Brevet FR3126018A1 — publié le 20230210

L’invention concerne un système (22) de changement de pas des pales pour un ensemble propulsif (2) d’axe longitudinal (X), chaque pale (5) étant montée pivotante sur un arbre (10) de l’ensemble propulsif suivant un axe de calage (Y), le système comportant un mécanisme de liaison (24) relié à chaque pale et un moyen de commande agissant sur le mécanisme de liaison, le moyen de commande comportant un actionneur cylindrique ayant un corps fixe (27) et un corps mobile (25) solidaire en rotation de l’arbre, le corps mobile étant en translation par rapport au corps fixe, l’actionneur étant agencé de manière à déplacer axialement le mécanisme de liaison pour entraîner le changement de pas des pales, dans lequel le dispositif de commande comporte un compas (28) reliant le corps fixe (27) de l’actionneur au corps mobile (25) de l’actionneur (23). Figure pour l'abrégé : Figure 1 SYSTEME DE CHANGEMENT DE PAS DES PALES D’UNE SOUFFLANTE D’UN ENSEMBLE PROPULSIF La présente invention concerne un module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif, et plus précisément un dispositif de calage du pas des pales adapté à une telle soufflante. 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 »). Un turbomoteur 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. Dans certains cas, la partie propulsion peut comporter deux hélices coaxiales et contrarotatives, respectivement amont et aval qui sont entrainées, en rotation inverse l’une de l’autre, par la turbine du générateur de gaz via le réducteur. 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, la ou chaque hélice comprend un carter rotatif sensiblement cylindrique portant un moyeu à anneau polygonal 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 des anneaux polygonaux et traversent également des passages radiaux du carter cylindrique. Pour permettre le fonctionnement optimal du turbomoteur selon les différentes phases de vol rencontrées, les pales des hélices peuvent tourner dans les logements radiaux des anneaux polygonaux. 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 turbomoteurs 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 levier. 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. L’objectif de la présente invention est ainsi de proposer un système de changement de pas des pales dans lequel le mécanisme de changement de pas a un mouvement purement axial tout en évitant un surdimensionnement du système de levier du dispositif de mise en drapeau. À cet effet, l’invention concerne un système de changement de pas des pales pour un ensemble propulsif d’axe longitudinal X, chaque pale étant montée pivotante sur un arbre de l’ensemble propulsif suivant un axe de calage, le système comportant un mécanisme de liaison relié à chaque pale et un moyen de commande agissant sur le mécanisme de liaison, le moyen de commande comportant un actionneur cylindrique ayant un corps fixe et un corps mobile solidaire en rotation de l’arbre, le corps mobile étant en translation par rapport au corps fixe le long de l’axe longitudinal, l’actionneur étant agencé de manière à déplacer axialement le mécanisme de liaison pour entraîner le changement de pas des pales, et caractérisé en ce que le moyen de commande comporte un compas, dit compas principal, reliant le corps fixe de l’actionneur au corps mobile de l’actionneur. Un tel compas est dédié et dimensionné pour reprendre l’ensemble des efforts d’anti rotation ou anti-couple de l’actionneur, plus précisément du corps fixe par rapport au corps mobile de l’actionneur. De préférence, le compas comporte un premier bras dont une extrémité est reliée au corps fixe de l’actionneur via une chape par une première liaison pivot et un second bras dont une extrémité est reliée au corps mobile de l’actionneur via une chape par une deuxième liaison pivot, les extrémités opposées du premier bras et du second bras étant reliées par une troisième liaison pivot, les liaisons pivot ayant toute un axe de rotation perpendiculaire à l’axe longitudinal. De préférence, l’actionneur est un vérin hydraulique comprenant un cylindre solidaire de l'arbre formant le corps fixe de l’actionneur et une tige mobile par rapport au cylindre formant le corps mobile de l’actionneur. Ainsi, le vérin se trouve dans un repère tournant suivant l’axe longitudinal du moteur. Le compas permet avantageusement d’empêcher la libre rotation de la tige du vérin par rapport au corps du vérin et transforme ainsi la liaison pivot glissant entre la tige et le corps du vérin en une liaison glissière. Ainsi, l’invention permet l’utilisation de mécanisme de rappel en drapeau passif nécessitant un mouvement purement translatant, comme les ressorts par exemple ou bien comme les contrepoids à levier et came. L’invention permet également de simplifier ou dé-contraindre certains mécanismes de rappel en drapeau passif comme par exemple les mécanismes à contrepoids à levier ou bien comme les contrepoids à levier et crémaillère. De plus, un compas étant généralement lourd, il peut être employé en tant que contrepoids pour un mécanisme de rappel en drapeau, en le positionnant dans une zone où il y a de la place. Ainsi, il ne surcharge pas le pied de la pale et les roulements du pied de pale contrairement aux contrepoids directs. Avantageusement, le système de changement de pas comporte un autre compas, dit compas suppléant, reliant le corps fixe de l’actionneur au corps mobile de l’actionneur, les compas étant diamétralement opposés. Ce deuxième compas permet ainsi le balourd pouvant être généré par le premier compas. De préférence, une des liaisons pivot du compas suppléant est montée avec un jeu ou une pièce souple afin d’assurer une redondance de sûreté de fonctionnement, le deuxième compas pouvant remplacer le premier compas en cas de défaillance de celui-ci tout en limitant l’hyperstatisme du système. Ainsi, en cas de fonctionnement normal, seul le premier compas assure le blocage de la rotation du corps mobile par rapport au corps fixe de l’actionneur. Par généralisation, le moyen de commande comporte plusieurs compas suppléants reliant le corps fixe de l’actionneur au corps mobile de l’actionneur, les compas étant régulièrement espacés autour de l’actionneur cylindrique. Avantageusement, le mécanisme de liaison comporte un anneau de synchronisation solidaire du corps mobile de l’actionneur et configuré pour entraîner le calage de pales simultanément et le système de changement de pas des pales comporte un dispositif de mise en drapeau des pales, en particulier en cas de défaillance de l’actionneur du dispositif de commande, le dispositif de mise en drapeau comprenant des masselottes, chacune couplée à l’anneau de synchronisation et apte, sous l’effet centrifuge, à être déplacée dans une position dans laquelle ledit anneau de synchronisation impose une position drapeau aux pales. Avantageusement, les liaisons pivot du compas principal sont montées avec un jeu minimal de manière à ce que le corps mobile se déplace par rapport au corps fixe sans rotation. Un autre objet de l’invention concerne également un module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif d’axe longitudinal, ledit module comprenant un rotor portant les pales et comportant un arbre annulaire et un système de changement de pas des pales selon l’invention et tel que décrit ci-avant. L’invention concerne également un ensemble propulsif d’axe longitudinal comportant un tel module de soufflante à pales à calage variable ou un système de changement de pas des pales selon l’invention et tels que décrits ci-avant. 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 comprenant un système de changement de pas des pales et un système de mise en drapeau, dans une première position, représenté dans le même plan que l’axe de rotation d’une pale de la soufflante selon un mode de réalisation ; la , est une vue en demi-coupe axiale du module de soufflante de la dans laquelle le dispositif de mise en drapeau des pales est dans une deuxième position; la est une vue de détail en perspective d’un compas équipant le système de changement de pas de la , et la est une vue en demi-coupe axiale (ou longitudinale) d’un module de soufflante comprenant un système de changement de pas des pales et un système de mise en drapeau, dans une première position, représenté dans le même plan que l’axe de rotation d’une pale de la soufflante selon un autre mode de réalisation. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Système (22) de changement de pas des pales pour un ensemble propulsif (2) d’axe longitudinal (X), chaque pale (5) étant montée pivotante sur un arbre de l’ensemble propulsif suivant un axe de calage (Y), le système comportant un mécanisme de liaison (24) relié à chaque pale et un moyen de commande agissant sur le mécanisme de liaison, le moyen de commande comportant un actionneur (23) cylindrique ayant un corps fixe (27) et un corps mobile (25) solidaire en rotation de l’arbre, le corps mobile étant en translation par rapport au corps fixe, l’actionneur étant agencé de manière à déplacer axialement le mécanisme de liaison pour entraîner le changement de pas des pales, caractérisé en ce que le dispositif de commande comporte un compas (28), dit compas principal, reliant le corps fixe (27) de l’actionneur au corps mobile (25) de l’actionneur (23). Système de changement de pas des pales selon la revendication 1, dans lequel le compas (28) comporte un premier bras (29) dont une extrémité (29A) est reliée au corps fixe (27) de l’actionneur via une chape (30) par une première liaison pivot (C1) et un second bras (31) dont une extrémité (31A) est reliée au corps mobile (25) de l’actionneur via une chape par une deuxième liaison pivot (C2), les extrémités opposées (29B, 31B) du premier bras et du second bras étant reliées par une troisième liaison pivot (C3), les première, deuxième et troisième liaisons pivot (C1, C2, C3) ayant toute un axe de rotation perpendiculaire à l’axe longitudinal (X). Système de changement de pas des pales selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’actionneur (23) est un vérin hydraulique comprenant un cylindre solidaire de l'arbre formant le corps fixe de l’actionneur et une tige mobile par rapport au cylindre formant le corps mobile de l’actionneur. Système de changement de pas des pales selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen de commande comporte au moins un autre compas, dit compas suppléant, reliant le corps fixe de l’actionneur au corps mobile de l’actionneur, les compas étant régulièrement espacés autour de l’actionneur cylindrique. Système de changement de pas des pales selon la revendication précédente, dans lequel une des liaisons pivot (C1, C2, C3) des autres compas suppléants est montée avec un jeu ou une pièce souple. Système de changement de pas selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mécanisme de liaison (24) comporte un anneau (34) de synchronisation solidaire du corps mobile (25) de l’actionneur (23) et configuré pour entraîner le calage de pales (5) simultanément et le système de changement de pas des pales comporte un dispositif de mise en drapeau (38) des pales, en particulier en cas de défaillance de l’actionneur (23), le dispositif de mise en drapeau (38) comprenant des masselottes (43) chacune couplée à l’anneau de synchronisation et apte, sous l’effet centrifuge, à être déplacée dans une position dans laquelle ledit anneau de synchronisation (34) impose une position drapeau aux pales. Système de changement de pas selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 2, dans lequel les liaisons pivot (C1, C2, C3) du compas principal sont montées avec un jeu minimal de manière à ce que le corps mobile (25) se déplace par rapport au corps fixe (27) sans rotation. Module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif d’axe longitudinal (X), ledit module comprenant un rotor (3) portant les pales et comportant un arbre annulaire (10) et un système de changement de pas (22) des pales (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Ensemble propulsif d’axe longitudinal (X) comportant un module de soufflante à pales à calage variable selon la revendication 8 ou un système de changement de pas des pales selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.