Brevet FR3038584A1 — publié le 20170113

Système de commande de calage et système d'hélice et procédé de réglage de calage Les systèmes d'hélices comportent ordinairement de multiples pales montées sur un moyeu, lequel tourne sous l'action du moteur. Le moyeu définit ordinairement un logement qui contient un pied de pale d'une pale d'hélice ainsi que divers autres mécanismes, dont une unité de commande de calage. Si une unité de commande de calage (UCC) est utilisée, le pied de pale est contenu dans le logement pour pouvoir tourner autour d'un axe dans le sens de l'envergure de la pale et l'UCC fait tourner la pale autour de l'axe dans le sens de l'envergure pour parvenir à une efficacité optimale du développement de la poussée. De la sorte, l'hélice peut être conçue pour que son calage varie au cours du vol, afin d'assurer une poussée optimale, depuis le décollage et la montée jusqu'au régime de croisière. La variation de l'angle de calage peut permettre à l'aéronef de maintenir un angle d'attaque optimal, ou un rapport portance/traînée maximal, sur les pales d'hélices à mesure que varie la vitesse de l'aéronef. Selon un premier aspect, une forme de réalisation de l'invention concerne un système d'hélice comportant un moyeu multibras comprenant un moyeu et une série de bras espacés sur le pourtour du moyeu et faisant saillie radialement depuis le moyeu, la série de bras étant agencée pour recevoir une série de pales de façon qu'un pied de pale d'une pale puisse être monté dans un bras de la série de bras afin de pouvoir tourner, une tête de piston située dans le moyeu et mobile axialement par rapport au moyeu, un tube de torsion situé dans le bras et s'étendant jusque dans le moyeu, et ayant une première et une seconde extrémités opposées, la première extrémité étant conçue pour se monter sur le pied de pale, et un convertisseur de mouvement reliant la tête de piston au tube de 3038584 2 torsion et convertissant le mouvement axial de la tête de piston en mouvement de rotation du tube de torsion, un angle de calage de la pale pouvant être réglé par un déplacement axial de la tête de piston afin de faire tourner le tube de torsion pour provoquer une rotation 5 correspondante de la pale. Selon un autre aspect, une forme de réalisation de l'invention concerne un système de commande de calage pour hélice comportant un moyeu multibras comprenant un moyeu avec une série de bras, et une série de pales d'hélice montées sur la série de 10 bras de manière à pouvoir tourner, comportant une tête de piston conçue pour bouger axialement par rapport au moyeu, un tube de torsion ayant une première et une seconde extrémités opposées, la première extrémité étant conçue pour se monter sur la pale d'hélice, et un convertisseur de mouvement reliant la tête de piston au tube 15 de torsion et convertissant le mouvement axial de la tête de piston en mouvement de rotation du tube de torsion, un angle de calage des pales d'hélice étant réglé par un déplacement axial de la tête de piston afin de faire tourner le tube de torsion pour provoquer une rotation correspondante de la pale d'hélice. 20 Selon encore un autre aspect, une forme de réalisation de l'invention concerne un procédé de réglage du calage d'une pale d'hélice dans un système de moyeu multibras ayant un moyeu avec une série de bras, et une série de pales d'hélice montées sur la série de bras de manière à pouvoir tourner, le procédé comportant un 25 déplacement axial d'une tête de piston dans le moyeu afin de produire un couple et une transmission du couple à la pale d'hélice à l'aide d'un tube de torsion. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs 30 et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : 3038584 3 -la Figure 1 représente un exemple de vue en coupe d'un système d'hélice et d'une UCC selon la technique antérieure ; -la Figure 2 représente un exemple de vue de face d'un système d'hélice ayant un système de commande de calage selon 5 divers aspects décrits ici ; -la Figure 3 représente un exemple de vue en perspective du système d'hélice selon divers aspects décrits ici ; -la Figure 4 représente un exemple de vue en perspective d'une partie du système d'hélice selon divers aspects décrits ici ; 10 -la Figure 5 représente un exemple de vue en coupe d'une partie du système d'hélice selon divers aspects décrits ici ; et -la Figure 6 représente un exemple de vue en coupe de la partie du système d'hélice selon divers aspects décrits ici. Comme représenté sur la Figure 1, dans une UCC 2 selon la 15 technique antérieure, le calage des pales 3 d'hélice est modifié en faisant varier la pression de l'huile fournie à un vérin hydraulique 4 et à un piston 5 faisant saillie vers l'avant depuis le moyeu 6 de l'hélice et relié aux pieds 7 des pales 3 de l'hélice. Dans les moyeux conçus selon la technique antérieure, tels que le moyeu 6 d'hélice 20 représenté, les pieds 7 des pales 3 d'hélice s'étendent près d'une tête de piston 8 et chaque pale 3 d'hélice se retrouve calée à l'aide d'un tourillon déporté 9 dans la pale 3 d'hélice. Plus particulièrement, le tourillon déporté 9 est retenu dans une partie de la tête de piston 8. Pendant le fonctionnement, le mouvement axial du piston 5 est 25 converti en mouvement de rotation du fait de la coopération de la tête de piston 8 et du tourillon déporté 9. Plus particulièrement, le déplacement axial de la tête de piston 8 fait bouger le tourillon déporté 9 dans la pale 3 d'hélice pour faire tourner la pale et modifier l'angle de calage de la pale 3 d'hélice. 30 Des mécanismes de changement de calage selon la technique antérieure tels que la tête de piston et le tourillon déporté décrits 3038584 4 plus haut en référence à la Figure 1 sont inutilisables dans des moyeux multibras, car le tourillon de la pale d'hélice ne peut pas atteindre la tête de piston et ne peut pas présenter un déport suffisant pour le changement de calage. Plus particulièrement, le 5 bras a une hauteur radiale bien plus grande, qui s'étend depuis une partie du moyeu contenant la tête de piston jusqu'à une extrémité radiale où peut être fixée la pale d'hélice. Il en résulte que le pied de pale est écarté radialement par rapport à la tête de piston, aussi des tourillons déportés classiques sont-ils inutilisables car l'espace 10 radial entre le pied de la pale d'hélice et la tête de piston serait trop grand pour que le tourillon l'occupe entièrement et fonctionne. Des formes de réalisation de l'invention concernent un système d'hélice et un système de commande de calage pour un système d'hélice ayant un moyeu multibras et un système de commande de calage 15 aboutissant à une moindre complexité et à une solution peu coûteuse et légère. La Figure 2 représente un système d'hélice 10 comportant un système de moyeu multibras 12 ayant un moyeu 14 et une série de bras 16. Le moyeu 14 peut coopérer avec un moteur (non 20 représenté) et peut tourner autour d'un axe 18 d'hélice (Figure 3). Comme représenté, les bras de la série de bras 16 sont espacés sur le pourtour du moyeu 14 et la série de bras 16 fait saillie radialement depuis le moyeu 14. Aux fins de la présente description, "une série" peut comprendre n'importe quel nombre, y 25 compris un seul bras. Une série de pales 20 d'hélice est présente dans le système d'hélice 10. Les pales 20 d'hélice peuvent comprendre des pieds de pales correspondants 22 et des extrémités opposées 24. Une pale 20 d'hélice est ordinairement dotée d'une forme vrillée à profil 30 aérodynamique et peut être composée de n'importe quelle matière adéquate dont, mais d'une manière nullement limitative, des 3038584 5 matières métalliques ou des matériaux composites. La pale 20 d'hélice peut être amovible en service, ce qui offre des avantages quant au coût et à la maintenance. L'expression "amovible en service" signifie que la pale 20 d'hélice peut être déposée et 5 remplacée sur le terrain. Les pales 20 d'hélice amovibles en service peuvent être montées sur le système sur le système de moyeu multibras 12 et doivent être retenues tout en permettant un mouvement de rotation relative. Bien qu'un seul exemple de système d'hélice pour aéronef ait été illustré, n'importe quelle structure ou 10 n'importe quel aéroplane, équipé d'une hélice, d'une turbine ou d'une soufflante munie d'une ou de plusieurs pales, peut utiliser des formes de réalisation de l'invention décrite ici. Le moyeu 14 présente un moyen pour fixer la série de pales 20 d'hélice et le système de moyeu multibras 12 permet de fixer 15 n'importe quel nombre de pales 20 d'hélice. Plus particulièrement, le pied 22 de pale d'une pale 20 d'hélice peut être monté pour tourner sur un bras correspondant 16 du système de moyeu multibras 12. Dans l'exemple illustré, une bride 26 est utilisée pour monter le pied 22 de pale sur son bras correspondant 16 et permettre 20 un mouvement de rotation relative entre le bras 16 et le pied 22 de pale. La Figure 3 est une vue en perspective du système d'hélice 10 et montre plus clairement que le moyeu 14 comprend une partie principale formant corps 30 et une plaque d'appui 32. La partie 25 principale formant corps 30 peut définir une cavité 34 (Figure 5), laquelle peut contenir des parties d'un système de commande de calage 40 (Figure 4). La plaque d'appui 32 peut être montée de n'importe quelle manière sur la partie principale formant corps 30, notamment à l'aide de pièces de fixation 36. La plaque d'appui 32 30 présente une surface de montage pour monter le système de moyeu multibras 12 sur un moteur et sert d'élément de construction qui 3038584 6 transmet un couple du moteur au moyeu 14. La plaque d'appui 32 peut comprendre n'importe quels moyens permettant de monter le système de moyeu multibras 12 sur le moteur. La Figure 4 représente une partie du système d'hélice 10 5 avec le système de moyeu multibras 12 représenté par transparence pour illustrer plus clairement le système de commande de calage 40 et ses relations avec la série de pales 20 d'hélice. Une tête de piston 42, une série de tubes de torsion 44 et une série de convertisseurs de mouvement 46 sont inclus dans le système de commande de 10 calage 40 et se trouvent dans le moyeu 14. Un vérin hydraulique 50 fait saillie axialement ou vers l'avant depuis la partie principale formant corps 30 et supporte d'une manière coulissante un piston 52 (Figure 5) qui coopère avec la tête de piston 42 du système de commande de calage 40. 15 La Figure 5 représente une partie du système d'hélice 10 comportant le système de moyeu multibras 12 et ne représente qu'une partie d'une seule pale 20 d'hélice dans celui-ci. Bien qu'une pluralité de pales 20 d'hélice à espacement circonférentiel puisse être supportée dans le système de moyeu multibras 12 comme 20 illustré sur la Figure 2, uniquement une partie d'une seule pale 20 d'hélice est représentée, pour plus de concision et de clarté, sur les autres figures. Comme on peut le constater plus facilement, le pied 22 de pale est monté à l'aide de la bride 26 sur une partie du bras 16 radialement vers l'extérieur. Le pied 22 de pale peut comprendre, 25 mais d'une manière nullement limitative, une douille extérieure 23, comme représenté, ou peut être solidaire de la pale 20 d'hélice. Le tube de torsion 44 a une première extrémité 60 et une seconde extrémité opposée 62. Une partie du tube de torsion 44 s'étend le long du bras 16, la première extrémité 60 fait saillie 30 radialement vers l'extérieur et la seconde extrémité 62 fait saillie radialement vers l'intérieur en s'étendant jusque dans la cavité 34 du 3038584 7 moyeu 14. La première extrémité 60 est conçue pour coopérer avec le pied 22 de pale de façon que le pied 22 de pale tourne avec le tube de torsion 44. Cela peut s'effectuer de n'importe quelle manière appropriée dont, à titre nullement limitatif, le fait que la première 5 extrémité 60 du tube de torsion 44 soit montée à mesure sur le pied 22 de pale. Dans l'exemple illustré, la première extrémité 60 du tube de torsion 44 est clavetée sur le pied 22 de pale par une série de clavettes 64. Sur la Figure 5 est également illustré plus clairement le fait 10 que la tête de piston 42 se trouve dans la cavité 34 et est mobile axialement par rapport au moyeu 14. Le convertisseur de mouvement 46 fait coopérer la tête de piston 42 avec le tube de torsion 44 et est conçu pour convertir le mouvement axial de la tête de piston 42 en mouvement de rotation du tube de torsion 44. Dans 15 l'exemple illustré à titre nullement limitatif, une biellette 70 et un roulement à aiguilles 72 sont inclus dans le convertisseur de mouvement 46. La biellette 70 est montée à demeure à la seconde extrémité 62 du tube de torsion 44. Le roulement à aiguilles 72 relie de manière pivotante la biellette 70 à la tête de piston 42. 20 Une bride 74 de tête de piston peut aussi être incluse dans le convertisseur de mouvement 46 pour relier le roulement à aiguilles 72 à la tête de piston 42. La bride 74 de tête de piston est illustrée comme comprenant une paire de rails espacés 80 disposés sur la tête de piston 42 pour définir un canal 82 entre les rails espacés 80. La 25 bride 74 de tête de piston peut faire corps avec la tête de piston 42 ou la bride 74 de tête de piston peut être une pièce séparée montée sur la tête de piston 42. Le roulement à aiguilles 72 comprend un roulement 84 situé dans le canal 82. Le roulement 84 peut être monté sur la biellette 70 de manière à pouvoir tourner. 30 Par ailleurs, une bague 90 est représentée incluse dans le système de moyeu multibras 12. Plus particulièrement, la bague 90 3038584 8 est représentée située dans le bras 16. La bague 90 supporte la seconde extrémité 62 du tube de torsion 44 et est conçue pour atténuer ou supprimer l'usure de contact entre le système de moyeu multibras 12 et le tube de torsion 44. La bague 90 peut être en 5 n'importe quelle matière appropriée, dont, à titre nullement limitatif, le laiton. Pendant le fonctionnement, un moteur communique un mouvement de rotation au système de moyeu multibras 12 et les pales 20 d'hélice convertissent le mouvement de rotation en force 10 propulsive. Le système de commande de calage 40 peut servir à modifier le calage des pales 20 d'hélice en faisant tourner la pale 20 d'hélice pour orienter l'angle d'attaque de la pale 20 d'hélice comme indiqué par des flèches 92. Plus particulièrement, la pression de l'huile fournie au vérin hydraulique 50 peut être modifiée de façon 15 que le piston soit amené à se déplacer axialement comme indiqué par la flèche 94 sur la Figure 6. Le mouvement axial du piston 52 provoque à son tour un déplacement axial de la tête de piston 42, qui est montée sur celui-ci. Le convertisseur de mouvement 46 convertit le mouvement axial de la tête de piston 42 en mouvement 20 de rotation du tube de torsion 44. La conversion du mouvement axial en mouvement de rotation comprend le pivotement de la biellette 70, qui est reliée, de manière à pouvoir tourner, à la tête de piston 42 et à une autre extrémité montée à demeure sur le tube de torsion 44. Plus particulièrement, dans l'exemple illustré, la tête de 25 piston 42 est déplacée axialement et le roulement 84 est retenu par le canal 82. Puisque la biellette 70 est montée à demeure à la seconde extrémité 62 du tube de torsion 44, la biellette 70 pivote autour du tube de torsion 44 de telle sorte qu'à mesure que le palier 84 se déplace axialement la biellette 70 bouge en tournant par 30 rapport au palier 84, lequel est retenu dans la tête de piston 42. Cela 3038584 9 provoque à son tour un mouvement de rotation du tube de torsion 44 et du pied 22 de pale. De la sorte, des formes de réalisation de l'invention peuvent comporter un procédé de réglage du calage d'une pale 20 d'hélice 5 dans un système de moyeu multibras 12 par un déplacement axial d'une tête de piston 42 dans le moyeu 14 pour produire un couple et par la transmission du couple à la pale 20 d'hélice à l'aide d'un tube de torsion 44. La transmission du couple à la pale 20 d'hélice avec le tube de torsion 44 s'effectue sans engrenages. Ainsi, un angle de 10 calage de la pale 20 d'hélice peut être réglé en déplaçant axialement la tête de piston 42 pour faire tourner le tube de torsion 44 afin de provoquer une rotation correspondante de la pale 20 d'hélice. La Figure 6 représente la pale 20 d'hélice avec un changement de calage en comparaison de la Figure 5. Les pales de la série de pales 15 20 d'hélice peuvent coopérer chacune avec la tête de piston 42 par l'intermédiaire d'un convertisseur de mouvement 46 et d'un tube de torsion 44 pour permettre une rotation simultanée des pales 20 d'hélice en réponse à la course axiale du piston 52. Les formes de réalisation décrites plus haut offrent divers 20 avantages, dont un système d'hélice avec un moyeu multibras et un système de changement de calage, qui a une complexité réduite, un faible coût et un faible poids. Les formes de réalisation décrites plus haut représentent une meilleure solution de conception en comparaison d'un mécanisme de changement de calage selon la 25 technique antérieure pour système d'hélice à moyeu multibras. Par ailleurs, les formes de réalisation décrites plus haut permettent un assemblage et une remise en état faciles. En outre, les formes de réalisation décrites plus haut permettent un remplacement en service de la pale d'hélice. 3038584 10 Liste des repères 2 UCC 34 Cavité 3 Pales d'hélice 36 Pièces de fixation 4 Vérin hydraulique 40 Système de commande de 5 Piston calage 6 Moyeu d'hélice 42 Tête de piston 7 Pieds 44 Tubes de torsion 8 Tête de piston 46 Convertisseurs de mouvement 9 Tourillon déporté 50 Vérin hydraulique 10 Système d'hélice 52 Piston 12 Système de moyeu multibras 60 Première extrémité 14 Moyeu 62 Seconde extrémité 16 Bras 64 Clavettes 18 Axe d'hélice 70 Biellette 20 Pales d'hélice 72 Roulement à aiguilles 22 Pieds de pales 74 Bride de tête de piston 23 Douille 80 Rails espacés 24 Extrémités opposées 82 Canal 26 Bride 84 Roulement 30 Partie principale formant corps 90 Bague 32 Plaque d'appui 92 Flèches 94 Flèche REVENDICATIONS1. Système d'hélice (10), comportant : un moyeu multibras (12) comprenant un moyeu (14) et une série de bras (16) espacés sur le pourtour du moyeu (14) et faisant saillie radialement depuis le moyeu (14), la série de bras (16) étant agencée pour recevoir une série de pales (20) de façon qu'un pied (22) de pale d'une pale (20) puisse être monté dans un bras (16) faisant partie de la série de bras (16) afin de pouvoir tourner ; une tête de piston (42) située dans le moyeu (14) et mobile axialement par rapport au moyeu (14) ; un tube de torsion (44) situé dans le bras (16) et s'étendant jusque dans le moyeu (14), et ayant une première et une seconde extrémités opposées (60, 62), la première extrémité (60) étant conçue pour se monter sur le pied (22) de pale ; et un convertisseur de mouvement (46) reliant la tête de piston (42) au tube de torsion (44) et convertissant le mouvement axial de la tête de piston (42) en mouvement de rotation du tube de torsion (44) ; un angle de calage de la pale (20) pouvant être réglé par un déplacement axial de la tête de piston (42) afin de faire tourner le tube de torsion (44) pour provoquer une rotation correspondante de la pale (20). 2. Système d'hélice (10) selon la revendication 1, dans lequel le convertisseur de mouvement (46) comprend une biellette (20) montée à demeure sur le tube de torsion (44) et un roulement à aiguilles (72) reliant de manière pivotante la biellette (44) à la tête de piston (42). 3. Système d'hélice (10) selon la revendication 2, dans lequel le convertisseur de mouvement (46) comprend en outre une bride 3038584 12 (74) de tête de piston reliant le roulement à aiguilles (72) à la tête de piston (42). 4. Système d'hélice (10) selon la revendication 3, dans lequel la bride (74) de tête de piston comprend une paire de rails espacés 5 (80) disposés sur la tête de piston (44) afin de définir un canal (82) entre les deux rails espacés (80), et le roulement à aiguilles (72) comprend un roulement (84) retenu dans le canal (82). 5. Système d'hélice (10) selon la revendication 4, dans lequel le roulement (84) est monté sur la biellette de façon à pouvoir 10 tourner. 6. Système d'hélice (10) selon la revendication 5, dans lequel la biellette (70) est montée à demeure sur la seconde extrémité (62) du tube de torsion (44). 7. Système d'hélice (10) selon la revendication 6, dans lequel 15 la première extrémité (60) du tube de torsion (44) est montée à demeure sur le pied (22) de pale. 8. Système d'hélice (10) selon la revendication 7, dans lequel la première extrémité (60) du tube de torsion (44) est clavetée sur le pied (22) de pale. 20 9. Système d'hélice (10) selon la revendication 7, comportant en outre une bague (90) supportant la seconde extrémité (62) du tube de torsion (44). 10. Système d'hélice (10) selon la revendication 9, dans lequel la bague (90) se trouve dans l'un des bras de la série de bras 25 (16). 11. Système de commande de calage (40) pour hélice comportant un moyeu multibras (12) comprenant un moyeu (14) avec une série de bras (16), et une série de pales (20) montées sur la série de bras (16) de manière à pouvoir tourner, comportant : 30 une tête de piston (42) conçue pour se déplacer axialement par rapport au moyeu (14) ; 3038584 13 un tube de torsion (44) ayant une première et une seconde extrémités opposées (60, 62), la première extrémité (60) étant conçue pour se monter sur une pale d'une série de pales; et un convertisseur de mouvement (46) reliant la tête de piston 5 (42) au tube de torsion (44) et convertissant le mouvement axial de la tête de piston (42) en mouvement de rotation du tube de torsion (44) ; un angle de calage de la pale (20) étant réglé par un déplacement axial de la tête de piston (42) afin de faire tourner le 10 tube de torsion (44) pour provoquer une rotation correspondante de la pale (20). 12. Système de commande de calage selon la revendication 11, dans lequel le convertisseur de mouvement (46) comprend une biellette (20) montée à demeure sur le tube de torsion 15 (44) et un roulement à aiguilles (72) reliant de manière pivotante la biellette (44) à la tête de piston (42). 13. Système de commande de calage selon la revendication 12, dans lequel le convertisseur de mouvement (46) comprend en outre une bride (74) de tête de piston reliant le 20 roulement à aiguilles (72) à la tête de piston (42). 14. Système de commande de calage selon la revendication 13, dans lequel la bride (74) de tête de piston comprend une paire de rails espacés (80) disposés sur la tête de piston (44) afin de définir un canal (82) entre les deux rails espacés 25 (80), et le roulement à aiguilles (72) comprend un roulement (84) retenu dans le canal (82). 15. Système de commande de calage selon la revendication 14, dans lequel le roulement (84) est monté sur la biellette de façon à pouvoir tourner. 3038584 14 16. Système de commande de calage selon la revendication 15, dans lequel la biellette (70) est montée à demeure sur la seconde extrémité (62) du tube de torsion (44). 17. Procédé de réglage de calage d'une pale (20) 5 d'hélice dans un système de moyeu multibras (12) ayant un moyeu (14) avec une série de bras (16), et une série de pales (20) d'hélice montées sur la série de bras (16) de manière à pouvoir tourner, le procédé comportant : un déplacement axial d'une tête de piston (42) dans le moyeu 10 (14) afin de produire un couple ; et une transmission du couple à la pale (20) d'hélice à l'aide d'un tube de torsion (44). 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel la production du couple comprend la conversion du déplacement axial 15 de la tête de piston (42) en mouvement de rotation. 19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel la conversion du mouvement axial en mouvement de rotation comprend le pivotement d'une biellette (70) ayant une première extrémité reliée à la tête de piston (42) de manière à pouvoir tourner et une 20 autre extrémité montée sur le tube de torsion (44). 20. Procédé selon la revendication 17, dans lequel la transmission du couple à la pale (20) avec le tube de torsion (44) s'effectue sans engrenages.