1. Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un couplemètre hydraulique. En particulier, l'invention
concerne un couplemètre hydraulique pour la mesure d'un couple d'un arbre en
rotation d'un turbomoteur d'un aéronef.
2. Arrière-plan technologique
Les couplemètres sont des dispositifs de mesure de couple qui existent sous
plusieurs formes selon le domaine d'application, l'équipement dont le couple doit être
mesuré et le degré de précision souhaité. Dans le domaine de l'aéronautique, on utilise
fréquemment des couplemètres hydrauliques. Ces couplemètres fonctionnent par
exemple grâce à un pignon intermédiaire à denture hélicoïdale, dont la rotation
provoque une poussée axiale proportionnelle au couple à mesurer. Cette poussée axiale
est appliquée à un piston lié au pignon intermédiaire.
Le mouvement du piston en fonction du couple mesuré provoque une pression
sur l'huile dans une cham bre de mesure alimentée par un circuit hydraulique jusqu'à
équilibrage de la pression exercée par le piston sur l'huile et par l'huile sur le piston. La
mesure de la pression à cet équilibre par un capteur de pression permet de déduire le
couple mesuré.
Comme tout système hydraulique, ce type de couplemètre hydraulique
nécessite pour son bon fonctionnement une étanchéité entre le circuit hydraulique et
les autres portions du système. Cette étanchéité est réalisée de façon générale par
l'adjonction d'un ou plusieurs joints toriques d'étanchéité, notamment sur le piston en
mouvement, habituellement composé d'élastomère. Pour assurer l'étanchéité, une
compression minimale doit être appliquée au joint torique entre le piston et la paroi de
la cham bre. Cette compression engendre néanmoins des frottements proportionnels à
cette compression qui entraînent des imprécisions et peuvent conduire à des
phénomènes d'hystérésis lors des mesures. Il en résulte une situation conflictuelle entre
une bonne étanchéité et une absence d'effort résistant pour permettre la libre
circulation du piston dans la cham bre.
Pour répond re à cette problématique, il a été proposé d'utiliser des joints
d'étanchéité de matériaux différents, comme le polytetrafluoroethylene (plus connu
sous l'acronyme PTFE), permettant de réduire les frottements entre le piston et la
chambre. Néanmoins, l'utilisation de matériaux différents pour le joint d'étanchéité ne
supprime pas complètement le phénomène d'hystérésis et peut engendrer d'autres
problématiques, comme notamment une perte de l'étanchéité à long terme.
3. Objectifs de l'invention
L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des couplemètres
connus.
En particulier, l'invention vise à fournir, dans au moins un mode de réalisation
de l'invention, un couplemètre permettant la suppression des frottements dus aux
moyens d'éta nchéité.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un
couplemètre qui ne génère pas des phénomènes d'hystérésis.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un
couplemètre qui garantit une étanchéité et permet une réd uction des frottements
pendant des longues phases de fonctionnement.
4. Exposé de l'invention
Pour ce faire, l'invention concerne un couplemètre hydraulique comprenant,
- une tige mobile en translation selon une direction longitud inale sous
l'effet d'u ne poussée axiale représentative du couple à mesurer,
un circuit hydraulique dans lequel circule un fluide,
caractérisé en ce qu'il comprend une capsule manométrique comprenant :
une cham bre de pression alimentée en fluide par ledit circuit
hydraulique,
une mem brane souple étanche en contact avec le fluide de la cham bre
de pression, s' étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à
ladite tige et reliée solidairement à ladite de façon à ce qu'u n
déplacement longitudinal de la tige entraîne une déformation de la
mem brane,
un orifice de fuite du fluide de ladite cham bre de pression conjugué à un
clapet porté par une extrémité de ladite tige mobile pour réguler la
pression du fluide dans ladite chambre de pression en fonction de la
déformation de ladite mem brane.
Un couplemètre selon l'invention permet donc, grâce à la déformation d'une
membrane qui résulte d'un mouvement en translation d'une tige mobile, de garantir
l'étanchéité de la cham bre de pression comprenant le fluide sans néanmoins recourir à
des pièces en mouvement relatif dont les frottements pourraient sinon provoquer des
erreurs de mesures (hystérésis). L'étanchéité est ici statique, seule la membrane se
déforme sous l'impulsion du déplacement de la tige reliée à la membrane. La tige peut
être reliée solidairement à la mem brane, soit par son extrémité, soit par le pourtour de
ladite tige qui traverse la membrane, soit par une pièce de liaison entre ladite tige et la
membrane. L'orifice de fuite est conjugué à un clapet porté par la tige. Cela signifie que
le clapet présente une structure conformée à l'orifice de fuite. En d'autres termes,
l'orifice et le clapet sont configurés pour pouvoir fonctionner ensemble. En pratique, le
clapet est configuré pour pouvoir recouvrir l'orifice de fuite et pouvoir ainsi par son
déplacement réguler la pression du fluide dans la cha mbre de pression.
Avantageusement et selon l'invention, la mem brane est formée en un matériau
élastique de sorte que la déformation de la mem brane qui résulte d'un mouvement en
translation de ladite tige mobile soit une déformation élastique.
Avantageusement et selon l'invention, ladite tige est creuse et forme une
portion dudit circuit hydraulique.
Selon cet aspect de l'invention, l'encom brement du couplemètre est réduit.
Avantageusement et selon l'invention, ladite tige creuse traverse ladite
membrane souple et ledit orifice de fuite du fluide est ménagé à l'extrémité de lad ite
tige creuse.
Selon cet aspect de l'invention, l'encom brement du couplemètre est réduit.
Avantageusement et selon l'invention, le couplemètre comprend des moyens de
conversion adaptés pour appliquer sur la tige la poussée axiale représentative du couple
à mesurer.
Selon cet aspect de l'invention, la poussée axiale est engendrée par les moyens
de conversion de sorte à être proportionnelle au couple à mesurer, de façon à
permettre le déplacement de la tige mobile.
Avantageusement et selon l'invention, le couplemètre comprend des moyens de
détermination du couple en fonction de la pression dudit fluide.
Selon cet aspect de l'invention, la pression du fluide permet la déduction du
couple à mesurer, par exemple par mesure de la valeur de la pression puis conversion,
ou par conversion directe de la pression en information représentant le couple, sans
mesure directe de la valeur de pression.
Avantageusement et selon l'invention, la membrane est cerclée d'un anneau
maintenu en contact avec un épaulement de la cham bre de pression par une bague de
maintien.
Selon cet aspect de l'invention, l'anneau, l'épaulement et la bague permettent
un maintien de la membrane en position de façon statique, sans déplacement
d'élément, ce qui permet une bonne étanchéité sans problèmes de frottements ou
d'hystérésis.
L'invention concerne également un turbomoteur comprenant un arbre en
rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un couplemètre hydraulique selon l'invention,
adapté pour mesurer le couple de l'arbre.
L'invention concerne également un couplemètre et un turbomoteur caractérisés
en com binaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ciaprès.
5. Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lectu re de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se
réfère aux figures annexées dans lesquelles :
la figure 1 est une représentation schématique d'un couplemètre hydraulique
selon l'état de la technique,
la figure 2 est une représentation schématique du fonctionnement d'un
couplemètre hyd raulique selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 3 est une représentation schématique d'un couplemètre hydraulique
selon un mode de réalisation de l'invention.
6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à
un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque
référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques
s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de
différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir
d'autres réalisations.
La figure 1 représente un couplemètre 10 hydraulique selon l'état de la
technique. Il comprend notamment un piston 12 mobile en translation selon une
direction longitudinale, sous l'effet d'une poussée axiale représentative du couple à
mesurer. La poussée axiale est transmise sur la partie 14 supérieure du piston, et est
transmise par l'axe 16 du piston vers la tête 18 du piston de forme cylindrique qui est en
contact avec un fluide 20 et qui se déplace dans un cylindre 22 creux de diamètre
légèrement supérieur à la tête 18 du piston pour permettre le déplacement de celle-ci
avec un jeu minimal. Le fluide 20 circule grâce à un circuit 24 hydraulique
d'approvisionnement. La fermeture de la section de fuite au niveau d'un clapet 19 porté
par l'extrémité de la tige, sous l'effet de la poussée axiale, élève la pression du fluide 20
dans le cylindre 22 jusqu'à l'équilibre des poussées axiales (égalité parfaite entre
poussée représentative du couple à mesurer et poussée hydraulique du fluide 20 su r la
tête du piston 18). La pression du fluide 20 à l'équilibre est donc bien proportionnelle au
couple à mesurer.
Pour éviter que le fluide 20 ne se propage hors du circuit 24 hydraulique,
notamment dans la partie où l'axe 16 du piston se déplace, la tête 18 du piston est
équipée d'un joint 26 d'étanchéité torique entourant la tête 18 du piston et permettant
de com bler le jeu entre la tête 18 du piston et le cylindre 22 creux pour empêcher le
passage du fluide 20, en compressant le joint entre la tête 18 du piston et le cylindre 22
creux. En outre, une bague en PTFE est interposé entre le joint torique 26 et le cylindre
22. La compression du joint 26 d'étanchéité engendre des frottements qui nuisent à la
qualité de la mesu re du couple, et génère un phénomène d'hystérésis.
L'invention permet de résoudre ces problèmes.
Ainsi, selon un mode de réalisation tel que représenté sur la figu re 2, le
couplemètre 28 comprend une tige 30 mobile en translation selon une direction
longitud inale sous l'effet d'une poussée 31 axiale représentative du couple à mesurer.
La tige 30 mobile est reliée solidairement à une membrane 32 souple. La membrane 32
souple s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à la tige 30. En outre, elle est
fixée de manière étanche aux parois latérales 34 d'une chambre 36 de pression. Cette
chambre 36 de pression est alimentée par un fluide 38 provenant d'un circuit 40
hydraulique. La membrane 32 sépare la cham bre 36 de pression d'un espace 42 dans
lequel se déplace la tige 30 mobile.
La poussée 31 axiale est représentative du couple à mesurer. Pour provoquer
cette poussée 31 axiale, le couplemètre 28 comprend par exemple des moyens de
conversion adaptés pour appliquer cette poussée 31 axiale en fonction du couple à
mesurer. Par exemple, ces moyens de conversion peuvent comprendre un pignon
intermédiaire à denture hélicoïdale, situé sur la ligne d'arbre dont le cou ple est à
mesurer. Le couple transmis par le pignon intermédiaire produit, par l'intermédiaire de
la denture hélicoïdale, une poussée dont la composante dans l'axe de la rotation est
proportionnelle à ce couple: cette composante normale est la poussée 31 axiale,
transmise à la tige 30 mobile.
Le déplacement de la tige 30 mobile dû à la poussée 31 axiale entraine une
déformation de la membrane 32 solidaire de la tige.. La fermeture de la section de fuite
au niveau d'un clapet 48 porté par l'extrémité de la tige 30, élève la pression du fluide
38 dans la chambre 36 jusqu'à l'équilibre des poussées axiales. En d'autres termes, la
pression du fluide 38 est régulée dans la cham bre 36 de pression par un clapet 48
faisant varier la section de fuite par l'orifice 44.
La chambre 36 de pression, la membrane 32 et l'orifice 44 de fuite forment une
capsule 46 manométrique.
L'architecture d'un tel couplemètre permet à la membrane 32 de ne pas être
mobile en translation. La membrane est uniquement susceptible de se déformer
élastiquement. Dès lors, l'a bsence de translation de la membrane supprime les
problèmes de frottement et d'hystérésis des couplemètres hydrauliques connus.
La pression du fluide 38 est mesurée, par exemple par un capteur de pression.
L'information de la pression mesurée peut-être transmise à un utilisateur, par exemple
via un afficheur. L'afficheur peut alors soit afficher directement la valeur de pression
mesurée par le capteur, si l'utilisateur connaît ou peut déduire facilement la valeur de
couple en fonction de la valeur de pression affichée, soit afficher une valeur de couple
calculée par des moyens de détermination du couple en fonction de la pression
mesurée, par exemple un calculateur ou autre système de conversion.
Alternativement, la valeur de la pression n'est pas mesurée par un capteur mais
la pression elle-même provoque l'affichage de la valeur de couple sur l'afficheur, par
exemple par déplacement d'une aiguille sur un afficheur grâce à un mécanisme adapté,
sans mesure directe de la valeur de la pression.
La figure 3 représente schématiquement un couplemètre 28 hydraulique selon
le mode de réalisation de l'invention reprenant et détaillant les éléments décrits dans la
figu re 2. La tige 30 mobile est reliée à la membrane 32 par une douille dans laquelle une
extrémité de la tige 30 mobile est enfoncée. La douille, percée en son centre, est
attachée à la membrane 32 sur tout son pourtour de façon éta nche et forme le clapet
48 qui va réguler la fuite hydraulique de manière à équilibrer la pression dans la
chambre 36. La membrane 32 s'étend jusqu'à la paroi 34 latérale de la cham bre 36 de
pression. La membrane 32 est cerclée d'un anneau 50, en contact avec un épaulement
52 de la paroi 34 latérale de la cham bre 36 de pression. L'anneau 50 est maintenu en
contact avec l'épaulement 52 par une bague 54 de maintien. L'anneau 50, l'épaulement
52 et la bague 54 assurent l'étanchéité du système. Contrairement au piston et au joint
d'étanchéité de l'art antérieur, l'anneau 50, l'épaulement 52 et la bague 54 assurent
l'étanchéité tout en étant statiques et sans avoir de rôle dans la régulation de la
pression du fluide 38. Ils ne présentent ainsi pas les inconvénients du système pistonjoint
d'étanchéité de l'art antérieur.
L'invention est particulièrement destinée à équ iper un turbomoteur d'un
aéronef.

REVENDICATIONS
1. Cou plemètre hydraulique comprenant,
une tige (30) mobile en translation selon une direction longitudinale
sous l'effet d'une poussée (31) axiale représentative du couple à
mesurer,
un circuit (40) hydraulique dans lequel circule un fluide (38),
caractérisé en ce qu'il comprend une capsule (46) manométrique comprena nt :
une cham bre (36) de pression alimentée en fluide par ledit circuit (40)
hydraulique,
une membrane (32) souple étanche en contact avec le fluide (38) de la
cham bre (36) de pression, s'étendant dans un plan sensiblement
perpendiculaire à ladite tige (30) et reliée solidairement à la tige (30) de
façon à ce qu'un déplacement longitudinal de la tige (30) entraîne une
déformation de la membrane (32),
un orifice (44) de fuite du fluide (38) de ladite cham bre (36) de pression
conjugué à un clapet (48) porté par une extrémité de ladite tige (30)
pour réguler la pression du fluide (38) dans ladite cham bre (36) de
pression en fonction de la déformation de ladite membrane (32).
2. Couplemètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige est
creuse et forme une portion dudit circuit (40) hydra ulique.
3. Cou plemètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige creuse
traverse ladite membrane (32) souple et en ce que ledit orifice (44) de fuite du fluide
(38) est ménagé à l'extrémité de ladite tige (30) creuse.
4. Couplemètre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite
membrane (32) est cerclée d'un anneau (50) maintenu en contact avec un épaulement
(52) de la cham bre (36) de pression par une bague (54) de maintien.
5. Cou plemètre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il
comprend des moyens de conversion adaptés pour appliquer sur la tige (30) la poussée
(3 1) axiale représentative du couple à mesurer.
6. Couplemètre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il
comprend des moyens de détermination du couple en fonction de la pression dudit
fluide (38).
7. Turbomoteur comprenant un arbre en rotation, caractérisé en ce qu'il
comprend un couplemètre (28) hydraulique selon l'une des revendications 1 à 6, adapté
pour mesurer le couple de l'arbre.