ES2947820T3

ES2947820T3 - Estructura perfilada para aeronave o turbomáquina

Info

Publication number: ES2947820T3
Application number: ES19795038T
Authority: ES
Inventors: Aguilera Fernando Gea; Raphaël Barrier; Mathieu Simon Paul Gruber; Cyril Polacsek; Hélène Dominique Jeanne Posson
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA; Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA; Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2023-08-21
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: US11668196B2; CN113167120B; JP7463360B2; US20210388725A1; JP2022505328A; FR3087482B1; WO2020079335A1; EP3867498A1; CN113167120A; EP3867498B1; FR3087482A1; CA3116259A1

Abstract

La invención se refiere a una estructura perfilada que se alarga en una dirección en la que la estructura tiene una longitud expuesta a un flujo de aire, y transversalmente a la cual la estructura tiene un borde de ataque (164) y/o un borde de salida, al menos uno de que está perfilado y presenta, en el sentido de la elongación, abrazaderas (28a) definidas por sucesivos dientes (30) y rebajes (32). A lo largo del borde de ataque y/o del borde de salida perfilados, los sucesivos dientes (30) y rebajes (32) se extienden sobre solo una porción de la longitud expuesta al flujo, sobre cuya porción la amplitud y/o espaciado de los dientes varía monótonamente con a excepción de los pocos dientes más cercanos a cada extremo de dicha porción, siendo lisa una porción restante (280) de dicha longitud. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura perfilada para aeronave o turbomáquina

Introducción

La presente invención se refiere al campo de la gestión aeroacústica de estructuras perfiladas aerodinámicamente o perfiles de elementos aerodinámicos, tales como, por ejemplo, los álabes fijos o en rotación en una turbomáquina para aeronave o en un banco de ensayo de tales turbomáquinas, o sobre un pico de entrada de aire primario de la turbomáquina.

Este tipo de álabe fijo se encuentra, por ejemplo, en los álabes directores de salida de soplante OGV (Outlet Guíele Vane), o enderezadores, dispuestos aguas abajo de un cuerpo giratorio para enderezar el flujo de aire.

Este tipo de álabe en rotación se encuentra, por ejemplo, en una rueda de álabes giratorios en la turbomáquina, como un soplante o una rueda no carenada.

Por lo tanto, se refiere tanto a las turbomáquinas carenadas (turboventiladores/turbosoplantes) como a las turbomáquinas no carenadas (rotores abiertos). Se dará un ejemplo para una turbomáquina de doble flujo con un soplante (delantero) y un enderezador dispuesto en un chorro secundario.

Particularmente, en los turborreactores Ultra-Hígh Bypass Ratío (UHBR; configuración de motor con soplante carenado de tasa de dilución muy alta, más allá de 15), se prevé aumentar el diámetro del soplante y reducir la longitud de la góndola de suspensión de la aeronave, disminuyendo así la distancia entre el soplante y los álabes directores de entrada de compresores IGV (Inlet Guide Vanes), los OGV y el pico de entrada de aire primario. En este tipo de motor, la interacción de la estela del soplante con los IGV, los OGV y el pico es una de las fuentes de ruido dominante.

Más allá de esta constatación en una turbomáquina, otras zonas de turbomáquinas, pero también estructuras perfiladas aerodinámicamente (alas, álabes de rotor abierto, pilar, etc.), se enfrentan a problemáticas aeroacústicas de interacción con una corriente de aire.

También, ya se ha propuesto, particularmente en el campo de las aeronaves, utilizar estructuras perfiladas aerodinámicamente que presentan un borde de ataque y/o de fuga perfilados que tienen, según una línea de borde de ataque y/o de fuga, un perfil de estrías provisto por lo tanto de una sucesión de dientes y huecos.

Así, este perfil de estrías se extiende a lo largo del borde de ataque y/o de fuga, dicho de otro modo, en la dirección del alargamiento de la estructura al borde de ataque y/o de fuga.

Particularmente sobre los perfiles de cuerda reducida, pero también sobre los perfiles cerrados, (línea de) borde de ataque y/o de fuga alargados según una línea o dirección de alargamiento cerrada sobre sí misma, línea perimetral, como sobre un pico de entrada de aire primario de turbomáquina, el ruido se produce principalmente al nivel del borde de ataque y/o de fuga, más precisamente, en los huecos de las estrías donde las fluctuaciones de presión son más intensas.

En cuanto al término «cuerda» utilizado en el presente texto, se ha de notar que, aunque no existe estrictamente una «cuerda» como en el caso de un pico (designado con 16 a continuación) de separación entre los flujos primario y secundario, se considerará que la expresión «en la dirección de la cuerda (designada con 40 a continuación) del perfil» corresponde entonces a la dirección de lo que se denomina a continuación «eje general (X)» o «eje X», a saber, el eje según el cual fluye globalmente el flujo fluido sobre la estructura perfilada en cuestión, siendo este eje típicamente transversal, incluso perpendicular, al alargamiento de la estructura perfilada, que se extiende según dicha «dirección de alargamiento».

Se entenderá que el término «transversal» no implica una perpendicularidad estricta.

La invención tiene por objetivo asegurar un compromiso entre una reducción de ruido en esta estructura, las pérdidas aerodinámicas a limitar en la misma, así como las tensiones mecánicas y la integración de la estructura perfilada en su entorno.

En particular, se podrá tomar en consideración el hecho de que, en un cierto número de situaciones, dicha estructura perfilada está expuesta a una corriente de aire no homogénea y/o anisótropa.

Es en esta situación en la que la invención propone varios perfiles heterogéneos, particularmente con la presencia de estrías sobre una extensión parcial de la línea de borde de ataque y/o de borde de fuga.

Más precisamente, se refiere así a una estructura perfilada:

- alargada según una dirección en la que la estructura tiene una longitud expuesta a una corriente de aire, y - transversalmente a la cual la estructura presenta un borde de ataque y/o un borde de fuga, de Ios que al menos uno está perfilado y presenta, según dicha dirección de alargamiento, estrías definidas por dientes y huecos sucesivos. Una estructura perfilada se conoce de los documentos CN101716995A, CN105332948A, EP1277966A2, US2018057141A1, W02018138439A1.

Se conoce igualmente del documento US2018023403, que divulga también que, a lo largo del borde de ataque y/o del borde de fuga perfilados:

- los dientes y huecos sucesivos pueden extenderse únicamente en una parte de dicha longitud expuesta a la corriente de aire, siendo lisa la parte restante de dicha longitud, y

- en dicha parte de longitud, a excepción de unas zonas que comprenden como máximo tres dientes sucesivos situados en (lo más cerca de) cada extremo de dicha parte de longitud, las estrías presentan variaciones de amplitud (a continuación, «d») y/o de separación (a continuación, «L2») entre dos vértices de dientes o de huecos sucesivos. Es pertinente la solución del documento US2018023403.

Pero, está comprobado que, además, si dichas variaciones de amplitud y/o de separación son monótonas, entonces, una ventaja es poder seguir la ley de evolución de la escala integral de la turbulencia en la estela, denominada también corriente incidente (véase la figura 19 a continuación). Por ejemplo, sobre un 0GV, normalmente, la escala integral es grande cerca del cárter y es pequeña cerca del cubo (fuera de la capa límite). Se evita entonces que sea errática la ley de evolución real anteriormente citada de la escala integral.

Con una/tal variación o variaciones evolucionando según al menos una función numérica que permanece estrictamente creciente, o estrictamente decreciente, en la parte en cuestión (de hecho, sobre una sucesión de al menos tres dientes o de al menos tres huecos), donde su sentido de variación es por lo tanto constante, se podrán por otro lado suprimir eventuales pérdidas aerodinámicas o limitar las tensiones mecánicas, o facilitar también la integración de la estructura perfilada en su entorno.

A fin de limitar las tensiones mecánicas y la formación de grietas al nivel de los huecos y/o reducir las tensiones de fabricación, al mismo tiempo que se busca mantener una buena atenuación de los niveles acústicos, se propone también que, en al menos una parte de la longitud expuesta a la corriente de aire donde las estrías están presentes y - bien con referencia a una cuerda media (media aritmética de la cuerda por la longitud L1; véanse las figuras 20-25 adjuntas),

- bien para cada cuerda en cada estría según dicha dirección,

estas estrías cumplen, transversalmente a la dirección de alargamiento, la relación: 0,005<d/c<0,5, con: «d» la amplitud de las estrías, en m, y «c» la cuerda local o media de la estructura perfilada, en el lugar de las estrías, en m. A fin de limitar las tensiones mecánicas y la formación de grietas al nivel de los huecos y/o reducir las tensiones de fabricación y/o reducir las pérdidas aerodinámicas, al mismo tiempo que se busca mantener una buena atenuación de los niveles acústicos, se propone también que, en al menos una parte de dicha longitud donde las estrías están presentes, la amplitud (d) y/o la separación (L2) entre dos vértices de dientes o de huecos sucesivos varíe:

- de manera no periódica o,

- en particular, de manera lineal (creciente o decreciente), cuadrática, hiperbólica, exponencial y/o logarítmica. A fin de buscar cómo alisar las transiciones mecánicas y acústicas entre zonas y reducir, también en este caso, ciertas tensiones de fabricación, se propone:

- que a lo largo del borde de ataque y/o del borde de fuga perfilados, las estrías tengan por lo tanto variaciones monótonas de amplitud y/o de separación entre dos vértices de dientes o de huecos sucesivos, y/o

- que, a lo largo del borde de ataque y/o del borde de fuga perfilados, y por variación de amplitud y/o de separación entre tres vértices de dientes o de huecos sucesivos de longitud de onda, las estrías se conecten progresivamente a dicha parte lisa de la longitud expuesta a la corriente de aire que está desprovista de las mismas y/o

- que las estrías terminen (en un extremo de conexión a la parte lisa) en un elemento de conexión que es tangente a dicha parte lisa.

Con un objetivo comparable, con vistas a asegurar una transición en la que predomina un compromiso entre efecto acústico maximizado y tensiones mecánicas minimizadas, se propone que una serie de al menos dos dientes y dos huecos consecutivos desde dicha parte de la longitud expuesta a la corriente de aire que está desprovista de estrías tenga:

- una distancia creciente, según dicha dirección de alargamiento, entre dos vértices de dientes o de huecos consecutivos y/o

- una amplitud creciente,

esto al ir de la parte lisa hacia las estrías, como se habrá entendido.

Además con el mismo objetivo, se propone también que, según la longitud expuesta a la corriente de aire, las estrías comiencen y/o terminen en un diente al nivel de unos empotramientos (salvo en el caso de una estructura de tipo «pico»).

Para favorecer siempre la estructuración mecánica y el efecto de limitación acústica, se propone también que, por dicha parte lisa de la longitud, dicha estructura tenga una cuerda más larga que la del fondo del hueco más próximo. Dependiendo del caso, está previsto que, según dicha longitud expuesta a la corriente de aire, las estrías pueden estar ausentes:

- en uno al menos de los dos extremos de dicha longitud o

- en la parte intermedia entre estos extremos y presentes entonces en dichos dos extremos,

- en varios lugares de la longitud separados entre sí, por ejemplo, ausentes en un extremo y en una parte de la zona intermedia.

El primer caso debe permitir que se limiten las posibles tensiones mecánicas al nivel de las interfaces/uniones entre dicha estructura perfilada y una zona de raíz/fijación de un álabe de rotación, por ejemplo, en una hélice o entre dos paredes de un chorro de aire.

El segundo caso debe permitir que se limiten las estrías en los lugares donde la turbulencia es más importante y suprimirlas en otros lugares, para no perturbar el comportamiento aerodinámico en estas zonas.

El mismo enfoque, y aún más si están previstas varias estructuras perfiladas que pueden influir unas en otras, tiene por objetivo en la invención un conjunto de estructuras perfiladas, teniendo cada una la totalidad o parte de las características anteriormente citadas, cuyas direcciones de alargamiento respectivas se extienden radialmente alrededor de un eje de revolución y cuya distancia entre dos vértices de dientes o de huecos consecutivos y/o la amplitud es más importante (o, por lo tanto, larga) en un extremo radialmente exterior de la longitud expuesta a una corriente de aire que en un extremo radialmente interior de esta longitud.

Así, por ejemplo, en el caso en el que dichas estructuras perfiladas sean los OGV situados aguas abajo de un soplante, y con tales amplitudes y/o longitudes de onda (distancias entre dos vértices sucesivos de dientes o de huecos) de estrías mayores (o, por lo tanto, largas) cerca del cárter exterior (en la cabeza de los álabes OGV) que en la base, cerca de la zona entre chorros, se aminoran los inconvenientes ligados al hecho de que los torbellinos de la extremidad de las palas del soplante son de tamaño más grande y de bastante energía en numerosos turborreactores.

Por ello, se entenderá tanto mejor que la invención se refiere también a:

- una turbomáquina carenada o no con un soplante aguas arriba y que tiene un eje general (que podrá ser el eje de revolución anteriormente citado) y que comprende un rotor, que puede girar alrededor de dicho eje general, y un estátor, comprendiendo el estátor y/o el rotor unas estructuras perfiladas, teniendo cada una la totalidad o parte de las características anteriormente citadas,

- y, particularmente, una turbomáquina en la que el estátor comprende (o la estructura perfilada es la de):

-- una pared anular de separación (entre chorros), para separar el flujo de aire, aguas abajo del soplante, entre un flujo primario y un flujo secundario,

-- unos álabes de OGV fijos de guiado del flujo secundario, que definen dichas estructuras perfiladas,

-- unos álabes de IGV fijos de guiado del flujo primario a la entrada del compresor, que definen dichas estructuras perfiladas y/o

- una turbomáquina carenada o no (en la que dicho eje general podrá ser el eje de revolución anteriormente citado) que comprende dos rotores, que pueden girar paralelamente (según al menos un eje paralelo) a dicho eje general, y/o uno y/o el otro de los rotores que comprenden dichas estructuras perfiladas, teniendo cada una la totalidad o parte de las características anteriormente citadas.

La invención se entenderá mejor, si fuera necesario, y otros detalles, características y ventajas de la invención podrán aparecer con la lectura de la descripción que sigue, realizada a título de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos anexos.

Breve descripción de las figuras

- La figura 1 es un esquema, en corte longitudinal (eje X), de una turbomáquina usual de aeronave;

- la figura 2 esquematiza la zona aguas arriba (pico) de la pared de separación entre los flujos primario y secundario, con una solución de acuerdo con la invención;

- la figura 3 puede ser el detalle III de la figura 2 o un esquema local de perfil de estrías presente en lo que puede ser una pala de helicóptero, un álabe del soplante, una parte del rotor o del enderezador, un pico de borde de ataque o un alerón de ala de aeronave;

- la figura 4 es el detalle IV de la figura 1;

- la figura 5 esquematiza una aeronave portadora de estructuras de acuerdo con la invención;

- las figuras 6 a 14 esquematizan diversas formas de perfiles con estrías de acuerdo con la invención y que pueden corresponder, por ejemplo, a la zona I de las figuras 1 o 5;

- las figuras 15-16 esquematizan otros dos perfiles con estrías de acuerdo con la invención y, en particular, desplazados angularmente (ángulo a);

- la figura 17 es una ampliación local de un ejemplo de zona con estrías, conforme a la invención, aguas abajo de un soplante;

- las figuras 18-19 esquematizan, respectivamente, un corte axial de intensidad de turbulencia en la estela de un soplante de turborreactor de doble flujo, hasta los OGV, y la evolución radial correspondiente de la escala integral de la turbulencia (^a) en función del radio (r), entre el radio interior rint y el radio exterior rext del chorro de aire, designada con 20 a continuación, y

- las figuras 20-22 esquematizan unas partes de longitud de borde de ataque o de fuga con estrías que presentan variaciones de amplitud (d) o de separación (L2) (estrictamente) monótonas; en estas figuras, los trazos continuos muestran los perfiles reales de las estrías, mostrando los trazos ondulados grises más delgados unos perfiles secundarios de estrías, calculados para definir la cuerda media y que representan un perfil de referencia a partir del que se han definido las variaciones monótonas de amplitud y/o de separación, y

- las figuras 23-25 esquematizan unas partes de longitud de borde de ataque o de fuga con estrías donde las transformaciones de las estrías siguen leyes de evolución no periódicas y monótonas (al menos parcialmente), tales como leyes lineales, logarítmicas y parabólicas, respectivamente.

Descripción detallada

Incluso si esto no está muy claro a simple vista, se debe considerar que, en todas las figuras 2-17 y 23-25, las variaciones de amplitud (d) y/o de separación (L2) entre dos vértices de dientes o de huecos sucesivos son monótonas en las condiciones anteriormente citadas.

Si se hace referencia a la figura 1, un turborreactor 10 de aeronave 100 se representa de manera esquemática y se define como sigue.

La góndola 12 sirve de cuerpo envolvente exterior a los diferentes componentes, en los que, por delante (a la izquierda en la figura 1) hay un soplante 14 aguas arriba (AM).

Aguas abajo (AV) del soplante 14, el flujo de aire (esquematizado localmente con 38 en la figura 4) es separado por el pico separador 16 de una pared anular 160 en un flujo de aire primario y un flujo de aire secundario. El flujo de aire primario recorre un paso de aire anular interno o chorro primario 18, penetrando en el compresor de baja presión 22 al nivel de los álabes directores de entrada 24 IGV. El flujo de aire secundario es desviado por el pico separador 16 en un paso de aire anular externo 20 (chorro secundario) en dirección a los álabes directores de salida 26 OGV, luego, hacia la salida del motor.

En las figuras 2 y 3, se visualiza de manera más precisa la parte delantera 161 del pico separador 16, que comprende el borde de ataque 164 situado más aguas arriba y a cuyo nivel la pared externa 162 del pico separador 16 se une con la pared interna 163 del pico separador 16, formando la pared superior 162 la virola interior del chorro secundario 20.

A todos los efectos, se especifica que, en el presente texto, es axial lo que se extiende según o paralelamente al eje longitudinal (X) de rotación de la parte en cuestión de la turbomáquina, cuyo eje será a priori el eje general de rotación de esta turbomáquina. Es radial (eje Z) lo que se extiende radialmente al eje X y es circunferencial lo que está alrededor del mismo. Es interno o interior y externo o exterior lo que está radialmente, frente al eje X. Así, la pared interna 163 es la pared radialmente interna del pico separador 16. Por otro lado, las referencias aguas arriba y aguas abajo se deben considerar en conexión con la corriente de los gases en la (parte de) turbomáquina considerada: estos gases entran aguas arriba y salen aguas abajo, circulando de manera global paralelamente al eje longitudinal de rotación anteriormente citado.

Además, los dibujos adjuntos, y las descripciones relacionadas con los mismos, se han definido con referencia al sistema de coordenadas ortogonales X-Y-Z usual, por lo tanto, con el eje X como se ha definido anteriormente.

El pico separador 16 está definido por dos caras: la cara exterior de la pared 162, que sirve de límite radialmente interno al paso de aire anular externo 20 que recibe el flujo secundario Fs, mientras que la cara interior de la pared 163 sirve de límite radialmente externo al paso de aire anular interno 18 que recibe el flujo primario Fp.

La pared inferior 163 del pico separador 16 forma la virola exterior del compresor de baja presión 22.

Incluso si el desplazamiento axial (X) hacia aguas abajo de los álabes IGV 24 con relación al borde de ataque 164 del pico separador 16 es menor en comparación con el de los álabes OGV 26 con relación a este mismo borde de ataque 164, está liberada la porción de la parte delantera 161, directamente adyacente al borde de ataque 164 del pico separador 16.

A fin de reducir el ruido generado por el borde de ataque, por ejemplo de un pico 16, un OGV 26, un IGV 24, se puede prever por lo tanto que este borde de ataque 164 presente un perfil 28 con estrías que tiene una sucesión de dientes 30 y de huecos 32, como se ilustra en los ejemplos de las figuras 6-17.

Pero estructuras distintas a las de una turbomáquina, tal como del turborreactor 10, pueden verse afectadas por la solución de la invención y presentar por lo tanto un borde de ataque 164 con un perfil 28 con estrías que tiene una sucesión de dientes 30 y de huecos 32.

La figura 5 esquematiza una aeronave 100 en la que están presentes unas estructuras perfiladas con un perfil 28 con estrías, de borde de ataque, sobre las alas 39, sobre un pilar 41 de soporte de un motor 42 de la aeronave, sobre una cola 44, un estabilizador 46, una hélice o un álabe 48 de rotor abierto o, también, unos álabes fijos 49 (estátor) aguas abajo de un rotor abierto o una hélice no carenada. En esta figura 5, se encuentran dos turbomáquinas de propulsión de la aeronave, que comprenden dos grupos de rotor abierto, cada uno con dos rotores 480a, 480b que se suceden coaxialmente, que pueden girar paralelamente a dicho eje general (X), comprendiendo uno y/o el otro de estos rotores unas estructuras perfiladas 1.

Por otro lado, la figura 3 esquematiza localmente un perfil 28 con estrías, presente en lo que puede ser, designado con 50, una pala de helicóptero, un álabe del soplante, una parte del rotor o del enderezador, un pico de borde de ataque o un alerón de ala de aeronave.

Todos estos perfiles aerodinámicos tienen en común que generan una capa límite en la superficie aguas abajo y, por lo tanto, una corriente turbulenta.

Cualquiera que sea la aplicación, respecto al perfil 28 con estrías, se va a considerar en este caso:

- que este perfil pertenece a una estructura perfilada 1 (o perfil aerodinámico), alrededor de la que (del que) circula el aire, que es alargada(o) según una dirección Z en la que la estructura (o el perfil) tiene una longitud L1 expuesta a la corriente de aire, y

- que, transversalmente a la dirección Z, la estructura (o el perfil) 1 tiene un borde de ataque 164 y/o un borde de fuga 165 (el pico separador 16 no presenta borde de fuga), de los que al menos uno está perfilado y presenta por lo tanto, según dicha dirección de alargamiento Z, unas estrías (perfil 28) definidas por dichos dientes 30 y huecos 32 sucesivos.

Los dientes 30 y huecos 32 se suceden, alternativamente.

El número de dientes 30 y el de huecos 32 estará comprendido entre 3 y 100, para optimizar la eficacia.

Como se ha citado anteriormente, para considerar que, en una serie de situaciones, dicha estructura perfilada 1 está expuesta a una corriente de aire no homogénea y/o anisótropa y para asegurar un compromiso entre la reducción de ruido pretendida, las pérdidas aerodinámicas a limitar, del mismo modo que las tensiones mecánicas y la integración de la estructura perfilada en su entorno, se propone por lo tanto que, a lo largo del borde de ataque 164 y/o del borde de fuga 165 perfilados, las estrías 28 estén presentes sobre una zona restringida de la longitud L1 (véanse las figuras 7 a 14).

Para completar la solución útilmente, y con los mismos fines, se propone además que:

- en una porción al menos de la parte de la longitud donde existen las estrías 28,

- y, más precisamente, a excepción de las zonas (tales como 33 y 35 en la figura 6) que comprenden, como máximo, tres dientes sucesivos situados en cada extremo de dicha parte de longitud:

las estrías 28 tengan (véanse particularmente las figuras 6, 10, 16 y 20-25):

- transversalmente a la dirección de alargamiento Z, una amplitud d de las estrías que varía de manera monótona, y/o - según dicha dirección de alargamiento, una distancia L2 entre dos vértices (300, 320, respectivamente) de dientes 30 o de huecos 32 consecutivos que varía de manera monótona.

La amplitud d se podrá medir, según el eje X, entre un vértice 300 del diente 30 y el fondo 320, que sigue en un sentido dado, del hueco 32 inmediatamente adyacente.

Con una relación, entre la amplitud más grande y la amplitud más pequeña, comprendida entre 1,2 y 20, incluyendo, si fuera necesario, tener en cuenta la zona de transición/conexión 28a mencionada a continuación, las estrías 28 tendrán a la vez un buen comportamiento en términos de eficacia acústica, de resistencia mecánica y de integración (fijación) en su entorno próximo.

Para completar útilmente, y con los mismos fines, esta restricción sobre d y L2, se podrán hacer heterogéneos (no uniformes por su longitud Ll activa) los perfiles con estrías 28 de todas las soluciones que siguen, por lo tanto, con las evoluciones radiales de estas estrías; véanse las figuras 7-10.

En particular, los dientes 30 y huecos 32 sucesivos se extenderán únicamente en una parte L1a de esta longitud L1 expuesta a la corriente de aire. Una parte restante L1b de la longitud L1 será lisa (es decir, desprovista de estrías); parte 280.

Para afinar aún más este compromiso y prevenir particularmente la formación de grietas al nivel de los huecos, la figura 6, por ejemplo, ilustra el interés que las estrías 28 podrían tener para cumplir, transversalmente a la dirección de alargamiento Z, la relación: 0,005<d/c<0,5, con:

- «d» la amplitud de las estrías, en m, y

- «c» la cuerda de la estructura perfilada, en el lugar de estas estrías, en m.

Esta cuerda c será la cuerda media por la longitud L1a o la de cada estría (un diente seguido de un hueco), según dicha dirección Z; véanse las figuras 6, 10 y 20-22.

La búsqueda del compromiso anteriormente citado ha actualizado también el interés que podría tener prever una conexión, denominada también zona de transición, 28a:

- donde, por variación y, más precisamente, al ir hacia la parte lisa 280, la disminución global, monótona, de amplitud d y/o de separación L2 entre dos vértices, respectivamente, 300, 320, de dientes 30 o de huecos 32 sucesivos, conectándose las estrías progresivamente (zona de transición/conexión 28a) a dicha parte lisa 280; véase las figuras 7-8, y/o

- donde las estrías 28 terminarán (en su extremo de conexión a la parte lisa) en una zona 280a que será tangente a dicha parte lisa 280 desprovista de estrías; véase las figuras 7-8.

En particular en esta situación, se obtendrá una ventaja, al menos estructural, debido a que, según la longitud L1, las estrías 28 comienzan y terminan en un diente 30 al nivel de los empotramientos sobre las zonas con estrías, como se ilustra en las figuras 6, 7. Se denominan empotramientos las inserciones de las estructuras en sus soportes, en el extremo o extremos, por ejemplo, el cárter exterior 53 y/o el cubo central 55.

Buscar aún más este compromiso podrá incluso llevar a elegir que, en particular en la zona de transición 28a, una serie de al menos dos (preferiblemente tres) dientes 30 y dos (preferiblemente tres) huecos 32 consecutivos desde dicha parte L1b de la longitud desprovista de estrías tenga:

- una distancia L2 creciente, según dicha dirección de alargamiento, entre dos vértices de dientes o de huecos consecutivos, y/o

- una amplitud d creciente, como se ilustra en las figuras 7, 8.

Por otro lado, al prever una cuerda c más larga por la parte lisa 280 que en el fondo (vértices 320) de los huecos 32, se reforzará la estructuración mecánica y el efecto de limitación acústica, favoreciendo la definición de la zona de transición 28a.

En lo que sigue, se van a concentrar las explicaciones en el ejemplo de los OGV 26 porque se trata típicamente de una zona crítica, puesto que está situada justo aguas abajo del soplante 14. Pero las características en cuestión son extrapolables a otros casos de perfil con estrías 28.

Las estrías 28 al nivel del borde de ataque 164 de los OGV 26 pueden perturbar las propiedades aerodinámicas del OGV o hacer delicada la integración mecánica del OGV en el chorro 20 (figura 1). A fin de limitar el impacto de estas estrías en el comportamiento aerodinámico de los OGV, en las tensiones mecánicas locales y en su integración, se ha elegido que tales estrías no cubran más que entre 0,05 L y 0,95 L de la envergadura activa (longitud L1) del OGV.

Las figuras 11-14 ilustran diferentes situaciones de tales zonas parciales de estrías 28 en el borde de ataque 164 y/o de fuga 165.

Así:

- en la figura 11: las estrías 28 ausentes en el extremo interno 281 de los perfiles (ausentes en este caso en la base de OGV). Se tiene por objetivo rebajar las tensiones mecánicas y/o aerodinámicas en el extremo interno, manteniendo al mismo tiempo una buena atenuación de los niveles acústicos en el extremo externo 283 (cerca del cárter exterior 53 en el ejemplo), donde son importantes la intensidad de la turbulencia y la escala integral de la turbulencia o escala característica de la turbulencia. Las estrías cerca del cárter exterior podrían igualmente ser útiles para evitar un desprendimiento eventual de la capa límite para ciertos regímenes o condiciones de vuelo,

- en la figura 12: las estrías 28 ausentes en el extremo externo 283 de los perfiles (ausentes en este caso en la cabeza de OGV). Se tiene por objetivo relajar las tensiones mecánicas y/o aerodinámicas en la cabeza, manteniendo al mismo tiempo una buena atenuación en el resto de la envergadura del perfil, o evitar un desprendimiento eventual de la capa límite para ciertos regímenes al nivel de la base de la estructura (soporte, por ejemplo el cubo central 55 al que puede pertenecer la pared anular 160; figuras 2, 4),

- en la figura 13: las estrías 28 presentes en la parte intermedia del perfil al nivel, pero ausentes en el extremo externo 283 e interno 281. Se tiene por objetivo entonces eliminar las posibles tensiones mecánicas al nivel de las uniones entre la estructura en cuestión y, en este caso, las paredes del chorro 20 (cárter exterior 53 y cubo 55 en el ejemplo), suprimiendo las estrías en la base 281 y la cabeza 283 de OGV, conservando al mismo tiempo su interés para tratar las estelas turbulentas intermedias,

- en la figura 14: las estrías 28 presentes en el extremo externo 283 e interno 281, pero ausentes en la parte intermedia del perfil. Se tiene por objetivo entonces limitar la introducción de las estrías en las zonas donde la turbulencia es más importante y suprimir en otros lugares estas estrías a fin de no perturbar el comportamiento aerodinámico en estas zonas. En particular, para un régimen de funcionamiento medio, entre ralentí y pleno régimen, se limitarán entonces los desprendimientos de la capa límite hacia los extremos externo 283 e interno 281.

Respecto a la forma de las estrías 28, podrá ser de ondulaciones redondeadas, como las ondulaciones sinusoidales, o de otras formas, como la de abeto ilustrado en la figura 16. En las figuras 15, 16, pero también en la figura 5, las (ciertas) estrías 28 tienen un ángulo incidente a agudo con relación al eje X.

Dependiendo del caso, se podrá adaptar también la flecha de la estructura 1: en inglés, «sweep» angle; ángulo agudo con relación a la perpendicular al eje X, en el lugar de la estructura.

Para aumentar la falta de correlación o el desfase entre las fuentes de ruido a lo largo de la envergadura, se podrá elegir también que el borde de ataque 164 y/o el borde de fuga 165 perfilados se extiendan según una línea general curvada con una concavidad orientada hacia aguas arriba, como se ilustra, por ejemplo, en las figuras 6 o 10.

Además, se habrá comprendido de lo que precede que la estructura 1 sobre la que se ha razonado podrá típicamente, como en el caso no limitativo de una aplicación a los OGV, pertenecer a un conjunto de estructuras perfiladas, que tiene cada una la totalidad o parte de las características anteriormente citadas, y cuyas direcciones de alargamiento Z respectivas se extenderán radialmente alrededor del eje X.

Particularmente en el caso no limitativo de tales OGV 1/26, se podrá buscar además cómo asumir los inconvenientes ligados a los torbellinos de la extremidad de las palas del soplante 14, donde son de mayor tamaño que en otros lugares y de bastante energía.

Para ello, se podrá buscar que la distancia L2 entre dos vértices 300, 320 de dientes o de huecos consecutivos y/o la amplitud d sea más importante (o, por lo tanto, larga) en el extremo radialmente exterior 283 de la longitud L1 que en el extremo radialmente interior 281, siguiendo por lo tanto una ley de evolución monótona.

Así, las amplitudes y/o longitudes de onda de las estrías 26 en cuestión serán más importantes (o, por lo tanto, largas) cerca del cárter exterior 53 que cerca de la zona entre chorros (cubo 55/pared 160).

Se ha de notar también que la invención permite tener en cuenta las propiedades locales de la corriente turbulenta U en cuestión, como la de aguas arriba de los OGV, por ejemplo, para definir la forma geométrica de las ondulaciones en función de la distribución radial de la escala integral de la turbulencia (^aen la figura 19) en la estela del soplante 14. Se especifica que la estela de la figura 4 puede interactuar tanto con los OGV (por encima del pico) como con los IGV (por debajo del pico).

En relación con este punto, la figura 6 muestra un OGV 1/26 con ondulaciones optimizadas en función de la escala integral ^ade la turbulencia local a lo largo de la envergadura. Conviene observar que la amplitud d de las ondulaciones y la «longitud de onda» L2 son mucho más importantes cerca del cárter 55 que en la base de álabe OGV (soporte/cubo 55) fuera de las capas límite. Esto es debido a los torbellinos de extremidad de pala del soplante 14.

Las figuras 18 y 19 esquematizan además, respectivamente, la intensidad de turbulencia y la evolución radial de la escala integral de la turbulencia, en la estela del soplante 14 aguas arriba de los OGV 26. En este ejemplo, a partir de los 2/3 exteriores, la escala integral de la turbulencia (^a) aumenta bruscamente, para culminar justo antes del radio exterior, rext. En la práctica, se puede utilizar una evolución parabólica o lineal, como se ilustra con líneas de puntos y rayas, respectivamente, en la figura 19, para definir la evolución monótona de las estrías.

En las soluciones de las figuras 20 a 22, se presentan situaciones en las que, para considerar de nuevo una corriente de aire no homogénea y/o anisótropa y asegurar mejor el compromiso acústico/aerodinámico/mecánico anteriormente citado, se propone por lo tanto que, a lo largo del borde de ataque 164 y/o del borde de fuga 165 perfilados, en al menos una parte de dicha longitud L1, las estrías 28 presenten un patrón geométrico repetitivo, pero cuya forma tenga un estiramiento y/o una contracción:

- transversalmente a la dirección de alargamiento (se tiene entonces una amplitud que varía; véase d¹, d², etc. en la figura 20; véase también la figura 22), y/o

- según la dirección de alargamiento (se tiene entonces una longitud del patrón repetitivo en la dirección de alargamiento que varía; véase las longitudes L²¹a L23 en la figura 22; véase también la figura 21).

Así, a lo largo del borde de ataque 164 y/o del borde de fuga 165, las estrías 28, 28a presentarán, por al menos una parte de dicha longitud (L1) expuesta a la corriente de aire, un patrón geométrico transformado por la puesta a escalas sucesivas, mediante factores multiplicativos, esto según la dirección de alargamiento (L2, L21, L22, L23, etc.) y/o transversalmente a la dirección de alargamiento (d, d¹, d², etc.).

En los dos primeros casos (figuras 20-21), los estiramientos y/o las contracciones de un patrón geométrico repetitivo «de referencia» conservan el patrón en amplitud o en frecuencia siguiendo una ley de evolución monótona (longitud L2 del patrón, en la dirección de alargamiento).

Así, en la figura 20, si se toma como patrón de referencia el gris en la figura (limitado por trazos mixtos), se ve que, según la longitud L1, se conserva la longitud o frecuencia L2 del patrón y que, en cambio, varía la amplitud d (d¹, d², etc.). En la solución de la figura 21, es al revés: se conserva la amplitud d y varía la longitud o frecuencia L2 del patrón.

En las figuras 20-21, se ha modificado un perfil de estrías periódico, definido por un patrón geométrico repetido (patrón «de referencia», cuyo ejemplo se ilustra en gris) que tiene dos direcciones características (p. ej., las direcciones X, r de las figuras en cuestión, con r ^ X y, por ejemplo, r = Z), esto a través de la transformación siguiente: el patrón genérico se pone a la escala deseada mediante un factor multiplicativo en una dirección característica, mientras que, en la otra dirección característica, las dimensiones del patrón pueden permanecer invariables (figuras 20-21) o seguir una puesta a escala (figura 22).

En efecto, se podrá preferir, para las zonas con fuerte impacto acústico, estiramientos y/o contracciones que varíen en amplitud y en frecuencia, como en el ejemplo de la figura 22: la frecuencia L2 y amplitud d del patrón que varían juntas: L21, L22, L23, etc. y d¹, d², d3, etc.

Una vez que se ha establecido una relación entre «amplitud» y «frecuencia», se podrá entonces desear que se conserven las proporciones del patrón geométrico repetitivo; véase la homotecia de la figura 22.

En cuanto a las figuras 23 a 25, esquematizan tres situaciones en las que, en al menos una parte de dicha longitud (L1) expuesta a la corriente de aire, las transformaciones de las estrías siguen leyes de evolución, respectivamente:

- lineal (figura 23),

- logarítmica (figura 24),

- parabólica (figura 25).

Se podrá preferir una ley cuadrática, hiperbólica o exponencial; esto en «amplitud» (d¹, d², d3, etc.) y/o «frecuencia» (L2, L21, L22, L23, etc.).

De manera más general, podrá ser oportuna una variación no periódica y monótona de dicha amplitud (d) y/o frecuencia (L2) de las estrías 28, por las mismas razones que se han citado anteriormente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Estructura perfilada para aeronave o para turbomáquina de aeronave, en la que la estructura perfilada;

- es alargada según una dirección de alargamiento en la que la estructura tiene una longitud (L1) expuesta a una corriente de aire, y

- tiene, transversalmente a la dirección de alargamiento, un borde de ataque (164) y/o un borde de fuga (165), de los que al menos uno está perfilado y presenta, según dicha dirección de alargamiento, unas estrías (28, 28a) definidas por unos dientes (30) y unos huecos (32) sucesivos,

extendiéndose dichos dientes (30) y huecos (32) sucesivos únicamente en una parte de dicha longitud expuesta a la corriente de aire, siendo lisa la parte restante (280) de dicha longitud, y

en dicha parte de longitud, a excepción de unas zonas (33, 35) que comprenden como máximo tres dientes sucesivos situados en cada extremo de dicha parte de longitud, las estrías (28, 28a) presentan variaciones de amplitud (d) y/o de separación (L2) entre dos vértices de dientes (30) o de huecos sucesivos,

caracterizada por que, a lo largo del borde de ataque (164) y/o del borde de fuga (165) perfilados, dichas variaciones de amplitud (d) y/o de separación (L2) son monótonas.

2. Estructura perfilada según la reivindicación 1, en la que, en al menos una parte de la longitud (L1) expuesta a la corriente de aire donde están presentes las estrías y, bien con referencia a una cuerda media, bien para cada cuerda en cada estría según dicha dirección, estas estrías cumplen, transversalmente a la dirección de alargamiento, la relación; 0,005<d/c<0,5, con; «d» la amplitud de las estrías en m y «c» la cuerda de la estructura perfilada, en el lugar de las estrías, en m.

3. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que, a lo largo del borde de ataque (164) y/o del borde de fuga (165) perfilados y por variación de amplitud y/o de separación entre dos vértices de dientes (30) o de huecos sucesivos, las estrías (28, 28a) se conectan progresivamente a dicha parte lisa (280) de la longitud.

4. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que las estrías terminan en una conexión (280a) que es tangente a dicha parte lisa (280).

5. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que, en dicha parte lisa (280) de la longitud, dicha estructura tiene una cuerda (c) más larga que en el fondo del hueco (32).

6. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que, en dicha parte de longitud, a excepción de dichas zonas, una serie de al menos tres dientes (30) y tres huecos (32) consecutivos tiene una distancia (L2) estrictamente creciente, según dicha dirección de alargamiento, entre dos vértices de dientes (30) o de huecos (32) consecutivos.

7. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que, en dicha parte de longitud, a excepción de dichas zonas, una serie de al menos tres dientes (30) y tres huecos (32) consecutivos tiene una amplitud (d) estrictamente creciente.

8. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que, según dicha longitud expuesta a la corriente de aire, las estrías (28, 28a) están ausentes;

- en uno al menos de los dos extremos de dicha longitud, o

- en una parte intermedia entre estos extremos y presentes hacia dichos dos extremos.

9. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que, en al menos una parte de dicha longitud donde están presentes las estrías, la amplitud (d) y/o la separación (L2) entre dos vértices de dientes (30) o de huecos sucesivos varían de manera no periódica.

10. Estructura perfilada según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que, en al menos una parte de dicha longitud donde están presentes las estrías, la amplitud (d) y/o la separación (L2) entre dos vértices de dientes (30) o de huecos sucesivos varían de manera lineal, cuadrática, hiperbólica, exponencial y/o logarítmica.

11. Conjunto de estructuras perfiladas, cada una según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, cuyas direcciones de alargamiento respectivas se extienden radialmente alrededor de un eje de revolución, y cuya distancia (L2) entre dos vértices de dientes (30) o de huecos (32) consecutivos y/o la amplitud son más largas en un extremo radialmente exterior de la longitud (L1) expuesta a una corriente de aire (U) que en un extremo radialmente interior de esta longitud.

12. Turbomáquina que tiene un eje general (X) y que comprende un rotor, que puede girar alrededor de dicho eje general (X), y un estátor, comprendiendo el estátor y/o el rotor unas estructuras perfiladas (1), cada una según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

13. Turbomáquina según la reivindicación 12, en la que la estructura perfilada es la:

- de una pared (160) anular de separación, para separar un flujo de aire, aguas abajo de un soplante de la turbomáquina, entre un flujo primario y un flujo secundario, o

- unos álabes (26, OGV) fijos de guiado del flujo secundario (Fs), que definen dichas estructuras perfiladas, o - unos álabes (24, IGV) fijos de guiado del flujo primario (Fp), que definen dichas estructuras perfiladas.

14. Turbomáquina según la reivindicación 12 o 13, que comprende dos rotores (480a, 480b), que pueden girar paralelamente a dicho eje general (X), comprendiendo uno y/o el otro de los rotores unas estructuras perfiladas (1), cada una según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.