Brevet FR3123314A1 — publié le 20221202

La présente invention concerne un mécanisme de changement de pas d’une hélice (13) de turbomachine comprenant un actionneur électrohydraulique (11) comprenant : une machine électrique comprenant un arbre d’actionnement mobile en rotation ; un ensemble de pompage comprenant deux pompes hydrauliques à pistons axiaux, comprenant chacune : un barillet logé dans une cavité remplie par du fluide hydraulique ; un ensemble de cylindres formés dans le barillet, chaque cylindre logeant un piston mobile en translation et comprenant un orifice d’admission, et un orifice de refoulement ; un plateau incliné ; le plateau d’une première pompe comprenant une lunule d’admission permettant une circulation du fluide hydraulique lorsque le plateau est entrainé dans un premier sens de rotation, et le plateau d’une deuxième pompe comprenant une lunule d’admission permettant une circulation du fluide hydraulique lorsque le plateau est entrainé dans un deuxième sens de rotation. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Calage de pas électrohydraulique à pompe réversible DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L’invention concerne le domaine des turbomachines comprenant une hélice ou une soufflante à calage variable. Plus précisément, l’invention porte sur un système d’actionnement du pas d’une hélice ou d’une soufflante d’une telle turbomachine. ETAT DE L’ART Différentes architectures de turbomachine ont recours à une hélice (turbopropulseur, open rotor) ou une soufflante (turboréacteur) à calage variable. Cette variabilité permet à la turbomachine de s’adapter aux conditions de vol variables en maintenant un angle d’incidence de l’air favorable sur les pales. La variabilité du calage est particulièrement nécessaire pour les rotors ayant un faible taux de compression, comme les hélices de turbopropulseurs et les soufflantes de turbomachines ayant un taux de dilution (rapport entre le débit du flux secondaire (froid) et le débit du flux primaire (qui traverse le corps primaire)) élevé. Des mécanismes de changement de pas multiples ont été imaginés pour faire varier le calage des pales d’une hélice ou d’une soufflante. Ces mécanismes comportent généralement une mise en rotation de la pale autour de son axe principal par l'intermédiaire d’une cinématique, par exemple un ensemble bielle - excentrique actionnée par un vérin. Le vérin est alimenté en fluide hydraulique (par exemple de l’huile) en provenance d’un groupe de lubrification de la turbomachine. La variation de la pression de fluide hydraulique délivrée ainsi que la distribution du fluide dans l’une ou l’autre des chambres du vérin permettent de faire varier le pas des pales. Afin de transférer l’alimentation en fluide hydraulique du mécanisme de changement de pas d’un repère fixe (groupe de lubrification) de la turbomachine à un repère tournant (de la soufflante), on utilise généralement un OTB (acronyme anglais de Oil Transfer Bearing, pour joint hydraulique tournant multi-passage ou transfert d’huile tournant). De manière connue en soi, l’OTB comprend une partie fixe par rapport à une partie stator de la turbomachine et qui est connectée, via des canalisations dédiées, à une servovalve et à une pompe, elle-même connectée au circuit de lubrification moteur comprenant le groupe de lubrification et un réservoir d’huile, et une partie tournante qui est solidaire en mouvement d’une partie rotor de la turbomachine. Cependant, l’OTB est un dispositif complexe et fragile, susceptible de générer des disfonctionnements, notamment d’importantes fuites d’huiles affectant la fiabilité et les performances de la turbomachine et nécessitant la mise en place de pompes de récupération et un surdimensionnement du système d’huile moteur. Par ailleurs, cette configuration présente des limitations de fonctionnement à bas régime puisqu’elle est dépendante du régime du corps haute pression de la turbomachine et peut être sujet à des problématiques de gavage lors de certaines manœuvres puisqu’elle est dépendante de l’alimentation du circuit d’huile moteur. Enfin, cette configuration nécessite un système permettant de protéger contre une fermeture du calage des aubes en vol suite à défaillance hydraulique. Deux systèmes peuvent être envisagés : un système de verrouillage du pas des pales (« pitch lock » en anglais) ou un système de contrepoids pour assurer la mise en drapeau des aubes (ouverture du pas pour limiter la traînée). Ces deux systèmes sont lourds, complexes, chers et peuvent générer d’autres cas de défaillance comme le blocage intempestif du calage. En outre, lorsqu’une pompe hydraulique non réversible est utilisée, il est nécessaire d’utiliser une vanne d’inversion de débit afin de permettre au mécanisme de changement de pas de modifier le pas dans ses deux sens de mouvement. Une telle vanne d’inversion est de manière classique pilotée électriquement, elle nécessite donc, si elle est intégrée à l’hélice, un transfert du courant électrique de commande depuis la partie stator de la turbomachine vers la partie rotor (l’hélice) de la turbomachine. De plus, la mise en fonctionnement du groupe de lubrification étant généralement liée à la mise en fonctionnement de la turbomachine, il est nécessaire de prévoir des systèmes auxiliaires afin d’assurer certaines fonctions de protection, notamment en cas de survitesse ou d’arrêt moteur. Il est donc nécessaire de prévoir un système de mise en drapeau fonctionnel même en cas d’absence de pression de fluide hydraulique. D’autre part le mécanisme de changement de pas doit pouvoir moteur à l’arrêt assurer la sortie de la position drapeau. PRESENTATION DE L’INVENTION Un but de l’invention est de proposer une turbomachine à calage variable qui surmonte les inconvénients de l’art antérieur mentionnés ci-dessous. Un autre but de l’invention est de proposer un mécanisme de changement de pas indépendant qui s’affranchisse des difficultés liées au transfert de fluide hydraulique d’un repère fixe vers un repère tournant. Un autre but de l’invention est de proposer un mécanisme de changement de pas passif, c’est-à-dire qui ne nécessite pas de système et contrôleurs électriques pour la modification du calage de pas d’une hélice (ou soufflante) de turbomachine. Un autre but encore de l’invention est de propose un mécanisme de changement de pas qui puisse être utilisé quel que soit le fonctionnement de la turbomachine qui soit en outre capable d’assurer les fonctions de protection et de mise en drapeau des pales de l’hélice/de la soufflante de la turbomachine, de préférence sans être dépendant d’un système électrique de contrôle. Un autre but de l’invention est de proposer un mécanisme de changement de pas qui puisse à la fois être mis en œuvre dans une turbomachine type turbopropulseur ou open rotor comprenant une hélice et un turboréacteur comprenant une soufflante. A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un mécanisme de changement de pas pour une hélice de turbomachine, ladite turbomachine comprenant une partie stator et une partie rotor, ledit mécanisme de changement de pas comprenant un actionneur électrohydraulique comprenant : une machine électrique montée fixe sur la partie stator de la turbomachine et comprenant un arbre d’actionnement mobile en rotation autour d’un axe de rotation ; un ensemble de pompage comprenant deux pompes hydrauliques à pistons axiaux adaptées pour mettre sous pression un fluide hydraulique, chaque pompe hydraulique comprenant: un barillet logé dans une cavité remplie en tout ou partie par du fluide hydraulique, le barillet étant raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine afin d’empêcher sa rotation autour de l’arbre d’actionnement ; un ensemble de cylindres formés dans le barillet chaque cylindre logeant un piston mobile en translation dans le cylindre et comprenant un orifice d’admission configuré pour recevoir du fluide hydraulique en provenance de la cavité, et un orifice de refoulement configuré pour envoyer du fluide hydraulique vers un vérin d’actionnement de l’hélice ; un plateau incliné par rapport à l’axe de rotation et solidaire en rotation de l’arbre d’actionnement, chaque piston prenant appui sur une surface du plateau ; dans lequel le plateau d’une première des pompe comprend une lunule d’admission s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe de rotation et configurée pour permettre une circulation du fluide hydraulique depuis la cavité vers les cylindres de la première des pompe lorsque le plateau de ladite pompe est entrainé dans un premier sens de rotation, et le plateau d’une deuxième des pompes comprend une lunule d’admission s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe de rotation configurée pour permettre une circulation du fluide hydraulique depuis la cavité vers les cylindres de la deuxième des pompes lorsque le plateau de ladite pompe est entrainé dans un deuxième sens de rotation opposé au premier sens de rotation. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : lorsque le plateau de la première pompe est entrainé dans le deuxième sens de rotation, l’orifice d’admission des cylindres est obturé par la surface du plateau de la première pompe et, lorsque le plateau de la deuxième pompe est entrainé dans le premier sens de rotation, l’orifice d’admission des cylindres est obturé par la surface du plateau de la deuxième pompe ; les orifices de refoulement des pompes sont adjacents et débouchent dans une zone centrale de l’ensemble de pompage ; chaque cylindre comprend en outre un clapet de refoulement monté sur l’orifice de refoulement et configuré pour bloquer une circulation du fluide hydraulique du vérin d’actionnement en direction du cylindre ; le mécanisme de changement de pas comprend en outre une rainure annulaire formée dans le corps de chaque pompe, ladite rainure annulaire étant en communication fluidique avec les orifices de refoulement des cylindres de la pompe correspondante ; le vérin d’actionnement de l’hélice comprend deux chambres, une première des deux chambres étant en communication fluidique avec la rainure annulaire de la première pompe, une deuxième des deux chambres étant en communication fluidique avec la rainure annulaire de la deuxième pompe ; le mécanisme de changement de pas comprend en outre : une première vanne hydraulique configurée pour mettre en communication fluidique la première chambre du vérin soit avec la rainure annulaire de la première pompe lorsque l’arbre d’actionnement est entrainé dans le premier sens de rotation, soit avec un accumulateur hydraulique lorsque l’arbre d’actionnement est entrainé dans le deuxième sens de rotation ; et une deuxième vanne hydraulique configurée pour mettre en communication la deuxième chambre du vérin soit avec la rainure annulaire de la deuxième pompe lorsque l’arbre d’actionnement est entrainé dans le deuxième sens de rotation soit avec l’accumulateur hydraulique lorsque l’arbre d’actionnement est entrainé dans le premier sens de rotation, la première vanne hydraulique et la deuxième vanne hydraulique sont chacune pilotées par une pression au niveau de l’orifice de refoulement de la première pompe et de la deuxième pompe, respectivement ; la machine électrique (29) est une machine asynchrone ; un pas de l’hélice est contrôlé par un asservissement en couple de la machine électrique. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue en coupe schématique d’un exemple de turbomachine comprenant une soufflante ou une hélice à calage variable et un mécanisme de changement de pas conforme à un mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe partielle et schématique d’un exemple de réalisation d’un réducteur mécanique du type planétaire pouvant être utilisé dans une turbomachine comprenant un mécanisme de changement de pas conforme à un mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique d’un mécanisme de changement de pas d’une hélice selon l’invention ; la est une vue schématique d’un exemple de rainure annulaire formée dans le corps d’une pompe ; la est une vue schématique d’un exemple de lunule d’admission formée dans le plateau d’une pompe ; la est une vue schématique d’un mécanisme de changement de pas d’une hélice selon un mode de réalisation ; la est une vue schématique d’un mécanisme de changement de pas d’une hélice selon un mode de réalisation ; Mécanisme de changement de pas d’une hélice (10) de turbomachine, ladite turbomachine comprenant une partie stator et une partie rotor, ledit mécanisme de changement de pas comprenant un actionneur électrohydraulique (11) comprenant : - une machine électrique (29) montée fixe sur la partie stator de la turbomachine et comprenant un arbre d’actionnement (21) mobile en rotation autour d’un axe de rotation (A) ; - un ensemble de pompage (2) comprenant deux pompes hydrauliques à pistons axiaux (20) adaptées pour mettre sous pression un fluide hydraulique, chaque pompe hydraulique (20) comprenant: - un barillet (23a, 23b) logé dans une cavité (221a, 221b) remplie en tout ou partie par du fluide hydraulique, le barillet (23a, 23b) étant raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine afin d’empêcher sa rotation autour de l’arbre d’actionnement (21) ; - un ensemble de cylindres formés dans le barillet (23a, 23b) chaque cylindre logeant un piston (24) mobile en translation dans le cylindre et comprenant un orifice d’admission (242) configuré pour recevoir du fluide hydraulique en provenance de la cavité (221a, 221b), et un orifice de refoulement (232) configuré pour envoyer du fluide hydraulique vers un vérin (15) d’actionnement de l’hélice ; - un plateau (26a, 26b) incliné par rapport à l’axe de rotation (A) et solidaire en rotation de l’arbre d’actionnement (21), chaque piston (24) prenant appui sur une surface du plateau (26a, 26b) ; dans lequel le plateau d’une première des pompe (20a) comprend une lunule d’admission (261a) s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe de rotation (A) et configurée pour permettre une circulation du fluide hydraulique depuis la cavité (221a) vers les cylindres de la première des pompe (20a) lorsque le plateau (26a, 26b) de ladite pompe (20a) est entrainé dans un premier sens de rotation, et le plateau (26a, 26b) d’une deuxième des pompes (20b) comprend une lunule d’admission (261b) s’étendant circonférentiellement par rapport à l’axe de rotation (A) et configurée pour permettre une circulation du fluide hydraulique depuis la cavité (221b) vers les cylindres de la deuxième des pompes (20b) lorsque le plateau (26b) de ladite pompe (20b) est entrainé dans un deuxième sens de rotation opposé au premier sens de rotation. Mécanisme selon la revendication 1 dans lequel, lorsque le plateau (26a) de la première pompe (20a) est entrainé dans le deuxième sens de rotation, l’orifice d’admission (242) des cylindres est obturé par la surface du plateau de la première pompe (20a) et, lorsque le plateau (26b) de la deuxième pompe (20b) est entrainé dans le premier sens de rotation, l’orifice d’admission (242) des cylindres est obturé par la surface du plateau de la deuxième pompe (20b). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel les orifices de refoulement (232) des pompes sont adjacents et débouchent dans une zone centrale de l’ensemble de pompage (2). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque cylindre comprend en outre un clapet de refoulement (231) monté sur l’orifice de refoulement (232) et configuré pour bloquer une circulation du fluide hydraulique du vérin (15) d’actionnement en direction du cylindre. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre une rainure annulaire (222a, 222b) formée dans le corps (22) de chaque pompe, ladite rainure annulaire (222a, 222b) étant en communication fluidique avec les orifices de refoulement (232) des cylindres de la pompe correspondante. Mécanisme de changement de pas selon la revendication 5, dans lequel le vérin (15) d’actionnement de l’hélice comprend deux chambres, une première des deux chambres étant en communication fluidique avec la rainure annulaire (222a) de la première pompe (20a), une deuxième des deux chambres étant en communication fluidique avec la rainure annulaire (222b) de la deuxième pompe (20b). Mécanisme de changement de pas selon la revendication 6, comprenant en outre : - une première vanne hydraulique (153) configurée pour mettre en communication fluidique la première chambre (151) du vérin soit avec la rainure annulaire (222a) de la première pompe (20a) lorsque l’arbre d’actionnement (A) est entrainé dans le premier sens de rotation, soit avec un accumulateur hydraulique (16) lorsque l’arbre d’actionnement (A) est entrainé dans le deuxième sens de rotation ; et - une deuxième vanne hydraulique (154) configurée pour mettre en communication la deuxième chambre (152) du vérin soit avec la rainure annulaire (222b) de la deuxième pompe (20b) lorsque l’arbre d’actionnement (A) est entrainé dans le deuxième sens de rotation soit avec l’accumulateur hydraulique (16) lorsque l’arbre d’actionnement (A) est entrainé dans le premier sens de rotation. Mécanisme de changement de pas selon la revendication 7, dans lequel la première vanne hydraulique (153) et la deuxième vanne hydraulique (154) sont chacune pilotées par une pression au niveau de l’orifice de refoulement (232) de la première pompe (20a) et de la deuxième pompe (20b), respectivement. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la machine électrique (29) est une machine asynchrone. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel un pas de l’hélice (13) est contrôlé par un asservissement en couple de la machine électrique (29).