INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Il y a également un système de régulation de secours 52 du moteur 1 capable de moduler la puissance P M1 délivrée par le moteur 1, en commandant un débit carburant auxiliaire QCarbAux*. Le système de régulation de secours 52 du moteur 1 est indépendant du système de régulation principal 51, de sorte qu’une panne du système principal 51 n’affecte pas en même temps le système de secours 52.
La commande de débit carburant auxiliaire QCarbAux* peut indifféremment augmenter ou diminuer le débit carburant QCarb, qui est délivré par le circuit carburant 8 du moteur 1 et qui est injecté dans la chambre de combustion du moteur 1. Ce débit carburant auxiliaire vient donc s’ajouter ou se retrancher du débit carburant QCarbP commandé par le système de régulation principal 51.
La modulation du débit carburant QCarb, à la hausse ou à la baisse par rapport à la valeur figée QCarbP*, peut être réalisée par un organe électro-hydraulique situé dans le circuit carburant 8 du moteur 1, que l’on appelle « vanne de dosage auxiliaire ». Un organe électro-hydraulique (« vanne de dosage principal »), lui aussi situé dans le circuit carburant 8 du moteur 1, module lui aussi le débit carburant QCarb, sauf lorsque le système de régulation du moteur 1 tombe en panne et que la commande QCarbP* est bloquée. L’architecture du circuit et la présence de la vanne de dosage auxiliaire permettent d’augmenter ou de diminuer le débit initialement figé par la vanne de dosage principal. Il y a donc deux organes hydrauliques différents, respectivement pour le dosage principal et auxiliaire.
Le système de régulation de secours 52 du moteur 1 est indépendant du système de régulation principal 51, de sorte qu’une panne du système de régulation principal 51 n’affecte pas en même temps l’autre système.
De façon privilégiée, mais non limitative (et comme représenté dans la ), le système de régulation principal 51 du moteur 1 peut échanger des informations avec le système de régulation 6 du moteur 2, afin de coordonner la puissance délivrée par chacun des moteurs lorsqu’ils fonctionnent simultanément. Selon cette réalisation particulière, le système de régulation principal 51 du moteur 1 peut agir sur la puissance délivrée par le moteur 2.
Selon l’architecture représentée dans la , en cas de panne totale du système de régulation principal 51 du moteur 1, la commande de débit carburant principal QCarbP* est figée, mais le système de contrôle de l’aéronef 7 peut continuer à réguler la vitesse de rotation du propulseur, quelle que soit la puissance affichée par le moteur 1 au moment de la panne, grâce : - au moteur 2 et à son système de régulation 6 dédié ; et - au système de régulation de secours 52 du moteur 1.
On fait l’hypothèse que, du fait de la panne du système de régulation principal 51 du moteur 1, plus aucune information traitée par le système de régulation principal 51 n’est disponible. En particulier, la mesure de la puissance délivrée par le moteur 1 P M1 , au moment où le débit carburant principal QCarbP a été figé, n’est pas disponible.
Cette régulation de secours du moteur 1 au moyen du système de régulation de secours 52 peut offrir des performances dégradées par rapport au système de régulation principal 51, en particulier en matière de dynamiques de régulation de la puissance.
Aussi, dans cette situation de panne, le contrôle de la vitesse de rotation du propulseur peut être réalisé de façon privilégiée selon le mode de réalisation suivant.
On configure le système de régulation de secours 52 du moteur 1 pour qu’il assure une modulation lente de la puissance délivrée par le moteur 1. Pour ce faire, le système de régulation de secours 52 module la commande de débit carburant auxiliaire QCarbAux* de façon à ce que le moteur 1 délivre une puissance P M1 adaptée, qui peut être inférieure aux besoins en puissance du propulseur. Le système de régulation de secours 52 adapte ainsi de manière « grossière » la puissance délivrée par le moteur 1 à la situation de vol de l’aéronef (par exemple, dans le cas d’un hélicoptère, montée, croisière, descente, etc.).
En parallèle, et simultanément, le système de régulation 6 du moteur 2 fait varier rapidement et au juste besoin la puissance P M2 délivrée par le moteur 2 en régulant « finement » la vitesse de rotation du propulseur. La puissance délivrée par le moteur 2 P M2 s’ajoute alors à celle délivrée par le moteur 1 P M1 pour satisfaire les besoins du propulseur. La puissance totale délivrée au propulseur profite ainsi de la dynamique rapide du moteur 2 pour répondre aux besoins de variations de puissances instantanées du propulseur.
Le caractère « lent » de l’adaptation en temps réel de la commande QCarbAux* permet au moteur 2 (plus rapide que le moteur 1) de parfaitement compenser la puissance additionnelle apportée au rotor avec la commande P M2 *. Le fait que les variations du moteur 1 soient « lentes » permet d’éviter des risques de perturbations dynamiques entre la régulation des deux moteurs, ce qui générerait des oscillations de puissance et/ou de vitesse du propulseur 4, néfastes pour le pilotage.
La modulation lente de la puissance délivrée par le moteur 1 P M1 peut être réalisée en déterminant les besoins en puissance de l’aéronef. Pour ce faire, cette détermination peut se baser sur un ou plusieurs éléments listés ci-dessous et de façon non limitative : - une commande ou une mesure de pas collectif de l’aéronef ; - une information d’anticipation de puissance venant de l’aéronef ; - la puissance délivrée par le moteur 2 P M2 , moyennée sur une certaine durée ; - toute autre information permettant d’estimer le niveau moyen de besoin en puissance du propulseur.
Ainsi, le vérin et éventuellement le palier de transfert peuvent être démontés rapidement et facilement sans avoir à retirer le dispositif de mise en drapeau à contrepoids qui est lourd et encombrant et qui nécessiterait un outillage particulier et un rééquilibrage.
De plus, l’invention permet d’assurer une mise en drapeau passive des pales d’une soufflante efficace en multipliant l’effort centrifuge de chaque masselotte tout en ayant des efforts de rappel faibles pendant la phase d’inversion de poussée.
En outre, l’invention étant sans roulement de transfert de charge, permet de limiter la propagation des fluides, en particulier de l’huile de lubrification. Un drainage des fuites potentielles de l’actionneur reste utile, cependant l’invention ne présente plus de cavité ni de tuyau.
le ou chaque levier comporte un premier bras et un second bras reliés au niveau de l’axe d’articulation du levier et espacés angulairement l’un de l’autre, le premier bras étant solidaire de la masselotte et le second bras étant couplé à la couronne de synchronisation, les deux bras étant fixes l’un par rapport à l’autre ; la distance entre l’axe d’articulation du levier et l’axe longitudinal est supérieur ou égal à la distance entre un bord radialement intérieur de la couronne de synchronisation et l’axe longitudinal ; la seconde extrémité du levier est couplée à la couronne de synchronisation via une biellette articulée à chacune de ses extrémités ; chaque levier est articulé autour de l’axe d’articulation par rapport au carter rotatif par une liaison pivot, de préférence formée par un roulement à aiguilles ; ledit carter rotatif comporte un chapeau annulaire, et au moins un levier est articulé autour dudit axe d’articulation par rapport au chapeau, le premier bras et le second bras du levier étant situés radialement à l’extérieur du chapeau ; le chapeau comporte au moins un orifice de passage de la biellette couplant la couronne de synchronisation au second bras du au moins un levier.
la est une vue en demi-coupe axiale (ou longitudinale) d’un module de soufflante comprenant un dispositif de mise en drapeau des pales, dans une première position correspondant à une position de mise en drapeau des pales, selon un plan axial passant par l’axe de rotation d’une pale de la soufflante ; la est une vue en demi-coupe axiale (ou longitudinale) du module de la dans une seconde position correspondant à une position reverse, c’est-à-dire sans défaillance du dispositif de commande ; et la représente schématiquement les efforts du dispositif de mise en drapeau des pales selon l’invention.
Sur les figures 1 et 2 est représentée une soufflante 1 d’un ensemble propulsif 2 d’axe longitudinal X. La soufflante 1 comporte un carter rotatif ou rotor 3 mobile autour de l’axe X par rapport à un carter fixe. Le rotor 3 porte une série de pales 5 à calage variable. La soufflante 1 est ici placée en amont de la partie moteur de l’ensemble propulsif 2 qui comprend par exemple successivement d’amont en aval, un générateur de gaz et une turbine de puissance qui entraîne le rotor 3 de la soufflante 1 via un réducteur de vitesse.
Ce système de changement du pas des pales des hélices couvre une plage angulaire de rotation comprise entre deux positions extrêmes, à savoir une position extrême dite d’inversion de poussée ou de « reverse » pour laquelle les pales dépassent par exemple de 30° le plan transversal à l'axe du turbomoteur (la direction d'avance de l'avion) pour participer au freinage de l'aéronef, à la manière des inverseurs de poussée usuels, et une position extrême dite de « mise en drapeau » pour laquelle les pales sont alors effacées au mieux par rapport à la direction d'avance, par exemple, en cas de panne moteur ou lors d’une défaillance (ou panne) du dispositif de commande du calage des pales (par exemple une défaillance d’un actionneur hydraulique) afin que ces dernières offrent le moins de résistance (traînée) possible.
De manière générale, un système de changement de pas des pales d’une hélice comporte un dispositif de commande et un mécanisme de liaison reliant le dispositif de commande à chaque pale de l’hélice pour assurer le pivotement angulaire souhaité des pales.
En outre, il est prévu un système de mise en drapeau passif pour palier à une défaillance du système hydraulique ou du vérin. La mise en drapeau des pales s’effectue généralement via des contrepoids. Usuellement, les contrepoids sont placés sur le pied de chaque pale et sont potentiellement très lourds en fonction de l’encombrement disponible et viennent charger en centrifuge et donc augmenter les contraintes du pied des pales et des roulements du pied des pales déjà très sollicités.
Par exemple, on connaît du document FR 3 066 559, un système de changement de pas des pales comprenant un seul vérin annulaire agencé sur un carter fixe ou stator interne par rapport au moyeu de la soufflante et un mécanisme de liaison comportant un palier de transfert, plus connu sous l’acronyme anglais LTB pour « Load Transfert Bearing », fixé d’un côté à la partie mobile du vérin et coopérant, de l'autre côté, avec un moyen de liaison du mécanisme aux pales du moyeu rotatif, de telle façon que le palier de transfert de charge du mécanisme entraîné en rotation transmette le déplacement en translation de la partie mobile du vérin fixe, au moyen de liaison du mécanisme rotatif pour changer l'orientation des pales de l'hélice. Ce système de changement de pas comporte en outre un dispositif de mise en drapeau des pales comportant des contrepoids avec un mécanisme de leviers agencés dans le repère tournant, lié à la bague extérieure du palier de transfert de charge par une bielle. L’utilisation de contrepoids avec un mécanisme de levier agissant sur le vérin permet de démultiplier l’effort et de profiter d’un espace vide pour diminuer la masse des contrepoids et ne pas solliciter le pied des pales.
En outre, le mécanisme de levier selon cette solution présente une cavité avec un tuyau d’évacuation, pour évacuer l’huile nécessaire au mécanisme de changement de pas comportant des roulements de transfert de charge nécessitant d’être lubrifiés, qui peuvent s’avérer techniquement compliqués.
Toutefois, l’actionneur et le palier de transfert sont les principales pièces d’usure et à risques et nécessitent des opérations de maintenance en vue de leur entretien et/ou remplacement. Or, le démontage de l’actionneur nécessite le démontage préalable du mécanisme de contrepoids à levier afin de permettre l’accès à l’actionneur. Le dispositif de mise en drapeau à leviers est lourd et encombrant et nécessite par conséquent un outillage particulier. En outre, après réassemblage, le dispositif de mise en drapeau à leviers nécessite un rééquilibrage.
un carter rotatif autour de l’axe longitudinal et portant les pales, un système de changement du calage des pales comprenant un dispositif de commande et un mécanisme de liaison, le dispositif de commande comportant un actionneur annulaire centré sur l’axe longitudinal ayant un corps fixe rapporté sur le carter rotatif et un corps mobile en translation par rapport au corps fixe le long de l’axe longitudinal, le corps mobile étant couplé à une couronne de synchronisation du mécanisme de liaison, ladite couronne de synchronisation étant reliée aux pales et configurée pour être entraînée en rotation autour de l’axe longitudinal par le corps mobile de manière à changer le calage des pales ; et un dispositif de mise en drapeau des pales, en particulier en cas de défaillance dudit dispositif de commande, ledit dispositif de mise en drapeau comprenant au moins un levier articulé autour d’un axe d’articulation fixe par rapport au carter rotatif, une masselotte étant solidaire d’une première extrémité du levier et la couronne de synchronisation étant couplée à une seconde extrémité du levier, la masselotte étant apte, sous l’effet centrifuge, à être déplacée dans une position dans laquelle la couronne de synchronisation impose une position drapeau aux pales,
Le au moins un levier présente une forme de V en coupe axiale orienté vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal.
Pour faciliter le démontage de l’actionneur linéaire sans avoir à démonter le mécanisme de mise en drapeau contrepoids en amont, l’invention propose ici d’inverser la position du levier afin de gagner de la place radialement en dessous. Le mécanisme de mise en drapeau par contrepoids fonctionne non plus en traction de l’anneau de synchronisation de la cinématique d’actionnement comme dans l’état de l’art mais en compression. En particulier, les contrepoids compressent les bielles de couplage des leviers à la couronne de synchronisation.
Cette inversion de la position des leviers et de leur fonctionnement permet ainsi de faciliter le démontage du vérin sans démontage du mécanisme de mise en drapeau par contrepoids. Le fonctionnement de l’actionneur est ainsi inversé ainsi que la cinématique d’actionnement. De cette manière, toutes les liaisons pivots d’entrainement des leviers sont agencées à un rayon supérieur à celui des vis fixant l’actionneur sur la structure de la turbomachine.
Les pales 5 sont positionnées en position drapeau sur la . Dans la position drapeau, l’angle de calage est positif et généralement égal à 90°. Cette position des pales 5 permet de limiter la résistance (traînée) générée par ces dernières.
Les pales 5 sont positionnées en position inversion de poussée ou reverse sur la .
Plus précisément, l’actionneur 23 linéaire comporte un corps annulaire fixe 25 rapporté sur un support annulaire (centré sur X) du rotor 3 au moyen de vis de fixation 89, il est donc agencé dans le repère tournant lié au rotor. En d’autres termes, le corps fixe 25 est solidaire en rotation du rotor 3. L’actionneur 23 linéaire comporte en outre un corps mobile 27, celui-ci étant mobile en translation par rapport au corps fixe 25 le long de l’axe X. Avantageusement, l’actionneur 23 linéaire est hydraulique. De préférence, l’actionneur 23 est un vérin hydraulique comprenant un cylindre fixe solidaire de l’arbre du rotor 3 formant le corps fixe 25 de l’actionneur et une tige formant le corps mobile 27 de l’actionneur.
Le mécanisme de liaison 24 du système de changement de pas 22 comporte en outre une couronne 34 de synchronisation solidaire du corps mobile 27 de l’actionneur 23. Notamment, une virole 81 permet de fixer la couronne 34 de synchronisation au corps mobile 27 de l’actionneur via des vis 82. La couronne 34 de synchronisation est centrée sur l’axe longitudinal X et est destinée à entraîner le calage de pales 5 simultanément.
Le mécanisme de liaison 24 permettant de transformer le mouvement linéaire de l’actionneur en un mouvement de rotation de la pale 5 comprend en outre, pour chaque pale 5, une biellette 35. Une des extrémités de la biellette 35 est montée de manière libre en rotation selon un axe D sensiblement radial avec la couronne de synchronisation 34 via une chape et l’autre extrémité est montée de manière libre en rotation avec un excentrique 36 relié au pivot 18 qui oriente le pied de la pale 5 correspondante via par exemple une liaison par cannelures. L’axe D est décalé par rapport à l’axe Y de rotation de la pale 5. La biellette 35 et l’excentrique 36 permettent de démultiplier l’effort nécessaire pour régler le calage de la pale 5 correspondante.
Le dispositif de mise en drapeau 38 comprend au moins un mécanisme 39 comportant un levier 40 articulé par une liaison pivot 80 autour d’un axe A, dit axe d’articulation, fixe par rapport au rotor 3. L’axe d’articulation A est ici rectiligne et perpendiculaire à l’axe X. Le levier 40 présente une première extrémité 41 et une deuxième extrémité 42. Une masselotte 43 est solidaire de la première extrémité 41 et la deuxième extrémité 42 est couplée à la couronne de synchronisation 34 via une biellette 60. La masselotte 43 est apte, sous l’effet centrifuge, à être déplacée dans une position (voir ) dans laquelle la couronne de synchronisation 34 impose une position drapeau aux pales 5. Les mécanismes 39 du dispositif de mise en drapeau 38 sont répartis angulairement de manière régulière autour de l’axe X. Ainsi, l’ensemble des masselottes 43 forment une rangée annulaire centrée sur l’axe longitudinal X et espacées angulairement de manière régulière.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, pour chaque mécanisme 39, le levier 40 a une forme de V en coupe axiale orienté vers l’extérieur par rapport à l’axe longitudinal X. Chaque levier 40 comporte deux bras espacés angulairement et reliés au niveau de l’articulation du levier en A, un premier bras 44 supportant la masselotte 43 et un deuxième 45 couplé à l’anneau de synchronisation 34 par l’intermédiaire de la biellette 60. Les deux bras 44, 45 sont fixes l’un par rapport à l’autre. La longueur de la première branche 44 est supérieure à la longueur de la deuxième branche 45, environ deux fois supérieur dans le cas présent. Ce rapport de longueur permet de multiplier l’effort fourni par chaque masselotte 43, et autrement dit de minimiser leur masse, et de manière plus générale, la masse de l’ensemble des masselottes 43.
Le levier 40 est articulé par rapport au carter rotatif en A par une liaison pivot, de préférence formée par un roulement à aiguilles ou par deux roulements à billes.
Avantageusement, la distance entre l’axe d’articulation A du levier 40 et l’axe longitudinal X est supérieur ou égal à la distance entre un bord radialement intérieur de la couronne de synchronisation et l’axe longitudinal X, le bord radialement intérieur permettant la fixation au corps mobile 27 de l’actionneur par l’intermédiaire de la virole 81.
La deuxième extrémité 42 du levier 40 et une extrémité axiale amont 60A de la biellette 60 sont couplées par une première articulation rotule autour d’un axe B. De même, une extrémité axiale aval 60B de la biellette 60 est articulée dans une chape de l’anneau 34 de synchronisation de préférence par une seconde articulation rotule autour d’un axe C.
En plus de sa fonction structurale le carter rotatif 3 comporte une section annulaire conique appelé par la suite chapeau annulaire 70 s’évasant de l’amont vers l’aval, chaque levier 40 étant articulé autour de l’axe A par rapport au chapeau 70. Plus précisément, l’axe d’articulation A traverse (transversalement) de part en part le chapeau 70. Le chapeau 70 comporte des orifices (non visibles) de passage de la biellette 60 , le premier bras 44 et le second bras 45 du levier et la masselotte correspondante étant situés radialement à l’extérieur du chapeau 70.
En cas de défaillance (nécessité de positionner les pales 5 en position drapeau), par exemple une défaillance dans l’alimentation hydraulique de l’actionneur 23 linéaire, le système 22 de calage des pales 5 devient alors subordonné au dispositif de mise en drapeau 38, et plus précisément des masselottes 43 qui sous l’effet centrifuge se retrouve plus éloignées de l’axe longitudinal X du rotor 3 tel qu’illustré sur la , pour imposer une position drapeau aux pales 5.
Le terme de « marge de pilotage » fait référence à l’autorité maximum du moteur électrique pour faire varier la puissance totale délivrée au propulseur autour de la puissance moyenne délivrée par le moteur thermique. En d’autres termes, le moteur électrique et sa chaîne de puissance (électronique de puissance, batterie s’il est alimenté par ce moyen) sont limités par conception dans une plage de puissance bornée. Cette plage peut être uniquement positive ou s’étendre aussi dans un domaine négatif si la chaine de puissance du moteur électrique est capable de prélever de la puissance sur la boîte de transmission principale (par exemple en rechargeant la batterie). Le choix de P M2réf permet donc d’ajuster la puissance moyenne à la laquelle le moteur électrique va travailler dans son domaine opérationnel. Un exemple de choix judicieux est de positionner P M2réf au milieu de la plage du moteur électrique pour qu’en cas de variation rapide (positive ou négative) de besoin en puissance du propulseur, le moteur électrique ait le maximum d’autorité pour s’adapter à ce besoin. Cela permet de maximiser les performances de régulation de la vitesse de rotation du propulseur.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, une consigne de vitesse de rotation N M1réf étant envoyée au système de régulation de secours du moteur thermique, on mesure la vitesse instantanée N M1m du moteur thermique et on la compare à la consigne de vitesse de rotation N M1réf : - si N M1réf M1m , on commande un débit de carburant auxiliaire QCarbAux* tel qu’il réduit le débit carburant QCarb injecté dans la chambre de combustion du moteur thermique, diminuant ainsi la puissance P M1 du moteur thermique ; - si N M1réf >N M1m , on commande un débit de carburant auxiliaire QCarbAux* tel qu’il augmente le débit carburant QCarb injecté dans la chambre de combustion du moteur thermique, augmentant ainsi la puissance P M1 du moteur thermique ; et - si N M1réf =N M1m , on maintient la commande de débit QCarbAux* constante ;
et simultanément, on compare la puissance instantanée P M2m du moteur électrique à la puissance de référence P M2réf et - si P M2m M2réf , la consigne de vitesse de rotation du moteur thermique N M1réf est réduite ; - si P M2m >P M2réf , la consigne de vitesse de rotation du moteur thermique N M1réf est rehaussée.