Brevet FR3154441A1 — publié le 20250425

Dispositif de calage conique pour aube mobile et ensemble le comprenant L’ensemble pour turbomachine comprend des aubes mobiles (2) comportant chacune une pale (4) fixée sur un pied (5) et immobilisées chacune par leur pied (5) sur la face radiale externe (6) d’un rotor (3) d’axe (X-X’) par un dispositif de calage (1). Au moins un dispositif de calage (1) pour une aube mobile (2) comprend une pièce de fixation mâle (8) de forme conique ou tronconique d’axe de révolution (Z-Z’) , fixée au pied (5) ou d’une seule pièce avec celui-ci ; ladite pièce de fixation mâle (8) présentant une extrémité effilée (11) dirigée radialement vers l’intérieur selon l’axe (Z-Z’) ; et un logement récepteur femelle (9) de forme conique ou tronconique complémentaire à la pièce de fixation mâle (8), conformé dans la face radiale externe (6) du rotor (3) ou conformé dans une pièce fixée sur la face radiale externe (6) du rotor (3). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Dispositif de calage conique pour aube mobile et ensemble le comprenant DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des aubes mobiles destinées à être utilisées dans une turbomachine d’essai. La présente invention concerne un dispositif de calage pour de telles aubes mobiles. Il se destine à tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et plus particulièrement aux turboréacteurs d'avion. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Dans la plupart des turboréacteurs à double flux, une soufflante est placée à l'avant du compresseur basse pression. Cette soufflante est constituée d’aubes de grandes dimensions montées radialement selon un axe Z-Z’ sur un rotor d’axe X-X’. Ces aubes sont habituellement désignées en tant qu’aubes mobiles ou aubes fan. L’incidence de ces aubes varie du pied au bout de l’aube. L’angle d’orientation des aubes mobiles autour de l’axe Z-Z’ selon lequel elles s’étendent (cette orientation étant représentée par des flèches circulaires sur les figures), ainsi que leur incidence, sont déterminants vis-à-vis de la performance globale de la turbomachine qu’elles équipent. Dans les turboréacteurs, l’angle d’orientation des aubes mobiles peut être modifié en vol en fonction du régime moteur. Lorsque diverses angles d’orientation pour de nouvelles aubes mobiles sont testés sur une turbomachine d’essai, notamment lors de tests de performance, ces aubes mobiles sont habituellement fixées de manière amovible sur le rotor. Cette fixation est prévue pour être rapide et facile à mettre en œuvre pour chacune des aubes mobiles. Ce montage doit en outre permettre de modifier rapidement et facilement l’angle d’orientation des aubes mobiles. Une turbomachine comprenant généralement plusieurs dizaines d’aubes mobiles, le réglage en orientation des aubes mobiles est une opération généralement longue et fastidieuse. Le réglage de l’angle d’orientation des aubes mobiles est habituellement désigné en tant que calage et le dispositif de fixation d’une aube sur un rotor autorisant plusieurs angles d’orientation est habituellement désigné en tant que dispositif de calage. Le calage est une opération qui est réalisée lorsque la turbomachine est à l’arrêt, avant un essai. Il doit bien être compris que les dispositifs de calage concernés par l’invention ne sont habituellement pas prévus pour le montage des aubes mobiles dans un turboréacteur destiné à être utilisé en vol. Il s’agit de dispositifs de calage uniquement destinés à fixer des aubes lors d’essais d’une turbomachine, pour lesquels les normes de sécurité sont moindres que pour une turbomachine réelle prévue pour être commercialisée, notamment vis-à-vis du risque d’expulsion d’une aube sous l’effet de la force centrifuge. Il existe actuellement plusieurs dispositifs de calage des aubes mobiles sur une turbomachine d’essai. Parmi ces dispositifs, on compte divers systèmes visant à exercer une pression sur le pied prévu au niveau de la base de chaque aube mobile, par exemple par le serrage du pied par un mor, par un étrier ou par une vis transversale fixés sur le rotor. On compte également des systèmes à dents, dans lesquels le pied des aubes mobiles est crénelé et bloqué en rotation par un deuxième élément crénelé fixé sur le rotor. Les dispositifs de calage présentent de nombreux désavantages. En effet, certains dispositifs de calage comprennent des vis qui font saillie dans la veine aérodynamique et qui génèrent des turbulences dans celle-ci. Des dispositifs de calage comprennent également des pièces compliquées et coûteuses à fabriquer. D’autres dispositifs comportent des pièces qui sont difficiles d’accès et/ou compliquées et chronophages à mettre en œuvre lors du réglage de l’angle d’orientation des aubes mobiles. De même, d’autres dispositifs sont peu satisfaisants en ce qu’ils ne permettent pas une parfaite immobilisation des aubes mobiles en place et en orientation, un jeu subsistant par exemple dans le calage. D’autres dispositifs enfin, sont volumineux et présentent un encombrement azimutal peu satisfaisant. Dans le domaine des turbomachines d’essai, il existe donc un besoin pour un dispositif de calage pour aube mobile qui soit simple, peu coûteux, facile à utiliser et à fabriquer, rapidement mis en œuvre, fiable et sans jeu, qui ne génère pas de turbulences dans la veine aérodynamique et qui ne présente pas d’encombrement azimutal supplémentaire au niveau du rotor. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment en fournissant un dispositif de calage utilisant une cône d'emmanchement à faible pente, par exemple du type cône Morse, où le pied de chaque aube mobile est de forme conique et est reçu dans un logement conique complémentaire prévu dans le rotor. Un aspect de l’invention concerne un ensemble pour turbomachine comprenant des aubes mobiles comportant chacune une pale fixée sur un pied et immobilisées chacune par leur pied sur la face radiale externe d’un rotor d’axe X-X’ par un dispositif de calage, où au moins un dispositif de calage pour une aube mobile comprend : une pièce de fixation mâle de forme conique ou tronconique d’axe de révolution Z-Z’ , fixée au pied ou d’une seule pièce avec celui-ci ; ladite pièce de fixation mâle présentant une extrémité effilée dirigée radialement vers l’intérieur selon l’axe Z-Z’ ; et un logement récepteur femelle de forme conique ou tronconique complémentaire à la pièce de fixation mâle, conformé dans la face radiale externe du rotor ou conformé dans une pièce fixée sur la face radiale externe du rotor. Le principe du dispositif de calage de l’invention repose sur l’utilisation d’un cône d'emmanchement à faible pente. En raison de la force centrifuge à laquelle les aubes mobiles sont soumises lors des essais des turbomachines et du risque subséquent d’éjection radial desdites aubes mobiles lors de la rotation de la turbomachine, l’homme du métier a toujours considéré qu’un tel dispositif de calage conique ne pouvait pas être envisagé pour le calage d’aubes mobiles. En effet, l’absence de moyen de blocage spécifiquement dédié à empêcher le déplacement radial des aubes mobiles semble hasardeux. Des essais ont cependant montré que le dispositif de calage de l’invention peut assurer un blocage axial d’au moins 4000 daN pour des aubes mobiles, alors que, lors des essais des turbomachines, la force centrifuge subit par les lors des essais des turbomachines est de 3000 daN au maximum. De façon surprenante, en plus d’assurer une blocage dans les autres direction, le dispositif de calage conique de l’invention assure donc un blocage axial amplement suffisant. Ce dispositif de calage pour aube mobile présente en outre tous les avantages recherchés et évoqués précédemment. Il permet notamment un montage très facile et très rapide des aubes mobile sur le rotor et permet de modifier rapidement, facilement et librement l’angle d’orientation des aubes mobiles. Ce montage est en outre très précis car la forme conique assure un très bon centrage de l’aube mobile autour de l’axe de révolution Z-Z’ et permet de maintenir parfaitement à la fois l’angle d’orientation (réglable) de l’aube mobile autour de l’axe de révolution Z-Z’ et l’angle d’inclinaison radial de l’aube mobile par rapport à l’axe Z-Z’. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’ensemble selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la pièce de fixation mâle présente une conicité comprise entre 4,5 % et 5,5 %, préférentiellement comprise entre 4,7 % et 5,3 %, et plus préférentiellement comprise entre 4,9 % et 5,1 %. la pièce de fixation mâle présente un angle α au sommet du cône ou tronc de cône compris entre 0,045 et 0,055 radians, préférentiellement compris entre 0,047 et 0,053 radians, et préférentiellement compris entre 0,049 et 0,051 radians. la rugosité de surface Ra du cône ou tronc de cône de la pièce de fixation mâle et du logement récepteur femelle est inférieure ou égale à 1 µm, préférentiellement inférieure ou égale à 0,9 µm et plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,8 µm. le logement récepteur femelle est délimité par une paroi périphérique d’une seule pièce. la pièce de fixation mâle est en métal, préférentiellement en acier ou en inconel®. le pied de l’aube mobile comporte une plateforme située entre la pale et la pièce de fixation mâle. le logement récepteur femelle comprend une partie réceptrice pour la plateforme. l’ensemble comprend un dispositif d’extraction de l’aube mobile. le dispositif d’extraction comprend un levier fixé basculant sur le rotor, ledit levier comportant une première extrémité accessible depuis l’extérieur du rotor et une seconde extrémité située en regard de l’extrémité effilée de la pièce de fixation mâle. la turbomachine est une turbomachine d’essai, préférentiellement un turboréacteur d’essai à double flux. Un autre aspect de l’invention concerne une turbomachine comprenant un ensemble selon l’invention. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Certaines dimensions ont été exagérées pour plus de clarté des figures. FIG. 1 est une vue schématique en perspective d’une pale mobile équipée d’une pièce de fixation mâle selon un exemple de réalisation de l’invention. FIG. 2 est une vue schématique en coupe d’une pale mobile selon FIG. 1 et montée dans un logement récepteur femelle selon un exemple de réalisation de l’invention conformé dans la face radiale externe d’un rotor. FIG. 3 est une vue similaire à celle de FIG. 2 , où la pale mobile est extraite du rotor au moyen d’un dispositif d’extraction selon un exemple de réalisation de l’invention. FIG. 4 est une vue de profil d’un tronc de cône d’une pièce de fixation mâle selon un exemple de réalisation de l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Par convention, dans la présente demande, les termes « intérieur » et « extérieur », « inférieur » et « supérieur », et « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l'axe longitudinal X-X’ selon lequel s’étend la turbomachine. Ainsi, une pièce cylindrique s'étendant selon l'axe du moteur comporte une face intérieure tournée vers l'axe longitudinal du turboréacteur et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure. De même, le terme « longitudinal » ou « axial » correspond à une direction parallèle à l’axe longitudinal X-X’, tandis que par le terme « radial » on entend une direction perpendiculaire à l’axe X-X’. L’invention concerne un dispositif de calage 1 pour une aube mobile 2 permettant de rapidement monter une aube mobile 2 sur un rotor 3 d’axe X-X’ tout en ajustant l’angle d’orientation de ladite aube mobile 2 autour de l’axe Z-Z’ selon lequel elle s’étend. Telle qu’illustrée sur FIG. 1 à FIG. 3 , une aube mobile 2 comprend habituellement une pale 4 et un pied 5 par lequel elle peut être fixée sur la face radiale externe 6 d’un rotor 3. Une aube mobile 2 peut également comprendre une plateforme 7, par exemple en forme de disque, située en partie inférieure de la pale 4. L’invention concerne également un ensemble pour turbomachine comprenant des aubes mobiles 2 montées sur un rotor 3 par un dispositif de calage 1 selon l’invention. Le dispositif de calage 1 selon l’invention comprend une pièce de fixation mâle 8 prévue sur l’aube mobile 2 et un logement récepteur femelle 9 prévu dans la face radiale externe 6 du rotor 3 et destiné à recevoir ladite pièce de fixation mâle 8. La pièce de fixation mâle 8 forme un pivot et est en forme de cône ou de tronc de cône, chacun d’axe de révolution Z-Z’. En effet, l’axe de révolution Z-Z’ du cône ou tronc de cône est identique à l’axe autour duquel peut pivoter l’aube mobile 2 lors de son orientation angulaire. La pièce de fixation mâle 8 présente une extrémité évasée 10 qui est fixée au pied 5 de l’aube mobile 2 ou d’une seule pièce avec celui-ci, et une extrémité effilée 11 qui est prévue pour être reçue dans le logement récepteur femelle 9. Lorsque la pièce de fixation mâle 8 est montée sur un rotor 3, l’extrémité effilée 11 de la pièce de fixation mâle 8 est dirigée radialement vers l’intérieur selon l’axe Z-Z’. Le logement récepteur femelle 9 est en forme de cône ou de tronc de cône, chacun d’axe de révolution Z-Z’, ce cône ou tronc de cône étant de forme complémentaire à celui de la pièce de fixation mâle 8, de sorte que la pièce de fixation mâle 8 puisse être reçue de manière ajustée dans le logement récepteur femelle 9. Le logement récepteur femelle 9 est conformé dans la face radiale externe 6 du rotor 3 ou est conformé dans une pièce fixée sur la face radiale externe 6 du rotor 3. Telle que visible sur FIG. 4 , la pièce de fixation mâle 8 est de forme tronconique. Ce tronc de cône présente un grand diamètre D situé du côté externe, un petit diamètre d situé du côté interne, une longueur radiale L et un angle α au sommet. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la pièce de fixation mâle 8 présente une conicité comprise entre 4,5 % et 5,5 %, préférentiellement comprise entre 4,7 % et 5,3 %, et plus préférentiellement comprise entre 4,9 % et 5,1 %. Pour rappel, la conicité est égale à (D - d)/L x 100. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’angle α au sommet du cône ou tronc de cône est compris entre 0,045 et 0,055 radians, préférentiellement compris entre 0,047 et 0,053 radians, et préférentiellement compris entre 0,049 et 0,051 radians. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la rugosité de surface Ra du cône ou du tronc de cône de la pièce de fixation mâle 8 et du logement récepteur femelle 9 est inférieure ou égale à 1 µm, préférentiellement inférieure ou égale à 0,9 µm et plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,8 µm. Cette rugosité très faible permet un ajustement serré de la pièce de fixation mâle 8 dans le logement récepteur femelle 9, avec une adhérence satisfaisante vis-à-vis de la force centrifuge lors de la rotation du rotor 3. Lors de l’emmanchement de la pièce de fixation mâle 8 dans le logement récepteur femelle 9, la pièce de fixation mâle 8 peut être légèrement déformée en compression, ce qui améliore encore l’adhérence précédemment évoquée. Lors d’essais d’un turboréacteur à double flux fonctionnant au régime maximum, des aubes mobiles 2 montées sur un rotor 3 avec un dispositif de calage 1 présentant les géométries préférées données ci-dessus ont résistée à une force centrifuge de 3000 daN et sont restées en place sur le rotor 3 avec l’angle d’orientation d’origine qui leur avait été donnée. Ce maintien en place des aubes mobiles 2, qui résiste également à la force centrifuge, est obtenu par le frottement de la surface externe conique ou tronconique 12 de la pièce de fixation mâle 8 contre la face interne de la paroi périphérique 13 qui délimite le logement récepteur femelle 9, cette adhérence entre les deux pièces en engagement serré fonctionne un peu à la manière d’un léger frettage. Pour ces essais, les dimensions du tronc de cône de la pièce de fixation mâle 8 étaient sensiblement les suivants : D = 45 mm, d = 40 et L = 70 mm, avec une conicité d’environ 0,051 et un angle α au sommet d’environ 3 degrés, soit environ 0,0525 radians. La pièce de fixation mâle 8 est en métal, préférentiellement en acier ou en inconel®. Puisque la pale 4 est habituellement en matériau composite, le pied 5 de l’aube mobile 2 comporte préférentiellement une plateforme 7 située entre la pale 4 et la pièce de fixation mâle 8. Cette plateforme 7 fait l’interface entre la pale 4 et la pièce de fixation mâle 8 et permet une meilleure solidarisation mutuelle de ces pièces 4, 8. Dans le cas où le pied 5 de l’aube mobile 2 comporte une telle plateforme 7, le logement récepteur femelle 9 comprend également une partie réceptrice 20 pour la plateforme 7 de sorte de reconstituer la zone aérodynamique et ne présenter aucune perturbation dans la veine aérodynamique autour du rotor 3. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la pièce de fixation mâle 8 peut être d’une seule pièce avec la pale 4. Le logement récepteur femelle 9 est préférentiellement délimité par une paroi périphérique 13 qui est d’une seule pièce. Ainsi le logement récepteur femelle 9 n’est pas formé de plusieurs parties assemblées, ce qui évite notamment un assemblage de plusieurs parties, et des risques de défaut de géométrie ou de jeu entre la pièce de fixation mâle 8 et logement récepteur femelle 9 ou elle être introduite. Le fait que la paroi périphérique 13 est d’une seule pièce distingue le logement récepteur femelle 9 de l’invention vis-à-vis de logements récepteurs de l’art antérieur, formés de plusieurs pièces qui viennent enserrer une partie du pied 5 d’une aube mobile 2 pour l’immobiliser. En effet, ces logements récepteurs présentent de nombreux désavantages et ne repose pas sur le même principe que l’invention. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le dispositif de calage 1 comprend un dispositif d’extraction 14 de l’aube mobile 2 (cf. FIG. 2 et FIG. 3 ). Le dispositif d’extraction 14 comprend par exemple un levier 15 fixé basculant sur le rotor 3, préférentiellement sur une face interne 16 dudit rotor 3, ledit levier 15 comportant une première extrémité 17 accessible depuis l’extérieur du rotor 3, par exemple par un orifice traversant 18, préférentiellement radial, prévu dans la face radiale externe 6 du rotor 3, et une seconde extrémité 19 située en regard de l’extrémité effilée 11 de la pièce de fixation mâle 8. Selon ce mode de réalisation, lorsqu’une pression est exercée vers l’intérieur sur la première extrémité 17 du levier 15, celui-ci bascule autour de son axe de rotation R, et la seconde extrémité 19 du levier 15 vient exercer une pression de force équivalente dirigée vers l’extérieur, sous la pièce de fixation mâle 8, ce qui permet d’extraire cette dernière du logement récepteur femelle 9 (cf. FIG. 3 ). Le dispositif d’extraction 14 permet donc de désemmancher l’aube mobile 2 sans avoir à exercer de force sur la pale 4, qui est susceptible de ne pas être suffisamment solide vis-à-vis des efforts qu’elle devrait subir si elle était sollicitée, notamment en traction, en vue de l’extraction de la pièce de fixation mâle 8 en dehors du logement récepteur femelle 9. En outre, il est généralement difficile de saisir une aube mobile 2 avec un outil en vue d’exercer de telles sollicitations. Un effort peut par exemple être exercé sur la première extrémité 17 du levier 15 par l’intermédiaire d’une tige introduite depuis l’extérieur au travers de l’orifice traversant 18 et par exemple frappée par un maillet, ou par le vissage d’une vis dans ledit orifice traversant 18, qui peut alors être au moins partiellement fileté. Ces modes de réalisation permettent avantageusement de désemmancher l’aube mobile 2 rapidement et simplement depuis l’extérieur, sans avoir à démonter aucune pièce préalablement. D’autres dispositifs d’extraction peuvent bien entendu être envisagés. On notera que le dispositif de calage 1 peut être utilisé pour le montage de n’importe quelle pièce montée sur un rotor, notamment lorsque l’on souhaite pouvoir modifier rapidement et simplement l’angle d’orientation de ladite pièce autour de l’axe Z-Z’ selon lequel elle s’étend radialement par rapport audit rotor. Ensemble pour turbomachine comprenant des aubes mobiles (2) comportant chacune une pale (4) fixée sur un pied (5) et immobilisées chacune par leur pied (5) sur la face radiale externe (6) d’un rotor (3) d’axe (X-X’) par un dispositif de calage (1), caractérisé en ce qu’au moins un dispositif de calage (1) pour une aube mobile (2) comprend : une pièce de fixation mâle (8) de forme conique ou tronconique d’axe de révolution (Z-Z’) , fixée au pied (5) ou d’une seule pièce avec celui-ci ; ladite pièce de fixation mâle (8) présentant une extrémité effilée (11) dirigée radialement vers l’intérieur selon l’axe (Z-Z’) ; et un logement récepteur femelle (9) de forme conique ou tronconique complémentaire à la pièce de fixation mâle (8), conformé dans la face radiale externe (6) du rotor (3) ou conformé dans une pièce fixée sur la face radiale externe (6) du rotor (3). Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de fixation mâle (8) présente une conicité comprise entre 4,5 % et 5,5 %, préférentiellement comprise entre 4,7 % et 5,3 %, et plus préférentiellement comprise entre 4,9 % et 5,1 %. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de fixation mâle (8) présente un angle α au sommet du cône ou tronc de cône compris entre 0,045 et 0,055 radians, préférentiellement compris entre 0,047 et 0,053 radians, et préférentiellement compris entre 0,049 et 0,051 radians. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rugosité de surface Ra du cône ou tronc de cône de la pièce de fixation mâle (8) et du logement récepteur femelle (9) est inférieure ou égale à 1 µm, préférentiellement inférieure ou égale à 0,9 µm et plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,8 µm. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logement récepteur femelle (9) est délimité par une paroi périphérique (13) d’une seule pièce. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce de fixation mâle (8) est en métal, préférentiellement en acier ou en inconel®. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pied (5) de l’aube mobile (2) comporte une plateforme (7) située entre la pale (4) et la pièce de fixation mâle (8). Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le logement récepteur femelle (9) comprend une partie réceptrice (20) pour la plateforme (7). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’extraction (14) de l’aube mobile (2). Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif d’extraction (14) comprend un levier (15) fixé basculant sur le rotor (3), ledit levier (15) comportant une première extrémité (17) accessible depuis l’extérieur du rotor (3) et une seconde extrémité (19) située en regard de l’extrémité effilée (11) de la pièce de fixation mâle (8).