Brevet FR3068073A1 — publié le 20181228

PALE A CALAGE VARIABLE POURVUE D'UN DISPOSITIF INFERIEUR D'ETANCHEITE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est une pale à calage variable pourvue d'un dispositif inférieur d'étanchéité. Les pales à calage variable sont couramment employées dans les turbomachines, notamment de moteurs d'aéronefs, et elles sont caractérisées par une orientation réglable dans la direction moyenne d'écoulement des gaz, choisie en fonction des régimes de fonctionnement rencontrés ou attendus. Elles comprennent une portion principale aérodynamique, appelée souvent lame, et un pied de pivotement, saillant de la lame et pénétrant dans une structure fixe de la machine, qui permet de soutenir la lame tout en lui permettant de pivoter. Cette structure fixe de la machine étant circulaire, cylindrique ou conique autour de l'axe de la machine, la face d'extrémité de la lame, adjacente à cette structure est à une distance variable d'elle selon l'orientation de la lame, cette distance étant d'ailleurs différente pour chaque point de la face d'extrémité. Il est donc impossible de construire le dispositif avec un jeu faible à cet endroit, de sorte que des pertes de rendement dues à des fuites de l'écoulement des gaz par-dessous les lames, entre elles et la structure, doivent être acceptées. L'objet de l'invention est de réduire et d'éviter autant que possible ces fuites, au moyen d'une construction améliorée de la lame, comprenant une jonction ajustable entre la face d'extrémité et la structure fixe de la machine qui est adjacente à elle. Sous une forme générale, l'invention concerne une pale à calage variable, comprenant une lame aérodynamique et en pied de pivotement saillant de la lame dans une direction dite de pivot, caractérisée en ce que la lame comprend, à une portion d'extrémité adjacente au pied, une bande prolongeant un contour de la lame dans la direction de pivot et entourant un évidement s'ouvrant dans la direction de pivot ; au moins une grille ajourée occupant l'évidement ; des bâtonnets coulissant indépendamment dans des jours de la grille, saillant de la bande dans la direction de 2 pivots en formant au moins une rangée prolongeant la bande et le contour de la lame ; et des ressorts, comprimés contre des saillies des bâtonnets, les saillies ayant une position réglable le long des bâtonnets. Sous la poussée des ressorts, les bâtonnets sortent de l'évidement qui 5 leur sert de logement jusqu'à ce que leur extrémité touche la structure adjacente de la machine, qui délimite la veine d'écoulement. Les fuites de gaz par-dessous les pales sont ainsi évitées, ou du moins extrêmement réduites. Il convient toutefois d'éviter des frottements excessifs des bâtonnets sur cette structure, qui seraient générateurs d'usure ou même de dégâts plus importants. C'est pourquoi, conformément à l'invention, le 10 degré de compression des ressorts, et donc la force de poussée des bâtonnets sur la structure fixe, peut être ajusté grâce à la position réglable des saillies le long des bâtonnets. Dans une construction principalement envisagée, les ressorts sont comprimés entre lesdites saillies des bâtonnets et une face surplombante de la pale qui 15 limite l'évidement dans une direction de pale opposée à la direction de pivot. Les saillies peuvent être des rondelles retenues entre deux écrous vissés sur des portions filetées de tiges supérieures des bâtonnets contenus dans l'évidement. Une construction alors privilégiée, grâce à laquelle les compressions des ressorts peuvent être particulièrement bien individualisées, consiste en ce que les 20 ressorts sont des ressorts hélicoïdaux enfilés respectivement sur les tiges. Selon d'autres perfectionnements possibles de l'invention, les frottements des bâtonnets sont réduits aussi par des constructions particulières de leurs extrémités frottant sur la structure fixe. Ces extrémités peuvent être amincies ou arrondies dans la direction de pivot, afin que le frottement s'effectue seulement par une 25 petite surface. Ou encore, elles peuvent être souples dans la direction de pivot. Des précautions supplémentaires peuvent encore être prises pour éviter ou limiter les fuites. C'est ainsi que les bâtonnets peuvent être séparés par des jonctions ayant une direction oblique à ladite rangée, ou une direction variable à travers la rangée. Ou encore, la pale peut comprendre deux rangées concentriques de bâtonnets, les bâtonnets de chacune des rangées couvrant des jonctions entre bâtonnets de l'autre des 3 rangées ; ou encore, les bâtonnets peuvent avoir une section elliptique. Dans tous ces modes particuliers de réalisation, on impose ainsi des changements de direction soudains à l'écoulement d'air fuyant à travers les interstices entre bâtonnets, ce qui réduit son débit et renforce donc l'étanchéité procurée par le dispositif. 5 Ces aspects, caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, seront maintenant décrits en liaison aux figures suivantes, qui illustrent certains modes de réalisation préférés de celle-là, mais qui ne sont pas exclusifs d'autres : - la figure 1 illustre un agencement général de pales à calage variable ; - la figure 2, une vue du pied de pivotement de la pale et la partie 10 adjacente de la lame aérodynamique ; - la figure 3, une autre vue d'une pale à calage variable ; - la figure 4, le dispositif d'étanchéité de l'invention ; - la figure 5, une vue en coupe de la pale et du dispositif ; - la figure 6, une vue détaillée d'un bâtonnet coulissant ; 15 - et les figures 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 : diverses variantes de réalisations des bâtonnets et de leurs agencements. On aborde la description des figures 1 et 2. La figure 1 représente un moteur à soufflante non carénée contrarotatif 1, qui comporte une nacelle 2, généralement cylindrique, dont la portion avant entoure 20 une manche d'entrée d'air et dont la portion arrière porte deux hélices externes contrarotatives 3 et 4. Ces deux hélices 3 et 4 constituent une soufflante externe, leurs pales 13 s'étendant radialement hors de la nacelle 2. La manche d'entrée d'air que délimite la nacelle 2 est traversée par un premier flux d'air 6, qui traverse d'abord un compresseur 7, avant d'être enrichi en 25 carburant et brûlé dans une chambre de combustion 8, puis le flux des gaz de combustion est détendu dans une turbine 9 pour entraîner un arbre principal 10 qui s'étend selon un axe longitudinal X du moteur. Cet arbre principal 10 entraîne en rotation les hélices contrarotatives 3 et 4 par un mécanisme intermédiaire, des pales 13 de ces hélices 3 et 4 étant traversées par un second flux d'air 11, qui entoure la nacelle 2 pour être propulsé 30 par les hélices 3 et 4 afin d'engendrer la poussée du moteur. Chaque rotor d'hélice 3 ou 4 4 comprend un moyeu de support 12 porté par la nacelle 2 en pouvant tourner autour de l'axe longitudinal X, ayant une face carénée 16 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. 5 Les pales 13 de chacune des hélices 3 et 4 sont à calage variable. Chacune comporte un pied 19 de pivotement, engagé à travers la face carénée 16 externe du moyeu 12 auquel elle est associée, et l'extrémité du pied 19 est engagée dans un bol de support 14 respectif monté dans le moyeu 12 et dans lequel le pied 19 peut pivoter en réponse à un mécanisme de commande connu et non représenté. La pale 13 comprend 10 encore une lame 20 aérodynamique jointe au pied 19, munie d'une face de base 17 à son extrémité proche de la face carénée 16, dont elle est séparée par un jeu 18 variable à la fois le long de la face de base 17 et en fonction de l'orientation de la lame 20 selon le pivotement du pied 19 autour d'un axe de pivotement R. C'est par les jeux 18 des pales 13 que des fuites d'air, qu'on cherche à éviter, se produisent. L'invention sera implantée à 15 leur endroit. Si les pales 13 décrites jusqu'à présent appartiennent à un moteur à soufflante carénée et à hélices contrarotatives, l'invention pourra être appliquée à d'autres moteurs d'aéronef, comme les turbopropulseurs, ou encore les moteurs comportant des aubes de stator à calage variable. Ainsi qu'on le représente à la figure 3, 20 les aubes ou pales 21 de tels moteurs peuvent être logées dans une veine annulaire 22, entre un moyeu 23 analogue au moyeu 12 à l'intérieur et une virole 24 concentrique au moyeu 23 à l'extérieur, et les pales 21 sont alors montées sur un premier pied 25 de pivotement, analogue au précédent et pénétrant dans le moyeu 23 et un second pied 26 de pivotement, aligné avec le précédent et pénétrant dans la virole 24. L'invention 25 pourrait alors être appliquée à l'un ou l'autre des pieds 25 ou 26, ou aux deux à la fois. Les figures 4 et 5 montrent le moyen essentiel constituant l'invention, à savoir une rangée de bâtonnets 27 coulissant à partir de la base 17 de la lame 20 en saillie, vers le moyeu 12, ou le moyeu 23 ou la virole 24 le cas échéant. La base de la lame 20 est alors façonnée de manière à être formée 30 d'une bande 28 qui prolonge le contour de la lame 20 vers la face carénée 16 et entoure 5 un évidement 29 s'ouvrant vers ladite face, fermé à l'opposé par une face surplombante 30 de la lame 20, traversé par le pied 19, et occupé également par les parties supérieures des bâtonnets 27. L'évidement 29 contient encore des grilles ajourées 31, par exemple au nombre de deux, dans des jours desquelles des tiges 32 cylindriques supérieures des 5 bâtonnets 27 coulissent (figure 6), ce qui maintient les bâtonnets 27 verticaux (dans la direction de l'axe de pivotement R). Des ressorts 23 sont comprimés chacun entre la face surplombante 30 et une saillie 34 établie sur la tige 32 d'un des bâtonnets 27. La saillie 34 est constituée par une rondelle serrée entre deux écrous 35 et 36 vissés sur une extrémité filetée 37 de la tige 32. Le bas de chaque bâtonnet 27 s'élargit par rapport à la 10 tige 32 et forme une palette 38, dont une terminaison 39 touche la face carénée 16 du moyeu 12, et frotte sur elle quand le calage de la pale 13 est modifié. La figure 4 montre que les palettes 38 sont jointives et séparées seulement par de très légers jeux. Comme les palettes 38 s'étendent jusque dans l'évidement 29, une surface presque continue est établie sous la lame 20, le jeu 18 est 15 presque comblé, et les fuites sous la lame 20 sont ainsi fortement réduites. Les tiges 32 n'ont pas une section circulaire aux endroits où elles coulissent dans les grilles 31, de sorte qu'elles s'opposent à la rotation involontaire des bâtonnets 27 et maintiennent la quasi-continuité du réseau des palettes 38. Le réglage de la force d'appui des bâtonnets 27 sur la face carénée 16 20 du moyeu 12 peut se révéler délicat, puisqu'il faut à la fois que cette force soit suffisante pour garantir le maintien de cet appui en toutes circonstances, mais pas excessive pour limiter les frottements et l'usure quand la pale 13 pivote. C'est pourquoi il est conforme à l'invention que la force de compression des ressorts 33, par laquelle ceux-ci poussent les bâtonnets 27 sur la face carénée 16, peut être réglée en changeant librement la hauteur 25 de la rondelle 34 sur la tige 32, au moyen des écrous 35 et 36. Quelques autres aspects de l'invention vont maintenant être abordés. Les terminaisons 39 peuvent recevoir divers aménagements pour diminuer les forces de frottements sur la face carénée 16 : elles peuvent être amincies par rapport à la largeur générale des palettes 38, en les façonnant en un arrondi 40 (figure 7), une arête 41 (figure 30 8), c'est-à-dire dans les deux cas un amincissement des palettes 38; ou en les 6 construisant en forme de brosse 42 (figure 9), ou en les assouplissant d'une autre manière ; ou en les revêtant d'un matériau à bas de coefficient de frottement, comme le PTFE. D'autres dispositions visent à réduire les jeux résiduels à travers les 5 jonctions entre les palettes 38. Selon une première idée, les jonctions peuvent être obliques à la direction d'épaisseur de la rangée de palettes 38, c'est-à-dire que les faces latérales des palettes 38 sont inclinées, les palettes 38 ayant alors des sections en triangle, trapèze, parallélogramme, etc. (figure 10), les jonctions portant la référence 43. Dans une conception dérivée de la précédente, les jonctions 44 (figure 11) peuvent être 10 sinueuses ou coudées, etc., les palettes 38 étant alors imbriquées entre elles avec des sections plus complexes. L'idée générale est d'imposer aux gaz qui traverseraient la rangée de palettes 38 des changements de direction, de préférence brusques et nombreux, pour réduire encore plus fortement le débit de fuite résiduel. Le même effet peut être obtenu en disposant plusieurs rangées des 15 palettes 38, comme à la figure 12, où les palettes 38 ont une section rectangulaire plus classique, mais sont disposées en deux rangées 45 et 46 jointives, dont l'une entoure l'autre ; les palettes 38 de chacune des rangées 45 ou 46 couvrent les jonctions 47 entre palettes 38 de l'autre des rangées 46 ou 45, c'est-à-dire qu'une disposition en quinconce des palettes 38 des deux rangées 45 et 46 est réalisée. Ou encore (figure 13), les palettes 20 38 peuvent avoir, dans un agencement analogue à plusieurs rangées superposées et palettes 38 en quinconce entre rangées successives, une section elliptique, les palettes 38 d'une même rangée se joignant par les extrémités de leur grand axe et les rangées étant superposées le long de leur petit axe. Ici encore, les pertes de charge dues à des changements de direction importants et nombreux qu'on impose au flux, auxquelles 25 s'ajoutent des variations de largeurs des jonctions, sont importantes, et exercent une perte de charge qui l'est REVENDICATIONS1) Pale (13) à calage variable, comprenant une lame (20) aérodynamique et un pied (19) de pivotement saillant de la lame dans une direction de pivot (R), caractérisée en ce que la lame comprend à une portion d'extrémité (17) adjacente au pied, une bande (28) prolongeant un contour de la lame dans la direction de pivot (R) et entourant un évidement (29) s'ouvrant dans la direction de pivot (R) ; au moins une grille (31) ajourée occupant l'évidement ; des bâtonnets (27) coulissant indépendamment dans des jours de la grille, saillant de la bande (28) dans la direction de pivot (R) en formant au moins une rangée prolongeant la bande et le contour de la lame ; et des ressorts (33) comprimés contre des saillies (34) des bâtonnets, les saillies ayant une position réglable le long des bâtonnets. 2) Pale à calage variable selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ressorts sont comprimés entre lesdites saillies (34) des bâtonnets (27) et une face surplombante (30) de la pale (20) qui limite l'évidement (29) dans une direction opposée à la direction de pivot (R). 3) Pale à calage variable selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les saillies (34) sont des rondelles retenues entre deux écrous (35, 36) vissés sur des portions filetées de tiges supérieures des bâtonnets, contenues dans l'évidement. 4) Pale à calage variable selon la revendication 3, caractérisée en ce que les ressorts sont des ressorts hélicoïdaux enfilés sur les tiges. 5) Pale à calage variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les bâtonnets ont une terminaison (39 ; 40, 41) soit amincie, soit arrondie, dans la direction de pivot (R). 6) Pale à calage variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les bâtonnets ont une terminaison (42) souple dans la direction descendante. 7) Pale à calage variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les bâtonnets sont séparés par des jonctions (43, 44) ayant une direction oblique à ladite rangée. 8 8) Pale à calage variable selon la revendication 7, caractérisée en ce que les jonctions ont chacune une direction variable à travers la rangée. 9) Pale à calage variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend deux dites rangées (45, 46), les bâtonnets de 5 chaque rangée couvrant des jonctions entre les bâtonnets de l'autre des rangées. 10) Pale à calage variable selon la revendication 9, caractérisée en ce que les bâtonnets ont une section elliptique dans les rangées.