Brevet FR3062874A1 — publié le 20180817

AUBES DE TURBINE À AIR DYNAMIQUE CONTEXTE Domaine La présente invention concerne les turbines à air dynamique (ou RAT, de l'anglais « Ram Air Turbine ») et plus précisément, les aubes de RAT. Description de l'art connexe Dans certaines turbines à air dynamique (RAT), chaque aube est reliée à la turbine par le biais d'un système de régulateur ressort-masse. En cas de changement de charge sur la turbine, le régulateur change le pas (de l'anglais « pitch ») des aubes pour maintenir une vitesse de rotation constante. Or, le souci est que cela peut provoquer une résonance du régulateur caractérisée par des réglages successifs du pas en raison des forces qui s'exercent sur le profil aérodynamique, que le régulateur tente de corriger. Ces procédés et systèmes classiques sont généralement jugés satisfaisants pour le but recherché, mais il existe toujours un besoin dans l'art pour des aubes de turbine à air dynamique. La présente invention apporte une solution permettant de satisfaire ce besoin. RÉSUMÉ Un agencement d'aube pour turbine à air dynamique comprend un connecteur de rotation en tangage (de l'anglais « pitch ») configure pour être relié à un dispositif de rotation en tangage configure pour commander la rotation de l'aube autour d'un axe de tangage et un profil aérodynamique fixé de manière rotative au connecteur de rotation en tangage. Le connecteur de rotation en tangage est placé sur le profil aérodynamique pour réduire le moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage de sorte qu'un moment de pression maximal autour de l'axe 3062874 2 de tangage est inférieur à un couple fourni à l'aube par l'intermédiaire du dispositif de rotation en tangage. La position du connecteur de rotation en tangage peut être configurée pour prévenir et/ou atténuer les oscillations en tangage dues à une charge variable sur le régulateur à ressort et masse. 5 Dans certains modes de réalisation, le profil aérodynamique peut comprendre une flèche. Le centre de pression au niveau du pied du profil aérodynamique peut être à l'avant de l'axe de tangage et un centre de pression au niveau de la tête du profil aérodynamique peut être à l'arrière de l'axe de tangage. Dans certains modes de réalisation, l'axe de tangage peut passer par un centre de pression 10 moyen du profil aérodynamique de sorte que le moment de pression s'annule quel que soit l'angle de pas. Le dispositif de rotation en tangage peut être un régulateur de pas de sorte que le connecteur de rotation en tangage soit configuré pour être relié à un régulateur de pas. Le régulateur de pas peut être un régulateur à ressort et masse. Le profil aérodynamique peut subir 15 un traitement de surface destiné à améliorer sa résistance à la fatigue. Selon au moins un aspect de cette invention, une turbine à air dynamique (RAT) peut comprendre n'importe quel mode de réalisation adapté d'une aube telle que décrite ci-dessus. Ainsi, selon l'invention, une turbine à air dynamique (RAT), comprend : une aube comprenant : 20 un connecteur de rotation en tangage configuré pour être relié à un dispositif de rotation en tangage configuré pour commander la rotation de l'aube autour d'un axe de tangage ; et 3062874 3 un profil aérodynamique fixé de manière rotative au connecteur de rotation en tangage, dans laquelle le connecteur de rotation en tangage est placé sur le profil aérodynamique pour réduire le moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage de sorte qu'un moment de pression maximal autour de l'axe de tangage soit inférieur à un 5 couple fourni à l'aube par l'intermédiaire du dispositif de rotation en tangage. De préférence, le profil aérodynamique peut comprendre une flèche, un centre de pression au niveau du pied du profil aérodynamique peut être à l'avant de l'axe de tangage et un centre de pression au niveau de la tête du profil aérodynamique peut être à l'arrière de l'axe de tangage. 10 De manière préférée, l'axe de tangage peut passer par un centre de pression moyen du profil aérodynamique de sorte que le moment de pression s'annule quel que soit l'angle de pas. Selon une variante, le dispositif de rotation en tangage peut être un régulateur de pas de sorte que le connecteur de rotation en tangage est configure pour être relié à un régulateur de pas. Avantageusement, le régulateur de pas peut être un régulateur à ressort et masse. 15 De préférence, la position du connecteur de rotation en tangage peut être configurée pour prévenir et/ou atténuer les oscillations en tangage dues à une charge variable sur le régulateur à ressort et masse. Selon au moins un aspect de cette invention, un procédé peut comprendre la prévention et/ou l'atténuation d'un état d'oscillation en tangage d'une aube de turbine à air dynamique par 20 réduction du moment dépendant du tangage autour d'un axe de tangage. La réduction du moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage peut comprendre l'utilisation d'une aube à flèche de sorte que l'axe de tangage soit situé entre un centre de pression au niveau du pied et un centre de pression au niveau de la tête. 3062874 4 Ces systèmes et procédés de la présente invention, et d'autres encore, ressortiront plus clairement pour l'homme du métier à la lecture de la description détaillée ci-après associée aux dessins. 5 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Afin que l'homme du métier dont relève la présente invention puisse facilement savoir comment fabriquer et utiliser les dispositifs et procédés de la présente invention sans expérimentations inutiles, nous allons à présent décrire des modes de réalisation de celle-ci de façon détaillée en nous reportant à certaines figures, sur lesquelles : 10 la figure 1 est une vue en perspective illustrative d'un mode de réalisation d'une aube selon cette invention, représentant de façon schématique un axe de rotation s'étendant au travers du profil aérodynamique par rapport au centre de pression et au centre ; la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une partie de pied de l'aube de la figure 1, vue de la tête en allant vers le pied, montrant une pression s'exerçant sur le profil aérodynamique 15 au niveau du centre de pression par rapport à l'axe de rotation et provoquant un moment dans le sens horaire autour de l'axe de rotation ; la figure 3 est une vue schématique en coupe d'une partie tête de l'aube de la figure 1, vue de la tête en allant vers le pied, montrant une pression s'exerçant sur le profil aérodynamique au niveau du centre de pression par rapport à l'axe de rotation et provoquant un moment dans le 20 sens antihoraire autour de l'axe de rotation ; la figure 4 est un diagramme du régime par rapport au temps, en fonction de la charge génératrice d'une aube sans réduction du moment dépendant du tangage ; et 3062874 5 La figure 5 est un diagramme du régime par rapport au temps en fonction de la charge génératrice d'un mode de réalisation d'une aube avec réduction du moment dépendant du tangage. 5 DESCRIPTION DÉTAILLÉE Nous allons à présent nous reporter aux dessins, sur lesquels des repères numériques similaires identifient des caractéristiques structurelles ou des aspects similaires de la présente invention. À des fins d'explication et d'illustration, et non de limitation, une vue représentative d'un mode de réalisation d'une aube selon l'invention est présentée sur la figure 1 et désignée 10 globalement par le repère numérique 100. D'autres modes de réalisation et/ou aspects de cette invention sont présentés sur les figures 2 à 5. Les systèmes et procédés décrits dans le présent document peut être utilisés, par exemple, pour améliorer les performances de la turbine à air dynamique et la durée de vie des aubes. Examinons la figure 1, où une aube 100 pour une turbine à air dynamique (non 15 représentée) comprend un connecteur de rotation en tangage 101 configuré pour être relié à un dispositif de rotation en tangage 102 afin de faire tourner l'aube autour d'un axe de tangage 103. L'aube 100 comprend un profil aérodynamique 105 fixé au connecteur de rotation en tangage 101. Le connecteur de rotation en tangage 101 est placé sur le profil aérodynamique 105 pour 20 réduire le moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage 103 de sorte qu'un moment de pression maximal autour de l'axe de tangage 103 soit inférieur à un couple fourni à l'aube par l'intermédiaire du dispositif de rotation en tangage agissant sur le profil aérodynamique 105. À cet égard, la position du connecteur de rotation en tangage 101 (et donc de l'axe de tangage 103) 3062874 6 peut être configurée pour prévenir et/ou atténuer les oscillations en tangage dues à une charge variable sur un régulateur (par exemple, un régulateur à ressort et masse). Le régulateur peut commander le pas de l'aube 100 autour de l'axe de tangage 103. Comme l'appréciera l'homme du métier, le moment dépendant du tangage peut être 5 défini comme étant le moment autour de l'axe de tangage 103 provoqué par un changement de pas, et le moment de pression maximal peut être défini comme étant l'amplitude maximale du moment dépendant du tangage qui est créé le long de l'enveloppe en tangage de l'aube. D'autres définitions adaptées peuvent être envisagées ici. Dans certains modes de réalisation, pour obtenir l'effet désiré, le profil aérodynamique 10 105 peut comprendre une flèche telle qu'indiquée. Par exemple, si nous examinons également les figures 2 et 3, le centre de pression au niveau du pied 107 du profil aérodynamique 105 peut être à l'avant de l'axe de tangage 103 (comme le montre la figure 2) et un centre de pression au niveau de la tête 109 du profil aérodynamique 105 peut être à l'arrière de l'axe de tangage 103 (comme le montre la figure 3). Comme on le voit, un tel emplacement provoque un moment 115 15 dans le sens horaire autour de l'axe de tangage 103 au niveau du pied (comme le montre par exemple la figure 2) et un moment dans le sens antihoraire 117 autour de l'axe de tangage 103 au niveau de la tête (comme le montre par exemple la figure 3). Comme sait l'apprécier l'homme du métier, le centre de pression d'un profil aérodynamique est situé environ au quart de la corde du profil aérodynamique. 20 Bien que l'angle de flèche représenté soit une flèche arrière, dans certains modes de réalisation, on peut envisager que la flèche soit une flèche avant. Dans ce cas, le connecteur de rotation en tangage 101 peut être placé de sorte que le centre de pression au niveau du pied 107 soit à l'arrière de l'axe de tangage 103 et que le centre de pression au niveau de la tête soit à 3062874 7 l'avant de l'axe de tangage 103 (en l'occurrence, les figures 2 et 3 seraient interverties). D'ailleurs, on peut envisager ici toute autre forme ou flèche adaptée (par exemple, une flèche non linéaire ou une flèche parabolique). Comme l'appréciera l'homme du métier au vu de cette invention, le connecteur de 5 rotation en tangage 101 peut être placé de sorte que le centre de masse au pied 111 et le centre de masse de tête 113 se trouvent dans une quelconque position adaptée par rapport à l'axe de tangage 103. Comme l'appréciera l'homme du métier, le centre de masse 111 de l'aube 100 peut influer sur la contrainte exercée sur l'aube 100. En outre, le centre de masse 111 associé au centre de la masse du contrepoids (par exemple, dans le régulateur) détermine le moment 10 centrifuge qui agit pour faire tourner l'aube 100 le long de l'axe de tangage de l'aube 103 à l'encontre, par exemple, des ressorts du régulateur pour faire fonctionner le régulateur. Dans certains modes de réalisation, comme le montre la figure 1, le connecteur de rotation en tangage 101 peut être placé de sorte que l'axe de tangage 103 puisse passer par un centre de pression moyen 119 du profil aérodynamique 105 afin que le moment de pression 15 (c'est-à-dire le moment autour de l'axe de tangage 103 provoqué par l'écoulement autour du profil aérodynamique 105) s'annule quel que soit l'angle de pas. À cet égard, le moment de pression ne change pas en fonction du pas. Dans certains modes de réalisation, l'axe de tangage 103 peut être placé dans une quelconque position adaptée par rapport au centre de pression moyen 119 sans que ceux-ci 20 coïncident. Par exemple, l'axe de tangage 103 peut être placé suffisamment près du centre de pression moyen 119 pour que le changement de moment en fonction du pas n'annule pas le couple du dispositif de rotation en tangage pour prévenir les oscillations. 3062874 8 Par exemple, dans certains modes de réalisation, le dispositif de rotation en tangage peut être un régulateur de pas de sorte que le connecteur de rotation en tangage 101 soit configure pour être relié à un régulateur de pas. Le régulateur de pas peut être un régulateur à ressort et masse. Le couple maximal et les temps de réponse du régulateur de pas peuvent servir à 5 déterminer la distance du centre de pression moyen à laquelle l'axe de tangage 103 doit être situé afin d'empêcher que le régulateur soit forcé à un quelconque moment de l'utilisation. Dans certains modes de réalisation, l'aube 100 peut être soumise à un traitement de surface destiné à améliorer sa résistance à la fatigue. Par exemple, l'aube 100 peut être soumise à un traitement de grenaillage destiné à apporter une éventuelle amélioration adaptée à sa durée de 10 vie utile (par exemple, une somme de Miner inférieure à 0,5). Tout autre traitement de surface adapté peut être envisagé ici. Selon au moins un aspect de cette invention, une turbine à air dynamique (RAT), peut comprendre n'importe quel mode de réalisation adapté d'une aube telle que décrite ci-dessus. Selon au moins un aspect de cette invention, un procédé peut comprendre la prévention et/ou 15 l'atténuation d'un état d'oscillation en tangage d'une aube de turbine à air dynamique par réduction du moment dépendant du tangage autour d'un axe de tangage. La réduction du moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage peut comprendre l'utilisation d'une aube à flèche de sorte que l'axe de tangage soit situé entre un centre de pression au niveau du pied et un centre de pression au niveau de la tête. 20 Comme l'appréciera l'homme du métier, des changements de moments autour de l'axe de tangage se produisent dans des systèmes existants, qui sont suffisamment importants pour provoquer des oscillations de résonance. Par exemple, si nous examinons la figure 4, un graphique montre un système où l'ajout ou la suppression d'une charge sur une turbine provoque 3062874 9 une oscillation de régime illimitée due aux changements de moment en fonction du pas des aubes. Sur la figure 5, nous voyons un mode de réalisation dans lequel l'ajout et la suppression de la charge ne provoquent non pas une réponse oscillatoire mais une réponse atténuée, du fait de la commande de l'amplitude du moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage 103. 5 Comme nous l'avons expliqué plus haut, des modes de réalisation réduisent le changement de moment dépendant du tangage sans rajouter de poids ou de complexité, démontrant ainsi leur supériorité par rapport aux autres solutions. Des modes de réalisation éliminent l'instabilité de certains mécanismes de régulation de turbine. Ainsi, la flèche réduit le changement de moment résultant de l'aérodynamique pour un changement de pas. Autrement dit, 10 elle rend le moment plus régulier sur différents pas d'aube. Certains modes de réalisation comprennent également un traitement de surface permettant d'améliorer la durée de vie en fatigue des aubes. Les procédés et systèmes de la présente invention, comme nous l'avons expliqué plus haut et montré sur les dessins, permettent d'avoir des aubes de turbine dotées d'excellentes 15 qualités. Bien que l'appareil et les procédés de la présente invention aient été présentés et décrits à la lumière de certains modes de réalisation, l'homme du métier verra aisément qu'il peut y apporter des changements et/ou des modifications sans pour autant s'écarter de l'esprit et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Agencement d'aube (100) pour une turbine à air dynamique, comprenant : un connecteur de rotation en tangage (101) pouvant être fixé à un dispositif de rotation en tangage (102) configuré pour commander la rotation de l'aube (100) autour d'un axe de tangage (103) ; et un profil aérodynamique (105) fixé de manière rotative au connecteur de rotation en tangage (101), dans laquelle le connecteur de rotation en tangage (101) est placé sur le profil aérodynamique pour réduire le moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage (103) de sorte qu'un moment de pression maximal autour de l'axe de tangage (103) soit inférieur à un couple fourni à l'aube (100) par l'intermédiaire du dispositif de rotation en tangage (102). 2. Agencement d'aube selon la revendication 1, dans lequel le profil aérodynamique (105) comprend une flèche et dans laquelle un centre de pression au niveau du pied (107) du profil aérodynamique (105) est à l'avant de l'axe de tangage (103) et un centre de pression au niveau de la tête (109) du profil aérodynamique (105) est à l'arrière de l'axe de tangage (103). 3. Agencement d'aube selon la revendication 2, dans lequel l'axe de tangage (103) passe par un centre de pression moyen (119) du profil aérodynamique (105) de sorte que le moment de pression s'annule quel que soit l'angle de pas. 4. Agencement d'aube selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de rotation en tangage (102) est un régulateur de pas de sorte que le connecteur de rotation en tangage (101) est configuré pour être relié à un régulateur de pas. 3062874 5. Agencement d'aube selon la revendication 4, dans lequel le régulateur de pas est un régulateur à ressort et masse. 6. Agencement d'aube selon la revendication 5, dans lequel la position du connecteur de rotation en tangage (101) est configurée pour prévenir et/ou atténuer les oscillations en tangage dues à une charge variable sur le régulateur à ressort et masse. 7. Agencement d'aube selon la revendication 1, dans laquelle le profil aérodynamique (105) est soumis à un traitement de surface destiné à améliorer sa résistance à la fatigue 8. Turbine à air dynamique (RAT), comprenant : une aube (100) comprenant : un connecteur de rotation en tangage (101) configuré pour être relié à un dispositif de rotation en tangage (102) configuré pour commander la rotation de l'aube (100) autour d'un axe de tangage (103) ; et un profil aérodynamique (105) fixé de manière rotative au connecteur de rotation en tangage (101), dans laquelle le connecteur de rotation en tangage (101) est placé sur le profil aérodynamique (105) pour réduire le moment dépendant du tangage autour de l'axe de tangage (103) de sorte qu'un moment de pression maximal autour de l'axe de tangage (103) soit inférieur à un couple fourni à l'aube (100) par l'intermédiaire du dispositif de rotation en tangage (102). 3062874 9. Turbine à air dynamique selon la revendication 8, dans laquelle le profil aérodynamique (105) comprend une flèche et dans laquelle un centre de pression au niveau du pied (107) du profil aérodynamique (105) est à l'avant de l'axe de tangage (103) et un centre de pression au niveau de la tête (109) du profil aérodynamique (105) est à l'arrière de l'axe de tangage (103). 10. Turbine à air dynamique selon la revendication 9, dans laquelle l'axe de tangage (103) passe par un centre de pression moyen (119) du profil aérodynamique de sorte que le moment de pression s'annule quel que soit l'angle de pas. 11. Turbine à air dynamique selon la revendication 8, dans laquelle le dispositif de rotation en tangage (102) est un régulateur de pas de sorte que le connecteur de rotation en tangage (101) est configuré pour être relié à un régulateur de pas. 12. Turbine à air dynamique selon la revendication 11, dans laquelle le régulateur de pas est un régulateur à ressort et masse. 13. Turbine à air dynamique selon la revendication 12, dans laquelle la position du connecteur de rotation en tangage (101) est configurée pour prévenir et/ou atténuer les oscillations en tangage dues à une charge variable sur le régulateur à ressort et masse.