Brevet FR3011529A1 — publié le 20150410

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des hélices aériennes. Elle vise plus précisément un pivot de pale d'hélice. Une hélice aérienne est utilisée notamment dans le domaine aéronautique pour assurer la propulsion d'un aéronef. Il s'agit en particulier des turbopropulseurs d'aéronef à simple hélice ou à double hélices contrarotatives. Typiquement, les hélices d'un turbopropulseur d'aéronef se composent chacune d'une pluralité de pales de soufflante non carénées. Ces pales de soufflante sont à pas variable, c'est-à-dire que chaque pale peut pivoter autour de son axe longitudinal (appelé axe de calage) afin d'adapter l'orientation de son bord d'attaque au régime moteur. L'orientation des pales de soufflante (on parle également de réglage du pas) constitue ainsi l'un des paramètres permettant de gérer la poussée du turbopropulseur. A cet effet, chaque pale d'hélice est généralement montée par 20 son pied sur un pivot comprenant un support rotatif disposé radialement dans un orifice d'un moyeu d'hélice tout en étant apte à pouvoir pivoter dans cet orifice autour d'un axe longitudinal de la pale. Le support rotatif du pivot comprend également une alvéole destinée à recevoir un pied de pale et au moins un bras s'étendant 25 latéralement par rapport à l'axe de pivotement du pivot et portant une masselotte formant contrepoids. En cas d'arrêt du moteur, la force centrifuge s'exerçant sur la masselotte positionnée sur le bras du pivot permet ainsi d'assurer une mise en drapeau automatique de la pale et son maintien dans cette orientation. 30 Le pivot d'une pale d'hélice a donc pour principales fonctions de tenir la pale (contre les forces aérodynamique et centrifuge), de tenir les masselottes de mise en drapeau de la pale (contre la force centrifuge essentiellement) et d'assurer un guidage en orientation de la pale (contre les forces inertielles principalement). 35 Généralement, les pivots de pale d'hélice sont réalisés par usinage monobloc d'un matériau métallique, tel qu'en particulier de l'acier ou du titane. Un tel procédé de fabrication présente cependant de nombreux inconvénients, notamment un usinage complexe, un temps et un coût de production élevés et des zones d'accès difficiles pour le contrôle de la géométrie de la pièce. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de proposer un pivot de pale d'hélice ne présentant pas les inconvénients de fabrication précités. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un pivot de pale d'hélice aérienne, comportant un support rotatif destiné à être monté radialement sur un moyeu d'hélice tout en étant apte à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement et comprenant un logement destiné à recevoir un pied de pale, et au moins un bras rapporté portant une masselotte formant contrepoids et destiné à s'étendre latéralement par rapport à l'axe de pivotement du support rotatif, le bras étant monté en appui radial et latéral contre un épaulement du support rotatif et maintenu sur celui-ci par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées. L'invention propose ainsi un pivot de pale d'hélice qui 20 s'assemble, ce qui réduit considérablement les modes opératoires, les temps d'usinage et donc les coûts de fabrication. En effet, la décomposition des éléments qui forme le pivot (support rotatif et bras rapporté) permet de transformer des formes de géométrie complexe par des formes plus élémentaires, ce qui allège les gammes de fabrication et 25 permet la réalisation de tolérances plus précises qui sont nécessaires au montage final de l'ensemble. De plus, l'usure des outils de fabrication s'en trouve moins prononcé ce qui permet d'optimiser les conditions de fabrication. Les paramètres de fabrication peuvent être notamment plus aisément contrôlés, ce qui améliore la productivité. Enfin, les opérations 30 de maintenance d'un tel pivot peuvent être limitées à un ou plusieurs éléments du pivot, évitant ainsi le changement du pivot dans son intégralité, ce qui limite les coûts de ces opérations. Selon une disposition avantageuse, l'épaulement du support rotatif comprend une surface d'appui radiale tournée vers l'intérieur et une 35 surface d'appui latérale contre lesquelles des surfaces correspondantes du 3 0 1 152 9 3 bras viennent en appui. De préférence, le bras et le support rotatif du pivot de pale d'hélice sont deux éléments indépendants. Les liaisons boulonnées peuvent comprendre chacune une vis destinée à être positionnée parallèlement à l'axe de pivotement du 5 support rotatif et à être assemblée de l'intérieur vers l'extérieur, et un écrou destiné à être vissé sur une extrémité libre de la vis. Dans ce cas, l'écrou de chaque liaison boulonnée est de préférence serti dans un logement extérieur du support rotatif ce qui assure son blocage en rotation. Toujours dans ce cas, le bras présente 10 avantageusement un lamage destiné à recevoir une tête de la vis des liaisons boulonnées. Les liaisons boulonnées peuvent être au nombre de sept et être réparties selon deux arcs de cercle concentriques centrés sur l'axe de pivotement du support rotatif. 15 De préférence, le pivot de pale d'hélice comprend deux bras opposés portant chacun une masselotte formant contrepoids et destinés à s'étendre latéralement par rapport à l'axe de pivotement du support rotatif. L'invention a également pour objet une hélice aérienne 20 comprenant une pluralité de pales montées chacune dans un pivot tel que défini précédemment. L'invention a encore pour objet un turbopropulseur d'aéronef comprenant au moins une telle hélice. Brève description des dessins 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en demi-coupe 30 longitudinale d'un turbopropulseur à double hélices non carénées auquel s'applique notamment l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique montrant le fonctionnement d'un pivot de pale d'hélice ; - les figures 3 et 4 sont des vues en perspective d'un pivot de 35 pale d'hélice selon l'invention, respectivement en vue de dessus et en vue de dessous ; 301 1 5 2 9 4 - la figure 5 est une vue en éclaté du pivot de pale d'hélice des figures 3 et 4 ; et - la figure 6 est une demi-vue en coupe longitudinale du pivot de pale d'hélice des figures 3 et 4. 5 Description détaillée de l'invention L'invention s'applique à tous turbopropulseurs d'aéronef munis d'au moins une hélice de pales à calage variable, et en particulier aux turbopropulseurs d'avion à double hélices contrarotatives non carénées 10 tels que celui représenté sur la figure 1. Un tel turbopropulseur 10 est connu et ne sera donc pas décrit en détails. Typiquement, il comprend notamment un axe longitudinal 12 et une nacelle annulaire 14 disposée coaxialement autour de l'axe longitudinal. Le turbopropulseur 10 comprend outre, d'amont en aval, un 15 compresseur 16, une chambre de combustion 18 et une turbine 20 à deux rotors contrarotatifs 22a, 22b, ces différents éléments étant également disposés coaxialement autour de l'axe longitudinal 12 du turbopropulseur. Le turbopropulseur 10 comprend encore une hélice amont (ou avant) 24a et une hélice aval (ou arrière) 24b de pales de soufflante 26 à orientation réglable. Les pales de soufflante 26 de chaque hélice 24a, 24b sont plus précisément montées sur un anneau rotatif 28a, 28b centrée sur l'axe longitudinal 12 du turbopropulseur. Chaque rotor 22a, 22b de la turbine 20 porte et entraîne en rotation l'un des anneaux rotatifs 28a, 28b sur lequel est montée l'une des hélices 24a, 24b. Alternativement, les hélices 24a, 24b pourraient être entraînées en rotation par un même et unique rotor de la turbine par l'intermédiaire d'une boîte réductrice. Les pales de soufflante 26 des deux hélices 24a, 24b sont à orientation réglable, c'est-à-dire qu'elles peuvent pivoter chacune autour de leur axe longitudinal afin d'adapter l'orientation de leur bord d'attaque 30 au régime moteur et/ou aux commandes du pilote. A cet effet, comme représenté sur la figure 2, chaque pale de soufflante 26 est montée sur un pivot 30 destiné à être monté radialement sur l'anneau rotatif 28a, 28b respectif tout en étant apte à pouvoir pivoter dans cet orifice autour d'un axe de pivotement Z du pivot. Le pivotement 35 du pivot 30 par rapport à l'anneau rotatif 28a, 28b entraîne ainsi un changement d'orientation du bord d'attaque de la pale de soufflante 301 1 5 2 9 5 correspondante. Ce pivotement est obtenu par des dispositifs d'actionnement connus en soi de type hydrauliques ou électriques. En cas de panne moteur, il est avantageux que chaque pale de soufflante 26 puisse être mise automatiquement en drapeau, c'est-à-dire 5 avec un angle d'attaque sensiblement nul par rapport au vent relatif VR. De plus, il est prévu des moyens passifs pour maintenir les pales de soufflante 26 en drapeau même en cas de défaillance des dispositifs d'actionnement du pivotement des pivots 30. En effet, le centre de poussée L de chaque pale peut être décalé par rapport à l'axe de 10 pivotement Z du pivot 30, générant ainsi un couple aérodynamique MA tendant à faire pivoter la pale. En outre, un couple inertiel Mi est engendré aussi, du fait du déport du centre de gravité G de la pale par rapport à l'axe de pivotement Z. Pour contrer ces couples MA, et Mi et maintenir la pale en 15 drapeau, des masselottes 32 formant contrepoids sont typiquement montées à l'extrémité libre de bras 34 s'étendant latéralement par rapport à l'axe de pivotement Z. L'orientation de ces bras est sensiblement perpendiculaire à l'intrados et à l'extrados de la pale 26 (angle a compris entre +/-30° par rapport à un plan normal à l'alvéole du pivot recevant le 20 pied de pale), de telle manière que, quand l'hélice tourne autour de son axe de rotation 0, les forces centrifuges Fc s'exerçant sur les masselottes 32 auront tendance à aligner la direction principale Y des bras 34 avec une direction tangentielle Y' de l'hélice, contrant ainsi les couples aérodynamique et inertiel MA et Mi et réalignant la pale avec la direction 25 du vent relatif VR. Les figures 3 et 4 représentent en perspective un pivot de pale d'hélice 30 selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation des figures 3 et 4, le pivot de pale d'hélice 30 se compose d'un support rotatif 36 et de deux bras rapportés 30 opposés, à savoir un bras intrados 34a et un bras extrados 34b. 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 est destiné à être monté radialement sur l'anneau rotatif respectif du turbopropulseur tout en étant capable de pouvoir pivoter autour de l'axe 35 de pivotement Z. De plus, dans sa partie opposée à l'anneau rotatif, le support rotatif 36 un logement, par exemple une alvéole 38 en forme de rainure, qui est destiné à recevoir un pied de pale (non représenté). Sur les exemples illustrés par les figures, le logement pour le pied de pale présente une forme de rainure. Bien entendu, il est possible d'envisager d'autres types de logement en fonction de l'application choisie, notamment un logement cylindrique lorsque le pied de pale présente une forme cylindrique. Les bras 34a, 34b sont des pièces rapportées, c'est-à-dire indépendantes du support rotatif 36 sur lequel elles sont assemblées, l'ensemble ne formant donc pas un pivot de pale d'hélice monobloc. Lorsqu'ils sont assemblés sur le support rotatif 36, les bras 34a, 34b s'étendent selon une direction Y perpendiculaire à l'axe de pivotement Z, tandis que l'alvéole 38 s'étend selon une direction X perpendiculaire à l'axe de pivotement Z et à la direction Y des bras. Chaque bras 34a, 34b se présente sous la forme d'une pièce allongée dont une extrémité est assemblée sur le support rotatif 36 et l'autre extrémité libre porte une masselotte 32 formant contrepoids. Comme représenté de façon plus précise sur les figures 5 et 6, chaque bras est monté en appui radial et latéral contre un épaulement 40 du support rotatif 36 et maintenu sur celui-ci par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées 42. Le support rotatif 36 présente ici deux épaulements 40, chacun de ces épaulements ayant une surface d'appui radiale 40a (tournée vers l'intérieur) et une surface d'appui latérale 40b qui sont sensiblement planes et contre lesquelles des surfaces correspondantes de l'extrémité des bras 34a, 34b viennent en appui. Une pluralité de liaisons boulonnées 42 assure le maintien en position des bras 34a, 34b sur le support rotatif 36. Par exemple, chaque liaison boulonnée comprend une vis 42a et un écrou 42b, la vis étant vissée de l'intérieur vers l'extérieur au travers du bras 34a, 34 et de l'épaulement 40 du support rotatif selon une direction sensiblement parallèle à l'axe de pivotement Z. L'écrou 42b est quant à lui vissé sur l'extrémité libre de la vis 42a. De préférence, l'écrou 42b de chaque liaison boulonnée est serti 35 dans un logement extérieur 44 réalisé dans l'épaulement 40 du support 301 1 5 2 9 7 rotatif 36 du pivot de pale d'hélice de façon à assurer son blocage en rotation. De plus, toujours de préférence, chaque bras 34a, 34b du pivot de pale d'hélice présente un lamage 46 qui est destiné à recevoir une tête 5 de la vis 42a des liaisons boulonnées (voir la figure 6). Ainsi, les vis 42a sont noyées dans les bras de sorte à respecter l'encombrement par rapport au reste du pivot de pale d'hélice. Dans l'exemple représenté sur les figures, les liaisons boulonnées 42 sont au nombre de sept pour chaque bras 34a, 34b et sont 10 avantageusement réparties selon deux arcs de cercle Cl, C2 concentriques centrés sur l'axe de pivotement Z du support rotatif (figure 4). Bien entendu, le nombre et la disposition de ces liaisons boulonnées peuvent varier. On notera que chaque bras 34a, 34b et sa masselotte 32 15 présentent avantageusement une forme géométrique générale de calotte sphérique. Par « forme de calotte sphérique », on entend ici que chaque bras et la masselotte qu'il porte présentent une forme d'une partie de sphère qui serait tronquée par un plan (autre qu'un plan médian). On pourra se référer à la demande de brevet française n°13 55 627 déposée 20 le 17 juin 2013 par la Demanderesse qui décrit une telle géométrie voûtée des bras du pivot de pale d'hélice. On notera également que les masselottes 32 sont chacune assemblées sur l'extrémité libre des bras 34a, 34b du pivot de pale d'hélice par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées 48, par 25 exemple au nombre de cinq, notamment visibles sur les figures 3, 4 et 6. On notera encore que le pivot de pale d'hélice peut ne comporter qu'un seul bras s'étendant latéralement par rapport à l'axe de pivotement du support rotatif, son assemblage sur le support rotatif étant identique à celui décrit pour deux bras. 30 Enfin, on notera que les différents éléments du pivot de pale d'hélice peuvent être réalisés en matériau métallique ou en matériau composite. REVENDICATIONS1. Pivot (30) de pale d'hélice aérienne, comportant : un support rotatif (36) destiné à être monté radialement sur un 5 moyeu d'hélice tout en étant apte à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement (Z) et comprenant un logement (38) destiné à recevoir un pied de pale ; et au moins un bras (34a, 34b) rapporté portant une masselotte (32) formant contrepoids et destiné à s'étendre latéralement 10 par rapport à l'axe de pivotement du support rotatif, le bras étant monté en appui radial et latéral contre un épaulement (40) du support rotatif et maintenu sur celui-ci par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons boulonnées (42). 15 2. Pivot selon la revendication 1, dans lequel l'épaulement (40) du support rotatif comprend une surface d'appui radiale (40a) tournée vers l'intérieur et une surface d'appui latérale (40b) contre lesquelles des surfaces correspondantes du bras (34a, 34b) viennent en appui. 20 3. Pivot selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le bras et le support rotatif sont deux éléments indépendants. 4. Pivot selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les liaisons boulonnées (42) comprennent chacune une vis (42a) 25 destinée à être positionnée parallèlement à l'axe de pivotement du support rotatif et à être assemblée de l'intérieur vers l'extérieur, et un écrou (42b) destiné à être vissé sur une extrémité libre de la vis. 5. Pivot selon la revendication 4, dans lequel l'écrou (42b) de 30 chaque liaison boulonnée est serti dans un logement extérieur (44) du support rotatif. 6. Pivot selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel le bras présente un lamage (46) destiné à recevoir une tête de la vis (42a) 35 des liaisons boulonnées. 301 1 5 2 9 9 7. Pivot selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les liaisons boulonnées sont au nombre de sept et sont réparties selon deux arcs de cercle (Cl, C2) concentriques centrés sur l'axe de pivotement du support rotatif. 8. Pivot selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant deux bras opposés portant chacun une masselotte formant contrepoids et destinés à s'étendre latéralement par rapport à l'axe de pivotement du support rotatif. 9. Hélice aérienne (24a, 24b) comprenant une pluralité de pales (26) montées chacune dans un pivot selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 15 10. Turbopropulseur (10) d'aéronef comprenant au moins une hélice (24a, 24b) selon la revendication 9. 10