BE1023295B1

BE1023295B1 - Aube statorique

Info

Publication number: BE1023295B1
Application number: BE2016/5047A
Authority: BE
Inventors: Frédéric VALLINO
Original assignee: Safran Aero Boosters S.A.; Techspace Aero S.A.
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-01-26

Abstract

La présente invention concerne une aube (1) statorique comprenant un matériau à mémoire de forme éduqué de façon à modifier un profil de l'aube (1) statorique entre une première configuration (1a) correspondant à un premier profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une première condition d'aéronef et une deuxième configuration (1 b, 1c) correspondant à un deuxième profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une deuxième condition d'aéronef. Par exemple, la première condition d'aéronef correspond à une phase d'atterrissage ou de décollage d'un aéronef incluant une turbomachine comprenant le stator avec l’aube (1) selon l'invention et la deuxième condition d'aéronef correspond à une phase de vol de croisière. L'intervalle de température caractéristique de chacune de ces phases de vol fait effet sur le matériau à mémoire de forme qui modifie spontanément la forme de l’aube (1) pour la mettre en adéquation avec la phase de vol rencontrée.

Description

Aube statorique

Domaine technique

Selon un premier aspect, la présente invention concerne une aube statorique. Plus précisément, la présente invention concerne une aube statorique prévue pour une turbomachine d'aéronef. Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne une méthode d'amélioration des performances aérodynamiques d'une turbomachine comprenant des aubes statoriques.

Art antérieur

Des aubes statoriques à calage variable d'une turbomachine sont agencées pour pouvoir changer d'orientation en fonction du régime de la turbomachine.

Le document EP 1764483 B1 divulgue une aube à angle de calage variable pour turbomachine. L'orientation de l'aube est modifiée grâce à un organe de commande qui coopère avec un pivot de commande faisant partie de ladite aube.

Un problème de cette aube connue est que le système de calage variable peut être relativement lourd et complexe. De plus, le système de calage permet de modifier l'orientation de l'aube que dans une certaine limite. L'aube ne peut donc pas être pleinement adaptée à une situation spécifique. Résumé de l’invention

Selon un premier aspect, un des buts de l'invention est de fournir une aube statorique qui permet d'adresser certains problèmes mentionnés plus haut. A cet effet, l'invention propose une aube statorique comprenant un matériau à mémoire de forme éduqué de façon à modifier un profil de l'aube statorique entre: • une première configuration correspondant à un premier profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une première condition d'aéronef et • une deuxième configuration correspondant à un deuxième profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une deuxième condition d'aéronef. L'utilisation d'un matériau à mémoire de forme permet de modifier le profil de l'aube, c'est-à-dire la forme de l'aube et potentiellement son orientation. De plus, la modification est spontanément réalisée par l'aube elle-même, sans demander d'organe de commande extérieur. Cela simplifie la conception et la fabrication d'une turbomachine d'aéronef comprenant un stator avec de telles aubes.

En outre, l'amplitude de l'adaptation possible de l'aube à une condition d'aéronef correspondant à une situation spécifique, comme par exemple à un régime particulier ou à une phase de vol, est plus grand que dans un système de calage. Cela permet d'améliorer l'aérodynamisme d'une turbomachine comprenant un stator avec de telles aubes, et donc son rendement.

Dans le présent document, une "condition d'aéronef' peut correspondre par exemple à une phase de vol (telle que décollage, croisière ou atterrissage par exemple), à un intervalle d'altitude de vol, à un intervalle de vitesse, à un intervalle de nombres de rotations par unité de temps effectuées par une turbomachine comprenant l'aube statorique, ou à un intervalle de proportion de pleine admission de la turbomachine comprenant l'aube statorique.

Des ordres de grandeur du nombre de rotations par unité de temps effectuées par une turbomachine sont connus d’un homme du métier. Par exemple et à titre non limitatif, un intervalle de nombres de rotations par unité de temps correspondant à une condition d'aéronef peut être entre 1000 et 20.000 tours par minute, préférentiellement entre 7000 et 12.000 tours par minute.

Par exemple, un intervalle de proportion de pleine admission de la turbomachine peut être entre 65% et 90% de la pleine admission, préférentiellement entre 75% et 85%.

Par exemple, un intervalle de vitesse peut être entre 300 et 1000 km/h, préférentiellement entre 500 et 800 km/h.

Par exemple, un intervalle d'altitude de vol peut être entre 6000 et 12.000 m, préférentiellement entre 8000 et 10.000 m.

Selon différents modes de réalisation de l’invention, qui peuvent être pris ensemble ou séparément : - le matériau à mémoire de forme est éduqué pour modifier un profil de l'aube statorique en fonction de la température du matériau à mémoire de forme, - le matériau à mémoire de forme est éduqué pour modifier un profil de l'aube statorique en fonction d'une contrainte mécanique sur le matériau à mémoire de forme, - la première condition d'aéronef correspond à une phase de vol de décollage ou d'atterrissage de l'aéronef, - la deuxième condition d'aéronef correspond à une phase de vol de croisière de l'aéronef, - le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie de l'aube proche d'une surface d'extrados de l'aube , - le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie de l'aube proche d'une surface d'intrados de l'aube, - le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie de l'aube proche d'un bord d'attaque de l'aube, - le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie de l'aube proche d'un bord de fuite de l'aube, - le matériau à mémoire de forme est éduqué de façon à modifier le profil de l'aube statorique entre la première configuration, la deuxième configuration et au moins une troisième configuration, et - l'aube comprend en outre un pivot agencé pour permettre un calage de l'aube. L'invention propose en outre un ensemble comprenant : - un système de calage variable comprenant des moyens de commande de calage d'au moins une aube statorique, et - au moins une aube statorique telle que décrite précédemment. L'invention propose aussi une turbomachine comprenant un stator comprenant une pluralité d'aubes selon l'une quelconque des revendications précédentes. L'invention propose en outre un aéronef comprenant ladite turbomachine.

Selon un deuxième aspect, l'invention propose une méthode d'amélioration des performances aérodynamiques d'une turbomachine comprenant des aubes statoriques par l'utilisation d'un matériau à mémoire de forme dans au moins une aube statorique, ledit matériau à mémoire de forme étant éduqué de façon à modifier un profil de l'aube statorique entre: • une première configuration correspondant à un premier profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une première condition d'aéronef et • une deuxième configuration correspondant à un deuxième profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une deuxième condition d'aéronef.

Les avantages mentionnés pour le dispositif s'appliquent mutatis mutandis à la méthode.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 illustre une aube statorique et des viroles faisant partie d'un stator, dans une réalisation de l'invention, l'aube statorique étant dans une première configuration, - les figures 2a, 2b, 2c, 2d illustrent chacune une coupe de l'aube dans des variantes selon l'invention où seulement une partie de l'aube statorique est en matériau à mémoire de forme, - la figure 3 illustre une coupe à hauteur intermédiaire de l'aube statorique lorsque l'aube statorique selon l'invention est dans une première configuration, - la figure 4 illustre de façon schématique et pas nécessairement à l'échelle, l'aube statorique et les viroles lorsque l'aube statorique est dans une deuxième configuration possible selon une réalisation de l'invention - la figure 5 illustre un premier exemple de deuxième configuration de l'aube statorique selon l'invention, - la figure 6 illustre un deuxième exemple de deuxième configuration de l'aube statorique selon l'invention, et - la figure 7 illustre un exemple d’ensemble comprenant un système de calage variable et une aube statorique permettant de modifier l'orientation de l'aube.

Modes de réalisation préférés de l’invention

La présente invention est décrite avec des réalisations particulières et des références à des figures mais l’invention n’est pas limitée par celles-ci. Les dessins ou figures décrits ne sont que schématiques et ne sont pas limitants.

Dans le contexte du présent document, les termes « premier » et « deuxième » servent uniquement à différencier les différents éléments et n'impliquent pas d'ordre entre ces éléments.

Sur les figures, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références.

La figure 1 illustre une aube 1 statorique et un morceau d'une virole interne 2, et un morceau d'une virole externe 7 faisant partie d'un stator, dans une réalisation de l'invention, l'aube 1 statorique étant dans une première configuration. L'aube 1 est fixée sur les viroles 2, 7 de manière à ce que l'aube 1 puisse se déformer par rapport au viroles 2, 7. L'aube 1 a une ligne de bord d'attaque 3, une ligne de bord de fuite 4, une surface d'intrados 5 et une surface d'extrados 6. La surface d'intrados 5 est la surface concave de l'aube 1 et la surface d'extrados 6 est la surface convexe de l'aube 1.

Dans une réalisation de l'invention, l'aube 1 statorique selon l'invention est fixée à une seule virole. Dans une réalisation de l'invention, au moins une des viroles est faite de plateformes. La virole externe 7 est préférentiellement fixée à un carter.

Le stator comprend préférentiellement une rangée annulaire d'aubes 1 statoriques selon l'invention. L'aube 1 statorique selon l'invention est préférentiellement utilisée dans un redresseur pour un compresseur d'une turbomachine d'aéronef. L'aube 1 selon l'invention comprend un matériau à mémoire de forme agencé pour modifier le profil de l'aube entre une première configuration et une deuxième configuration en modifiant la forme de l'aube.

Le matériau à mémoire de forme est préférentiellement un alliage à mémoire de forme, par exemple Ni-Ti, Cu-AI-Zn, Cu-Ni, Cu-Z-Ni ou Cu-Ni-Al. Le matériau à mémoire peut passer d'une phase austénite à une phase martensite en fonction de sa température et/ou d'une contrainte mécanique qu'il subit par exemple. Le changement de phase s'accompagne d'une déformation du matériau à mémoire de forme, ce qui permet que l'aube 1 comprenant le matériau à mémoire de forme change de forme et/ou d'orientation lors de ce changement de phase. L'aube 1 comprenant le matériau à mémoire de forme, ou une partie de l'aube comprenant le matériau à mémoire de forme, subit préférentiellement une éducation avant l'installation de l'aube 1 dans la turbomachine. L'éducation comprend la répétition d'un cycle entre un premier ensemble de valeurs de paramètres et un deuxième ensemble de valeurs de paramètres, les paramètres étant préférentiellement la température et la contrainte mécanique subie par le matériau. Le matériau à mémoire de forme est ainsi éduqué de façon à ce que l'aube 1 prenne la première configuration lorsque les paramètres ont les valeurs du premier ensemble de paramètres et prenne la deuxième configuration lorsque les paramètres ont les valeurs du deuxième ensemble de paramètres.

Le matériau à mémoire de forme permet une modification spontanée de la forme et/ou de l'orientation de l'aube 1 en fonction des valeurs des paramètres.

Dans une réalisation de l'invention, toute l'aube 1 est dans le matériau à mémoire de forme. Dans d'autres réalisations de l'invention, une partie de l'aube 1 est dans le matériau à mémoire de forme. Dans d'autres réalisations de l'invention, plusieurs parties de l'aube 1 sont dans le matériau à mémoire de forme.

Le figure 2a illustre une coupe de l'aube 1 dans une réalisation de l'invention dans laquelle une partie 20a de l'aube 1 proche de la surface d'extrados 6 est en matériau à mémoire de forme.

Le figure 2b illustre une coupe de l'aube 1 dans une réalisation de l'invention dans laquelle une partie 20b de l'aube 1 proche de la surface d'intrados 5 est en matériau à mémoire de forme.

Le figure 2c illustre une coupe de l'aube 1 dans une réalisation de l'invention dans laquelle une partie 20c de l'aube 1 proche du bord d'attaque 3 est en matériau à mémoire de forme.

Le figure 2d illustre une coupe de l'aube 1 dans une réalisation de l'invention dans laquelle une partie 20d de l'aube 1 proche du bord de fuite est en matériau à mémoire de forme.

Les réalisations des figures 2a à 2d sont combinables entre elles.

La figure 3 illustre une coupe à hauteur intermédiaire de l'aube 1 lorsque l'aube 1 est dans une première configuration 1a. Dans le présent document une coupe "à hauteur intermédiaire" veut dire une coupe essentiellement parallèle aux viroles 2, 7 et prise à une hauteur intermédiaire entre la hauteur de la virole interne 2 et la hauteur de la virole externe 7.

La première configuration 1a peut par exemple est prise par l'aube 1 lors d'une phase de vol de décollage, lorsque la température de l'aube prend une valeur dans un premier intervalle de valeur de température. Le premier intervalle de valeur de température correspond préférentiellement à un intervalle de valeur de température dans lequel le matériau à mémoire de forme est dans une phase austénite. Le premier intervalle de valeur de température correspond préférentiellement à un intervalle de valeur de température rencontré par un aéronef lors de l'atterrissage et/ou le décollage.

La figure 4 illustre de façon schématique et pas nécessairement à l'échelle, l'aube 1 statorique et les viroles 2, 7 lorsque l'aube 1 statorique est dans une deuxième configuration possible selon une réalisation de l'invention. L'aube 1 n'est préférentiellement pas modifiée au niveau de ses jonctions avec les viroles 2, 7. Le profil de l'aube 1 est modifié à hauteur intermédiaire entre la virole interne 2 et la virole externe 7.

La figure 5 illustre un premier exemple 1b de deuxième configuration de l'aube 1. La figure 5 illustre une coupe à hauteur intermédiaire de l'aube 1 lorsque l'aube 1 est dans la première configuration 1a et dans le premier exemple 1b de deuxième configuration.

Le profil de l'aube 1 est modifié entre la première configuration 1a et le premier exemple 1b de deuxième configuration.

La figure 6 illustre un deuxième exemple 1c de deuxième configuration de l'aube 1. La figure 5 illustre une coupe à hauteur intermédiaire de l'aube 1 lorsque l'aube 1 est dans la première configuration 1a et dans le deuxième exemple 1c de deuxième configuration. Le profil de l'aube 1 est modifié entre la première configuration 1a et le deuxième exemple 1c de deuxième configuration.

La deuxième configuration 1b, 1c peut par exemple est prise par l'aube 1 lors d'une phase de vol de croisière, lorsque la température de l'aube prend une valeur dans un deuxième intervalle de valeur de température. Le deuxième intervalle de valeur de température correspond préférentiellement à un intervalle de valeur dans lequel le matériau à mémoire de forme est dans une phase martensite. Le deuxième intervalle de valeur de température correspond préférentiellement à un intervalle de valeur de température rencontré par un aéronef lors de la phase de vol de croisière. Par exemple, lors d'un régime de croisière d'un aéronef, l'air environnant l'aéronef peut avoir une température de -60°C à -20°C, en particulier de -30°C à -57°C, plus en particulier de -40°C à -57°C.

Le matériau à mémoire de forme de l'aube 1 selon l'invention peut être agencé de façon à ce que l'aube 1 présente un troisième profil aérodynamique lors d'une troisième condition d'aéronef.

La figure 7 illustre un ensemble comprenant un système de calage variable 35 comprenant des moyens de commande 32 de calage, et une aube 1 statorique. Les moyens de commande 32 permettent de contrôler le calage de l'aube 1. Préférentiellement, les moyens de commande 32 contrôlent le calage de l'ensemble des aubes 1 du stator.

Les moyens de commande 32 agissent sur au moins un pivot 30 de façon à générer une rotation de l'aube 1 autour d’un axe de calage (représenté en pointillés sur la figure 7). Dans une réalisation de l'invention, cette rotation affecte seulement une partie de l'aube 1.

En combinant le matériau à mémoire de forme, qui permet une modification spontanée du profil de l'aube 1 en fonction de valeurs des paramètres, avec le système 30 de calage qui permet de modifier l'orientation de l'aube 1, il est possible d'adapter encore plus le profil de l'aube 1 à une condition d'aéronef rencontrée.

En d'autres termes, l'invention se rapporte à une aube 1 statorique comprenant un matériau à mémoire de forme éduqué de façon à modifier un profil de l'aube 1 statorique entre une première configuration 1a correspondant à un premier profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une première condition d'aéronef et une deuxième configuration 1b, 1c correspondant à un deuxième profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une deuxième condition d'aéronef. Par exemple, la première condition d'aéronef correspond à une phase d'atterrissage ou de décollage d'un aéronef incluant une turbomachine comprenant le stator avec l'aube 1 selon l'invention et la deuxième condition d'aéronef correspond à une phase de vol de croisière. L'intervalle de température caractéristique de chacune de ces phases de vol fait effet sur le matériau à mémoire de forme qui modifie spontanément la forme de l'aube 1 pour la mettre en adéquation avec la phase de vol rencontrée.

La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D’une manière générale, la présente invention n’est pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus. L’usage des verbes « comprendre », « inclure », « comporter », ou toute autre variante, ainsi que leurs conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d’éléments autres que ceux mentionnés. L’usage de l’article indéfini « un », « une », ou de l’article défini « le », « la » ou « I’ », pour introduire un élément n’exclut pas la présence d’une pluralité de ces éléments. Les numéros de référence dans les revendications ne limitent pas leur portée.

Claims

Revendications

1. Aube (1) statorique comprenant un matériau à mémoire de forme éduqué de façon à modifier un profil de l'aube (1) statorique entre: • une première configuration (1a) correspondant à un premier profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une première condition d'aéronef et • une deuxième configuration (1b, 1c) correspondant à un deuxième profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une deuxième condition d'aéronef.
2. Aube (1) selon la revendication 1, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est éduqué pour modifier un profil de l'aube (1) statorique en fonction de la température du matériau à mémoire de forme.
3. Aube (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est éduqué pour modifier un profil de l'aube (1) statorique en fonction d'une contrainte mécanique sur le matériau à mémoire de forme.
4. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première condition d'aéronef correspond à une phase de décollage ou d'atterrissage de l'aéronef.
5. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la deuxième condition d'aéronef correspond à une phase de vol de croisière de l'aéronef.
6. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie (20a) de l'aube (1) proche d'une surface d'extrados (6) de l'aube (1).
7. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie (20b) de l'aube (1) proche d'une surface d'intrados (5) de l'aube (1).
8. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie (20c) de l'aube (1) proche d'un bord d'attaque (3) de l'aube (1).
9. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est présent dans une partie (20d) de l'aube (1) proche d'un bord de fuite (4) de l'aube (1).
10. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est éduqué de façon à modifier le profil de l'aube (1) statorique entre la première configuration (1a), la deuxième configuration (1b) et au moins une troisième configuration.
11. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau à mémoire de forme est un alliage de Ni-Ti, de Cu-AI-Zn, Cu-Ni, Cu-Z-Ni ou Cu-Ni-AI.
12. Aube (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un pivot (30) agencé pour permettre un calage de l'aube (1 ).
13. Ensemble comprenant : - un système de calage variable (35) comprenant des moyens de commande (32) de calage d'au moins une aube (1 ) statorique, et - au moins une aube (1) statorique selon la revendication précédente.
14. Turbomachine comprenant un stator comprenant une pluralité d'aubes (1 ) statoriques selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
15. Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication précédente.
16. Méthode d'amélioration des performances aérodynamiques d'une turbomachine comprenant des aubes (1) statoriques par l'utilisation d'un matériau à mémoire de forme dans au moins une aube (1) statorique, ledit matériau à mémoire de forme étant éduqué de façon à modifier un profil de l'aube (1 ) statorique entre: • une première configuration (1a) correspondant à un premier profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une première condition d'aéronef et • une deuxième configuration (1b, 1c) correspondant à un deuxième profil aérodynamique d'aube statorique approprié pour une deuxième condition d'aéronef.