Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention est relative à un dispositif
pour mesurer le couple fourni par une machine à turhine, et
notamment par un moteur à turbine, à l'entrée de la boî-te de
transmission d'un hélicoptère.
Les moteurs d'hélicoptères transmettent la puissance
à la bo;te de transmission principale soit à basse vitesse
par l'intermédiaire d'un réducteur incorporé au moteur, soit
à une vitesse élevée qui correspond à celle de la ligne
d'arbre d'une turbine libre.
Dans le premier cas la mesure du couple est habituel-
lement effectuée au moyen d'un appareil incorporé au réduc-
-teur, sans rencontrer de difficultés particulières.
Dans le second cas, lorsque la rotation d'une tur-
bine libre est transmise directement, l'arbre qui ramène le
mouvement vers l'avant est obligatoirement de grande longueur
et, en conséquence, se déforme en torsion.
On utilise alors habituellement un dispositif de
mesure de couple à torsiomètre qui mesure cette déformation
en torsion de l'arbre, qui est fonction du couple transmis.
Cependant, la rigidité en torsion de l'arbre est
liée à la valeur du module de Young du matériau constituant
l'arbre, et la valeur de ce module est fonction de la tempé-
rature de celui-ci.
Lorsque la conception de la machine le permet,
l'arbre est enfermé dans une encein-te dont la température ou
bien est connue, ou bien peut être commandée, par exemple
- par arrosage ou circulation d'huile, ou autre fluide.
La température de ce fluide fournit une image accep-
table de celle de l'arbre et peut en conséquence être utili-
sée en tant que paramètre de correction dans un systèmeélectronique de traitement de données.
Dans le cas d'un arbre de grande longueur, celui-ci
s'etend à travers différen-tes zones dans lesquelles les
températures dépendent de plusieurs variables et dont les
évolutions en cours de fonctionnement sont difficilement
prévisibles.
En outre, si la technologie de construction empeche
de prévoir un système de circulation d'un fluide pour homo-
généiser la température dont la valeur pourrait donner une
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image de celle de l'arbre, on est conduit à utiliser une
température d'une pièce statique pouvant servir de base c`
la correction recherch~e mais cependant sans obtenir une
précision suf~isante.
Un dispositif connu utilisé pour mesurer la valeur
du couple transmis comprend une première roue phonique fixée
sur l'arbre et une seconde roue phonique montée fixe sur
l'extrémité arrière d'un arbre dit "de référence", paral-
lèlement à la première, cette extrémité de l'arbre de réfé-
rence étant libre tandis que son extrémité opposée, voisine
du moteur, est solidaire de l'arbre de transmission.
Le réglage angulaire des roues est réalisé en fonc-
tion des impératifs de fonctionnement des circuits électro-
niques de mesure qui sont utilisés. Le décalage angulaire
~5 initial entre deux dents homologues des roues varie en
fonction du couple transmis.
Cette valeur du calage initial et son augmenta-tion
provoquée par le couple produisent des signaux apparaissant
à la sortie de capteurs magnétiques disposés au droit des
roues phoniques.
Ce dispositif connu ne tient pas compte des varia-
tions du module de Young dues aux variations de la tempéra-
ture.
L'invention a en conséquence pour but de fournir
un procédé et un dispositif de mesure du couple fourni par
un arbre de transmission de puissance soumis à une déforma-
tion en torsion, complété par un dispositif de prise en
compte des variations de température pouvant influer sur la
valeur du module de Young du matériau dont cet arbre est
constitué.
Elle a pour objet à cet effet un procédé pour mesu-
rer le couple transmis par un arbre long de transmission
de puissance soumis à des variations de température, notam-
ment entre le moteur et la bolte de transmission d'un
hélicoptère, dans lequel on mesure le décalage angulaire
entre ledit arbre et un arbre de ré~érence ayant un coeffi-
cient de dilatation différent, solidaire de l'arbre de
puissance au voisinage du moteur et indépendant au voisi-
nage de la bolte de transmission caractérisé en ce qu'on
.
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mesure la dilatation linéaire différentielle entre ledit
arbre de puissance et ledit arbre de référence, et on
utilise cette mesure pour corriger l'erreur due à la
variation du module de Young de la matière dudit arbre de
puissance en fonction de sa température, sachant que ladite
dila-tation est fonction de l'intégrale des températures
auxquelles est soumis ledit arbre de puissance.
De préférence, suivant une mise en oeuvre de ce
procédé, on mesure ladite dilatation différentielle par
variation de l`entrefer entre des cibles respectivement
solidaires desdits arbres et des capteurs magnétiques
associes à ces cibles.
De préférence, suivant une autre mise en oeuvre,
on transforme ladite dilatation différentielle en une
rotation de deux roues phoniques associées respectivement
auxdits arbres.
~ a présente invention vise aussi un dispositif
pour mesurer un couple transmis par un arbre de puissance
soumis à des variations de temperature, entre un moteur et
une boîte de vitesse, comprenant un arbre de référence
solidaire de l'arbre de puissance au voisinage du moteur et
indépendant au voisinage de la bolte de transmission, deux
roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres au
voisinage de ladite boîte, des capteurs magnétiques associés
auxdites roues, un capteur magnétique supplémentaire associé
à la roue phonique solidaire de l'arbre de reférence,
disposé en face d'une partie non dentée de ladite roue et
dont l'axe est parallèle à celui des arbres et
perpendiculaire à un plan de ladit~ roue, les arbres étant
réalises en des matériaux ayant des coefficients de
dilatation différents.
De préférence, suivant une autre caractéristique,
il est prévu un tel capteur associé de la même façon à la
roue phonique solidaire de l'arbre de puissance.
_ ~ - 3 -
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De préférence, suivant un autre mode de
réalisation, ce dispositif, du type comprenant un arbre de
référence solidaire de l'arbre de puissance au voisinage du
moteur et indépendant au voisinage de la bolte de
transmission, deux roues phoniques respectivement solidaires
desdits arbres au voisinage de ladite boîte, et des capteurs
magnétiques associes auxdites roues,
. .
. ~
.
~515~;
est caractérisé en ce que les surfaces des dents de chaque
roue phonique sont parallèles et inclinées par rapport à
l'axe desdits arbres et les a~es desdits capteurs sont per-
pendiculaires auxdites surfaces, les arbres étant réalisés
en des matériaux ayant des coefficients de dilatation dif-
férents.
De préférence, suivant un mode de réalisation, ce
dispositif du type comprenant un arbre de référence soli-
daire de l'arbre de puissance au voisinage du moteur et
indépendant au voisinage de la bolte de trans~ission, deux
roues phoniques respectivement solidaires desdits arbres
au voisinage de ladite boîte, et des capteurs magné-tiques
associés auxdites roues, est caractérisé en ce qu'il comprend
des moyens pour transformer la dilatation linéaire de l'arbre
de référence en un mouvement de rotation de la roue phonique
associée, les arbres étant réalisés en des matériaux ayant
des cofficients de dilatation différents.
De préférence, suivant l'invention, lesdits moyens
sont constitués par au moins une rampe inclinée formée sur
l'une des roues phoniques et coopérant avec l'extrémité in-
dépendante de l'arbre de référence.
De préférence, selon l'invention, ladite rampe est une
gorge formée sur la surface interne d'une roue phonique an-
nulaire montée librement rotative autour de l'arbre de puis-
sance, et ladite extrémité indépendante de l'arbre de réfé-
rence s'étend à travers une ouverture de l'arbre de puissan-
ce et est engagée en prise avec ladite gorge.
De préference, selon l'invention, lesdites roue phoniques sont
parallèles etcoaxiales, et ladite gorge est formée sur la
surface de la roue associée à l'arbre de puissance et co-
opère avec une saillie de la roue solidaire de l'arbre de
référence.
La description qui va suivre, en regard des dessins
annexés à titres d'exemples non limitatifs9 permettra de bien
comprendre comment l'invention peut etre mise en pratique.
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif
connu de mesure du couple par une mesure de la déformation
différentielle en torsion des arbres de puissance et de
réference.
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Les figures 2A et 2B sont des vues schématiques dans
la direction des flèches II-II de la figure 1 montrant le
décalage angulaire des roues phoniques dans le dispositif
de la figure 1.
La figure 3 est une vue schématique d'un premier
mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre
du procédé suivant l'invention.
La figure 4 est une vue schématique d'une variante.
La figure 5 est une vue schématique d'un autre mode
de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du
procédé suivant l'invention.
La figure 6 est une vue partielle montrant la rampe
hélicoidale formée sur la roue solidaire de l'arbre de
référence.
La figure 7 est une vue d'une variante du dispositif
de la figure 5.
On décrira tout d'abord un dispositif de la technique
antérieure pour la mesure du couple transmis par un arbre
de puissance, en se référant aux figures 1, 2A et 2B.
La figure 1 montre sous forme schématique un arbre
de transmission de puissance P, creux, comportant à une
extrémité un pignon mené X attaqué par un organe de sortie
d'un moteur (non représenté).
A son extrémité opposée, l'arbre P est en liaison
d~entraînement avec une bo;te de transmission (également
non représentée).
Au voisinage de cette extrémité l'arbre P porte
une roue phonique A.
Un arbre de référence R est disposé à l'intérieur
de l'arbre P sur lequel il est fixé par son extrémité
voisine du pignon X, tandis que son extrémité opposée est
libre et porte un secteur de roue phonique B, concentrique
à la roue A, qui s'étend parallèlement à celle-ci à l'ex-
térieur de l'arbre P à travers une ouver-ture O de ce
dernier.
En face des dents des roues phoniques A et B sont
disposés des capteurs magnétiques C.
Le calage angulaire des roues est effectué en
fonction d'impératifs de fonctionnement de circuits
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électroniques de mesure - de type connu - auxquels sont
appliqués des signaux engendrés par les cap-teurs.
Le décalage angulaire ~0 des dents des roues A et B
devient l lorsque l'arbre de puissance P se déforme en
torsion en raison du couple appliqué entre le moteur et la
bolte de transmission.
La mesure de cette déformation donne une image du
couple appliqué, mais qui ne tient pas compte des variations
du module de Young du matériau de l'arbre P sous l'action de
la température.
Pour remédier à cet inconvénient, suivant l'inven-
tion, on utilise l'arbre P comme corps d'épreuve en ce qui
concerne la température. En effet sa longueur est fonction
de l'intégrale des températures auxquelles il se trouve
soumis, sur toute son étendue.
D'une façon avantageuse l'arbre P est ainsi utilisé
en association avec l'arbre de référence, celui-ci étant
réalisé en une matière ayant un coefficient de dila-tation
linéaire notablement différent de celui de l'arbre de
puissance P.
Il apparaitra donc une dilatation différentielle
mesurable au niveau des roues phoniques.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention
tel que représenté à la figure 3, analogue à l'agencement
de la figure 1, comprenant les arbres P1 et R1 agencés de
façon identique, l'arbre R1 présente un coefficient de
dilatation linéaire qui diffère d'une fa~on importante de
celui de l'arbre P1, et il est prévu deux capteurs supplé-
mentaires D du type magné~ique sans contact, connu en soi,
comportant un bobinage dont l'inductance est fonction de
la distance entre le capteur et une cible métallique.
La cible de chaque capteur est consti-tuée par l'une
des roues phoniques A ou B, chaque capteur étant disposé
avec son axe parallèle aux arbres P1, R1, perpendiculaire
aux roues, en face de la partie pleine de la roue associée.
Grâce à cet agencement on obtient 9 en plus de la
mesure du couple fournie par les capteurs C, une mesure de
la dilatation linéaire ~ L.
Suivant un autre mode de réalisation d'un dispositif
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pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, repré-
senté à la figure 4, les arbres P2 et R2 sont toujours
agencés de la même façon, ainsi que les roues A et B, mais
les dents de celles-ci présentent des surfaces parallèles
inclinées par rapport à l'axe des arbres P2, R2. Des cap-
teurs C2, C3 sont disposés avec leurs axes perpendiculaires
à la surface inclinée des dents des roues phoniques dont
l'écartement varie en fonction de la dilatation linéaire
différentielle ~L, par suite, l'entrefer E du capteur C2
et de la roue A restera constant, tandis que celui E1 du
capteur C3 et de la roue B varie avec ~L modifiant en
conséquence l'amplitude du signal engendré par le capteur.
Dans la pratique, le proximité des roues A et B
permet d'effectuer la mesure avec un capteur magnétique
unique sensible à la variation d'entrefer.
Suivant un autre mode de mise en oeuvre du procédé
de l'invention, on mesure la dilatation linéaire différen-
tielle ~ L en transformant celle-ci en un mcuvement de
rotation.
Dans ce but, en se référant à la figure 5, les
arbres P3 et R3 sont disposés comme dans les exemples pré-
cédents, l'arbre de puissance P3 comportant sa roue pho-
nique A3, tandis que la roue phonique associée à l'arbre
de référence R3 est constituée par une roue annulaire B3
ayant une couronne dentée externe F et montée librement
rotative autour de l'arbre P3, par-dessus l'ouverture O
de celui-ci.
D'une façon avantageuse la roue phonique annulaire
B3 est maintenue dans le sens axial sur l'arbre P3 entre
la roue phonique A3 de celui-ci et une collerette anm~laire
G solidaire de l'arbre.
La roue annulaire B3 comporte sur sa surface interne
une portion de gorge H (figure 6) inclinée par rapport à
son axe I et dans laquelle s'étend un doigt J formé par
une partie d'extrémité de l'arbre R3 repliée latéralement.
On comprend que lorsque ~L varie, le doigt J se
déplace et entralne la roue B3 angulairement avec une
amplitude correspondant ~0 G autour de l'axe I par l'in-
termédiaire de la gorge inclinée H, devant les capteurs
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C3. Dans une variante représentée à la ~igure 7, la roue
phonique A4 associée à l'arbre de puissance P9 s'étend
transversalement dans celui-ci et la roue B4 est solidaire
de l'arbre R4, et parallèle à la roue A4 et s'étend égale-
ment transversalement dans l'arbre R4.
Une gorge Hl est délimitée par une denture K incli-
née par rapport àl'axe I et en saillie sur la face de la roue
A4 dirigée vers la roue B4, cette dernière comportant une
denture M inclinée de façon correspondante à l'inclinaison
des dents K et imbriquée avec celles-ci suivant un agence-
ment connu pour transformer la variation de ~ L en un mouve-
ment angulaire d'ampli-tude ~ G de la roue B4 devant le ou
les capteurs C4, par la coopération des dentures imbriquées
K et M.
On comprend que les signaux engendrés par les cap-
teurs magnétiques associés aux roues phoniques dans les
différents modes de réalisation sont traités par des circuits
électroniques appropriés. Ces circuits sont classiques et
ne font pas partie de l'invention.
L'inclinaison des gorges H et Hl est bien entendu
proportionnelle à la variation de la température. Le calage
ini-tial et le sens de l'inclinaison sont établis compte tenu
de la nature du matériau des arbres de puissance et de
référence.
Dans les différents modes de réalisation, des ponts
thermiques U pourront être prévus entre les arbres P et R
pour assurer la correspondance de leurs températures.
Bien entendu on comprend également que le procédé
et le dispositif suivant l'invention sont applicables aussi
bien dans une machine à turbine, que dans le cas d'une
boite de transmission séparée du moteur.
