EP4508311A1 - Pièce statorique à ailette dans une turbomachine - Google Patents

Pièce statorique à ailette dans une turbomachine

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EP4508311A1
EP4508311A1 EP23722616.2A EP23722616A EP4508311A1 EP 4508311 A1 EP4508311 A1 EP 4508311A1 EP 23722616 A EP23722616 A EP 23722616A EP 4508311 A1 EP4508311 A1 EP 4508311A1
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EP
European Patent Office
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fin
point
blade
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platform
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EP23722616.2A
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German (de)
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EP4508311B1 (fr
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William Henri Joseph Riera
Gabriel Jacques Victor MONDIN
Xavier Jean-Pierre OTTAVY
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Safran SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Safran SA
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Publication date
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Publication of EP4508311B1 publication Critical patent/EP4508311B1/fr
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Definitions

  • the invention relates to the stator parts of a turbomachine comprising a blade such as the flow rectifiers located downstream of a compressor and in particular the rectifiers with fixed timing.
  • turbomachine In an aircraft turbomachine, and in particular aircraft intended for the transport of passengers, it is the air propelled by a fan and combustion gases leaving the turbomachine through an exhaust nozzle which exerts a reaction thrust on the turbomachine and, through it, on the aircraft.
  • the circulation of gases through the turbomachine is influenced by rotating blades and fixed blades.
  • Fixed or stator vanes include outlet guide vanes (also known as “Outlet Guide Vane” or “OGV” in English), inlet guide vanes (also known as “Inlet Guide Vane”). » or “IGV” in English), and variable pitch vanes (also known as “Variable Stator Vane” or “VSV” in English).
  • the rectifier blades of a gas turbine aeronautical engine can each have two platforms (inner and outer) which are attached to the blade.
  • the flow of gases generally takes place between the blades in an upstream-downstream direction. It is known, however, that the blade root zone can be the site of secondary aerodynamic flows.
  • a corner separation also known under the term “corner separation” in English
  • a vortex also known as a “corner vortex” in English
  • This separation generates pressure losses as well as aerodynamic blocking. The latter is problematic in terms of operability.
  • this corner separation amplifies to the point of causing a stall of the boundary layer on the blade which can no longer ensure flow deflection.
  • An aim of the invention is to propose a stator part of a turbomachine whose geometry improves the flow of fluids compared to the prior art.
  • stator part of a turbomachine comprising:
  • each point of the intrados or respectively of the extrados defining a radial axis passing through the point, each plane comprising the radial axis defining a section of the intrados or respectively of the extrados, an angle defined in the plane between the foot profile and a tangent to the section at an intersection of the section and the foot profile being less than or equal to 45 degrees, the section being located between the foot profile and the tangent.
  • the platform is a first platform, the part comprising a second platform so as to define the flow vein between the first platform and the second platform, the vein extending radially over a height of the vein, the fin extending radially over a fin height, a ratio of the fin height to the vein height being greater than or equal to 0.01 and less than or equal to 0.25;
  • the blade comprises a leading edge and a trailing edge separated from a blade chord
  • the fin comprising a plurality of stacked profiles radially between the fin root and the fin head, each profile defining a chord between the leading edge of the fin and the trailing edge of the fin, the chord of the head profile being lower than the chord foot profile; a ratio of the head profile chord to the blade chord being greater than or equal to 0.1 and less than or equal to 0.6; a ratio of the chord of the foot profile to the blade chord being greater than or equal to 0.3 and less than or equal to 1.1;
  • each fin profile defines a maximum thickness of the profile between the intrados and the extrados in a direction perpendicular to a chord line, a ratio of the maximum thickness of the foot profile to the chord of the foot profile being greater or equal to 0.05 and less than or equal to 0.25; and a ratio of the maximum thickness of the head profile to the chord of the head profile being greater than or equal to 0.05 and less than or equal to 0.25;
  • the blade comprises an intrados facing the extrados of the fin, the fin comprising a trailing edge, the trailing edge comprising a vanishing point located on the platform, a tangent to the trailing edge at the vanishing point extending from the platform away from the axis between the blade and a radial leakage plane passing through the axis and the leakage point;
  • the trailing edge includes a point of asymmetry so that for any current point of the trailing edge located between the point of asymmetry and the vanishing point, a tangent to the trailing edge at the current point extends from the edge leakage moving away from the axis between the blade and a radial leakage plane passing through the axis and the current point;
  • the invention also relates to a turbomachine comprising a stator part as has just been presented and to an aircraft comprising such a turbomachine.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a turbomachine
  • FIG. 2 is a schematic representation of a stator part according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a schematic sectional view in a plane perpendicular to a radial axis of the turbomachine of a stator part according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic sectional view in a plane perpendicular to the axis of the turbomachine of a stator part according to the first embodiment.
  • a turbomachine is represented schematically, more specifically a dual flow axial turbojet 1.
  • the turbojet 1 illustrated extends along an axis A and successively comprises, in the direction of flow of the gases in the turbomachine, a fan 2, a compression section which may include a low pressure compressor 3 and a high pressure compressor 4, a combustion chamber 5, and a turbine section which may include a high pressure turbine 6, a low pressure turbine 7 and an exhaust nozzle.
  • blower 2 and the low pressure compressor 3 are driven in rotation by the low pressure turbine 7 via a first transmission shaft 9, while the high pressure compressor 4 is driven in rotation by the high pressure turbine 6 by via a second transmission shaft 10.
  • a flow of air compressed by the low and high pressure compressors 3 and 4 feeds combustion in the combustion chamber 5, the expansion of the combustion gases drives the high and low pressure turbines 6, 7.
  • air propelled by the fan 2 and the combustion gases leaving the turbojet 1 through an exhaust nozzle downstream of the turbines 6, 7 exert a reaction thrust on the turbojet 1 and, through it, on a vehicle or machine such than an aircraft (not shown).
  • the turbomachine Downstream of the fan or a compression stage, the turbomachine may include a stage of straightening blades.
  • a stage of straightening blades may include a stator part 20 as presented with reference to Figure 2.
  • the stator part 20, or the set 20 of stator parts if it is not in one piece, has at least one blade 24, 26 and a platform 22 from which the blade 24, 26 extends.
  • the stator part can for example include two adjacent blades 24, 26 which extend from the platform 22.
  • the term "platform” here designates any element of the turbomachine from which blades 24, 26 are capable of being mounted.
  • the platform can in particular be a hub or a casing which surrounds the axis of the turbomachine.
  • the platform may have a cylindrical surface at a constant radial distance from the axis A of the turbomachine.
  • Platform 22 has an internal wall or an external wall against which the air circulates, that is to say that the platform 22 defines a wall of a gas flow vein.
  • the blades 24, 26 extend from the platform 22 in the vein either radially outwards moving away from the axis of the turbomachine A or radially inwards approaching the axis of the turbomachine A.
  • Figure 2 is a schematic representation of the stator part 20 in perspective.
  • Axis A of the turbomachine is shown oriented positively in the direction of gas flows in the turbomachine.
  • Figure 2 also represents a radial axis r and a circumferential axis 0 passing through a point 34 of the platform 22.
  • a radial axis r which is perpendicular to the axis A of the turbomachine and which passes through the point and the axis A of the turbomachine.
  • the radial axis is positively oriented in the direction away from axis A of the turbomachine.
  • circumferential axis 0 which passes through the point and which is perpendicular to the radial axis r and to the axis A of the turbomachine.
  • the circumferential axis is positively oriented in the direction away from axis A of the turbomachine.
  • the blades 24, 26 extend radially from the platform 22 moving away from the axis of the turbomachine, but the invention is not limited to this situation alone.
  • Figure 3 is a schematic representation of the stator part 20 in a circumferential plane passing through the platform 22, a circumferential plane which is at a constant distance from the axis A of the turbomachine.
  • a circumferential plane parallel to the axis A of the turbomachine makes it possible to define a section of the blades 24, 26
  • the direction of axis A is given in Figure 3 by the axis x whose orientation is the direction of gas flow.
  • the radial axis r is perpendicular to the plane of Figure 3 and directed towards the reader of Figure 3.
  • Axis 0 corresponds to the circumferential direction perpendicular simultaneously to axis A and the radial axis.
  • the blades 24 and 26 each have an intrados 624, 126 and an extrados 124, 626.
  • the blades 24 and 26 each include a leading edge 224, 226 on the upstream side and a trailing edge 324, 326 on the downstream side.
  • upstream and downstream are defined in relation to the general flow of gases through the turbomachine which takes place from upstream to downstream in the direction and direction of the axis A of the turbomachine.
  • each blade has a camber line 43, 41 which is the curve equal to the average between the curve of the upper surface and the curve of the lower surface. More precisely, the camber line is formed by all points located equidistant from the extrados and the intrados. The distance from a particular point to the extrados (or intrados) is defined here as the minimum distance between the particular point and a point on the extrados (or intrados).
  • the stator part 20 also includes a fin 28 which extends from the platform 22 in the same direction and the same direction of extension as the blade(s) 24, 26.
  • the fin 28 extends in the vein radially relative to axis A of the turbomachine from platform 22.
  • the fin 28 includes an upper surface 50 which faces the lower surface 126 of the blade 26.
  • the fin 28 is located between the blades 24 and 26. More precisely, the fin 28 is located opposite the upper surface 124 of the first blade 24 and the lower surface 126 of the second blade 26.
  • the fin 28 comprises an intrados 48 which faces the extrados 124 of the first blade and an extrados 50 which faces the intrados 126 of the second blade 26.
  • the leading edge 30 comprises an attack point 34 located on the platform 22.
  • the attack point 34 corresponds to the intersection of the leading edge 30 and the platform 22.
  • a radial plane of attack is defined Pa which passes through axis A of the turbomachine and point of attack 34.
  • Any radial plane includes the axis A of the turbomachine.
  • the trailing edge 32 includes a vanishing point 36 located on the platform 22.
  • the vanishing point 36 corresponds to the intersection of the trailing edge 32 and the platform 22.
  • a radial plane of leakage Pf is defined which passes through the axis A of the turbomachine and the leak point 36.
  • Figure 4 is a schematic representation in a Pr plane of certain parameters of the fin profile.
  • Each point 100 of the lower surface 48 of the fin 28 or respectively of the upper surface 50 of the fin 28 defines a radial axis Ar passing through the point 100.
  • the radial axis is orthogonal to the central axis A of the turbomachine and passes through the central axis A of the turbomachine.
  • Each plane Pr comprising the radial axis Ar defines a section S of the lower surface 48 or respectively the upper surface 50.
  • the plane Pr is defined by the direction of the radial axis Ar and any other direction of the plane such as the circumferential direction, the direction of the central axis A of the turbomachine, or another direction.
  • the plane Pr can be a radial plane or not.
  • this plane Pr we define a cutting plane of the intrados 48 if the point 100 belongs to the intrados 48, or a cutting plane of the extrados 50 if the point 100 belongs to the extrados 50.
  • the cutting plane then defines a section of the intrados 48 or the extrados 50.
  • the section S passes through the point 100 and through a point at the intersection 104 of the foot profile 44 and the intrados 48 or the extrados 50. This point is also at the intersection 104 of the section S and the foot profile 44.
  • This angle 106 is less than or equal to 45 degrees.
  • the section S is located between the foot profile 44 and the tangent T, that is to say that each point of the section S defines a radial axis and on this radial axis this point is located between a point of the foot profile 44 and a point of the tangent T.
  • any section S as defined above is located between the platform 22 and a tangent T as presented above.
  • the tangent is relatively close to the platform, in relation to the value of angle 106, the fin has a compact and pyramidal shape. This form allows you to act on:
  • the upstream part of the fin has a relatively gentle slope relative to the platform 22. This reduces the risk of aerodynamic blockage even when this upstream part is located in the region of the smallest section of the vein most subject to the blocking. This is particularly advantageous at high Mach where too much solid blocking can induce shock waves.
  • the slow evolution of the height makes it possible to avoid causing the first part of the flow to take off: the gases follow the lower surface of the fin and are thus guided to the trailing edge of the fin. Guiding this first part of the passage flow can locally cancel the transverse pressure gradient, which limits the stalling of the stator blades.
  • point 100 is on the leading edge 30 or on the trailing edge 32 of the fin 28, point 100 is part of both the lower surface 48 and both of the extrados 50. The characteristics presented above are then verified for the intrados and for the extrados.
  • Figure 4 represents the situation where the section S includes a point common to the head profile 46, but this is not necessarily the case.
  • the platform 22 as described so far defines an interior radial or respectively exterior radial wall of the gas flow vein.
  • stator part 20 When the stator part 20 corresponds to a streamlined architecture, it comprises a second platform located radially opposite the first platform 22, this second platform defining the outer radial wall or respectively inner radial wall of the gas flow path.
  • the gas flow vein therefore passes radially between the first platform 22 and the second platform, the vein extending radially over a certain height of the vein designated by the reference Hv in Figure 4.
  • stator part 20 When the stator part 20 corresponds to a non-streamlined architecture, it only includes a single platform 22 defining the interior radial wall of the gas flow path.
  • the vein extends radially over a certain vein height defined by the height of the blades of the stator part 20, blades which project radially from the platform 20 towards the outside.
  • the fin 28 extends radially over a fin height Ha indicated in Figure 4.
  • a ratio of the fin height to the vein height being greater than or equal to 0.01 and less than or equal to 0.25.
  • the fin described above may remain relatively small in height so as not to block the flow in the vein.
  • Circumferential distance fin - first blade The first blade 24 and the second blade 26 are separated in a circumferential direction by a pitch 42.
  • the pitch 42 which separates the blades is an angle separating a radial direction of the first blade 24 and a radial direction of the second blade 26.
  • the pitch is fixed by the total number of blades playing the same role and having the same axial position as the blades 24 and 26 and which are located all around the axis A of the turbomachine.
  • the distance separating the first blade 24 and the second blade is given by this angle and the radius at axis A at which we wish to evaluate this distance.
  • the angular separation of the first blade 24 and the fin 28 in the circumferential direction can be freely chosen less than or equal to the angular pitch 42.
  • the fin can be located between the first blade and the second blade at any distance from the first blade.
  • the first blade 24 defines a blade chord 424 between its leading edge 224 and its trailing edge 324.
  • the fin 28 can be modeled or represented as a stack of profiles in a radial direction between a fin base 44 and a fin head 46.
  • the fin base 44 is located on the platform 22 and corresponds to the intersection of the fin 28 and the platform 22.
  • the fin head is located at a distance from the platform 22 in the gas flow path.
  • Each fin profile extends in a circumferential plane parallel to the axis A of the turbomachine, like a section of the fin made in this circumferential plane at constant radius or constant distance from the axis A, circumferential plane which can be qualified as a cutting plane.
  • each fin profile defines a fin chord 54 between the leading edge 30 of the fin and the trailing edge 32 of the fin. More precisely, the fin chord 54 is defined between on the one hand a first point at the intersection of the leading edge 30 and the cutting plane and on the other hand a second point at the intersection of the trailing edge 32 and the cutting plane.
  • the fin chord designates the length of the segment connecting the first point and the second point.
  • the chord line designates the segment connecting the first point and the second.
  • Each fin profile also defines a maximum thickness 52 between the lower surface 48 of the fin and the upper surface 50 of the fin in a direction perpendicular to the chord line.
  • Each fin profile makes it possible to define a camber line which is the curve equal to the average between the curve of the upper surface 50 of the fin and the curve of the lower surface 48 of the fin. More precisely, in a given profile of the fin the camber line is formed of all the points located at equal distance between on the one hand the intersection of the extrados 50 and the cutting plane and on the other hand the intersection of the intrados 48 and the cutting plane.
  • the camber line of the fin can be chosen close to the camber line of the first blade 24.
  • chord of the head profile is lower than the chord of the foot profile
  • a ratio of the head profile chord to the blade chord is greater than or equal to 0.1 and less than or equal to 0.6;
  • a ratio of the chord of the foot profile to the chord of the blade is greater than or equal to 0.3 and less than or equal to 1.1.
  • the root profile chord is then relatively large, which allows blocking of the passage flow over a large part of the chord length of the blade.
  • a third optional variant of the most general embodiment and/or its variants comprises the following two characteristics:
  • a ratio of the maximum thickness of the foot profile to the chord of the foot profile is greater than or equal to 0.05 and less than or equal to 0.25;
  • the fin is then relatively thick, which facilitates its manufacture and its mechanical strength, particularly in the event of ingestion of particles or foreign bodies by the engine.
  • a metal blade attack angle as the angle between the tangent to the camber line at the leading edge of the blade and the axis A of the turbomachine, the angle being oriented from the axis A towards the tangent
  • a metal blade trailing angle as the angle between the tangent to the camber line at the trailing edge of the blade and the axis A, the angle being oriented from the axis A towards the tangent
  • a metal blade attack angle such as the angle between the tangent 61 to the camber line at the leading edge of the fin and the axis A of the turbomachine, the angle being oriented from the axis A towards the tangent 61, and
  • a metal fin trailing angle as the angle between the tangent 63 to the camber line at the trailing edge of the fin and the axis A, the angle being oriented from the axis A towards the tangent 63 .
  • each fin point is associated with a reference point of a camber line 43 of a profile of the first blade 24, the reference point presenting the axial position and the radial position of the fin point.
  • the fins described in this invention have metal angles close to the local camber angle at the leading edge and the trailing edge of the head profile and the foot profile. More precisely :
  • the angle formed by a first tangent to the camber line of the fin head profile at the leading edge 30 and by a second tangent to the camber line of the profile of the first blade at the reference point associated with the edge d the attack of the fin head profile is less than or equal in absolute value to 10 degrees;
  • the angle formed by a third tangent to the camber line of the fin head profile at the trailing edge 32 and a fourth tangent to the line camber of the profile of the first blade at the reference point associated with the trailing edge of the fin head profile is less than or equal in absolute value to 10 degrees;
  • the angle formed by a seventh tangent to the camber line of the fin root profile at the vanishing point 36 and an eighth tangent to the camber line of the profile of the first blade at the reference point associated with the vanishing point 36 is less than or equal in absolute value to 10 degrees.
  • the head profile and the root profile then present a metallic angle at the trailing edge whose value is close to the local camber of the blades. In this way the fin guides the flow at the trailing edge like the blades.
  • the mid-chord point is located equidistant from the leading edge 30 of the fin and the trailing edge 32 of the fin.
  • the axial coordinate of the mid-chord point can be chosen greater than or equal to an axial position of the leading edge 224 of the first blade and less than or equal to a sum of the axial position of the leading edge of the first blade and of the blade chord 424.
  • the root profile of the fin is positioned axially in relation to the head profile thanks to the law of stacking of the fin which gives the relative positioning of the fin head profile in relation to the root profile of the fin. 'fin.
  • the mid-chord point is chosen as the positioning reference for each profile of the stack.
  • Two axes are defined:
  • first axis “t” directed in the direction of the chord of the foot profile and oriented in the same direction as axis A of the turbomachine from upstream to downstream; - a second axis “n” perpendicular to the first axis “t” and oriented in the same direction as the circumferential axis 0 of the first blade 24 towards the second blade 26.
  • an arrow angle (also known by the English term “sweep") which is the angle between the "t" axis, and a direction defined by the mid-chord point of the foot profile and the point at mid-chord of head profile;
  • n a dihedral angle (also known by the English term “lean") which is the angle between the "n” axis, and the direction defined by the mid-chord point of the foot profile and the point at mid-chord of the head profile.
  • the arrow and dihedral angles as just defined take values greater than or equal to - 10 degrees and less than or equal to + 10 degrees. These angles are sufficiently small for us to consider the axial position of the fin well described by an axial coordinate 78 of a mid-chord point 76 of a fin profile.
  • a second embodiment depending on the most general mode or its first variant comprises the following characteristic.
  • the fin 28 has a tangent to the trailing edge 32 at the vanishing point 36 which extends in the vein from the platform 22 between the second blade 26 and the radial trailing plane Pf.
  • the edge trailing edge 32 is inclined at the vanishing point 36 towards the second blade 26. It should be noted that moreover this tangent to the trailing edge can have a non-zero projection along the axis A of the turbomachine
  • the inclination towards the second blade on the trailing edge side allows a dihedral effect at the trailing edge which blocks the passage flow more effectively. This prevents the passage flow coming from the second blade 26 from going up the upper surface of the fin 28 and passing beyond the fin to reach the lower surface of the first blade 24.
  • the fin is therefore "lying" on the trailing edge side so as to present a wall leaning towards the intrados of the second blade 26. This is the positive dihedral effect.
  • the passing flow is then strongly pushed towards the lower surface of the second blade 26.
  • the fin can have a trailing edge 32 which is straight and therefore coincides with the tangent to the trailing edge 32 at the vanishing point 36.
  • the fin 28 may comprise a point of asymmetry and the following characteristic: at any current point of the trailing edge located between this point of asymmetry and the vanishing point 36, the tangent to the trailing edge which extends in the vein from the platform 22 is located between the second blade 26 and a radial plane passing the current point. In other words in a radial plane passing through the current point, the trailing edge moving away from the current point towards the point of asymmetry approaches the second blade 26. Formulated differently again, the trailing edge 32 is inclined between the leakage point 36 and the point of asymmetry towards the second blade 26.
  • the trailing edge upstream of the point of asymmetry can be symmetrical, that is to say that each tangent to the trailing edge is contained in a radial plane which includes the axis of the turbomachine.
  • the leading edge can also be symmetrical, that is to say that each tangent to the leading edge is contained in a radial plane which includes the axis of the turbomachine.
  • the fin can be described as symmetrical upstream of the point of asymmetry and asymmetrical downstream.
  • this point of asymmetry can be a first point of asymmetry and the fin can include a second point of asymmetry including this time on the leading edge.
  • the tangent to the leading edge which extends in the vein from the leading edge is between the second blade 26 and the radial plane passing through the current point.
  • the trailing edge moving away from the current point towards the head profile approaches the second blade 26.
  • the leading edge 30 is inclined between the second point of asymmetry and the head profile towards the second blade 26
  • the fin can then be described as symmetrical upstream of the second point of asymmetry and asymmetrical downstream.
  • the second point of asymmetry can be the point of attack 34 at which the entire fin can be described as asymmetrical.

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Abstract

Pièce statorique (20) d'une turbomachine comprenant une plateforme (22), une pale (24, 26) s'étendant radialement par rapport à un axe central (A), et une ailette (28) s'étendant radialement depuis un pied d'ailette (44) jusqu'à une tête d'ailette (46), l'ailette comprenant un intrados (48) et un extrados (50), chaque point (100) de l'intrados ou respectivement de l'extrados définissant un axe radial (Ar) passant par le point, chaque plan (Pr) comprenant l'axe radial définissant une section (S) de l'intrados ou respectivement de l'extrados, un angle défini dans le plan entre le profil de pied et une tangente à la section à une intersection (104) de la section et du profil de pied étant inférieur ou égal à 45 degrés, la section étant située entre le profil de pied et la tangente.

Description

Pièce statorique à ailette dans une turbomachine
DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention concerne les pièces statoriques d’une turbomachine comprenant une pale comme les redresseurs de flux situés en aval d’un compresseur et en particulier les redresseurs à calage fixe.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans une turbomachine d’aéronef, et en particulier les aéronefs destinés au transport de passagers, c’est l'air propulsé par une soufflante et des gaz de combustion sortant de la turbomachine à travers une tuyère d’échappement qui exerce une poussée de réaction sur la turbomachine et, à travers elle, sur l’aéronef. La circulation des gaz à travers la turbomachine est influencée par des aubages en rotation et des aubages fixes. Les aubages fixes ou statoriques comptent notamment des aubes directrices de sortie (connu également sous le terme de « Outlet Guide Vane» ou « OGV >> en anglais), les aubes directrices d'entrée (connu également sous le terme de « Inlet Guide Vane» ou « IGV » en anglais), et les aubes à calage variable (connu également sous le terme de « Variable Stator Vane» ou « VSV » en anglais). Les aubes de redresseur d'un moteur aéronautique à turbine à gaz peuvent présenter chacune deux plateformes (intérieure et extérieure) qui sont rapportées sur l'aubage. Il existe également des architectures non carénées comprenant des aubes de redresseur qui ne présentent qu’une seule plateforme intérieure. Dans tous les cas, ces aubes de redresseur forment des rangées d'aubes fixes qui permettent de guider le flux gazeux traversant le moteur selon une vitesse et un angle appropriés.
Au sein d’un redresseur de flux comprenant une pluralité de pales fixes, l’écoulement des gaz s’effectue globalement entre les pales selon un sens amont-aval. Il est connu cependant que la zone du pied de pale peut être le siège d'écoulements aérodynamiques secondaires.
Pour chaque couple de pales en regard l’une de l’autre, un gradient de pression entre la face en pression (intrados) de la première pale et la face en dépression (extrados) de la deuxième pale génère un écoulement de passage (connu également sous le terme de « crossflow » en anglais) qui transporte les gaz vers l’extrados.
En extrémité de pale, c’est-à-dire à la jonction entre l’aubage et le moyeu ou entre l’aubage et le carter, un décollement de coin (connu également sous le terme de « corner separation » en anglais) et un tourbillon (connu également sous le terme de « corner vortex » en anglais) peuvent se produire. Ce décollement génère des pertes de pression ainsi qu’un blocage aérodynamique. Ce dernier est problématique en termes d’opérabilité. Pour des incidences élevées du flux arrivant sur le redresseur, c’est-à-dire lorsque la direction d’écoulement des gaz en amont du redresseur fait un angle important avec une direction du bord d’attaque de la pale, ce décollement de coin s’amplifie jusqu’à provoquer un décrochage de la couche limite sur la pale qui ne peut plus assurer la déviation de l’écoulement.
Il y a donc un besoin pour une nouvelle géométrie permettant de corriger ces problèmes et d'améliorer les performances en termes de rendement des équipements notamment à forte incidence du flux entrant dans le redresseur.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de proposer une pièce statorique d’une turbomachine dont la géométrie améliore l’écoulement des fluides par rapport à l’art antérieur.
Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à une pièce statorique d’une turbomachine comprenant :
- une plateforme définissant une paroi d’une veine d’écoulement de gaz,
- une pale s’étendant radialement par rapport à un axe central de la turbomachine depuis la plateforme, et
- une ailette s’étendant dans la veine radialement depuis un pied d’ailette situé sur la plateforme jusqu’à une tête d’ailette, l’ailette comprenant un intrados et un extrados situés radialement entre le pied d’ailette et la tête d’ailette, chaque point de l’intrados ou respectivement de l’extrados définissant un axe radial passant par le point, chaque plan comprenant l’axe radial définissant une section de l’intrados ou respectivement de l’extrados, un angle défini dans le plan entre le profil de pied et une tangente à la section à une intersection de la section et du profil de pied étant inférieur ou égal à 45 degrés, la section étant située entre le profil de pied et la tangente.
Une telle pièce statorique est avantageusement et optionnellement complétée par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
- la plateforme est une première plateforme, la pièce comprenant une deuxième plateforme de sorte à définir la veine d’écoulement entre la première plateforme et la deuxième plateforme, la veine s’étendant radialement sur une hauteur de veine, l’ailette s’étendant radialement sur une hauteur d’ailette, un rapport de la hauteur d’ailette sur la hauteur de veine étant supérieur ou égal à 0,01 et inférieur ou égal à 0,25 ;
- la pale comprend un bord d’attaque et un bord de fuite séparés d’une corde de pale, l'ailette comprenant une pluralité de profils empilés radialement entre le pied d’ailette et la tête d’ailette, chaque profil définissant une corde entre le bord d’attaque de l’ailette et le bord de fuite de l’ailette, la corde du profil de tête étant inférieure à la corde du profil de pied ; un rapport de la corde du profil de tête sur la corde de pale étant supérieur ou égal à 0,1 et inférieur ou égal à 0,6 ; un rapport de la corde du profil de pied sur la corde de pale étant supérieur ou égal à 0,3 et inférieur ou égal à 1 ,1 ;
- chaque profil d’ailette définit une épaisseur maximale du profil entre l’intrados et l’extrados dans une direction perpendiculaire à une ligne de corde, un rapport de l’épaisseur maximale du profil de pied sur la corde du profil de pied étant supérieur ou égal à 0,05 et inférieur ou égal à 0,25 ; et un rapport de l’épaisseur maximale du profil de tête sur la corde du profil de tête étant supérieur ou égal à 0,05 et inférieur ou égal à 0,25 ;
- la pale comprend un intrados en regard de l’extrados de l’ailette, l’ailette comprenant un bord de fuite, le bord de fuite comprenant un point de fuite situé sur la plateforme, une tangente au bord de fuite au point de fuite s’étendant depuis la plateforme en s’éloignant de l’axe entre la pale et un plan radial de fuite passant par l’axe et le point de fuite ;
- le bord de fuite comprend un point d’asymétrie de sorte que pour tout point courant du bord de fuite situé entre le point d’asymétrie et le point de fuite, une tangente au bord de fuite au point courant s’étend depuis le bord de fuite en s’éloignant de l’axe entre la pale et un plan radial de fuite passant par l’axe et le point courant ;
L’invention porte également sur une turbomachine comprenant une pièce statorique telle qu’on vient de la présenter et sur un aéronef comprenant une telle turbomachine.
DESCRIPTION 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 dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d’une turbomachine ;
- la figure 2 est une représentation schématique d’une pièce statorique selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 3 est une vue schématique en section dans un plan perpendiculaire à un axe radial de la turbomachine d’une pièce statorique selon le premier mode de réalisation ;
- la figure 4 est une vue schématique en section dans un plan perpendiculaire à l’axe de la turbomachine d’une pièce statorique selon le premier mode de réalisation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Turbomachine
En référence à la figure 1 , une turbomachine est représentée de manière schématique, plus spécifiquement un turboréacteur axial 1 à double flux. Le turboréacteur 1 illustré s’étend selon un axe A et comporte successivement, dans le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, une soufflante 2, une section de compression pouvant comprendre un compresseur basse pression 3 et un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, et une section de turbine pouvant comprendre une turbine haute pression 6 une turbine basse pression 7 et une tuyère d’échappement.
La soufflante 2 et le compresseur basse pression 3 sont entraînés en rotation par la turbine basse pression 7 par l’intermédiaire d’un premier arbre de transmission 9, tandis que le compresseur haute pression 4 est entraîné en rotation par la turbine haute pression 6 par l’intermédiaire d’un deuxième arbre de transmission 10.
En fonctionnement, un écoulement d'air comprimé par les compresseurs basse et haute pression 3 et 4 alimente une combustion dans la chambre de combustion 5, dont l'expansion des gaz de combustion entraîne les turbines haute et basse pression 6, 7. L'air propulsé par la soufflante 2 et les gaz de combustion sortant du turboréacteur 1 à travers une tuyère d’échappement en aval des turbines 6, 7 exercent une poussée de réaction sur le turboréacteur 1 et, à travers lui, sur un véhicule ou engin tel qu'un aéronef (non illustré).
Pièce statorique
En aval de la soufflante ou d’un étage de compression, la turbomachine peut comprendre un étage d’aubes de redressement. Un tel étage d’aubes de redressement peut comprendre une pièce statorique 20 comme présentée en référence à la figure 2.
La pièce statorique 20, ou l’ensemble 20 de pièces statoriques si elle n'est pas monobloc, présente au moins une pale 24, 26 et une plateforme 22 à partir de laquelle s'étend la pale 24, 26. La pièce statorique peut par exemple comprendre deux pales adjacentes 24, 26 qui s’étendent à partir de la plateforme 22.
Le terme "plateforme" désigne ici tout élément de la turbomachine à partir duquel des pales 24, 26 sont aptes à être montées. La plateforme peut être en particulier un moyeu ou un carter qui entoure l’axe de la turbomachine. La plateforme peut présenter une surface cylindrique à distance radiale constante à l’axe A de la turbomachine. La plateforme 22 présente une paroi interne ou bien une paroi externe contre laquelle l'air circule, c’est à dire que la plateforme 22 définit une paroi d’une veine d’écoulement de gaz. Les pales 24, 26 s’étendent à partir de la plateforme 22 dans la veine soit radialement vers l’extérieur en s’éloignant de l’axe de la turbomachine A soit radialement vers l’intérieur en s’approchant de l’axe de la turbomachine A.
La figure 2 est une représentation schématique de la pièce statorique 20 en perspective. L’axe A de la turbomachine y est représenté orienté de manière positive dans le sens des écoulements des gaz dans la turbomachine. La figure 2 représente également un axe radial r et un axe circonférentiel 0 passant par un point 34 de la plateforme 22. En chaque point de l’espace et par exemple en un point 34 de la plateforme 22, on peut définir un axe radial r qui est perpendiculaire à l'axe A de la turbomachine et qui passe par le point et l'axe A de la turbomachine. L’axe radial est orienté positivement dans la direction qui s’éloigne de l'axe A de la turbomachine. On peut également définir un axe circonférentiel 0 qui passe par le point et qui est perpendiculaire à l’axe radial r et à l'axe A de la turbomachine. L’axe circonférentiel est orienté positivement dans la direction qui s’éloigne de l'axe A de la turbomachine.
Dans l’exemple de la figure 2, les pales 24, 26 s’étendent radialement depuis la plateforme 22 en s’éloignant de l’axe de la turbomachine, mais l’invention n’est pas limitée à cette seule situation.
La figure 3 est une représentation schématique de la pièce statorique 20 dans un plan circonférentiel passant par la plateforme 22, plan circonférentiel qui est à une distance constante à l’axe A de la turbomachine. Un tel plan circonférentiel parallèle à l’axe A de la turbomachine permet de définir une coupe des pales 24, 26
La direction de l’axe A est donnée sur la figure 3 par l’axe x dont l’orientation est le sens d’écoulement des gaz. L’axe radial r est perpendiculaire au plan de la figure 3 et dirigé vers le lecteur de la figure 3. L’axe 0 correspond à la direction circonférentielle perpendiculaire simultanément à l’axe A et l’axe radial.
Les pales 24 et 26 présentent chacune un intrados 624, 126 et un extrados 124, 626.
Les pales 24 et 26 comprennent chacune un bord d’attaque 224, 226 côté amont et un bord de fuite 324, 326 côté aval. Les termes amont et aval sont définis en rapport avec l’écoulement général des gaz à travers la turbomachine qui s’effectue de l’amont vers l’aval dans la direction et le sens de l’axe A de la turbomachine.
Les pales définissent une corde de pale 424 qui est la longueur du segment reliant le bord d’attaque et le bord de fuite dans un plan circonférentiel à rayon constant ou à distance constante de l’axe A, plan circonférentiel qui peut être qualifié de plan de coupe. De même dans un plan de coupe circonférentiel, chaque pale présente une ligne de cambrure 43, 41 qui est la courbe égale à la moyenne entre la courbe de l’extrados et la courbe de l’intrados. Plus précisément, la ligne de cambrure est formée de tous les points situés à égale distance de l’extrados et de l’intrados. La distance d’un point particulier à l’extrados (ou de l’intrados) est définie ici comme la distance minimale entre le point particulier et un point de l’extrados (ou de l’intrados).
Ailette
La pièce statorique 20 comprend également une ailette 28 qui s’étend à partir de la plateforme 22 dans la même direction et le même sens d’extension que la ou les pales 24, 26. L’ailette 28 s’étend dans la veine radialement par rapport à l’axe A de la turbomachine depuis la plateforme 22.
L’ailette 28 comprend un extrados 50 qui est en regard de l’intrados 126 de la pale 26.
Lorsque la pièce comprend deux pales 24,26 l’ailette 28 est située entre les pales 24 et 26. Plus précisément l’ailette 28 se trouve en regard de l’extrados 124 de la première pale 24 et de l’intrados 126 de la deuxième pale 26.
L’ailette 28 comprend un intrados 48 qui est en regard de l’extrados 124 de la première pale et un extrados 50 qui est en regard de l’intrados 126 de la deuxième pale 26.
L’ailette 28 comprend un bord d’attaque 30 et un bord de fuite 32, le bord d’attaque 30 étant situé en amont du bord de fuite 32.
Le bord d’attaque 30 comprend un point d’attaque 34 situé sur la plateforme 22. Le point d’attaque 34 correspond à l’intersection du bord d’attaque 30 et de la plateforme 22. On définit un plan radial d’attaque Pa qui passe par l’axe A de la turbomachine et le point d’attaque 34.
Tout plan radial comprend l’axe A de la turbomachine.
Le bord de fuite 32 comprend un point de fuite 36 situé sur la plateforme 22. Le point de fuite 36 correspond à l’intersection du bord de fuite 32 et de la plateforme 22. On définit un plan radial de fuite Pf qui passe par l’axe A de la turbomachine et le point de fuite 36.
La figure 4 est une représentation schématique dans un plan Pr de certains paramètres du profil d’ailette.
Le mode de réalisation le plus général de l’invention correspond aux deux caractéristiques suivantes en rapport avec les figures 2 et 4.
Chaque point 100 de l’intrados 48 de l’ailette 28 ou respectivement de l’extrados 50 de l’ailette 28 définit un axe radial Ar passant par le point 100. L’axe radial est orthogonal à l’axe central A de la turbomachine et passe par l’axe central A de la turbomachine.
Chaque plan Pr comprenant l’axe radial Ar définit une section S de l’intrados 48 ou respectivement de l’extrados 50.
Le plan Pr est défini par la direction de l’axe radial Ar et une autre direction quelconque du plan comme la direction circonférentielle, la direction de l’axe central A de la turbomachine, ou une autre direction. Le plan Pr peut être un plan radial ou non.
En définissant ce plan Pr, on définit un plan de coupe de l’intrados 48 si le point 100 appartient à l’intrados 48, ou un plan de coupe de l’extrados 50 si le point 100 appartient à l’extrados 50. Le plan de coupe définit alors une section de l’intrados 48 ou de l’extrados 50. La section S passe par le point 100 et par un point à l’intersection 104 du profil de pied 44 et de l’intrados 48 ou de l’extrados 50. Ce point est également à l’intersection 104 de la section S et du profil de pied 44.
En référence à la figure 4, on définit dans le plan Pr un angle 106 entre le profil de pied 44 et une tangente T à la section S, la tangente étant construite au point à l’intersection 104.
Cet angle 106 est inférieur ou égal à 45 degrés.
Dans le plan Pr, la section S est située entre le profil de pied 44 et la tangente T, c’est-à-dire que chaque point de la section S définit un axe radial et sur cet axe radial ce point est situé entre un point du profil de pied 44 et un point de la tangente T.
Toute section S telle que définie plus haut se trouve située entre la plateforme 22 et une tangente T telle que présentée plus haut. Comme la tangente est relativement proche de la plateforme, en rapport avec la valeur de l’angle 106, l’ailette présente une forme ramassée et pyramidale. Cette forme permet d’agir sur :
- une première partie de l’écoulement de passage située en amont de l’ailette en guidant cette première partie sans décollement le long de l’intrados de l’ailette, et sur
- une deuxième partie de l’écoulement de passage qui est la plus proche de la pale dont l’intrados est en regard de l’ailette en confinant cette deuxième partie entre l’intrados de la pale et l’extrados de l’ailette.
Le décollement de coin est alors fortement réduit.
Par ailleurs, la partie amont de l’ailette présente une pente relativement douce par rapport à la plateforme 22. Cela réduit le risque de blocage aérodynamique même lorsque cette partie amont est située dans la région de plus petite section de la veine la plus sujette au blocage. Cela est notamment avantageux à haut Mach où un trop fort blocage solide peut induire des ondes de chocs. L’évolution lente de la hauteur permet de ne pas faire décoller la première partie de l’écoulement : les gaz suivent l’intrados de l’ailette et sont guidés ainsi jusqu’au bord de fuite de l’ailette. Le fait de guider cette première partie de l’écoulement de passage peut annuler localement le gradient de pression transverse, ce qui limite le décrochage des aubes de stator.
Il est à noter que si le point 100 est sur le bord d’attaque 30 ou sur le bord de fuite 32 de l’ailette 28, le point 100 fait partie à la fois de l’intrados 48 et à la fois de l’extrados 50. Les caractéristiques présentées plus haut sont alors vérifiées pour l’intrados et pour l’extrados.
La figure 4 représente la situation où la section S comprend un point commun au profil de tête 46, mais ce n’est pas nécessairement le cas.
Hauteur d’ailette
La plateforme 22 telle que décrite jusqu’à présente définit une paroi radiale intérieure ou respectivement radiale extérieure de la veine d’écoulement de gaz.
Lorsque la pièce statorique 20 correspond à une architecture carénée, elle comprend une deuxième plateforme située radialement en regard de la première plateforme 22, cette deuxième plateforme définissant la paroi radiale extérieure ou respectivement radiale intérieure de la veine d’écoulement des gaz. La veine d’écoulement des gaz passe donc radialement entre la première plateforme 22 et la deuxième plateforme, la veine s’étendant radialement sur une certaine hauteur de veine désignée par la référence Hv sur la figure 4.
Lorsque la pièce statorique 20 correspond à une architecture non carénée, elle ne comprend qu’une seule plateforme 22 définissant la paroi radiale intérieure de la veine d’écoulement des gaz. La veine s’étend radialement sur une certaine hauteur de veine définie par la hauteur des pales de la pièce statorique 20, pales qui font saillie radialement à partir de la plateforme 20 vers l’extérieur.
L’ailette 28 s’étend radialement sur une hauteur d’ailette Ha indiquée en figure 4.
Selon une première variante optionnelle du mode de réalisation le plus général, un rapport de la hauteur d’ailette sur la hauteur de veine étant supérieur ou égal à 0,01 et inférieur ou égal à 0,25.
Il peut être avantageux que l’ailette décrite précédemment reste de relative petite hauteur pour ne pas bloquer l’écoulement dans la veine.
Distance circonférentielle ailette - première pale La première pale 24 et la deuxième pale 26 sont séparées dans une direction circonférentielle d’un pas 42. Le pas 42 qui sépare les pales est un angle séparant une direction radiale de la première pale 24 et une direction radiale de la deuxième pale 26. Le pas est fixé par le nombre total de pales jouant le même rôle et présentant la même position axiale que les pales 24 et 26 et qui se trouvent tout autour de l’axe A de la turbomachine. La distance séparant la première pale 24 et la deuxième pale est donnée par cet angle et le rayon à l’axe A auquel on souhaite évaluer cette distance.
On peut également définir un angle séparant la première pale 24 et l’ailette 28 dans la direction circonférentielle soit un angle séparant une direction radiale de la première pale 24 et une direction radiale de l’ailette 28.
La séparation angulaire de la première pale 24 et de l’ailette 28 dans la direction circonférentielle peut être choisie librement inférieure ou égale au pas angulaire 42. Autrement dit l’ailette peut être située entre la première pale et la deuxième pale à toute distance de la première pale.
Profils d’ailette
Comme vu précédemment, la première pale 24 définit une corde de pale 424 entre son bord d’attaque 224 et son bord de fuite 324.
On peut modéliser ou représenter l'ailette 28 comme un empilement de profils selon une direction radiale entre un pied d’ailette 44 et une tête d’ailette 46. Le pied d’ailette 44 se trouve sur la plateforme 22 et correspond à l’intersection de l’ailette 28 et de la plateforme 22. La tête d’ailette se trouve à distance de la plateforme 22 dans la veine d’écoulement des gaz. Chaque profil d’ailette s’étend dans un plan circonférentiel parallèle à l’axe A de la turbomachine, comme une coupe de l’ailette réalisée dans ce plan circonférentiel à rayon constant ou distance constante de l’axe A, plan circonférentiel qui peut être qualifié de plan de coupe.
En référence à la figure 3, chaque profil d’ailette définit une corde d’ailette 54 entre le bord d’attaque 30 de l’ailette et le bord de fuite 32 de l’ailette. Plus précisément la corde d’ailette 54 est définie entre d’une part un premier point à l’intersection du bord d’attaque 30 et du plan de coupe et d’autre part un deuxième point à l’intersection du bord de fuite 32 et du plan de coupe. La corde d’ailette désigne la longueur du segment reliant le premier point et le deuxième point. La ligne de corde désigne le segment reliant le premier point et le deuxième.
Chaque profil d’ailette définit également une épaisseur maximale 52 entre l’intrados 48 de l’ailette et l’extrados 50 de l’ailette dans une direction perpendiculaire à la ligne de corde. Chaque profil d’ailette permet de définir une ligne de cambrure qui est la courbe égale à la moyenne entre la courbe de l’extrados 50 de l’ailette et la courbe de l’intrados 48 de l’ailette. Plus précisément, dans un profil donné de l’ailette la ligne de cambrure est formée de tous les points situés à égale distance entre d’une part l’intersection de l’extrados 50 et du plan de coupe et d’autre part l’intersection de l’intrados 48 et du plan de coupe. La ligne de cambrure de l’ailette peut être choisie proche de la ligne de cambrure de la première pale 24.
L’ailette présente une variation continue des profils dans la direction radiale, c’est-à-dire que tous les paramètres de cambrure, corde, épaisseur varient continûment du profil de pied au profil de tête.
Une deuxième variante optionnelle du mode de réalisation le plus général et/ou de sa variante comprend les trois caractéristiques suivantes :
- la corde du profil de tête est inférieure à la corde du profil de pied ;
- un rapport de la corde du profil de tête sur la corde de pale est supérieur ou égal à 0,1 et inférieur ou égal à 0,6 ;
- un rapport de la corde du profil de pied sur la corde de pale est supérieur ou égal à 0,3 et inférieur ou égal à 1 ,1.
La corde de profil de pied est alors relativement importante ce qui permet un blocage de l’écoulement de passage sur une grande partie de la longueur de corde de la pale.
Une troisième variante optionnelle du mode de réalisation le plus général et/ou de ses variantes comprend les deux caractéristiques suivantes :
- un rapport de l’épaisseur maximale du profil de pied sur la corde du profil de pied est supérieur ou égal à 0,05 et inférieur ou égal à 0,25 ; et
- un rapport de l’épaisseur maximale du profil de tête sur la corde du profil de tête étant supérieur ou égal à 0,05 et inférieur ou égal à 0,25.
L’ailette est alors relativement épaisse ce qui facilite sa fabrication et sa tenue mécanique, notamment en cas d’ingestion de particules ou de corps étrangers par le moteur.
Angles « métal » de l’ailette et de la première pale
Pour la première pale 24 et la deuxième pale 26, on peut définir :
- un angle métal d’attaque de pale comme l’angle entre la tangente à la ligne de cambrure au bord d’attaque de la pale et l’axe A de la turbomachine, l’angle étant orienté depuis l’axe A vers la tangente, et - un angle métal de fuite de pale comme l’angle entre la tangente à la ligne de cambrure au bord de fuite de la pale et l’axe A, l’angle étant orienté depuis l’axe A vers la tangente.
Pour chaque profil d’ailette on peut définir :
- un angle métal d’attaque d’ailette comme l’angle entre la tangente 61 à la ligne de cambrure au bord d’attaque de l’ailette et l’axe A de la turbomachine, l’angle étant orienté depuis l’axe A vers la tangente 61 , et
- un angle métal de fuite d’ailette comme l’angle entre la tangente 63 à la ligne de cambrure au bord de fuite de l’ailette et l’axe A, l’angle étant orienté depuis l’axe A vers la tangente 63.
Dans le cas particulier des ailettes décrites dans cette invention, on peut choisir d’estimer les angles métaux en fonction de l’angle de cambrure local de la pale 24 ou 26.
Pour cela, on peut associer à chaque point de chaque ligne de cambrure de chaque profil d’ailette une position axiale et une position radiale. Le point d’ailette est associé à un point référence d’une ligne de cambrure 43 d’un profil de la première pale 24, le point de référence présentant la position axiale et la position radiale du point d’ailette.
On peut associer à l’angle métal d’attaque d’ailette l’angle de cambrure local qui est l’angle orienté depuis l’axe A à la tangente à la ligne de cambrure du profil de la première pale 24 au point référence associé. On peut choisir de décrire l’angle métal d’attaque d’ailette en référence à cet angle de cambrure local comme la différence entre cet angle métal et cet angle de cambrure local.
On peut associer à l’angle métal de fuite d’ailette l’angle de cambrure local qui est l’angle orienté depuis l’axe A à la tangente à la ligne de cambrure du profil de la première pale 24 au point référence associé. On peut choisir de décrire l’angle métal de fuite d’ailette en référence à cet angle de cambrure local comme la différence entre cet angle métal et cet angle de cambrure local.
D’une manière générale, les ailettes décrites dans cette invention présentent en bord d’attaque et en bord de fuite du profil de tête et du profil de pied des angles métaux proches de l’angle de cambrure local. Plus précisément :
- l’angle formé par une première tangente à la ligne de cambrure du profil de tête d’ailette au bord d’attaque 30 et par une deuxième tangente à la ligne de cambrure du profil de la première pale au point référence associé au bord d’attaque du profil de tête d’ailette est inférieur ou égal en valeur absolue à 10 degrés ;
- l’angle formé par une troisième tangente à la ligne de cambrure du profil de tête d’ailette au bord de fuite 32 et une quatrième tangente à la ligne de cambrure du profil de la première pale au point référence associé au bord de fuite du profil de tête d’ailette est inférieur ou égale en valeur absolue à 10 degrés ;
- l’angle formé par une cinquième tangente à la ligne de cambrure du profil de pied d’ailette au point d’attaque 34 et une sixième tangente à la ligne de cambrure du profil de la première pale au point référence associé au point d’attaque 34 est inférieur ou égale en valeur absolue à 10 degrés ; et
- l’angle formé par une septième tangente à la ligne de cambrure du profil de pied d’ailette au point de fuite 36 et une huitième tangente à la ligne de cambrure du profil de la première pale au point référence associé au point de fuite 36 est inférieur ou égale en valeur absolue à 10 degrés.
Le profil de tête et le profil de pied présentent alors un angle métallique au bord de fuite dont la valeur est proche de la cambrure locale des pales. De cette manière l’ailette guide l’écoulement en bord de fuite comme les pales.
Position axiale de l’ailette par rapport à la première pale
Pour caractériser la position de l’ailette dans la direction de l’axe A de la turbomachine, on utilise une coordonnée axiale d’un point à mi-corde d’un profil d’ailette.
Le point à mi-corde est situé à égale distance du bord d’attaque 30 de l’ailette et du bord de fuite 32 de l’ailette.
La coordonnée axiale du point à mi-corde peut être choisie supérieure ou égale à une position axiale du bord d’attaque 224 de la première pale et inférieure ou égale à une somme de la position axiale du bord d’attaque de la première pale et de la corde de pale 424.
En particulier on peut utiliser comme point à mi-corde, le point à mi-corde du profil de tête de l’ailette.
Le profil de pied de l’ailette est quant à lui positionné axialement par rapport au profil de tête grâce à la loi d’empilement de l’ailette qui donne le positionnement relatif du profil de tête d’ailette par rapport au profil de pied d’ailette.
Pour ce positionnement relatif, il est choisi comme référence de positionnement de chaque profil de l’empilement le point à mi-corde. Deux axes sont définis :
- un premier axe « t >> dirigé selon la direction de la corde du profil de pied et orienté dans le même sens que l’axe A de la turbomachine d’amont en aval ; - un deuxième axe « n >> perpendiculaire au premier axe « t >> et orienté dans le même sens que l’axe circonférentiel 0 de la première pale 24 vers la deuxième pale 26.
Deux angles sont définis :
- un angle de flèche (également connu sous le terme anglais « sweep >>) qui est l’angle entre l’axe « t >>, et une direction définie par le point à mi- corde du profil de pied et le point à mi-corde du profil de tête ;
- un angle de dièdre (également connu sous le terme anglais « lean >>) qui est l’angle entre l’axe « n >>, et la direction définie par le point à mi-corde du profil de pied et le point à mi-corde du profil de tête.
Dans le cas particulier des ailettes décrites ici, les angles de flèche et de dièdre tels que l’on vient de les définir prennent des valeurs supérieures ou égales à - 10 degrés et inférieures ou égales à + 10 degrés. Ces angles sont suffisamment faibles pour que l’on considère la position axiale de l’ailette bien décrite par une coordonnée axiale 78 d’un point à mi-corde 76 d’un profil d’ailette.
Effet de dièdre positif en bord de fuite
Un deuxième mode de réalisation dépendant du mode le plus général ou de sa première variante comprend la caractéristique suivante.
L’ailette 28 présente une tangente au bord de fuite 32 au point de fuite 36 qui s’étend dans la veine depuis la plateforme 22 entre la deuxième pale 26 et le plan radial de fuite Pf. Autrement dit dans un plan radial orthogonal à l’axe A de la turbomachine et passant par le point de fuite, la tangente au bord de fuite en s’éloignant de la plateforme 22 du côté veine de la plateforme se rapproche de la deuxième pale 26. Formulé de manière différente encore, le bord de fuite 32 est incliné au point de fuite 36 vers la deuxième pale 26. Il est à noter que par ailleurs cette tangente au bord de fuite peut présenter une projection non nulle selon l’axe A de la turbomachine
L’inclinaison vers la deuxième pale côté bord de fuite permet un effet de dièdre en bord de fuite qui bloque plus efficacement l’écoulement de passage. Cela permet d’éviter que l’écoulement de passage provenant de la deuxième pale 26 remonte l’extrados de l’ailette 28 et passe au-delà de l’ailette pour rejoindre l’intrados de la première pale 24. L’ailette est donc « couchée >> côté bord de fuite de sorte à présenter une paroi penchée vers l’intrados de la deuxième pale 26. C’est l’effet de dièdre positif. L’écoulement de passage est alors fortement repoussé vers l’intrados de la deuxième pale 26. Il est à noter que l’ailette peut présenter un bord de fuite 32 qui est droit et donc confondu avec la tangente au bord de fuite 32 au point de fuite 36.
De manière plus générale, l’ailette 28 peut comprendre un point d’asymétrie et la caractéristique suivante : en tout point courant du bord de fuite situé entre ce point d’asymétrie et le point de fuite 36, la tangente au bord de fuite qui s’étend dans la veine depuis la plateforme 22 se trouve entre la deuxième pale 26 et un plan radial passant le point courant. Autrement dit dans un plan radial passant par le point courant, le bord de fuite en s’éloignant du point courant vers le point d’asymétrie se rapproche de la deuxième pale 26. Formulé de manière différente encore, le bord de fuite 32 est incliné entre le point de fuite 36 et le point d’asymétrie vers la deuxième pale 26.
Le bord de fuite en amont du point d’asymétrie peut être quant à lui symétrique, c’est-à-dire que chaque tangente au bord de fuite est contenue dans un plan radial qui comprend l’axe de la turbomachine.
Le bord d’attaque peut être également symétrique, c’est-à-dire que chaque tangente au bord d’attaque est contenue dans un plan radial qui comprend l’axe de la turbomachine.
Dans cette situation, l’ailette peut être qualifiée de symétrique en amont du point d’asymétrie et asymétrique en aval.
Lorsque le point d’asymétrie se trouve sur le profil de tête, ce point d’asymétrie peut être un premier point d’asymétrie et l’ailette peut comprendre un deuxième point d’asymétrie compris cette fois sur le bord d’attaque.
En tout point courant du bord d’attaque situé entre ce point d’asymétrie et le profil de tête, la tangente au bord d’attaque qui s’étend dans la veine depuis le bord d’attaque se trouve entre la deuxième pale 26 et le plan radial passant par le point courant. Autrement dit dans un plan radial passant par le point courant, le bord de fuite en s’éloignant du point courant vers le profil de tête se rapproche de la deuxième pale 26. Formulé de manière différente encore, le bord d’attaque 30 est incliné entre le deuxième point d’asymétrie et le profil de tête vers la deuxième pale 26 L’ailette peut être alors qualifiée de symétrique en amont du deuxième point d’asymétrie et asymétrique en aval. Eventuellement le deuxième point d’asymétrie peut être le point d’attaque 34 auquel l’ensemble de l’ailette peut être qualifiée d’asymétrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pièce statorique (20) d’une turbomachine comprenant :
- une plateforme (22) définissant une paroi d’une veine d’écoulement de gaz,
- une pale (24, 26) s’étendant radialement par rapport à un axe central (A) de la turbomachine depuis la plateforme (22), et
- une ailette (28) s’étendant dans la veine radialement depuis un pied d’ailette (44) situé sur la plateforme (22) jusqu’à une tête d’ailette (46), l’ailette comprenant un intrados (48) et un extrados (50) situés radialement entre le pied d’ailette (44) et la tête d’ailette (46), chaque point (100) de l’intrados (48) ou respectivement de l’extrados (46) définissant un axe radial (Ar) passant par le point (100), chaque plan (Pr) comprenant l’axe radial (Ar) définissant une section (S) de l’intrados (48) ou respectivement de l’extrados (46), un angle (106) défini dans le plan (Pr) entre le profil de pied (44) et une tangente (T) à la section (S) à une intersection (104) de la section (S) et du profil de pied (44) étant inférieur ou égal à 45 degrés, la section (S) étant située entre le profil de pied (44) et la tangente (T).
2. Pièce statorique selon la revendication 1 , dans laquelle la plateforme (22) est une première plateforme, la pièce comprenant une deuxième plateforme de sorte à définir la veine d’écoulement entre la première plateforme (22) et la deuxième plateforme, la veine s’étendant radialement sur une hauteur de veine (Hv), l’ailette (28) s’étendant radialement sur une hauteur d’ailette (Ha), un rapport de la hauteur d’ailette (Ha) sur la hauteur de veine (Hv) étant supérieur ou égal à 0,01 et inférieur ou égal à 0,25.
3. Pièce statorique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la pale (24,26) comprend un bord d’attaque (224, 226) et un bord de fuite (324, 326) séparés d’une corde de pale (424, 426), l'ailette (28) comprenant une pluralité de profils empilés radialement entre le pied d’ailette (44) et la tête d’ailette (46), chaque profil définissant une corde (54) entre le bord d’attaque (30) de l’ailette (28) et le bord de fuite (32) de l’ailette (28), la corde du profil de tête étant inférieure à la corde du profil de pied ; un rapport de la corde du profil de tête sur la corde de pale étant supérieur ou égal à 0,1 et inférieur ou égal à 0,6 ; un rapport de la corde du profil de pied sur la corde de pale étant supérieur ou égal à 0,3 et inférieur ou égal à 1 ,1.
4. Pièce statorique selon la revendication 3, dans laquelle chaque profil d’ailette définit une épaisseur maximale (52) du profil entre l’intrados (48) et l’extrados (50) dans une direction perpendiculaire à une ligne de corde, un rapport de l’épaisseur maximale du profil de pied sur la corde du profil de pied étant supérieur ou égal à 0,05 et inférieur ou égal à 0,25 ; et un rapport de l’épaisseur maximale du profil de tête sur la corde du profil de tête étant supérieur ou égal à 0,05 et inférieur ou égal à 0,25.
5. Pièce statorique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la pale comprend un intrados (126) en regard de l’extrados (50) de l’ailette (28), l’ailette comprenant un bord de fuite (32), le bord de fuite comprenant un point de fuite (36) situé sur la plateforme (22), une tangente au bord de fuite (32) au point de fuite (36) s’étendant depuis la plateforme (22) en s’éloignant de l’axe (A) entre la pale (26) et un plan radial de fuite (Pf) passant par l’axe (A) et le point de fuite (36).
6. Pièce statorique selon la revendication 5, dans laquelle le bord de fuite (32) comprend un point d’asymétrie de sorte que pour tout point courant du bord de fuite (32) situé entre le point d’asymétrie et le point de fuite (36), une tangente au bord de fuite (32) au point courant s’étend depuis le bord de fuite (32) en s’éloignant de l’axe (A) entre la pale (26) et un plan radial de fuite passant par l’axe (A) et le point courant.
7. Turbomachine comprenant une pièce statorique (20) selon l’une des revendications 1 à 6.
8. Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 7.
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