FR3129433A1 - Fan blade fitted with an anti-pivot lug. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de fixation d’une aube à calage variable (6) sur un disque de rotor, qui comprend une aube (6) munie d’un pied (62), un pivot rotatif (7) comprenant une alvéole (70) de réception dudit pied d’aube et une cale (8) de précontrainte de l’aube, insérée entre le fond (701) de l’alvéole (70) et le pied d’aube (62). Ce dispositif est remarquable en ce que ledit pied d’aube (62) est muni d’au moins un ergot anti-pivotement (63) qui comprend une partie de travail (631) et une partie de guidage (632), en ce que l’alvéole (70) comprend une rainure de réception (71) de la partie de guidage (632), cette rainure (71) et la partie de travail (631) étant configurées et dimensionnées de façon à permettre un montage ajusté entre elles et en ce que ladite cale de précontrainte (8) comprend au moins une lumière de passage (83) pour chaque ergot (63). Figure pour l’abrégé : Fig. 4The present invention relates to a device for fixing a variable-pitch vane (6) to a rotor disk, which comprises a vane (6) provided with a foot (62), a rotary pivot (7) comprising a socket ( 70) for receiving said blade root and a wedge (8) for prestressing the blade, inserted between the bottom (701) of the cell (70) and the blade root (62). This device is remarkable in that said blade root (62) is provided with at least one anti-pivoting lug (63) which comprises a working part (631) and a guide part (632), in that the socket (70) comprises a groove (71) for receiving the guide part (632), this groove (71) and the working part (631) being configured and dimensioned in such a way as to allow fitting fitted between them and in that said prestressing wedge (8) comprises at least one passage opening (83) for each lug (63). Figure for the abstract: Fig. 4
Description
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un dispositif de fixation d’une aube à calage variable, sur un disque de rotor du rotor d’une soufflante, ce rotor étant caréné (fan) ou non caréné (hélice).The invention relates more particularly, but not exclusively, to a device for attaching a variable-pitch blade to a rotor disk of the rotor of a fan, this rotor being shrouded (fan) or not shrouded (propeller).
Les applications potentielles sont l’industrie de la propulsion aéronautique, par exemple les turbopropulseurs, les soufflantes à pas variable (en anglais «Variable Pitch FanouVPF»), les soufflantes non carénées (en anglais «Unducted Single FanouUSF»), ou les rotors non carénés à deux hélices contrarotatives (en anglais «Contra Rotative Open RotorouCROR») mais également l’industrie des énergies renouvelables (éoliennes).The potential applications are the aeronautical propulsion industry, for example turboprops, variable pitch fans (in English " Variable Pitch Fan or VPF "), unducted fans (in English " Unducted Single Fan or USF "), or non-ducted rotors with two counter-rotating propellers (in English “ Contra Rotative Open Rotor or CROR ”) but also the renewable energy industry (wind turbines).
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
La conception des aubes d’une soufflante nécessite de prendre en compte des contraintes antagonistes.The design of the blades of a fan requires taking into account antagonistic constraints.
D’un côté, le dimensionnement de ces aubes doit permettre d’obtenir des performances aérodynamiques optimales (c’est-à-dire maximiser le rendement et fournir la poussée tout en minimisant les pertes). L’amélioration des performances aérodynamiques de la soufflante tend vers une augmentation du taux de dilution («By-pass ratio» ou BPR), ce qui se traduit par une augmentation du diamètre externe, et donc de l’envergure de ces aubes.On the one hand, the dimensioning of these blades must make it possible to obtain optimal aerodynamic performance (that is to say, to maximize efficiency and provide thrust while minimizing losses). Improving the aerodynamic performance of the fan tends towards an increase in the bypass ratio (“ By-pass ratio ” or BPR), which results in an increase in the external diameter, and therefore in the span of these blades.
D’un autre côté, il est également nécessaire de garantir une résistance aux contraintes mécaniques pouvant s’exercer sur ces aubes, tout en limitant leur masse ainsi que leur signature acoustique.On the other hand, it is also necessary to guarantee resistance to the mechanical stresses that can be exerted on these blades, while limiting their mass as well as their acoustic signature.
De plus, ces soufflantes comprennent généralement un mécanisme permettant de modifier l’angle de calage de leurs aubes, afin d’adapter la poussée générée par la soufflante en fonction des différentes phases de vol. On pourra se reporter par exemple au document FR 3 017 163, qui décrit un rotor de soufflante, muni d’aubes à calage variable.In addition, these fans generally include a mechanism making it possible to modify the pitch angle of their blades, in order to adapt the thrust generated by the fan according to the different phases of flight. Reference may be made, for example, to document FR 3 017 163, which describes a fan rotor fitted with variable-pitch vanes.
Sur les architectures précitées (du type VPF, USF, CROR et les turbopropulseurs), le démarrage du moteur est généralement effectué avec un calage très ouvert, dit « en drapeau ». En effet, un calage très ouvert permet de consommer la puissance par le couple, ce qui assure la sécurité machine en garantissant des régimes de soufflante faibles.On the aforementioned architectures (of the VPF, USF, CROR and turboprop type), the engine is generally started with a very open, so-called “feathered” timing. Indeed, a very open timing allows the power to be consumed by the torque, which ensures machine safety by guaranteeing low fan speeds.
Or, avec un calage très ouvert, les aubes subissent un écoulement aérodynamique turbulent, fortement décollé, qui génère une forte excitation vibratoire. En particulier, sur des aubes à large corde et de grande envergure qui génèrent beaucoup de trainée, cette excitation vibratoire génère un effort de flexion intense bien que le régime moteur ne soit pas élevé.However, with a very open pitch, the blades undergo a turbulent aerodynamic flow, strongly separated, which generates a strong vibratory excitation. In particular, on wide-chord and large-span blades which generate a lot of drag, this vibratory excitation generates an intense bending force although the engine speed is not high.
Pour une aube à calage variable, montée avec un pivot rotatif, tel que celui décrit par exemple dans les documents EP 3 010 799 ou FR 3 017 163, cet effort aérodynamique est tellement intense, qu’il peut provoquer des mouvements de solide rigide du pied d’aube dans son alvéole qui s’apparentent à du « rotulage », voir les rotations illustrées sur la
En effet, lors d’un démarrage en drapeau, le régime réduit de la soufflante ne permet pas de générer un effort centrifuge suffisant pour empêcher ces mouvements induits par l’effort aérodynamique. Il s’en suit un endommagement de l’aube et de la cale insérée entre le pied d’aube et le logement ménagé dans le pivot rotatif, du type « usure par frottement », (en anglais «fretting») en quelques cycles seulement. Ceci limite la durée de vie des aubes de la soufflante.Indeed, during a feathered start, the reduced speed of the fan does not make it possible to generate a centrifugal force sufficient to prevent these movements induced by the aerodynamic force. This results in damage to the blade and the shim inserted between the blade root and the housing provided in the rotary pivot, of the "fretting" type, (" fretting ") in just a few cycles. . This limits the life of the fan blades.
Pour cette raison, l’attache brochée d’une aube, (dans laquelle le pied de l’aube est reçu dans une alvéole de réception ménagée dans le pivot rotatif), ne semble pas en l’état une solution viable pour des aubes de soufflante à calage variable, à large corde et de grande envergure.For this reason, the broached attachment of a blade, (in which the root of the blade is received in a reception cell formed in the rotary pivot), does not seem in the state a viable solution for blades of wide-chord, large-span, variable-pitch blower.
Les problèmes précités existent également et lorsque les aubes sont réalisées en un matériau composite afin d’alléger leur masse.The aforementioned problems also exist when the blades are made of a composite material in order to lighten their weight.
Les problématiques précités peuvent être similaires pour des rotors de soufflante carénée, en prenant également en compte les contraintes de gestion des jeux existants en tête d’aube, au regard du carter de carénage correspondant.The aforementioned problems can be similar for ducted fan rotors, also taking into account the constraints of managing the clearances existing at the blade tip, with regard to the corresponding fairing casing.
L’invention a donc pour but de proposer un dispositif de fixation d’une aube à calage variable sur un disque de rotor d’une soufflante, qui permette d’éviter les problèmes précités.The object of the invention is therefore to propose a device for fixing a vane with variable pitch on a rotor disc of a fan, which makes it possible to avoid the aforementioned problems.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif de fixation d’une aube à calage variable sur un disque de rotor du rotor d’une soufflante, ce dispositif de fixation comprenant :To this end, the invention relates to a device for fixing a variable-pitch blade to a rotor disk of the rotor of a fan, this fixing device comprising:
- une aube comprenant une partie à profil aérodynamique et un pied d’aube en forme de queue d’aronde,- a blade comprising a part with an aerodynamic profile and a dovetail-shaped blade root,
- un pivot rotatif configuré pour pouvoir être monté radialement sur ledit disque de rotor, ce pivot comprenant une alvéole longitudinale de réception dudit pied d’aube,- a rotary pivot configured to be able to be mounted radially on said rotor disk, this pivot comprising a longitudinal cell for receiving said blade root,
- et une cale de précontrainte de l’aube, insérée dans ladite alvéole longitudinale, entre le fond de celle-ci et la face radialement interne dudit pied d’aube.- and a blade prestressing shim, inserted in said longitudinal cell, between the bottom of the latter and the radially inner face of said blade root.
Conformément à l’invention, ledit pied d’aube est muni d’au moins un ergot anti-pivotement qui fait saillie depuis sa face radialement interne, ledit ergot anti-pivotement comprend une partie de travail et une partie de guidage, la partie de travail s’étendant depuis la face radialement interne du pied d’aube et la partie de guidage s’étendant dans le prolongement de la partie de travail, la largeur transversale de la partie de travail est inférieure à la largueur transversale de la partie de guidage de l’ergot, l’alvéole longitudinale du pivot rotatif comprend une rainure de réception de la partie de guidage de l’ergot, cette rainure s’étendant selon l’axe longitudinal de ladite alvéole et débouchant dans le fond de celle-ci, ladite rainure de réception et la partie de travail de l’ergot sont configurées et dimensionnées de façon à permettre un montage ajusté entre elles et ladite cale de précontrainte comprend au moins une lumière de passage pour chaque ergot anti-pivotement, ladite cale de précontrainte étant disposée de sorte que la partie de travail de l’ergot est positionnée dans cette lumière de passage.According to the invention, said blade root is provided with at least one anti-pivot lug which projects from its radially inner face, said anti-pivot lug comprises a working part and a guide part, the working extending from the radially inner face of the blade root and the guide part extending in the extension of the working part, the transverse width of the working part is less than the transverse width of the guiding part of the lug, the longitudinal cell of the rotary pivot comprises a groove for receiving the guide part of the lug, this groove extending along the longitudinal axis of the said cell and opening into the bottom thereof, said receiving groove and the working part of the lug are configured and dimensioned in such a way as to allow fitting fitting therebetween and said preloading wedge comprises at least one passage slot for each anti-pivoting lug, said preloading wedge being arranged so that the working part of the lug is positioned in this passage slot.
Grâce à ces caractéristiques de l'invention, l’ergot anti rotulage permet de supprimer les mouvements de rotulage du pied d’aube dans l’alvéole du pivot rotatif, dans laquelle il est reçu. On évite ainsi une usure prématurée du pied d’aube.Thanks to these characteristics of the invention, the anti-rotation lug makes it possible to eliminate the rotational movements of the blade root in the cavity of the rotary pivot, in which it is received. This prevents premature wear of the blade root.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison :According to other advantageous and non-limiting characteristics of the invention, taken alone or in combination:
- ledit pied d’aube comprend au moins deux ergots anti-pivotement ;- said blade root comprises at least two anti-pivoting lugs;
- ledit pied d’aube comprend un seul ergot anti-pivotement qui s’étend sur toute la longueur du pied d’aube ;- said blade root comprises a single anti-pivoting lug which extends over the entire length of the blade root;
- la partie de guidage de chaque ergot comprend des faces longitudinales latérales, opposées, la rainure de réception comprend des parois intérieures latérales, il existe un jeu entre chaque face longitudinale de l’ergot et la paroi intérieure de la rainure en face de laquelle elle est disposée et ce jeu est de préférence inférieur à 0,150 mm ;- the guide part of each lug comprises opposite lateral longitudinal faces, the receiving groove comprises lateral inner walls, there is a clearance between each longitudinal face of the lug and the inner wall of the groove in front of which it is arranged and this clearance is preferably less than 0.150 mm;
- la partie de guidage de chaque ergot comprend des faces longitudinales latérales, opposées, et au moins une partie desdites faces longitudinales latérales de l’ergot est recouverte d’un tissu anti-abrasion ;- the guide part of each lug comprises lateral, opposite longitudinal faces, and at least a part of said lateral longitudinal faces of the lug is covered with an anti-abrasion fabric;
- la partie de guidage de l’ergot et la rainure présentent une section transversale en forme de trapèze isocèle ;- the guide part of the lug and the groove have a cross section in the shape of an isosceles trapezoid;
- la partie de guidage de l’ergot comprend des faces longitudinales latérales opposées, qui forment un angle par rapport à la verticale et la rainure comprend des parois intérieures latérales qui forment un même angle par rapport à la verticale, cet angle étant de préférence inférieur à 15° ;- the guide part of the lug comprises opposite lateral longitudinal faces, which form an angle with respect to the vertical and the groove comprises lateral inner walls which form the same angle with respect to the vertical, this angle preferably being less at 15°;
- la partie de guidage de l’ergot et la rainure présentent une section transversale de forme rectangulaire ;- the lug guide part and the groove have a rectangular cross-section;
- l’ergot anti-pivotement comprend une portion fusible mécaniquement affaiblie, configurée pour se rompre lorsqu’un effort supérieur à un seuil prédéterminé est appliqué sur la partie à profil aérodynamique de l’aube ;- the anti-pivot lug comprises a mechanically weakened fusible portion, configured to break when a force greater than a predetermined threshold is applied to the airfoil part of the blade;
- l’aube et ledit au moins un ergot anti-pivotement sont monoblocs et sont formés d’un matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux.- the blade and said at least one anti-pivot lug are one-piece and are formed from a composite material comprising a fibrous reinforcement obtained by three-dimensional weaving and a matrix in which the fibrous reinforcement is embedded.
L'invention concerne également un rotor de soufflante comprenant un disque de rotor muni à sa périphérie d’une pluralité de logements de réception d’un pivot rotatif et comprenant plusieurs aubes dont chacune s’étend radialement depuis ce disque de rotor et est montée rotative par rapport à celui-ci autour d’un axe de calage radial. Conformément à l’invention, ce rotor comprend au moins un dispositif de fixation tel que précité et le pivot rotatif de ce dispositif de fixation est disposé dans l’un desdits logements du disque de rotor.The invention also relates to a fan rotor comprising a rotor disk provided at its periphery with a plurality of housings for receiving a rotary pivot and comprising several blades each of which extends radially from this rotor disk and is rotatably mounted with respect thereto around a radial pitch axis. In accordance with the invention, this rotor comprises at least one fixing device as mentioned above and the rotary pivot of this fixing device is arranged in one of said housings of the rotor disc.
L’invention concerne enfin une turbomachine comprenant au moins un rotor de soufflante, tel que précité.The invention finally relates to a turbomachine comprising at least one fan rotor, as mentioned above.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and which must be read in conjunction with the appended drawings in which:
Claims (12)
- une aube (6) comprenant une partie à profil aérodynamique (61) et un pied d’aube (62) en forme de queue d’aronde,
- un pivot rotatif (7) configuré pour pouvoir être monté radialement sur ledit disque de rotor, ce pivot (7) comprenant une alvéole longitudinale (70) de réception dudit pied d’aube,
- et une cale (8) de précontrainte de l’aube, insérée dans ladite alvéole longitudinale (70), entre un fond (701) de celle-ci et une face radialement interne (621) dudit pied d’aube (62),
ce dispositifétant caractérisé
en ce que ledit pied d’aube (62) est muni d’au moins un ergot anti-pivotement (63) qui fait saillie depuis sa face radialement interne (621),
en ce que ledit ergot anti-pivotement (63) comprend une partie de travail (631) et une partie de guidage (632), la partie de travail (631) s’étendant depuis la face radialement interne (621) du pied d’aube et la partie de guidage (632) s’étendant dans le prolongement de la partie de travail (631),
en ce que la largeur transversale (l1) de la partie de travail (631) est inférieure à la largueur transversale (l2) de la partie de guidage (632) de l’ergot,
en ce que l’alvéole longitudinale (70) du pivot rotatif (7) comprend une rainure de réception (71) de la partie de guidage (632) de l’ergot (63), cette rainure (71) s’étendant selon l’axe longitudinal de ladite alvéole (70) et débouchant dans le fond (701) de celle-ci,
en ce que ladite rainure de réception (71) et la partie de travail (631) de l’ergot sont configurées et dimensionnées de façon à permettre un montage ajusté entre elles,
et en ce que ladite cale de précontrainte (8) comprend au moins une lumière de passage (83) pour chaque ergot anti-pivotement (63), ladite cale de précontrainte (8) étant disposée de sorte que la partie de travail (631) de l’ergot (63) est positionnée dans cette lumière de passage (83).Device for fixing a variable-pitch vane (6) to a rotor disk (5) of the rotor (2) of a fan, this fixing device comprising:
- a blade (6) comprising an aerodynamic profile part (61) and a blade root (62) in the shape of a dovetail,
- a rotary pivot (7) configured to be able to be mounted radially on said rotor disc, this pivot (7) comprising a longitudinal cell (70) for receiving said blade root,
- and a wedge (8) for prestressing the blade, inserted in said longitudinal cell (70), between a bottom (701) of the latter and a radially internal face (621) of said blade root (62),
this device being characterized
in that said blade root (62) is provided with at least one anti-pivoting lug (63) which projects from its radially inner face (621),
in that said anti-pivoting lug (63) comprises a working part (631) and a guide part (632), the working part (631) extending from the radially inner face (621) of the foot of blade and the guide part (632) extending in the extension of the working part (631),
in that the transverse width (l1) of the working part (631) is less than the transverse width (l2) of the guide part (632) of the lug,
in that the longitudinal cell (70) of the rotary pivot (7) comprises a groove (71) for receiving the guide part (632) of the lug (63), this groove (71) extending along the longitudinal axis of said cell (70) and opening into the bottom (701) thereof,
in that said receiving groove (71) and the working part (631) of the lug are configured and dimensioned in such a way as to allow a fitted assembly between them,
and in that said prestressing wedge (8) comprises at least one passage slot (83) for each anti-pivoting lug (63), said prestressing wedge (8) being arranged so that the working part (631) of the lug (63) is positioned in this passage slot (83).
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