Brevet FR3051830A1 — publié le 20171201

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT D'UN ELEMENT MOBILE D'UNE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne l'actionnement d'un élément mobile d'une turbomachine, et plus particulièrement la mise en position repli de l'élément lorsque ce dernier est mis en mouvement par un actionneur électrique. ETAT DE L'ART Une turbomachine d'aéronef comprend différents éléments mobiles actionnés par un ou plusieurs actionneurs tels que des vannes de décharge, des anneaux de commande d'aubes à calage variable, etc. Ces actionneurs fonctionnent en règle générale sous l'action de l'énergie hydraulique, pneumatique voire même électrique. A titre de comparaison avec les actionneurs utilisant les énergies hydraulique et pneumatique, les actionneurs utilisant l'énergie électrique ont notamment l'avantage d'être fiables, compacts et faciles d'entretien. Lorsqu'une panne intervient sur l'un des actionneurs, l'élément associé est généralement placé dans une « position de repli » également appelée « fail-safe » en anglais, correspondant à une position prédéterminée adaptée à préserver la sécurité de fonctionnement de la turbomachine, cette position de repli temporaire étant maintenue jusqu'à une intervention en vue de la réparation de l'actionneur. L'objectif de la présente invention est donc de permettre à un élément mobile mis en mouvement par un actionneur électrique d'être placé aisément dans une position de repli, lors de l'apparition d'une panne de l'actionneur. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet une turbomachine d'aéronef 30 comprenant : 3051830 2 - un élément mobile entre au moins une première position et une deuxième position ; - un premier actionneur électrique de l'élément pour son déplacement entre les première et deuxième positions ; 5 caractérisée en ce que la turbomachine comprend en outre: - un deuxième actionneur pneumatique de déplacement de l'élément alimenté par un dispositif de prélèvement d'air dans la turbomachine ; - un système d'accouplement/de désaccouplement des premier et deuxième actionneurs à/de l'élément ; 10 - un moyen de détection de pannes du premier actionneur ; et - une unité de commande du système d'accouplement/de désaccouplement ; l'unité de commande et/ou le dispositif de prélèvement d'air étant configuré(s) pour commander le système d'accouplement/de 15 désaccouplement afin : - en fonctionnement normal, d'accoupler le premier actionneur à l'élément et de désaccoupler le deuxième actionneur de l'élément ; - lors de la détection d'une panne du premier actionneur par le moyen de détection, de désaccoupler le premier actionneur de l'élément et 20 d'accoupler le deuxième actionneur à l'élément. Premièrement, l'emploi d'un deuxième actionneur pneumatique permet de positionner simplement l'élément dans une position de repli. En effet, l'énergie pneumatique utilisée provient de la turbomachine, et est avantageusement prélevée dans le générateur de gaz en amont de la 25 chambre de combustion. Un prélèvement direct sur la turbomachine permet par exemple de s'affranchir de l'emploi de moyens pyrotechniques utilisés généralement afin de générer du gaz, au bénéfice de la compacité de la turbomachine. Deuxièmement, dans le cas où la panne est résolue lorsque la 30 turbomachine est en fonctionnement (aéronef en vol), l'unité de commande et/ou le dispositif de prélèvement sont configurés pour commander le 3051830 3 système d'accouplement/de désaccouplement afin d'accoupler le premier actionneur à l'élément et désaccoupler le deuxième actionneur de l'élément, pour revenir à un fonctionnement normal. Troisièmement, plusieurs actionneurs pneumatiques peuvent être 5 alimentés via le même dispositif de prélèvement d'air, au bénéfice de la compacité de la turbomachine. La turbomachine selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : 10 - le dispositif de prélèvement comprend un conduit d'alimentation du deuxième actionneur, ce conduit comportant une vanne d'arrêt pilotée par l'unité de commande ; - le premier actionneur comprend au moins un moteur électrique comportant un arbre de sortie et un mécanisme d'entraînement en 15 translation vis-écrou, l'arbre entraînant en rotation l'écrou arrêté en translation et la vis étant arrêtée en rotation ; - le deuxième actionneur est un vérin linéaire comprenant un corps et un piston mobile par rapport à ce corps ; - la vis et le piston sont connectés au système d'accouplement/de 20 désaccouplement ; - le mécanisme vis-écrou et le système d'accouplement/de désaccouplement sont logés au moins partiellement dans le corps du vérin ; - l'air est prélevé via le dispositif de prélèvement au niveau d'un 25 compresseur de la turbomachine ; - l'élément mobile est un papillon d'une vanne ou une porte d'une vanne de décharge ou un anneau de commande d'aubes à calage variable ; - le moyen de détection est configuré pour détecter une coupure d'alimentation électrique et/ou une surintensité du signal électrique de 30 commande du premier actionneur ; 3051830 4 - les premier et deuxième actionneurs sont logés dans un compartiment inter-veine de la turbomachine. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 5 et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'actionnement utilisé pour mettre en mouvement une vanne de type papillon, dans une première 10 position ; - la figure 2 est une vue schématique du dispositif d'actionnement utilisé pour mettre en mouvement la vanne papillon, dans une deuxième position ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif d'actionnement utilisé pour mettre en mouvement un anneau de commande d'aubes à calage 15 variable ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif d'actionnement utilisé pour mettre en mouvement une vanne de décharge. DESCRIPTION DETAILLEE Sur les figures 1 et 2 est représenté schématiquement un dispositif 1 20 d'actionnement d'une vanne 2 de type papillon incorporée dans un tuyau 3 de fluide (par exemple d'air) d'une turbomachine 4 à double flux, cette vanne 2 permettant de réguler le débit de fluide dans le tuyau 3 en sortie de la vanne 2. Plus précisément, le dispositif 1 actionne via une tringlerie 5 un 25 élément 6 obturateur, plus couramment appelé papillon 7, mobile autour d'un axe de rotation perpendiculaire à l'axe d'allongement du tuyau 3. Le fait de contrôler la position angulaire du papillon 7 permet de faire varier la section d'obturation et de réguler ainsi le débit de fluide dans le tuyau 3 en sortie de la vanne 2. Selon un deuxième exemple illustré sur la figure 3, le dispositif 1 actionne un anneau 8 de commande d'aubes 9 à calage variable d'un 3051830 5 compresseur 10 haute pression de la turbomachine 4. Selon un troisième exemple illustré sur la figure 4, le dispositif 1 actionne une porte 11 d'une vanne de décharge 12 de la turbomachine 4. Les exemples illustrés ne sont en rien limitatifs, le dispositif 1 5 pourrait actionner tout élément mobile de la turbomachine 4 et par exemple une vanne à guillotine, une vanne à soupape, une vanne à boisseau, etc. Dans la suite de la description, le terme « élément » 6 englobe le papillon 7, l'anneau 8 et la porte 11. Le dispositif 1 d'actionnement comprend un premier actionneur 13 10 électrique de l'élément 6 (papillon 7, anneau 8, porte 11), ce premier actionneur 13 permettant de mettre en mouvement l'élément 6 dans un fonctionnement normal, et autrement dit lorsque le premier actionneur 13 n'est pas en panne. Le dispositif 1 d'actionnement comprend en outre un deuxième 15 actionneur 14 pneumatique de l'élément 6 (papillon 7, anneau 8, porte 11), ce deuxième actionneur 14 permettant de placer l'élément 6 dans une « position de repli » lors d'une panne du premier actionneur 13 électrique. Le deuxième actionneur 14 est alimenté par un dispositif 15 de prélèvement d'air dans la turbomachine 4. 20 La position de repli correspond à une position prédéterminée de l'élément 6 adaptée à préserver la sécurité de fonctionnement de la turbomachine 4, cette position de repli temporaire étant maintenue jusqu'à une intervention en vue de la réparation du premier actionneur 13 électrique ou d'une éventuelle résolution de la panne lorsque la 25 turbomachine 4 est en fonctionnement (aéronef en vol). La turbomachine 4 comprend un système 16 d'accouplement/de désaccouplement des premier et deuxième actionneurs 13, 14 à/de l'élément 6, ce système 16 permettant de sélectionner l'actionneur en charge de la mise en mouvement de l'élément 6, à savoir le premier ou 30 deuxième actionneur 13, 14 selon la présence ou non d'une panne du premier actionneur 13 électrique. 3051830 6 La turbomachine 4 comprend en outre au moins un moyen 17 de détection de pannes du premier actionneur 13 et une unité 18 de commande du système 16 d'accouplement/de désaccouplement. Avantageusement, l'unité 18 de commande du système 16 5 d'accouplement/de désaccouplement est intégrée dans l'unité de commande de la turbomachine 4 plus connue sous l'acronyme anglais FADEC pour « Full Authority Digital Engine Control ». L'unité 18 de commande et/ou le dispositif 15 de prélèvement sont configurés pour commander le système 16 d'accouplement/de 10 désaccouplement afin : - en fonctionnement normal, d'accoupler le premier actionneur 13 à l'élément 6 et de désaccoupler le deuxième actionneur 14 de l'élément 6 ; - lors de la détection d'une panne du premier actionneur 13 par le moyen 17 de détection, de désaccoupler le premier actionneur 13 de l'élément 6 et 15 d'accoupler le deuxième actionneur 14 à l'élément 6. Selon le mode de réalisation illustré sur les figures et notamment les figures 1 et 2, le premier actionneur 13 est intégré dans le deuxième actionneur 14 de sorte à ne former qu'un unique ensemble compact. Selon un mode de réalisation non représenté, les premier et 20 deuxième actionneurs 13, 14 forment deux ensembles distincts. Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, plus précisément, le premier actionneur 13 comprend un moteur 19 électrique comportant un arbre de sortie et un mécanisme 20 d'entraînement en translation vis-écrou 21, 22, le moteur 19 étant alimenté par une 25 alimentation 23 électrique. L'arbre du moteur 19 est lié en rotation, directement ou via un réducteur, à l'écrou 22 arrêté en translation, et la vis 21 est arrêtée en rotation de manière à permettre son mouvement en translation. La vis 21 est connectée avec le système 16 d'accouplement/de désaccouplement. 3051830 7 Le premier actionneur 13 électrique est contrôlé via l'unité 18 de commande, ce contrôle étant symbolisé par une flèche 24 en trait continu sur les figures 1 et 2. Selon une variante de réalisation non représentée, l'arbre est lié en 5 rotation, directement ou via un réducteur, à la vis 21 arrêtée en translation, et l'écrou 22 est arrêté en rotation de manière à permettre son mouvement en translation. Selon cette architecture, l'écrou 22 est connecté avec le système 16 d'accouplement/de désaccouplement. Le deuxième actionneur 14 est un vérin 25 linéaire simple effet 10 comprenant un corps 26 fixe par rapport au moteur 19 électrique et un piston 27 mobile par rapport au corps 26, ce piston 27 étant connecté avec le système 16 d'accouplement/de désaccouplement. Le piston 27 comprend une tige 28 comportant une extrémité intérieure fixée au piston 27 et une extrémité extérieure fixée à l'élément 6 (papillon 7, anneau 8, 15 porte 11). Le deuxième actionneur 14 comprend un orifice 29 d'entrée branché au dispositif 15 de prélèvement d'air dans la turbomachine 4 et un orifice 30 de sortie mis à l'échappement (pression atmosphérique). Le dispositif 15 de prélèvement comprend une ouverture 31 de prélèvement par exemple 20 placée au niveau d'un compresseur (haute 10 ou basse 32 pression) et un conduit 33 d'alimentation connectant fluidiquement l'ouverture 31 à l'orifice 29 d'entrée, le conduit 33 comportant une vanne d'arrêt 34 pilotée par l'unité 18 de commande, ce pilotage étant représenté par une flèche 35 en trait continu sur les figures 1 et 2. 25 Selon une variante de réalisation non représenté, le piston 27 est fixe par rapport au moteur 19 électrique et le corps 26 est mobile par rapport au piston 27, le corps 26 étant connecté avec le système 16 d'accouplement/de désaccouplement. Le mécanisme 20 vis-écrou 21, 22 et le système 16 30 d'accouplement/de désaccouplement sont logés dans le corps 26 du vérin 25 au bénéfice de la compacité du dispositif 1 d'actionnement. 3051830 8 L'unité 18 de commande inclue le moyen 17 de détection de pannes du premier actionneur 13, ce moyen 17 permettant de détecter par exemple une coupure d'alimentation 23 électrique ou une surintensité du signal électrique de commande issue, par exemple, d'un grippage du mécanisme 5 20 vis-écrou 21, 22, ce moyen 17 de détection étant symbolisé par les flèches 36 en traits pointillés représentées sur les figures 1 et 2. En fonctionnement normal (pas de pannes du premier actionneur 13), la vanne d'arrêt 34 est fermée, le premier actionneur 13 est actif et le deuxième actionneur 14 est passif, et autrement dit le premier actionneur 10 13 est accouplé à l'élément 6 (papillon 7, anneau 8, porte 11) pour permettre sa mise en mouvement et le deuxième actionneur 14 est désaccouplé de l'élément 6. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, le premier actionneur 13 met ainsi en mouvement l'élément 6 via le piston 27 et la tige 15 28, ces derniers répercutant, de manière passive, le mouvement initié par le premier actionneur 13. Lors de la détection d'une panne du premier actionneur 13 via le moyen 17 de détection, la vanne d'arrêt 34 s'ouvre, le premier actionneur 13 est alors passif et le deuxième actionneur 14 est actif, et autrement dit le 20 premier actionneur 13 est désaccouplé de l'élément 6 (papillon 7, anneau 8, porte 11) et le deuxième actionneur 14 est accouplé pour permettre sa mise en mouvement et son positionnement en position repli. L'unité 18 commande uniquement la vanne d'arrêt 34, puis sous la pression de l'air provenant du dispositif 15 de prélèvement, le système 16 désaccouple le 25 premier actionneur 13 de l'élément 6 et accouple le deuxième actionneur 14 à l'élément 6. Selon le premier exemple illustré sur les figures 1 et 2, la position de repli correspond à une position ouverte de la vanne 2 papillon. Selon une variante de réalisation non représentée, l'unité 18 30 commande non seulement la vanne d'arrêt 34 mais également le système 16 afin de désaccoupler le premier actionneur 13 de l'élément 6 et 3051830 9 accoupler le deuxième actionneur 14 à l'élément 6, lors de la détection d'une panne du premier actionneur 13 par le moyen 17 de détection. Lors de la réparation du premier actionneur 13, la turbomachine 4 est à l'arrêt, ainsi l'élément 6 et l'ensemble piston 27/tige 28 auquel il est 5 associé peuvent être déplacés manuellement. Suite à la résolution de la panne, la vanne d'arrêt 34 est fermée, le premier actionneur 13 est accouplé à l'élément 6 et le deuxième actionneur 14 est désaccouplé de l'élément 6, pour revenir à un fonctionnement normal Dans le cas où éventuellement la panne est résolue lorsque la 10 turbomachine 4 est en fonctionnement (aéronef en vol), l'unité 18 de commande et/ou le dispositif 15 de prélèvement sont configurés pour commander le système 16 d'accouplement/de désaccouplement afin d'accoupler le premier actionneur 13 à l'élément 6 et désaccoupler le deuxième actionneur 14 de l'élément 6, pour revenir à un fonctionnement 15 normal. Sur la figure 3 est représenté, plus précisément, un étage 37 statorique d'un compresseur 10 haute pression de la turbomachine 4 d'axe X longitudinal, cet étage 37 comprenant une plate-forme 38 annulaire interne coaxiale avec un carter 39 d'axe X de révolution et une pluralité 20 d'aubes 9 sensiblement radiales s'étendant entre la plate-forme 38 et le carter 39, chaque aube 8 étant mobile en rotation, par rapport à la plate-forme 38 et au carter 39, autour d'un axe A sensiblement radial. L'orientation angulaire de l'ensemble des aubes 9 est pilotée simultanément via un anneau 8 de commande mobile en rotation par 25 rapport au carter 39 autour de l'axe X et une pluralité de biellettes 40 réparties angulairement de façon régulière, chaque biellette 40 étant ainsi fixée à l'une de ses extrémités à une tête d'une aube 9 et articulée par rapport à l'anneau 8 à une extrémité opposée. L'extrémité externe de la tige 28 du deuxième actionneur 14 est 30 articulée par rapport à une chape 41 de l'anneau 8 via un axe 42. En outre, une oreille 49 du corps 26 du deuxième actionneur 14 est articulée par 3051830 10 rapport à une chape 43 du carter 39 via un axe 44. Le fait d'avoir des aubes 9 à calage variable permet d'optimiser l'écoulement de l'air en fonction de la vitesse angulaire du rotor du compresseur 10. Sur la figure 4 est représentée partiellement, plus précisément, une 5 coupe longitudinale de la turbomachine 4 à double flux. La masse d'air pénétrant dans la turbomachine 4 est répartie entre un flux d'air primaire pénétrant dans un générateur de gaz 45 et un flux d'air secondaire participant de manière prépondérante à la poussée fournie par la turbomachine 4. Les flux d'air primaire et secondaire s'écoulent 10 respectivement dans une veine primaire 46 et une veine secondaire 47 entourant la veine primaire. Le générateur de gaz 45 comprend un compresseur basse pression 32, un compresseur haute pression 10, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, haute pression puis basse pression, et une 15 tuyère d'échappement. La vanne de décharge 12 permet d'adapter le débit d'air en sortie du compresseur 32 basse pression pour maintenir les compresseurs 32, 10 basse et haute pression dans leurs domaines de fonctionnement et ainsi éviter les risques de pompage. 20 La porte 11 de la vanne de décharge 12 est située au niveau d'une paroi externe de la veine 46 primaire entre le compresseur 32 basse pression et le compresseur 10 haute pression. L'ouverture de la porte 11 de la vanne de décharge 12 permet ainsi de transférer de l'air depuis la veine 46 primaire vers la veine 47 secondaire, l'air traversant un 25 compartiment 48 inter-veine dans lequel est situé le dispositif 1 d'actionnement. La tige 28 du deuxième actionneur 14 est articulée par rapport à la porte 11 de la vanne de décharge 12. REVENDICATIONS1. Turbomachine (4) d'aéronef comprenant : - un élément (6) mobile entre au moins une première position et une deuxième position ; - un premier actionneur (13) électrique de l'élément (6) pour son déplacement entre les première et deuxième positions ; caractérisée en ce que la turbomachine (4) comprend en outre: - un deuxième actionneur (14) pneumatique de déplacement de l'élément 10 (6) alimenté par un dispositif de prélèvement d'air (15) dans la turbomachine (4) ; - un système (16) d'accouplement/de désaccouplement des premier et deuxième actionneurs (13, 14) à/de l'élément (6) ; - un moyen (17) de détection de pannes du premier actionneur (13) ; et 15 - une unité (18) de commande du système (16) d'accouplement/de désaccouplement ; l'unité (18) de commande et/ou le dispositif de prélèvement d'air (15) étant configuré(s) pour commander le système (16) d'accouplement/de désaccouplement afin : 20 - en fonctionnement normal, d'accoupler le premier actionneur (13) à l'élément (6) et de désaccoupler le deuxième actionneur (14) de l'élément (6) ; - lors de la détection d'une panne du premier actionneur (13) par le moyen (17) de détection, de désaccoupler le premier actionneur (13) de l'élément 25 (6) et d'accoupler le deuxième actionneur (14) à l'élément (6). 2. Turbomachine (4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif (15) de prélèvement comprend un conduit (33) d'alimentation du deuxième actionneur (14), ce conduit (33) comportant une vanne d'arrêt 30 (34) pilotée par l'unité (18) de commande. 3051830 12 3. Turbomachine (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier actionneur (13) comprend au moins un moteur (19) électrique comportant un arbre de sortie et un mécanisme (20) d'entraînement en translation vis-écrou (21, 22), l'arbre entraînant en 5 rotation l'écrou (22) arrêté en translation et la vis (21) étant arrêtée en rotation. 4. Turbomachine (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième actionneur (14) est un vérin (25) linéaire comprenant un corps (26) et un piston (27) mobile par rapport à ce corps (26). 5. Turbomachine (4) selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la vis (21) et le piston (27) sont connectés au système (16) 15 d'accouplement/de désaccouplement. 6. Turbomachine (4) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le mécanisme (20) vis-écrou (21, 22) et le système (16) d'accouplement/de désaccouplement sont logés au moins partiellement dans le corps (26) du 20 vérin (25). 7. Turbomachine (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'air est prélevé via le dispositif (15) de prélèvement au niveau d'un compresseur (10, 32) de la turbomachine (4). 25 8. Turbomachine (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément (6) mobile est un papillon (7) d'une vanne (2) ou une porte (11) d'une vanne de décharge (12) ou un anneau (8) de commande d'aubes (9) à calage variable. 30 3051830 13 9. Turbomachine (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen (17) de détection est configuré pour détecter une coupure d'alimentation (23) électrique et/ou une surintensité du signal électrique de commande du premier actionneur (13). 10. Turbomachine (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les premier et deuxième actionneurs (13, 14) sont logés dans un compartiment (48) inter-veine de la turbomachine (4).