Brevet FR3112608A1 — publié le 20220121

L’invention concerne un banc d’essai (1) pour solliciter en torsion une pièce (100) d’une turbomachine d’aéronef, comprenant un système de reprise de couple (4), lui-même comprenant : - un guignol (10) solidaire en rotation de la pièce (100), - des galets (11) de support du guignol (10) et de guidage en rotation du guignol (10) autour dudit axe (X), - un portique (30) comportant deux montants verticaux (31) qui sont situés de chaque côté de la pièce (100), et - des bielles (20) de liaison du guignol (10) aux montants (31) du portique (30), chaque bielle (20) comportant une première extrémité (21) articulée sur le guignol (10) et une seconde extrémité (22) opposée articulée sur un des montants (31). L’invention concerne en outre un procédé de mise en œuvre d’un effort en torsion d’une pièce (100), telle qu’un arbre de turbomachine d’aéronef, au moyen d’un banc d’essai (1) tel que décrit précédemment. Figure pour l'abrégé : Figure 2 BANC D’ESSAI ET SON PROCÉDÉ DE MISE EN ŒUVRE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un banc d’essai et son procédé de mise en œuvre. Arrière-plan technique Lors de la réalisation d’essais partiels avec sollicitation en torsion de pièces de turboréacteurs, il est souvent nécessaire de pouvoir solliciter ces dernières en torsion pure, c’est-à-dire une sollicitation avec uniquement un moment suivant l’axe de rotation de la pièce. Pour cela, il est nécessaire de minimiser les efforts parasites transmis à la pièce tels que les efforts radiaux et axiaux. Un banc d’essai pour solliciter une pièce en torsion comprend un montage qui permet de tenir la pièce à tester, de fournir un couple et une reprise de couple ainsi qu’un dispositif de mesure du couple. Le banc d’essai comprend également une structure soutenant le montage et qui se compose généralement d’une taque au niveau du sol, de murs verticaux et d’un portique horizontal en hauteur. Le montage prend appui sur au moins certains éléments de cette structure au niveau de points d’appui. Or, ces éléments peuvent être de matériaux et de géométrie différents, entraînant des variations dans la raideur des éléments soutenant le montage. Lors des essais, les éléments vont ainsi subir des flexions, tractions et compressions différentes, rendant ainsi le fonctionnement du banc d’essai dissymétrique. En outre, même dans une configuration dans laquelle deux éléments de la structure seraient identiques, le positionnement des points d’appui du montage à des endroits différents des éléments, c’est-à-dire à des endroits des éléments présentant des raideurs différentes, peut également entraîner le même problème de dissymétrie du banc d’essai. Cette dissymétrie entraîne (ou au moins favorise) la génération d’efforts parasites dans le montage et rend en outre compliqué la maîtrise de ces efforts parasites. Les efforts parasites vont alors perturber la mesure du couple objet des essais qui peut notamment être surestimée, entraînant en particulier une minimisation de la durée de vie de la pièce obtenue durant l’essai. La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités. L’invention propose à cet effet un banc d’essai pour solliciter en torsion une pièce d’une turbomachine d’aéronef, comprenant : - une pièce à tester de forme générale allongée et ayant un axe d’allongement horizontal, - un système d’application d’un couple de rotation à la pièce autour dudit axe, - au moins un élément de guidage en rotation de la pièce autour dudit axe, et - un système de reprise du couple appliqué à la pièce autour dudit axe. Selon l’invention, ledit système de reprise de couple comprend : - un guignol solidaire en rotation de la pièce, - des galets de support du guignol et de guidage en rotation du guignol autour dudit axe, - un portique comportant deux montants verticaux qui sont situés de chaque côté de la pièce et qui sont traversés par un premier plan perpendiculaire audit axe et passant au niveau dudit guignol, et - des bielles de liaison du guignol aux montants du portique, chaque bielle comportant une première extrémité articulée sur le guignol et une seconde extrémité opposée articulée sur un des montants, les bielles étant articulées en des premiers points diamétralement opposés sur le guignol, et en des seconds points sur les montants, ces seconds points étant situés dans un second plan horizontal passant par ledit axe, les bielles étant parallèles et inclinées par rapport à ce second plan. L’invention prévoit ainsi d’obtenir un système de reprise de couple symétrique. En effet, le système de reprise de couple vient prendre appui sur les montants verticaux du portique, qui sont identiques, dans un même plan horizontal, c’est-à-dire à une même hauteur, par l’intermédiaire de bielles qui sont également identiques. La déformation des montants verticaux est alors symétrique, de valeur identique, ce qui permet de minimiser et contrôler les efforts parasites transmis pendant les essais, de manière à améliorer la précision des mesures et donc de manière à éviter une sous-estimation de la durée de vie de la pièce testée. Le banc d’essai, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : - les galets sont régulièrement répartis autour dudit guignol et dudit axe ; - le guignol a une forme générale circulaire et comprend deux oreilles diamétralement opposées sur lesquelles sont articulées lesdites bielles ; - les bielles sont au nombre de deux ; - les bielles sont articulées sur des équerres solidaires desdits montants, ces équerres étant identiques et situées dans ledit premier ou second plan ; - ledit au moins un élément de guidage comprend un ou plusieurs paliers à roulement ; - ledit au moins un élément de guidage comprend au moins un palier à rouleaux et au moins un palier à billes ; - les montants sont des murs qui sont montés l’un en face de l’autre ; - il comprend en outre un dispositif de mesure d’un couple appliqué sur la pièce autour dudit axe ; - la pièce est un arbre d’une turbomachine d’aéronef ; -- les bielles s’étendant dans ledit premier plan. La présente invention concerne également un procédé de mise en œuvre d’un effort en torsion d’une pièce de turbomachine d’aéronef, telle qu’un arbre de turbomachine d’aéronef, au moyen d’un banc d’essai tel que décrit précédemment. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques 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 très schématique en perspective d’une partie d’un banc d’essai selon l’invention ; et la figure 2 est une vue schématique en coupe d’un banc d’essai selon l’invention au niveau d’un système de reprise de couple. Description détaillée de l'invention La figure 1 représente une partie d’un banc d’essai 1 permettant de solliciter en torsion une pièce 100 d’une turbomachine d’aéronef. Le banc d’essai 1 comprend ainsi la pièce 100 à tester. La pièce 100 a une forme générale allongée et a un axe d’allongement horizontal X. La pièce 100 est par exemple un arbre de turbomachine d’aéronef. Le banc d’essai 1 comprend également un système d’application 2 d’un couple de rotation 5 à la pièce 100 autour de l’axe X. Le système d’application 2 se trouve à une extrémité de la pièce 100 sur l’axe X. Le banc d’essai 1 comprend également au moins un élément de guidage 3 en rotation de la pièce 100 autour de l’axe X. En outre, le banc d’essai 1 comprend également un système de reprise 4 du couple 5 appliqué à la pièce 100 autour de l’axe X. Le système de reprise 4 du couple se trouve en particulier à l’autre extrémité de la pièce 100 sur l’axe X, à l’opposé du système d’application 2. L’élément de guidage 3 se trouve par exemple sensiblement au milieu de la pièce 100 sur l’axe X, c’est-à-dire intercalé entre le système de reprise 4 du couple et le système d’application 2. L’élément de guidage 3, comprend un ou plusieurs paliers 6 à roulement. L’élément de guidage 3 comprend notamment au moins un palier à rouleaux 7 ou pivot glissant, qui permet ainsi un déplacement en translation selon l’axe X, par exemple de l’ordre du millimètre. L’élément de guidage 3 comprend ici trois paliers à rouleaux 7. L’élément de guidage 3 comprend en outre au moins un palier à billes 8 ou pivot. Le palier à billes 8 est ici positionné entre deux des paliers à rouleaux 7. Le banc d’essai 1 comprend en outre un dispositif de mesure (non représenté sur la figure) du couple 5 appliqué sur la pièce 100 autour de l’axe X. Comme représenté sur la figure 2, le système de reprise 4 du couple 5 comprend un guignol 10 solidaire en rotation de la pièce 100. Le guignol 10 s’étend dans un premier plan P perpendiculaire à l’axe X. Le guignol 10 a notamment une forme générale circulaire et comprend une partie circulaire 14 et deux oreilles 13. Les deux oreilles 13 sont diamétralement opposées et forment ainsi un axe W, perpendiculaire à l’axe X. Le système de reprise 4 du couple 5 comprend également des galets 11. Ces galets 11 servent d’une part de support du guignol 10, c’est-à-dire permettent de reprendre la masse du système et les efforts parasites minimisés. D’autre part, ces galets 11 permettent le guidage en rotation du guignol 10 autour de l’axe X. Ils s’étendent dans le premier plan P. Chaque galet 11 comprend un axe de rotation en son centre, l’axe étant parallèle à l’axe X. Les galets 11 se situent radialement à l’extérieur de la partie circulaire 14 du guignol 10 par rapport à l’axe X. Ils prennent appui radialement vers l’intérieur sur la partie circulaire 14 du guignol 10 par rapport à l’axe X. Les adjectifs intérieur et extérieur sont utilisés en référence à une direction radiale perpendiculaire à l’axe X de sorte que la partie intérieure (i.e. radialement intérieure) d'un élément est plus proche de l'axe X que la partie extérieure (i.e. radialement extérieure) du même élément. Les galets 11 sont régulièrement répartis autour du guignol 10 et de l’axe X, formant ainsi un angle β entre deux galets 11, par rapport à l’axe X. Les galets sont en particulier au nombre de trois, c’est-à-dire que l’angle β formé entre deux galets 11 autour de l’axe X est sensiblement de 120º. Le système de reprise 4 du couple 5 comprend en outre un portique 30 comportant deux montants verticaux 31 identiques qui sont situés de chaque côté de la pièce 100. Les montants verticaux 31 prennent notamment appui sur une taque 34 du système de reprise 4, située au niveau du sol. Les deux montants verticaux 31 sont traversés par le premier plan P perpendiculaire à l’axe X et passant au niveau du guignol 10. Les montants 31 sont en particulier des murs qui sont montés l’un en face de l’autre s’étendant parallèlement à l’axe X. Le système de reprise 4 du couple 5 comprend également des bielles 20 de liaison du guignol 10 aux montants 31 du portique 30. Le couple 5 transmis par le système d’application 2 à la pièce 100 va ainsi être transmis aux bielles 20 puis aux montants 31 du portique 30 par l’intermédiaire du guignol 10. Les bielles 20 sont en particulier au nombre de deux et sont identiques. Elles s’étendent dans le premier plan P. Chaque bielle 20 comporte une première extrémité 21 articulée sur le guignol 10 et une seconde extrémité 22 opposée articulée sur un des montants 31. Les bielles 20 sont articulées en des premiers points 12 diamétralement opposés sur le guignol 10. Plus précisément, les bielles 20 sont articulées sur les deux oreilles 13 du guignol 10. Les bielles 20 sont en outre articulées en des seconds points 32 sur les montants 31. Ces seconds points 32 sont situés dans un second plan Q horizontal. Le second plan Q passe par l’axe X et les seconds points 32. Les bielles 20 sont parallèles et inclinées par rapport à ce second plan Q, notamment d’un angle α. L’angle α est mesuré dans le premier plan P. Les bielles 20 sont ainsi identiques et s’étendent symétriquement par rapport à l’axe X ce qui permet notamment de distribuer les efforts de manière équivalente dans chacune des bielles 20. Les bielles 20 sont articulées sur des équerres 33 solidaires des montants 31, c’est-à-dire les équerres 33 sont fixées par au moins deux points sur les montants 31. Les équerres 33 sont identiques et sont situées dans ledit premier plan P, ou dans ledit second plan Q, ou encore au niveau de l’intersection de ces plans. Plus précisément, les deux points 32 d’ancrage des bielles 20 sont localisés à la même hauteur sur les montants 31, en particulier dans le second plan Q, ce qui entraîne une déformation identique de chaque montant 31 lors de l’application d’un couple 5 à la pièce 100, rendant ainsi le banc d’essai symétrique. De cette manière, il n’est pas nécessaire de connaître la raideur des montants 31. Les bielles 20 ont un angle d’inclinaison α minimal, ce qui permet notamment de limiter les effets parasites de traction et de compression des montants 31, permettant ainsi de s’approcher d’une flexion pure des montants verticaux. La déformation des montants 31 du système de reprise 4 lorsqu’un couple 5 est appliqué à la pièce 100 correspond ainsi à une flexion quasi-pure. Les bielles 20 et l’axe W formé par les oreilles 13 du guignol 10 forment un angle γ. Cet angle γ est notamment quasiment égal à 90º, ce qui minimise ainsi les efforts dans les bielles 20. En résumé, la transmission du couple dans le banc d’essai 1 de l’invention se fait de la façon suivante : Un couple 5 est appliqué à la pièce 100 par l’intermédiaire du système d’application 2. La pièce 100 est guidé par l’élément de guidage 3 et le couple 5 fourni est alors repris par le système de reprise 4. C’est en particulier le guignol 10, monté sur les galets 11 qui transmet le couple 5 aux bielles 20 par l’intermédiaire de ses oreilles 13. Les bielles 20 vont finalement transmettre le couple aux montants 31 du portique, notamment par l’intermédiaire d’équerres 33. Les montants verticaux 31, les équerres 33 et les bielles 20 sont respectivement identiques, plus précisément sont respectivement du même matériau et avec une même géométrie et sont situés dans le même premier plan P, ce qui permet notamment de ne pas avoir besoin de connaitre la raideur des éléments du banc d’essai étant donné qu’ils se déforment de la même valeur. En outre, l’immobilisation de la pièce 100 est réalisée notamment par l’intermédiaire des bielles 20 qui s’étendent parallèlement entre elles et qui sont fixées au niveau de seconds points 32 situés dans le même second plan Q passant par l’axe X, ce qui permet à l’invention de présenter un banc d’essai symétrique. Ces différentes caractéristiques permettent d’obtenir un fonctionnement symétrique du banc d’essai 1 au niveau du système de reprise du couple 4, permettant au banc d’essai 1 de l’invention de limiter et contrôler les efforts parasites qui pourraient être transmis et maximisés dans le montage, notamment au niveau des paliers 6 et/ou galets 11. La mesure du couple 5 est ainsi plus exacte et permet une meilleure estimation de la durée de vie de la pièce 100 lors de l’essai. La symétrie du banc d’essai de l’invention permet en outre de proposer un banc d’essai peu sensible aux réglages. En effet, étant donné que la reprise de couple est symétrique, la différence d’effort d’un côté par rapport à l’autre est quasi nulle. Par conséquent, l’effort résultant dans le centrage est très faible. Les défauts de positionnement et/ou de réglage des éléments permettent ainsi de ne pas faire transiter trop d’effort dans le centrage. L’invention permet en outre de s’appliquer à de nombreuses pièces 100 différentes, et en particulier de nombreuses pièces 100 de turbomachine d’aéronef. L’invention concerne aussi un procédé de mise en œuvre d’un effort en torsion de la pièce 100, telle qu’un arbre de turbomachine d’aéronef, au moyen du banc d’essai 1 tel que décrit précédemment. Banc d’essai (1) pour solliciter en torsion une pièce (100) d’une turbomachine d’aéronef, comprenant : - une pièce (100) à tester de forme générale allongée et ayant un axe d’allongement horizontal (X), - un système d’application (2) d’un couple de rotation (5) à la pièce (100) autour dudit axe (X), - au moins un élément de guidage en rotation (3) de la pièce (100) autour dudit axe (X), et - un système de reprise du couple (4) appliqué à la pièce (100) autour dudit axe (X), caractérisé en ce que ledit système de reprise de couple (4) comprend : - un guignol (10) solidaire en rotation de la pièce (100), - des galets (11) de support du guignol (10) et de guidage en rotation du guignol (10) autour dudit axe (X), - un portique (30) comportant deux montants verticaux (31) qui sont situés de chaque côté de la pièce (100) et qui sont traversés par un premier plan (P) perpendiculaire audit axe (X) et passant au niveau dudit guignol (10), et - des bielles (20) de liaison du guignol (10) aux montants (31) du portique (30), chaque bielle (20) comportant une première extrémité (21) articulée sur le guignol (10) et une seconde extrémité (22) opposée articulée sur un des montants (31), les bielles (20) étant articulées en des premiers points (12) diamétralement opposés sur le guignol (10), et en des seconds points (32) sur les montants (31), ces seconds points (32) étant situés dans un second plan (Q) horizontal passant par ledit axe (X), les bielles (20) étant parallèles et inclinées par rapport à ce second plan (Q). Banc d’essai (1) selon la revendication 1, dans lequel les galets (11) sont régulièrement répartis autour dudit guignol (10) et dudit axe (X). Banc d’essai (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le guignol (10) a une forme générale circulaire et comprend deux oreilles (13) diamétralement opposées sur lesquelles sont articulées lesdites bielles (20). Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bielles (20) sont au nombre de deux. Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bielles (20) sont articulées sur des équerres (33) solidaires desdits montants (31), ces équerres (33) étant identiques et situées dans ledit premier ou second plan (P, Q). Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un élément de guidage (3) comprend un ou plusieurs paliers à roulement (6). Banc d’essai (1) selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un élément de guidage (3) comprend au moins un palier à rouleaux (7) et au moins un palier à billes (8). Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les montants (31) sont des murs qui sont montés l’un en face de l’autre. Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre un dispositif de mesure d’un couple appliqué sur la pièce (100) autour dudit axe (X). Banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce (100) est un arbre d’une turbomachine d’aéronef. Procédé de mise en œuvre d’un effort en torsion d’une pièce (100) de turbomachine d’aéronef, telle qu’un arbre de turbomachine d’aéronef, au moyen d’un banc d’essai (1) selon l’une des revendications précédentes.