Brevet FR3123696A1 — publié le 20221209

Système (34) de commande du calage angulaire d’une aube (10) d’hélice, pour une turbomachine d’aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend : - une aube (10) comportant une pale (12) reliée à un pied (14), - un bol (58) comportant une paroi annulaire (58a) s’étendant autour d’un axe (A) de calage de l’aube (10) et une extrémité axiale inférieure fermée par une paroi de fond (58b), - une bague d’immobilisation (52) qui s’étend autour du pied (14) et à l’intérieur du bol (58), et un élément de sécurité (110, 110’) qui assure la retenue du pied (14) vis-à-vis du bol (58), ledit au moins un élément de sécurité (110, 110’) ayant une forme générale allongée et traversant des orifices (112, 114, 126) alignés de la paroi de fond (58b) du bol (58) ainsi que de l’extrémité libre (28) du pied (14). Figure pour l'abrégé : Figure 18 SYSTÈME DE COMMANDE DU CALAGE ANGULAIRE D’UNE AUBE D’HELICE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF 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. Arrière-plan technique L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-3 017 163 et FR-A1-3 080 322. 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. La conception d’une aube d’hélice met en jeu plusieurs disciplines dont les objectifs sont généralement antagonistes. Elle doit permettre des performances aérodynamiques optimales (c’est-à-dire fournir une poussée en maximisant le rendement), garantir une tenue mécanique de l’aube (c’est-à-dire tenir les contraintes mécaniques résultant des chargements statiques et dynamiques) tout en limitant la masse ainsi que la signature acoustique. En particulier, l’amélioration des performances aérodynamiques de l’hélice tend vers une augmentation du BPR ( By Pass Ratio ), ce qui se traduit par une augmentation de son diamètre externe et donc de l’envergure des aubes. Or l’augmentation du BPR va de pair avec la réduction du FPF ( Fan Pressure Ratio ). Par conséquent, un système de changement de pas (aube à calage variable) est généralement requis pour que l’hélice soit opérable sur tout le domaine de vol. Il existe plusieurs technologies d’attache d’une aube d’hélice à calage variable et plusieurs technologies de commande du calage angulaire d’une aube d’hélice de ce type. Cependant, ces technologies sont relativement complexes et coûteuses. Par ailleurs, en cas de problème et en particulier de casse, elles ne garantissent pas la rétention des aubes radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe de rotation de l’hélice, en particulier lorsque cette hélice n’est pas carénée. En cas de rupture des moyens de rétention d’une aube de l’hélice, il est en effet particulièrement important d’assurer la retenue de cette aube afin d’éviter qu’elle soit projetée vers l’extérieur et qu’elle impacte le fuselage de l’aéronef équipé de la turbomachine. Cette fonction de sécurité, appelée « failsafe », n’est pas toujours présente dans les systèmes de commande des technologies actuelles. Les systèmes de commande qui comprennent cette fonction comprennent en général des éléments qui sont eux-mêmes susceptibles de se détacher et d’impacter le fuselage de l’aéronef. Plus la taille et la densité de ces éléments sont importantes, et plus les risques de dégâts sur le fuselage sont importants et peuvent nécessiter un blindage spécifique, ce qui est impacte la masse de l’aéronef et donc ses performances. Il existe donc un besoin d’une technologie de système de commande qui intègre une fonction de sécurité simple et efficace. L’invention concerne un système de commande du calage angulaire d’une aube d’hélice, pour une turbomachine d’aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend : - une aube comportant une pale reliée à un pied, - un bol comportant une paroi annulaire s’étendant autour d’un axe de calage de l’aube, cette paroi annulaire comportant une extrémité axiale inférieure fermée par une paroi de fond, et une extrémité axiale supérieure ouverte et configurée pour autoriser le montage du pied de l’aube à l’intérieur du bol, la paroi de fond comprenant un évidement ayant une section transversale non circulaire et configuré pour recevoir une extrémité libre de forme complémentaire dudit pied de façon à ce que le bol soit solidarisé en rotation avec le pied autour dudit axe, et - une bague d’immobilisation qui s’étend autour dudit axe et qui est montée autour du pied, cette bague d’immobilisation étant montée à l’intérieur du bol et coopérant respectivement avec le pied et la paroi annulaire du bol afin d’assurer la rétention axiale du pied dans le bol, et en ce que le système comprend en outre au moins un élément de sécurité qui assure la retenue du pied vis-à-vis du bol, ledit au moins un élément de sécurité ayant une forme générale allongée et s’étendant transversalement par rapport audit axe, ledit au moins un élément de sécurité traversant des orifices alignés de la paroi de fond du bol ainsi que de l’extrémité libre du pied. La fonction de sécurité du système est donc assurée par au moins un élément de sécurité qui est situé à l’extrémité inférieure libre du pied de l’aube. L’élément de sécurité a une forme allongée en direction transversale et a un encombrement limité. Il peut être logé à l’intérieur d’un carter de l’hélice et ne risque donc pas d’être projeté à l’extérieur en cas de rupture. Cet élément de sécurité traverse des orifices transversaux de la paroi de fond du bol et de l’extrémité libre du pied et est donc relativement aisé à mettre en place, par exemple par démontage d’un capot du carter précité ou à travers une trappe d’accès de ce carter. Dans la présente demande, on entend par une direction transversale une direction perpendiculaire à l’axe de calage de l’aube. Le système 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 : - ledit au moins un élément de sécurité est un boulon comprenant une vis et un écrou, la vis comportant une tige filetée qui traverse lesdits orifices et une tête qui est appliquée contre une face latérale de la paroi de fond, l’écrou étant vissé sur la tige filetée et prenant appui sur une face latérale opposée de la paroi de fond ; - ledit au moins un élément de sécurité est une goupille comprenant un corps cylindrique traversant lesdits orifices ; - ledit au moins un élément de sécurité traverse avec un jeu prédéterminé l’orifice de l’extrémité libre du pied ; - ledit au moins un élément de sécurité traverse avec un jeu prédéterminé les orifices de la paroi de fond du bol ; - lesdits jeux sont identiques ; - le pied de l’aube comporte un corps logé dans un fût annulaire qui s’étend autour dudit axe et qui est logé au moins en partie à l’intérieur dudit bol, ladite extrémité libre du pied étant formée par une excroissance dudit corps et par un prolongement axial dudit fût qui comprennent tous les deux des orifices de passage dudit au moins un élément de sécurité ; - les jeux entre ledit au moins un élément de sécurité et les orifices du fût sont inférieurs au jeu entre ledit au moins un élément de sécurité et l’orifice de l’excroissance, et sont de préférence identiques aux jeux entre ledit au moins un élément de sécurité et les orifices de la paroi de fond du bol ; -- le système comprend en outre : - un palier de guidage à roulement inférieur s’étendant autour dudit axe et monté autour d’une partie inférieure de la paroi annulaire ; - un palier de guidage à roulement supérieur s’étendant autour dudit axe et monté autour d’une partie supérieure de la paroi annulaire ; -- au moins l’un des paliers de guidage a sa bague interne qui est intégrée audit bol ; -- au moins l’un des paliers de guidage est à contact oblique ; -- l’évidement est excentré par rapport à l’axe de calage ; -- le système comprend en outre un organe élastiquement déformable s’étendant autour de l’axe de calage et monté à l’intérieur du bol, cet organe prenant appui axialement sur la paroi de fond et étant configuré pour solliciter axialement le pied de l’aube vers l’extérieur du bol ; -- la bague d’immobilisation est une bague de crabotage qui comporte des dents externes de crabot configurées pour coopérer avec des dents internes de crabot complémentaires de la paroi annulaire du bol ; -- le système comprend en outre un anneau de verrouillage et un jonc annulaire, l’anneau de verrouillage étant configuré pour être engagé axialement entre les dents internes et externes de crabot pour empêcher la rotation de la bague de crabotage à l’intérieur du bol, et le jonc annulaire étant monté dans le bol pour bloquer axialement l’anneau de verrouillage dans le bol ; -- la bague d’immobilisation a en section transversale une forme de coin et est configurée, sous l’effet des forces centrifuges en fonctionnement, pour être sollicitée axialement vers l’extérieur du bol et pour maintenir serré axialement le pied d’aube par effet de coin ; -- le fût est réalisé en deux demi-coques rapportées et fixées sur le corps, les demi-coques étant jointes au niveau d’un plan de joint qui passe par ledit axe de calage ; -- le fût est collé sur le corps ; -- au moins une bague de frettage est montée autour des demi-coques pour les maintenir serrées contre le corps, cette bague de frettage s’étendant autour de l’axe de calage ; -- une bague de frettage inférieure est montée sur une surface cylindrique basse du fût, et s’étend autour d’au moins une partie de l’extrémité libre du corps ; -- une bague de frettage supérieure est montée sur une surface cylindrique haute du fût, et s’étend autour d’une partie d’un bulbe du corps ; -- une bague de crabotage s’étend autour de l’axe de calage et est montée prisonnière autour d’une échasse du pied, entre son bulbe et la pale, cette bague de crabotage comportant des dents externes de crabot configurées pour coopérer avec ledit système ; -- la bague de crabotage est configurée pour être montée sur la surface cylindrique haute du fût ; -- le premier palier de guidage s’étend au moins en partie autour de la bague de frettage inférieure, et le second palier de guidage s’étend au moins en partie autour de la bague de frettage supérieure. Les paliers de guidage assurent la reprise des actions mécaniques issues des efforts aérodynamiques et centrifuges s’appliquant sur l’aube en fonctionnement. Le palier inférieur peut être configuré pour assurer la rétention de l’aube au centrifuge et le palier supérieur peut être configuré pour assurer la reprise des moments de flexion issus des efforts aérodynamiques et centrifuges. La distance entre les paliers, le long de l’axe de calage, génère un bras de levier suffisant pour empêcher l’aube de rotuler, quelle que soit la phase de vol. La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un système tel que décrit ci-dessus. La présente invention concerne enfin un procédé de montage d’un système tel que décrit ci-dessus, dans lequel il comprend les étapes de : a) insertion du pied de l’aube à l’intérieur du bol du système, par déplacement de l’aube dans une direction parallèle à l’axe de calage, b) engagement de l’extrémité libre du pied dans un évidement de la paroi de fond du bol de façon à solidariser en rotation le bol avec le pied de l’aube, et c) engagement de la bague d’immobilisation, préalablement montée ou présente autour du pied de l’aube, dans le bol et montage de cette bague dans le bol et sur le pied de l’aube de façon à assurer la rétention axiale du pied dans le bol et d) engagement dudit au moins un élément de sécurité dans les orifices de la paroi de fond du bol et de l’extrémité libre du pied. Avantageusement, pendant les étapes a) et/ou b), le pied de l’aube prend appui sur l’organe élastiquement déformable et le comprime axialement. De préférence, pendant l’étape c), la bague d’immobilisation est montée dans le bol par crabotage. 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 en perspective d’une aube d’hélice pour une turbomachine d’aéronef, la est une vue à plus grande échelle d’une partie de la et montre le pied de l’aube, la est une vue schématique en perspective et avec éclaté partiel du pied de l’aube de la , la est une vue schématique en perspective du corps du pied de l’aube de la , la est une autre vue schématique en coupe axiale du pied de l’aube de la et de paliers de guidage, le plan de coupe s’étendant le long d’une corde de la pale de l’aube, la est une vue schématique en coupe axiale du pied de l’aube de la et des paliers de guidage, le plan de coupe s’étendant transversalement à la corde de la pale de l’aube, la est une autre vue schématique en coupe selon la ligne VII-VII de la , la est une vue schématique en coupe axiale du pied de l’aube de la et d’un système de commande du calage angulaire de cette aube, la est une vue schématique en perspective d’un bol du système de la , la est une vue schématique en perspective d’une bague de crabotage du système de la , la est une vue schématique en perspective d’un anneau de verrouillage du système de la , la est une vue schématique en perspective et en coupe axiale partielle du pied de l’aube et du système de la , et montre une première étape de montage, la est une vue schématique en perspective et en coupe axiale partielle du pied de l’aube et du système de la , et montre une deuxième étape de montage, la est une vue schématique en perspective et en coupe axiale partielle du pied de l’aube et du système de la , et montre une troisième étape de montage, la est une vue schématique en perspective et en coupe axiale partielle du pied de l’aube et du système de la , et montre une quatrième étape de montage, la est une vue schématique en perspective et en coupe axiale partielle du pied de l’aube et du système de la , et montre une cinquième étape de montage, la est une vue schématique en perspective et en coupe axiale partielle du pied de l’aube et du système de la , et montre une sixième étape de montage, et la est une vue schématique en coupe axiale du pied de l’aube de la et d’un premier mode de réalisation d’un système selon l’invention de commande du calage angulaire de cette aube ; la est une vue schématique en coupe axiale du pied de l’aube de la et d’un second mode de réalisation d’un système selon l’invention de commande du calage angulaire de cette aube ; et la est une vue très schématique d’une variante de réalisation d’un élément de sécurité. Système (34) de commande du calage angulaire d’une aube (10) d’hélice, pour une turbomachine d’aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend : - une aube (10) comportant une pale (12) reliée à un pied (14), - un bol (58) comportant une paroi annulaire (58a) s’étendant autour d’un axe (A) de calage de l’aube (10), cette paroi annulaire (58a) comportant une extrémité axiale inférieure fermée par une paroi de fond (58b), et une extrémité axiale supérieure ouverte et configurée pour autoriser le montage du pied (14) de l’aube (10) à l’intérieur du bol (58), la paroi de fond (58b) comprenant un évidement (60) ayant une section transversale non circulaire et configuré pour recevoir une extrémité libre (28) de forme complémentaire dudit pied (14) de façon à ce que le bol (58) soit solidarisé en rotation avec le pied (14) autour dudit axe (A), et - une bague d’immobilisation (52) qui s’étend autour dudit axe (A) et qui est montée autour du pied (14), cette bague d’immobilisation (52) étant montée à l’intérieur du bol (58) et coopérant respectivement avec le pied (14) et la paroi annulaire (58a) du bol (58) afin d’assurer la rétention axiale du pied (14) dans le bol (58), et en ce que le système (34) comprend en outre au moins un élément de sécurité (110, 110’) qui assure la retenue du pied (14) vis-à-vis du bol (58), ledit au moins un élément de sécurité (110, 110’) ayant une forme générale allongée et s’étendant transversalement par rapport audit axe (A), ledit au moins un élément de sécurité (110, 110’) traversant des orifices (112, 114, 126) alignés de la paroi de fond (58b) du bol (58) ainsi que de l’extrémité libre (28) du pied (14). Système (34) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un élément de sécurité (110) est un boulon comprenant une vis et un écrou (116), la vis comportant une tige filetée (118) qui traverse lesdits orifices (112, 114, 126) et une tête (120) qui est appliquée contre une face latérale (122) de la paroi de fond (58b), l’écrou (116) étant vissé sur la tige filetée (118) et prenant appui sur une face latérale (124) opposée de la paroi de fond (58b). Système (34) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un élément de sécurité (110’) est une goupille comprenant un corps cylindrique (128) traversant lesdits orifices (112, 114, 126). Système (34) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un élément de sécurité (110, 110’) traverse avec un jeu (J1, J1’) prédéterminé l’orifice (114) de l’extrémité libre (28) du pied (14). Système (34) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un élément de sécurité (110) traverse avec un jeu (J2) prédéterminé les orifices (112) de la paroi de fond (58b) du bol (58). Système (34) selon l’ensemble des revendications 4 et 5, dans lequel lesdits jeux (J1, J2) sont identiques. Système (34) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le pied (14) de l’aube (10) comporte un corps (24) logé dans un fût annulaire (26) qui s’étend autour dudit axe (A) et qui est logé au moins en partie à l’intérieur dudit bol (58), ladite extrémité libre (28) du pied (14) étant formée par une excroissance dudit corps (24) et par un prolongement axial (26za) dudit fût (26) qui comprennent tous les deux des orifices (114, 126) de passage dudit au moins un élément de sécurité (110, 110’). Système (34) selon la revendication précédente, en dépendance de l’ensemble des revendications 4 et 5, dans lequel les jeux (J3) entre ledit au moins un élément de sécurité (110, 110’) et les orifices (126) du fût (26) sont inférieurs au jeu (J1’) entre ledit au moins un élément de sécurité (110, 110’) et l’orifice (114) de l’excroissance, et sont de préférence identiques aux jeux (J2) entre ledit au moins un élément de sécurité (110, 110’) et les orifices (112) de la paroi de fond (58b) du bol (58). Turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un système (34) selon l’une des revendications précédentes. Procédé de montage d’un système selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel il comprend les étapes de : a) insertion du pied (14) de l’aube (10) à l’intérieur du bol (58) du système (34), par déplacement de l’aube (10) dans une direction parallèle à l’axe de calage (A), b) engagement de l’extrémité libre (28) du pied (14) dans l’évidement (60) de la paroi de fond (58b) du bol (58) de façon à solidariser en rotation le bol (58) avec le pied (14) de l’aube (10), c) engagement de la bague d’immobilisation (52), préalablement montée ou présente autour du pied (14) de l’aube (10), dans le bol (58) et montage de cette bague (52) dans le bol (58) et sur le pied (14) de l’aube (10) de façon à assurer la rétention axiale du pied (14) dans le bol (58), et d) engagement dudit au moins un élément de sécurité (110, 110’) dans les orifices (112, 114) de la paroi de fond (58b) du bol (58) et de l’extrémité libre (28) du pied (14).