Brevet FR3123437A1 — publié le 20221202

La présente invention porte sur un mesureur intrusif (10) pour une turbomachine d'aéronef comportant: - un corps allongé (11) comportant une pluralité de buses de mesure (12), et - une platine de fixation (13) montée autour d'une embase (15) dudit corps allongé (11), ladite platine de fixation (13) comportant une interface de fixation (16) sur un carter d'une turbomachine, - le corps allongé (11) étant réalisé dans un matériau céramique et la platine de fixation (13) étant réalisée dans un matériau métallique. Figure 5 MESUREUR INTRUSIF HYBRIDE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF A FREQUENCES PROPRES ELEVEES La présente invention porte sur un mesureur intrusif hybride pour turbomachine d'aéronef à fréquences propres élevées. Dans le cadre du développement des 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, la température et/ou l'accélération au moyen d'un dispositif de mesure. Ce dispositif de mesure est connu généralement sous le nom de mesureur intrusif car ils sont immergés 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 une cartographie complète des paramètres du flux dans la veine. La illustre différents plans de mesure d'une turbomachine d'aéronef 1 référencés PL et suivis d'un numéro d'identification. Un mesureur intrusif 2 classique de type "peigne" montré sur la et décrit dans le document FR3072169 est doté de différentes prises de mesures radiales. Les mesures de pression et de température sont réalisées simultanément à différentes valeurs de rayon dans le flux d’air. Les prises de mesure sont carénées sur le bord d’attaque du peigne par l’intermédiaire de buses 3. En termes de conception, les mesureurs intrusifs doivent notamment répondre à deux contraintes antagonistes, à savoir - une contrainte aérodynamique imposant au mesureur d'être le plus transparent possible pour ne pas biaiser les caractéristiques de l’écoulement d’air à mesurer ainsi que pour éviter d'altérer les performances de la turbomachine, et - une contrainte de dimensionnement mécanique imposant au mesureur de résister aux sollicitations statiques et vibratoires issues de l’environnement de la turbomachine. La géométrie du mesureur doit donc être optimisée de façon à obstruer le flux d’air le moins possible, tout en assurant sa sureté de fonctionnement et celle du moteur. En cas de défaillance mécanique, toute perte de composant dans le flux d’air peut induire des dommages importants à la turbomachine. Comme cela est illustré par la , l’optimisation aérodynamique des mesureurs conduit à les affiner aux limites des critères de dimensionnement et à les doter de profils 4 de section aérodynamique dite de type "NACA". L’expérience en essai montre que ce type de mesureur a une propension aux couplages vibratoires d’origine aéroélastique. Pour surveiller le comportement vibratoire des mesureurs, ces derniers sont équipés 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 peigne, et on le compare à un seuil limite SL. Le seuil limite SL correspond à une limite d’endurance vibratoire admissible pour le mesureur. 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 mesureur. En pratique, on observe régulièrement en essai une réponse vibratoire sur le 1er mode de flexion tangentielle du mesureur au-delà du seuil limite d'endurance vibratoire. La illustre le dépassement du seuil limite d'endurance vibratoire SL lors d'un phénomène de flottement aéroélastique (cf. zone Z_flot). L’impact sur la campagne d’essai peut être conséquent, dans la mesure où certains régimes de fonctionnement de la turbomachine peuvent être interdits pour assurer la sureté de fonctionnement du moteur. L'invention vise notamment à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un mesureur intrusif pour une turbomachine d'aéronef comportant: - un corps allongé comportant une pluralité de buses de mesure, et - une platine de fixation montée autour d'une embase dudit corps allongé, ladite platine de fixation comportant une interface de fixation sur un carter d'une turbomachine, - le corps allongé étant réalisé dans un matériau céramique et la platine de fixation étant réalisée dans un matériau métallique. L’invention permet ainsi, en utilisant un corps en céramique, de réduire l’empreinte aérodynamique du mesureur dans les veines de la turbomachine tout en sécurisant leur tenue mécanique. L'invention permet d'explorer sans risque l'ensemble des plages de régimes de fonctionnement du moteur. En effet, à iso-géométrie par rapport à un mesureur réalisé intégralement en métal, l’introduction de la céramique permet d’obtenir des fréquences propres deux fois plus élevées. On évite ainsi le risque de résonnance vibratoire lors des tests. En outre, à iso-marge de dimensionnement mécanique vibratoire, l’introduction de la céramique permet de diviser par deux l’obstruction du mesureur dans le flux d’air du moteur. Etant donné que le flux d’air à mesurer est moins perturbé, les incertitudes de mesure s’en trouvent réduites. Dans le cas particulier d'applications à très haute température, notamment à partir de 1000°C, correspondant à un positionnement du mesureur en sortie de la chambre de combustion ou à l'endroit d'une turbine haute pression, l'invention permet de s’affranchir de la mise en place de dispositifs de refroidissement encombrants et difficiles à mettre en œuvre sur un moteur. Par ailleurs, la platine de fixation en métal permet de résister aux sollicitations mécaniques de serrage lors du montage du mesureur sur le carter de la turbomachine. De telles sollicitations mécaniques ne seraient pas supportables par un mesureur réalisé entièrement en céramique qui risquerait de se fissurer lors d'un serrage. Selon une réalisation de l'invention, un matériau de remplissage est disposé à l'intérieur d'un interstice s'étendant entre une face interne de la platine de fixation et une face externe de l'embase du corps allongé. Selon une réalisation de l'invention, le matériau de remplissage est choisi parmi un élastomère rigide, tel que le flexane (marque déposée), ou du ciment. Selon une réalisation de l'invention, le corps allongé présente une forme de dépouille à l'endroit de l'embase. Selon une réalisation de l'invention, un joint d'étanchéité est positionné entre la platine de fixation et le corps allongé. Selon une réalisation de l'invention, le type de matériau de remplissage et le type de joint d'étanchéité choisis dépendent d'une température d'un environnement de la turbomachine dans lequel est destiné à être disposé le mesureur. Selon une réalisation de l'invention, la platine de fixation est formée par deux demi-coquilles assemblées entre elles. Selon une réalisation de l'invention, ledit mesureur intrusif comporte un dispositif d'indexage en position des deux demi-coquilles l'une par rapport à l'autre. Selon une réalisation de l'invention, le dispositif d'indexage comporte un pion issu d'une des demi-coquilles destiné à coopérer avec un logement réalisé dans l'autre demi-coquille. Selon une réalisation de l'invention, ledit mesureur intrusif comporte un chapeau venant coiffer la platine de fixation de façon à fermer l'interstice s'étendant entre la face interne de la platine de fixation et la face externe de l'embase du corps allongé. 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 mesureur intrusif selon l'état de la technique utilisé pour effectuer des mesures de pression et de température dans un plan de mesure; La , déjà décrite, est une vue de dessus d'un exemple de mesureur intrusif profilé; La , déjà décrite, est une représentation graphique, en fonction d'un régime d'une turbomachine, d'un niveau de contrainte subi par un mesureur intrusif lors d'un essai: La est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mesureur intrusif selon la présente invention; La est une vue en perspective éclatée de la zone de liaison entre le corps et la platine de fixation du mesureur intrusif selon l'invention; La est une vue en perspective assemblée de la zone de liaison entre le corps et la platine de fixation du mesureur intrusif selon l'invention. Sur les figures 5 et suivantes, les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Les figures 5 à 7 montrent un mesureur intrusif 10 pour une turbomachine d'aéronef comportant un corps allongé 11 comportant une pluralité de buses de mesure 12. Le corps 11 s'étend suivant un axe longitudinal X. Chaque buse de mesure 12 s'étend en saillie radiale par rapport à l'axe X du corps 11. Ces buses de mesure 12 intègrent des capteurs de mesure de pression et de température. Le corps 11 est creux pour permettre un cheminement de lignes d'instrumentation (non représentées) à l'intérieur du corps 11. Le corps 11 est réalisé dans un matériau céramique. Le corps 11 est réalisé avantageusement en alumine (Al 2 O 3 ) ou tout autre matériau céramique adapté à l'application. Le corps 11 pourra être obtenu par fabrication additive par un procédé de stéréolithographie. Le mesureur 10 comporte en outre une platine de fixation 13 montée autour d'une embase 15 du corps 11. L'embase 15 est située à une extrémité du corps 11. La platine de fixation 13 comporte une interface de fixation 16 sur un carter de turbomachine. L'interface de fixation 16 comporte deux oreilles 18 s'étendant en saillie radiale par rapport à l'axe X. Chaque oreille 18 est munie d'un trou de passage d'une vis de fixation sur le carter. En variante, l'interface de fixation 16 pourra bien entendu comporter un nombre différent d'oreilles de fixation 18. La platine de fixation 13 est réalisée dans un matériau métallique, notamment en acier. La platine de fixation 13 pourra être obtenue par usinage conventionnel. De préférence, comme on peut le voir sur les figures 6 et 7, la platine de fixation 13 est formée par deux demi-coquilles 19.1, 19.2 assemblées entre elles. A cet effet, les deux demi-coquilles 19.1, 19.2 sont disposées de part et d'autre de l'embase 15 et des vis 20 sont insérées dans un logement 21 d'une des demi-coquilles de façon à coopérer avec un trou taraudé de l'autre demi-coquille. Les vis 20 pourront présenter une orientation orthoradiale par rapport à l'axe X. Les vis 20 utilisées pourront par exemple être des vis à tête cylindrique hexagonale creuse (CHc) ou tout autre type de vis adapté à l'application. Chaque demi-coquille 19.1, 19.2 pourra comporter une oreille de fixation 18. Comme cela est montré sur la , le mesureur 10 comporte un dispositif d'indexage 23 en position des deux demi-coquilles 19.1, 19.2 l'une par rapport à l'autre. Le dispositif d'indexage 23 comporte un pion 24 issu d'une des demi-coquilles 19.1, 19.2 destiné à coopérer avec un logement 25 réalisé dans l'autre demi-coquille 19.1, 19.2. Le pion d'indexage 24 pourra être réalisé dans une patte saillante 28 d'une demi-coquille 19.1, 19.2 destinée à coopérer avec une creusure 29 de forme correspondante ménagée dans l'autre demi-coquille 19.1, 19.2. Une telle configuration permet de s'assurer d'un positionnement correct des deux demi-coquilles 19.1, 19.2 l'une par rapport à l'autre avant d'effectuer le vissage des vis de fixation 20. Par ailleurs, comme on peut le voir sur la , un matériau de remplissage 30 est disposé à l'intérieur d'un interstice 31 s'étendant entre une face interne de la platine de fixation 13 et une face externe de l'embase 15 du corps 11. Cela permet d'assurer la transmission des efforts entre le corps 11 et la platine de fixation 13 sans risque de concentration de contrainte. Le matériau de remplissage 30 permet en outre d’épouser les aspérités de la céramique et du métal. Le matériau de remplissage 30 est choisi parmi un élastomère rigide, tel que le flexane (marque déposée), ou du ciment. Le corps 11 présente avantageusement une forme de dépouille à l'endroit de l'embase 15. Autrement dit, l'embase 15 présente une forme évasée lorsque l'on se déplace d'une extrémité située du côté des buses 12 vers une extrémité libre de l'embase 15. La platine de fixation 13 pourra comporter une face interne de forme tronconique correspondante. Ainsi, en cas de défaillance de la liaison mécanique entre le corps 11 et la platine de fixation 13 réalisée via le produit de remplissage, le corps 11 ne peut pas tomber dans le flux d’air du moteur. Un joint 34 est positionné entre la platine de fixation 13 et le corps 11. Un tel joint 34 permet d'assurer l’étanchéité lors de l’opération de remplissage de l’interstice 31 par le matériau de remplissage 30. Le joint 34 est disposé à l'intérieur d'une gorge 35 ménagée dans le corps 11 et visible en . Le joint 34 est destiné à être disposé sous une collerette 37 d'orientation radiale ménagée dans la platine de fixation 13. Le joint 34 est choisi parmi un joint torique élastomère ou un joint cordelette de type triton (marque déposée). Le type de matériau de remplissage 30 et le type de joint 34 choisis dépendent d'une température d'un environnement d'une turbomachine dans lequel est destiné à être disposé le mesureur 10. Ainsi, pour une application dite "froide", c'est-à-dire inférieure à 200°C, dans laquelle le mesureur 10 est destiné à être positionné dans le flux secondaire de la turbomachine ou au niveau du compresseur basse pression, le matériau de remplissage 30 pourra être un élastomère ou du ciment tandis que le joint d'étanchéité 34 est avantageusement un joint torique réalisé dans un matériau élastomère. Pour une application dite "chaude", c’est-à-dire supérieure à 200°C dans laquelle le mesureur 10 est destiné à être positionné dans le flux primaire de la turbomachine à partir du compresseur haute pression, le matériau de remplissage 30 est uniquement du ciment tandis que le joint d'étanchéité 34 sélectionné est le joint de type triton (marque déposée). Par ailleurs, un chapeau 38 vient coiffer la platine de fixation 13 de façon à fermer l'interstice 31 s'étendant entre la face interne de la platine de fixation 13 et la face externe de l'embase 15 du corps 11. A cet effet, le chapeau présente une forme annulaire d'orientation radiale. Le chapeau 38 comporte des oreilles de fixation trouées 40 destinées à venir en regard des oreilles de fixation 18 de la platine de fixation 13. Un tel chapeau 38 est utilisé pour assurer la rétention du ciment dans le cas où ce dernier est utilisé comme matériau de remplissage 30 et prévenir son morcellement. En effet, le ciment réagit bien à la compression, mais pas à la traction susceptible de l'endommager. On décrit ci-après l'assemblage du mesureur intrusif 10 selon l'invention. Après avoir mis en place le joint d'étanchéité 34 à l'intérieur de la gorge 35, les deux demi-coquilles 19.1, 19.2 sont mises en place autour de l'embase 15 en faisant coopérer le pion d'indexage 24 d'une des demi-coquilles 19.1, 19.2 avec le logement 25 de l'autre demi-coquille. Les vis 20 de fixation sont ensuite vissées pour solidariser les deux demi-coquilles 19.1, 19.2 entre elles. On injecte ensuite le matériau de remplissage 30 à l'intérieur de l'interstice 31 afin d'assurer la liaison mécanique entre l'embase 15 et la platine de fixation 13. De façon optionnelle, le chapeau 38 pourra être disposé entre la platine de fixation 13 et le carter afin de retenir toute chute éventuelle de matériau lors des essais. Au regard de sa morphologie élancée, le dimensionnement vibratoire du mesureur 10 peut en première approche s’appréhender à travers la théorie des poutres. Celle-ci indique que l’expression des fréquences propres d’un tel système mécanique s’exprime de la manière suivante : Avec : - fi étant une fréquence propre du mode propre i considéré, - αi² étant un coefficient qui dépend de l’ordre du mode i∈{1, 2, …} et des conditions d’accrochage, - L étant une longueur libre en porte-à-faux, - E étant le module d’Young, - I étant un moment quadratique (« inertie »), - ρ étant une masse volumique, - S étant une section de la poutre. La contribution du matériau est introduite par le module de Young qui intervient dans la raideur de la structure. Les matériaux métalliques conventionnels affichent des ratios "raideur / masse" globalement similaires de sorte que substituer un matériau métallique par un autre n’a pas d’incidence sur les fréquences propres. En revanche, un corps 11 réalisé dans un matériau céramique, tel que l’alumine Al 2 O 3, présente des propriétés intéressantes : - à iso-géométrie, le corps 11 en céramique a des fréquences propres environ deux fois plus élevées qu’un corps de peigne métallique, - à iso-marge de dimensionnement mécanique, le corps 11 en céramique est environ deux fois plus fin qu’un corps de peigne métallique. 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. Mesureur intrusif (10) pour une turbomachine d'aéronef comportant: - un corps allongé (11) comportant une pluralité de buses de mesure (12), et - une platine de fixation (13) montée autour d'une embase (15) dudit corps allongé (11), ladite platine de fixation (13) comportant une interface de fixation (16) sur un carter d'une turbomachine, caractérisé en ce que le corps allongé (11) est réalisé dans un matériau céramique et la platine de fixation (13) est réalisée dans un matériau métallique. Mesureur intrusif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un matériau de remplissage (30) est disposé à l'intérieur d'un interstice (31) s'étendant entre une face interne de la platine de fixation (13) et une face externe de l'embase (15) du corps allongé (11). Mesureur intrusif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (30) est choisi parmi un élastomère rigide, tel que le flexane (marque déposée), ou du ciment. Mesureur intrusif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps allongé (11) présente une forme de dépouille à l'endroit de l'embase (15). Mesureur intrusif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (34) est positionné entre la platine de fixation (13) et le corps allongé (11). Mesureur intrusif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que le type de matériau de remplissage (30) et le type de joint d'étanchéité (34) choisis dépendent d'une température d'un environnement d'une turbomachine dans lequel est destiné à être disposé le mesureur (10). Mesureur intrusif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la platine de fixation (13) est formée par deux demi-coquilles (19.1, 19.2) assemblées entre elles. Mesureur intrusif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'indexage (23) en position des deux demi-coquilles (19.1, 19.2) l'une par rapport à l'autre. Mesureur intrusif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif d'indexage (23) comporte un pion (24) issu d'une des demi-coquilles (19.1, 19.2) destiné à coopérer avec un logement (25) réalisé dans l'autre demi-coquille (19.1, 19.2). Mesureur intrusif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un chapeau (38) venant coiffer la platine de fixation (13) de façon à fermer l'interstice (31) s'étendant entre la face interne de la platine de fixation (13) et la face externe de l'embase (15) du corps allongé (11).