Brevet FR3123313A1 — publié le 20221202

La présente invention concerne un mécanisme de changement de pas d’une hélice (10) de turbomachine comprenant : une machine électrique (29) montée fixe sur une partie stator de la turbomachine et comprenant un arbre d’actionnement (21) ; une pompe hydraulique à pistons axiaux (20) adaptée pour mettre sous pression un fluide hydraulique, la pompe hydraulique comprenant un corps (22) entrainé par l’hélice (10) ;un barillet (23) logeant un ensemble de pistons (24) comprenant chacun un patin de glissement (25= ; et un plateau (26) incliné par rapport à l’axe de rotation, chaque patin de glissement prenant appui sur le plateau, l’un parmi le plateau (26) et le barillet (23) étant raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine et l’autre parmi le plateau (26) et le barillet (23) étant solidaire en rotation de l’arbre d’actionnement (21). Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Mécanisme de changement de pas comprenant un actionneur électrohydraulique amélioré 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 bielle 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 permettant 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, au groupe de lubrification comprenant un réservoir d’huile et une pompe, 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 de la turbomachine et nécessitant la mise en place de pompes de récupération et un surdimensionnement du réservoir d’huile, qui peut être sujet à des problèmes de gavage lors de certaines manœuvres. 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. Enfin, cette configuration nécessite un verrouillage du pas des pales (« pitch lock » en anglais), qui est lourd, complexe, cher et sujet au blocage. De plus, la mise en fonctionnement du groupe de lubrification étant généralement lié 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 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 ; une pompe hydraulique à pistons axiaux adaptée pour mettre sous pression un fluide hydraulique, la pompe hydraulique comprenant : un corps entrainé par l’hélice ; un barillet logeant un ensemble de pistons répartis circonférentiellement autour de l’axe de rotation, chaque piston comprenant un patin de glissement ; et un plateau incliné par rapport à l’axe de rotation, chaque patin de glissement prenant appui sur le plateau, l’un parmi le plateau incliné et le barillet étant raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine afin d’empêcher sa rotation autour de l’axe d’actionnement et l’autre parmi le plateau incliné et le barillet étant solidaire en rotation de l’arbre d’actionnement. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : la machine électrique est une machine asynchrone ; le plateau incliné est raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine, le mécanisme comprenant en outre un premier roulement configuré pour supporter l’arbre d’actionnement et un deuxième roulement configuré pour supporter le plateau ; le premier roulement est monté entre l’arbre d’actionnement et le plateau ; le deuxième roulement est monté entre le plateau et le corps ; le plateau comprend une première portion comprenant une face inclinée par rapport à l’axe de rotation sur laquelle les patins de glissement viennent en appui, et une deuxième portion configurée pour être fixée sur la partie stator de la turbomachine ; le barillet est raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine, le mécanisme comprenant en outre un premier roulement configuré pour supporter le plateau et un deuxième roulement configuré pour supporter le barillet ; le premier roulement est monté entre le plateau et le barillet ; le deuxième roulement est monté entre le barillet et le corps ; la turbomachine comprend en outre un réducteur mécanique planétaire comprenant un pignon solaire, une couronne coaxiale avec le pignon solaire et configurée pour entrainer en rotation l’hélice et une série de satellites répartis circonférentiellement autour de l’axe de rotation du réducteur entre le pignon solaire et la couronne, chaque satellite étant monté sur un porte-satellites qui est fixe par rapport à une partie stator de la turbomachine ; l’élément parmi le plateau et le barillet qui est raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine est monté sur le porte-satellites ; un pas de l’hélice est contrôlé par un asservissement en couple de la machine électrique ; le mécanisme de changement de pas comprend en outre un réservoir de fluide hydraulique qui est solidaire en rotation de l’hélice ; le corps délimite une cavité remplie par du fluide hydraulique, le mécanisme de changement de pas comprenant en outre : un barillet logé dans la cavité du corps de sorte à être immergé dans le fluide hydraulique ; 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 ; et une rainure annulaire formée dans le corps en communication fluidique avec l’orifice de refoulement ; chaque cylindre comprend en outre un clapet de refoulement monté sur l’orifice de refoulement et configuré pour bloquer une circulation du fluide hydraulique de la rainure annulaire en direction du cylindre ; le clapet de refoulement est monté dans le cylindre ; chaque cylindre comprend en outre un clapet d’admission monté sur l’orifice d’admission et configuré pour bloquer une circulation du fluide hydraulique du cylindre en direction de la cavité ; le clapet d’admission est monté à proximité du patin de glissement ; le clapet d’admission est monté dans le cylindre ; le vérin d’actionnement de l’hélice comprend deux chambres et le mécanisme comprend en outre une vanne hydraulique configurée pour mettre en communication sélectivement l’une des chambres du vérin avec la rainure annulaire. 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 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 schématique d’un mécanisme de changement de pas d’une hélice selon une variante de réalisation ; 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 mécanisme de changement de pas d’une hélice selon une variante de réalisation ; la est une vue schématique d’un mécanisme de changement de pas d’une hélice selon une variante 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) ; - une pompe hydraulique à pistons axiaux (20) adaptée pour mettre sous pression un fluide hydraulique, la pompe hydraulique (20) comprenant : - un corps (22) entrainé par l’hélice (10) ; - un barillet (23) logeant un ensemble de pistons (24) répartis circonférentiellement autour de l’axe de rotation (A), chaque piston (24) comprenant un patin de glissement ; et - un plateau (26) incliné par rapport à l’axe de rotation (A), chaque patin de glissement (25) prenant appui sur le plateau (26), l’un parmi le plateau incliné et le barillet (23) étant raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine afin d’empêcher sa rotation autour de l’axe d’actionnement (21) et l’autre parmi le plateau incliné (26) et le barillet (23) étant solidaire en rotation de l’arbre d’actionnement (21). Mécanisme de changement de pas selon la revendication 1, dans lequel la machine électrique (29) est une machine asynchrone. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le plateau incliné (26) est raccordé fixement à la partie stator (54) de la turbomachine, le mécanisme comprenant en outre un premier roulement (27a) configuré pour supporter l’arbre d’actionnement (21) et un deuxième roulement (27b) configuré pour supporter le plateau (26). Mécanisme de changement de pas selon la revendication 3, dans lequel le premier roulement (27a) est monté entre l’arbre d’actionnement (21) et le plateau (26). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel le deuxième roulement (27b) est monté entre le plateau (26) et le corps (22). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel le plateau (26) comprend une première portion (26a) comprenant une face inclinée par rapport à l’axe de rotation (A) sur laquelle les patins de glissement (25) viennent en appui, et une deuxième portion (26b) configurée pour être fixée sur la partie stator de la turbomachine. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le barillet (23) est raccordé fixement à la partie stator (54) de la turbomachine, le mécanisme comprenant en outre un premier roulement (27c) configuré pour supporter le plateau (26) et un deuxième roulement (27d) configuré pour supporter le barillet (23). Mécanisme de changement de pas selon la revendication 7, dans lequel le premier roulement (27c) est monté entre le plateau (26) et le barillet (23). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 7 ou 8, dans lequel le deuxième roulement (27d) est monté entre le barillet (23) et le corps (22). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la turbomachine comprend en outre un réducteur mécanique planétaire (50) comprenant un pignon solaire (51), une couronne (52) coaxiale avec le pignon solaire (51) et configurée pour entrainer en rotation l’hélice et une série de satellites (53) répartis circonférentiellement autour de l’axe de rotation du réducteur (50) entre le pignon solaire (51) et la couronne (52), chaque satellite étant monté sur un porte-satellites (54) qui est fixe par rapport à une partie stator de la turbomachine, l’élément parmi le plateau (26) et le barillet (23) qui est raccordé fixement à la partie stator de la turbomachine étant configuré pour être monté sur le porte-satellites (54). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel un pas de l’hélice (13) est contrôlé par un asservissement en couple de la machine électrique (29). Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 1 à 11, comprenant en outre un réservoir de fluide hydraulique (16) qui est solidaire en rotation de l’hélice. Mécanisme de changement de pas d’une hélice (10) selon l’une des revendications 1 à 12, dans laquelle le corps (22) délimite une cavité (224) remplie par du fluide hydraulique, le mécanisme de changement de pas comprenant en outre : - un barillet (23) logé dans la cavité (224) du corps de sorte à être immergé dans le fluide hydraulique; - un ensemble de cylindres formés dans le barillet (23), 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 (224) et un orifice de refoulement (232) configuré pour envoyer du fluide hydraulique vers un vérin d’actionnement de l’hélice ; et - une rainure annulaire (223) formée dans le corps (22) en communication fluidique avec l’orifice de refoulement (232). Mécanisme de changement de pas selon la revendication 13, 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 de la rainure annulaire (223) en direction du cylindre. Mécanisme de changement de pas selon la revendication 14, dans lequel le clapet de refoulement (231) est monté dans le cylindre. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 13 à 15, dans lequel chaque cylindre comprend en outre un clapet d’admission (241) monté sur l’orifice d’admission (242) et configuré pour bloquer une circulation du fluide hydraulique du cylindre en direction de la cavité (224). Mécanisme de changement de pas selon la revendication 16, dans lequel le clapet d’admission (241) est monté à proximité du patin de glissement. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 16 ou 17, dans lequel le clapet d’admission (241) est monté dans le cylindre. Mécanisme de changement de pas selon l’une des revendications 13 à 18, dans lequel le vérin d’actionnement (15) de l’hélice comprend deux chambres et le mécanisme comprend en outre une vanne hydraulique (14) configurée pour mettre en communication sélectivement l’une des chambres du vérin avec la rainure annulaire (223).