Brevet FR3124825A1 — publié le 20230106

La présente invention concerne un ensemble (10) pour une hélice de turbomachine d’aéronef, l’ensemble comprend : - une aube à calage variable (2) comportant une pale reliée à un pied, l’aube (2) comportant un axe longitudinal confondu avec un axe (A) de calage de l’aube qui passe par ledit pied, - une embase (70) solidaire en rotation de l’aube (2) autour de l’axe (A) et reliée à une portion (72) de roue dentée s’étendant autour de cet axe (A), et - un dispositif de contrepoids (8) comportant un arbre mobile en rotation autour d’un axe sensiblement perpendiculaire audit axe (A), cet arbre étant relié à au moins une masselotte et à un pignon engrené avec la portion (72), dans lequel la portion (72) de roue dentée est fixée à ladite embase (70) par au moins une vis fusible (90). Figure pour l'abrégé : Figure 4 HELICE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF AVEC UNE AUBE A CALAGE VARIABLE ET UN DISPOSITIF DE CONTREPOIDS A ENGRENAGE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines d’aéronef et en particulier des hélices propulsives de ces turbomachines qui comportent des aubes à calage variable avec un dispositif de contrepoids à engrenage. Arrière-plan technique Une hélice de turbomachine d’aéronef peut être carénée ( ), comme c’est le cas d’une soufflante par exemple, ou non carénée ( ) comme c’est le cas d’une architecture du type open-rotor par exemple. Une hélice comprend des aubes qui peuvent être à calage variable. La turbomachine comprend alors un mécanisme permettant de modifier l’angle de calage des aubes afin d’adapter la poussée générée par l’hélice en fonction des différentes phases de vol. Le calage angulaire des aubes d’hélice permet également d’optimiser le rendement de l’hélice en fonction de la vitesse de l’aéronef et d’optimiser la marge au pompage de la turbomachine pour réduire sa consommation de carburant dans les différentes phases de vol. Pour rappel, l’angle de calage d’une aube d’hélice correspond à l’angle, dans un plan longitudinal perpendiculaire à l’axe de rotation de l’aube d’hélice, entre la corde d’aube et le plan de rotation de la soufflante ou du moteur de la turbomachine. Les aubes d’hélice à calage variable peuvent occuper une position dite d’inversion de poussée (connue sous le terme anglais « reverse ») dans laquelle celles-ci permettent de générer une contre poussée de manière à participer au ralentissement de l’aéronef et une position de mise en drapeau dans laquelle, en cas de défaillance ou de panne, celles-ci permettent de limiter leur résistance aérodynamique et/ou de trainée. Les conséquences de cette trainée pouvant être de l’ordre de la sécurité du vol en cas de perte de contrôle de l’aéronef si la dérive de celui-ci n’est pas dimensionné pour, et pouvant être de la performance pour la durée possible du vol de déroutement sur un seul moteur. De multiples dispositifs ont été imaginés pour faire varier le calage des aubes d’hélice, qui comportent généralement une mise en rotation de l’aube autour de son axe principal (correspondant à un axe de calage de l’aube) par l’intermédiaire d’un système de commande situé radialement à l’intérieur des pieds des aubes. Ce système de commande comprend par exemple un actionneur qui peut être relié aux pieds des aubes par des bielles et/ou une tringlerie. Une des contraintes du système de commande du calage des aubes d’hélice, est d’amener les aubes dans la position prédéterminée, dite de « position drapeau » dans le cas d’une défaillance de ce système de calage. La mise en drapeau permet notamment de minimiser la traînée aérodynamique. Classiquement le rappel en drapeau est assuré par des dispositifs de contrepoids dits directs dont l'inertie, très supérieure à celle des aubes d’hélice, doit garantir le retour de ces dernières dans la position de drapeau définie au préalable. Un dispositif de contrepoids est en général associé à chacune des aubes. Le dispositif de contrepoids peut comprendre un arbre mobile en rotation par exemple autour d’un axe perpendiculaire à l’axe de calage de l’aube. Selon le type d’engrenage du dispositif de contrepoids, l’engrenage peut être perpendiculaire et/ou concurrant à l’axe de calage de l’aube. De manière classique, l’engrenage à pignons coniques du dispositif de contrepoids s’étend suivant un axe au moins concurrant avec l’axe de calage de l’aube. L’arbre mobile du dispositif de contrepoids est relié à une masselotte et donc à un pignon conique qui est engréné avec une portion de roue dentée solidaire en rotation de l’aube ( ). L’arbre est en général centré et guidé en rotation par au moins un palier par exemple à roulement à billes ( ). Cependant, un grippage du pignon conique ou d’un des paliers du dispositif de contrepoids peut entrainer le blocage de la cinématique du dispositif de contrepoids. Pour éviter de bloquer l’ensemble du mécanisme de changement de pas d’aube, il peut être nécessaire d’ajouter une section dite fusible. Cette section fusible peut être associée au système de commande. A titre d’exemple, la section fusible peut être sur une des bielles de liaison à l’actionneur ou sur la tringle de liaison à l’actionneur. Cependant, cette solution présente le désavantage de perdre l’actionnement d’une des aubes qui reste bloquée dans sa position courante de fonctionnement. Ce blocage peut entraîner un balourd mécanique et aérodynamique, et peut conduire à une mise en drapeau dite active et à des incidents en vol tel qu’un IFSD ( In Fligth Shut Down ). Ceci peut de manière générale limiter l’opérabilité et les performances de la turbomachine et de l’aéronef. Dans ce contexte, il est intéressant de pallier les inconvénients de l’art antérieur, en intégrant une fonction de sécurité simple et efficace sur une aube à calage variable et son dispositif de contrepoids. La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à au moins une partie des problèmes précités. A cet effet, l’invention concerne un ensemble pour une hélice de turbomachine d’aéronef, l’ensemble comportant : - une aube à calage variable comportant une pale reliée à un pied, l’aube comportant un axe longitudinal confondu avec un axe A de calage de l’aube qui passe par ledit pied, - une embase solidaire en rotation de l’aube autour de l’axe de calage A et reliée à une portion de roue dentée s’étendant autour de cet axe de calage A, et - un dispositif de contrepoids comportant un arbre mobile en rotation autour d’un axe B sensiblement concourrant et perpendiculaire audit axe de calage A, cet arbre étant relié à au moins une masselotte et à une portion de pignon engrenée avec la portion de roue dentée. Selon l’invention, la portion de roue dentée est fixée à ladite embase par au moins une vis fusible. L’axe B peut être sensiblement perpendiculaire et/ou concurrant à l’axe de calage A. L’intégration d’au moins une vis fusible permet à la portion de roue dentée de se désolidariser de l’embase solidaire en rotation de l’aube à calage variable en cas de panne du dispositif de contrepoids. Plus particulièrement, lorsque la cinématique du dispositif de contrepoids est bloquée (telle que par un grippage du pignon conique ou des paliers), une force importante est appliquée sur la portion de roue dentée engrenée par l’intermédiaire du pignon du dispositif de contrepoids, de façon à ce que la vis fusible se rompt. A titre d’exemple, la vis fusible est dimensionnée pour se rompre par une surcontrainte de rupture en cisaillement et/ou en traction qui est exercée par le pignon du dispositif de contrepoids bloqué. La rupture et la désolidarisation de la portion de roue dentée de l’embase permet de libérer la cinématique d’actionnement de pas de l’ensemble des aubes pour ne pas donc bloquer l’ensemble du mécanisme de changement de pas. Ce qui permet d’éviter un balourd mécanique et aérodynamique sur l’aube par le dispositif de contrepoids bloqué. Par conséquent, l’aube à calage variable et son embase sont sécurisées efficacement en cas de défaillance du dispositif de contrepoids associé. L’ensemble selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - la portion de roue dentée est fixée à ladite embase par plusieurs vis fusibles ; - la ou chaque vis fusible s’étend suivant un premier axe d’allongement Y qui est parallèle audit axe de calage A ; - la ou chaque vis fusible comprend une première tête en appui sur ladite portion de roue dentée, et un premier corps qui traverse des premiers orifices de cette portion et de l’embase ; - ledit premier corps comprend un premier tronçon fileté et vissé dans le premier orifice de l’embase, qui est taraudé, et un second tronçon définissant une plus petite section du premier corps ; -- le second tronçon comprend une rainure annulaire ; -- ladite rainure annulaire présente un second ou troisième diamètre D2, D3 inférieur à un premier diamètre du premier corps et une première ou seconde épaisseur variable, les diamètres D1 à D3 étant mesurés par rapport à un axe perpendiculaire à l’axe Y et les épaisseurs E1, E2 étant mesurées par rapport à l’axe Y ; -- le second tronçon comprend au moins un trou ; - l’ensemble comprend en outre au moins une vis de rétention de la portion de roue dentée sur l’embase, la ou chaque vis de rétention étant non fonctionnelle tant que ladite au moins une vis fusible est non rompue et la ou chaque vis de rétention étant fonctionnelle lorsque ladite au moins une vis fusible est rompue, - la ou chaque vis de rétention comprend une seconde tête qui est configurée, d’une part, pour être à distance de la portion de roue dentée lorsque ladite au moins une vis fusible est non rompue, et d’autre part, pour être apte à venir en appui et retenir la portion de roue dentée lorsque ladite au moins une vis fusible est rompue ; - la ou chaque vis de rétention s’étend suivant un second axe d’allongement Z qui est parallèle audit axe de calage A ; - la ou chaque vis de rétention comprend un second corps qui traverse des seconds orifices de la portion de roue dentée et de l’embase ; - ledit second corps comprend un troisième tronçon fileté et vissé dans le second orifice de l’embase, qui est taraudé, et un quatrième tronçon non fileté engagé dans le second orifice de la portion de roue dentée ; -- les vis fusibles sont en quinconce avec les vis de rétention. La présente invention concerne également une hélice pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant plusieurs ensembles tels que décrit ci-dessus. L’hélice peut être une hélice carénée ou une hélice non carénée. La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins une hélice ou plusieurs ensembles tels que décrit ci-dessus. La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d’une turbomachine pour aéronef comportant une hélice carénée, la est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d’une turbomachine pour aéronef comportant deux hélices non carénées, la est une vue schématique en perspective d’un ensemble comportant un dispositif de contrepoids et une embase d’une aube d’hélice de la ou de la , la est une vue schématique en coupe longitudinale de l’ensemble de la , la est une vue schématique en perspective d’une vis fusible selon un premier mode de réalisation de l’invention, la est une vue schématique en perspective d’une vis fusible selon un second mode de réalisation de l’invention, la est une vue schématique en perspective d’une vis fusible selon un troisième mode de réalisation de l’invention, la est une vue schématique agrandie et partielle en coupe longitudinale de la vis fusible assemblé dans l’ensemble de la selon un premier mode de réalisation de l’invention, la est une vue schématique en perspective d’une vis de rétention selon l’invention, la est une vue schématique agrandie et partielle en coupe longitudinale de la vis fusible et de la vis de rétention assemblés dans l’ensemble de la selon un second mode de réalisation de l’invention, la est une vue schématique partielle en perspective de l’ensemble de la , la est une vue schématique agrandie et partielle en coupe longitudinale de la vis fusible et de la vis de rétention assemblés dans l’ensemble selon un troisième mode de réalisation de l’invention, la est une vue schématique agrandie et partielle en coupe longitudinale de la vis fusible et de la vis de rétention assemblés dans l’ensemble selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. Ensemble (10) pour une hélice (S) de turbomachine d’aéronef, cet ensemble (10) comprenant : -une aube à calage variable (2) comportant une pale (20) reliée à un pied (22), l’aube (2) comportant un axe longitudinal confondu avec un axe (A) de calage de l’aube (2) qui passe par ledit pied (22), - une embase (70) solidaire en rotation de l’aube (2) autour de l’axe de calage (A) et reliée à une portion (12) de roue dentée s’étendant autour de cet axe de calage (A), et - un dispositif de contrepoids (8) comportant un arbre (80) mobile en rotation autour d’un axe (B) sensiblement concourrant et perpendiculaire audit axe de calage (A), cet arbre (80) étant relié à au moins une masselotte (82) et à une portion de pignon (84) engrené avec la portion (72) de roue dentée, caractérisé en ce que la portion (72) de roue dentée est fixée à ladite embase (70) par au moins une vis fusible (90). Ensemble (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion (72) de roue dentée est fixée à ladite embase (70) par plusieurs vis fusibles (90). Ensemble (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou chaque vis fusible (90) s’étend suivant un premier axe d’allongement (Y) qui est parallèle audit axe de calage (A). Ensemble (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque vis fusible (90) comprend une première tête (900) en appui sur ladite portion (72) de roue dentée, et un premier corps (902) qui traverse des premiers orifices (790, 791) de cette portion (72) et de l’embase (70). Ensemble (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit premier corps (902) comprend un premier tronçon (904) fileté et vissé dans le premier orifice (790) de l’embase (70), qui est taraudé, et un second tronçon (906) définissant une plus petite section du premier corps (902). Ensemble (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins une vis de rétention (92) de la portion (72) de roue dentée sur l’embase (70), la ou chaque vis de rétention (92) étant non fonctionnelle tant que ladite au moins une vis fusible (90) est non rompue et la ou chaque vis de rétention (92) étant fonctionnelle lorsque ladite au moins une vis fusible (90) est rompue. Ensemble (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la ou chaque vis de rétention (92) comprend une seconde tête (920) qui est configurée, d’une part, pour être à distance de la portion (72) de roue dentée lorsque ladite au moins une vis fusible (90) est non rompue, et d’autre part, pour être apte à venir en appui et retenir la portion (72) de roue dentée lorsque ladite au moins une vis fusible (90) est rompue. Ensemble (10) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la ou chaque vis de rétention (92) s’étend suivant un second axe d’allongement (Z) qui est parallèle audit axe de calage (A). Ensemble (10) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la ou chaque vis de rétention (92) comprend un second corps (922) qui traverse des seconds orifices (792, 793) de la portion (72) de roue dentée et de l’embase (70). Ensemble (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit second corps (922) comprend un troisième tronçon (924) fileté et vissé dans le second orifice (792) de l’embase (70), qui est taraudé, et un quatrième tronçon (926) non fileté engagé dans le second orifice (793) de la portion (72) de roue dentée. Hélice (S) pour une turbomachine (1), en particulier d’aéronef, comportant plusieurs ensembles (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.