Brevet FR3127523A1 — publié le 20230331

L’invention concerne un module (3) comprenant un dispositif (45) de changement de calage des aubes (30) autour de leurs axes de calage (C), ce dispositif (45) comprenant : un actionneur hydraulique (46) mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et configuré pour entrainer les aubes (30) autour de leurs axes de calage (C), une pompe d’alimentation (54) en fluide de l’actionneur hydraulique (46), cette pompe d’alimentation (54) comprenant un axe d’entrainement mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et une enveloppe fixe en rotation autour de l’axe longitudinal (X), et une machine électrique (55) configurée pour actionner la pompe d’alimentation (54), la machine électrique (55) comprenant un organe rotatif d’entrainement de l’axe d’entrainement et un organe fixe qui est fixe en rotation par rapport à l’axe longitudinal (X). Figure : 2 MODULE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention L’invention concerne le domaine des modules pour une turbomachine d’aéronef. L’invention concerne plus particulièrement les modules comprenant un moyeu mobile en rotation et des aubes à calage variable portées par le moyeu, tels que les modules de soufflante ou d’hélice. Arrière-plan technique Une turbomachine d’aéronef comprend de manière générale un module s’étendant autour d’un axe longitudinal et présentant un moyeu mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et sur lequel sont montées des aubes. Le module est typiquement relié à un générateur de gaz. Le générateur de gaz comprend par exemple d’amont en aval un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz. Le rotor du compresseur haute pression est relié au rotor de la turbine haute pression par un arbre haute pression et le rotor du compresseur basse pression est relié au rotor de la turbine basse pression par un arbre basse pression. L’arbre basse pression est par ailleurs relié à un arbre d’entrainement du moyeu du module pour l’entrainer en rotation. Le module est par exemple une soufflante ou une hélice. Dans le cas d’une soufflante, les aubes sont entourées d’un carter externe fixé à une nacelle de l’aéronef. Dans le cas d’une hélice, les aubes de soufflante sont montées en dehors de la nacelle et ne sont pas donc entourées par un carter externe. Afin d’optimiser le fonctionnement du module et assurer son opérabilité selon les phases de vol de l’aéronef notamment en maintenant une marge au pompage suffisante, il est connu de modifier l’orientation des aubes au cours du vol de l’aéronef. A cet effet, les aubes sont mobiles autour d’un axe de calage qui s’étend perpendiculairement à l’axe longitudinal. Les aubes sont dites à calage ou à pas variable. Par exemple, les aubes à calage variable peuvent occuper une position dite d’inversion de poussée (connue sous le terme anglais « reverse ») dans laquelle celles-ci permettent de générer une contre poussée pour participer au ralentissement de l’aéronef et une position de mise en drapeau dans laquelle, en cas de défaillance ou de panne, celles-ci permettent de limiter leur résistance. Afin d’entrainer en rotation les aubes autour de leur axe de calage, le module de la turbomachine comprend typiquement un dispositif de changement de calage des aubes agencé à l’intérieur du moyeu du module. Le document FR-A1-3 087 232 décrit une turbomachine comprenant un module de soufflante présentant un moyeu mobile autour d’un axe longitudinal et sur lequel sont montées des aubes à calage variable. Le module comprend un dispositif de changement de calage des aubes comprenant un actionneur hydraulique relié aux aubes, une pompe d’alimentation en fluide de l’actionneur hydraulique et un moteur électrique pour actionner la pompe d’alimentation. Selon ce document, la pompe d’alimentation est mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et le moteur électrique est mobile autour de l’axe longitudinal c’est-à-dire que l’organe fixe du moteur, également appelé stator, est fixé au moyeu du module et est donc dans un repère tournant du module. Le dispositif de changement de calage des aubes comprend en outre un transformateur électrique tournant permettant d’alimenter en énergie électrique le moteur à partir d’une source d’énergie électrique située dans un repère fixe de la turbomachine. Le document FR-A1-2 831 225 décrit une turbomachine comprenant un module de soufflante présentant un moyeu mobile autour d’un axe longitudinal et sur lequel sont montées des aubes à calage variable. Le module comprend un dispositif de changement de calage des aubes comprenant un actionneur hydraulique, une pompe d’alimentation en fluide de l’actionneur hydraulique et un moteur électrique pour actionner la pompe d’alimentation. Selon ce document, la pompe d’alimentation et le moteur électrique sont mobiles en rotation autour de l’axe longitudinal. Dans ce cadre, le dispositif de changement de calage des aubes comprend en outre un transformateur électrique tournant permettant d’alimenter en énergie électrique le moteur à partir d’une source d’énergie électrique située dans un repère fixe de la turbomachine. Ces configurations ne donnent pas entière satisfaction en ce que le moteur électrique est entrainé en permanence en rotation conduisant à une consommation de puissance électrique et un dimensionnement du moteur important. Par ailleurs, le module de la turbomachine présente un encombrement qui rend difficile l’ajout d’un transformateur électrique. L’ajout d’un transformateur implique d’augmenter la taille du module. Aussi, la masse et le coût du transformateur sont importants. De plus, l’entrainement en rotation de la pompe d’alimentation autour de l’axe de la turbomachine est problématique. En effet, il a été constaté qu’à de grandes vitesses d’entrainement en rotation du module, la pompe pouvait subir des dommages irréversibles. Il existe donc un besoin de fournir un module de turbomachine pour un aéronef, comprenant un moyeu portant des aubes à calage variable, qui soit fiable, compact, léger, faiblement consommateur d’énergie et peu coûteux. A cet effet, l’invention propose un module pour une turbomachine d’aéronef, ce module comportant un axe longitudinal et comprenant : - un moyeu mobile en rotation autour de l’axe longitudinal, - des aubes portées par le moyeu, chacune de ces aubes étant mobiles en rotation autour d’un axe de calage s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal, et - un dispositif de changement de calage des aubes autour de leurs axes de calage, ce dispositif comprenant : un actionneur hydraulique mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et configuré pour entrainer les aubes autour de leurs axes de calage, une pompe d’alimentation en fluide de l’actionneur hydraulique, cette pompe d’alimentation comprenant un axe d’entrainement mobile en rotation autour de l’axe longitudinal et une enveloppe fixe en rotation autour de l’axe longitudinal, et une machine électrique configurée pour actionner la pompe d’alimentation, la machine électrique comprenant un organe rotatif d’entrainement de l’axe d’entrainement et un organe fixe qui est fixe en rotation par rapport à l’axe longitudinal. L’actionneur hydraulique assure l’entrainement des aubes autour de leurs axes de calage pour optimiser les performances du module selon les phases de vol de l’aéronef. L’actionneur hydraulique est alimenté en fluide par la pompe d’alimentation. La pompe d’alimentation est actionnée par la machine électrique qui fournit une énergie électrique à la pompe pour son fonctionnement. Selon l’invention, l’enveloppe de la pompe d’alimentation ainsi que l’organe fixe de la machine électrique sont fixes en rotation par rapport à l’axe longitudinal. En d’autres termes, la pompe d’alimentation et la machine électrique alimentant en énergie électrique la pompe d’alimentation sont fixes en rotation par rapport à l’axe longitudinal du module. Par conséquent, la machine électrique et la pompe d’alimentation sont dans un repère fixe du module. Contrairement au module de l’art antérieur dans lequel le moteur électrique est dans un repère tournant c’est-à-dire qu’à la fois l’organe fixe et l’organe mobile sont entrainés en rotation autour de l’axe longitudinal, une telle configuration selon l’invention permet de s’affranchir d’un transformateur électrique tournant pour transférer l’énergie électrique d’une source d’énergie située dans un repère fixe du module vers la machine électrique. Le module est donc simplifié et plus compact. Aussi, l’organe fixe de la machine n’étant plus entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal de la turbomachine, la consommation de puissance électrique du module est moindre. Ceci permet de dimensionner la machine électrique en conséquence. Enfin, un tel module est plus fiable puisque l’entrainement en rotation du moyeu n’impacte plus les composants du dispositif tels que la pompe d’alimentation qui présente désormais une enveloppe qui est également fixe en rotation par rapport à l’axe longitudinal. L’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le dispositif comprend une unité de transfert du fluide agencée axialement entre la pompe d’alimentation et l’actionneur hydraulique et comprenant un premier moyeu fixe en rotation autour de l’axe longitudinal présentant un passage interne en communication fluidique avec la pompe d’alimentation et un second moyeu mobile en rotation autour de l’axe longitudinal agencé autour du premier moyeu et présentant des second canaux en communication fluidique avec l’actionneur hydraulique et le passage interne ; - la pompe d’alimentation est une pompe à cylindrée fixe réversible ; - la machine électrique est un moteur électrique ; - un arbre d’entrainement configuré pour entrainer en rotation le moyeu et un réducteur de vitesse mécanique configuré pour relier l’arbre d’entrainement à un arbre basse pression de la turbomachine, le réducteur de vitesse étant agencé en aval de la machine électrique et comprenant un premier élément destiné à coopérer avec l’arbre basse pression, un second élément solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement et un troisième élément fixe en rotation et relié à l’organe fixe de la machine électrique ; - le premier élément est un solaire, le second élément est une couronne et le troisième élément est un porte-satellites ; - le dispositif comprend un accumulateur hydraulique fixe en rotation par rapport à l’axe longitudinal et en communication fluidique avec la pompe d’alimentation, l’accumulateur hydraulique étant agencé en aval de l’actionneur hydraulique ; - le dispositif comprend un accumulateur hydraulique agencé en amont de l’actionneur hydraulique et solidaire de l’actionneur hydraulique, l’accumulateur hydraulique étant en communication fluidique avec la pompe d’alimentation ; - la pompe présente un régime de fonctionnement qui est fonction d’une puissance de la machine électrique, le module comprenant en outre un circuit électronique de commande relié à la machine électrique configuré pour moduler la puissance de la machine électrique ; - le circuit électronique de commande est configuré pour recevoir un ordre transmis par une unité de commande, l’ordre étant fonction d’une information relative à l’aéronef et/ou à la turbomachine et/ou à la position des aubes par rapport à leurs axes de calage et reçue par l’unité de commande. 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 représentation schématique en coupe axiale d’une demi-turbomachine d’aéronef ; la est une vue en coupe axiale du module selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique fonctionnelle du module selon le premier mode de réalisation l’invention ; la est une vue en coupe axiale du module selon un second mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe partielle d’un exemple d’une unité de transfert pouvant équiper le module de l’invention. Module (3) pour une turbomachine (1) d’aéronef, ce module (3) comportant un axe longitudinal (X) et comprenant : - un moyeu (43) mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X), - des aubes (30) portées par le moyeu (43), chacune de ces aubes (30) étant mobiles en rotation autour d’un axe de calage (C) s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal (X), et - un dispositif (45) de changement de calage des aubes (30) autour de leurs axes de calage (C), ce dispositif (45) comprenant : un actionneur hydraulique (46) mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et configuré pour entrainer les aubes (30) autour de leurs axes de calage (C), une pompe d’alimentation (54) en fluide de l’actionneur hydraulique (46), cette pompe d’alimentation (54) comprenant un axe d’entrainement mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et une enveloppe fixe en rotation autour de l’axe longitudinal (X), et une machine électrique (55) configurée pour actionner la pompe d’alimentation (54), la machine électrique (55) comprenant un organe rotatif d’entrainement de l’axe d’entrainement et un organe fixe qui est fixe en rotation par rapport à l’axe longitudinal (X). Module (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (45) comprend une unité de transfert (56) du fluide agencée axialement entre la pompe d’alimentation (54) et l’actionneur hydraulique (46) et comprenant un premier moyeu (57) fixe en rotation autour de l’axe longitudinal (X) présentant un passage interne (57a) en communication fluidique avec la pompe d’alimentation (54) et un second moyeu (58) mobile en rotation autour de l’axe longitudinal (X) agencé autour du premier moyeu (57) et présentant des second canaux (58a) en communication fluidique avec l’actionneur hydraulique (46) et le passage interne (57a). Module (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe d’alimentation (54) est une pompe à cylindrée fixe réversible. Module (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (55) est un moteur électrique. Module (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un arbre d’entrainement (32) configuré pour entrainer en rotation le moyeu (43) et un réducteur de vitesse (33) mécanique configuré pour relier l’arbre d’entrainement (32) à un arbre basse pression (9) de la turbomachine (1), le réducteur de vitesse (33) étant agencé en aval de la machine électrique (55) et comprenant un premier élément (36) destiné à coopérer avec l’arbre basse pression (9), un second élément (37) solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement (32) et un troisième élément (38) fixe en rotation et relié à l’organe fixe de la machine électrique (55). Module (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier élément (36) est un solaire, le second élément (37) est une couronne et le troisième élément (38) est un porte-satellites. Module (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (45) comprend un accumulateur hydraulique (59) fixe en rotation par rapport à l’axe longitudinal (X) et en communication fluidique avec la pompe d’alimentation (54), l’accumulateur hydraulique (59) étant agencé en aval de l’actionneur hydraulique (46). Module (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif comprend un accumulateur hydraulique (59) agencé en amont de l’actionneur hydraulique (46) et solidaire de l’actionneur hydraulique (46), l’accumulateur hydraulique (59) étant en communication fluidique avec la pompe d’alimentation (54). Module (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe (54) présente un régime de fonctionnement qui est fonction d’une puissance de la machine électrique (55), le module comprenant en outre un circuit électronique de commande (60) relié à la machine électrique (55) configuré pour moduler la puissance de la machine électrique (55). Module (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit électronique de commande (60) est configuré pour recevoir un ordre (O1) transmis par une unité de commande (63), l’ordre (O1) étant fonction d’une information (I1, I2) relative à l’aéronef et/ou à la turbomachine (1) et/ou à la position des aubes (30) par rapport à leurs axes de calage et reçue par l’unité de commande (63).