Brevet FR3126017A1 — publié le 20230210

L’invention concerne un module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif d’axe longitudinal (X), comprenant : un carter rotatif (3) portant les pales, et un dispositif (38) de mise en drapeau des pales comprenant au moins un mécanisme (39) ayant un levier (40) solidaire d’une masselotte (43) et un chapeau (70) rapporté sur le carter rotatif, le levier étant articulé par rapport au chapeau par une liaison pivot et étant couplé à une couronne de synchronisation (34) d’un mécanisme de liaison (24) d’un système (22) de changement du calage des pales, les masselottes étant aptes, sous l’effet centrifuge, à être déplacées dans une position dans laquelle la couronne de synchronisation impose une position drapeau aux pales, le chapeau (70) comportant deux parois linéaires (72, 74) successives configurées pour collecter un lubrifiant liquide et évacuer ledit lubrifiant dans une partie aval (71) du carter rotatif. Figure pour l'abrégé : Figure 4 MODULE DE SOUFFLANTE A PALES A CALAGE VARIABLE La présente invention concerne le domaine des turbomachines d’aéronef et plus particulièrement un module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif comprenant un système de changement du calage des pales et un dispositif de mise en drapeau de celles-ci. L’invention vise également un procédé d’assemblage d’un tel module et l’ensemble propulsif correspondant. Une soufflante munie de pales à calage variable (connue sous l’acronyme anglais VPF pour « Variable Pitch Fan ») permet de régler le calage (et plus précisément l’angle de cale) des pales en fonction des paramètres de vol, et ainsi d’optimiser le fonctionnement de la soufflante, et de manière générale de l’ensemble propulsif dans lequel une telle soufflante est intégrée. Pour rappel, l’angle de calage d’une pale correspond à l’angle, dans un plan longitudinal perpendiculaire à l’axe de rotation de la pale, entre la corde de la pale et le plan de rotation de la soufflante. Il est connu des ensembles propulsifs ou turbomachines comprenant de manière générale une soufflante carénée ou une hélice non carénée équipée d’aubes mobiles à calage variable, équipés de ces systèmes de changement de pas. Dans la catégorie des turbomachines à au moins une hélice non carénée, également appelées sous le terme anglais « open rotor » ou « unducted fan », il existe celles ayant une seule hélice non carénée et un redresseur comprenant plusieurs aubes de stator (connues sous l’acronyme anglais USF pour « Unducted Single Fan »). Une turbomachine de type open rotor comprend principalement, à l’intérieur d’un carter cylindrique fixe porté par la structure de l'aéronef, une partie « générateur de gaz » et une partie « propulsion » coaxiales. La partie générateur de gaz peut être disposée en amont ou en aval de la partie propulsion. Les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la circulation des gaz dans la turbomachine. La partie propulsion comporte au moins une hélice entraînée en rotation par une turbine, notamment basse pression, de la partie générateur de gaz via un réducteur, par exemple, à trains épicycloïdaux. La ou les hélices s’étendent sensiblement radialement vis-à-vis de l’arbre de transmission d’axe longitudinal à l’extérieur du carter. De manière générale, chaque hélice comprend un carter rotatif sensiblement cylindrique portant un moyeu comportant un anneau de support des pales extérieur reçu de façon rotative autour de l’axe longitudinal dans le stator de la turbomachine. L’anneau comporte des logements cylindriques radiaux répartis sur sa périphérie autour de l’axe longitudinal. Des arbres d’axes radiaux, perpendiculaires à l’axe longitudinal de la turbomachine, solidaires des pieds des pales sont reçus dans les logements de l’anneau et traversent également des passages radiaux du carter cylindrique. Pour permettre le fonctionnement optimal de la turbomachine selon les différentes phases de vol rencontrées, les pales de la ou des hélices peuvent tourner dans les logements radiaux de l’anneau du moyeu. Pour cela, elles sont entraînées en rotation autour de leurs axes de pivot respectifs, appelé axe de calage, par un système approprié permettant de faire varier le calage des pales en cours de vol, c'est-à-dire le pas des hélices. Ce système de changement du pas des pales des hélices couvre une plage angulaire de rotation comprise entre deux positions extrêmes, à savoir une position extrême dite de « reverse » pour laquelle les pales dépassent par exemple de 30° le plan transversal à l'axe du turbomoteur (la direction d'avance de l'avion) pour participer au freinage de l'aéronef, à la manière des inverseurs de poussée usuels, et une position extrême dite de « mise en drapeau » pour laquelle les pales sont alors effacées au mieux par rapport à la direction d'avance, par exemple, en cas de panne moteur ou lors d’une défaillance (ou panne) du dispositif de commande du calage des pales (par exemple une défaillance d’un actionneur hydraulique) afin que ces dernières offrent le moins de résistance (traînée) possible. De manière générale, un système de changement de pas des pales d’une hélice comporte un dispositif de commande et un mécanisme de liaison reliant le moyen de commande à chaque pale de l’hélice pour assurer le pivotement angulaire souhaité des pales. En outre, la mise en drapeau des pales s’effectue généralement via des contrepoids. Usuellement, les contrepoids sont placés sur le pied de chaque pale et sont potentiellement très lourds en fonction de l’encombrement disponible et viennent charger en centrifuge et donc augmenter les contraintes du pied des pales et des roulements du pied des pales déjà très sollicités. Différentes solutions ont été proposées pour changer le pas des pales d’une soufflante et effectuer la mise en drapeau des pales sur des turbomachines du type « open rotor » ou autres. Par exemple, on connaît du document FR 3 066 559, un système de changement de pas des pales comprenant un seul vérin annulaire agencé sur un carter fixe ou stator interne par rapport au moyeu de la soufflante et un mécanisme de liaison comportant un palier de transfert, plus connu sous l’acronyme anglais LTB pour « Load Transfert Bearing », fixé d’un côté à la partie mobile du vérin et coopérant, de l'autre côté, avec un moyen de liaison du mécanisme aux pales du moyeu rotatif, de telle façon que le palier de transfert de charge du mécanisme entraîné en rotation transmette le déplacement en translation de la partie mobile du vérin fixe, au moyen de liaison du mécanisme rotatif pour changer l'orientation des pales de l'hélice. Ce système de changement de pas comporte en outre un dispositif de mise en drapeau des pales comportant des contrepoids avec un mécanisme de levier agencés dans le repère tournant, lié à la bague extérieure du palier de transfert de charge. L’utilisation de contrepoids avec un mécanisme de levier agissant sur le vérin permet de démultiplier l’effort et de profiter d’un espace vide pour diminuer la masse des contrepoids et ne pas solliciter le pied des pales. Le fait d’avoir un actionneur linéaire dans un repère fixe permet de faciliter son alimentation en huile et de diminuer les masses en rotation. Toutefois, cette solution nécessite une cinématique plane du mécanisme de contrepoids, impliquant pour le mécanisme de changement de pas d’avoir un mouvement purement axial. Cette nécessité de mouvement purement axial entraine un surdimensionnement du système de leviers. De plus, si le mécanisme de changement de pas est purement axial il nécessite une force plus importante pour l’actionnement et cet effort se traduit en efforts internes et donc en contraintes mécaniques supplémentaires. Par ailleurs, le mécanisme de contrepoids à levier tel que présenté est hyperstatique rendant son dimensionnement, sa fabrication et son montage difficile. En outre, le mécanisme de levier selon cette solution présente une cavité avec un tuyau d’évacuation, pour évacuer l’huile nécessaire au mécanisme de changement de pas et comporte des roulements de transfert de charge qui nécessitant d’être lubrifiés, qui peuvent s’avérer techniquement compliqués. L’objectif de la présente invention est ainsi de proposer un dispositif de mise en drapeau des pales permettant de palier à au moins certains de ces inconvénients. À cet effet, l’invention concerne un module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif d’axe longitudinal, ledit module comprenant : - un carter rotatif autour de l’axe longitudinal X et portant les pales, - un système de changement du calage des pales comprenant un dispositif de commande et un mécanisme de liaison, le dispositif de commande comportant un actionneur annulaire centré sur l’axe longitudinal X ayant un corps fixe rapporté sur le carter rotatif et un corps mobile en translation par rapport au corps fixe le long de l’axe longitudinal X, le corps mobile étant couplé à une couronne de synchronisation du mécanisme de liaison, ladite couronne de synchronisation étant reliée aux pales et configurée pour être entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal par le corps mobile de manière à changer le calage des pales ; et - un dispositif de mise en drapeau des pales, en particulier en cas de défaillance dudit dispositif de commande, ledit dispositif de mise en drapeau comprenant au moins un mécanisme ayant un levier solidaire d’une masselotte et un chapeau rapporté sur le carter rotatif, le levier étant articulé par rapport au chapeau par une liaison pivot et étant couplé à la couronne de synchronisation, les masselottes étant aptes, sous l’effet centrifuge, à être déplacées dans une position dans laquelle la couronne de synchronisation impose une position drapeau aux pales, caractérisé en ce que le chapeau comporte deux parois linéaires successives configurées pour collecter un lubrifiant liquide et évacuer ledit lubrifiant dans une partie aval du carter rotatif. L’invention permet ainsi d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, elle permet d’assurer une mise en drapeau passive des pales d’une soufflante efficace en multipliant l’effort centrifuge de chaque masselotte tout en ayant des efforts de rappel faibles pendant la phase d’inversion de poussée. De plus, l’invention étant sans roulement de transfert de charge, permet de limiter la propagation des fluides, en particulier de l’huile de lubrification. Un drainage des fuites potentielles de l’actionneur reste utile, cependant l’invention ne présente plus de cavité ni de tuyau. Les géométries du système à leviers du dispositif de mise en drapeau sont avantageusement adaptées de manière à présenter une double pente dans la partie support qui permettent ainsi l’écoulement du lubrifiant qui n’est ainsi plus piégé dans une cavité et ne nécessite plus de tuyaux d’évacuation. Le module de soufflante 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 : - les deux parois linéaires successives du chapeau comportent une paroi linéaire amont et une paroi linéaire aval agencée entre la paroi linéaire amont et la partie aval du carter rotatif destinée à recevoir le lubrifiant évacué par le chapeau, la paroi linéaire aval étant sensiblement parallèle à l’axe longitudinal de l’ensemble propulsif ; - au moins un levier est couplé à la couronne de synchronisation via une biellette articulée à chacune de ses extrémités ; - la biellette comporte une liaison pivot à chacune de ses extrémités ; - la biellette comporte une liaison rotule à chacune de ses extrémités ; - le chapeau définit intérieurement une cavité, chaque levier comportant une première branche située à l’extérieur de la cavité et une seconde branche située à l’intérieur de la cavité, les deux branches étant fixes l’une par rapport à l’autre ; - l’articulation entre les leviers et ledit chapeau comprend des moyens d’étanchéité. L’invention concerne également un ensemble propulsif d’axe longitudinal comportant au moins un module de soufflante à pales à calage variable selon l’invention et tel que décrit précédemment. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de montage d’un module de soufflante à pales à calage variable tel que décrit ci-avant, comprenant : - une étape de pré-assemblage des sous-ensembles formés chacun d’un mécanisme du dispositif de mise en drapeau des pales ; - une étape de couplage de chaque sous-ensemble à couronne de synchronisation, chaque sous ensemble étant en position inversion de poussée et la couronne de synchronisation étant en position drapeau ; et - une étape de positionnement et de fixation du chapeau sur le carter rotatif en basculant le levier en position drapeau. La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une vue en demi-coupe axiale (ou longitudinale) d’un module de soufflante selon l’invention comprenant un dispositif de mise en drapeau des pales, dans une première position, selon un plan axial passant par l’axe de rotation d’une pale de la soufflante ; la est une vue tridimensionnelle de la , la est une vue en coupe partielle de la selon un plan axial passant par l’axe de rotation d’une pale de la soufflante et l’axe longitudinal du module dans laquelle le dispositif de mise en drapeau des pales est dans une seconde position ; la est une vue en coupe partielle de la selon un plan axial passant par l’axe de rotation d’une pale de la soufflante et l’axe longitudinal du module dans laquelle le dispositif de mise en drapeau des pales est dans la première position ; la est une vue schématique en coupe radiale (ou transversale) d’un mécanisme du dispositif de mise en drapeau des pales, selon un plan passant par l’axe de rotation du levier dudit mécanisme ; la représente une alternative au mécanisme du dispositif de mise en drapeau des pales de la en coupe radiale (ou transversale) selon un plan passant par l’axe de rotation du levier ; la illustre une première étape d’un procédé d’assemblage d’un module de soufflante selon l’invention ; la illustre une étape ultérieure à l’étape illustrée en d’un procédé d’assemblage d’un module de soufflante selon l’invention ; et la illustre une étape ultérieure à l’étape illustrée en d’un procédé d’assemblage d’un module de soufflante selon l’invention. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif d’axe longitudinal (X), ledit module comprenant : un carter rotatif (3) autour de l’axe longitudinal (X) et portant les pales, un système (22) de changement du calage des pales comprenant un dispositif de commande (23) et un mécanisme de liaison (24), le dispositif de commande comportant un actionneur annulaire centré sur l’axe longitudinal (X) ayant un corps fixe (25) rapporté sur le carter rotatif et un corps mobile (27) en translation par rapport au corps fixe le long de l’axe longitudinal (X), le corps mobile étant couplé à une couronne de synchronisation (34) du mécanisme de liaison, ladite couronne de synchronisation étant reliée aux pales et configurée pour être entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal (X) par le corps mobile de manière à changer le calage des pales ; et un dispositif (38) de mise en drapeau des pales, en particulier en cas de défaillance dudit dispositif de commande, ledit dispositif (38) de mise en drapeau comprenant au moins un mécanisme (39) ayant un levier (40) solidaire d’une masselotte (43) et un chapeau (70) rapporté sur le carter rotatif, le levier étant articulé par rapport au chapeau par une liaison pivot et étant couplé à la couronne de synchronisation, les masselottes étant aptes, sous l’effet centrifuge, à être déplacées dans une position dans laquelle la couronne de synchronisation impose une position drapeau aux pales, caractérisé en ce que le chapeau (70) comporte deux parois linéaires (72, 74) successives configurées pour collecter un lubrifiant liquide et évacuer ledit lubrifiant dans une partie aval (71) du carter rotatif. Module de soufflante selon la revendication 1, dans lequel les deux parois linéaires successives du chapeau (70) comportent une paroi linéaire amont (72) et une paroi linéaire aval (74) agencée entre la paroi linéaire amont (72) et la partie aval (71) du carter rotatif destinée à recevoir le lubrifiant évacué par le chapeau, la paroi linéaire aval (74) étant sensiblement parallèle à l’axe longitudinal (X) de l’ensemble propulsif. Module de soufflante selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins un levier (40) est couplé à la couronne de synchronisation (34) via une biellette (60) articulée à chacune de ses extrémités. Module de soufflante selon la revendication 3, dans lequel la biellette (60) comporte une liaison pivot à chacune de ses extrémités. Module de soufflante selon la revendication 3, dans lequel la biellette (60) comporte une liaison rotule à chacune de ses extrémités. Module de soufflante selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit chapeau (70) définit intérieurement une cavité (77), chaque levier (40) comportant une première branche (44) située à l’extérieur de la cavité et une seconde branche (45) située à l’intérieur de la cavité, les deux branches étant fixes l’une par rapport à l’autre. Module de soufflante selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’articulation entre les leviers et ledit chapeau comprend des moyens d’étanchéité. Ensemble propulsif d’axe longitudinal (X) comportant au moins un module de soufflante à pales à calage variable selon l’une des revendications précédentes. Procédé de montage d’un module de soufflante à pales à calage variable selon l’une des revendications précédentes 1 à 7, comprenant : - une étape de pré-assemblage des sous-ensembles formés chacun d’un mécanisme (39) du dispositif (38) de mise en drapeau des pales ; - une étape de couplage de chaque sous-ensemble à couronne de synchronisation (34), chaque sous ensemble étant en position inversion de poussée et la couronne de synchronisation étant en position drapeau ; et - une étape de positionnement et de fixation du chapeau (70) sur le carter rotatif en basculant le levier (40) en position drapeau.