Brevet FR3123986A1 — publié le 20221216

L'invention porte sur un râteau de mesure pour une turbomachine d'aéronef comportant un demi-râteau supérieur et un demi-râteau inférieur, - l'arc de mesure (12.1) du demi-râteau supérieur comportant une gorge (17) de passage du bras (14.2) du demi-râteau inférieur, - au moins une plaquette de couplage (19) étant disposée entre une face latérale (20) de la gorge (17) du demi-râteau supérieur et une face (21) du bras (14.2) du demi-râteau inférieur situées en regard l'une de l'autre, - un jeu résiduel (23) existant à froid entre une face de la plaquette de couplage (19) et l'une des faces parmi: ladite face latérale (20) de la gorge (17) du demi-râteau supérieur ou la face (21) en regard du bras (14.2), - la plaquette de couplage (19) étant réalisée dans un matériau ayant un coefficient de dilatation plus important qu'un matériau dans lequel sont réalisés les demi-râteaux, de sorte que plus une température d'un flux d’air dans lequel est immergé le râteau de mesure augmente, plus le jeu résiduel (23) se réduit jusqu’à créer un couplage mécanique entre le demi-râteau supérieur et le demi-râteau inférieur. Figure 8 RÂTEAU DE MESURE A COUPLAGE VIBRATOIRE POUR UNE TURBOMACHINE D'AERONEF La présente invention porte sur un râteau de mesure à couplage vibratoire pour une turbomachine d'aéronef. Dans le cadre du développement des turbomachines, et en particulier de turbomachines pour aéronef, celles-ci subissent une pluralité de tests et d'essais permettant de vérifier et de valider d'une part, leur bon fonctionnement et d'autre part, leur capacité à maintenir leur intégrité et leurs performances. La validation de ces tests et essais permet d'obtenir une certification autorisant leur mise en service. Il est en particulier réalisé lors de ces tests et essais des mesures de certains paramètres de flux aérodynamique, tels que la pression et la température, au moyen d'un dispositif de mesure. Ce dispositif de mesure est connu généralement sous le nom de mesureur intrusif car il est immergé dans le flux d'air à mesurer. Il en existe différents types qui sont adaptés à mesurer un ou plusieurs paramètres du flux et qui sont généralement installés dans une ou plusieurs zone(s) précise(s) de la turbomachine où circule le flux aérodynamique à mesurer, telles que des zones d'une veine aérodynamique. Ces différentes zones sont communément appelées "plan de mesure". En effet, le flux aérodynamique circulant dans une veine de la turbomachine présente des caractéristiques différentes dans diverses zones de la veine, par exemple au niveau de la zone centrale de celle-ci, le long des parois délimitant la veine, en amont d'aubes de stator, etc. Plusieurs dispositifs peuvent donc être nécessaires pour obtenir une cartographie complète des paramètres du flux dans la veine. La illustre différents plans de mesure d'une turbomachine 1 référencés PL et suivis d'un numéro d'identification. En particulier, des mesureurs de type "râteaux" sont installés sur le plan PL130, au niveau d'un carter intermédiaire de la turbomachine. Ces râteaux bi-arcs en acier présentent une architecture complexe due aux conditions d’implantation sur le carter moteur. En l'occurrence, comme cela est montré sur la , chaque râteau de mesure 2 comporte deux parties 3.1, 3.2, appelées "demi-râteaux", ayant chacun un arc de mesure 4.1, 4.2 muni d'une pluralité de buses de mesure 5 et supporté par un bras 6.1, 6.2 indépendant. On distingue un demi-râteau supérieur 3.1 comportant un arc de mesure 4.1 et un bras 6.1 muni d'une embase de fixation 7.1. Un demi-râteau inférieur 3.2 comporte un arc de mesure 4.2 et un bras 6.2 muni d'une embase de fixation 7.2. Les embases de fixation 7.1, 7.2 permettent d'assurer la fixation des demi-râteaux 3.1, 3.2 sur un carter de la turbomachine. Le corps des demi-râteaux 3.1, 3.2 est creux pour permettre un cheminement de lignes d'instrumentation (non représentées). La montre un exemple de jeu de quatre râteaux de mesure 2 présentant des tailles différentes pour obtenir un maillage du flux d’air dans lequel sont réalisées les mesures. Pour être exploités sans risque, les râteaux de mesure doivent pouvoir résister aux sollicitations mécaniques de la turbomachine, en particulier les sollicitations d’origine vibratoire. A ce titre, les modes propres des râteaux de mesure sont étudiés et leurs fréquences d’apparition sont calculées de façon à être positionnées en dehors des régimes de fonctionnement de référence de la turbomachine. On cherche, par exemple, à éviter les phénomènes de résonnance sur le régime de ralenti ou le régime de croisière de la turbomachine, afin de prévenir tout risque de détérioration des râteaux de mesure pouvant impacter leur capacité de mesure et engendrer des interférences de débris avec la turbomachine. Pour surveiller le comportement vibratoire d'un râteau de mesure, ce dernier est équipé de jauges d’extensométrie. A l’aide d’une analyse de post-traitement effectuée par transformée de Fourrier, il est possible de suivre le niveau de contrainte dynamique instantané du râteau de mesure qui est comparé avec un seuil limite SL. Le seuil limite SL correspond à une limite d’endurance vibratoire admissible pour le râteau de mesure. S’il est dépassé de manière prolongée au cours d'un essai, il existe un risque d’endommagement et de ruine de la structure mécanique du râteau de mesure. La montre qu'un râteau de mesure est sujet à de fortes réponses vibratoires d’origine aéroélastique sur un mode propre, dit "mode 1F", engendrant une déformation tangentielle. La montre que la contrainte maximale Cmax subie par le râteau est d’intensité variable en fonction de la position azimutale sur laquelle le râteau a été monté au niveau du carter moteur. La contrainte Cmax dépasse le seuil limite SL pour certaines positions azimutales du râteau de mesure. L'invention vise notamment à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un râteau de mesure pour une turbomachine d'aéronef comportant: - un demi-râteau supérieur comprenant un arc de mesure muni d'une pluralité de buses de mesure et un bras portant l'arc de mesure à une extrémité, et - un demi-râteau inférieur comprenant un arc de mesure muni d'une pluralité de buses de mesure et un bras portant l'arc de mesure à une extrémité, - l'arc de mesure du demi-râteau supérieur comportant une gorge de passage du bras du demi-râteau inférieur, - au moins une plaquette de couplage étant disposée entre une face latérale de la gorge du demi-râteau supérieur et une face du bras du demi-râteau inférieur situées en regard l'une de l'autre, - un jeu résiduel existant à froid entre une face de la plaquette de couplage et l'une des faces parmi: ladite face latérale de la gorge du demi-râteau supérieur ou la face en regard du bras du demi-râteau inférieur, - la plaquette de couplage étant réalisée dans un matériau ayant un coefficient de dilatation plus important qu'un matériau dans lequel sont réalisés les demi-râteaux, de sorte que plus une température d'un flux d’air dans lequel est immergé le râteau de mesure augmente, plus le jeu résiduel se réduit jusqu’à créer un couplage mécanique entre le demi-râteau supérieur et le demi-râteau inférieur. L’invention permet ainsi de réaliser un couplage mécanique actif des deux demi-râteaux en tirant profit du champ de température et des propriétés de dilatation des matériaux utilisés. Le couplage mécanique à haute température entre les deux demi-râteaux renforce la structure mécanique du demi-râteau inférieur de façon à augmenter la valeur de la fréquence propre engendrant une déformation tangentielle. Le râteau peut alors être exploité en toute sécurité sans risque de casse et sans limitation de plages de fonctionnement de la turbomachine. En outre, l'invention n'augmente pas l’obstruction du flux d’air et n'implique aucune modification d'une cinématique de montage et de démontage du râteau de mesure sur le carter de la turbomachine. Selon une réalisation de l'invention, ledit râteau de mesure comporte deux plaquettes de couplage disposées de part et d'autre du bras du demi-râteau inférieur. Selon une réalisation de l'invention, le demi-râteau supérieur et le demi-râteau inférieur sont réalisés en acier. Selon une réalisation de l'invention, la plaquette de couplage est réalisée en aluminium. Selon une réalisation de l'invention, la plaquette de couplage est fixée, notamment par collage ou soudage, sur la face latérale de la gorge du demi-râteau supérieur. Selon une réalisation de l'invention, la plaquette de couplage est fixée, notamment par collage ou soudage, sur la face du bras du demi-râteau inférieur. Selon une réalisation de l'invention, le bras du demi-râteau inférieur et le bras du demi-râteau supérieur sont creux pour le passage de lignes d'instrumentation. Selon une réalisation de l'invention, une longueur du bras du demi-râteau inférieur est plus grande qu'une longueur du bras du demi-râteau supérieur. L'invention concerne en outre un ensemble comportant un râteau de mesure tel que précédemment défini, et une turbomachine d'aéronef ayant un carter sur lequel est fixé ledit râteau de mesure. Selon une réalisation de l'invention, les demi-râteaux sont fixés sur une plaque montée sur une pièce intermédiaire destinée à être montée sur le carter par l'intermédiaire d'un bossage. La présente invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentées à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles: La , déjà décrite, est une vue en coupe partielle d'une turbomachine d'aéronef illustrant différents plans de mesure dans lesquels sont effectués des relevés de pression et de température; La , déjà décrite, montre un râteau de mesure selon l'état de la technique utilisé pour effectuer des mesures de pression et de température dans un plan de mesure; La , déjà décrite, montre un jeu de râteaux de mesure présentant des tailles différentes pour obtenir un maillage du flux d’air dans lequel sont réalisées des mesures de pression et de température; La , déjà décrite, est une cartographie de déplacement modale obtenue pour un râteau de mesure selon l'état de la technique; La , déjà décrite, est une représentation azimutale de contraintes subies lors d'un essai par un râteau de mesure selon l'état de la technique; La est une vue en perspective éclatée d'un râteau de mesure selon l'invention et de son système de fixation sur un carter d'une turbomachine; La est une vue en perspective d'un râteau de mesure sans plaquette de couplage entre les deux demi-râteaux de mesure; La est une vue en perspective illustrant un positionnement de plaquettes de couplage entre les deux demi-râteaux de mesure; La est une cartographie de déplacement modale obtenue pour un râteau de mesure selon la présente invention; La est une vue en perspective et en coupe d'un système de fixation d'un râteau de mesure sur un carter d'une turbomachine. Sur les figures 6 et suivantes, les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Par ailleurs, dans la suite de la description, les termes relatifs du type "supérieur" ou "inférieur" sont entendus par référence à une orientation d'un râteau de mesure montré sur les figures correspondant à une position d'utilisation à l'intérieur d'une turbomachine. Par ailleurs, les termes "demi-râteaux" sont utilisés pour distinguer les deux éléments constituant le râteau de mesure mais en aucun cas ces deux demi-râteaux présentent des dimensions identiques. Les figures 6 et 7 montrent un râteau de mesure 10 pour une turbomachine d'aéronef comportant un demi-râteau supérieur 11.1 et un demi-râteau inférieur 11.2. Avantageusement, le demi-râteau supérieur 11.1 et le demi-râteau inférieur 11.2 sont réalisés en acier. Le demi-râteau supérieur 11.1 comprend un arc de mesure 12.1 muni d'une pluralité de buses de mesure 13. Un bras 14.1 porte l'arc de mesure 12.1 à une extrémité et est muni d'une embase de fixation 15.1 à son autre extrémité. L'arc de mesure 12.1 s'étend transversalement par rapport à une direction d'extension longitudinale du bras 14.1. L'arc de mesure 12.1 présente une forme légèrement courbe, car la ligne passant par le centre des différentes buses de mesure 13 décrit un arc de cercle. Les buses de mesure 13 du demi-râteau supérieur 11.1 intègrent des capteurs de mesure de pression et de température. Le bras 14.1 du demi-râteau supérieur 11.1 est creux pour permettre un cheminement de lignes d'instrumentation comportant des torons 41 de fils électriques visibles en . De façon analogue, le demi-râteau inférieur 11.2 comprend un arc de mesure 12.2 muni d'une pluralité de buses de mesure 13. Un bras 14.2 porte l'arc de mesure 12.2 à une extrémité et est muni d'une embase de fixation 15.2 à son autre extrémité. L'arc de mesure 12.2 présente une forme légèrement courbe car la ligne passant par le centre des différentes buses de mesure 13 décrit un arc de cercle. Les buses de mesure 13 du demi-râteau inférieur 11.2 intègrent des capteurs de mesure de pression et de température. Le bras 14.2 du demi-râteau inférieur 11.2 est creux pour permettre un cheminement de lignes d'instrumentation. Le bras 14.2 du demi-râteau inférieur 11.2 est plus long que le bras 14.1 du demi-râteau supérieur 11.1. Il est ainsi possible d'effectuer des mesures suivant deux rayons de niveaux différents dans le flux d'air. Comme on peut le voir sur la , l'arc de mesure 12.1 du demi-râteau supérieur 11.1 comporte une gorge 17 permettant un passage du bras 14.2 du demi-râteau inférieur 11.2. Le râteau de mesure 10 comporte deux plaquettes de couplage 19 disposées de part et d'autre du bras 14.2 du demi-râteau inférieur 11.2, tel que cela est montré sur la . En l'occurrence, une plaquette de couplage 19 est disposée entre une face latérale 20 de la gorge 17 du demi-râteau supérieur 11.1 et une face 21 du bras 14.2 du demi-râteau inférieur 11.2 situées en regard l'une de l'autre. Une plaquette de couplage 19 est réalisée dans un matériau ayant un coefficient de dilatation plus important que le matériau dans lequel sont réalisés les demi-râteaux 11.1, 11.2. Avantageusement, une plaquette de couplage 19 est réalisée en aluminium. Une plaquette de couplage 19 pourra présenter une forme parallélépipédique ou toute autre forme adaptée à l'application. Dans l'exemple représenté, une plaquette de couplage 19 est fixée sur la face latérale 20 de la gorge 17 du demi-râteau supérieur 11.1. Un jeu résiduel 23 existe à froid, c’est-à-dire à température ambiante, entre une face de la plaquette de couplage 19 et la face 21 en regard du bras 14.2. Une plaquette de couplage 19 est de préférence fixée par collage sur la face latérale 20 de la gorge 17. Toutefois, une plaquette de couplage 19 pourrait alternativement être fixée par soudage ou toute autre technique de fixation adaptée à l'application. Dans la zone de fixation des plaquettes de couplage 19, le bras inférieur 14.2 présente une section réduite par rapport au reste du bras 14.2. En variante, une plaquette de couplage 19 peut être fixée sur une face 21 du bras inférieur 14.2. Le jeu résiduel 23 existe alors entre la face de la plaquette de couplage 19 et la face latérale 20 de la gorge 17. Le jeu résiduel 23 à froid permet de garantir la montabilité des demi-râteaux 11.1, 11.2 sur le carter de la turbomachine. En outre, à froid, les bras 14.1, 14.2 des demi-râteaux 11.1, 11.2 sont indépendants mécaniquement l’un de l’autre. Suivant un exemple de réalisation, la plaquette de couplage 19 présente une épaisseur comprise entre 1mm et 2mm et le jeu résiduel 23 est faible de l'ordre du micromètre (10 -6 m). Un couplage mécanique actif des deux demi-râteaux 11.1, 11.2 est réalisé en tirant profit du champ de température et des propriétés de dilatation des matériaux utilisés. En effet, plus une température d'un flux d’air dans lequel est immergé le râteau de mesure 10 augmente avec un régime de la turbomachine, plus le jeu résiduel 23 se réduit jusqu’à créer un couplage mécanique entre le demi-râteau supérieur 11.1 et le demi-râteau inférieur 11.2. Ainsi, lorsque la température du flux d'air augmente, les bras 14.1, 14.2 des deux demi-râteaux 11.1, 11.2 sont solidarisés par frottement via l'effet de serrage des deux plaquettes de couplage 19 dilatées situées de part et d'autre du bras inférieur 14.2. En référence avec la cartographie de déplacement modale de la , la raideur globale de la structure du râteau de mesure 10 est augmentée en configuration couplée. Avec l'invention, la portion du bras 14.2 entrant en vibration s'étend depuis l'arc de mesure supérieur alors qu’avec un râteau de mesure standard la portion du bras 14.2 entrant en vibration s'étend depuis l’embase de fixation 15.2 du demi-râteau inférieur 11.2 (cf. ). Grâce à l'invention, la valeur de la fréquence propre du "mode 1F" augmente de l’ordre de 50%, ce qui a pour effet de réduire drastiquement la réponse aéroélastique du râteau de mesure 10. En effet, la fréquence propre du "mode 1F" est de 400Hz pour deux demi-râteaux 11.1, 11.2 indépendants et de 590 Hz pour deux demi-râteaux 11.1, 11.2 couplés mécaniquement via les plaquettes de couplage 19. Le râteau de mesure 10 peut ainsi assurer la mesure et l’acquisition des grandeurs physiques de pression et température sans limitation de plages de fonctionnement moteur. En outre, il n'existe plus de risque de détérioration de la turbomachine, dans la mesure où le risque de libérer des débris de mesureurs destructeurs par défaillance vibratoire est écarté. On détaille ci-après, en référence avec les figures 6 et 10, un mode de fixation du râteau de mesure 10 sur un carter 26 d'une turbomachine d'aéronef. Les demi-râteaux 11.1, 11.2 sont fixés sur une plaque 28 montée sur une pièce intermédiaire 29 destinée à être montée sur le carter 26 par l'intermédiaire d'un bossage 30. Le bossage 30 pourra être un bossage rapporté lié mécaniquement au carter 26 ou être usiné directement dans le carter 26. Plus précisément, la pièce intermédiaire 29 est munie de trous 31 de passage de vis de fixation 32. Les trous 31 sont ménagés chacun à une extrémité de la pièce intermédiaire 29. Les vis 32 sont destinées à être vissées dans un trou taraudé 33 du bossage 30. Un joint d'étanchéité 34 est interposé entre le bossage 30 et la pièce intermédiaire 29 globalement en forme de oméga. En outre, la plaque 28 est fixée sur la pièce intermédiaire 29 au moyen de vis de fixation 35 insérées à l'intérieur de trous 36 correspondants ménagés dans la pièce intermédiaire 29. Un joint 37 est disposé entre la plaque 28 et la pièce intermédiaire 29. Une embase de fixation 15.1, 15.2 est insérée à l'intérieur d'une ouverture traversante 38 managée dans la pièce intermédiaire 29 et est fixée sur la plaque 28. A cet effet, une embase 15.1, 15.2 comporte deux trous de fixation 39 destinés à recevoir chacun une vis de fixation 40 vissée sur la plaque 28. L'ouverture ménagée dans le carter 26 est étroite, de sorte que les deux demi-râteaux 11.1, 11.2 doivent être insérés l’un après l’autre, puis assemblés au niveau de leur embase de fixation 15.1, 15.2. Les bras 14.1, 14.2 sont creux pour le passage de torons 41 de fils électriques. En variante, il est possible d'utiliser une seule plaquette de couplage 19, le bras 14.2 venant alors en appui direct contre l'autre face de la gorge 17 dépourvue de plaquette de couplage 19. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En outre, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association. Râteau de mesure (10) pour une turbomachine d'aéronef comportant: - un demi-râteau supérieur (11.1) comprenant un arc de mesure (12.1) muni d'une pluralité de buses de mesure (13) et un bras (14.1) portant l'arc de mesure (12.1) à une extrémité, et - un demi-râteau inférieur (11.2) comprenant un arc de mesure (12.2) muni d'une pluralité de buses de mesure (13) et un bras (14.2) portant l'arc de mesure (12.2) à une extrémité, caractérisé en ce que l'arc de mesure (12.1) du demi-râteau supérieur (11.1) comporte une gorge (17) de passage du bras (14.2) du demi-râteau inférieur (11.2), - au moins une plaquette de couplage (19) étant disposée entre une face latérale (20) de la gorge (17) du demi-râteau supérieur (11.1) et une face (21) du bras (14.2) du demi-râteau inférieur (11.2) situées en regard l'une de l'autre, - un jeu résiduel (23) existant à froid entre une face de la plaquette de couplage (19) et l'une des faces parmi: ladite face latérale (20) de la gorge (17) du demi-râteau supérieur (11.1) ou la face (21) en regard du bras (14.2) du demi-râteau inférieur (11.2), - la plaquette de couplage (19) étant réalisée dans un matériau ayant un coefficient de dilatation plus important qu'un matériau dans lequel sont réalisés les demi-râteaux (11.1, 11.2), de sorte que plus une température d'un flux d’air dans lequel est immergé le râteau de mesure (10) augmente, plus le jeu résiduel (23) se réduit jusqu’à créer un couplage mécanique entre le demi-râteau supérieur (11.1) et le demi-râteau inférieur (11.2). Râteau de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux plaquettes de couplage (19) disposées de part et d'autre du bras du demi-râteau inférieur (11.2). Râteau de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le demi-râteau supérieur (11.1) et le demi-râteau inférieur (11.2) sont réalisés en acier. Râteau de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette de couplage (19) est réalisée en aluminium. Râteau de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaquette de couplage (19) est fixée, notamment par collage ou soudage, sur la face latérale (20) de la gorge (17) du demi-râteau supérieur (11.1). Râteau de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaquette de couplage (19) est fixée, notamment par collage ou soudage, sur la face (21) du bras (14.2) du demi-râteau inférieur (11.2). Râteau de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bras (14.2) du demi-râteau inférieur (11.2) et le bras (14.1) du demi-râteau supérieur (11.1) sont creux pour le passage de lignes d'instrumentation. Râteau de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une longueur du bras (14.2) du demi-râteau inférieur (11.2) est plus grande qu'une longueur du bras (14.1) du demi-râteau supérieur (11.1). Ensemble comportant un râteau de mesure (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes, et une turbomachine d'aéronef ayant un carter (26) sur lequel est fixé ledit râteau de mesure (10). Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que les demi-râteaux (11.1, 11.2) sont fixés sur une plaque (28) montée sur une pièce intermédiaire (29) destinée à être montée sur le carter (26) par l'intermédiaire d'un bossage (30).