EP3938626A2 - Redresseur de flux secondaire a tuyere integree - Google Patents

Redresseur de flux secondaire a tuyere integree

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EP3938626A2
EP3938626A2 EP20725890.6A EP20725890A EP3938626A2 EP 3938626 A2 EP3938626 A2 EP 3938626A2 EP 20725890 A EP20725890 A EP 20725890A EP 3938626 A2 EP3938626 A2 EP 3938626A2
Authority
EP
European Patent Office
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flow
turbomachine
vane
downstream
fan
Prior art date
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Granted
Application number
EP20725890.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3938626B1 (fr
Inventor
Florent Matthieu Jacques NOBELEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP3938626A2 publication Critical patent/EP3938626A2/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3938626B1 publication Critical patent/EP3938626B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/125—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the tip of a stator vane

Definitions

  • the field of the invention relates to multiple-flow turbomachines, and more specifically to flow rectifiers of a separate multiple-flow turbomachine.
  • a multi-flow turbomachine as illustrated in FIG. 1 conventionally comprises a fan 1, a fan casing 2 and a casing 3 extending along a longitudinal axis X.
  • the casing 3 houses the compression, combustion and expansion elements of the turbomachine.
  • the fan casing 2 extends radially outwardly to the fan 1 and to the casing 3 so as to delimit the flow entering the fan 1.
  • the blower 1 compresses and accelerates the flow of air entering the blower housing 2, this air flow then circulating in a primary circuit 4 and a secondary circuit 5, the primary circuit 4 being located inside the housing 3 and passing through the various compression, combustion and expansion elements, the secondary circuit 5 being radially delimited
  • the rotation of the fan 1 inducing a gyration in the flow which it accelerates it is known to have a flow rectifier 6 in the secondary circuit 5, the rectifier 6 comprising a plurality of blades 7 configured to modify the direction of flow. flow in order to obtain an axial flow downstream of the rectifier 6.
  • the profile of the nacelles 2 is conventionally configured to form a nozzle downstream of the rectifiers and to accelerate and relax the secondary flow so as to generate the thrust, the section of the secondary circuit 5 decreasing downstream (in the case of a converging nozzle), then can possibly re-increase in the case of a converging-diverging nozzle.
  • each flow is ejected by a nozzle.
  • the nozzle (primary as secondary) transforms potential energy into kinetic energy, that is to say it converts the pressure of the flow into ejection speed, which will generate the thrust.
  • the secondary flow nozzle surrounds and is conventionally placed upstream of the primary flow nozzle.
  • the primary flow nozzle is delimited by a cone the tip of which is directed downstream and by an annular casing having a trailing edge directed downstream.
  • the cone and the casing define a circuit of converging or converging-diverging section depending on the architectural choices made.
  • the secondary nozzle is delimited by a duct belonging to the fan casing (commonly called OFD or OFS abbreviated from English “Outer Fan Duct / Shroud”) and to the turbomachine casing (commonly called IFD or IFS abbreviated from English “Inner Fan Duct / Shroud ”).
  • the two cases define a converging or converging-diverging section depending on the architecture of the rest of the engine.
  • This reduction in section is conventionally located downstream of the rectifier 6, so as to accelerate the secondary flow when it flows axially, the secondary flow then being ejected around the primary flow.
  • the air inlet must be extremely short, and the fan housing 2 must be as short as possible after the exit of the vanes 7 of
  • An object of the invention is to reduce the pressure drops induced by the fan casing.
  • Another object of the invention is to accelerate the secondary flow.
  • Another aim is to limit the pressure losses induced by the
  • Another object of the invention is to increase the rate of dilution of the turbomachine.
  • Another object is to reduce the compression ratio of the fan.
  • the invention provides an assembly for a turbomachine extending along an axis and comprising:
  • a rectifier comprising a plurality of blades configured to straighten a secondary flow circulating in the fan duct, in which the plurality of blades comprises a first blade and a second blade adjacent to the first blade defining between them a flow channel convergent configured to straighten and accelerate the flow by means of an inlet section included in a plane not perpendicular to the axis of the turbomachine and an outlet section included in a plane perpendicular to the axis of the turbomachine, the first vane and the second vane each having a non-vetted downstream part forming a trailing edge.
  • the invention can be supplemented by the following characteristics, taken alone or in combination:
  • the flow channel comprises from upstream to downstream a portion
  • the first vane has a first surface
  • the second vane has a second surface facing the first surface, the first surface approaching the second surface from upstream to downstream;
  • the fan casing extends around a longitudinal axis and comprises a downstream end forming the trailing edge, and in which the ejection portion extends downstream from the trailing edge of the fan casing; this makes it possible to slow down the flow in the ejection portion up to flight speed;
  • each blade comprises a leading edge, a trailing edge opposite the leading edge, and pressure and extrados walls connecting the leading edge to the trailing edge, and the flow channel present, from upstream to downstream in the direction of fluid flow,
  • an outlet section extending from the first blade to the second blade while being normal to an average direction of flow and tangent to the trailing edge of at least one of the blades and having a third area, the first area being greater than the second area, the second area being less than the third area;
  • the flow channel has an inlet section defining a plane normal to the flow direction of the flow diverted by the fan, not parallel to the axis of the turbomachine, and an ejection section defining a plane normal to the axis of the turbomachine;
  • the fan casing extends axially beyond the median plane, the trailing edge of the fan casing being situated downstream of the median plane and upstream of the trailing edges of the blades, at the level of a fairing plane. This makes it possible to accelerate the flow in a first portion of the flow channel and then to slow down the flow in a second portion of the flow channel.
  • the invention proposes a turbomachine comprising such an assembly.
  • FIG. 1 is a diagram in profile sectional view of a turbomachine comprising a nacelle and a secondary flow rectifier according to the prior art
  • FIG. 2 is a diagram in profile sectional view which represents an assembly comprising a nacelle and a secondary flow rectifier according to the invention
  • FIG. 3 is a projection on a plane of a section made at constant radius of two adjacent blades of a stator according to the invention.
  • turbomachine comprising:
  • a ferrule 32 configured to internally delimit a fan duct 5 of a gas flow from said turbomachine
  • a rectifier 6 comprising a plurality of vanes 7 configured to rectify a secondary flow circulating in the fan duct 5, in which the plurality of vanes 7 comprises a first vane 7a and a second vane 7b adjacent to the first vane 7a delimiting between them a flow channel 13, the first vane 7a and the second vane 7b being configured to straighten and accelerate the flow circulating in the flow channel 13.
  • the turbomachine extends along a turbomachine axis X, and the terms axial, radial and tangential refer to the axis X of the turbomachine.
  • An axial direction follows the X axis of the turbomachine, a radial direction is perpendicular to the X axis of the turbomachine, and a tangential direction is orthogonal to a radial direction and an axial direction.
  • the turbomachine is a bypass turbomachine further comprising a fan 1, housed in the fan casing 2, and movable in rotation about a longitudinal axis X, an internal shroud 31 configured in order to delimit a primary stream 4 of a flow of primary gas from the turbomachine, the ferrule 32 and the fan casing 2 delimiting a so-called secondary stream of flow of an air flow propelled by the fan 1.
  • the shell 32 is located in the upstream extension of the casing 3 of the turbomachine.
  • the ferrule 32 may form part of the casing 3, and thus form the upstream portion of the casing 3.
  • the ferrule 32 and the internal ferrule 31 may form only one piece and form the leading edge of the housing 3.
  • each blade 7 comprises a leading edge 9, a trailing edge 12 opposite the edge leading edge 9, and lower surface 11 and upper surface 10 walls connecting the leading edge 9 to the trailing edge 12, and the flow channel 13 has, from upstream to downstream in the direction of flow fluids,
  • the inlet section 14a, the ejection section 14b and the outlet section 14c extending respectively from the radially inner limit to the radially outer limit of the blades 7.
  • the inlet section 14a thus corresponds to a radial section of the flow channel 13 which coincides with the leading edge 9 of the second vane 7b, and the ejection section 14b corresponds to a radial section
  • the ejection section 14b has a surface less than a surface of the inlet section 14a and less than a surface of the outlet section 14c.
  • the flow channel 13 has a radial section 14 which is defined as a virtual plane extending from the upper surface wall 10a of the first vane 7a to the lower surface wall 11b of the second vane 7b while being normal to an average direction of l 'flow at a central stream line F and extending substantially radially relative to the longitudinal axis X.
  • the central current line is understood to mean the current line located equidistant from the first vane 7a and from the second vane 7b.
  • the radial section 14 of the flow channel 13 has a gradually decreasing area between the inlet section 14a and the ejection section 14b.
  • the radial section 14 has a width L defined as a distance between the upper surface 10a of the first blade 7a and the lower surface 11b of the second blade 7b for a constant distance to the X axis, and in which the width of the radial section 14 is
  • the upper surface wall 10a of the first vane 7a and the lower surface wall 11b of the second vane 7b are increasingly close to each other, for a given distance to the X axis, as and when as the flow flows from upstream to downstream in the flow channel 13.
  • a radial section 14 has a shape comparable to an angular portion of a disc and has a dimension in a transverse direction and a dimension in a radial direction.
  • the radial section 14 is delimited by the first vane 7a and the second vane 7b.
  • the distance separating the first blade 7a and the second blade 7b, the width L depends on the distance from the axis X of the turbomachine at which the width L considered. In fact, the distance between the first vane 7a and the second vane 7b increases with the distance from the X axis.
  • the width of a radial section 14 is a function of the radius or of a distance from the X axis of the turbomachine, and increases as a function of the distance from the X axis of the turbomachine.
  • the radial section 14 is radially internally delimited by the outer shell 32 and extends over the entire height of a blade 7.
  • the radial section 14 has a radially inner limit and a radially outer limit each forming substantially an arc of a circle.
  • the width L decreases, and optionally the dimension in the radial direction also decreases.
  • the intrados 11a of the first vane 7a and the extrados 10b of the second vane 7b are therefore configured so that the width L of a radial section 14, for a distance from the X axis of the given turbomachine, decreases as the flow moves downstream.
  • the width L of the radial section 14 will be less than the width of the inlet section 14a.
  • This width L can optionally be the length of a straight segment joining at mid-height the first vane 7b and the second vane 7a.
  • the length of the straight line segment joining at mid-height the first blade 7b and the second blade 7a gradually decreases between the inlet section 14a and the ejection section 14b.
  • the ejection section 14b has the minimum surface for a radial section 14.
  • the width L of a radial section 14 decreases as it moves from upstream to downstream to a median plane 15, the median plane 15 therefore comprising the ejection section 14b.
  • the median plane 15 is normal to the axis X of the turbomachine, and delimits the flow channel 13 in two parts, an upstream or intake portion 16 and a downstream or ejection portion 17.
  • the transverse dimension of the radial section 14 is smaller than the transverse dimension of the inlet section 14a and larger than the transverse dimension of the ejection section 14b.
  • the flow channel 13 converges, the radial section 14 having a surface decreasing from upstream to downstream.
  • the inlet portion 16 of the flow channel 13 is configured to do the job of changing the direction of flow and the acceleration of the flow.
  • the flow channel 13 therefore has an inlet section 14a defining a plane normal (or orthogonal) to the flow direction of the flow diverted by the fan, this plane therefore not being normal to the X axis of the fan. turbomachine, and an ejection section 14b defining a plane normal to the X axis of the turbomachine. This makes it possible to eject a flow flowing in a direction substantially parallel to the axis of the
  • the intake portion 16 straightens the flow while relaxing and accelerating it until ejection at the level of the median plane 15.
  • the ejection portion 17 is configured to minimize drag
  • the angle of incidence of the profile with respect to the flow is low so as to avoid the separation of the air flow, while having a length as short as possible to minimize viscous friction.
  • Part of the ejection portion 17 is located downstream of the trailing edge 8 of the fan casing 2. Thus, this makes it possible to slow down the flow in the ejection portion 17 to the flight speed.
  • the profile of the blades 7 is configured to minimize the drag of each blade 7, the blades 7 therefore extending axially to their trailing edge 12.
  • the section of the flow channel 13 therefore increases downstream in the ejection portion 17.
  • the vanes 7 have a line of camber 71 which may comprise an inflection point, the line of camber or mean line being defined in that it extends from the leading edge 9 to the trailing edge 12 and that 'it is halfway between the upper surface 10 and the lower surface 11.
  • the camber line 71 has an inclination with respect to the axis X of the turbomachine corresponding to the gyration of the flow at the leading edge 9, and is substantially parallel to the motor axis from the median plane 15 to the trailing edge 12.
  • the median plane 15, and therefore the ejection section 14b coincides with the trailing edge 8 of the fan casing.
  • the ejection portion 17 is therefore not streamlined.
  • the length of the fan housing 2 can be reduced to a minimum without penalizing the
  • a portion of the blades 7, in particular the trailing edge 12, is then located downstream of the trailing edge 8 of the fan housing 2, and is therefore not faired. This makes it possible to minimize the length of the fan casing 2, and therefore to minimize the pressure drops induced by the fan casing 2.
  • the fan casing 2 can extend axially beyond the median plane 15.
  • the trailing edge 8 of the fan casing 2 is located downstream of the median plane 15 and upstream of the trailing edges. vanes 12, at a fairing plane 18. This configuration makes it possible to form a converging and then diverging profile in the faired part of the flow channels 13 (ie covered by the fan casing 2). This improves performance depending on the flight envelope.
  • each pair of adjacent vanes 7 of the stator 6 defines a flow channel 13 configured to rectify and accelerate the flow simultaneously, the vanes of the stator 6 thus defining a plurality of flow channels 13 distributed circumferentially.
  • the pressure losses are reduced by the reduction in the length of the fan casing 2 and the profile of the vanes 7, more particularly the trailing edge 12 and the profile of the ejection portion 17 make it possible to reduce the drag and thus to limit detachment and pressure losses.
  • Conventional nozzles form a converging channel which accelerates the flow without deviating it.
  • the profile of the vanes 7 ending in a trailing edge makes it possible to avoid the separation of flow at the outlet of the assembly.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

L'invention concerne un ensemble pour turbomachine s'étendant selon un axe (X) et comprenant: -une virole (32) configurée pour délimiter une veine de soufflante (5) d'un flux de gaz de ladite turbomachine, -un carter de soufflante (2), entourant radialement la virole (32) et délimitant avec la virole (32) la veine de soufflante (5), -un redresseur (6) comprenant une pluralité d'aubes (7) comprenant une première aube (7a) et une deuxième aube (7b) adjacente à la première aube (7a) délimitant entre elles un canal d'écoulement (13) convergent configuré pour redresser et accélérer le flux au moyen d'une section d'entrée (14a) comprise dans un plan non perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et une section de sortie comprise dans un plan (14b) perpendiculaire à l'axe (X) de la turbomachine, la première aube (7a) et la deuxième aube (7b) présentant chacune une partie aval non carénée formant un bord de fuite.

Description

REDRESSEUR DE FLUX SECONDAIRE A TUYERE INTEGREE
DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR
Le domaine de l'invention concerne les turbomachines à flux multiples, et plus précisément les redresseurs de flux d'une turbomachine à flux multiples séparés.
Une turbomachine à flux multiples telle qu'illustrée en figure 1 comporte classiquement une soufflante 1, un carter de soufflante 2 et un carter 3 s'étendant selon un axe longitudinal X.
Le carter 3 loge les éléments de compression, de combustion et de détente de la turbomachine.
Le carter de soufflante 2 s'étend radialement extérieurement à la soufflante 1 et au carter 3 de manière à délimiter le flux entrant dans la soufflante 1.
La soufflante 1 comprime et accélère le flux d'air entrant dans le carter de soufflante 2, ce flux d'air circulant ensuite dans un circuit primaire 4 et un circuit secondaire 5, le circuit primaire 4 étant situé à l'intérieur du carter 3 et parcourant les différents éléments de compression, de combustion et de détente, le circuit secondaire 5 étant délimité radialement
intérieurement par le carter 3 et extérieurement par le carter de soufflante 2.
La rotation de la soufflante 1 induisant une giration dans le flux qu'elle accélère, il est connu de disposer un redresseur 6 de flux dans le circuit secondaire 5, le redresseur 6 comportant une pluralité d'aubes 7 configurées pour modifier la direction de circulation du flux afin d'obtenir un écoulement axial en aval du redresseur 6.
Le profil des nacelles 2 est classiquement configuré pour former une tuyère à l’aval des redresseurs et accélérer et détendre le flux secondaire de manière à engendrer la poussée, la section du circuit secondaire 5 diminuant vers l'aval (dans le cas d'une tuyère convergente), puis peut éventuellement ré-augmenter dans le cas d'une tuyère convergente- divergente.
Dans une turbomachine à flux séparés chaque flux est éjecté par une tuyère. La tuyère (primaire comme secondaire) transforme l'énergie potentielle en énergie cinétique, c'est-à-dire qu'elle convertit la pression du flux en vitesse d'éjection, ce qui engendrera la poussée.
La tuyère du flux secondaire entoure et est classiquement placée à l'amont de la tuyère du flux primaire. La tuyère de flux primaire est délimitée par un cône dont la pointe est dirigée vers l'aval et par un carter annulaire présentant un bord de fuite orienté vers l'aval. Le cône et le carter définissent un circuit de section convergente ou convergente-divergente selon les choix d'architecture faits.
La tuyère secondaire est délimitée par un conduit appartenant au carter de soufflante (couramment appelé OFD ou OFS abrégé de l'anglais « Outer Fan Duct/Shroud ») et au carter de turbomachine (couramment appelé IFD ou IFS abrégé de l'anglais « Inner Fan Duct/Shroud »). Les deux carters définissent une section convergente ou convergente-divergente selon l’architecture du reste du moteur.
Cette diminution de section est classiquement située en aval du redresseur 6, de manière à accélérer le flux secondaire lorsqu'il s'écoule axialement, le flux secondaire étant ensuite éjecté autour du flux primaire.
Afin de gagner en rendement propulsif, on cherche à maximiser le taux de dilution, c'est-à-dire le rapport des débits massiques du flux secondaire et du flux primaire, et donc à minimiser le rapport de compression de la soufflante 1 pour une poussée donnée.
L'augmentation du taux de dilution augmente le diamètre de la soufflante pour une même poussée ce qui entraîne l'augmentation du volume et du poids du carter de soufflante. Donc pour limiter cet inconvénient on cherche à réduire le carter de soufflante 2 à son strict minimum, afin de réduire sa masse et les pertes de charge du circuit secondaire 5, l'effet des pertes de charges sur le flux secondaire étant d'autant plus important que le débit est grand, nécessaire pour un taux de dilution important, et la pression faible, nécessaire pour un faible rapport de compression de la soufflante 1.
Ainsi, l'entrée d'air doit être extrêmement courte, et le carter de soufflante 2 doit être la plus courte possible après la sortie des aubes 7 de
redresseur 6.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de réduire les pertes de charges induites par le carter de soufflante.
Un autre but de l'invention est d'accélérer le flux secondaire.
Un autre but est de limiter les pertes de charges induites par le
redresseur.
Un autre but de l'invention est d'augmenter le taux de dilution de la turbomachine.
Un autre but est de réduire le rapport de compression de la soufflante.
Afin d'y parvenir, l'invention propose un ensemble pour turbomachine s'étendant selon un axe et comprenant :
- une virole configurée pour délimiter une veine de soufflante d'un flux de gaz de ladite turbomachine,
- un carter de soufflante, entourant radialement la virole et délimitant avec la virole la veine de soufflante,
-un redresseur comprenant une pluralité d'aubes configurées pour redresser un flux secondaire circulant dans la veine de soufflante, dans lequel la pluralité d'aubes comprend une première aube et une deuxième aube adjacente à la première aube délimitant entre elles un canal d'écoulement convergent configuré pour redresser et accélérer le flux au moyen d'une section d'entrée comprise dans un plan non perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et une section de sortie comprise dans un plan perpendiculaire à l'axe de la turbomachine, la première aube et la deuxième aube présentant chacune une partie aval non carénée formant un bord de fuite.
Cela permet de redresser et d'accélérer le flux propulsé par la soufflante et transitant dans un canal d'écoulement. Avantageusement, l'invention peut être complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le canal d'écoulement comprend d'amont en aval une portion
d'admission se rétrécissant d'amont vers l'aval et une portion d'éjection s'évasant d'amont vers l'aval ;
- la première aube présente une première surface, la deuxième aube présente une deuxième surface en regard de la première surface, la première surface se rapprochant de la deuxième surface d'amont vers l'aval ;
- le carter de soufflante s'étend autour d'un axe longitudinal et comprend une extrémité aval formant bord de fuite, et dans lequel la portion d'éjection s'étend en aval du bord de fuite du carter de soufflante ; cela permet de ralentir le flux dans la portion d'éjection jusqu'à la vitesse de vol ;
- une ligne de cambrure de chaque aube présente un point d'inflexion ;
- chaque aube comprend un bord d'attaque, un bord de fuite opposé au bord d'attaque, et des parois d'intrados et d'extrados reliant le bord d'attaque au bord de fuite, et le canal d'écoulement présente, d'amont en aval dans le sens d'écoulement des fluides,
- une section d'entrée s'étendant de la première aube à la deuxième aube en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et tangente au bord d'attaque de l'une des aubes et présentant une première aire,
- une section d'éjection s'étendant de la première aube à la deuxième aube en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et présentant une deuxième aire, et
- une section de sortie s'étendant de la première aube à la deuxième aube en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et tangente au bord de fuite d'au moins l'une des aubes et présent une troisième aire, la première aire étant supérieure à la deuxième aire, la deuxième aire étant inférieure à la troisième aire ;
- le canal d'écoulement présente une section d'entrée définissant un plan normal à la direction d'écoulement du flux détourné par la soufflante, non parallèle à l'axe de la turbomachine, et une section d'éjection définissant un plan normal à l'axe de la turbomachine ;
- le carter de soufflante se prolonge axialement au-delà du plan médian, le bord de fuite du carter de soufflante étant situé en aval du plan médian et en amont des bords de fuite des aubes, au niveau d'un plan de carénage. Cela permet d'accélérer le flux dans une première portion du canal d'écoulement puis de ralentir le flux dans une deuxième portion de canal d'écoulement.
Selon un autre aspect, l'invention propose une turbomachine comportant un tel ensemble.
PRÉSENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : La figure 1 est un schéma en vue de coupe de profil d'une turbomachine comportant une nacelle et un redresseur de flux secondaire selon l'art antérieur ;
La figure 2 est un schéma en vue de coupe de profil qui représente un ensemble comportant une nacelle et un redresseur de flux secondaire selon l'invention ;
La figure 3 est une projection sur un plan d'une coupe réalisée à rayon constant de deux aubes adjacentes d'un redresseur selon l'invention.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATION
L'invention s'applique à une turbomachine comprenant :
- une virole 32 configurée pour délimiter intérieurement une veine de soufflante 5 d'un flux de gaz de ladite turbomachine,
- un carter de soufflante 2, entourant radialement la virole 32 et délimitant avec la virole 32 la veine de soufflante 5,
- un redresseur 6 comprenant une pluralité d'aubes 7 configurées pour redresser un flux secondaire circulant dans la veine de soufflante 5, dans lequel la pluralité d'aubes 7 comprend une première aube 7a et une deuxième aube 7b adjacente à la première aube 7a délimitant entre elles un canal d'écoulement 13, la première aube 7a et la deuxième aube 7b étant configurées pour redresser et accélérer le flux circulant dans le canal d'écoulement 13.
Le flux circulant ainsi dans le redresseur 6 est accéléré de telle sorte qu'il n'est plus nécessaire de former une tuyère en aval du redresseur 6 entre le carter de soufflante 2 et la virole 32.
Il est donc possible de raccourcir fortement le carter de soufflante 2, et donc de réduire sa masse, ou de permettre une augmentation de son diamètre tout en conservant une masse sensiblement similaire à un carter de soufflante 2 de l'art antérieur.
Cela permet également de réduire les pertes de charges causées par le carter de soufflante 2.
Dans tout le texte de cette demande, les notions d'amont et d'aval sont définies dans le sens de l'écoulement des gaz dans la turbomachine.
La turbomachine s'étend selon un axe X de turbomachine, et les termes axial, radial et tangentiel se réfèrent à l'axe X de la turbomachine. Une direction axiale suit l'axe X de la turbomachine, une direction radiale est perpendiculaire à l'axe X de la turbomachine, et une direction tangentielle est orthogonale à une direction radiale et une direction axiale.
Dans le mode de réalisation représenté en figure 2, la turbomachine est une turbomachine à double flux comportant en outre une soufflante 1, logée dans le carter de soufflante 2, et mobile en rotation autour d'un axe longitudinal X, une virole interne 31 configurée pour délimiter une veine primaire 4 d'un flux de gaz primaire de la turbomachine, la virole 32 et le carter de soufflante 2 délimitant une veine dite secondaire d'écoulement d'un flux d'air propulsé par la soufflante 1.
Dans le mode de réalisation représenté, la virole 32 se situe dans le prolongement amont du carter 3 de la turbomachine.
Dans d'autres modes de réalisation, la virole 32 peut faire partie du carter 3, et ainsi former la portion amont du carter 3.
La virole 32 et la virole interne 31 peuvent ne former qu'une pièce et former le bord d'attaque du carter 3.
Dans le mode de réalisation représenté en figure 3, chaque aube 7 comprend un bord d'attaque 9, un bord de fuite 12 opposé au bord d'attaque 9, et des parois d'intrados 11 et d'extrados 10 reliant le bord d'attaque 9 au bord de fuite 12, et le canal d'écoulement 13 présente, d'amont en aval dans le sens d'écoulement des fluides,
- une section d'entrée 14a s'étendant de la première aube 7a à la deuxième aube 7b en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et tangente au bord d'attaque 9 de l'une des aubes 7,
- une section d'éjection 14b s'étendant de la première aube 7a à la deuxième aube 7b en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement, et
- une section de sortie 14c s'étendant de la première aube 7a à la deuxième aube 7b en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et tangente au bord de fuite 12 d'au moins l'une des aubes 7.
La section d'entrée 14a, la section d'éjection 14b et la section de sortie 14c s'étendant respectivement de la limite radialement intérieure à la limite radialement extérieure des aubes 7.
La section d'entrée 14a correspond ainsi à une section radiale du canal 13 d'écoulement qui coïncide avec le bord d'attaque 9 de la deuxième aube 7b, et la section d'éjection 14b correspond à une section radiale
s'étendant en aval de la section d'entrée 14a.
La section d'éjection 14b présente une surface inférieure à une surface de la section d'entrée 14a et inférieure à une surface de la section de sortie 14c.
Cette diminution de section du canal d'écoulement 13 permet d'accélérer le flux secondaire lorsqu'il circule dans le redresseur 6.
Le canal d'écoulement 13 présente une section radiale 14 qui est définie comme un plan virtuel s'étendant de la paroi extrados 10a de la première aube 7a à la paroi intrados 11b de la deuxième aube 7b en étant normal à une direction moyenne de l'écoulement au niveau d'une ligne de courant centrale F et s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'axe longitudinal X.
Il est entendu par ligne de courant centrale la ligne de courant située à équidistance de la première aube 7a et de la deuxième aube 7b. La section radiale 14 du canal d'écoulement 13 présente une surface qui diminue progressivement entre la section d'entrée 14a et la section d'éjection 14b.
Plus précisément la section radiale 14 présente une largeur L définie comme une distance entre l'extrados 10a de la première aube 7a et l'intrados 11b de la deuxième aube 7b pour une distance à l'axe X constante, et dans lequel la largeur de la section radiale 14 est
décroissante suivant la circulation de l'écoulement dans le canal d'écoulement 13 entre la section d'entrée 14a et la section d'éjection 14b. Dit autrement, la paroi extrados 10a de la première aube 7a et la paroi intrados 11b de la deuxième aube 7b sont de plus en plus proches l'une de l'autre, pour une distance à l'axe X donnée, au fur et à mesure que le flux circule d'amont en aval dans le canal d'écoulement 13.
Cela permet de faire diminuer la surface de la section radiale 14, ce qui permet d'engendrer une accélération du flux.
Cela permet notamment de faire diminuer la surface de la section radiale 14 tout en évitant des variations fortes du profil du carter de soufflante 2 et de la virole extérieure 32, de sorte que les perturbations et éventuels décollements aérodynamiques pouvant être engendrés par de telles variations sont évités.
Dans le mode de réalisation représenté, une section radiale 14 présente une forme comparable à une portion angulaire d'un disque et présente une dimension dans une direction transversale et une dimension dans une direction radiale.
Dans la direction transversale, la section radiale 14 est délimitée par la première aube 7a et la deuxième aube 7b.
La distance séparant la première aube 7a et la deuxième aube 7b, la largeur L, est fonction de la distance à l'axe X de la turbomachine à laquelle la largeur L considérée. En effet la distance entre la première aube 7a et la deuxième aube 7b est croissante avec la distance à l'axe X.
Il en résulte que la largeur d'une section radiale 14 est fonction du rayon ou d'une distance à l'axe X de la turbomachine, et augmente en fonction de la distance à l'axe X de la turbomachine. Dans une direction radiale, la section radiale 14 est délimitée radialement intérieurement par la virole extérieure 32 et s'étend sur toute la hauteur d'une aube 7.
La section radiale 14 présente une limite radialement intérieure et une limite radialement extérieure formant chacune sensiblement un arc de cercle.
En déplaçant la section radiale 14 d'amont vers l'aval, la largeur L diminue, et optionnellement la dimension dans la direction radiale diminue également.
Ainsi, la diminution de la section d'écoulement 14 entraîne une détente et donc une accélération du flux secondaire.
Plus précisément, l'intrados lia de la première aube 7a et l'extrados 10b de la deuxième aube 7b sont donc configurés pour que la largeur L d'une section radiale 14, pour une distance à l'axe X de la turbomachine donnée, décroisse au fur et à mesure du déplacement du flux vers l'aval.
Si on considère une section radiale 14 située en aval de la section d'entrée 14a, la largeur L de la section radiale 14 sera inférieure à la largeur de la section d'entrée 14a.
Il est évident que pour comparer la largeur de la section d'entrée 14a et la largeur L de la section radiale 14, il faut que ces deux valeurs soient exprimées pour un même rayon.
Cette largeur L peut optionnellement être la longueur d'un segment de droite joignant à mi-hauteur la première aube 7b et la deuxième aube 7a. Avantageusement, pour chaque section radiale 14 entre la section d'entrée 14a et la section d'éjection 14b, la longueur du segment de droite joignant à mi-hauteur la première aube 7b et la deuxième aube 7a diminue progressivement entre la section d'entrée 14a et la section d'éjection 14b.
La section d'éjection 14b présente la surface minimale pour une section radiale 14.
Dans le mode de réalisation représenté, la largeur L d'une section radiale 14 diminue en se déplaçant d'amont vers l'aval jusqu'à un plan médian 15, le plan médian 15 comportant donc la section d'éjection 14b. Dans le mode de réalisation représenté, le plan médian 15 est normal à l'axe X de la turbomachine, et délimite le canal d'écoulement 13 en deux parties, une portion amont ou d'admission 16 et une portion aval ou d'éjection 17.
Si la section radiale 14 est située dans la portion d'admission 16, la dimension transversale de la section radiale 14 est inférieure à la dimension transversale de la section d'entrée 14a et supérieure à la dimension transversale de la section d'éjection 14b.
Dit autrement, dans la portion d'admission 16, le canal d'écoulement 13 est convergent, la section radiale 14 présentant une surface décroissante d'amont vers l'aval.
Cela provoque une détente du flux traversant le canal d'écoulement 13, et incidemment une accélération du flux.
La portion d'admission 16 du canal d'écoulement 13 est configurée pour réaliser le travail de modification de la direction d'écoulement et de l'accélération du flux.
Le canal d'écoulement 13 présente donc une section d'entrée 14a définissant un plan normal (ou orthogonal) à la direction d'écoulement du flux détourné par la soufflante, ce plan n'étant donc pas normal à l'axe X de la turbomachine, et une section d'éjection 14b définissant un plan normal à l'axe X de la turbomachine. Cela permet d'éjecter un flux circulant dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de la
turbomachine.
Dit autrement, la portion d'admission 16 redresse le flux tout en le détendant et en l’accélérant jusqu'à l'éjection au niveau du plan médian 15.
La portion d'éjection 17 est configurée pour minimiser la traînée
aérodynamique du redresseur 6.
L’angle d'incidence du profil par rapport au flux est faible de manière à éviter le décollement du flux d’air, tout en ayant une longueur la plus courte possible pour minimiser les frottements visqueux. Une partie de la portion d'éjection 17 est située en aval du bord de fuite 8 du carter de soufflante 2. Ainsi, cela permet de ralentir le flux dans la portion d'éjection 17 jusqu'à la vitesse de vol.
Plus spécifiquement, en aval du plan médian 15 le profil des aubes 7 est configuré pour minimiser la traînée de chaque aube 7, les aubes 7 s'étendant donc axialement jusqu'à leur bord de fuite 12.
La section d'une aube 7 en aval du plan médian 15, plus particulièrement sa dimension dans la direction tangentielle, diminue vers l'aval jusqu'à son bord de fuite 12, la diminution de la dimension tangentielle de l'aube 7 étant configurée pour limiter les décollements aérodynamiques.
Ainsi, les flux transitant dans des canaux d'écoulement 13 situés côte à côte se rejoignent sans décollement aérodynamique.
La section du canal d'écoulement 13 augmente donc vers l'aval dans la portion d'éjection 17.
Optionnellement, les aubes 7 présentent une ligne de cambrure 71 qui peut comporter un point d'inflexion, la ligne de cambrure ou ligne moyenne étant définie en ce qu'elle s'étend du bord d'attaque 9 au bord de fuite 12 et qu'elle est à mi-distance de l’extrados 10 et de l’intrados 11. La ligne de cambrure 71 présente une inclinaison par rapport à l'axe X de la turbomachine correspondant à la giration du flux au bord d'attaque 9, et est sensiblement parallèle à l'axe moteur du plan médian 15 au bord de fuite 12.
Avantageusement, le plan médian 15, et donc la section d'éjection 14b, coïncide avec le bord de fuite 8 du carter de soufflante. La portion d'éjection 17 n'est donc pas carénée. Ainsi, la longueur du carter de soufflante 2 peut être réduite au minimum sans pénaliser le
fonctionnement de la portion d'admission 16 qui est carénée par le carter de soufflante 2, ni le fonctionnement de la portion d'éjection 17 dont le seul rôle est de réduire la traînée.
Une portion des aubes 7, notamment le bord de fuite 12, se situe alors en aval du bord de fuite 8 du carter de soufflante 2, et n'est donc pas carénée. Cela permet de minimiser la longueur du carter de soufflante 2, et de ce fait de minimiser les pertes de charge induites par le carter de soufflante 2.
Dans une variante, le carter de soufflante 2 peut se prolonger axialement au-delà du plan médian 15. Dans cette configuration, le bord de fuite 8 du carter de soufflante 2 est situé en aval du plan médian 15 et en amont des bords de fuite des aubes 12, au niveau d'un plan de carénage 18. Cette configuration permet de former un profil convergent puis divergent dans la partie carénée des canaux d'écoulement 13 (c'est à dire couverte par le carter de soufflante 2). Cela permet d'améliorer la performance en fonction du domaine de vol.
Avantageusement, chaque paire d'aubes 7 adjacentes du redresseur 6 définit un canal d'écoulement 13 configuré pour redresser et accélérer le flux simultanément, les aubes du redresseur 6 définissant ainsi une pluralité de canaux d'écoulement 13 répartis circonférentiellement.
Cela permet d'accélérer le flux de manière homogène sur toute la circonférence du redresseur 6.
Dans un tel ensemble, l'absence de tuyère formée par le carter de soufflante 2 et la virole 32 est compensée par l'effet de détente du redresseur 6, plus particulièrement par le travail de détente réalisé par la portion d'admission 16 des canaux d'écoulement 13.
Les pertes de charges sont réduites par la diminution de la longueur de le carter de soufflante 2 et le profil des aubes 7, plus particulièrement le bord de fuite 12 et le profil de la portion d'éjection 17 permettent de réduire la traînée et ainsi de limiter les décollements et les pertes de charges.
Un tel ensemble permet donc de redresser et accélérer le flux transitant dans les canaux d'écoulement 13, à la différence d'éléments de déviation de flux classiques.
Les redresseurs classiques redressent le flux et le ralentissent.
Les distributeurs classiques accélèrent le flux tout en le déviant, c'est-à- dire que le flux arrive dans le distributeur avec une direction d'écoulement sensiblement parallèle à l'axe X de la turbomachine et sort du distributeur avec une direction d'écoulement inclinée par rapport à l'axe de la turbomachine.
Les tuyères classiques forment un canal convergent qui accélère le flux sans le dévier.
En outre, le profil des aubes 7 se terminant par un bord de fuite permet d'éviter le décollement de flux à la sortie de l'ensemble.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble pour turbomachine s'étendant selon un axe (X) et
comprenant :
- une virole (32) configurée pour délimiter une veine de soufflante (5) d'un flux de gaz de ladite turbomachine,
- un carter de soufflante (2), entourant radialement la virole (32) et délimitant avec la virole (32) la veine de soufflante (5),
- un redresseur (6) comprenant une pluralité d'aubes (7) configurées pour redresser un flux secondaire circulant dans la veine de soufflante (5), dans lequel la pluralité d'aubes (7) comprend une première aube (7a) et une deuxième aube (7b) adjacente à la première aube (7a) délimitant entre elles un canal d'écoulement (13) convergent configuré pour redresser et accélérer le flux au moyen d'une section d'entrée (14a) comprise dans un plan non perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et une section de sortie comprise dans un plan (14b) perpendiculaire à l'axe (X) de la turbomachine, la première aube (7a) et la deuxième aube (7b) présentant chacune une partie aval non carénée formant un bord de fuite .
2. Ensemble pour turbomachine selon la revendication 1, dans lequel le canal d'écoulement (13) comprend d'amont en aval une portion
d'admission (16) se rétrécissant d'amont vers l'aval et une portion d'éjection (17) s'évasant d'amont vers l'aval.
3. Ensemble pour turbomachine selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première aube (7a) présente une première surface, la deuxième aube (7b) présente une deuxième surface en regard de la première surface, la première surface se rapprochant de la deuxième surface d'amont vers l'aval.
4. Ensemble pour turbomachine selon la revendication 1 à 3, dans lequel le carter de soufflante (2) s'étend autour d'un axe longitudinal (X) et comprend une extrémité aval formant bord de fuite (8), et dans lequel la portion d'éjection (17) s'étend en aval du bord de fuite (8) du carter de soufflante (2).
5. Ensemble pour turbomachine selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel une ligne de cambrure de chaque aube (7) présente un point d'inflexion.
6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque aube (7) comprend un bord d'attaque (9), un bord de fuite (12) opposé au bord d'attaque (9), et des parois d'intrados (11) et d'extrados (10) reliant le bord d'attaque (9) au bord de fuite (12), et le canal d'écoulement (13) présente, d'amont en aval dans le sens d'écoulement des fluides,
- une section d'entrée (14a) s'étendant de la première aube (7a) à la deuxième aube (7b) en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et tangente au bord d'attaque (9) de l'une des aubes (7) et présentant une première aire,
- une section d'éjection (14b) s'étendant de la première aube (7a) à la deuxième aube (7b) en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et présentant une deuxième aire, et
- une section de sortie (14c) s'étendant de la première aube (7a) à la deuxième aube (7b) en étant normale à une direction moyenne de l'écoulement et tangente au bord de fuite (12) d'au moins l'une des aubes (7) et présentant une troisième aire,
et dans lequel la première aire est supérieur à la deuxième aire, la deuxième aire étant inférieure à la troisième aire.
7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le canal d'écoulement (13) présente une section d'entrée (14a) définissant un plan normal à la direction d'écoulement du flux détourné par la soufflante, non parallèle à l'axe (X) de la turbomachine, et une section d'éjection (14b) définissant un plan normal à l'axe (X) de la turbomachine.
8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le carter de soufflante (2) se prolonge axialement au-delà du plan médian (15), le bord de fuite (8) du carter de soufflante (2) étant situé en aval du plan médian (15) et en amont des bords de fuite (12) des aubes, au niveau d'un plan de carénage (18).
9. Turbomachine comportant un ensemble pour turbomachine selon une des revendications 1 à 8.
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