Brevet FR3130746A1 — publié le 20230623

L’invention concerne un module (1) de soufflante à pales à calage variable comprenant : un système de changement du calage (22) comprenant un mécanisme de liaison (24) et un dispositif de commande (23) ayant un corps fixe (25) rapporté sur un carter rotatif (3) et un corps mobile (27) en translation par rapport au corps fixe le long d’un axe longitudinal (X) et couplé à une couronne de synchronisation (34) reliée aux pales et configurée pour être entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal pour changer le calage des pales ; et un dispositif de mise en drapeau (38) comprenant des leviers articulés par rapport au carter et présentant une forme de V orienté vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal et des masselottes (43) solidaires des leviers et aptes, sous l’effet centrifuge, à être déplacées de sorte que la couronne de synchronisation impose une position drapeau aux pales. Figure pour l'abrégé : Figure 1 MODULE DE SOUFFLANTE A PALES A CALAGE VARIABLE La présente invention concerne un module de soufflante à pales à calage variable pour un ensemble propulsif, et plus précisément un dispositif de mise en drapeau 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 calage) 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 d’avoir des systèmes de changement de pas adaptés à des ensembles propulsifs ou turbomachines comprenant de manière générale une soufflante carénée ou une hélice non carénée équipée d’aubes mobiles à calage variable. 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 d’inversion de poussée ou 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 dispositif de commande à chaque pale de l’hélice pour assurer le pivotement angulaire souhaité des pales. En outre, il est prévu un système de mise en drapeau passif pour palier à une défaillance du système hydraulique ou du vérin. 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 leviers agencés dans le repère tournant, lié à la bague extérieure du palier de transfert de charge par une bielle. 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 soit un surdimensionnement du système de levier soit un mécanisme extérieur, généralement encombrant et lourd, pour assurer la fonction anti-couple. 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 comportant des roulements de transfert de charge nécessitant d’être lubrifiés, qui peuvent s’avérer techniquement compliqués. Toutefois, l’actionneur et le palier de transfert sont les principales pièces d’usure et à risques et nécessitent des opérations de maintenance en vue de leur entretien et/ou remplacement. Or, le démontage de l’actionneur nécessite le démontage préalable du mécanisme de contrepoids à levier afin de permettre l’accès à l’actionneur. Le dispositif de mise en drapeau à leviers est lourd et encombrant et nécessite par conséquent un outillage particulier. En outre, après réassemblage, le dispositif de mise en drapeau à leviers nécessite un rééquilibrage. 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 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 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, 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 levier articulé autour d’un axe d’articulation fixe par rapport au carter rotatif, une masselotte étant solidaire d’une première extrémité du levier et la couronne de synchronisation étant couplée à une seconde extrémité du levier, la masselotte étant apte, sous l’effet centrifuge, à être déplacée dans une position dans laquelle la couronne de synchronisation impose une position drapeau aux pales, Le au moins un levier présente une forme de V en coupe axiale orienté vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal. Pour faciliter le démontage de l’actionneur linéaire sans avoir à démonter le mécanisme de mise en drapeau contrepoids en amont, l’invention propose ici d’inverser la position du levier afin de gagner de la place radialement en dessous. Le mécanisme de mise en drapeau par contrepoids fonctionne non plus en traction de l’anneau de synchronisation de la cinématique d’actionnement comme dans l’état de l’art mais en compression. En particulier, les contrepoids compressent les bielles de couplage des leviers à la couronne de synchronisation. Cette inversion de la position des leviers et de leur fonctionnement permet ainsi de faciliter le démontage du vérin sans démontage du mécanisme de mise en drapeau par contrepoids. Le fonctionnement de l’actionneur est ainsi inversé ainsi que la cinématique d’actionnement. De cette manière, toutes les liaisons pivots d’entrainement des leviers sont agencées à un rayon supérieur à celui des vis fixant l’actionneur sur la structure de la turbomachine. Ainsi, le vérin et éventuellement le palier de transfert peuvent être démontés rapidement et facilement sans avoir à retirer le dispositif de mise en drapeau à contrepoids qui est lourd et encombrant et qui nécessiterait un outillage particulier et un rééquilibrage. De plus, l’invention 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. En outre, 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. 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 : le ou chaque levier comporte un premier bras et un second bras reliés au niveau de l’axe d’articulation du levier et espacés angulairement l’un de l’autre, le premier bras étant solidaire de la masselotte et le second bras étant couplé à la couronne de synchronisation, les deux bras étant fixes l’un par rapport à l’autre ; la distance entre l’axe d’articulation du levier et l’axe longitudinal est supérieur ou égal à la distance entre un bord radialement intérieur de la couronne de synchronisation et l’axe longitudinal ; la seconde extrémité du levier est couplée à la couronne de synchronisation via une biellette articulée à chacune de ses extrémités ; chaque levier est articulé autour de l’axe d’articulation par rapport au carter rotatif par une liaison pivot, de préférence formée par un roulement à aiguilles ; ledit carter rotatif comporte un chapeau annulaire, et au moins un levier est articulé autour dudit axe d’articulation par rapport au chapeau, le premier bras et le second bras du levier étant situés radialement à l’extérieur du chapeau ; le chapeau comporte au moins un orifice de passage de la biellette couplant la couronne de synchronisation au second bras du au moins un levier. 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. 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 dispositif de mise en drapeau des pales, dans une première position correspondant à une position de mise en drapeau des pales, selon un plan axial passant par l’axe de rotation d’une pale de la soufflante ; la est une vue en demi-coupe axiale (ou longitudinale) du module de la dans une seconde position correspondant à une position reverse, c’est-à-dire sans défaillance du dispositif de commande ; et la représente schématiquement les efforts du dispositif de mise en drapeau des pales selon l’invention. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. Module (1) 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 (5), un système de changement du calage (22) 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 (5) 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 de mise en drapeau (38) des pales (5), en particulier en cas de défaillance dudit dispositif de commande, ledit dispositif de mise en drapeau comprenant au moins un levier articulé autour d’un axe (A) d’articulation fixe par rapport au carter rotatif, une masselotte (43) étant solidaire d’une première extrémité du levier et la couronne de synchronisation étant couplée à une seconde extrémité du levier, la masselotte (43) étant apte, sous l’effet centrifuge, à être déplacée dans une position dans laquelle la couronne de synchronisation impose une position drapeau aux pales, caractérisé en ce que le au moins un levier présente une forme de V en coupe axiale orienté vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal (X). Module de soufflante selon la revendication 1, dans lequel le ou chaque levier comporte un premier bras (44) et un second bras (45) reliés au niveau de l’axe d’articulation du levier et espacés angulairement l’un de l’autre, le premier bras (44) étant solidaire de la masselotte (43) et le second bras (45) étant couplé à la couronne de synchronisation (34), les deux bras étant fixes l’un par rapport à l’autre. Module de soufflante selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la distance entre l’axe (A) d’articulation du levier et l’axe longitudinal (X) est supérieur ou égal à la distance entre un bord radialement intérieur de la couronne de synchronisation (34) et l’axe longitudinal (X). Module de soufflante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la seconde extrémité (42) du levier (40) est couplée à la couronne de synchronisation (34) via une biellette (60) articulée à chacune de ses extrémités. Module de soufflante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque levier (40) est articulé autour de l’axe (A) d’articulation par rapport au carter rotatif (3) par une liaison pivot, de préférence formée par un roulement à aiguilles. Module de soufflante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit carter rotatif comporte un chapeau (70) annulaire, et au moins un levier (40) est articulé autour dudit axe (A) d’articulation par rapport au chapeau (70), le premier bras (44) et le second bras (45) du levier étant situés radialement à l’extérieur du chapeau. Module de soufflante selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 4, dans lequel le chapeau (70) comporte au moins un orifice de passage de la biellette (60) couplant la couronne de synchronisation au second bras (45) du au moins un levier (40). Ensemble propulsif (2) d’axe longitudinal (X) comportant au moins un module de soufflante à pales à calage variable selon l’une quelconque des revendications précédentes.