Brevet FR3156116A1 — publié le 20250606

L’invention concerne un circuit de commande hydraulique (17) d’actionnement d’un vérin d’orientation (21) à double effet (21) pour orienter des pales (3) d’une hélice de propulsion de moteur d’aéronef, ce vérin à double effet (21) comprenant une première et une deuxième chambre (18, 19), ce circuit (17) comprenant : – une conduite haute pression (23) et une conduite basse pression (24) ; – une vanne distributrice (26) pour relier la première chambre (18) à la conduite haute pression (23) et la deuxième chambre (19) à la conduite basse pression (24) ou inversement, ou pour isoler les deux chambres (18, 19) des conduites haute pression et basse pression ; – un clapet commandé (36) interposé entre la première chambre (18) et la vanne distributrice (26) et piloté par une ligne de commande haute pression (37) pour être bloqué à un état fermé en cas de baisse de pression dans la ligne de commande haute pression (37). Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Protection pour circuit de commande d’orientation de pales d’hélices de moteur d’aéronef permettant de verrouiller l’orientation de ces pales L’invention concerne un moteur d’aéronef comportant des pales à calage variable permettant de contrôler et/ou d’inverser la poussée générée par ce moteur, et elle a pour objet une protection pour empêcher, en cas de défaillance du système de commande, une inversion de poussée accidentelle lorsque l’aéronef est en vol. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un moteur d’aéronef de type turbopropulseur à hélice, ou turboréacteur à soufflante, avec un calage de pas variable, l'air traverse une hélice ou une soufflante de propulsion comportant une série de pales ou d’aubes rotatives, c’est-à-dire à calage variable. L’orientation de ces pales rotatives autour de leur axe d’envergure, qui s’étend radialement par rapport à l’axe de rotation du moteur, peut être modifiée en vol, de sorte qu’un tel moteur peut permettre l’inversion de poussée grâce aux aubes ou pales de l’hélice à calage variable. Dans ce cas, les aubes peuvent occuper une orientation de propulsion pour que le moteur génère une poussée dirigée vers sa direction aval, et une orientation dite d’inversion de poussée, dans laquelle il génère une poussée dirigée vers sa direction amont, cette dernière étant destinée à être utilisée uniquement lorsque l’aéronef est au sol pour le décélérer. En pratique, les orientations de propulsion sont usuellement dénommées grands pas, et les orientations d’inversion de poussée sont dénommées petits pas. Le passage de l’orientation de propulsion à l’orientation d’inversion de poussée s’effectue typiquement par une rotation des aubes de l’ordre de 90°, la commande d’orientation étant généralement assurée par un circuit hydraulique. Plusieurs défaillances peuvent conduire à une dérive du pas en vol vers la position d’inversion de poussée. Il peut s’agir d’une défaillance de l’organe de contrôle du pas, c’est-à-dire d’un calculateur pilotant le circuit hydraulique, ou encore d’une défaillance du circuit hydraulique en soi. Dans ce cadre, un système de protection intégré au circuit hydraulique assure que les pales ne peuvent pas passer à l’orientation d’inversion de poussée lorsque l’aéronef est par exemple en vol de croisière, de telles protections étant décrites dans les documents de brevets FR2981684A1, FR2978953A1, FR2985284A1 et FR3014153A1. Ainsi, lorsqu’il est détecté que les pales sont ou s’approchent d’une orientation d’inversion de poussée alors que le moteur est en configuration de vol, la protection est actionnée pour agir sur le circuit hydraulique afin qu’il les ramène vers une orientation de propulsion. Ce type de protection peut être mis en œuvre dans un moteur non caréné de type turbopropulseur ou bien « open rotor » à double-hélice contrarotative, ou dans un moteur caréné tel qu’un turboréacteur ayant des aubes de soufflante à calage variable. Le but de l’invention est d’apporter une solution passive de protection constituant une alternative aux solutions existantes. A cet effet, l’invention a pour objet un circuit de commande hydraulique d’actionnement d’un vérin d’orientation à double effet pour orienter des pales d’une hélice de propulsion de moteur d’aéronef, ce vérin à double effet comprenant une première et une deuxième chambre, ce circuit comprenant : – une conduite haute pression et une conduite basse pression ; – une vanne distributrice pour relier la première chambre à la conduite haute pression et la deuxième chambre à la conduite basse pression ou inversement, ou pour isoler les deux chambres des conduites haute pression et basse pression ; caractérisé en ce que : – il comporte un clapet commandé interposé entre la première chambre et la vanne distributrice ; – ce clapet commandé est piloté par une ligne de commande haute pression reliée à la conduite haute pression pour être bloqué en cas de baisse de pression dans la ligne de commande haute pression et pour être passant en cas de pression suffisamment élevée dans la ligne de commande haute pression. Avec cet agencement une baisse de pression dans le circuit hydraulique permet d’engendrer immédiatement un blocage de l’orientation des pales de l’hélice, de manière passive. L’invention a également pour objet un circuit ainsi défini, dans lequel la ligne de commande haute pression est reliée à la conduite haute pression par une vanne de blocage pouvant occuper un état désactivé dans lequel elle met en communication la ligne de commande haute pression avec la conduite haute pression, et un état activé dans lequel elle met en communication la ligne de commande haute pression avec la conduite basse pression. L’invention a également pour objet un circuit ainsi défini, comportant une électrovanne de blocage qui commande la vanne de blocage, et un calculateur commandant cette électrovanne de blocage. L’invention a également pour objet un circuit ainsi défini, dans lequel l’électrovanne de blocage est agencée pour commander la vanne de blocage afin de l’activer lorsque cette électrovanne de blocage n’est pas alimentée électriquement par le calculateur. L’invention a également pour objet un circuit ainsi défini, dans lequel le vérin à double effet est porté par un élément tournant avec les pales de l’hélice de propulsion, les conduites amont et aval étant reliées aux chambres de ce vérin par un palier de transfert hydraulique, dans lequel le clapet commandé est interposé entre le vérin et le palier de transfert hydraulique, et dans lequel la ligne de commande haute pression est reliée au clapet commandé par l’intermédiaire du palier de transfert hydraulique. L’invention a également pour objet un circuit ainsi défini, dans lequel le clapet commandé comporte un organe de blocage apte à venir en appui sur un siège ou à être espacé de ce siège pour être soit dans un état bloqué soit dans un état passant, un ressort de rappel tendant continuellement à presser l’organe de blocage sur le siège, un piston soumis à la pression de la ligne de commande en étant rigidement solidarisé à l’organe de blocage, la pression de la ligne de commande agissant sur le piston à l’encontre du ressort de rappel pour tendre à écarter l’organe de blocage du siège. L’invention concerne également un moteur d’aéronef comportant un circuit ainsi défini. La FIG. 1 est une vue en coupe longitudinale d’un turboréacteur à double flux ; La FIG. 2 est une vue selon l’axe d’envergure d’une pale d’hélice propulsive ayant une orientation de propulsion ; La FIG. 3 est une vue selon l’axe d’envergure d’une pale d’hélice propulsive ayant une orientation d’inversion de poussée ; La FIG. 4 est une vue schématique du circuit de commande selon l’invention ; La FIG. 5 est une vue en coupe d’un clapet commandé à l’état ouvert ; La FIG. 6 est une vue en coupe d’un clapet commandé à l’état fermé. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans un moteur d’aéronef tel que le moteur 1 de la FIG. 1 , l'air est admis dans une manche d'entrée 2 située en amont AM pour traverser les pales 3 d’une hélice, appelée soufflante et comportant une série de pales rotatives, avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Ces deux flux circulent selon sa direction longitudinale AX, depuis l’amont AM vers l’aval AV de ce moteur lorsqu’il génère une poussée de propulsion. Le flux primaire est admis dans une prise d’air 4 située en aval de la soufflante et s’étendant autour de l’axe longitudinal AX, pour être ensuite compressé dans des compresseurs basse pression 5 et haute pression 6 avant d'arriver dans une chambre de combustion 7. Ce flux primaire est ensuite détendu dans une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9 avant d'être évacué vers l’aval. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement vers l’aval par la soufflante dans une veine délimitée extérieurement par une nacelle 11 portant l’ensemble du moteur. Un tel moteur de type double-corps comporte un corps dit basse pression par lequel la soufflante est couplée à la turbine basse pression 9, et un corps dit haute pression par lequel le compresseur haute pression 6 est couplé à la turbine haute pression 8, ces deux corps étant coaxiaux et indépendants en rotation. Ces corps sont entourés par un ensemble de carters 12 se succédant le long de l’axe longitudinal qu’ils entourent. Sur la FIG. 3 , une pale à calage variable 3 de soufflante comporte une face d’intrados et une face d’extrados s’étendant entre un bord d’attaque 14 et un bord de fuite 16. Cette pale 3 s’étend selon un axe d’envergure EV radial par rapport à l’axe AX, depuis un pied par lequel elle est solidarisée à un élément de rotor, jusqu’à un sommet qui est son extrémité libre située en regard de la face interne de la nacelle 11. L’angle de calage de la pale est l’angle entre l’axe de corde Ac, qui passe par le bord d’attaque 14 et par le bord de fuite 16 en s’étendant dans un plan normal à l’axe EV, et le plan PS de l’hélice qui est normal à l’axe AX. Dans la suite, lorsqu’un tel angle de calage a une valeur positive, il correspond à une propulsion vers l’aval du flux d’air dans lequel baigne la pale en rotation, c’est-à-dire une direction de propulsion. Une valeur négative correspond à une propulsion du flux d’air vers l’amont. Sur la FIG. 3 , la pale 3 occupe une orientation de propulsion, correspondant par exemple à un régime dit de croisière : l’axe de corde Ac est incliné d’un angle de calage Cc positif par rapport au plan PS. Dans la configuration correspondant à une orientation de propulsion de la FIG. 3 , l’angle de calage de la pale 13 est positif, de sorte qu’en étant entrainée en rotation dans le sens repéré par R sur les figures, elle propulse le flux d’air de l’amont AM vers l’aval AV. Le sens de rotation R correspond au sens horaire en regardant l’hélice selon l’axe AX, de face, c’est-à-dire depuis son amont AM. Cette pale est du type à calage variable : son orientation autour de l’axe EV est ajustable selon les conditions de fonctionnement du moteur. Dans la situation de la FIG. 3 , l’orientation de la pale 13 correspond à un fonctionnement du moteur en propulsion, c’est-à-dire dans lequel le flux F traversant le moteur est propulsé l’amont AM vers l’aval AV. En phase d’inversion de poussée, par exemple lorsque l’aéronef atterrit et que le moteur est exploité pour le freiner, les pales de l’hélice sont commandées pour modifier leurs orientations. Elles pivotent alors autour de leurs axes d’envergures, pour passer de l’orientation de propulsion correspondant à la FIG. 3 , à l’orientation d’inversion de poussée correspondant à la situation représentée sur la FIG. 4 . Sur l’exemple des figures 2 et 3, la pale pivote dans le sens direct pour passer de l’orientation de propulsion à celle d’inversion de poussée, de sorte que son bord d’attaque se trouve en aval de son bord de fuite à l’orientation d’inversion de poussée. Lors du passage d’une orientation à l’autre, la pale passe par une position transitoire dite à 0° dans laquelle son axe de corde passe par le plan PS de l’hélice. Il importe que la pale reste peu de temps à cette position transitoire qui peut engendrer une survitesse du moteur. Il est aussi possible de prévoir une configuration différente, dans laquelle la pale tourne en sens inverse pour passer de l’orientation de propulsion à l’orientation d’inversion de poussée, son bord de fuite restant alors en amont de son bord d’attaque lorsqu’elle est à l’orientation d’inversion de poussée. Lors du passage d’une orientation à l’autre, la pale passe par une position dite en drapeau dans laquelle son axe de corde est parallèle à l’axe AX. Sur la FIG. 4 , un circuit hydraulique 17, assure la pressurisation d’une première chambre 18 amont ou d’une deuxième chambre 19 aval d’un vérin d’orientation à double effet 21 agissant sur la position longitudinale d’un dispositif de calage de pas. Cela permet de maintenir les pales de l’hélice à un angle de calage prédéterminé en maintenant ce dispositif de calage de pas à une position donnée et de modifier l’angle de calage en déplaçant ce dispositif. Ce vérin 21 est porté par le dispositif de calage de pas qui tourne avec les pales de l’hélice qu’il porte, en étant alimenté par le circuit de commande qui est porté par des éléments fixes du moteur, grâce à un palier de transfert hydraulique 22 entourant le dispositif de calage de pas. Ce circuit 17 comporte une conduite d’alimentation 23 haute pression alimentée par une pompe 25, et une conduite de retour 24 basse pression débouchant dans un réservoir non représenté. Les conduites d’alimentation 23 et de retour 24 sont reliées au vérin 21 par l’intermédiaire d’une vanne distributrice 26 à trois positions, comprenant une position neutre centrale correspondant à celle qu’elle occupe dans la FIG. 4 , ainsi qu’une position d’augmentation du pas et une position de réduction du pas. Cette vanne distributrice 26, qui est ici un tiroir distributeur, est reliée à la chambre amont 18 par une conduite amont 27 et par le palier 22, et elle est reliée à la chambre aval 19 par une conduite aval 28 et par le palier 22. Dans la position neutre de la FIG. 4 , les conduites 23 et 24 sont isolées des chambres 18 et 19, qui sont à des pressions de valeur intermédiaire entre la haute pression et la basse pression, les pales 3 de l’hélice ayant de ce fait leur angle d’orientation immobilisé à une valeur fixe. Lorsque la vanne distributrice 26, qui est ici un tiroir distributeur, est placée à sa position d’augmentation du pas, c’est-à-dire décalée vers la droite par rapport à sa position de la FIG. 4 , et que le clapet 36 est ouvert, cette vanne distributrice met en communication la chambre amont 18 avec la conduite d’alimentation haute pression 23, et la chambre aval 19 avec la conduite de retour basse pression 24. Ceci a pour effet de déplacer la tige du vérin 21 vers la droite sur la FIG. 4 , pour augmenter l’angle Cc de calage des pales 3 afin de les placer à une orientation de propulsion. Lorsque la vanne distributrice 26, est à sa position de réduction du pas comme sur la FIG. 5 , c’est-à-dire décalée vers la gauche par rapport à sa position de la FIG. 4 , et que le clapet 36 est ouvert, cette vanne met en communication la chambre amont 18 avec la conduite de retour 24, et la chambre aval 19 avec la conduite haute pression 23. Ceci a pour effet de déplacer la tige du vérin 21 vers la gauche sur la FIG. 4 pour diminuer l’angle Cc de calage des pales 3 afin de les placer à une orientation d’inversion de poussée. Le circuit 17 intègre un système de protection pour que les pales 3 ne puissent pas atteindre accidentellement une orientation d’inversion de poussée alors que l’aéronef est en vol. Il comporte une électrovanne de protection 31, une vanne d’amplification 32, ainsi qu’une première vanne de protection 33 et une deuxième vanne de protection 34. Lorsque les deux vannes de protection 33 et 34 sont désactivées, la position du vérin 21, et donc l’angle des pales 3, est régie par la vanne distributrice 26, qui permet d’augmenter ou de diminuer l’angle de ces pales 3, comme indiqué plus haut. En cas de détection d’une dérive de l’orientation des pales vers leur orientation d’inversion de poussée, le calculateur FADEC commande électriquement l’électrovanne de protection 31 afin d’activer la vanne d’amplification 32, et par là-même les vannes de protection 33 et 34. Lorsque les deux vannes de protection 33 et 34 sont activées, la chambre amont 18 est pressurisée et la chambre aval 19 est dépressurisée, ce qui déplace la tige du vérin 21 vers la droite sur les figures pour ramener l’angle de calage des pales 3 à une orientation de propulsion. Selon l’invention, le clapet commandé 36 est interposé entre la première chambre 18 et la vanne distributrice 26, et ce clapet 36 est piloté par une ligne de commande haute pression 37 pour être bloqué en cas de baisse de pression dans la ligne 37. Ainsi, en cas de chute de pression dans les circuits haute pression, le clapet 36 passe à un état bloqué, c’est-à-dire non passant, de manière à empêcher la première chambre 18 de se vider, pour immobiliser le vérin afin de verrouiller le pas des pales de manière à éviter qu’elles passent à une orientation d’inversion de poussée. Le pilotage du clapet 36 est assuré passivement par la pression du circuit hydraulique, de sorte qu’en cas de baisse de cette pression ce clapet 36 se ferme, afin de verrouiller immédiatement l’angle de calage des pales pour qu’il ne dérive pas sous l’effet des efforts aérodynamiques que subissent les pales. En pratique, et comme illustré sur la FIG. 4 , ce clapet commandé 36 s’apparente à un clapet anti-retour piloté en pression. Il comporte un ressort de rappel qui est comprimé par la pression de sa ligne de commande 37 lorsque cette pression est suffisante. Lorsque cette pression devient insuffisante, le ressort pousse l’élément mobile du clapet, de manière à bloquer celui-ci dans un état fermé. La ligne de commande haute pression 37 est alimentée par la conduite haute pression 23 qui est avantageusement équipée d’une vanne de blocage 38 pilotée par une électrovanne de blocage 39 pouvant être actionnée par le calculateur FADEC qui est le calculateur du moteur. La vanne 38 est avantageusement une vanne double voie, pouvant être dans un état désactivé dans lequel elle met en communication la ligne 37 avec la conduite haute pression 23, ou dans un état activé dans lequel elle met en communication la ligne 37 avec la conduite basse pression 24. Avec cet agencement, en cas de détection d’une variation anormale de l’orientation des pales, ou d’une autre anomalie, le calculateur FADEC commande l’électrovanne de blocage 39 pour qu’elle active la vanne 38 afin de faire chuter la pression dans la ligne de commande 37. Dans ce cas, la pression de commande du clapet 36 baisse de sorte qu’il se ferme pour verrouiller l’orientation des pales à leur valeur courante. En pratique, le flux d’air incident sur les pales a tendance à les placer en position d’inversion de poussée s’il n’y a pas de pression dans les chambres du vérin 21. Ainsi, en empêchant la chambre 18 de se vider en cas de perte de pression dans la conduite 23, on empêche les pales de se rapprocher de leur position d’inversion de poussée. C’est en cela que l’orientation des pales est verrouillée. Le calculateur FADEC peut ainsi agir pour verrouiller le pas des pales à leur orientation courante en cas de détection d’une anomalie telle qu’une défaillance de servocommande ou une dégradation d’étanchéité du circuit hydraulique. Le calculateur peut également être utilisé pour réaliser un auto test de l’étanchéité de la première chambre, par exemple au démarrage ou juste avant l’arrêt du moteur. Dans ce cas, le moteur tourne à un régime ralenti au sol, et le calculateur commande le blocage du clapet 36 tout en effectuant un suivi de l’orientation des pales, de sorte que dans cette situation, la détection d’une dérive de l’orientation des pales est significative d’un défaut d’étanchéité dans la première chambre 18. L’électrovanne de blocage 39 est avantageusement configurée pour activer la vanne de blocage si elle n’est pas alimentée électriquement par le calculateur FADEC, ce qui permet de verrouiller le pas en cas de défaillance électrique au niveau de ce calculateur. Comme illustré sur la FIG. 5 , le clapet commandé 36 est situé entre la première chambre 18 et le palier de transfert hydraulique 22, de manière à assurer qu’y compris en cas de fuite au niveau du palier de transfert 22, le blocage de ce clapet commandé 36 permet d’assurer un verrouillage du pas des pales. Dans ce cadre, la ligne de commande 37 est reliée au clapet 36 par l’intermédiaire du palier de transfert 22, au même titre que les conduites amont 27 et aval 28 sont reliées aux première et deuxième chambres par l’intermédiaire de ce même palier de transfert 22. Autrement dit, le palier de transfert 22 assure le transfert de trois voies hydrauliques. Le clapet commandé 36 qui est symbolisé sur la FIG. 4 par un clapet anti-retour relié à la ligne 37 est avantageusement du type de celui illustré sur la FIG. 5 . Il comporte un organe de blocage 41 logé dans un canal principal 42 en étant situé en vis-à-vis d’un siège 43, de sorte que le clapet est passant lorsque l’organe 41 est espacé du siège 43, et qu’il bloque ou ferme le canal principal lorsque cet organe 41 est en appui sur le siège. L’organe 41 est continuellement rappelé par un ressort 44 vers sa position de blocage, et il est prolongé par une tige 46 traversant de manière étanche le canal principal et dont l’extrémité porte un piston 47 subissant la pression de la ligne de commande 37 qui s’exerce à l’encontre du ressort de rappel. L’ensemble formé par l’organe 41, la tige 46 et le piston 47 est un tout rigide constituant l’équipage mobile du clapet. Comme on l’aura compris, lorsque la pression dans la ligne de commande est suffisamment élevée, elle écarte l’organe 41 de son siège 43 pour que le clapet soit passant. A l’inverse, lorsque la pression dans la ligne de commande devient insuffisante vis-à-vis de la raideur du ressort 44, l’organe 41 vient en appui sur le siège 43 sous l’effet du ressort 44, de sorte que le clapet devient alors bloqué. Dans l’exemple des figures, l’invention est mise en œuvre sur un turboréacteur équipé d’aubes de soufflante à calage variable, mais elle peut être mise en œuvre dans un moteur non caréné de type turbopropulseur ou bien du type « open rotor » à double-hélice contrarotative. Circuit de commande hydraulique (17) d’actionnement d’un vérin d’orientation (21) à double effet (21) pour orienter des pales (3) d’une hélice de propulsion de moteur d’aéronef, ce vérin à double effet (21) comprenant une première et une deuxième chambre (18, 19), ce circuit (17) comprenant : – une conduite haute pression (23) et une conduite basse pression (24) ; – une vanne distributrice (26) pour relier la première chambre (18) à la conduite haute pression (23) et la deuxième chambre (19) à la conduite basse pression (24) ou inversement, ou pour isoler les deux chambres (18, 19) des conduites haute pression et basse pression ; caractérisé en ce que : – il comporte un clapet commandé (36) interposé entre la première chambre (18) et la vanne distributrice (26) ; – ce clapet commandé (36) est piloté par une ligne de commande haute pression (37) reliée à la conduite haute pression (23) pour être bloqué en cas de baisse de pression dans la ligne de commande haute pression (37) et pour être passant en cas de pression suffisamment élevée dans la ligne de commande haute pression (37). Circuit selon la revendication 1, dans lequel la ligne de commande haute pression (37) est reliée à la conduite haute pression (23) par une vanne de blocage (38) pouvant occuper un état désactivé dans lequel elle met en communication la ligne de commande haute pression (37) avec la conduite haute pression (23), et un état activé dans lequel elle met en communication la ligne de commande haute pression (37) avec la conduite basse pression (24). Circuit selon la revendication 2, comportant une électrovanne de blocage (39) qui commande la vanne de blocage (38), et un calculateur (FADEC) commandant cette électrovanne de blocage (39). Circuit selon la revendication 3, dans lequel l’électrovanne de blocage (39) est agencée pour commander la vanne de blocage (38) afin de l’activer lorsque cette électrovanne de blocage (39) n’est pas alimentée électriquement par le calculateur (FADEC). Circuit selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le vérin à double effet (21) est porté par un élément tournant avec les pales de l’hélice de propulsion, dans lequel des conduites amont et aval (27, 28) relient la vanne distributrice (26) aux chambres (18, 19) de ce vérin (21) par un palier de transfert hydraulique (22), dans lequel le clapet commandé (36) est interposé entre le vérin (21) et le palier de transfert hydraulique (22), et dans lequel la ligne de commande haute pression (37) est reliée au clapet commandé (36) par l’intermédiaire du palier de transfert hydraulique (22). Circuit selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le clapet commandé (36) comporte un organe de blocage (41) apte à venir en appui sur un siège (43) ou à être espacé de ce siège (43) pour être soit dans un état bloqué soit dans un état passant, un ressort de rappel (44) tendant continuellement à presser l’organe de blocage (41) sur le siège (43), un piston (47) soumis à la pression de la ligne de commande (37) en étant rigidement solidarisé à l’organe de blocage (41), la pression de la ligne de commande agissant sur le piston (47) à l’encontre du ressort de rappel (44) pour tendre à écarter l’organe de blocage (41) du siège (43). Moteur d’aéronef comportant un circuit selon l’une des revendications précédentes.