Brevet FR3051824A1 — publié le 20171201

MOTEUR D'AERONEF COMPORTANT DES PALES A CALAGE VARIABLE ET UN MOYEU COMPORTANT UNE PAROI FLEXIBLE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un moteur d'aéronef comportant des pales ou aubes à calage variable, c'est-à-dire dont l'orientation autour d'un axe radial par rapport à l'axe de rotation du moteur est modifiée au fil de l'évolution des conditions de vol, pour optimiser le fonctionnement de ce moteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les aubes ou pales à calage variable peuvent équiper différents moteurs, comme les moteurs à soufflante non carénée, les turbopropulseurs, ou encore les moteurs comportant en aval de soufflante des aubes ou pales fixes à calage variable. Comme représenté sur la figure 1, un moteur à soufflante non carénée contrarotatif 1 comporte une nacelle 2 généralement cylindrique dont la portion avant délimite une manche d'entrée d'air et dont la portion arrière porte deux hélices externes contrarotatives 3 et 4. Ces deux hélices constituent une soufflante externe, leurs pales s'étendant radialement hors de la nacelle 2. La manche que délimite la nacelle 2 est traversée par un premier flux d'air 6, qui traverse d'abord un compresseur 7 avant d'être brûlé dans une chambre 8, puis détendu dans une turbine 9 pour entraîner un arbre principal qui s'étend selon un axe longitudinal AX du moteur. Cet arbre principal entraîne en rotation les hélices contrarotatives 3 et 4, via un mécanisme intermédiaire, les pales de ces hélices étant traversées par un second flux d'air qui entoure la nacelle pour être propulsé par ces hélices afin de générer la poussée du moteur. 3051824 2 Chaque rotor 3, 4 comprend un moyeu support 12, porté par la nacelle 2 et ayant une face externe carénée s'étendant dans le prolongement du carénage externe fixe de la nacelle 2, ce moyeu 12 portant les pales 13 du rotor dont il fait partie. Les pales 13 de chaque hélice 3, 4 qui sont à calage variable sont 5 portées chacune par un support rotatif 14, ces supports étant eux-mêmes portés par un moyeu correspondant en étant régulièrement espacés autour de son axe de rotation AX. Chaque pale comporte un pied portant une lame par l'intermédiaire d'une portion appelée échasse, le pied de pale étant rigidement solidarisé à une embase du support rotatif 14 qui la porte. L'orientation des supports 14 autour de leurs axes 10 radiaux respectifs est ajustée par un mécanisme interne du moyeu 12. Chaque moyeu 12 comporte une virole externe comprenant des éléments ou capots rapportés à la face périphérique externe du corps de moyeu, cette virole étant traversée par les pales, les supports d'aubes rotatifs proprement dits étant situés en deçà de ces éléments rapportés. 15 Comme représenté sur la figure 2, compte tenu de la forme de révolution de la face externe 16 du moyeu 12, la base 17 de chaque lame de pale 13 et la face externe du moyeu 12 ne peuvent pas être jointives pour toutes les positions de calage des pales 13 autour de leurs axes radiaux AR. Il existe ainsi un espace, encore appelé jeu, entre la base 17 de chaque lame de pale 13 à calage variable et la face externe 20 16 du moyeu. Autrement dit, lorsqu'une pale 13 a une orientation de calage longitudinale par rapport à l'axe AX, le jeu peut être relativement faible, voire nul, mais pour les autres positions, le jeu 18 devient significatif. A l'extrême, lorsque la pale 13 a une orientation de calage transversale par rapport à l'axe AX, comme dans la figure 2, le jeu 18 a une valeur maximale. Ce jeu ou écart est néfaste pour l'aérodynamique et pour l'acoustique du moteur puisqu'il engendre des écoulements de contournement à travers ce jeu, qui créent des tourbillons dégradant les performances aérodynamiques. Cette dégradation de l'écoulement fluide est initiée au niveau des pales 13 à calage variables et elle se poursuit en aval des pales 13 à calage variable. 3051824 3 Ce problème est d'autant plus important que la forme de la face externe 16 du moyeu peut être complexe, en présentant par exemple une conicité élevée, ce qui induit un jeu d'autant plus important. Le but de l'invention est d'apporter une solution pour s'affranchir d'un 5 tel jeu. EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un moteur d'aéronef comprenant un moyeu portant des pales à calage variable, ce moyeu comportant un corps de moyeu entouré par une virole délimitant la face externe de ce moyeu, chaque pale comprenant 10 un pied par lequel elle est solidarisée à un support rotatif porté par le corps de moyeu et une lame s'étendant dans le prolongement de ce pied, chaque lame étant raccordée au pied par l'intermédiaire d'une échasse, chaque lame ayant une base s'étendant en amont et en aval de ce pied par rapport au sens d'écoulement d'un flux gazeux dans le moteur, chaque base étant située en regard de la virole, caractérisé en ce que la virole comporte 15 au niveau de chaque pale à calage variable une portion de paroi souple traversée par l'échasse de cette pale et radialement en appui contre la base de la lame de cette pale pour plusieurs orientations de calage de cette pale. Avec cet agencement, la portion de paroi souple, en étant maintenue en appui contre la base de la lame, permet de rendre sensiblement nul l'espace pouvant 20 exister entre la base de la lame et la face externe du moyeu, ce qui permet d'annuler les turbulences an aval de la base de la lame. L'invention a également pour objet un moteur ainsi défini, comportant au niveau de chaque échasse de pale à calage variable un organe de maintien de la portion de paroi souple, cet organe de maintien tournant avec la pale à calage variable en 25 étant situé radialement sous la portion de paroi souple, cet organe de maintien étant espacé de la base de la lame d'une distance correspondant à l'épaisseur de cette portion de paroi souple pour la maintenir contre la base de la lame pour plusieurs orientations de calage de cette pale. 3051824 4 L'invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel chaque organe de maintien est porté par la pale à laquelle il est associé. L'invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel chaque organe de maintien fait partie d'une pale à calage variable en étant intégré à son 5 échasse. L'invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel la virole comprend un corps de virole rigide présentant au niveau de chaque pale à calage variable une ouverture, chaque portion de paroi souple étant fixée à une ouverture du corps de virole rigide. 10 L'invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel chaque portion de paroi souple est fixée au corps de virole rigide par collage, par rivetage, ou par pincement entre deux éléments du corps de virole. L'invention a également pour objet un moteur ainsi défini, dans lequel chaque portion de paroi souple est une membrane en matériau de type caoutchouc. 15 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue d'ensemble en coupe longitudinale d'un moteur à soufflante non carénée à double hélices contrarotatives; La figure 2 est une vue de face montrant le jeu d'une pale ayant une orientation de calage transversale par rapport à l'axe de rotation du moyeu qui la porte ; 20 La figure 3 est une vue latérale du montage de la pale à calage variable selon l'invention ; La figure 4 est une vue latérale d'un agencement de pale à calage variable selon l'invention ; La figure 5 est une vue de face d'un agencement de pale à calage 25 variable selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'idée à la base de l'invention est de prévoir une portion de paroi souple portée par la virole du moyeu et délimitant la face externe de ce moyeu au niveau de 3051824 5 chaque pale à calage variable, cette membrane souple étant assujettie à rester contre la base de la lame de la pale pour toute position angulaire de celle-ci autour de son axe radial. Dans l'agencement selon l'invention qui est représenté 5 schématiquement sur les figures 3 et 4, une pale à calage variable 21 est portée par un moyeu 22 tournant autour d'un axe AX correspondant à un axe longitudinal du moteur d'aéronef équipé de ce moyeu 22. Le moyeu 22 comporte un corps de moyeu 23 dans lequel est monté un support 24 de pale, ce corps de moyeu 23 étant entouré par une virole externe 26, de 10 forme généralement cylindrique. Cette virole 26 comporte un corps de virole 27 en matériau rigide tel que de la tôle, qui comporte au niveau de la pale 21 une ouverture 28 à laquelle est fixée une portion de paroi souple 29 s'étendant dans le prolongement du corps de virole 27. La pale 21 comporte un pied 30 situé sous la portion de paroi souple 29, 15 c'est-à-dire radialement entre l'axe AX et cette portion 29, et ce pied 30 est prolongé par une échasse 31 portant une lame 32 qui s'étend radialement hors de la virole 23, c'est-à-dire au-delà de la portion souple 29 par rapport à l'axe AX. Le pied 30 ainsi que l'échasse 31 et la lame 32 de la pale 21 s'étendent généralement selon une direction AR orientée radialement par rapport à l'axe AX encore appelé axe d'envergure. 20 Comme visible sur la figure 3, la pale est rigidement solidarisée au support rotatif 24 par l'intermédiaire de son pied 30 qui est fixé à ce support 24, ce support 24 étant porté par le corps de moyeu 23 en étant relié à un mécanisme non représenté d'ajustement de sa position autour de l'axe AR. La modification du calage de la pale 21 est ainsi obtenue en 25 commandant un mécanisme interne au moyeu 22 apte à faire pivoter le support rotatif 24 autour de l'axe radial AR, de manière à obtenir une orientation de calage souhaitée. Comme visible sur la figure 3, le pied 30 et la lame 32 sont situés de part et d'autre de la portion souple 29, cette paroi souple longeant la base 33 de la lame 32 en étant traversée par l'échasse 31 par laquelle ce pied est raccordé à la base de la lame. 3051824 6 La base 33 de la lame 32 correspond au bord inférieur de cette lame pouvant avoir une forme de face inférieure, qui s'étend le long de la virole 26, vers l'amont AM et vers l'aval AV de la lame 32, par rapport au sens d'écoulement du fluide dans le moteur. Cette base 33 peut être considérée comme comprenant en une portion 5 amont 33am et une portion aval 33av s'étendant de part et d'autre d'un plan transversal à la lame 32 et passant par l'axe radial AX. La portion de paroi souple 29 est fixée au corps de virole 27 en ayant par exemple son pourtour collé à une face interne du corps de virole 27 le long de l'ouverture 28 de ce corps de virole. Cette portion souple a ainsi sa face externe en vis-à- 10 vis de la base 33 de la lame, de façon à être en appui contre cette base. Lorsque le moteur est en service, de par sa souplesse et du fait qu'elle subit la force centrifuge, cette portion souple se plaque contre la base 33 de la lame 32, de façon à éliminer tout jeu ou écart entre cette base et la virole 26 dont cette paroi fait partie. Lorsque l'orientation du support 24 autour de l'axe AR est modifiée, l'orientation 15 de la base 33 par rapport à l'axe AX change, mais la portion souple 33 se déforme si nécessaire pour rester plaquée contre la base 33. Le plaquage de la portion souple contre la base de la lame peut être amélioré avec un organe de maintien 34 situé sous cette portion souple 29 en s'étendant le long de la base 33, mais à une certaine distance de celle-ci correspondant sensiblement 20 à l'épaisseur de la portion de paroi souple 29, comme représenté schématiquement sur la figure 3. Cet organe de maintien 34 permet également, grâce à sa forme, de maintenir la paroi tangente au moyeu, ceci afin de limiter les perturbations dans le flux d'air. Un tel organe de maintien 34 présente par exemple une forme générale de révolution de façon à longer au moins la portion amont 33am et la portion aval 33av 25 de la base 33 de la lame pour plaquer la portion souple 29 efficacement contre cette base 33, pour toute position de calage de la pale autour de l'axe radial AR. Dans l'exemple représenté sur les figures 3 et 4, l'organe de maintien 34 fait partie de la pale 21 en étant porté par l'échasse 31 pour s'étendre entre la lame 32 et le pied 30 qui assure la fixation au support mobile 24. Cet organe de maintien 34 peut 3051824 7 être rapporté après usinage de la pale ou bien être porté directement par celle-ci, et il peut aussi être porté par le support rotatif 24 ou bien en faire partie. Cet organe de maintien 34 tourne avec la pale 21, de façon à maintenir continuellement la portion de paroi souple 29 plaquée contre la base 33, pour les 5 différentes positions de calage de la pale autour de l'axe AR, la portion souple en question étant interposée entre l'organe de maintien 34 et la base 33 de la lame, cette portion souple étant traversée par l'échasse 31. Dans la vue en coupe des figures 3 et 4, l'organe de maintien a une apparence se rapprochant d'une paire d'ergots s'étendant respectivement vers l'amont 10 et vers l'aval, mais sa forme tridimensionnelle se rapproche de celle d'une demi-coquille de galbe approprié, ce qui ressort notamment de la vue de face que constitue la figure 5. Cet organe de maintien guide et déforme la portion de paroi souple suivant l'orientation de calage de la pale pour annuler l'espace entre la base de la lame et la face externe du moyeu, tout en délimitant une face externe de la virole qui s'étend 15 continument depuis la base de la lame jusqu'au corps de virole. Comme indiqué plus haut, la portion de paroi souple 29 peut être fixée à la face interne du corps de virole 27 par collage. Elle peut également être fixée par pincement entre le corps de virole 27 et un flasque rapporté à la face interne du corps de virole. 20 Cette portion de paroi souple 29 qui peut être une membrane en caoutchouc comporte comme on l'aura compris une ouverture centrale traversée par l'échasse 31 de la pale 21. Le cas échéant, cette paroi peut comporter une fente s'étendant depuis son ouverture centrale jusqu'à son bord, de manière à faciliter son montage autour du pied de pale. 25 Dans le cas où l'organe de maintien est rapporté sur l'échasse d'aube sous forme de deux demi-coquilles fixées à cette échasse, la paroi souple peut être engagée autour du pied et de l'échasse, avant de fixer les demi-coquilles à cette échasse. Le sous ensemble ainsi obtenu peut alors être monté sur le moyeu pour fixer également le pourtour de la paroi souple à la virole. 3051824 8 D'une manière générale, la paroi souple comporte un trou sensiblement circulaire, l'échasse ayant elle aussi une section sensiblement circulaire dans la région destinée à être entourée par la paroi souple, de manière à faciliter la rotation de la pale lors de l'ajustement de son orientation de calage. 5 L'invention est un système mobile qui est intégré au moyeu pour éliminer le jeu existant entre la base de la lame et la face externe du moyeu, ce qui permet de limiter voire d'annuler les turbulences pouvant être générées au niveau de la base de la lame. L'invention permet ainsi d'améliorer les performances aérodynamiques et acoustiques dans une large gamme d'orientation de calage des pales ou lames. 10 REVENDICATIONS1. Moteur d'aéronef comprenant un moyeu (22) portant des pales (21) à calage variable, ce moyeu (22) comportant un corps de moyeu (23) entouré par une virole (26) délimitant la face externe de ce moyeu (22), chaque pale (21) comprenant un pied (30) par lequel elle est solidarisée à un support rotatif (24) porté par le corps de moyeu (23), et une lame (32) s'étendant dans le prolongement de ce pied (30), chaque lame (32) étant raccordée au pied (30) par l'intermédiaire d'une échasse (31), chaque lame (32) ayant une base (33) s'étendant en amont (AM) et en aval (AV) de ce pied (30) par rapport au sens d'écoulement d'un flux gazeux dans le moteur, chaque base (33) étant située en regard de la virole (26), caractérisé en ce que la virole (26) comporte au niveau de chaque pale à calage variable (21) une portion de paroi souple (29) traversée par l'échasse (31) de cette pale (21) et radialement en appui contre la base (33) de la lame (32) de cette pale (21) pour plusieurs orientations de calage de cette pale (21). 2. Moteur selon la revendication 1 comportant au niveau de chaque échasse (31) de pale à calage variable un organe de maintien (34) de la portion de paroi souple (29), cet organe de maintien (34) tournant avec la pale (21) à calage variable en étant situé radialement sous la portion de paroi souple (29), cet organe de maintien (34) étant espacé de la base (33) de la lame (32) d'une distance correspondant à l'épaisseur de cette portion de paroi souple (29) pour la maintenir contre la base (33) de la lame (32) pour plusieurs orientations de calage de cette pale (21). 3. Moteur selon la revendication 2, dans lequel chaque organe de maintien (34) est porté par la pale (21) à laquelle il est associé. 4. Moteur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel chaque organe de maintien (34) fait partie d'une pale (21) à calage variable en étant intégré à son échasse (31). 3051824 10 5. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la virole (26) comprend un corps de virole rigide (27) présentant au niveau de chaque pale à calage variable une ouverture (28), chaque portion de paroi souple (29) étant fixée à une ouverture (28) du corps de virole rigide (27). 5 6. Moteur selon la revendication 5, dans lequel chaque portion de paroi souple (29) est fixée au corps de virole rigide (27) par collage, par rivetage, ou par pincement entre deux éléments du corps de virole. 10 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque portion de paroi souple (29) est une membrane en matériau de type caoutchouc. 15