Brevet FR3129433A1 — publié le 20230526

La présente invention concerne un dispositif de fixation d’une aube à calage variable (6) sur un disque de rotor, qui comprend une aube (6) munie d’un pied (62), un pivot rotatif (7) comprenant une alvéole (70) de réception dudit pied d’aube et une cale (8) de précontrainte de l’aube, insérée entre le fond (701) de l’alvéole (70) et le pied d’aube (62). Ce dispositif est remarquable en ce que ledit pied d’aube (62) est muni d’au moins un ergot anti-pivotement (63) qui comprend une partie de travail (631) et une partie de guidage (632), en ce que l’alvéole (70) comprend une rainure de réception (71) de la partie de guidage (632), cette rainure (71) et la partie de travail (631) étant configurées et dimensionnées de façon à permettre un montage ajusté entre elles et en ce que ladite cale de précontrainte (8) comprend au moins une lumière de passage (83) pour chaque ergot (63). Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Aube de soufflante munie d’un ergot anti-pivotement. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un dispositif de fixation d’une aube à calage variable, sur un disque de rotor du rotor d’une soufflante, ce rotor étant caréné (fan) ou non caréné (hélice). Les applications potentielles sont l’industrie de la propulsion aéronautique, par exemple les turbopropulseurs, les soufflantes à pas variable (en anglais « Variable Pitch Fan ou VPF »), les soufflantes non carénées (en anglais « Unducted Single Fan ou USF »), ou les rotors non carénés à deux hélices contrarotatives (en anglais « Contra Rotative Open Rotor ou CROR ») mais également l’industrie des énergies renouvelables (éoliennes). ETAT DE LA TECHNIQUE La conception des aubes d’une soufflante nécessite de prendre en compte des contraintes antagonistes. D’un côté, le dimensionnement de ces aubes doit permettre d’obtenir des performances aérodynamiques optimales (c’est-à-dire maximiser le rendement et fournir la poussée tout en minimisant les pertes). L’amélioration des performances aérodynamiques de la soufflante tend vers une augmentation du taux de dilution (« By-pass ratio » ou BPR), ce qui se traduit par une augmentation du diamètre externe, et donc de l’envergure de ces aubes. D’un autre côté, il est également nécessaire de garantir une résistance aux contraintes mécaniques pouvant s’exercer sur ces aubes, tout en limitant leur masse ainsi que leur signature acoustique. De plus, ces soufflantes comprennent généralement un mécanisme permettant de modifier l’angle de calage de leurs aubes, afin d’adapter la poussée générée par la soufflante en fonction des différentes phases de vol. On pourra se reporter par exemple au document FR 3 017 163, qui décrit un rotor de soufflante, muni d’aubes à calage variable. Sur les architectures précitées (du type VPF, USF, CROR et les turbopropulseurs), le démarrage du moteur est généralement effectué avec un calage très ouvert, dit « en drapeau ». En effet, un calage très ouvert permet de consommer la puissance par le couple, ce qui assure la sécurité machine en garantissant des régimes de soufflante faibles. Or, avec un calage très ouvert, les aubes subissent un écoulement aérodynamique turbulent, fortement décollé, qui génère une forte excitation vibratoire. En particulier, sur des aubes à large corde et de grande envergure qui génèrent beaucoup de trainée, cette excitation vibratoire génère un effort de flexion intense bien que le régime moteur ne soit pas élevé. Pour une aube à calage variable, montée avec un pivot rotatif, tel que celui décrit par exemple dans les documents EP 3 010 799 ou FR 3 017 163, 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 », voir les rotations illustrées sur la jointe : roulis i (rotation autour de l’axe de brochage de l’aube), tangage ii (rotation autour d’un axe perpendiculaire à l’axe de brochage et à l’axe radial) et enfin lacet iii (rotation autour de l’axe radial). 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 endommagement de l’aube et de la cale insérée entre le pied d’aube et le logement ménagé dans le pivot rotatif, du type « usure par frottement », (en anglais « fretting ») en quelques cycles seulement. Ceci limite la durée de vie des aubes de la soufflante. Pour cette raison, l’attache brochée d’une aube, (dans laquelle le pied de l’aube est reçu dans une alvéole de réception ménagée dans le pivot rotatif), ne semble pas en l’état une solution viable pour des aubes de soufflante à calage variable, à large corde et de grande envergure. Les problèmes précités existent également et lorsque les aubes sont réalisées en un matériau composite afin d’alléger leur masse. Les problématiques précités peuvent être similaires pour des rotors de soufflante carénée, en prenant également en compte les contraintes de gestion des jeux existants en tête d’aube, au regard du carter de carénage correspondant. L’invention a donc pour but de proposer un dispositif de fixation d’une aube à calage variable sur un disque de rotor d’une soufflante, qui permette d’éviter les problèmes précités. A cet effet, l’invention concerne un dispositif de fixation d’une aube à calage variable sur un disque de rotor du rotor d’une soufflante, ce dispositif de fixation comprenant : - une aube comprenant une partie à profil aérodynamique et un pied d’aube en forme de queue d’aronde, - un pivot rotatif configuré pour pouvoir être monté radialement sur ledit disque de rotor, ce pivot comprenant une alvéole longitudinale de réception dudit pied d’aube, - et une cale de précontrainte de l’aube, insérée dans ladite alvéole longitudinale, entre le fond de celle-ci et la face radialement interne dudit pied d’aube. Conformément à l’invention, ledit pied d’aube est muni d’au moins un ergot anti-pivotement qui fait saillie depuis sa face radialement interne, ledit ergot anti-pivotement comprend une partie de travail et une partie de guidage, la partie de travail s’étendant depuis la face radialement interne du pied d’aube et la partie de guidage s’étendant dans le prolongement de la partie de travail, la largeur transversale de la partie de travail est inférieure à la largueur transversale de la partie de guidage de l’ergot, l’alvéole longitudinale du pivot rotatif comprend une rainure de réception de la partie de guidage de l’ergot, cette rainure s’étendant selon l’axe longitudinal de ladite alvéole et débouchant dans le fond de celle-ci, ladite rainure de réception et la partie de travail de l’ergot sont configurées et dimensionnées de façon à permettre un montage ajusté entre elles et ladite cale de précontrainte comprend au moins une lumière de passage pour chaque ergot anti-pivotement, ladite cale de précontrainte étant disposée de sorte que la partie de travail de l’ergot est positionnée dans cette lumière de passage. Grâce à ces caractéristiques de l'invention, l’ergot anti rotulage permet de supprimer les mouvements de rotulage du pied d’aube dans l’alvéole du pivot rotatif, dans laquelle il est reçu. On évite ainsi une usure prématurée du pied d’aube. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - ledit pied d’aube comprend au moins deux ergots anti-pivotement ; - ledit pied d’aube comprend un seul ergot anti-pivotement qui s’étend sur toute la longueur du pied d’aube ; - la partie de guidage de chaque ergot comprend des faces longitudinales latérales, opposées, la rainure de réception comprend des parois intérieures latérales, il existe un jeu entre chaque face longitudinale de l’ergot et la paroi intérieure de la rainure en face de laquelle elle est disposée et ce jeu est de préférence inférieur à 0,150 mm ; - la partie de guidage de chaque ergot comprend des faces longitudinales latérales, opposées, et au moins une partie desdites faces longitudinales latérales de l’ergot est recouverte d’un tissu anti-abrasion ; - la partie de guidage de l’ergot et la rainure présentent une section transversale en forme de trapèze isocèle ; - la partie de guidage de l’ergot comprend des faces longitudinales latérales opposées, qui forment un angle par rapport à la verticale et la rainure comprend des parois intérieures latérales qui forment un même angle par rapport à la verticale, cet angle étant de préférence inférieur à 15° ; - la partie de guidage de l’ergot et la rainure présentent une section transversale de forme rectangulaire ; - l’ergot anti-pivotement comprend une portion fusible mécaniquement affaiblie, configurée pour se rompre lorsqu’un effort supérieur à un seuil prédéterminé est appliqué sur la partie à profil aérodynamique de l’aube ; - l’aube et ledit au moins un ergot anti-pivotement sont monoblocs et sont formés d’un matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux. L'invention concerne également un rotor de soufflante comprenant un disque de rotor muni à sa périphérie d’une pluralité de logements de réception d’un pivot rotatif et comprenant plusieurs aubes dont chacune s’étend radialement depuis ce disque de rotor et est montée rotative par rapport à celui-ci autour d’un axe de calage radial. Conformément à l’invention, ce rotor comprend au moins un dispositif de fixation tel que précité et le pivot rotatif de ce dispositif de fixation est disposé dans l’un desdits logements du disque de rotor. L’invention concerne enfin une turbomachine comprenant au moins un rotor de soufflante, tel que précité. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : représente de manière schématique, un exemple d’une turbomachine comprenant une soufflante non-carénée. est une vue partielle et en perspective d’un rotor de soufflante à aubes à calage variable, une seule aube étant représentée sur cette figure. est une vue schématique, en perspective, des différentes rotations que peut subir un pied d’aube de l’état de la technique, logé dans une alvéole d’un pivot rotatif d’un disque de rotor. est une vue en coupe transversale d’un pied d’aube muni d’un ergot anti-pivotement et d’un pivot rotatif conformes à l’invention. est une vue en perspective d’une cale de précontrainte de l’aube, conforme à l’invention. est une vue en en coupe transversale du pied d’aube et du pivot rotatif de la , lorsque la cale de précontrainte de la est en place. est une vue en perspective d’une partie d’un pied d’aube conforme à un mode de réalisation possible de l’invention. est une vue en en coupe transversale similaire à la mais dans laquelle l’ergot anti-pivotement est conforme à une première variante de réalisation de l’invention. est une vue en en coupe transversale similaire à la mais dans laquelle l’ergot anti-pivotement est conforme à une deuxième variante de réalisation de l’invention. est une vue en en coupe transversale similaire à la mais dans laquelle l’ergot anti-pivotement est conforme à une troisième variante de réalisation de l’invention. est une vue en en coupe transversale similaire à la mais dans laquelle l’ergot anti-pivotement est conforme à une quatrième variante de réalisation de l’invention. est une vue en en coupe transversale similaire à la mais dans laquelle l’ergot anti-pivotement est conforme à une cinquième variante de réalisation de l’invention. est une vue en en coupe transversale similaire à la mais dans laquelle l’ergot anti-pivotement est conforme à une sixième variante de réalisation de l’invention. Dispositif de fixation d’une aube à calage variable (6) sur un disque de rotor (5) du rotor (2) d’une soufflante, ce dispositif de fixation comprenant : - une aube (6) comprenant une partie à profil aérodynamique (61) et un pied d’aube (62) en forme de queue d’aronde, - un pivot rotatif (7) configuré pour pouvoir être monté radialement sur ledit disque de rotor, ce pivot (7) comprenant une alvéole longitudinale (70) de réception dudit pied d’aube, - et une cale (8) de précontrainte de l’aube, insérée dans ladite alvéole longitudinale (70), entre un fond (701) de celle-ci et une face radialement interne (621) dudit pied d’aube (62), ce dispositif étant caractérisé en ce que ledit pied d’aube (62) est muni d’au moins un ergot anti-pivotement (63) qui fait saillie depuis sa face radialement interne (621), en ce que ledit ergot anti-pivotement (63) comprend une partie de travail (631) et une partie de guidage (632), la partie de travail (631) s’étendant depuis la face radialement interne (621) du pied d’aube et la partie de guidage (632) s’étendant dans le prolongement de la partie de travail (631), en ce que la largeur transversale (l1) de la partie de travail (631) est inférieure à la largueur transversale (l2) de la partie de guidage (632) de l’ergot, en ce que l’alvéole longitudinale (70) du pivot rotatif (7) comprend une rainure de réception (71) de la partie de guidage (632) de l’ergot (63), cette rainure (71) s’étendant selon l’axe longitudinal de ladite alvéole (70) et débouchant dans le fond (701) de celle-ci, en ce que ladite rainure de réception (71) et la partie de travail (631) de l’ergot sont configurées et dimensionnées de façon à permettre un montage ajusté entre elles, et en ce que ladite cale de précontrainte (8) comprend au moins une lumière de passage (83) pour chaque ergot anti-pivotement (63), ladite cale de précontrainte (8) étant disposée de sorte que la partie de travail (631) de l’ergot (63) est positionnée dans cette lumière de passage (83). Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit pied d’aube (62) comprend au moins deux ergots anti-pivotement (63). Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit pied d’aube (62) comprend un seul ergot anti-pivotement (63) qui s’étend sur toute la longueur du pied d’aube. Dispositif de fixation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie de guidage (632) de chaque ergot (63) comprend des faces longitudinales latérales, opposées, (6321, 6322), en ce que la rainure de réception (71) comprend des parois intérieures latérales (711, 712), en ce qu’il existe un jeu (J) entre chaque face longitudinale (6321, 6322) de l’ergot et la paroi intérieure (711, 712) de la rainure (71) en face de laquelle elle est disposée et en ce que ce jeu (J) est de préférence inférieur à 0,150 mm. Dispositif de fixation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie de guidage (632) de chaque ergot (63) comprend des faces longitudinales latérales, opposées (6321, 6322), et en ce qu’au moins une partie desdites faces longitudinales latérales (6321, 6322) de l’ergot (63) est recouverte d’un tissu anti-abrasion (64). Dispositif de fixation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie de guidage (632) de l’ergot (63) et la rainure (71) présentent une section transversale en forme de trapèze isocèle. Dispositif de fixation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie de guidage (632) de l’ergot (63) comprend des faces longitudinales latérales opposées (6321, 6322), qui forment un angle (α) par rapport à la verticale et en ce que la rainure (71) comprend des parois intérieures latérales (711, 712) qui forment un même angle (α) par rapport à la verticale, cet angle (α) étant de préférence inférieur à 15 °. Dispositif de fixation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie de guidage (632) de l’ergot (63) et la rainure (71) présentent une section transversale de forme rectangulaire. Dispositif de fixation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’ergot anti-pivotement (63) comprend une portion fusible (633) mécaniquement affaiblie, configurée pour se rompre lorsqu’un effort supérieur à un seuil prédéterminé est appliqué sur la partie à profil aérodynamique (61) de l’aube (6). Dispositif de fixation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’aube (6) et ledit au moins un ergot anti-pivotement (63) sont monoblocs et sont formés d’un matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux. Rotor de soufflante (2) comprenant un disque de rotor (5), caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs dispositifs de fixation selon l’une quelconque des revendications précédentes, en ce que le disque de rotor (5) est muni à sa périphérie d’une pluralité de logements (50) de réception du pivot rotatif (7) d’un dispositif de fixation et en ce que chaque pivot rotatif (7) d’un dispositif de fixation est disposé dans l’un desdits logements de réception (50) du disque de rotor (5), de façon que chaque aube (6) dudit dispositif de fixation s’étende radialement depuis ce disque de rotor (5) et soit montée rotative par rapport à celui-ci autour d’un axe de calage radial (Y). Turbomachine (1), caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un rotor de soufflante (2) selon la revendication 11.