Brevet FR3131731A1 — publié le 20230714

Système (34) de commande du calage angulaire d’une aube (10) d’hélice, pour une turbomachine d’aéronef, ledit système de commande (34) comprenant : - une aube (10) comportant une pale (12) reliée à un pied (14), - un bol (36) s’étendant autour dudit axe de calage (A), le bol (36) comportant un logement interne de réception du pied (14) de l’aube (10), et - des éléments (40, 41) de fixation du pied (14) de l’aube (10) au bol (36), ces éléments de fixation (40, 41) comportant des éléments annulaires (41, 40) montés à l’intérieur du bol (36) et prenant appui axialement sur le pied (14), caractérisé en ce que l’un de ces éléments (41) comprend au moins deux lames (60, 62, 64) élastiquement déformables qui sont au moins partiellement superposées en direction axiale et qui sont configurées pour assurer une précharge axiale du pied (14) de l’aube (10) à l’intérieur du bol (36). Figure pour l'abrégé : Figure 4 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 un système de commande du calage angulaire d’une aube d’hélice pour une turbomachine d’aéronef. 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. Dans le même temps, sur certaines architectures de turbomachine à hélice, le démarrage moteur est effectué à un calage très ouvert, dit en drapeau. En effet, cette position de démarrage permet de consommer la puissance par le couple ce qui assure la sécurité machine en garantissant des régimes d’hélice faibles. Plus précisément, selon des considérations simples, la puissance est proportionnelle au produit du régime et du couple. Or, le couple est croissant avec l’incidence qui peut être augmentée via le calage. En effet, l’homme du métier en aérodynamique comprend que l’effort résultant sur un profil de pale est en première approximation perpendiculaire à la corde et peut se décomposer en deux composantes: la poussée selon l’axe moteur et la trainée de la pale dans le plan de l’hélice. Ainsi, avec l’augmentation du calage des aubes, l’effort résultant se déplace vers le plan d’hélice ce qui a pour effet d’augmenter la trainée du profil aérodynamique et de diminuer la poussée. Par conséquent, dans le cas d’un démarrage en drapeau, la poussée générée par l’hélice est nulle, le couple est maximal et le régime minimal. Cependant, l’incidence devient tellement importante que les pales subissent alors un écoulement aérodynamique turbulent fortement décollé qui génère une forte excitation vibratoire. Cette excitation est à la fois large bande de par les petits vortex de la zone décollée, mais également intense sur certaines fréquences particulières dues aux grosses recirculations de Karman qui viennent faire osciller l’effort aérodynamique de façon importante. En particulier, sur des pales à large corde et de grande envergure qui génèrent beaucoup de trainée, cet effort est intense bien que le régime ne soit pas élevé. Dans la technique actuelle, il est courant de fixer une aube à son support par une attache dite brochée. L’aube comprend un pied qui a une forme générale en queue d’aronde et qui est destiné à être engagé par complémentarité de formes dans une alvéole du support, cette alvéole étant classiquement réalisée par brochage. Pour une pale à attache brochée, cet effort aérodynamique est tellement intense qu’il peut provoquer des mouvements de solide rigide du pied d’aube dans son alvéole qui s’apparentent à du rotulage. En effet, lors d’un démarrage en drapeau, le régime réduit de la soufflante ne permet pas de générer un effort centrifuge suffisant pour empêcher ces mouvements induits par l’effort aérodynamique. Il s’en suit un risque d’endommagement par frottement de la pale et de la cale intercalée entre le pied et le fond de l’alvéole, pouvant réduire la durée de vie de la pale. Pour les mêmes raisons, cette problématique se pose éventuellement en situation d’entraînement en roue libre (ou « windmilling ») suite à une panne moteur car les aubes à calage variable sont généralement équipées d’un système de rappel en drapeau. De plus, une excitation vibratoire intense peut également survenir à des régimes de rotation beaucoup plus élevés sur les architectures non carénées à cause des effets d’installation du moteur sur l’aéronef et de la direction de l’écoulement infini amont. En effet, un moteur non caréné subit l’influence du sol et du fuselage ce qui provoque une distorsion dans l’alimentation de l’hélice, en vitesse d’écoulement, selon les azimuts moteur. Cela entraîne une réponse vibratoire des aubes d’hélice sur les premiers ordres moteurs 1N, 2N et 3N (éventuellement plus). D’autre part, en l’absence de manche d’entrée d’air, la direction de l’air qui s’écoule à travers les pales n’est pas parallèle à l’axe moteur. Cet angle de dérapage entraine des efforts dits « 1P » qui provoquent une réponse vibratoire des aubes d’hélice sur l’ordre moteur 1N. De façon similaire, ces efforts 1P peuvent également apparaître lors des phases de montées ou d’approche de l’avion car l’air s’écoule à travers les pales avec un angle d’incidence. Ces excitations vibratoires à régime de rotation élevées peuvent provoquer les mêmes risques de réduction de durée de vie des aubes après des endommagements par frottement évoqués ci-dessus si l’attache de l’aube n’est pas adaptée. Pour l’ensemble de ces raisons, l’attache brochée peut poser des difficultés de conception et/ou de mise au point pour des aubes d’hélice à calage variable, à large corde et de grande envergure. Il existe d’autres technologies d’attache d’une aube d’hélice à calage variable qui permette de limiter le rotulage de l’aube lors des phases de vol qui sont susceptibles d’exciter les modes vibratoires de l’aube. L’une de ces technologies consiste à utiliser un pied 14 d’aube en forme de bulbe 32 (voir figures 1 et 2). Le bulbe 32 du pied 14 a une forme générale bombée et comprend deux portées périphériques, respectivement inférieure 32a et supérieure 32b. Le système 34 de commande du calage angulaire de l’aube comprend un bol 36 comportant un logement interne de réception du pied 14 de l’aube 10, et des éléments 40, 41 de fixation du pied de l’aube au bol (voir ). Un premier élément annulaire 41 est monté à l’intérieur du bol 36 prend appui axialement sur la portée inférieure 32a du pied 32. Un second élément annulaire 40 est monté à l’intérieur du bol 36 et prend appui axialement sur la portée supérieure 32b du pied 32. Le premier élément 41 est configuré pour appliquer un effort de précharge sous le pied 32 d’aube. Cet effort de précharge doit être suffisamment conséquent pour inhiber les potentiels mouvements de rotulage. Le premier élément 41 doit donc avoir une limite élastique suffisamment importante pour supporter un tel effort sans se plastifier. L’effort de précharge doit être conservé aux régimes de rotation les plus élevés qui correspondent aux chargements maximaux en effort centrifuge. Cet effort centrifuge est appliqué dans la même direction et dans le même sens que l’effort de précharge. Cependant, l’effort centrifuge induit une déformation en compression du pied de pale. Ce dernier a donc tendance à s’éloigner du premier élément 41 et potentiellement mener à la perte de la précharge par détente de celle-ci. Pour conserver sa fonction, le système de précharge doit donc disposer d’une souplesse suffisante dans la direction radiale pour s’adapter à la déformation subie par le pied de pale afin d’assurer au maximum la continuité du transfert de l’effort de précharge. Pour l’ensemble de ces raisons, le système de précharge des aubes d’hélice à calage variable, en particulier à large corde et de grande envergure doit faire preuve : - d’une haute résistance élastique afin de transférer l’effort de précharge sans plastifier, - d’une souplesse suffisante afin de s’adapter aux déformations radiales du pied d’aube. L’invention a notamment pour but de proposer une solution à ce problème, qui soit simple, efficace et économique. L’invention concerne un système de commande du calage angulaire d’une aube d’hélice, pour une turbomachine d’aéronef, ledit système de commande comprenant : - une aube comportant une pale reliée à un pied, l’aube comportant un axe de calage sensiblement radial par rapport audit premier axe, ledit pied comportant un bulbe qui a une forme générale bombée et comprend deux portées périphériques, respectivement inférieure et supérieure, qui s’étendent autour dudit axe, - un bol s’étendant autour dudit axe de calage, le bol comportant un logement interne de réception du pied de l’aube, et - des éléments de fixation du pied de l’aube au bol, ces éléments de fixation comportant : + un premier élément annulaire monté à l’intérieur du bol, ce premier élément s’étendant autour de l’axe et prenant appui axialement sur la portée inférieure du pied, et + un second élément annulaire monté à l’intérieur du bol, ce second élément s’étendant autour de l’axe A et prenant appui axialement sur la portée supérieure du pied, caractérisé en ce que ledit premier élément comprend au moins deux lames élastiquement déformables qui sont au moins partiellement superposées en direction axiale et qui sont configurées pour assurer une précharge axiale du pied de l’aube à l’intérieur du bol. Dans la présente demande, on entend par « superposées » ou « superposition », le fait que les lames se recouvrent mutuellement. Ce recouvrement a lieu en direction axiale, c’est-à-dire par rapport à l’axe de calage de l’aube. Ceci signifie qu’une des lames recouvre une autre lame et se situe au-dessus d’elle par exemple. Le recouvrement peut être total ou partiel selon la forme des lames et leurs positions les unes par rapport aux autres. La superposition axiale des lames permet de conférer une certaine souplesse au premier élément tout en renforçant sa résistance élastique. L’invention permet ainsi de garantir la précharge du pied d’aube pendant toutes les phases de vol. L’invention permet ainsi d’améliorer l’attache de l’aube afin de limiter son rotulage lors de toutes les phases de vol qui sont susceptibles d’exciter les modes vibratoires. Le système de commande 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 : - chacune des lames a une forme annulaire et s’étend autour dudit axe, - chacune des lames a un diamètre interne qui est supérieur ou égal au diamètre interne minimal du premier élément, et un diamètre externe qui est inférieur ou égal au diamètre externe maximal du premier élément, - les lames sont au nombre de deux et ont en section une forme en C, l’une des lames étant une lame inférieure et étant reliée par sa périphérie interne ou externe à l’autre des lames qui est une lame supérieure, - les lames sont au nombre de deux et définissent entre elles un espace annulaire fermé, l’une des lames étant une lame inférieure et étant reliée par ses périphéries interne et externe à l’autre des lames qui est une lame supérieure, - les lames sont au nombre de trois et ont en section une forme en S, l’une des lames étant une lame intermédiaire et étant reliée par sa périphérie interne, ou externe respectivement, à une autre des lames qui est une lame supérieure, et par sa périphérie externe, ou interne respectivement, à une autre des lames qui est une lame inférieure, - les lames sont au nombre de quatre, cinq, voire plus, et comprennent une lame supérieure, une lame inférieure et au moins deux lames intermédiaires, - la lame supérieure est en appui axial sur la portée inférieure et a une forme générale tronconique ou incurvée concave vers le haut, - la lame inférieure a une forme générale plane ou tronconique, - le premier élément comprend à son extrémité inférieure un filetage externe de vissage dans le bol, et -- le premier élément comprend à son extrémité supérieure une surépaisseur axiale. La présente invention concerne également une hélice pour une turbomachine d’aéronef, cette hélice comportant ; - un moyeu s’étendant autour d’un premier axe et comportant des orifices répartis autour de ce premier axe, chacun de ces orifices ayant une orientation sensiblement radiale par rapport audit premier axe et traversant ledit moyeu, - un système de commande tel que décrit dans ce qui précède qui est monté dans chacun desdits orifices, - des paliers de guidage du système de commande qui sont montés dans chacun desdits orifices, -- les lames sont en bourrelet. La présente invention concerne encore une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un système de commande ou une hélice tel que décrit ci-dessus. 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 coupe transversale montrant partiellement une hélice et d’un système de commande du calage angulaire d’une aube de cette hélice, la est une vue schématique en coupe transversale montrant partiellement une hélice et d’un système de commande du calage angulaire d’une aube de cette hélice, selon un mode de réalisation de la présente invention, la est une vue à plus grande échelle d’un détail de la , la est une vue similaire à celle de la et illustrant une variante de réalisation de l’invention, et la est une vue similaire à celle de la et illustrant une autre variante de réalisation de l’invention. Système (34) de commande du calage angulaire d’une aube (10) d’hélice, pour une turbomachine d’aéronef, ledit système de commande (34) comprenant : - une aube (10) comportant une pale (12) reliée à un pied (14), l’aube (10) comportant un axe, appelé axe de calage (A), sensiblement radial par rapport à un autre axe, appelé axe d’hélice, ledit pied (14) comportant un bulbe (32) qui a une forme générale bombée et comprend deux portées périphériques, respectivement inférieure (32a) et supérieure (32b), qui s’étendent autour dudit axe de calage (A), - un bol (36) s’étendant autour dudit axe de calage (A), le bol (36) comportant un logement interne de réception du pied (14) de l’aube (10), et - des éléments (40, 41) de fixation du pied (14) de l’aube (10) au bol (36), ces éléments de fixation (40, 41) comportant : + un premier élément annulaire (41) monté à l’intérieur du bol (36), ce premier élément (41) s’étendant autour de l’axe de calage (A) et prenant appui axialement sur la portée inférieure (32a) du pied (14), et + un second élément annulaire (40) monté à l’intérieur du bol (36), ce second élément (40) s’étendant autour de l’axe de calage (A) et prenant appui axialement sur la portée supérieure (32b) du pied (14), caractérisé en ce que ledit premier élément (41) comprend au moins deux lames (60, 62, 64) élastiquement déformables qui sont au moins partiellement superposées en direction axiale et qui sont configurées pour assurer une précharge axiale du pied (14) de l’aube (10) à l’intérieur du bol (36). Système de commande (34) selon la revendication 1, dans lequel chacune des lames (60, 62, 64) a une forme annulaire et s’étend autour dudit axe de calage (A). Système de commande (34) selon la revendication 2, dans lequel chacune des lames (60, 62, 64) a un diamètre interne (Dint) qui est supérieur ou égal au diamètre interne minimal (Dmin) du premier élément (41), et un diamètre externe (Dext) qui est inférieur ou égal au diamètre externe maximal (Dmax) du premier élément (41). Système de commande (34) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les lames (60, 64) sont au nombre de deux et ont en section une forme en C, l’une des lames étant une lame inférieure (60) et étant reliée par sa périphérie interne ou externe à l’autre des lames qui est une lame supérieure (64). Système de commande (34) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les lames (60, 64) sont au nombre de deux et définissent entre elles un espace annulaire (E) fermé, l’une des lames étant une lame inférieure (60) et étant reliée par ses périphéries interne et externe à l’autre des lames qui est une lame supérieure (64). Système de commande (34) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les lames (60, 62, 64) sont au nombre de trois et ont en section une forme en S, l’une des lames étant une lame intermédiaire (62) et étant reliée par sa périphérie interne, ou externe respectivement, à une autre des lames qui est une lame supérieure (64), et par sa périphérie externe, ou interne respectivement, à une autre des lames qui est une lame inférieure (60). Système de commande (34) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les lames (60, 62, 64) sont au nombre de quatre, cinq, voire plus, et comprennent une lame supérieure (64), une lame inférieure (60) et au moins deux lames intermédiaires (62). Système de commande (34) selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel la lame supérieure (64) est en appui axial sur la portée inférieure (32a) et a une forme générale tronconique ou incurvée concave vers le haut. Système de commande (34) selon l’une des revendications 4 à 8, dans lequel la lame inférieure (60) a une forme générale plane ou tronconique. Système de commande (34) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier élément (41) comprend à son extrémité inférieure un filetage externe (74) de vissage dans le bol (36). Hélice pour une turbomachine d’aéronef, cette hélice comportant ; - un moyeu (50) s’étendant autour d’un axe, appelé axe d’hélice, et comportant des orifices (50a) répartis autour de cet axe d’hélice, chacun de ces orifices (50a) ayant une orientation sensiblement radiale par rapport audit axe d’hélice et traversant ledit moyeu, - un système (34) de commande selon l’une des revendications précédentes qui est monté dans chacun desdits orifices (50a), et - des paliers (46, 48) de guidage du système de commande (34) qui sont montés dans chacun desdits orifices (50a). Turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un système de commande (34) selon l’une des revendications 1 à 10 ou une hélice selon la revendication précédente.