Brevet FR3153373A1 — publié le 20250328

L’invention concerne un ensemble (101) comprenant une aube (103) et un système (105) de maintien de l'aube (103), pour une turbomachine d’aéronef. L’aube (103) s’étend longitudinalement selon un axe (A) et le système (105) comprenant un pivot (113) configuré pour réaliser une rotation selon l’axe (A). Le pivot (113) comporte une gorge (113a) dans laquelle est logé le pied (111). Le système (105) comprend en outre un mors mobile (117), positionné sur un côté du pied (111). La gorge (113a), le pied (111) et le mors mobile (117) forment ensemble un assemblage à queue d’aronde dans lequel le pied (111) est maintenu serré. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 ENSEMBLE COMPRENANT UNE AUBE ET UN SYSTEME DE MAINTIEN DE L'AUBE L’invention est relative au domaine de l’architecture d’aubages fixes de turbomachine d’aéronef. Elle concerne en particulier un ensemble comprenant une aube et un système de maintien de l'aube. Dans une turbomachine non carénée, des aubes dites fixes, c’est-à-dire non-mobiles en rotation autour de l’axe d’étendue longitudinale de la turbomachine, sont couplées à une hélice et ont pour fonction de « redresser » le flux aérodynamique à la sortie de l’hélice. De la même manière, dans une turbomachine carénée, de telles aubes fixes sont couplées à une soufflante qui est située en amont de ces aubes fixes dans le sens d’écoulement du flux dans la turbomachine et qui comporte des aubes mobiles en rotation autour de l’axe de la turbomachine. Comme pour le cas de la turbomachine non-carénée, ces aubes fixes ont également pour fonction de redresser le flux issu de la soufflante qui a été accéléré par celle-ci. On parle ainsi également d’aube directrice de sortie ou OGV (de l’anglais « Outlet Guide Vane »). En outre, ces aubes fixes peuvent être à calage variable, c’est-à-dire qu’elles peuvent faire partie d’un ensemble qui permet leur rotation autour de leur axe d’étendue longitudinale de manière à modifier leur orientation par rapport au sens d’écoulement du flux. La FIG. 1 montre ainsi, à titre d’exemple, une aube à calage variable 11 qui comporte une pale 13 qui est montée sur un système 15 de maintien de l’aube 11 qui est mobile en rotation autour de l’axe A et permet donc la modification de son orientation. Dans les turbomachines récentes, et notamment dans les turbomachines non-carénées, des aubes de grandes dimensions sont de plus en plus fréquemment réalisées en matériaux composites à matrice organique dans la mesure où ces matériaux permettent un gain de masse notable tout en conservant des propriétés mécaniques équivalentes à celles de matériaux utilisés jusqu’alors. Dans le cadre de la conception et la fabrication d’aubes en matériau composite, le support auquel l’aube est fixée est généralement en matériau métallique. C’est cette partie métallique qui peut exercer une rotation afin d’orienter l’aube composite qui est fixée au-dessus, et ainsi modifier son incidence relativement au flux. Pour une telle aube, le type de sollicitation principale vue par la pièce concerne des mouvements de flexion induits par son incidence, mais aussi par la variation du champ de pression provoquée par le passage des aubes de la soufflante. Des amplitudes significativement plus grandes peuvent aussi être vues en cas d’impacts (morceaux d’hélice, oiseau, autres…) lors d’évènements extrêmes. Le moyen de fixation le plus simple entre une pièce métallique et une pièce composite est le boulonnage. A cette fin, deux type d’attaches sont couramment utilisées, telles qu’illustrées à la FIG. 2 et à la FIG. 2 dans des vues en coupe perpendiculaire à l’axe de la turbomachine de systèmes 15 de maintien de l’aube 11. La FIG. 2 montre ainsi une attache par bridage (dite « attache radiale ») dans laquelle les pièces composites 17 sont représentées en gris clair et les vis 19 et la pièce de fixation 21 métalliques sont représentées en gris foncé. La FIG. 2 montre quant à elle une attache tangentielle dans laquelle la partie composite 17 est représentée en gris clair et le système de fixation métallique 19 et 21 est représenté en gris foncé. Dans le cadre d’aubes fixes avec attache de type radiale, c’est la partie inférieure de l’aube qui est la plus sollicitée. De plus, le type de sollicitation auquel l’aube est soumise produit un chargement antisymétrique de l’attache, avec un coté en traction et l’autre en compression. En particulier il est possible de distinguer deux zones les plus critiques liées à ce type de sollicitations : le rayon des brides 17a, dont les sollicitations en flexion produisent des efforts en sens radial, favorables à des modes d’endommagement dit de type I (i.e. ouverture (traction) et flambage (compression)) ; et, la partie latérale des brides 17a, en correspondance des fixations, où les efforts se concentrent pour être transmis aux composants situés au-dessous de l’aube. Dans tous les cas, les sollicitations de la pièce composite associées à ce type de système de maintien sont susceptibles de réduire la durée de vie de la pièce si des aménagements particuliers de sont pas prévus pour éviter ces inconvénients. La présente invention propose une solution à ces inconvénients. À cet effet, l’invention selon un premier aspect a pour objet un ensemble comprenant une aube et un système de maintien de l'aube, pour une turbomachine d’aéronef, ladite aube s’étendant longitudinalement selon un axe et comprenant une pale et un pied, et ledit système comprenant un pivot configuré pour réaliser une rotation selon l’axe, ledit pivot comportant une gorge dans laquelle est logé le pied, ledit ensemble étant caractérisé en ce que le système comprend en outre un mors mobile, positionné sur un côté du pied, ladite gorge, ledit pied et ledit mors mobile formant ensemble un assemblage à queue d’aronde dans lequel ledit pied est maintenu serré entre un plan incliné de ladite gorge, le fond de ladite gorge et un plan incliné dudit mors mobile, par l’intermédiaire de moyens de fixation traversant ledit mors mobile, ledit pied et ledit pivot. L’ensemble 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 : - les moyens de fixation sont des vis, traversant des orifices alignés complémentaires dudit mors mobile, dudit pied et dudit pivot, lesdites vis étant serrées par des écrous complémentaires. - les moyens de fixation s’étendent parallèlement à une direction transverse à l’étendue longitudinale du pied. - le mors mobile et le pivot s’encastrent l’un dans l’autre, selon la direction transverse à l’étendue longitudinale du pied et sont liés l’un à l’autre par une liaison glissière. - l’ensemble, formé par le pivot et le mors mobile encastrés l’un dans l’autre, présente une symétrie selon un plan parallèle à l’étendue longitudinale de la gorge et passant par l’axe. - le mors mobile est positionné du côté extrados de l’aube. - le nombre de moyens de fixation est compris entre 3 et 8, de préférence entre 4 et 6, lesdits moyens de fixation étant équiréparties selon l’étendue longitudinale du pied. - le système comprend en outre au moins une plateforme, montée sur le pivot, et dont la face supérieure est destinée à être en contact avec un flux s’écoulant autour de la pale. L’invention selon un deuxième aspect concerne en outre une turbomachine, en particulier d’aéronef, comprenant au moins un ensemble selon le premier aspect. L’invention selon un troisième aspect concerne en outre un procédé d’assemblage d’un ensemble selon le premier aspect, comprenant les étapes suivantes : - le positionnement du pied dans la gorge ; - l’encastrement du mors mobile dans le pivot par coulissement dudit mors mobile dans ledit pivot selon une direction transverse à l’étendue longitudinale du pied ; - le positionnement des moyens de fixation au niveau du mors mobile, du pied et du pivot ; et, - le serrage des moyens de fixation de sorte que le pied est maintenu serré entre le plan incliné de la gorge, le fond de ladite gorge et le plan incliné du mors mobile. 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 FIG. 1 est une vue en perspective d’un ensemble comprenant une aube et un système de maintien de l’aube selon un mode de réalisation de l’art antérieur ; la FIG. 2 est une représentation schématique d’un système de maintien d’une aube selon un premier mode de réalisation de l’art antérieur ; la FIG. 2 est une représentation schématique d’un système de maintien d’une aube selon un second mode de réalisation de l’art antérieur ; la FIG. 3 est une vue en perspective d’un ensemble comprenant une aube et un système de maintien de l’aube selon un mode de réalisation de l’invention ; la FIG. 4 est une vue en perspective et en coupe d’un ensemble comprenant une aube et un système de maintien de l’aube selon un mode de réalisation de l’invention ; et, la FIG. 5 est un diagramme d’étapes d’un procédé d’assemblage d’un ensemble comprenant une aube et un système de maintien de l’aube selon un mode de réalisation de l’invention. En référence à la FIG. 3 et à la FIG. 4 nous allons maintenant décrire un mode de réalisation d’un ensemble 101 comprenant une aube 103 et un système 105 de maintien de l’aube 103, pour une turbomachine d’aéronef (non-représentée) selon l’invention. L’aube 103 s’étend longitudinalement selon un axe A et comprend une pale 109 et un pied 111. L’axe A est orthogonal à un axe X d’étendue longitudinale de la turbomachine autour duquel tournent des aubes mobiles de la turbomachine. L’aube 103 est donc montée dans la turbomachine, typiquement parmi d’autres aubes identiques qui appartiennent à une rangée d’aubes dites fixes. Il s’agit d’une aube dite fixe dans le sens où elle n’est pas mobile en rotation autour de l’axe d’étendue longitudinale de la turbomachine dans laquelle elle est montée. Toutefois, comme il apparaîtra plus clairement dans ce qui suit, l’aube 103 est mobile en rotation autour de l’axe A et peut être dite à calage variable, c’est-à-dire que son orientation par rapport au flux s’écoulant dans la turbomachine peut être modifiée. Il peut ainsi s’agir, à titre d’exemple non-limitatif, d’une aube dite aube directrice de sortie ou OGV (de l’anglais « Outlet Guide Vane ») appartenant à une rangée d’OGV dont la fonction est de redresser un flux issu d’une hélice d’une turbomachine non carénée ou d’une soufflante d’une turbomachine carénée. A titre d’exemple également, l’aube 103 peut être en matériau composite à matrice organique. Elle peut avoir été réalisée, par exemple, par stratification de renforts fibreux bidimensionnels, densifiés ensuite par de la résine, ou par tissage tridimensionnel d’une préforme unique qui est ensuite densifiée. Avantageusement, ce type de matériau permet un gain de masse important tout en conservant des propriétés mécaniques équivalentes à celles d’autres matériaux plus lourd, ou une amélioration des propriétés mécaniques pour une masse équivalente ou encore une combinaison des deux avantages. Dans l’ensemble 101, le système 105 de maintien de l’aube 103 comprend un pivot 113 qui est configuré pour réaliser une rotation selon l’axe A. Ainsi, dans l’exemple représenté, le pivot 113 coopère avec des roulements à billes 115 qui permettent sa rotation selon l’axe A. Dans d’autres modes de réalisation, il pourrait s’agir de rouleaux ou de tout autre moyen permettant la rotation du pivot 113. Dans l’exemple non-limitatif représenté, le pivot 113 est une pièce unique c’est-à-dire qu’il ne s’agit pas d’un assemblage de plusieurs pièces distinctes. En outre, le pivot 113 comprend une partie inférieure cylindrique (qui est creuse dans cet exemple), et une partie supérieure qui a sensiblement une forme de platine qui comprend une gorge 113a dans laquelle le pied 111 est logé. Les termes « inférieur » et « supérieur » sont définis relativement à l’axe moteur (i.e. l’axe X de rotation des aubes mobiles de la turbomachine évoqué plus haut). Ainsi, les parties inférieures mentionnées dans ce qui suit sont celles les plus proches (radialement) de l’axe X tandis que les parties supérieures mentionnées dans ce qui sont celles les plus éloignées (radialement) de l’axe X. Le système 105 comprend en outre un mors mobile 117 qui est positionné d’un côté du pied 111 (relativement à l’étendue longitudinale dudit pied 111). Le mors mobile 117 est une pièce distincte du pied 111 et du pivot 113. Il est dit « mobile » dans la mesure où il peut être déplacé indépendamment du pivot 113 et du pied 111. Dans l’exemple non-limitatif représenté, le mors mobile 117 est positionné du côté extrados de l’aube 103 (et par extension du pied 111 également). De manière générale, dans la mesure où le pied 111 est droit, le mors mobile 117 peut être positionné indifféremment d’un côté ou de l’autre. En outre, la gorge 113a, le pied 111 et le mors mobile 117 forment ensemble un assemblage à queue d’aronde dans lequel le pied 111 est maintenu serré entre un plan incliné 113aa de la gorge 113a, le fond 113ab de la gorge 113ba et un plan incliné 117a du mors mobile 117. Le pied 111 est maintenu serré dans la gorge 113a par l’intermédiaire de moyens de fixation 119 qui traversent le mors mobile 117, le pied 111 et le pivot 113. Dit autrement, le pied 111 est lié au système 105 par une liaison glissière dans laquelle les trois faces indiquées plus haut (les deux plans inclinés et le fond de la gorge) sont en appui sur trois faces complémentaires du pied 111 lorsque l’ensemble 101 est assemblé de sorte que le pied 111 est serré dans le système 105. Avantageusement, cet agencement empêche la perte de l’aube 103 une fois l’assemblage de l’ensemble 101 réalisé. De plus, grâce à cet agencement également, les efforts subis par l’aube 103, en particulier au niveau de son pied 111, sont diffusés au reste de la structure, notamment via les roulements, ce qui évite leur concentration locale et les risques associés. Dans l’exemple non-limitatif représenté, les moyens de fixation 119 sont des vis, qui traversent des orifices 121 alignés complémentaires du mors mobile 117, du pied 111 et du pivot 113. Ces vis 119 sont serrées par des écrous 123 complémentaires. Plus précisément, le corps de chaque vis 119 traverse le mors mobile 117, le pied 111 et le pivot 113, et débouchent au niveau d’un côté de la gorge 113a où la partie émergeante de chaque vis 119 est serrée par un écrou complémentaire 123. En outre, le nombre de vis 119 utilisées est typiquement compris entre 3 et 8, et de préférence entre 4 et 6 (5 dans l’exemple représenté). Ces vis 119 sont équiréparties selon l’étendue longitudinale du pied 111. De manière générale, l’homme du métier saura adapter le nombre et la répartition spatiale des moyens de fixation 119 du mors mobile 117 en fonction d’un serrage (et d’une répartition de ce serrage) voulue. Enfin, les moyens de fixation 119, qu’il s’agisse de vis ou non, s’étendent parallèlement à une direction transverse (i.e. orthogonale) à l’étendue longitudinale du pied 111. Avantageusement, du fait de l’inclinaison des plans inclinés (117a et 113aa) qui serrent le pied 111, les moyens de fixation 119 sont très peu sollicités en cisaillement et sont donc préservés des risques d’usure associés. De manière générale, l’ajustement et la répartition du niveau de serrage du mors mobile 117, du pied 111 et du pivot 113, par les vis 119, permet de déterminer l’intensité de la force qui s’exerce sur ledit pied 111 et contribue, d’une part, à son maintien dans la gorge 113a et, d’autre part, à la redistribution des efforts subis par l’aube 103 dans son ensemble. Dans l’exemple non-limitatif représenté également, le mors mobile 117 et le pivot 113 s’encastrent l’un dans l’autre, selon une direction transverse à l’étendue longitudinale du pied 111 et sont liés l’un à l’autre par une liaison glissière. En d’autres termes, le mors mobile 117 ne peut coulisser que dans une seule direction (la direction transverse à l’étendue longitudinale du pied 111) pour s’encastrer dans le pivot 113. En outre, la direction en question est parallèle à celle de l’étendue des moyens de fixation 119. En effet, comme il est visible plus particulièrement à la FIG. 3 , les formes respectives du mors mobile 117 et du pivot 113 sont complémentaires et s’encastrent parfaitement. De plus, l’ensemble formé par le pivot 113 et le mors mobile 117 encastrés l’un dans l’autre, présente une symétrie selon un plan P parallèle à l’étendue longitudinale de la gorge 113a et passant par l’axe A. Dit autrement, le mors mobile 117 a la forme d’une partie « manquante » du pivot 113 de sorte que leur encastrement produit une pièce dont la forme (qui permet l’assemblage à queue d’aronde avec le pied 111) est symétrique (selon le plan P). En l’espèce, le mors mobile 117 a la même forme, dans sa partie supérieure, que le côté de la gorge 113a auquel appartient le plan incliné 113aa qui permet le serrage du pied 111. Tandis que, dans sa partie inférieure, le mors mobile 117 a sensiblement une forme de T inversé qui s’enfonce dans une cavité complémentaire du pivot 113 de sorte que l’ensemble des deux pièces encastrées ne présente aucune partie en saillie et que seules les têtes de vis 119 dépassent de l’ensemble lorsque l’ensemble 101 est assemblé. Enfin, dans un mode de réalisation particulier non représenté, le système 105 peut comprendre également au moins une plateforme qui est montée sur le pivot 113 et dont la face supérieure est destinée à être en contact avec un flux F (typiquement un flux d’air) qui s’écoule autour de la pale 109 lors de l’utilisation de la turbomachine d’aéronef. De manière générale, la ou les plateformes utilisées ont un rôle aérodynamique dans le sens où leur forme (dans l’exemple représenté, une forme convexe) est conçue pour optimiser l’écoulement du flux sur leur surface tout en limitant leur masse (par exemple via des zones creuses en leur sein). Avantageusement, l’utilisation de plusieurs plateformes facilite l’assemblage de l’ensemble 101 et l’homme du métier saura adapter leur nombre, supérieur ou égal à 1, à la géométrie spécifique d’un ensemble utilisé. Avantageusement également, l’ensemble 101 selon l’invention permet d’obtenir une liaison aérodynamique pour une aube fixe qui entraîne une réduction de la sollicitation de ses zones critiques et une bonne tenue mécanique, tout en réduisant la masse de l’ensemble. En outre, l’homme du métier saura adapter la forme des différentes pièces pour éviter la concentration des contraintes dans une zone donnée. De plus, l’homme du métier saura adapter la surface de contact entre le pied 111 et les différents éléments du système 105 pour optimiser la distribution des efforts subis par l’aube 103 lors de son utilisation, par exemple en augmentant la hauteur d’encastrement du pied 111 dans le système 105 (i.e. dans la gorge 113a en particulier). En référence à la FIG. 5 , nous allons maintenant décrire un mode de mise en œuvre d’un procédé 501 d’assemblage d’un ensemble 101 tel que celui représenté à la FIG. 3 . La première étape 503 consiste en le positionnement du pied 111 dans la gorge 113a. En particulier, la base du pied 111 (i.e. sa partie extrémale inférieure) est positionnée dans le fond 113ab de la gorge 113a dont la largeur est complémentaire de celle du pied 111. L’étape suivante 505 consiste en l’encastrement du mors mobile 117 dans le pivot 113 par coulissement du mors mobile 117 dans ledit pivot 113 selon une direction transverse à l’étendue longitudinale du pied 111. Comme dit plus haut, les formes du mors mobile 117 et du pivot 113 sont complémentaires et configurées pour ne permettre la translation du mors mobile 117 (pour son encastrement) que selon cette direction jusqu’à que le plan incliné 117a du mors mobile 117 soit en appui sur le pied 111. L’étape suivante 507 consiste ensuite en le positionnement des moyens de fixation 119 au niveau du mors mobile 117, du pied 111 et du pivot 113. Dans l’exemple représenté à la FIG. 3 , il s’agit de l’insertion des vis 119 et du positionnement des écrous 123 sur ces vis, mais dans d’autres modes de réalisation de l’invention, il pourrait s’agir d’autres moyens de fixation permettant de serrer les trois pièces (mors mobile 117, pied 111 et pivot 113) ensemble. Enfin, l’étape 509 consiste en le serrage des moyens de fixation 119 (en l’espèce le serrage des écrous 123 sur les vis 119) de sorte que le pied 111 est maintenu serré entre le plan incliné 113aa de la gorge 113a, le fond 113ab de la gorge 113a et le plan incliné 117a du mors mobile 117. Avantageusement, l’ensemble selon l’invention peut donc être assemblé de manière très simple, par exemple en atelier préalablement à son montage sur une turbomachine. La maintenance de l’aube se trouve donc également simplifiée par le désassemblage aisé de l’ensemble selon l’inverse du procédé décrit ici. Ensemble (101) comprenant une aube (103) et un système (105) de maintien de l'aube (103), pour une turbomachine d’aéronef, ladite aube (103) s’étendant longitudinalement selon un axe (A) et comprenant une pale (109) et un pied (111), et ledit système (105) comprenant un pivot (113) configuré pour réaliser une rotation selon l’axe (A), ledit pivot (113) comportant une gorge (113a) dans laquelle est logé le pied (111), ledit ensemble (101) étant caractérisé en ce que le système (105) comprend en outre un mors mobile (117), positionné sur un côté du pied (111), ladite gorge (113a), ledit pied (111) et ledit mors mobile (117) formant ensemble un assemblage à queue d’aronde dans lequel ledit pied (111) est maintenu serré entre un plan incliné (113aa) de ladite gorge (113a), le fond (113ab) de ladite gorge (113a) et un plan incliné (117a) dudit mors mobile (117), par l’intermédiaire de moyens de fixation (119) traversant ledit mors mobile (117), ledit pied (111) et ledit pivot (113). Ensemble (101) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de fixation (119, 123) sont des vis (119), traversant des orifices (121) alignés complémentaires dudit mors mobile (117), dudit pied (111) et dudit pivot (113), lesdites vis (119) étant serrées par des écrous (123) complémentaires. Ensemble (101) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les moyens de fixation (119, 123) s’étendent parallèlement à une direction transverse à l’étendue longitudinale du pied (111). Ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mors mobile (117) et le pivot (113) s’encastrent l’un dans l’autre, selon la direction transverse à l’étendue longitudinale du pied (111) et sont liés l’un à l’autre par une liaison glissière. Ensemble (101) selon la revendication 4, dans lequel l’ensemble, formé par le pivot (113) et le mors mobile (117) encastrés l’un dans l’autre, présente une symétrie selon un plan (P) parallèle à l’étendue longitudinale de la gorge (113a) et passant par l’axe (A). Ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mors mobile (117) est positionné du côté extrados de l’aube (103). Ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de moyens de fixation (119) est compris entre 3 et 8, de préférence entre 4 et 6, lesdits moyens de fixation (119) étant équiréparties selon l’étendue longitudinale du pied (111). Ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (105) comprend en outre au moins une plateforme, montée sur le pivot (113), et dont la face supérieure est destinée à être en contact avec un flux (F) s’écoulant autour de la pale (109). Turbomachine, en particulier d’aéronef, comprenant au moins un ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Procédé (501) d’assemblage d’un ensemble (101) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes : - le positionnement (503) du pied (111) dans la gorge (113a) ; - l’encastrement (505) du mors mobile (117) dans le pivot (113) par coulissement dudit mors mobile (117) dans ledit pivot (113) selon une direction transverse à l’étendue longitudinale du pied (111) ; - le positionnement (507) des moyens de fixation (119, 123) au niveau du mors mobile (117), du pied (111) et du pivot (113) ; et, - le serrage (509) des moyens de fixation (119, 123) de sorte que le pied (111) est maintenu serré entre le plan incliné (113aa) de la gorge (113a), le fond (113ab) de ladite gorge (113a) et le plan incliné (117a) du mors mobile (117).