EP1855011A1

EP1855011A1 - Ensemble pour compresseur de moteur d'aéronef comprenant des aubes à attache marteau à pied incline

Info

Publication number: EP1855011A1
Application number: EP07107900A
Authority: EP
Inventors: Stéphan Yves Aubin; Stéphan Julliot
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: US20080170942A1; CA2587096C; EP1855011B1; US7959410B2; CA2587096A1; FR2900989B1; JP5386068B2; CN101070858A; RU2430275C2; RU2007117687A; DE602007005716D1; JP2007303469A; FR2900989A1; CN101070858B; EP1855011B8

Abstract

L'invention concerne un ensemble disque/aubes pour compresseur de moteur d'aéronef, comprenant un disque (2) ainsi qu'une pluralité d'aubes à attache marteau (6), chaque aube comprenant un pied d'aube pourvu d'une surface de portée amont (32) située au niveau d'un côté bord d'attaque de la pale ainsi que d'une surface de portée aval (34) située au niveau d'un côté bord de fuite de cette pale, le disque étant pourvu d'une rainure circonférentielle (10) dans laquelle est retenu le pied d'aube de chacune des aubes par l'intermédiaire des surfaces de portée. Selon l'invention, pour chacune des aubes, la surface de portée aval (34) est décalée circonférentiellement de la surface de portée amont (32) selon un sens de décalage donné (42), correspondant au sens de décalage entre le bord de fuite (22) et le bord d'attaque (20) de la pale.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte de façon générale à un ensemble disque/aubes pour compresseur de moteur d'aéronef, comprenant un disque ainsi qu'une pluralité d'aubes à attache marteau montées sur ce même disque, et plus précisément dans une rainure circonférentielle de celui-ci.
De préférence, l'application concerne le compresseur haute pression d'un moteur d'aéronef tel qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, et de préférence les étages arrière de ce compresseur. Cependant, l'invention pourrait également s'appliquer pour le compresseur basse pression, sans sortir du cadre de l'invention.
L'invention se rapporte également à un compresseur de moteur d'aéronef, haute pression ou basse pression, équipé d'au moins un tel ensemble disque/aubes, ainsi qu'à un moteur d'aéronef muni d'au moins un tel compresseur.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

De l'art antérieur, on connaît effectivement un ensemble disque/aubes pour compresseur de moteur d'aéronef, comprenant un disque ainsi qu'une pluralité d'aubes à attache marteau montées sur ce disque, dans lequel chaque aube comprend successivement, dans une direction radiale vers l'intérieur, une pale, une plateforme, une échasse, et un pied d'aube pourvu d'une surface de portée amont située au niveau d'un côté bord d'attaque de la pale ainsi que d'une surface de portée aval située au niveau d'un côté bord de fuite de cette pale.
De plus, le disque est pourvu d'une rainure circonférentielle dans laquelle est retenu le pied d'aube de chacune des aubes, par l'intermédiaire des surfaces de portée en appui contre cette rainure circonférentielle prévue à cet effet. Cela permet ainsi de retenir les aubes dans la direction radiale vers l'extérieur, par rapport au disque dans lequel leur pied d'aube est logé.
Il a été remarqué dans les réalisations de l'art antérieur que l'intensité des contraintes mécaniques, rencontrée au niveau des surfaces de portée et de l'échasse, était extrêmement irrégulière, impliquant bien évidemment des problèmes de conception.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

L'invention a donc pour but de proposer un ensemble disque/aubes à attache marteau remédiant au problème mentionné ci-dessus, relatif aux réalisations de l'art antérieur.
Pour ce faire, l'invention a pour objet un ensemble disque/aubes pour compresseur de moteur d'aéronef, comprenant un disque ainsi qu'une pluralité d'aubes à attache marteau montées sur ce disque, chaque aube comprenant successivement, dans une direction radiale vers l'intérieur, une pale comportant un bord d'attaque et un bord de fuite décalé circonférentiellement du bord d'attaque selon un sens de décalage donné, une plateforme, une échasse, et un pied d'aube pourvu d'une surface de portée amont située au niveau d'un côté bord d'attaque de la pale ainsi que d'une surface de portée aval située au niveau d'un côté bord de fuite de cette pale, le disque étant pourvu d'une rainure circonférentielle dans laquelle est retenu le pied d'aube de chacune de la pluralité d'aubes par l'intermédiaire des surfaces de portée en appui contre cette rainure circonférentielle. Selon l'invention, pour chacune de la pluralité d'aubes, la surface de portée aval est décalée circonférentiellement de la surface de portée amont selon le sens de décalage donné précité.
Par conséquent, l'invention propose avantageusement de modifier la géométrie des pieds d'aubes employée jusqu'à présent qui consistait à faire s'étendre chaque pied parallèlement à un axe central du disque, en allant de sa surface de portée amont vers sa surface de portée aval. En effet, dans la configuration proposée où la surface de portée aval est décalée circonférentiellement de la surface de portée amont selon le sens de décalage donné correspondant au sens de décalage du bord de fuite de la pale par rapport au bord d'attaque de celle-ci, la conséquence avantageuse réside dans le fait que le pied d'aube et son échasse associée suivent sensiblement le profil de la pale. En d'autres termes, en vue de dessus d'une aube donnée, la grandeur de l'intersection entre le pied d'aube et la pale est donc largement accrue par rapport à celle rencontrée dans l'art antérieur, où cette grandeur restait relativement faible en raison de la faible compatibilité entre l'orientation du pied selon l'axe central du disque, et la géométrie de la pale profilée.
Cela permet alors d'obtenir une meilleure homogénéité dans l'intensité des contraintes mécaniques rencontrées au niveau des surfaces de portée et de l'échasse, ce qui réduit donc avantageusement considérablement les difficultés de conception rencontrées antérieurement.
De plus, cette spécificité permet également d'envisager une augmentation de l'étendue des surfaces de portée dans la direction circonférentielle, et donc d'offrir une meilleure rétention des aubes ainsi qu'une réduction des pressions de matage.
Il est noté que l'ensemble selon l'invention est préférentiellement conçu de sorte que les surfaces de portée amont et aval d'une même aube se « recouvrent » partiellement l'une l'autre dans la direction circonférentielle, en vue prise selon l'axe central du disque associé.
De préférence, chacune de la pluralité d'aubes est conçue de sorte que dans une vue prise de dessus par rapport à cette aube, une direction principale selon laquelle s'étend le pied d'aube, de sa surface de portée amont vers sa surface de portée aval, est décalée d'un axe central du disque d'un angle A compris entre 0,5 et 10°, comme par exemple d'environ 3°. Cela permet alors d'obtenir simultanément une homogénéité satisfaisante de l'intensité des contraintes mécaniques rencontrées au niveau des surfaces de portée et de l'échasse, et une homogénéité satisfaisante de l'intensité des pressions de matage rencontrées.
Préférentiellement, pour chacune de la pluralité d'aubes, le pied d'aube dispose de deux surfaces opposées d'extrémité circonférentielle, agencées de part et d'autre des surfaces de portée, ces surfaces d'extrémité circonférentielle étant chacune de forme sensiblement plane. En alternative, elles peuvent être de forme sensiblement concave, ce qui permet d'envisager une augmentation sensible de leur étendue et donc d'améliorer la rétention de l'aube ainsi que la répartition des pressions de matage, sans pour autant pénaliser de façon significative la masse globale de cette aube. Effectivement, avec cette dernière géométrie, le pied d'aube, et éventuellement l'échasse associée, dispose d'une forme de taille de guêpe impliquant que sa portion centrale présente une longueur dans la direction circonférentielle inférieure à celle des deux portions d'extrémité axiale disposées de part et d'autre de la portion centrale précitée, dans la direction axiale du disque, et intégrant respectivement la surface de portée amont et la surface de portée aval.
Enfin, on peut prévoir que chacune de la pluralité d'aubes est conçue de sorte que dans une vue prise de dessus par rapport à cette aube, un barycentre des surfaces de portée amont et aval du pied d'aube, considérées dans cette vue, constitue un centre de symétrie centrale pour les surfaces de portée amont et aval.
L'invention a également pour objet un compresseur de moteur d'aéronef équipé d'au moins un tel ensemble disque/aubes, de préférence prévu pour constituer au moins partiellement un étage arrière de ce compresseur, et en particulier d'un compresseur haute pression.
Enfin, l'invention a également pour objet un moteur d'aéronef, tel qu'un turboréacteur, comprenant au moins un tel compresseur.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;

la figure 1 représente une vue en coupe d'un ensemble disque/aubes à attache marteau pour compresseur de moteur d'aéronef, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ;
la figure 2 représente une vue en perspective de l'une des aubes à attache marteau faisant partie intégrante de l'ensemble montré sur la figure 1 ;
la figure 3 représente une vue partielle de l'ensemble disque/aubes montré sur la figure 1, prise de dessus par rapport à une aube donnée de cet ensemble ; et
la figure 4 représente une vue partielle d'un ensemble disque/aubes selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, prise de dessus par rapport à une aube donnée de cet ensemble.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS

En référence tout d'abord à la figure 1, on peut apercevoir un ensemble disque/aubes 1 pour compresseur haute pression d'un moteur d'un aéronef tel qu'un turboréacteur, cet ensemble 1, préférentiellement destiné à constituer une partie de l'un des étages arrière de ce compresseur haute pression, se présentant sous la forme d'un mode de réalisation préféré de la présente invention.
De façon connue de l'homme du métier, cet ensemble comprend tout d'abord un disque 2 présentant un axe central 4 correspondant à l'axe longitudinal du turboréacteur. Au niveau d'une extrémité radiale circonférentielle de ce disque 2, celui-ci porte une pluralité d'aubes 6 dites à attache marteau, qui sont donc réparties angulairement tout autour de l'axe central 4. Ces aubes 6 à attache marteau ont la spécificité de comprendre un pied d'aube 8 destiné à se loger dans une rainure circonférentielle 10 du disque 2, cette rainure circonférentielle du disque se situant donc au niveau d'une extrémité radiale du disque 2 et étant ouverte radialement vers l'extérieur. Comme cela est connu de l'homme du métier, cette rainure circonférentielle 10 présente une encoche élargie permettant de faire pénétrer le pied de chaque aube dans la rainure, ces aubes étant ensuite déplacées circonférentiellement au sein de la rainure 10. De plus, une fois que la totalité des aubes a été introduite et mise en place à l'intérieur de la rainure circonférentielle 10, des petits marteaux (non représentés) peuvent alors être insérer pour assurer le maintien global de l'ensemble. Comme cela est clairement visible sur la figure 1, la rainure circonférentielle 10 présente globalement la forme d'un C s'ouvrant radialement vers l'extérieur, et permettant entre les deux extrémités de ce C de laisser passer l'échasse de l'aube tel que cela va à présent être décrit.
En effet, chaque aube 6 comprend de façon connue de l'homme du métier, successivement dans une direction radiale vers l'intérieur représentée par la flèche 12, une pale 14, une plateforme 16, une échasse 18 et enfin, le pied d'aube 8 précité. A ce titre, il est noté que la pale dispose classiquement d'un bord d'attaque 20 et d'un bord de fuite 22, le bord de fuite 22 étant décalé vers la direction circonférentielle du disque par rapport au bord d'attaque 20 selon un sens de décalage donné, fonction du profil de cette pale. Ensuite, la plateforme dispose d'une longueur circonférentielle largement plus importante que celle de la pale 14 qu'elle supporte, et est de préférence destinée à venir au plus près de la plateforme des deux aubes 6 de l'ensemble qui lui sont directement adjacentes. Ainsi, lorsque l'ensemble des aubes est monté à l'intérieur de la rainure 10, les plateformes 16 de ces aubes forment sensiblement une couronne circulaire centrée sur l'axe 4.
L'échasse 18 présente des dimensions sensiblement réduites par rapport à celles de la plateforme se trouvant radialement vers l'extérieur par rapport à celle-ci, aussi bien dans la direction axiale que dans la direction circonférentielle du disque. Comme cela a été évoqué précédemment, cette échasse 18 porte radialement vers l'intérieur le pied d'aube 8 servant à la retenue de l'aube par rapport au disque 2 sur lequel elle est montée.
Comme cela est visible sur les figures 1 et 2, le pied d'aube 8 peut être défini comme présentant trois portions successives dans la direction axiale du disque donnée par son axe central 4, étant cependant noté que la totalité du pied d'aube 8, et de préférence la totalité de l'aube 6, peut être réalisé d'un seul tenant, par toute technique connue de l'homme du métier. Ainsi, le pied d'aube présente en effet une portion centrale 26 se situant globalement dans le prolongement radiale interne de l'échasse 18. En amont de cette portion centrale 26, se trouve une portion d'extrémité axiale amont référencée 28, et présentant une surface de portée amont 32 globalement orientée radialement vers l'extérieur. De façon analogue, en aval de cette portion centrale 26, se trouve une portion d'extrémité axiale aval référencée 30, et présentant une surface de portée aval 34, également globalement orientée radialement vers l'extérieur.
A ce titre, il est précisé que les termes amont et aval employés dans la description sont donnés par rapport à une direction principale d'écoulement du fluide à travers l'ensemble 1, cette direction étant représentée schématiquement par la flèche 40, et étant donc parallèle à la direction axiale de cet ensemble ainsi qu'à son axe central 4.
Enfin, il est noté que le pied d'aube 8 dispose de deux surfaces opposées d'extrémité circonférentielle, respectivement référencées 36, 38 sur la figure 2, ces surfaces étant préférentiellement situées dans la continuité des surfaces opposées d'extrémité circonférentielle de l'échasse 18, comme cela est le mieux visible sur la figure 2. A ce titre, il est précisé que ces deux surfaces 36, 38 peuvent être sensiblement planes comme cela sera décrit en référence à la figure 3, et parallèles à la direction radiale 12 précitée.
Comme cela est le mieux visible sur la figure 1, on peut voir que la retenue radiale vers l'extérieur de l'aube 6 par rapport au disque 2 est assurée par le contact des deux surfaces de portée 32, 34 orientées sensiblement radialement vers l'extérieur, avec les deux branches du C formées par la rainure circonférentielle 10. A cet égard, il est précisé que les contacts amont et aval recherchés avec les surfaces de portée 32, 34, sont préférentiellement des contacts plan.
En référence à présent à la figure 3, on peut apercevoir l'une des particularités de la présente invention, selon laquelle la surface de portée amont 32 est décalée de la surface de portée aval 34, dans la direction circonférentielle. Plus précisément, on peut voir que le bord de fuite 22 de la pale 14 est décalé dans la direction circonférentielle du disque 2 par rapport au bord de fuite 20 selon un sens de décalage circonférentiel donné, référencé schématiquement par la flèche 42 sur cette figure 3. Sur cette même figure, correspondant à une vue de dessus prise par rapport à l'aube centrale représentée partiellement en pointillés pour des raisons de clarté et située entre les deux aubes 6 également représentées sur cette même figure, le décalage circonférentiel entre le bord d'attaque 20 et le bord d'attaque 22 de l'une de ces deux aubes situées de part et d'autres de l'aube centrale 6 a été représenté schématiquement par la cote référencée 44. A ce titre, c'est spécifiquement selon ce même sens de décalage circonférentiel donné 42 qu'est décalée la surface de portée aval 34 par rapport à la surface de portée amont 32, le décalage étant ici représenté schématiquement par la cote référencée 46.
Comme cela est clairement visible sur cette figure 3, le décalage circonférentiel des deux surfaces de portées 32, 34 est bien moins important que celui rencontré entre le bord d'attaque 20 et le bord de fuite 22 de la pale 14 associée. Cela s'explique notamment par le fait que l'on recherche à obtenir une géométrie 16 selon laquelle une direction principale 48 du pied d'aube soit décalée de l'axe central 4 d'un angle A compris entre 0,5 et 10 degrés, comme par exemple 3 degrés. Il est précisé que par direction principale du pied d'aube, on entend la direction selon laquelle ce pied d'aube s'étend de sa surface de portée amont vers sa surface de portée aval, cette direction pouvant notamment être représentée par une droite passant par le barycentre de chacune des deux surfaces de portée précitées, considérée en vue du dessus telle que représenté sur la figure 3.
Dans ce mode de réalisation préféré de la présente invention, on prévoit effectivement que les surfaces d'extrémité circonférentielle opposées 36, 38 soient chacune de forme sensiblement plane, à savoir parallèle à la fois à la direction radiale de l'aube et à la direction principale 48 susmentionnée.
Comme le montre la figure 4, il est possible de prévoir, dans un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, que chacune de ces deux surfaces d'extrémité circonférentielle 36, 38 disposent d'une forme concave, permettant ainsi à l'échasse et au pied d'aube de disposer d'une forme globale en taille de guêpe, autorisant notamment un agrandissement dans la direction circonférentielle des surfaces de portée 32, 34. Dans ce mode de réalisation préféré, on prévoit que ces surfaces de forme concave restent sensiblement parallèles à la direction radiale de l'aube. De plus, elles se situent dans le prolongement des surfaces d'extrémité circonférentielle de l'échasse 18 présentant la même concavité.
Quelque soit le mode de réalisation préféré envisagé, on prévoit de faire en sorte qu'en vu de dessus prise par rapport à l'une quelconque des aubes 6, le barycentre référencé Q sur la figure 4, correspondant au barycentre des surfaces de portée amont et aval 32, 34 combinées, considéré dans cette même vue de dessus, constitue un centre de symétrie centrale pour ces deux surfaces de portée 32, 34 associées à la même aube 6.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemple non limitatif.

Claims

Ensemble disque/aubes (1) pour compresseur de moteur d'aéronef, comprenant un disque (2) ainsi qu'une pluralité d'aubes à attache marteau (6) montées sur ledit disque, chaque aube comprenant successivement, dans une direction radiale vers l'intérieur (12), une pale (14) comportant un bord d'attaque (20) et un bord de fuite (22) décalé circonférentiellement dudit bord d'attaque selon un sens de décalage donné (42), une plateforme (16), une échasse (18), et un pied d'aube (8) pourvu d'une surface de portée amont (32) située au niveau d'un côté bord d'attaque de la pale ainsi que d'une surface de portée aval (34) située au niveau d'un côté bord de fuite de cette pale, le disque étant pourvu d'une rainure circonférentielle (10) dans laquelle est retenu ledit pied d'aube (8) de chacune de ladite pluralité d'aubes (6) par l'intermédiaire desdites surfaces de portée (32, 34) en appui contre cette rainure circonférentielle (10),
caractérisé en ce que pour chacune de ladite pluralité d'aubes (6), la surface de portée aval (34) est décalée circonférentiellement de la surface de portée amont (32) selon ledit sens de décalage donné (42).
Ensemble disque/aubes (1) pour compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune de ladite pluralité d'aubes (6) est conçue de sorte que dans une vue prise de dessus par rapport à ladite aube, une direction principale (48) selon laquelle s'étend ledit pied d'aube (8), de sa surface de portée amont (32) vers sa surface de portée aval (34), est décalée d'un axe central (4) dudit disque d'un angle A compris entre 0,5 et 10°.
Ensemble disque/aubes (1) pour compresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit angle A est d'environ 3°.
Ensemble disque/aubes (1) pour compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour chacune de ladite pluralité d'aubes (6), le pied d'aube (8) dispose de deux surfaces opposées d'extrémité circonférentielle (36, 38), agencées de part et d'autre desdites surfaces de portée (32, 34), ces surfaces d'extrémité circonférentielle étant chacune de forme sensiblement plane.
Ensemble disque/aubes (1) pour compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour chacune de ladite pluralité d'aubes (6), le pied d'aube (8) dispose de deux surfaces opposées d'extrémité circonférentielle (36, 38), agencées de part et d'autre desdites surfaces de portée (32, 34), ces surfaces d'extrémité circonférentielle étant chacune de forme sensiblement concave.
Ensemble disque/aubes (1) pour compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune de ladite pluralité d'aubes (6) est conçue de sorte que dans une vue prise de dessus par rapport à ladite aube, un barycentre (Q) desdites surfaces de portée amont et aval (32, 34) du pied d'aube, considérées dans cette vue, constitue un centre de symétrie centrale pour lesdites surfaces de portée amont et aval.
Compresseur de moteur d'aéronef, équipé d'au moins un ensemble disque/aubes (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Moteur d'aéronef comprenant au moins un compresseur selon la revendication 7.