Brevet FR3126961A1 — publié le 20230317

Hélice pour une turbomachine d’aéronef, cette hélice comportant ; - un moyeu (50) s’étendant autour d’un premier axe et comportant des orifices (50a) répartis autour de ce premier axe, chacun de ces orifices (50a) ayant une orientation sensiblement radiale par rapport audit premier axe et traversant ledit moyeu, - un système (34) de commande du calage angulaire d’une aube (10) 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), ces paliers de guidage (46, 48) comprenant deux paliers de guidage (46, 48) dont un comprend deux rangées annulaires de billes (70, 72) coaxiales, à contacts obliques, et de diamètres (D2, D3) différents. Figure pour l'abrégé : Figure 4 HELICE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine des turbomachines d’aéronef et en particulier des hélices propulsives de ces turbomachines qui comportent des aubes à calage variable. 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. Il existe plusieurs technologies d’attache d’une aube d’hélice à calage variable et plusieurs technologies de commande du calage angulaire d’une aube d’hélice de ce type. Une hélice comprend en général un moyeu qui porte des systèmes de commande du calage angulaire de ses aubes. Le moyeu a une forme générale annulaire ou polygonale autour d’un premier axe qui est l’axe longitudinal de la turbomachine, et comprend des orifices répartis autour de ce premier axe et dans lesquels sont logés les systèmes de commande. Chacun de ces orifices a une orientation sensiblement radiale par rapport au premier axe et reçoit un système de commande ainsi que des paliers de guidage du système de commande autour d’un second axe radial par rapport au premier axe, et qui est un axe de calage de l’aube correspondante. Dans le cadre de la présente invention, le système de commande comprend une aube comportant une pale reliée à un pied, un bol comportant un logement interne de réception du pied de l’aube, et des éléments de fixation et de solidarisation en rotation du pied de l’aube vis-à-vis du bol. Le système de commande est logé dans l’orifice du moyeu et des paliers à billes sont montés autour du pied de l’aube, entre des extrémités du bol et le moyeu. Dans certaines configurations, les orifices du moyeu destinés à recevoir les systèmes de commande sont traversants en direction radiale de façon à autoriser le montage de l’hélice et en particulier des paliers de guidage selon une cinématique particulière. Selon cette cinématique, un palier à billes est monté autour du pied de l’aube, entre une extrémité radialement interne du bol et le moyeu, depuis l’intérieur du moyeu, et un autre palier à billes est monté autour du pied de l’aube, entre une extrémité radialement externe du bol et le moyeu, depuis l’extérieur du moyeu. Le montage du palier à billes intérieur nécessite un déplacement du bol à l’intérieur de l’orifice du moyeu, le long de l’axe de calage de l’aube, qui est appelé « course de montage », et qui a un impact sur l’intégration du pied d’aube, et par conséquent sur le rapport de moyeu de la veine aérodynamique (ratio entre le rayon de veine en pied d’aube et le rayon de veine en tête d’aube). Pour optimiser les performances du moteur, le rapport de moyeu doit être le plus faible possible. Il faut donc que cette course de montage soit également la plus faible possible. Le palier de guidage extérieur est en général configuré pour reprendre les moments appliqués au système de commande en fonctionnement, et le palier de guidage intérieur est en général configuré pour reprendre les forces centrifuges appliquées au système de commande en fonctionnement. Pour ces raisons, le palier de guidage situé radialement à l’intérieur est en général surdimensionné par rapport à l’autre palier de guidage, c’est-à-dire qu’il comprend des billes qui ont un diamètre supérieur au diamètre des billes de l’autre palier de guidage. Cette configuration entraîne des inconvénients. Plus le diamètre des billes est important, plus la course de montage précitée est importante, et plus le bol doit être rallongé pour autoriser ce montage. Le rallongement du bol est problématique car cela augmente son encombrement ainsi que la masse du système de commande et donc de la turbomachine. Par ailleurs, les efforts centrifuges appliqués à l’hélice sont très importants en fonctionnement, de l’ordre de plusieurs dizaines de tonnes pour chaque aube. Le dimensionnement du palier intérieur (augmentation du diamètre et nombre de billes) entraine alors des dimensions de palier qui ne sont pas intégrables dans le rapport de moyeu spécifié. En effet, à nombre d’aubes fixé, la proximité entre les paliers intérieurs de deux aubes adjacentes, impose de devoir les éloigner de l’axe moteur lorsque leurs dimensions augmentent. Cela nécessite de surdimensionner tous les éléments qui se trouvent autour d’eux, c’est-à-dire toute la zone du pied d’aube et donc la veine, ce qui pénalise le rapport de moyeu du moteur et donc ses performances. De plus, plus les paliers sont éloignés de l’axe de l’hélice, plus les efforts centrifuges augmentent, et plus ces paliers doivent être surdimensionnés et sont donc encombrants. Il existe donc un besoin d’une solution qui permettrait de résoudre tout ou partie des problèmes évoqués dans ce qui précède. L’invention concerne 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 du calage angulaire d’une aube qui est monté dans chacun desdits orifices, et - des paliers de guidage du système de commande qui sont montés dans chacun desdits orifices, 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, + 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 et de solidarisation en rotation du pied de l’aube vis-à-vis du bol, lesdits paliers de guidage comprenant : * un premier palier à billes qui s’étend autour dudit axe de calage et dudit pied, entre une extrémité radialement externe dudit bol et ledit moyeu, et * un second palier à billes qui s’étend autour dudit axe de calage et dudit pied, entre une extrémité radialement interne dudit bol et ledit moyeu, caractérisé en ce que ledit second palier à billes comprend deux rangées annulaires de billes qui sont coaxiales et à contacts obliques, une première de ses rangées ayant un premier diamètre et une seconde de ces rangées ayant un second diamètre plus petit que le premier diamètre, au moins un plan perpendiculaire audit axe de calage passant par les première et seconde rangées de billes. L’invention propose ainsi d’utiliser un second palier à deux rangées de billes plutôt qu’à une seule rangée de billes. Ceci permet de réduire le diamètre des billes du second palier. En effet, chacune des billes d’un palier à une seule rangée de billes peut être remplacée par une bille plus petite d’un palier à deux rangées de billes. La réduction du diamètre des billes est avantageuse pour autoriser le montage du système de commande selon la cinématique précitée et qui sera détaillée dans ce qui suit, sans impacter l’encombrement de ce système. Le remplacement d’une rangée de billes par deux rangées de billes coaxiales risque d’augmenter la dimension axiale du palier. Pour tenir compte de cette problématique, l’invention propose d’une part d’utiliser des rangées de billes à contacts obliques et d’autre part de rapprocher le plus possible les rangées de billes l’une de l’autre. Pour cela, les rangées de billes ont des diamètres différents et sont traversées par au moins un plan perpendiculaire à l’axe de calage de l’aube. On comprend ainsi que les rangées de billes sont directement superposées l’une sur l’autre, avec un entrefer axial nul le long de l’axe de calage, ou sont encastrées l’une dans l’autre le long de cet axe, ce qui permet d’optimiser l’encombrement du système. En conclusion, l’invention peut permettre de remplacer un palier à une rangée de billes par un palier à deux rangées de billes sans forcément impacter la course de montage précitée et donc les dimensions du système de commande. L’hélice 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 : - la seconde rangée de billes est au moins en partie engagée dans la première rangée de billes ; - la seconde rangée de billes est intercalée entre la première rangée de billes et le premier palier à billes ; - le second palier comprend une bague interne formée d’une seule pièce avec ledit bol et une bague externe rapportée et fixée dans l’orifice du moyeu, chacune de ces bagues comportant un premier chemin de roulement de la première rangée de billes et un second chemin de roulement de la seconde rangée de billes ; - ladite bague externe est montée sur une surface annulaire interne du moyeu et est en appui axial sur une portée cylindrique de ce moyeu, directement ou par l’intermédiaire d’une cale annulaire ; -- ladite bague externe du second palier est formée d’une seule pièce ; - ledit bol a une forme générale de diabolo et comprend un rétrécissement annulaire entre lesdites extrémités ; - chacun des orifices du moyeu comprend un rebord annulaire interne qui est destiné à être situé au niveau dudit rétrécissement et/ou qui porte ladite portée cylindrique, ce rebord interne comportant un diamètre interne qui correspond au diamètre interne minimal dudit orifice et qui est supérieur au diamètre externe maximal de ladite extrémité radialement interne du bol ; - le diamètre externe maximal de ladite extrémité radialement interne du bol est inférieur ou égal au diamètre interne minimal de ladite bague externe ; - les billes desdites première et seconde rangées de billes ont des diamètres identiques ; - les billes de chacune desdites première et seconde rangées de billes sont maintenues par une cage annulaire qui comprend un rebord annulaire configuré pour être mis en prise avec un outil de montage de la rangée de billes ; - le rebord annulaire comprend une rangée annulaire d’orifices traversants ; - ledit bol comporte une paroi annulaire comportant une extrémité radialement interne fermée par une paroi de fond, et une extrémité radialement externe ouverte et configurée pour autoriser le montage du pied de l’aube à l’intérieur du bol, la paroi de fond comprenant un évidement ayant une section transversale non circulaire et configuré pour recevoir une extrémité libre de forme complémentaire dudit pied de façon à ce que le bol soit solidarisé en rotation avec le pied autour dudit axe. La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins une hélice telle que décrite ci-dessus. La présente invention concerne enfin un procédé de montage d’une hélice telle que décrite ci-dessus, dans lequel il comprend les étapes de : a) insertion du bol dans l’orifice du moyeu, radialement de l’extérieur vers l’intérieur par rapport audit premier axe,, b) montage des première et seconde rangées annulaires de billes du second palier de guidage entre l’extrémité radialement interne du bol et le moyeu, et c) montage d’au moins une partie du premier palier de guidage entre l’extrémité radialement externe du bol et le moyeu. Le procédé peut comprendre, avant l’étape a), le montage par frettage d’une bague externe du second palier de guidage dans l’orifice du moyeu. Avantageusement, les rangées de billes du second palier de guidage sont montées les unes après les autres à l’étape a), au moyen d’un outil de montage qui est mis en prise avec chacune de ces rangées. Avantageusement, une bague externe du premier palier de guidage est montée dans l’orifice du moyeu avant l’étape a) puis des billes et une bague interne de ce palier sont montées entre l’extrémité radialement externe du bol et le moyeu lors de l’étape c). 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 d’une hélice et d’un système de calage angulaire d’une aube de cette hélice, la est une vue schématique en coupe transversale d’une hélice et d’un système de 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 schématique en perspective d’une rangée de billes d’un palier de guidage de l’hélice de la , la est une vue schématique partielle en coupe du moyeu et d’un bol du système de commande de la , et illustre une étape d’un procédé de montage de l’hélice, la est une vue similaire à celle de la et illustre une autre étape du procédé, la est une vue similaire à celle de la et illustre une autre étape du procédé, la est une vue similaire à celle de la et illustre une autre étape du procédé, la est une vue similaire à celle de la et illustre une autre étape du procédé, et la est une vue similaire à celle de la et illustre une autre étape du procédé. Hélice pour une turbomachine d’aéronef, cette hélice comportant ; - un moyeu (50) s’étendant autour d’un premier axe et comportant des orifices (50a) répartis autour de ce premier axe, chacun de ces orifices (50a) ayant une orientation sensiblement radiale par rapport audit premier axe et traversant ledit moyeu, - un système (34) de commande du calage angulaire d’une aube (10) 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), ledit système de commande (34) comprenant : + une aube (10) comportant une pale (12) reliée à un pied (14), l’aube (10) comportant un axe de calage (A) sensiblement radial par rapport audit premier axe, + 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 et de solidarisation en rotation du pied (14) de l’aube (10) vis-à-vis du bol (36), lesdits paliers de guidage (46, 48) comprenant : * un premier palier à billes (48) qui s’étend autour dudit axe de calage (A) et dudit pied (14), entre une extrémité radialement externe (36e) dudit bol (36) et ledit moyeu (50), et * un second palier à billes (46) qui s’étend autour dudit axe de calage (A) et dudit pied (14), entre une extrémité radialement interne (36d) dudit bol (36) et ledit moyeu (50), caractérisé en ce que ledit second palier à billes (46) comprend deux rangées annulaires de billes (70, 72) qui sont coaxiales et à contacts obliques, une première de ses rangées (70) ayant un premier diamètre (D2) et une seconde de ces rangées (72) ayant un second diamètre (D3) plus petit que le premier diamètre (D2), au moins un plan perpendiculaire (P1, P2) audit axe de calage (A) passant par les première et seconde rangées de billes (70, 72). Hélice selon la revendication 1, dans laquelle la seconde rangée de billes (72) est au moins en partie engagée dans la première rangée de billes (70). Hélice selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la seconde rangée de billes (72) est intercalée entre la première rangée de billes (70) et le premier palier à billes (48). Hélice selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le second palier (46) comprend une bague interne (46b) formée d’une seule pièce avec ledit bol (36) et une bague externe (46a) rapportée et fixée dans l’orifice (50a) du moyeu (50), chacune de ces bagues (46a, 46b) comportant un premier chemin de roulement (82) de la première rangée de billes (70) et un second chemin de roulement (84) de la seconde rangée de billes (72). Hélice selon la revendication précédente, dans laquelle ladite bague externe (46a) est montée sur une surface annulaire interne (74) du moyeu (50) et est en appui axial sur une portée cylindrique (76) de ce moyeu (50), directement ou par l’intermédiaire d’une cale annulaire (78). Hélice selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit bol (36) a une forme générale de diabolo et comprend un rétrécissement annulaire (36c) entre lesdites extrémités (36d, 36e). Hélice selon la revendication 6, dans laquelle chacun des orifices (50a) du moyeu (50) comprend un rebord annulaire interne (80) qui est destiné à être situé au niveau dudit rétrécissement (36c) et/ou qui porte ladite portée cylindrique (76), ce rebord interne (80) comportant un diamètre interne (D1) qui correspond au diamètre interne minimal dudit orifice (50a) et qui est supérieur au diamètre externe maximal (Dbol_int) de ladite extrémité radialement interne (36d) du bol (36). Hélice selon la revendication précédente, en dépendance de la revendication 5, dans laquelle le diamètre externe maximal (Dbol_int) de ladite extrémité radialement interne (36d) du bol (36) est inférieur ou égal au diamètre interne minimal (Dbague_int) de ladite bague externe (46a). Hélice selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les billes desdites première et seconde rangées de billes (70, 72) ont des diamètres identiques. Hélice selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les billes de chacune desdites première et seconde rangées de billes (70, 72) sont maintenues par une cage annulaire (82C, 84C) qui comprend un rebord annulaire (90) configuré pour être mis en prise avec un outil de montage de la rangée de billes. Hélice selon la revendication précédente, dans laquelle le rebord annulaire (90) comprend une rangée annulaire d’orifices (92) traversants. Hélice selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit bol (36) comporte une paroi annulaire (36a) comportant une extrémité radialement interne fermée par une paroi de fond (36b), et une extrémité radialement externe ouverte et configurée pour autoriser le montage du pied (14) de l’aube (10) à l’intérieur du bol (36), la paroi de fond (36b) comprenant un évidement (52) ayant une section transversale non circulaire et configuré pour recevoir une extrémité libre (28) de forme complémentaire dudit pied (14) de façon à ce que le bol (36) soit solidarisé en rotation avec le pied (14) autour dudit axe (A). Turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins une hélice selon l’une des précédentes. Procédé de montage d’une hélice selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel il comprend les étapes de : a) insertion du bol (36) dans l’orifice (50a) du moyeu, radialement de l’extérieur vers l’intérieur par rapport audit premier axe, b) montage des première et seconde rangées annulaires de billes (70, 72) du second palier de guidage (46) entre l’extrémité radialement interne (36e) du bol (36) et le moyeu (50), et c) montage d’au moins une partie du premier palier de guidage (48) entre l’extrémité radialement externe (36e) du bol (36) et le moyeu (50). Procédé selon la revendication 14, dans lequel il comprend, avant l’étape a), le montage par frettage d’une bague externe (46a) du second palier de guidage (46) dans l’orifice (50a) du moyeu (50). Procédé selon la revendication 14 ou 15, dans lequel les rangées de billes (70, 72) du second palier de guidage (46) sont montées les unes après les autres à l’étape a), au moyen d’un outil de montage qui est mis en prise avec chacune de ces rangées. Procédé selon l’une des revendications 14 à 16, dans lequel une bague externe (48a) du premier palier de guidage (48) est montée dans l’orifice (50a) du moyeu (50) avant l’étape a) puis des billes et une bague interne (48b) de ce palier (48) sont montées entre l’extrémité radialement externe (36e) du bol (36) et le moyeu (50) lors de l’étape c).