position fermée dans laquelle la jupe obture le premier passage d'air, et une position ouverte dans laquelle le premier passage d'air et le deuxième passage d'air sont en regard, la vanne à piston étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, des moyens de verrouillage adaptés à prendre une position verrouillée dans laquelle les moyens de verrouillage bloquent le piston et la jupe en position ouverte et une position libre dans laquelle les moyens de verrouillage laissent le piston et la jupe libres de se déplacer entre la position ouverte et la position fermée. Ainsi, même lorsque la pression d'air contre le piston n'est pas suffisante pour maintenir automatiquement le piston et la jupe en position ouverte, cette position ouverte est obtenue par les moyens de verrouillage. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 montre une vanne à piston de l'état de la technique, la Fig. 2 montre une vanne à piston selon l'invention, en position verrouillée, la Fig. 3 montre la vanne à piston de la Fig. 2 en position libre, et la Fig. 4 montre un système de verrouillage selon l'invention. Comme précédemment, dans la description qui suit, les termes "amont" et "aval" sont pris en référence au sens découlement de l'air représenté par la flèche 10. La Fig. 2 montre une vanne à piston 200 selon l'invention qui est mise en oeuvre dans un système d'antigivrage d'un aéronef comportant au moins un moteur du type turboréacteur et comportant une prise d'air sous pression. La Fig. 2 montre la vanne 200 dans une position verrouillée et la Fig. 3 montre la vanne 200 dans une position libre. La vanne 200 comporte les mêmes éléments que ceux de la vanne 100 de l'état de la technique sauf en ce qui concerne la forme de la jupe qui a été numérotée 212 et la deuxième chemise qui a été numérotée 218. Les éléments identiques entre la vanne 100 de l'état de la technique et de la vanne 200 selon l'invention portent les mêmes références. La vanne 200 comporte ainsi: - un corps creux 102 de forme sensiblement cylindrique et présentant à l'une de ses extrémités, une entrée 104 connectée à la prise d'air sous pression, comme par exemple à celle du turboréacteur et, à l'autre de ses extrémités, une sortie 106, un écoulement d'air pouvant avoir lieu de l'entrée 104 vers la sortie 106 selon le sens d'écoulement 10, - un piston 110 mobile en translation à l'intérieur d'une première chemise 108 du corps creux 102, et - en aval du piston 110, une jupe 212 solidaire du piston 110 et à distance du piston 110, prenant la forme d'un cylindre creux et mobile en translation à l'intérieur d'une deuxième chemise 218 du corps creux 102. En amont du piston 110, la première chemise 108 se referme créant ainsi une chambre de régulation 122 qui est délimitée par les parois intérieures de la première chemise 108 et la face amont du piston 110. La paroi de la première chemise 108 est munie d'un restricteur 124, symbolisé ici par un simple orifice, qui met en communication fluidique l'extérieur de la première chemise 108 et l'intérieur de la chambre de régulation 122. La première chemise 108 et la deuxième chemise 218 sont colinéaires et à distance l'une de l'autre pour créer ainsi un premier passage d'air 120 entre une extrémité aval de la première chemise 108 et une extrémité amont de la deuxième chemise 218. Ici, la jupe 212 est fixée au piston 110 par des bras 114 qui maintiennent un écart entre le piston 110 et la jupe 212 et permet de créer un deuxième passage d'air 116 entre une extrémité aval du piston 110 et une extrémité amont de la jupe 212. Au niveau de son extrémité amont, la jupe 212 présente une collerette 126 qui se déplace dans le premier passage d'air 120 entre l'extrémité aval de la première chemise 108 et l'extrémité amont de la deuxième chemise 218. Le piston 110 et la jupe 112 sont mobiles entre une position fermée dans laquelle la collerette 126 est en butée contre l'extrémité aval de la première chemise 108 et où la jupe 212 obture le premier passage d'air 120, et une position ouverte dans laquelle la collerette 126 n'est plus en butée contre l'extrémité aval de la première chemise 208 et où le premier passage d'air 120 et le deuxième passage d'air 116 sont en regard. La vanne 200 comporte également un système de dépressurisation 150 qui est relié par une canalisation 152 à la chambre de régulation 122. Le système de dépressurisation 150 peut être commandé et présente une position fermée dans laquelle l'air de la chambre de régulation 122 ne peut pas s'échapper à travers le système de dépressurisation 150 et une position ouverte dans laquelle l'air de la chambre de régulation 122 peut s'échapper à travers le système de dépressurisation 150. Le système de dépressurisation 150 est identique à celui décrit dans l'état de la technique, mais d'autres agencements pourraient être envisagés. La vanne 200 comporte également un système de verrouillage 250 comportant des moyens de verrouillage adaptés à prendre une position verrouillée (Fig. 2) dans laquelle les moyens de verrouillage bloquent le piston 110 et la jupe 212 en position ouverte et une position libre (Fig. 3) dans laquelle les moyens de verrouillage laissent le piston 110 et la jupe 212 libres de se déplacer entre la position ouverte et la position fermée. Ainsi, lorsque le système de verrouillage 250 est en position verrouillée, en particulier lors du démarrage du turboréacteur, le piston 110 et la jupe 212 sont en position ouverte et une décharge peut être effectuée sans risque d'obstruction au niveau des passages d'air 116 et 120. Pour que le passage de la position libre à la position verrouillée et inversement soit automatique, il est dépendant de la pression d'air mesurée dans le premier passage d'air 120. Ainsi, lorsque la pression est inférieure à un seuil de pression, les moyens de verrouillage passent en position verrouillée, et lorsque la pression est supérieure au seuil de pression, les moyens de verrouillage passent en position libre. Le seuil de pression est déterminé en fonction de la pression qui est nécessaire pour maintenir le piston 110 et la jupe 212 dans une position ouverte. La Fig. 4 montre un agrandissement du système de verrouillage 250 et des moyens de verrouillage. Les moyens de verrouillage comportent: - un logement 252 réalisé dans les parois du corps creux 102 et débouchant au niveau de la face intérieure de la deuxième chemise 218 par un perçage 258, - une rainure 254 réalisée sur le pourtour extérieur de la jupe 212, - un axe 255 présentant une extrémité de verrouillage 256, un galet 260 solidaire de l'extrémité de verrouillage 256 et plus large que l'extrémité de verrouillage 256, le galet 260 étant logé dans le logement 252, et l'axe 255 étant monté mobile dans le logement 252 entre une position sortie (Figs. 2 et 4) dans laquelle l'extrémité de verrouillage 256 est en saillie par rapport à la face intérieure de la deuxième chemise 218 et pénètre dans la rainure 254, et une position rentrée (Fig. 3) dans laquelle l'extrémité de verrouillage 256 ne dépasse pas de la face intérieure de la deuxième chemise 218, et - un moyen de rappel 262, ici un ressort, prévu pour contraindre l'axe 255 en position sortie. Les fonctionnements des moyens de verrouillage et de la vanne 200 sont les suivants: - le système de dépressurisation 150 est commandé en position fermée, - avant le démarrage du turboréacteur et donc de l'alimentation en air comprimé au niveau de l'entrée 104, les moyens de verrouillage sont en position verrouillée, c'est-à-dire que l'extrémité de verrouillage 256 est logée dans la rainure 254, bloquant le piston 110 et la jupe 212 en position ouverte, - le turboréacteur démarre et alimente l'entrée 104 en air sous pression, - l'air sous pression se répand dans le corps creux 102 et dans la chambre de régulation 122 à travers le restricteur 124, - le piston 110 et la jupe 112 sont toujours maintenus en position ouverte et donc l'air chemine également vers la sortie 106 à travers le premier passage d'air 120 et le deuxième passage d'air 116, - tant que la pression dans le premier passage d'air 120 est inférieure au seuil de pression, les moyens de verrouillage restent en position verrouillée, - lorsque la pression dans le premier passage d'air 120 devient supérieure au seuil de pression, les moyens de verrouillage passent en position libre, - ensuite, en fonctionnement continu, la commande du clapet d'échappement 160 permet de réguler la pression dans la chambre de régulation 122 et donc la position du piston 110 et de la jupe 112, c'est-à-dire le débit à travers le premier passage d'air 120 et le deuxième passage d'air 116. Inversement, lorsque le turboréacteur est arrêté, le piston 110 et la jupe 212 doivent être bloqués en position ouverte. Le fonctionnement est alors le suivant: - le piston 110 et la jupe 212 sont amenés en position ouverte par commande du clapet 160, - tant que la pression dans le premier passage d'air 120 reste supérieure au seuil de pression, les moyens de verrouillage restent en position libre, - lorsque la pression dans le premier passage d'air 120 devient inférieure au seuil de pression, les moyens de verrouillage passent en position verrouillée, et - lorsque le turboréacteur s'arrête, la position ouverte du piston et de la jupe 212 est alors garantie pour le prochain démarrage. Dans le mode de réalisation de l'invention décrit ici, le passage de la position verrouillée à la position libre s'effectue de la manière suivante: - l'air sous pression provenant de l'entrée s'infiltre (flèche 20) entre la deuxième chemise 218 et la jupe 212, jusqu'à atteindre le perçage 258, - l'air pénètre alors dans le logement 252 et vient pousser le galet 260 selon une direction (flèche 30) contraire à l'action du moyen de rappel, - tant que la pression de l'air contre le galet 260 est inférieure à la force de rappel exercée par le moyen de rappel, l'extrémité de verrouillage 256 reste dans la rainure 254 et les moyens de verrouillage restent en position verrouillée, et - lorsque la pression de l'air contre le galet 260 devient supérieure à la force de rappel exercée par le moyen de rappel, l'extrémité de verrouillage 256 se dégage progressivement de la rainure 254 et les moyens de verrouillage passent progressivement en position libre. Pour assurer un meilleur passage de l'air sous pression dans le logement 252, la vanne à piston 200 peut comporter au moins un conduit 280 débouchant, d'une part, au niveau de la face intérieure de la deuxième chemise 218 et, d'autre part, dans le logement 252 en regard de la face du galet 260 portant l'extrémité de verrouillage 256. Chaque conduit 280 est ainsi en parallèle du perçage 258 et l'air sous pression provenant de l'entrée s'infiltre (flèche 20) entre la deuxième chemise 218 et la jupe 212, pénètre dans le logement 252 par le perçage 258 et chaque conduit 280. Le seuil de pression est défini par la géométrie du galet 260, en particulier la surface de sa face soumise à la pression de l'air, et la force de rappel exercée par le moyen de rappel 262. Pour éviter les fuites d'air autour du galet 260, un joint 264 est disposé autour du galet 260 entre le galet 260 et la surface intérieure du logement 252 le long de laquelle se déplace le galet 260. Pour permettre la sortie de l'air comprise dans le logement 252 lors du déplacement du galet 260, un orifice d'évacuation 268 vers l'air libre est réalisé dans la paroi du logement 252, du côté du galet 260 qui n'est pas soumis à la pression de l'air, c'est-à-dire du côté opposé à celui qui est solidaire de l'extrémité de verrouillage 256. Dans le cas d'un moyen de rappel 262 sous forme d'un ressort hélicoïdal, l'axe 255 comporte également une extrémité de rappel 266 solidaire du galet 260, qui s'étend de l'autre côté du galet 260 par rapport à l'extrémité de verrouillage 256 et qui est moins large que le galet 260. Le ressort 262 peut alors s'enfiler sur l'extrémité de rappel 266 et prendre appui, d'une part, contre le galet 260 et, d'autre part, contre une surface du logement 252. L'extrémité libre de l'extrémité de verrouillage 256 peut être munie d'une bille mobile en rotation qui assure le roulement de l'extrémité de verrouillage 256 sur la jupe 212 lorsque les moyens de verrouillage sont en position libre.25 REVENDICATIONS1) Vanne à piston (200) comportant : - un corps creux (102) présentant à l'une de ses extrémités, une entrée (104) configurée pour être connectée à une prise d'air sous pression et, à l'autre de ses extrémités, une sortie (106), - un piston (110) mobile en translation à l'intérieur d'une première chemise (108) du corps creux (102), et - en aval du piston (110), une jupe (212) solidaire du piston (110) et mobile en translation à l'intérieur d'une deuxième chemise (218) du corps creux (102), la première chemise (108) et la deuxième chemise (218) étant colinéaires et à distance l'une de l'autre pour créer un premier passage d'air (120) entre une extrémité aval de la première chemise (108) et une extrémité amont de la deuxième chemise (218), la jupe (212) étant fixée à distance du piston (110) pour créer un deuxième passage d'air (116) entre une extrémité aval du piston (110) et une extrémité amont de la jupe (212), le piston (110) et la jupe (212) étant mobiles entre une position fermée dans laquelle la jupe (212) obture le premier passage d'air (120), et une position ouverte dans laquelle le premier passage d'air (120) et le deuxième passage d'air (116) sont en regard, la vanne à piston (200) étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, des moyens de verrouillage adaptés à prendre une position verrouillée dans laquelle les moyens de verrouillage bloquent le piston (110) et la jupe (212) en position ouverte et une position libre dans laquelle les moyens de verrouillage laissent le piston (110) et la jupe (212) libres de se déplacer entre la position ouverte et la position fermée. 2) Vanne à piston (200) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le passage de la position libre à la position verrouillée et inversement est dépendant de la pression dans le premier passage d'air (120). 3) Vanne à piston (200) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de verrouillage comportent:- un logement (252) débouchant au niveau de la face intérieure de la deuxième chemise (218) par un perçage (258), - une rainure (254) réalisée sur le pourtour extérieur de la jupe (212), - un axe (255) présentant une extrémité de verrouillage (256) et un galet (260) logé dans le logement (252), solidaire de l'extrémité de verrouillage (256) et plus large que l'extrémité de verrouillage (256), l'axe (255) étant monté mobile entre une position sortie dans laquelle l'extrémité de verrouillage (256) est en saillie par rapport à la face intérieure de la deuxième chemise (218) et pénètre dans la rainure (254), et une position rentrée dans laquelle l'extrémité de verrouillage (256) ne dépasse pas de la face intérieure de la deuxième chemise (218), et - un moyen de rappel (262) prévu pour contraindre l'axe (255) en position sortie. 4) Vanne à piston (200) selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un joint (264) est disposé autour du galet (260) entre le galet (260) et la surface intérieure du logement (252) le long de laquelle se déplace le galet (260). 5) Vanne à piston (200) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la paroi du logement (252) est percée d'un orifice d'évacuation (268) vers l'air libre qui est réalisé du côté du galet (260) opposé à celui qui est solidaire de l'extrémité de verrouillage (256). 6) Vanne à piston (200) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'extrémité libre de l'extrémité de verrouillage (256) est munie d'une bille mobile en rotation. 7) Vanne à piston (200) selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un conduit (280) débouchant, d'une part, au niveau de la face intérieure de la deuxième chemise (218) et, d'autre part, dans le logement (252) en regard de la face du galet (260) portant l'extrémité de verrouillage (256). 8) Turboréacteur d'aéronef comportant une prise d'air sous pression et une vanne à piston (200) selon l'une des revendications 1 à 7 dont l'entrée (104) du corps creux (102) est connectée à ladite prise d'air. 9) Aéronef comportant au moins un turboréacteur selon la revendication 8.