Brevet FR3100273A1 — publié le 20210305

Description Titre de l'invention : GUIGNOL POUR UN DISPOSITIF DE CALAGE VARIABLE D'UNE TURBOMACHINE Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne un guignol pour un dispositif de calage variable d'une turbomachine d'aéronef, ainsi qu'un dispositif de calage comportant un tel guignol. Arrière-plan technique [0002] Les aubes de stator à calage variable (aussi appelées VSV - acronyme de Variable Stator Vanes) d'une turbomachine sont portées par un carter annulaire externe, en général d'un compresseur de la turbomachine. Chaque aube comprend une pale qui est reliée à son extrémité radialement externe par une platine à contour sensiblement circulaire à un pivot cylindrique radial qui définit l'axe de rotation de l'aube et qui est guidé en rotation dans un orifice correspondant du carter externe. L'extrémité radialement interne de la pale de chaque aube comprend en général un second pivot cylindrique s'étendant le long de l'axe de rotation de l'aube et guidé en rotation dans un orifice d'un carter interne du compresseur. [0003] L'extrémité radialement externe du pivot externe de chaque aube est reliée par un levier ou une biellette à un anneau de commande déplacé en rotation autour du carter externe par un actionneur du type vérin ou analogue. La rotation de l'anneau de commande est transmise par les biellettes aux pivots externes des aubes et les fait tourner autour de leurs axes. [0004] Le calage angulaire des aubes de stator dans une turbomachine est destiné à adapter la géométrie du compresseur à son point de fonctionnement et notamment à optimiser le rendement et la marge au pompage de cette turbomachine et à réduire sa consommation de carburant dans les différentes configurations de vol. [0005] Chacune de ces aubes est déplaçable en rotation autour de son axe entre une première position « d'ouverture » ou « de pleine ouverture » dans laquelle chaque aube s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la turbomachine, et une seconde position « de fermeture » ou « de quasi-fermeture » dans laquelle les aubes sont inclinées par rapport à l'axe de la turbomachine et réduisent ainsi la section de passage de l'air à travers l'étage d'aubes. [0006] Le document FR-A1-2 856 424 (le la demanderesse décrit un dispositif de calage variable de deux rangées adjacentes d'aubes, qui est représenté aux figures 1 et 2 et comprend : [0007] un actionneur A fixé sur un carter 1, 2 - un boîtier de commande 12 fixé sur le carter 1, des anneaux de commande 5 destinés à être montés rotatifs autour du carter 1 en vue de l' actionnement des deux rangées d'aubes 2, - un premier système de liaison comportant un premier guignol 7 à quatre arti- culations ; le guignol 7 est articulé autour d'un pivot 20 sur le boîtier de commande 12 et comprend un premier bras 19 articulé sur la tige de piston 11, un second bras 17 articulé à une extrémité d'une barre de synchronisation 9, et un troisième bras 15 articulé à une extrémité d'un premier ridoir 6a dont une extrémité opposée est articulée sur une chape 5a du premier anneau 5, et - un second système de liaison comportant. un second guignol 8 à trois arti- culations ; le guignol 8 est articulé autour d'un pivot 21 sur le boîtier de commande 12 et comprend un premier bras 18 articulé sur une extrémité opposée de la barre de synchronisation 9, et un second bras 16 articulé à une extrémité d'un second ridoir 66 dont une extrémité opposée est articulée sur une chape 56 du second anneau 5. [0008] Dans l'exemple représenté à la figure 2, le bras 19 du guignol 7 est sensiblement plan. L'extrémité du bras 19 reliée à la tige de piston 11 est située dans un plan P qui passe sensiblement par le milieu de l'axe d'articulation de cette extrémité. Ce plan P passe également par l'extrémité opposée du bras 19 reliée au pivot 20. [0009] Cependant, dans certaines configurations répondant à des problèmes d'encombrement, les extrémités opposées du bras 19 de liaison du guignol 7 à la tige de piston 11, sont situées dans deux plans parallèles et espacés l'un de l'autre. En fonctionnement, ce type de configuration entraîne des efforts importants clans le guignol qui peut s'user rapidement voire se rompre. Une des causes principales de cette usure est le moment engendré au niveau du pivot. En effet, la liaison pivot au boîtier de commande reçoit un effort déporté par rapport à son centre de rotation. [0010] La présente invention propose une solution à ce problème, qui est simple, efficace et économique. Résumé de l'invention [0011] La présente invention propose un guignol pour un dispositif de calage variable d'une turbomachine d'aéronef, ce guignol comportant un corps monobloc comportant une première partie d'articulation configurée pour être reliée à un boîtier de commande du dispositif, une deuxième partie d'articulation configurée pour être reliée à une barre de synchronisation du dispositif, une troisième partie d'articulation configurée pour être reliée à une tige de piston d'un actionneur du dispositif, et une quatrième partie d'articulation configurée pour être reliée à un ridoir du dispositif, la troisième partie comportant une première patte qui comporte un premier orifice configuré pour recevoir 3 un axe d'articulation de la tige de piston et qui s'étend dans un plan P sensiblement perpendiculaire à l'axe de cet orifice, caractérisé en ce que : [0012] la première partie comprend une portion tubulaire située à distance dudit plan P et comportant un second orifice qui est configure pour recevoir un axe d'articulation du boîtier de commande et qui est sensiblement parallèle au premier orifice, et en ce que Ll > 2.E et L2 Ll/4, voire L3 > L1/3, dans lequel L3 est la longueur de chacun des roulements à aiguilles mesurée le long de l'axe du second orifice ; [0017] - la portion tubulaire porte des deuxième et troisième pattes sensiblement parallèles entre elles et audit plan P, ces pattes comportant des premiers orifices alignés de réception d'un axe commun d'articulation dudit ridoir, et des seconds orifices alignés de réception d'un autre axe commun d'articulation de ladite barre de synchronisation ; [0018] - Ll > L4, dans lequel L4 est la distance entre les deuxième et troisième pattes mesurée le long de l'axe du second orifice. [0019] La présente invention concerne également un dispositif de calage variable pour une turbomachine d'aéronef, comportant au moins un guignol tel que décrit ci-dessus. [0020] Avantageusement, le dispositif est adapté pour la commande d'au moins deux rangées annulaires d'aubes fixes, les aubes de chaque rangée étant réparties autour d'un axe à l'intérieur d'un carter et comportant chacune à leur extrémité radialement externe un pivot définissant un axe sensiblement radial de calage de l'aube, le dispositif comportant : [0021] - un actionneur comportant un cylindre destiné à être fixé sur le carter et une tige de piston, [0022] - des premier et second anneaux de commande destinés à être montés rotatifs autour dudit carter, chaque anneau de commande étant destiné à être relié par des biellettes, appelées leviers de commande, aux pivots des aubes d'une desdites rangées, [0023] un boîtier de commande, [0024] - un premier système de liaison comportant un premier guignol tel que défini ci- dessus, ce premier guignol étant articulé respectivement sur le boîtier de commande, sur la tige de piston, à une extrémité d'une barre de synchronisation, et à une extrémité d'un premier ridoir dont une extrémité opposée est articulée sur une chape du premier anneau, et [0025] - un second système de liaison comportant un second guignol qui est articulé respec- tivement sur le boîtier de commande, sur une extrémité opposée de la barre de synchronisation, et sur une extrémité d'un second ridoir dont une extrémité opposée est articulée sur une chape du second anneau. [0026] De préférence, le boîtier de commande comprend un logement de réception de la portion tubulaire du premier guignol, ce logement étant délimité entre deux parois du boîtier de commande qui sont sensiblement parallèles et qui comprennent des orifices de montage dudit axe commun d'articulation du boîtier de commande, l'une de ces parois étant sensiblement située dans ledit plan P. [0027] La présente invention concerne encore une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus. Brève description des figures [0028[ L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0029[ [fig.1] la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'une tur- bomachine ; [0030[ W8.21 la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de calage variable de la turbomachine de la figure 1 ; [0031] [fig.3] la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un guignol non plan et d'un boîtier de commande pour un dispositif de calage variable de turbomachine ; [0032] [fig.4] la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation d'un guignol selon l'invention, qui est monté dans un dispositif de calage variable pour turbomachine ; [0033] [fig.5] la figure 5 est une autre vue schématique en perspective du guignol de la figure 4 ; et [0034] [fig.6] la figure 6 est une autre vue schématique en perspective et en coupe partielle du guignol de la figure 4 ; et [0035] [fig.7] la figure 7 est une autre vue schématique en perspective et en transparence du guignol de la figure 4 ; et [0036] [fig.8] la figure 8 est un graphe montrant l'impact de l'effort transmis par l'actionneur du dispositif, sur les réactions aux extrémités haute et basse d'un guignol. Description détaillée de l'invention [0037] La figure 1 montre une partie d'une turbomachine d'aéronef et en particulier d'un compresseur, ici haute pression, de la turbomachine. [0038] Le compresseur comprend des étages d'aubes de compression, chaque étage comportant une rangée annulaire d'aubes fixes ou de stator et une rangée annulaire d'aubes mobiles ou de rotor. Les rangées d'aubes s'étendent autour d'un même axe qui est l'axe longitudinal de la turbomachine. [0039] La première rangée d'aubes, c'est-à-dire celles située la plus en amont dans le com- presseur (par référence à l'écoulement des gaz, de l'amont vers l'aval, dans la turbomachine), est appelée redresseur d'entrée ou RDE. La rangée d'aubes fixes suivante, située en aval, est appelée redresseur étage 1 ou RD 1. [0040] Les aubes des rangées RDE et RD1 sont entourées par un carter annulaire de stator 1 centré sur l'axe de la turbomachine. Unc seule aube 2 est représentée dans le dessin. [0041] Chaque aube 2 comprend une pale qui est reliée à son extrémité radialement externe par une platine à contour sensiblement circulaire à un pivot cylindrique radial 3 qui définit l'axe de rotation de l'aube et qui est guidé en rotation dans un orifice correspondant du carter externe 1. L'extrémité radialement interne de la pale de chaque aube comprend en général un second pivot cylindrique s'étendant le long de l'axe de rotation de l'aube et guidé en rotation dans un orifice d'un carter interne du compresseur (non représenté). [0042] L'extrémité radialement externe du pivot externe 3 de chaque aube est reliée par un levier ou une biellette 4 à un anneau de commande 5 déplacé en rotation autour du carter 1 par un dispositif de calage variable. La rotation de l'anneau est transmise par les biellettes 4 aux pivots externes 3 des aubes 2 et les fait tourner autour de leurs axes. [0043] Le dispositif de calage, mieux visible à la figure 2, est utilisé pour le calage variable simultanée des deux rangées RDE et RD1 et comporte : [0044] un actionneur A comportant un cylindre 10 fixé sur le carter 1 et une tige de piston 11, un boîtier de commande 12 fixé sur le carter 1, un premier système de liaison comportant un premier guignol 7 à quatre arti- 6 culations ; le guignol 7 est articulé autour d'un pivot 20 sur le boîtier de commande 12 et comprend un premier bras 19 articulé sur la tige de piston 11, un second bras 17 articulé à une extrémité d'une barre de synchronisation 9, et un troisième bras 15 articulé à une extrémité d'un premier ridoir 6a dont une extrémité opposée est articulée sur une chape Sa de l'anneau 5 de commande de la rangée RDE, et un second système de liaison comportant un second guignol 8 à trois articulations ; le guignol 8 est articulé autour d'un pivot 21 sur le boîtier de commande 12 et comprend un premier bras 18 articulé sur une extrémité opposée de la barre de synchronisation 9, et un second bras 16 articulé à une extrémité d'un second ridoir 6h dont une extrémité opposée est articulée sur une chape 5h de l'anneau 5 de commande de la rangée RD1. [0045] Pour limiter les chaînes de côtes et faciliter le montage de l'ensemble, l'actionneur A et les systèmes de liaison sont portés par le boîtier de commande 12 qui est fixé sur le carter 1. Ce boîtier 12 comprend une ou plusieurs pattes 12a de fixation au carter, par exemple par des moyens du type vis-écrou et comprend des moyens 13 de fixation du cylindre 10 de l'actionneur A. Le boîtier 12 comprend en outre des logements de montage des guignols 7, 8 et des orifices de montage des pivots 20, 21 d'articulation des guignols, voire d'un pivot 22 additionnel de guidage de la barre de synchronisation 9. Les axes d'articulation des pivots 20, 21 et des bras des guignols 7, 8 sont sensiblement parallèles. [0046] La translation de la tige de piston 11, par rentrée ou sortie vis-à-vis du cylindre 10, provoque une rotation du guignol 7 autour de l'axe de son pivot 20. Cette rotation va d'une part engendrer une translation du ridoir 6a et donc une rotation de l'anneau de commande 5 de la rangée RDE, ainsi qu'un déplacement de la barre de synchronisation 9. Cela entraîne une rotation du guignol 8 autour de l'axe de son pivot 21, qui va se traduire par une translation du ridoir 6b et donc une rotation de l'anneau de commande 5 de la rangée RDI. [0047] Dans l'exemple représenté à la figure 2, le bras 19 du guignol 7 est sensiblement plan. L'extrémité du bras 19 reliée à la tige de piston 11 est située dans un plan P qui passe sensiblement par le milieu de l'axe d'articulation de cette extrémité. Ce plan P passe également par l'extrémité opposée du bras 19 reliée au pivot 20. [0048] Cependant, dans certaines configurations répondant à des problèmes d'encombrement, le guignol de liaison du boîtier de commande 12 à la tige de piston 11 présente des extrémités articulées dans deux plans P et P' parallèles et espacés l'un de l'autre, comme cela est illustré à la figure 3. [0049] En fonctionnement, ce type de configuration entraîne des efforts importants dans le guignol 24 qui peut s'user rapidement voire se rompre. Une des causes principales de 7 cette usure est le moment engendré au niveau du pivot 20. En effet, la liaison pivot au boîtier de commande 12 reçoit un effort déporté par rapport à son centre de rotation situé au niveau du plan P'. [0050] L'invention propose une solution à cc problème dont un mode de réalisation est illustré aux figures 4 et 5. [0051] Dans cc mode de réalisation, le guignol 30 comporte un corps monobloc comportant : [0052] une première partie d'articulation 30a configurée pour être reliée au boîtier de commande 12, une deuxième partie d'articulation 30b configurée pour être reliée à la barre de synchronisation 9, une troisième partie d'articulation 30c configurée pour être reliée à la tige de piston 11 de l'actionneur A, et une quatrième partie d'articulation 30d configurée pour être reliée au ridoir 6a. [0053] La troisième partie 30e comporte une première patte 32 comportant un orifice 34 configuré pour recevoir l'axe 22 d'articulation de la tige de piston 11. Cette patte 32 s'étend dans le plan P qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'orifice 34. [0054] La première partie 30a comprend une portion tubulaire 38 qui est située à distance du plan Pet qui comporte un orifice 40 configuré pour recevoir un axe d'articulation du boîtier de commande 12 et qui forme le pivot 20 précité. [0055] Dans l'exemple représenté, le corps du guignol 30 comprend un bras 42 qui relie la portion tubulaire 38 à la patte 32. [0056] Le corps du guignol 30 comprend en outre des deuxième et troisième pattes 44, 46 sensiblement parallèles entre elles et au plan P. Ces pattes 44, 46 sont écartées l'une de l'autre et comportent des premiers orifices alignés de réception d'un axe 50 commun d'articulation du ridoir 6a, et des seconds orifices alignés de réception d'un autre axe 54 commun d'articulation de la barre de synchronisation 9. [0057] Les pattes 44, 46 s'étendent ici sur un même côté du corps et de la portion tubulaire 38. La patte 44 est située au-dessus de la patte 46 et passe sensiblement par l'extrémité supérieure de la portion tubulaire 38. La patte 44 passe sensiblement par le milieu de la portion tubulaire 38. [0058] On comprend donc que la portion tubulaire 38 a une longueur ou hauteur LI su- périeure à la distance L4 entre les pattes 44, 46. Cette distance L4 est choisie pour accueillir l'extrémité de la ban-e de synchronisation 9 ainsi que l'extrémité du ridoir 6a. Les mesures de LI et L4 sont faites le long de l'axe de l'orifice 40 ou de l'orifice 34. Ces distances sont visibles à la figure 5 qui montre également la distance L2 entre la portion tubulaire 38 et le plan P, mesurée de la même façon. Dans l'exemple re- 8 présenté, Ll > 2.E, L2 L4, E étant l'épaisseur de la patte 32 mesurée de la même façon. [0059] Un palier 60 est monté dans l'orifice 40 et est configure pour guider en rotation le pivot 20 du boîtier de commande 12. Cc palier 60 comporte deux roulements à aiguilles respectivement supérieur 62 et inférieur 64, qui sont situés respectivement au niveau supérieur et inférieur de l'orifice. [0060] L3 est la longueur de chacun des roulements à aiguilles 62, 64 mesurée de la façon évoquée dans ce qui précède. De préférence, L3 > L1/4 (c'est-à-dire à un quart de L1), et par exemple L3 > L1/3. [0061] Comme on le voit à la figure 4, le boîtier de commande 12 comprend un logement 56 de réception de la portion tubulaire 38 du guignol 30. Ce logement 56 est délimité par deux parois 56a, 56b du boîtier de commande 12 qui sont sensiblement parallèles et qui comprennent des orifices de montage du pivot 20. [0062] La paroi inférieure 56b est destinée à être située sensiblement au niveau du plan P et donc à être alignée avec la patte 32. Le pivot 20 traverse les orifices de la portion tubulaire 38 et des parois 56a, 56b. [0063] La figure 6 montre de manière schématique la diminution des efforts dans le guignol 30 grâce à l'invention. L correspond à la hauteur du guignol 30 et donc globalement à la somme des distances Ll et L2. La flèche F correspond à l'effort transmis par la tige de piston 11 du vérin, la flèche RA correspond à la réaction du guignol au niveau de l'extrémité supérieure de la portion tubulaire 38, et la flèche RB correspond à la réaction du guignol en fonction de la longueur Ll de la portion tubulaire 38. La diminution des efforts dans le guignol peut s'estimer via les équations d'équilibre suivantes: [0064] - RA = L2/L1 x F RB = L/LI x F [0065] On voit donc que plus L2 tend vers 0 et plus Ll tend vers L, plus les réactions sur le guignol diminuent. C'est ce vers quoi se rapproche la solution proposée avec le surdimensionnement de la portion tubulaire 38 qui entraîne une diminution de la distance L2. [0066] L'invention propose ainsi d'augmenter la hauteur de guidage du guignol et d'utiliser de préférence des roulements à aiguilles pour assurer un parfait guidage du guignol. 9 [Revendication 1] REVENDICATIONSGuignol (30) pour un dispositif de calage variable d'une turbomachine d'aéronef, ce guignol comportant un corps monobloc comportant une première partie d'articulation (30a) configurée pour être reliée à un boîtier de commande (12) du dispositif une deuxième partie d'articulation (30h) configurée pour être reliée à une barre dc synchronisation (9) du dispositif, une troisième partie d'articulation (30c) configurée pour être reliée à une tige de piston (11) d'un actionneur (A) du dispositif, et une quatrième partie d'articulation (30d) configurée pour être reliée à un ridoir (6a) du dispositif, la troisième partie (30e) comportant une première patte (32) qui comporte un premier orifice (34) configuré pour recevoir un axe (22) d'articulation de la tige de piston (11) et qui s'étend dans un plan P sensiblement perpendiculaire à l'axe de cet orifice, caractérisé en ce que : la première partie (30a) comprend une portion tubulaire (38) située à distance dudit plan P et comportant un second orifice (40) qui est configuré pour recevoir un axe d'articulation du boîtier de commande (12) et qui est sensiblement parallèle au premier orifice, et en ce que Ll > 2.E et L2 L1/4, dans lequel L3 est la longueur de chacun des roulements à aiguilles (62, 64) mesurée le long de l'axe du second orifice (40). Guignol (30) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la portion tubulaire (38) porte des deuxième et troisième pattes (44, 46) 10 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] sensiblement parallèles entre elles et audit plan P, ces pattes comportant des premiers orifices alignés de réception d'un axe (50) commun d'articulation dudit ridoir (6a), et des seconds orifices alignés de réception d'un autre axe (54) commun d'articulation de ladite barre de synchronisation (9). Guignol (30) selon la revendication 4, dans laquelle Ll > L4, dans lequel L4 est la distance entre les deuxième et troisième pattes (44, 46) mesurée le long de l'axe du second orifice (40). Dispositif de calage variable pour une turbomachine d'aéronef, comportant au moins un guignol (30) selon l'une des revendications précédentes. Dispositif selon la revendication précédente, pour la commande d'au moins deux rangées annulaires d'aubes (2) fixes, les aubes de chaque rangée étant réparties autour d'un axe à l'intérieur d'un carter (1) et comportant chacune à leur extrémité radialement externe un pivot (3) définissant un axe sensiblement radial de calage de l'aube, le dispositif comportant : un actionneur (A) comportant un cylindre (10) destiné à être fixé sur le carter et une tige de piston (11), des premier et second anneaux de commande (5) destinés à être montés rotatifs autour dudit carter, chaque anneau de commande étant destiné à être relié par des biellettes (4) aux pivots des aubes d'une desdites rangées, un boîtier de commande (12), un premier système de liaison comportant un premier guignol (30) tel que défini à l'une des revendications 1 à 5, ce premier guignol (30) étant articulé respectivement sur le boîtier de commande, sur la tige de piston, à une extrémité d'une barre de synchronisation (9), et à une extrémité d'un premier ridoir (6a) dont une extrémité opposée est articulée sur une chape (Sa) du premier anneau, et un second système de liaison comportant un second guignol (8) qui est articulé respectivement sur le boîtier de commande, sur une extrémité opposée de la barre de synchronisation, et sur une extrémité d'un second ridoir (6b) dont une extrémité opposée est articulée sur une chape (5b) du second anneau. 11 [Revendication 8] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le boîtier de commande (12) comprend un logement (56) de réception de la portion tubulaire (38) du premier guignol (30), ce logement étant délimité entre deux parois (56a, 56h) du boîtier de commande qui sont sensiblement parallèles et qui comprennent des orifices de montage dudit axe commun d'articulation du boîtier de commande, l'une (56h) de ces parois étant sensiblement située dans ledit plan P. [Revendication 9] Turbomachine d'aéronef, comportant au moins un dispositif selon l'une des revendications 6 à 8.