Brevet FR3146945A1 — publié le 20240927

L’invention concerne un système (801) de liaison rotule pour l’actionnement d’une pièce mobile d’une turbomachine d’aéronef. Le système (801) comprend une première pièce (803) comportant une ouverture (807) et des orifices (809), un axe (811) inséré dans les orifices (809) et maintenu dans lesdits orifices (809) par l’intermédiaire de moyens de fixation (813) et de douilles (815), une seconde pièce (805), et une rotule (819), solidaire de la seconde pièce (805), permettant la rotation de la seconde pièce (805) autour de l’axe (811). En outre, l’axe (811), les moyens de fixations (813) et les douilles (815) sont configurés pour que, lorsque le système (801) est assemblé, la rotule (819) est serrée au niveau de ses extrémités selon la direction de l’axe (811) de sorte que la translation de la rotule (819) le long de l’axe (811) est empêchée et un jeu (821) permet à l’axe (811) de se translater selon sa direction. Figure pour l’abrégé : Fig. 8 SYSTEME DE LIAISON ROTULE POUR L’ACTIONNEMENT D’UNE PIECE MOBILE D’UNE TURBOMACHINE D’AERONEF L’invention est relative au domaine de la cinématique de pièces mobiles d’une turbomachine d’aéronef. Elle concerne en particulier un système de liaison rotule pour l’actionnement d’une pièce mobile d’une turbomachine d’aéronef. Dans une turbomachine d’aéronef, pour réguler le débit du flux d’air circulant dans une veine et éviter le phénomène de pompage ou encore pour évacuer des détritus présents dans ladite veine, il est connu d’utiliser des vannes de décharge variable. De telles vannes peuvent être en position fermée et n’entrainer aucune modification dans la circulation du flux d’air au niveau de la veine dans laquelle elles sont montées ou en position ouverte dans laquelle tout ou partie du flux est détourné vers une autre veine en passant par l’ouverture. La , issue de la demande de brevet WO-A1-2020/007847, montre une turbomachine d’aéronef 100 qui s’étend longitudinalement selon un axe X. La turbomachine 100 comprend une soufflante 104, une virole intérieure 105 et une virole extérieure 106. La soufflante 102 est entraînée en rotation autour de l’axe X de la turbomachine 100 afin d’aspirer un flux d’air qui est séparé par la virole intérieure 105 entre un premier flux d’air d’entrainement de la turbomachine, dit flux primaire, et un deuxième flux d’air de poussée, dit flux secondaire. La virole intérieure 105 s’étend sensiblement selon l’axe X de la turbomachine 100 et la virole extérieure 106 s’étend à l’extérieur de la virole intérieure 105. Le flux d’air primaire s’étend intérieurement à la virole intérieure 105 dans une veine primaire V1 tandis que le flux secondaire s’étend extérieurement à la virole intérieure 105 dans une veine secondaire V2. La virole intérieure 105 et la virole extérieure 106 délimitent la veine secondaire V2 pour la circulation du flux d’air secondaire. La turbomachine 100 comprend un compresseur 101 pour accélérer le flux primaire, une chambre de combustion 102 pour l’énergiser et une turbine 103 entraînée par le flux d’air énergisé afin d’entraîner le compresseur 101. Typiquement, dans une turbomachine d’aéronef de ce type, le compresseur 101 comprend des vannes de décharge variable qui sont configurées pour se déplacer entre une position fermée, dans laquelle une circulation du flux d’air de la veine primaire V1 vers la veine secondaire V2 est interdite, et une position ouverte dans laquelle une circulation du flux d’air de la veine primaire V1 vers la veine secondaire V2 est autorisée. La (issue du brevet FR-B1-2982904) et la montrent, dans un mode de réalisation selon l’art antérieur, les différentes pièces qui permettent la mise en mouvement (on parle également de cinématique), autour d’un axe 201, des vannes de décharge variable et qui peuvent être, par exemple, intégrées à un compresseur. Dans cet exemple, un anneau de commande 203 est entraîné en rotation par des vérins hydrauliques 205 et est relié à une porte 207 pour chaque vanne de décharge variable 209 par des dispositifs d'articulation complexes appelés guignol (montrés plus en détail à la ). La montre la chaîne de transmission d’effort, allant d’un vérin 205 jusqu’à une porte 207 d’une vanne de décharge variable 209, qui permet la mise en mouvement de cette vanne de décharge variable 209 et, en particulier, le passage d’une position ouverte à une position fermée par une rotation autour de l’axe 201 (visible à la ). Dans cet exemple, l’effort est transmis depuis la biellette 205b du vérin 205 vers un premier guignol 301 dit guignol maître. Celui-ci entraîne l’ouverture (ou la fermeture) de la porte 207 (située à droite sur la figure) par l’intermédiaire d’une biellette 303 (la porte 207 étant articulée par une charnière 305). L’effort est ensuite transmis du guignol maître 301 à l’anneau de commande 203 (auquel sont reliées toutes les vannes à décharge variable 209) puis de l’anneau de commande 203 à un second guignol 307 dit guignol esclave. Le guignol esclave 307 entraîne à son tour l’ouverture ou la fermeture de la porte 207 d’une vanne à décharge variable 209 (située à gauche sur la ) par l’intermédiaire d’une biellette 309. En outre, le joint 311 et le porte joint 313 d’une part, le patin 315 d’autre part, permettent respectivement la bonne herméticité de l’ensemble lorsque les vannes sont en position fermées et un déplacement optimal de l’anneau de commande 203 lorsque l’ensemble est mis en mouvement. Dans cette chaîne de transmission d’effort représenté à la , tous les cercles entourant une liaison mécanique, entourent en particulier des liaisons rotules entre différentes pièces de la chaîne. Ainsi, de nombreuses liaisons rotules sont présentes dans cette chaîne de transmission d’effort utilisée pour actionner des vannes de décharge variable. Les figures 4 à 6 illustrent plus en détail trois exemples de liaisons rotules de la chaîne de transmission d’effort décrite plus haut. En particulier, la représente un système 401 de liaison rotule entre un guignol 403 et une biellette 405, la représente un système 501 de liaison rotule entre un anneau de commande 503 et un guignol 505, et la représente un système 601 de liaison rotule entre une porte 603 d’une vanne de décharge variable et une biellette 605. Tous ces systèmes de liaison rotule comprennent un axe 407 inséré dans des orifices traversants d’une des deux pièces (guignol, anneau de commande ou porte) et maintenu dans ces orifices par l’intermédiaire de moyens de fixation 409 (de l’axe dans la pièce en question) et de douilles 411, positionnées dans ces orifices. Tous les systèmes de liaison rotule comprennent également une rotule 413 qui est solidaire de l’autre pièce (biellette, guignol ou encore biellette), qui entoure l’axe 407 au niveau d’une ouverture de la première pièce et qui permet ainsi la rotation de la seconde pièce autour de l’axe 407. Dans les deux premiers systèmes 401 et 501 de liaison rotule décrits, où l’axe 407 est respectivement un axe délardé vissé et freiné par fil et un axe à fixation déportée, un jeu de fonctionnement subsiste (volontairement) dans le système assemblé entre la rotule 413 et les douilles 411 qui l’entourent de sorte que la rotule 413 est libre de se translater sur l’axe 407. Dans le troisième système 601 de liaison rotule décrit, où l’axe 407 est une vis à fut lisse qui est serrée par un écrou, le rotule 413 est serrée entre les deux douilles 411 et aucun jeu de fonctionnement n’est présent dans l’assemblage axe/douilles/rotule, de sorte qu’aucune translation selon la direction de l’axe n’est possible. Dans le premier cas (systèmes 401 et 501), le mouvement de la rotule sur l’axe entraîne une usure de l’axe. A titre d’exemple, la montre un axe 701 (à fixation déportée) après son utilisation dans un système de liaison rotule selon l’art antérieur. L’axe 701 présente clairement une zone de corrosion 703 et une zone d’usure 705 qui sont la conséquence des mouvements de la rotule autour de l’axe 701. Dans le second cas (système 601), le maintien serré de la rotule et l’absence de jeu de fonctionnement dans l’assemblage axe/douilles/rotule entraîne un hyperstatisme de l’assemblage c’est-à-dire qu'au moins un degré de mobilité de la pièce concernée est supprimé plusieurs fois (i.e. plus de fois que nécessaire). La présente invention propose une solution à ces inconvénients. Ainsi, un objectif de l’invention est de réduire les sources d’usure de pièces d’un système de liaison rotule utilisé pour l’actionnement d’une vanne de décharge variable. À cet effet, l’invention selon un premier aspect a pour objet un système de liaison rotule pour l’actionnement d’une pièce mobile d’une turbomachine d’aéronef, ledit système comprenant : - une première pièce comportant une ouverture et des orifices traversants positionnés en vis-à-vis, de part et d’autre de ladite ouverture ; - un axe inséré dans les orifices et maintenu dans lesdits orifices par l’intermédiaire de moyens de fixation et de douilles, positionnées dans lesdits orifices, entre ledit axe et ladite première pièce ; - une seconde pièce ; et, - une rotule, solidaire de la seconde pièce, et entourant l’axe au niveau de l’ouverture de la première pièce, de manière à permettre la rotation de la seconde pièce autour dudit axe, ledit système étant caractérisé en ce que l’axe, les moyens de fixations et les douilles sont configurés pour que, lorsque ledit système est assemblé, la rotule est serrée au niveau de ses extrémités selon la direction de l’axe de sorte que la translation de ladite rotule le long dudit axe est empêchée et un jeu permet à l’axe de se translater selon sa direction. Le système 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 pièce mobile est une vanne de décharge variable, la première pièce est un anneau de commande de vannes de décharge variable et la seconde pièce est un guignol. - la pièce mobile est une vanne de décharge variable, la première pièce est une porte d’une vanne de décharge variable et la seconde pièce est une biellette. - la pièce mobile est une vanne de décharge variable, la première pièce est un guignol et la seconde pièce est une biellette. - lorsque ledit système est assemblé, deux faces de la rotule, situées aux extrémités de ladite rotule selon la direction de l’axe, sont en appui sur deux faces des douilles de sorte que la rotule est serrée au niveau desdites extrémités. - les moyens de fixation comprennent une tête de vis et un filetage intégrés à l’axe, et un écrou fileté complémentaire dudit filetage. - l’écrou fileté est de type écrou flottant ou écrou tonneau. - les douilles comprennent une douille glissante de type imperdable positionnée dans un premier orifice de la première pièce et une douille frettée dans un second orifice de la première pièce. - l’axe est une vis à fut lisse et les moyens de fixation correspondent à une tête de ladite vis et un écrou complémentaire de ladite vis. L’invention selon un deuxième aspect concerne également une turbomachine comprenant un anneau de commande, une pluralité de vannes à décharge variable et au moins un système selon le premier aspect. L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’une turbomachine selon l’art antérieur ; la est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’un ensemble comprenant un anneau de commande et des vannes de décharge variable selon l’art antérieur ; la est une vue en perspective d’un mode de réalisation d’un anneau de commande et de vannes de décharge variable selon l’art antérieur ; la est une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un système de liaison rotule selon l’art antérieur ; la est une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un système de liaison rotule selon l’art antérieur ; la est une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un système de liaison rotule selon l’art antérieur ; la est une illustration de l’usure d’un axe utilisé dans un système de liaison rotule selon l’art antérieur ; la est une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un système de liaison rotule selon l’invention ; et, la est une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un système de liaison rotule selon l’invention. En référence à la , nous allons maintenant décrire un mode de réalisation d’un système 801 de liaison rotule pour l’actionnement d’une pièce mobile d’une turbomachine d’aéronef selon l’invention. Dans tout ce qui suit, la pièce mobile est une vanne de décharge variable. Toutefois, l’homme du métier appréciera que l’invention s’applique à n’importe quelle pièce mobile (relativement à un repère de l’aéronef) d’une turbomachine d’aéronef devant effectuer un mouvement lié à ladite liaison rotule. Le système 801 décrit en référence à la est un système de liaison rotule entre une première pièce 803 qui est un guignol et une seconde pièce 805 qui est une biellette. Toutefois, l’homme du métier appréciera que l’invention s’applique plus généralement à toutes les liaisons rotules qui interviennent dans la cinématique (i.e. qui contribuent à leur mise en mouvement) des vannes de décharge variable. En particulier, l’invention s’applique à tous les systèmes de liaison rotule qui sont présents dans la chaine de transmission d’effort impliquant (dans l’ordre) les pièces suivantes : un vérin, une biellette, un guignol maitre, un anneau de commande, un guignol esclave, une biellette et enfin une porte d’une vanne de décharge variable et qui conduisent à l’actionnement de la vanne de décharge variable. Le système 801 décrit dans ce qui suit peut être, par exemple, compris dans une turbomachine d’aéronef qui comprend également un anneau de commande tel que l’anneau de commande 203 décrit en référence à la et une pluralité de vannes de décharge variable telles que les vannes de décharges variable 209 décrites en référence à la également ou encore à la . Un tel système est destiné à être monté dans une turbomachine d’aéronef (telle que la turbomachine 100 décrite en référence à la ), par exemple dans un compresseur ou entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression. Dans l’exemple non-limitatif représenté à la , le guignol 803 comporte une ouverture 807 et des orifices 809 traversants positionnés en vis-à-vis, de part et d’autre de l’ouverture 807. En l’espèce, deux portions 803a et 803b du guignol 803 s’étendent parallèlement l’une à l’autre et forment les flancs d’un U dans lesquels sont percés deux orifices 809 alignés l’un en face de l’autre et entre lesquels est située l’ouverture 807. Un axe 811 est inséré dans les orifices 809 et maintenu dans lesdits orifices 809 par l’intermédiaire, d’une part, de moyens de fixation 813 et, d’autre part, de douilles 815, positionnées dans les orifices 809, entre l’axe 811 et le guignol 803. En l’espèce, dans l’exemple non-limitatif représenté, l’axe 811 est une vis à fut lisse (qui comporte par exemple un ajustement glissant de type H7g6) et les moyens de fixation 813 comprennent une tête de vis 813a et un filetage 813b qui sont intégrés à la vis 811, et un écrou fileté 813c (complémentaire du filetage 813b de la vis 811) qui est une pièce distincte. De manière générale, dans différents modes de réalisation, les moyens de fixation peuvent être intégrés à l’axe ou distincts de celui-ci. Dans tous les cas, ces moyens de fixation 813 contribuent au maintien de l’axe 811 dans les orifices 809 lorsque le système 801 est assemblé (et potentiellement soumis à des vibrations importantes). En particulier, ces moyens de fixation 813 empêchent la sortie de l’axe 811 des orifices 809 par translation selon sa direction (i.e. la direction de l’étendue longitudinale de l’axe 811). En outre, les douilles 815 contribuent également au maintien de l’axe 811 dans les orifices 809 dans la mesure où la forme des douilles est conçue pour que l’axe 811 soit serré dans les orifices 809 par l’intermédiaire des douilles 815 lorsque le système 801 est assemblé. En particulier, dans le mode de réalisation représenté à la , le système comprend une première douille 815a qui est une douille glissante, c’est-à-dire capable de se translater (selon son étendue longitudinale) dans l’orifice 809 (dans la partie haute de la figure) dans lequel elle est positionnée. De plus, il s’agit d’une douille dite imperdable puisqu’elle présente un clip 817 (qui peut être également un jonc) qui empêche la sortie de la douille 815a de l’orifice 809 une fois qu’elle est positionnée dans l’orifice (en complément d’un épaulement qui forme la tête de la douille). En outre, le système 801 comprend une second douille 815b qui est frettée dans l’autre orifice 809 (dans la partie basse de la figure). Contrairement à la première douille 815a, la seconde douille 815b ne peut donc pas se translater une fois positionnée dans l’orifice 809. Le système 801 de liaison rotule comprend également une rotule 819, solidaire de la biellette 805, et entourant l’axe 811 au niveau de l’ouverture 807, de manière à permettre la rotation de la biellette 805 autour de l’axe 811. Pour rappel, s’agissant d’une liaison rotule, la rotule 819 permet non seulement une rotation autour de l’axe 811 mais également des rotations (ou combinaison de ces rotations) selon tous les axes d’un repère orthonormé dont l’un des axes est confondu avec la direction longitudinale de l’axe 811. La liaison rotule se fait donc entre le guignol 803 et la biellette 805 par l’intermédiaire de l’axe 811 et de la rotule 819. Une première spécificité de l’invention réside dans le fait que l’axe 811, les moyens de fixations 813 et les douilles 815 sont configurés pour que, lorsque le système 801 est assemblé, la rotule 819 est serrée au niveau de ses extrémités selon la direction de l’axe 811 de sorte que la translation de la rotule 819 le long de l’axe 811 est empêchée. Dit autrement, la forme et les dimensions de ces pièces sont conçues pour qu’une fois le système 801 assemblé la translation de la rotule 819 sur l’axe 811 (i.e. son glissement) soit bloquée. Dans l’exemple non-limitatif représenté, lorsque le système 801 est assemblé, deux faces (plates) de la rotule 819 qui sont situées à ses extrémités selon la direction de l’axe 811, sont en appui sur deux faces (également plates) des douilles 815 de sorte que la rotule 819 est serrée au niveau de ses extrémités et ne peut donc pas se translater selon cette direction sur l’axe 811. Une seconde spécificité de l’invention réside dans le fait qu’une fois le système 801 assemblé, un jeu (de fonctionnement) 821 permet à l’axe 811 de se translater selon sa direction. Dit autrement, la rotule 819 ne peut pas se translater sur l’axe 811 mais l’axe 811 lui-même peut se translater dans les orifices 809 du guignol 803 selon sa direction d’étendue longitudinale. Dans l’exemple non-limitatif représenté, le jeu 821 est situé entre la tête de la douille 815a et le bord de l’orifice 809 dans lequel elle est insérée. La montre un autre mode de réalisation de l’invention dans lequel la première pièce 803 est un anneau de commande de vannes de décharge variable et la seconde pièce 805 est un guignol. Dans cette exemple, l’ouverture 807 est située au milieu de l’épaisseur de l’anneau de commande 803. En outre, dans le mode de réalisation montré à la , l’écrou fileté 813c est un écrou flottant alors que dans le mode de réalisation montré à la , l’écrou fileté est un écrou tonneau. Ce dernier a pour avantage d’être imperdable et de n’entraîner aucune protubérance au niveau de l’anneau de commande. Outre les exemples représentés aux figures 8 et 9, comme évoqué plus haut, l’invention s’applique à toutes les liaisons rotules présentes dans la chaîne de transmission d’effort qui permet la mise en mouvement d’une ou de plusieurs vannes de décharge. Par exemple, dans un autre mode de réalisation non-représenté, la première pièce peut être une porte d’une vanne de décharge variable et la seconde pièce une biellette. Dans tous les cas, la rotule 819 est serrée sur l’axe 811 et ne peut donc pas coulisser le long de l’axe 811 tandis que le jeu de fonctionnement 821 permet à l’axe 811 de coulisser, selon sa direction, dans les orifices 809 (en complément de son mouvement de rotation sur lui-même). Dans tous les cas également (i.e. pour tous les modes de réalisation), le fait que la rotule soit serrée sur l’axe, réduit l’usure de l’axe qui est liée au frottement de la rotule sur celui-ci. En outre, le maintien de la capacité de l’axe à se translater selon sa direction, permet également de réduire son usure en utilisant potentiellement un axe de plus grande dimension (selon son étendue longitudinale notamment), et en utilisant également des douilles. Ainsi, les axes utilisés, peuvent être plus massifs et protégés par des douilles (utilisées comme pièces d’usure) et avoir une durée de vie plus longue. Enfin, le jeu de fonctionnement présent dans le système assemblé permet d’éviter de rendre le système hyperstatique, c’est-à-dire d’éviter de rajouter des contraintes qui ne sont pas nécessaire au bon fonctionnement de la liaison rotule. Système (801) de liaison rotule pour l’actionnement d’une pièce mobile d’une turbomachine d’aéronef, ledit système (801) comprenant : - une première pièce (803) comportant une ouverture (807) et des orifices (809) traversants positionnés en vis-à-vis, de part et d’autre de ladite ouverture (807) ; - un axe (811) inséré dans les orifices (809) et maintenu dans lesdits orifices (809) par l’intermédiaire de moyens de fixation (813) et de douilles (815), positionnées dans lesdits orifices (809), entre ledit axe (811) et ladite première pièce (803) ; - une seconde pièce (805) ; et, - une rotule (819), solidaire de la seconde pièce (805), et entourant l’axe (811) au niveau de l’ouverture (807) de la première pièce (803), de manière à permettre la rotation de la seconde pièce (805) autour dudit axe (811), ledit système (801) étant caractérisé en ce que l’axe (811), les moyens de fixations (813) et les douilles (815) sont configurés pour que, lorsque ledit système (801) est assemblé, la rotule (819) est serrée au niveau de ses extrémités selon la direction de l’axe (811) de sorte que la translation de ladite rotule (819) le long dudit axe (811) est empêchée et un jeu (821) permet à l’axe (811) de se translater selon sa direction. Système (801) selon la revendication 1, dans lequel la pièce mobile est une vanne de décharge variable, la première pièce (803) est un anneau de commande de vannes de décharge variable et la seconde pièce (805) est un guignol. Système (801) selon la revendication 1, dans lequel la pièce mobile est une vanne de décharge variable, la première pièce (803) est une porte d’une vanne de décharge variable et la seconde pièce (805) est une biellette. Système (801) selon la revendication 1, dans lequel la pièce mobile est une vanne de décharge variable, la première pièce (803) est un guignol et la seconde pièce (805) est une biellette. Système (801) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lorsque ledit système (801) est assemblé, deux faces de la rotule (819), situées aux extrémités de ladite rotule (819) selon la direction de l’axe (811), sont en appui sur deux faces des douilles (815) de sorte que la rotule (819) est serrée au niveau desdites extrémités. Système (801) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de fixation (813) comprennent une tête de vis (813a) et un filetage (813b) intégrés à l’axe (811), et un écrou fileté (813c) complémentaire dudit filetage (813b). Système (801) selon la revendication 6, dans lequel l’écrou fileté (813c) est de type écrou flottant ou écrou tonneau. Système (801) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les douilles (815) comprennent une douille glissante (815a) de type imperdable positionnée dans un premier orifice (809) de la première pièce (803) et une douille (815b) frettée dans un second orifice (809) de la première pièce (803). Système (801) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’axe (811) est une vis à fut lisse et les moyens de fixation (813) correspondent à une tête de ladite vis et un écrou complémentaire de ladite vis. Turbomachine comprenant un anneau de commande, une pluralité de vannes à décharge variable et au moins un système (801) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.