FR2556409A1 - Aube perfectionnee pour moteur a turbine a gaz et procede de fabrication - Google Patents

Abstract

AUBE A CONTRAINTES CENTRIFUGES REDUITES ET DUREE DE VIE AMELIOREE. ELLE COMPREND : UNE PARTIE AERODYNAMIQUE 12 COMPRENANT UN LIEU GEOMETRIQUE NON LINEAIRE DES CENTRES DE GRAVITE 30 DONT UNE PREMIERE PARTIE A UNE PREMIERE PENTE ET UNE SECONDE PARTIE A UNE SECONDE PENTE, LA SECONDE PENTE AYANT UN SENS NEGATIF PAR RAPPORT A LA PREMIERE PENTE. APPLICATION AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.

Description

La présente invention concerne d'une manière

générale des aubes de moteur à turbine à gaz et, plus parti-

culièreminent, une aube perfectionnée dans laquelle les con-

traintes dues à la force centrifuge sont réduites afin d'a-

méliorer la durée de vie utile de l'aube. Un moteur à turbine à gaz à flux axial classique comporte une série de grilles alternées d'aubes fixes et tournantes. Les aubes tournantes se trouvent, classiquement,

dans la soufflante, le compresseur, et des sections de tur-

bine du moteur, et lorsque ces aubes tournent pour effectuer

le travail dans le moteur, elles sont soumises à une con-

trainte due aux forces centrifuges.

La contrainte centrifuge dans une aube est relati-

vement importante et comporte une contrainte de traction centrifuge essentiellement uniforme et une contrainte de flexion centrifuge incluant une composante de traction et une composante de compression qui s'ajoutent à la contrainte

de traction uniforme.

Dans une section de turbine du moteur à turbine à gaz, les aubes de turbine sont également soumises à des gaz chauds de combustion, sous pression. Ces gaz induisent des contraintes de flexion dues à la pression de ces gaz de

combustion agissant sur les aubes de turbine, ces contrain-

tes étant souvent relativement petites comparées aux con-

traintes centrifuges. Les gaz relativement chauds induisent -2- également une contrainte thermique due à tout gradient de

température créé dans l'aube de turbine.

Une aube de turbine, en particulier, a une durée de vie utile, c'est-àdire, un temps total de service au bout duquel on la retire, qui est classiquement déterminée en se basant sur les contraintes décrites cidessus, et l'endurance, la fatigue oligocyclique et des considérations de fluage-rupture. Une aube de turbine classique comporte une section de limitation de la durée de vie déterminée

analytiquement dans laquelle il existe la plus grande proba-

bilité d'apparition de rupture de l'aube. Cependant, les aubes sont classiquement conçues pour avoir une durée de vie

utile qui va bien au-delà de la durée de rupture statisti-

quement déterminée afin de fournir une marge de sécurité.

Un facteur important dans la détermination de la durée de vie utile d'une aube de turbine est la résistance

classique, connue, de rupture en fluage, qui est principale-

ment proportionnelle aux propriétés de la matière, de la

contrainte de traction, de la température, et du temps.

Indépendament du fait que des températures relativement

élevées des gaz de combustion peuvent induire des contrain-

tes thermiques du fait de leurs gradients, ces températures lorsqu'elles agissent sur une aube soumise à une contrainte de traction centrifuge constituent un facteur important en ce qui concerne la considération de fluage pour la durée de vie utile. Dans un effort pour améliorer la durée de vie

utile des aubes de turbine, ces aubes comprennent classique-

ment un refroidissement interne pour réduire les tempéra-

tures subies par l'aube. Cependant, le refroidissement in-

terne est principalement efficace pour refroidir les parties centrales de l'aube tout en laissant les bords d'attaque et de fuite de l'aube à des températures relativement élevées par rapport aux parties centrales. Malheureusement, les

bords d'attaque et de fuite de l'aube sont aussi, classique-

ment, les parties de l'aube soumises aux contraintes les -3- plus élevées et par conséquent, la section de limitation de la durée de vie d'une aube se trouve classiquement aux bords

d'attaque ou de fuite de l'aube.

En outre, un facteur important dans la conception des aubes de turbine est le contour de la surface aérodyna- mique de l'aube qui est déterminée indépendamment de la

résistance mécanique et de la durée de vie utile de l'aube.

La performance aérodynamique d'une aube est un facteur im-

portant dans l'obtention de performances acceptables du moteur à turbine à gaz. En conséquence, le contour de la surface aérodynamique qui définit une aube de turbine, peut être une limitation importante dans la conception de l'aube pour ce qui concerne la résistance mécanique et la durée de

vie utile. Avec cette restriction due à la performance aéro-

dynamique, la durée de vie utile d'une aube peut ne pas être la durée de vie optimum, ce qui, par conséquent, conduit à un remplacement non souhaitable des aubes à des intervalles

inférieurs aux intervalles optimaux.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: - Figure 1, une vue en perspective d'une aube d'entrée axiale pour un moteur à turbine à gaz;

- Figure 2, une vue en coupe de l'aube de la fi-

gure 1 faite suivant la ligne 2-2; - Figure 3, une représentation graphique du lieu géométrique des centres de gravité de l'aube de la figure 1 dans un plan Y-Z; - Figure 4, une vue en perspective de l'aube de la figure 1 faite le long de la ligne 4-4; - Figure 5, une représentation graphique du lieu géométrique des centres de gravité de l'aube de la figure 1 dans un plan X-Y; - Figure 6, une vue de côté de l'aube de la figure 1 dans le plan X-Z; - Figure 7, une vue en perspective d'une autre -4- aube d'entrée axiale pour un moteur à turbine à gaz;

- Figure 8, une vue en coupe de l'aube de la fi-

gure 7 faite suivant la ligne 8-8; - Figure 9, une représentation graphique du lieu géométrique des centres de gravité de l'aube de la figure 7 dans un plan Y-Z; et, - Figure 10, une représentation graphique du lieu géométrique des centres de gravité de l'aube de la figure 7

dans un plan X-Y.

On a représenté sur la figure 1 d'une manière générale une vue en perspective d'un exemple d'aube d'entrée de turbine axiale 10 montée sur un disque de turbine 11 d'un moteur à turbine à gaz (non représenté). L'aube 10 comprend une partie aérodynamique 12, une partie en queue d'aronde 14 et une plateforme facultative 16. La section aérodynamique

12 de l'aube 10 se compose d'un ensemble de sections trans-

versales comprenant une section de bout 18, une section intermédiaire 20 et une section de pied 22, ayant chacune un centre de gravité (C.g.) 24, 26 et 28, respectivement. Le lieu des centres de gravité de la partie aérodynamique 12 définit une courbe 30, qui selon la présente invention est non-linéaire, par exemple incurvée, et qui est décrite plus

en détail ci-dessous.

L'aube 10 est en outre repérée au moyen d'un sys-

tème d'axes de coordonnées de référence X-Y-Z dont l'origine est le centre de gravité 28 de la section de pied 22. Ce système de coordonnées comporte: un axe axial, X, qui est aligné et parallèle à un axe central longitudinal du moteur à turbine à gaz; un axe tangentiel, Y, qui est normal à l'axe X et est orienté positivement dans la direction du disque de turbine 11, et un axe radial, Z, qui représente un axe longitudinal de l'aube 10 coaxialement aligné avec un

axe radial du moteur à turbine à gaz.

Comme illustré aux figures 1 et 2, la partie aéro-

dynamique 12 de l'aube 10 possède un contour aérodynamique de surface défini par un bord d'attaque 32 et un bord de fuite 34, entre lesquels s'étendent un extrados généralement

convexe 36 et un intrados généralement concave 38. L'intra-

dos 38 fait généralement face au sens négatif par rapport à l'axe tangentiel de référence Y; l'extrados 36 fait généra-

lement face au sens positif par rapport à celui-ci.

Chacune des sections transversales de l'ensemble de sections transversales de la partie aérodynamique 12 de l'aube 10 a son propre système principal classique connu de coordonnées. On a représenté sur la figure 2 un exemple de

système principal de coordonnées pour la section intermé-

diaire 20 qui comporte un axe Imax et un axe Imin. Le système principal de coordonnées a pour origine le centre de gravité 26 de la section intermédiaire ZO. Imax représente un axe de moment d'inertie maximum autour duquel la section intermédiaire 20 a sa rigidité ou sa résistance à la flexion maximale et Imin représente un axe de moment d'inertie minimum autour duquel la section intermédiaire 20 a une

rigidité ou une résistance à la flexion minimum.

Un procédé classique de conception de l'aube 10 comprend la conception de la partie aérodynamique 12 pour obtenir un contour recommande de la surface aérodynamique

recommandé tel que représenté par l'extrados 36 et l'intra-

dos 38. La courbe 30 de la partie aérodynamique 12 serait classiquement rendue linéaire et coaxiale à l'axe radial de référence Z. Une partie en queue d'aronde convenable 14 et

une plateforme facultative 16 seraient ajoutées et la tota-

lité de l'aube 10 serait alors analysée pour définir une section de limitation de la durée de vie, qui, par exemple, peut être la section intermédiaire 20, qui est classiquement située à environ 40 à 70 % de la distance du pied 22 au bout 18 de la partie aérodynamique 12. Bien évidemment, l'analyse de l'aube 10 pour définir une section de limitation de la durée de vie est relativement complexe et peut comprendre

les charges centrifuges, dues au gaz et thermiques appli-

-6- quées à l'aube 10, ce qui est effectué par des procédés classiques. Cependant, selon la présente invention, le procédé de conception de l'aube 10 comporte un remodelage de l'aube de façon à modifier le lieu géométrique linéaire des centres de gravité, c'est-à-dire de l'aube de référence, de façon à obtenir un lieu géométrique non linéaire, basculé des centres de gravité 30 qui soit efficace pour introduire une composante de compression de la contrainte de flexion dans

la section prédéterminée de limitation de la durée de vie.

Plus particulièrement, on notera à l'examen des

figures 1 et 2 que si on écarte le lieu des centres de gra-

vité 30 de l'axe radial de référence Z, lors de l'applica-

tion de charges centrifuges à la partie aérodynamique 12, la

force centrifuge agissant sur les centres de gravité, C.g.

26 par exemple, tendra à faire tourner ou à courber le lieu

géométrique des centres de gravité 30 vers l'axe de référen-

ce Z introduisant ou induisant ainsi une contrainte de flexion.

On notera selon la présente invention, qu'en bas-

culant et écartant de façon appropriée le lieu géométrique des centres de gravité 30 par rapport à l'axe radial de référence Z on peut induire une composante de compression de la contrainte de flexion à la fois aux bords d'attaque 32 et de fuite 34 de la section intermédiaire 20 du fait de la

flexion autour de l'axe Imin telle qu'illustrée à la fi-

gure 2. Bien évidemment du fait de l'équilibre des forces, on introduit simultanément une composante de traction de compensation de la contrainte de flexion dans l'extrados 36 de la section intermédiaire 20 et généralement à des valeurs

positives de l'axe lmax.

On a illustré plus particulièrement à la figure 3 un exemple de réalisation de la courbe 30 selon la présente invention tel que vu dans le plan Y-Z. La courbe 30 est -7- décrite comme étant non linéaire en allant du centre de gravité 28 de la section de pied 22 au centre de gravité 24 de la section de oout 18 et peut comporter entre ces deux points des parties linéaires ou curvilignes. Tant que la courbe 30 a des parties qui s'éloignent et s'écartent de l'axe radial de référence Z dans un sens positif par rapport

à l'axe tangentiel de référence Y on introduira des compo-

santes de compression de la contrainte de flexion au bord

d'attaque 32 et au bord de fuite 34 de la partie aérodyna-

mique 12.

Le lieu géométrique des centres de gravité 30 comporte une première partie 40 allant du centre de gravité 28 de la section de pied 22 au centre de gravité 26 de la section intermédiaire 20, et une seconde partie 42 allant du centre de gravité 26 de la section intermédiaire 20, au

centre de gravité 24 de la section de bout 18. On a égale-

ment représenté un lieu géométrique des centres de gravité linéairement incliné, de référence, 44 allant du centre de gravité 28 de la section de pied 22 au centre de gravité 24 de la section de bout 18. Le lieu géométrique des centres de gravité 30 a une pente moyenne représentée par la ligne en tirets 46 qui, comme représenté, est d'amplitude supérieure à la pente de l'axe de référence 44 et est disposée entre l'axe radial de référence Z et le lieu géométrique des

centres de gravité, de référence, 44.

En supposant, par exemple, que la section de limi-

tation de la durée de vie de la partie aérodynamique 12 soit située dans la section intermédiaire 20, il est évident

d'après les enseignements de la présente description qu'une

composante de compression de la contrainte de flexion peut

être introduite dans cette section intermédiaire 20 en uti-

lisant soit le lieu géométrique linéaire des centres de gra-

vité 44, soit le lieu géométrique non-linéaire des centres

de gravité 30. Pour introduire la contrainte de flexion vou-

lue à la section intermédiaire 20, le lieu géométrique des centres de gravité 30 pour être basculé par rapport à l'axe de référence Z aux sections radialement extérieures à -la section intermédiaire 20, c'est-àdire, la seconde partie 42

du lieu géométrique des centres de gravité 30.

La pente du lieu géométrique des centres de gravité 30 est généralement inversement proportionnelle à l'intensité de la contrainte de flexion réalisable à la section intermédiaire 20. en conséquence, dans la première réalisation de l'invention illustrée aux figures 1 à 6, on recommande des valeurs relativement faioles de la pente de

la seconde partie 42 ce qui se traduit par des valeurs rela-

tivement grandes de la contrainte de flexion induite dans la section intermédiaire 20. Cependant, on recommande également une valeur relativement grande de la pente moyenne 46 afin d'induire simultanée une contrainte de flexion relativement faible dans la section de pied 22. En outre, la seconde partie 42 du lieu géométrique des centres de gravité 30 a une pente inférieure à celle d'une partie comparable 44a du lieu géométrique linéaire, de référence, des centres de

gravité 44, ce qui indique que l'on peut introduire une con-

trainte de flexion relativement plus grande dans la section

intermédiaire 20.

Cependant, non seulement le lieu géométrique li-

néaire, de référence, des centres de gravité 44 est moins efficace pour introduire la contrainte de flexion voulue dans la section intermédiaire 20, mais pour autant que ce lieu géométrique des centres de gravité, de référence, 44 soit linéaire du centre de gravité 28 au centre de gravité 24, on introduit également des contraintes de flexion non sounaitaDles importantes dans la section de pied 22. La contrainte de flexion accrue dans la section de pied 22 constitue une limite à l'intensité de la contrainte de

flexion que l'on peut introduire au moyen du lieu géomé-

trique, linéaire, de référence, des centres de gravité 44

dans la section de limitation de la durée de vie de la par-

-9- tie aérodynamique 12 en ce sens que la section de limitation

de durée de vie peut être ainsi resituée de la section in-

termédiaire 20 à la section de pied 22.

Au contraire, si la ligne de pente moyenne 46 du lieu géométrique nonlinéaire des centres de gravité 30 a une amplitude supérieure à 'celle du lieu géométrique des centres de gravité, de référence, 44, on notera que non seulement le lieu géométrique non-linéaire des centres de gravité 30 fournit une contrainte de flexion accrue dans la section intermédiaire 20 mais également une contrainte de flexion moindre dans la section de pied 22 comparé à ce

qu'on obtient avec le lieu géométrique linéaire, de référen-

ce, des centres de gravité 44. En conséquence, un lieu géo-

métrique non-linéaire, des centres de gravité 30 est plus efficace pour introduire les composantes de compression

voulues de la contrainte de flexion dans la section de limi-

tation de la durée de vie sans accroître de façon nuisible

les contraintes de flexion de pied 22.

Plus particulièrement, le lieu géométrique des centres de gravité 30 selon la réalisation illustrée à la figure 3 comporte des parties disposées sur deux côtés de l'axe radial de référence Z qui sont efficaces pour obtenir

la contrainte de flexion accrue dans la section intermé-

diaire 20 sans augmenter de façon nuisible la contrainte de flexion dans la section de pied 22. La première partie 40 a une pente moyenne entre le centre de gravité 28 et le centre de gravité 26, et la seconde partie 42 a une seconde pente

moyenne entre le centre de gravité 26 et le centre de gravi-

té 24, la seconde pente ayant un sens négatif par rapport à la première pente. De plus, la première partie 40 va du centre de gravité 2ô et est basculée loin de l'axe radial de référence Z dans un sens généralement négatif suivant l'axe Y, de sorte que la première pente a une valeur négative. La seconde partie 42 va du centre de gravité 26 dans un sens positif par rapport à l'axe Y et avec une pente positive ce

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qui permet à la seconde partie 42 de couper l'axe radial de

référence Z en un point et de se prolonger sur le côté posi-

tif de l'axe x.

Lorsque le lieu géométrique 30 a des parties des deux côtés de l'axe radial de référence Z, on notera que la ligne de pente moyenne 46 de ce lieu géométrique 30 aura une valeur relativement plus grande que celle qui apparaîtrait si le lieu géométrique 30 était seulement disposé d'un côté de l'axe de référence Z. Cet agencement est efficace pour permettre à la seconde partie 42 d'avoir une seconde pente relativement plas petite pour introduire plus de composante de compression de la contrainte de flexion au bord d'attaque 32 et au bord de fuite 34, par exemple, dans la section

intermédiaire 20.

La réalisation de l'invention illustrée à la fi-

gure 3, par conséquent, non seulement permet une augmenta-

tion de la contrainte de compression voulue dans la section

intermédiaire 20 mais également se traduit par des contrain-

tes réduites dans la section de pied 22 pour autant que l'on

prend la ligne de pente moyenne 46 procihe de, sinon coaxia-

le à, l'axe radial de référence Z. La figure 4 illustre une vue en bout de la partie aérodynamique 12 à partir du oord de fuite 34. La partie aérodynamique 12 comporte en outre une partie de bord de fuite souple, plane, et relativement mince, analogue à une

plaque 48 qui se prolonge radialement vers l'intérieur de-

puis la partie 18 et qui peut aller jusqu'à la section de pied 22 telle qu'illustrée. La partie 4d de bord de fuite définit un plan de bord de fuite et est disposée suivant un angle B de l'axe X en direction de l'axe x. Selon un autre aspect de la présente invention, la partie 48 de bord de fuite n'est pas inclinée dans une direction transversale mais est orientée dans une direction radiale, comme le

montre la figure 2. Ceci est recommandé pour rendre -mini-

males les contraintes de flexion centrifuges dans la partie

- il -

48 de bord de fuite qui autrement seraient engendrées si cette partie 48 de bord de fuite était disposée avec un angle par rapport à l'axe radial ô. Ceci est efficace pour empêcher une distorsion de la partie 48 de bord de fuite, qui autrement apparaîtrait, pour ainsi empêcher des modifications importantes du contour aérodynamiiquue ainsi que pour

empêcher une distorsion de fluage localisée.

En conséquence, afin de maintenir l'orientation radiale recommandée de la partie 48 de bord de fuite, et afin d'introduire des composantes de compression voulues de la contrainte de flexion dans le bord d'attaque 32 et le bord de fuite 34, le lieu géométrique des centres de gravité est incliné ou disposé dans une direction principalemnt parallèle à l'orientation de la partie 48 de bord de fuite et, par conséquent, se trouve principalement dans un plan

aligné essentiellement parallèle au plan du bord de tuite.

Plus particulièrement, le lieu géométrique des centres de gravité 30 tel qu'illustré à la figure 5 est disposé suivant un angle B de l'axe X vers l'axe Y. L'angle B représente l'orientation de la partie 48 de bord de fuite dans le plan X-Y tel qu'illustré aux figures 2 et 4. Bien que le lieu géométrique des centres de gravité 30 ne soit

pas disposé dans une direction parallèle à l'axe Y, il com-

porte des composantes dans le sens positif de l'axe Y qui, par conséquent, introduiront la composante de compression

recommandée de la contrainte de flexion dans le bord d'at-

taque 32 et le bord de fuite 34.

Jn autre avantage selon la présente invention de l'inclinaison du lieu géométrique des centres de gravité 30 principalement dans une direction parallèle à l'orientation de la partie 48 de oord de fuite est illustrée à la figure 6. Plus particulièrement, en inclinant ce lieu géométrique tel que décrit ci-dessus, on notera que pour un contour donné de la surface aérodynamique, le bord d'attaque 32 sera incliné loin de l'axe radial de référence Z et le oora de

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fulte 34 sera incliné vers l'axe radial de référence Z. Par suite, la partie aérodynamique inclinée 1Z selon la présente invention lorsqu'on la compare à la partie aérodynamique non inclinée représentée partiellement en traits interrompus référencée Su ne possédera plus une réyion de bout de bord de fuite DZ disposée directement radialement à l'extérieur

de la région intérmédiaire du bord de fuite 54.

Plus particulièremnent, la partie aérodynamique 12 comportera une région de bout de bord d'attaque 56 disposée radialement à l'extérieur de la région intermédiaire du oord d'attaque 58 et dans un sens positif X par rapport à celle-ci. De même, la région de bout de bord de fuite 52

s'étend dans un sens positif X à partir de la région inter-

médiaire de bord de fuite 54, mais, cependant, n'en ait pas disposé directement radialement à l'extérieur, laissant par conseéquent un espace Z2' qui autrement constituerait une région de bout de bord de fuite de la partie aérodynamique 12. La signification de cette caractéristique est que la région intermédiaire du bord de fuite 54 sera par conséquent soumise à une charge centrifuge moindre, et aux contraintes

moindres qui ea résultent, pour autant que la charge centri-

fuge de la région de bout du bord de fuite 52 soit princi-

palement dispersée autour d'une région centrale 60 de la partie aérodynamique 12. Bien que la région intermédiaire du

bord d'attaque 58 doive maintenant absoroer la ciarge cen-

trifuge due à la région de bout du bord d'attaque 56 dispo-

sée au-dessus, l'augmentation de la contrainte dans la région intermédiaire du oord d'attaque 58 est relativement petite pour autant que cette région intermédiaire 'du bord d'attaque 58 ait une section droite notablement plus grande

que celle de la région intermédiaire du bord de-fuite 54.

On a illustré à la figure 7 une vue générale en perspective d'un autre exemple d'aube d'entrée de turbine axiale 110 montée sur un disque de turbine 111 d'un moteur à turoine à gaz (non représenté). L'aube 110 comporte une

- 13 -

partie aérodynamique 112, une partie en queue d'aronde 114 et une plateforme facultative 116. La partie aérodynamique 112 de l'aube 110 se compose d'un ensemole de sections

transversales comprenant une section de bout 118, une sec-

tion intermédiaire 120 et une section de pied 122, ayant

cnacune un centre de gravité (C,g.) 124, lZ6 et 128, respec-

tivement. Le lieu des centres de gravité de la partie aéro-

dynamique 12 définit une courbe 130, qui selon la présente invention est non-linéaire, par exemple incurvée, et qui est

décrite en détail ci-dessous.

L'aube 10 comporte en outre un système d'axes de coordonnés, de référence, X-Y-Z dont l'origine est le centre de gravité 128 de la section de pied 122. Ce système de coordonnés comporte: un axe axial, X, qui est aligné et parallèle à un axe central longitudinal du moteur à turbine à gaz; unll axe tangentiel, Y, qui est normal à l'axe X et a une orientation positive dans la direction du disque de turbine 111, et un axe radial, Z, qui représente un axe longitudinal de l'aube 10 coaxialement aligné avec un axe

radial du moteur à turbine à gaz.

Com.le illustré aux figures 7 et 8, la partie aéro-

dynamique 12 de l'aube 10 comporte un contour de surface aérodynamique défini par an bord d'attaque 132 et un bord de

fuite 134, entre lesquels s'étendent un extrados générale-

ment convex.e 136 et un intrados généralement concave 138.

L'intrados 138 est généralement orienté dans un sens négatif par rapport à l'axe tangentiel de référence Y; l'extrados

136 est généralement orienté dans un sens positif par rap-

port à celui-ci.

Cnacune des sections transversales de l'ensemble de sections transversales de la partie aérodynamique 112 de l'aube 10 a son propre système principal, classique connu de coordonnées. On a représenté sur la figure 8 un exemple de

système principal de coordonnées pour la section intermé-

diaire 20 qui comporte un axe Imax et un axe lain. Le

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système principal de coordonnées a pour origine le centre de

gravité 126 de la section intermédiaire 120. Imax repré-

sente un axe de moment d'inertie maximum autour duquel la section intermédiaire 120 a sa rigidité ou sa résistance à la flexion maximale et Imin représente un axe de moment d'inertie minimum autour duquel la section intermédiaire 120

a une rigidité ou une résistance à la flexion minimum.

Un procédé classique de conception de l'aube 110 comporte la conception de la partie aérodynamique 112 pour obtenir un contour recommandé de la surface aérodynamique tel que représenté par l'extrados 136 et l'intrados 13d. La

courbe 130 de la partie aérodynamique 112 serait classique-

ment rendue linéaire et coaxiale à l'axe radial de référence

Z. Une partie en queue d'aronde convenable 114 et une plate-

forme facultative 116 seraient ajoutées et la totalité de l'auoe 110 serait alors analysée pour définir une section de limitation de la durée de vie, qui, par exemple, peut être la section intermédiaire 120, qui est classiquement située à environ 40 à 70 % de la distance du pied 122 au bout 118 de la partie aérodynamique 112. Bien évidemment, l'analyse de

l'aube 110 pour définir une section de limitation de la du-

rée de vie est relativement complexe et peut comprendre les charges centrifuges, dues au gaz et thermiques appliquées à

l'aube 110, ce qui est effectué par des procédés classiques.

Cependant, selon la présente invention, le procédé de conception de l'aube 110. comporte un remodelage de l'aube de façon à modifier le lieu géométrique linéaire des centres de gravité, c'est-à-dire de l'aube de référence, de façon à

obtenir un lieu géométrique non-linéaire, basculé des cen- tres de gravité 130, qui soit efficace pour introduire une composante de

compression de la contrainte de flexion dans

la section prédéterminée de limitation de la durée de vie.

Plus particulièrement, on notera à l'examen des figures 7 et 8 que si on écarte le lieu des centres de

- 15 -

gravité 1l0 de l'axe radial de référence Z, Xors de l'appli-

cation de charges centrifuges à la partie aérodynamique 112, la force centrifuge agissant sur les centres de gravité, C.g. 126 par exemple, tendra à faire tourner ou courber le lieu géométrique des centres de gravité 130 vers l'axe de référence Z introduisant ou induisant ainsi une contrainte

de flexion.

On notera selon la présente invention, qu'en bas-

culant et écartant de façon appropriée le lieu géométrique des centres de gravité 130 par rapport à l'axe radial de référence Z on peut induire une composante de compression de la contrainte de flexion à la fois aux bords d'attaque 132 et de fuite 134 de la section intermédiaire 120 du fait de la flexion autour de l'axe I1min telle qu'illustrée à la figure 8. Bien évidemment du fait de l'équilibre des forcés, on introduit simultanément une composante de traction de compensation de la contrainte de flexion dans l'extrados 136 de la section intermédiaire 120 et généralement à des

valeurs positives de l'axe Imin.

On a illustré plus particulièrement à la figure 9 un exemple de réalisation de la courDe 130 selon la présente invention telle que vue dans le plan Y-Z. La courbe 130 s'éloigne et s'écarte de l'axe radial de référence Z dans un sens positif par rapport à l'axe tangentiel de référence Y Z5 depuis, mais sans l'inclure, la section de pied 122 à la

section de bout 118.

Le lieu géométrique des centres de gravité 130 comporte une première partie 140 allant du centre de gravité 12d de la section de pied 122 au centre de gravité 126 de la section intermédiaire 120O, et une seconde section 142 allant du centre de gravité l26 de la section intermédiaire lZO, au

centre de gravité 124 de la section de bout 118. On a égale-

ment représenté un lieu géométrique linéaire, incliné, de référence, des centres de gravité 144 allant du centre de gravité 126 de la section de pied 122 au centre de gravité

- 16 -

124 de la section de oout 118. Le lieu géométrique des centres de gravité 30 a une pente moyenne représentée par la ligne en tirets 146 qui, comme représenté, est d'amplitude

supérieure à la pente de l'axe de référence 144 et est dis-

posée entre l'axe radial de référence f et le lieu géomé-

trique des centres de gravité de référence 144.

En supposant, par exemple, que la section de limi-

tation de la durée de vie de la section aérodynamique 112 soit située dans la section intermédiaire 120 il est évident

d'après les enseignements de la présente description qu'une

composante de compression de la contrainte de flexion peut être introduite dans cette section intermédiaire 120 en utilisant soit le lieu géométrique linéaire des centres de gravité 144 soit le lieu géométrique non-linéaire des centres de gravité 130. Pour introduire la contrainte de flexion voulue dans la section intermédiaire 120, le lieu géométrique des centres de gravité 130 doit être basculé par rapport à l'axe de référence Z aux sections radialement extérieures à la section intermédiaire 120, c'est-à-dire, la

seconde partie 142 du lieu géométrique des centres de gra-

vité 130.La pente du lieu géométrique des centres de gra-

vité 130 est généralement inversement proportionnelle à l'intensité de la contrainte de flexion réalisaole à la

section intermédiaire 120.

Comme représenté à la figure 9, la première partie a une première pente moyenne et la seconde partie 142 à

une seconde pente moyenne, la première pente étant supé-

rieure à la seconde. Ceci est efficace pour obtenir une contrainte de flexion accrue dans la section intermédiaire 120 sans accroître nuisiolement la contrainte de flexion dans la section de pied 122. hn outre, la seconde section 142 du lieu géométrique des centres de gravité 150 a une pente inférieure à celle d'une partie comparable 144a du lieu géométrique linéaire, de référence, des centres de

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gravité 144, ce qui indique que l'on peut introduire relati-

veinent une plus grande contrainte de flexion dans la section

intermédiaire 120.

Cependant, non seulement le lieu géométrique li-

néaire, de référence, des centres de gravité 144 est moins efficace pour introduire la contrainte de flexion voulue dans la section intermédiaire 120, mais pour autant que ce lieu géométrique, de référence, des centres de gravité 144 soit linéaire du centre de gravité 128 au centre de gravité 124, on introduit également des contraintes de flexion non souhaitables importantes dans la section de pied 122. Ces contraintes de flexion accrues dans la section de pied 122 constitue une limite à l'intensité de la contrainte de

* flexion que l'on peut introduire au moyen du lieu géomé-

trique linéaire, de référence, des centres de gravité 144

dans la section de limitation de la durée de vie de la par-

tie aérodynamique 112Z en ce sens que la section de limita-

tion de la durée de vie peut être ainsi déplacée de la sec-

tion intermédiaire 120 à la section de pied 122.

Au contraire, si la ligne de pente moyenne 146 du lieu géométrique nonlinéaire des centres de gravité 130 a une amplitude supérieure à celle du lieu géométrique des centres de gravité, de référence, 144, on notera que non seulement le lieu géométrique non-linéaire des centres de gravité 130 fournit une contrainte de flexion accrue dans la section intermédiaire 120 mais également une contrainte de flexion moindre dans la section de pied 122 comparé à ce

qu'on obtient avec le lieu géométrique linéaire, de réfé-

rence, des centres de gravité 144. En conséquence, un lieu géométrique non-linéaire des centres de gravité 130 est plus efficace pour introduire les composantes de compression

voulues de la contrainte de flexion dans la section de limi-

tation de la durée de vie sans accroître de façon nuisible

les contraintes de flexion de la section de pied 122.

La figure 9 illustre plus particulièrement le lieu

- 18 -

géoiaétrique des centres de gravité 1l0 selon la présente invention. Le lieu géométrique 130 est décrit comme étant non linéaire à partir au centre de gravité 128 de la section de pied 122 jusqu'au centre de gravité 124 de la section de oout 118 et peut comporter entre ces sections soit des par-

ties linéaires, soit des parties curvilignes.

Aussi longtemps que le lieu géométrique 130 a des parties qui s'éloignent et sont espacées de l'axe radial de

référence Z dans un sens positif par rapport à l'axe tangen-

tiel de référence Y on introduira des composantes de com-

pression de la contrainte de flexion au bord d'attaque 132

et au bord de fuite 134 de la partie aérodynamique 112.

De façon optimale, l'amplitude de la contrainte de compression induite est de préférence rendue égale à environ la résistance à la rupture en compression du matériau de l'aube. Ceci fournira une contrainte de compression maximum dans le bord d'attaque 132 et le bord de fuite 134 pendant le fonctionnement ce qui donnera une meilleure résistance à

la fatigue. De plus, le lieu géométrique 130 peut être inc-

liné également pour induire des contraintes initialement supérieures à la résistance à la rupture en compression, contraintes qui s'établiront après les premiers cycles de fonctionnement, de sorte que des imprécisions de fabrication n'empêcheront pas la contrainte induite d'atteindre la valeur optimale. Plus particulièrement, et tel qu'illustré à

la figure 8, l'axe de référence tangentiel Y est générale-

ment aligné avec les axes Imax des sections transversales de la partie aérodynamique 112, l'axe Imax de la section

intermédiaire 120, par exemple. En conséquence, en fonction-

nement, les forces centrifuges agissent sur cnacun des

centres de gravité de la partie aérodynamique 112 et ten-

dront ainsi à redresser la partie aérodynamique 112 pour amener le lieu géométrique 130 plus près de l'axe radial de référence Z. Par exemple, lorsque- la ligne de pente moyenne 146 du lieu géométrique 130 est écartée de l'axe radial de

- 19 -

référence f dans un sens généralement positif par rapport à

l'axe tangentiel Y et l'axe Imax, des composantes de com-

pression de la contrainte de flexion seront introduites au

bord d'attaque 132 et au oord de fuite 134.

On a illustré à la figure 10 le lieu géométrique dans le plan X-Y. Le lieu géométrique 130 de préférence se trouve dans un plan défini par l'axe radial de référence Z et l'axe tangentiel Y, est de préférence- linéaire dans le plan X-Y et de préférence aligné suivant l'axe positif Y. Ceci est recommandé de sorte que le contour de la surface aérodynamique et l'orientation de la partie aérodynamique 112 ne se modifie pas de façon notadole lorsque l'on bascule

le lieu géométrique 130.

En variante, l'espacement du lieu géométrique 130 de l'axe radial de référence Z pourrait être d'amplitude positive et être orienté suivant la direction de 1imax pour chacune des sections transversales et pourrait apparaître

comme anl lieu géométrique 13Ua illustré à la figure 10.

Cependant, la torsion relative de la partie aérodynamique 11Z, c'est-àdire, son orientation par rapport à l'axe de référence axial X, changerait par rapport à celle d'une aube non basculée, modifiant ainsi le contour de la surface

aérodynamique de la partie aérodynamique 112.

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RIEVNDICATIONS

1. Aube pour un moteur à turbine à gaz comprenant une partie aérodynamique (12) comprenant un lieu géométrique non-linéaire des centres de gravité (S0) dont une première partie (40) a une première pente et une seconde partie (42) a une seconde pente, la seconde pente ayant un sens négatif

par rapport à la première pente.

2. Auoe selon la revendication 1 caractérisée en ce que la partie aérodynamique)12) comporte en outre un bord d'attaque (32) et un bord de fuite (34) et le lieu

géométrique des centres de gravité est efficace pour engen-

drer une composante de compression de la contrainte de flexion dans le oord de fuite et le bord d'attaque due à la

force centrifuge agissant sur l'aube.

3. Aube selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie aérodynamique comporte en outre: - un ensemble de sections transversales incluant une section de pied (22), une section intermédiaire (20), et une section de bout (18), ayant chacune un centre de gravité

(24,26,26);

- des axes de référence radiaux (X,Z) et tangen-

tiel (Y) se prolongeant vers l'extérieur à partir du centre de gravité de la section de pied; et - en ce que le lieu géométrique des centres de gravité va du centre de gravité (28) de la section de pied (22) et est espacé- de l'axe de référence radial (Z) dans la

section de bout (18).

4. Aube selon la revendication 3, caractérisée en ce que la première partie (40) du lieu géométrique des

centres de gravité va de la section de pied (22) à la sec-

tion intermédiaire (2jU), la seconde partie (42) du lieu

géométrique des centres de gravité va de la section inter-

médiaire à la section de bout et la seconde partie du lieu

géométrique coupe l'axe radial de référence(A).

5. Aube selon la revendication 3, caractérisée en ce que la section aérodynamique (12) comprend en outre:

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- un intrados (38) faisant face généralement au seas négatif de l'axe de référence tangentiel (Y); - un extrados (36) faisant face généralement au sens positif de l'axe tangentiel de référence (Y); - la première partie (40) du lieu géométrique de centres de gravité s'éloignant de l'axe radial de référence (Z) dans un sens négatif par rapport à l'axe tangentiel de

référence (Y) et la seconde partie (42) de ce lieu se pro-

longeant dans un sens positif par rapport à celui-ci.

6. Auoe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie aérodynamique (12) comporte en outre:

- une région de bord de fuite plane (52) définis-

sant un plan de bord de fuite aligné généralement dans une direction radiale et en ce que le lieu géométrique des

centres de gravité se trouve dans un plan aligné pratique-

ment parallèle au plan du oord de fuite.

7. Aube selon la revendication 6, caractérisée en ce que la région de bord de fuite (52) est alignée dans une

direction radiale.

8.Auoe de moteur à turoine à gaz comprenant une partie aérodynamique (12) incluant un bord d'attaque (32), un bord de fuite (34), un intrados (38), un extrados (36),

et un ensemble de sections transversales incluant une sec-

tion de pied (22), une section intermédiaire (20), et une section de bout (18), cnacuae de ces sections comportant un centre de gravité (28, 26, 24) , dont le lieu définit une courbe (30), cette aube comportant en outre des axes de références radiaux iX, Z) et tangentiel (Y) s'étendant vers l'extérieur à partir du centre de gravité (28) de la section de pied (22) J en direction de la section de bout (18) et de l'extrados (36J, respectivement, cette courbe étant non linéaire et étant efficace pour introduire une composante de compression de la contrainte de flexion dans le bord de

fuite et le bord d'attaque due à la force centrifuge agis-

sant sur l'auoe, cette courue incluant une première partie

- 22 -

(40) ayant une première pente, et une seconde partie (42) ayant une seconde pente, la seconde pente ayant un sens

négatif par rapport à la première pente.

9. Aube selon la revendication 8, caractérisée en ce que la région aérodynamique comporte en outre une partie de bord de iuice plane (52) définissant un plan de bord de fuite aligné parallèlement à une direction radiale et la couroe se trouvant dans un plan aligné parallèlement au plan

du bord de fuite.

10. Procédé de conception d'une aube pour un moteur à turoine à gaz caractérisé en ce qu'il consiste à: - concevoir une aube de référence incluant une partie aérodynamique t12) ayant un lieu géométrique linéaire

des centres de gravités et un contour de surface aérodyna-

mique; - analyser cette aube de référence pour définir une section de limitation de la durée de vie de la partie aérodynamique; - remodeler l'aube de référence pour ootenir un

lieu géométrique non-linéaires des centres de gravité effi-

cace pour introduire une composante de compression de la contrainte de flexion dans la section de limitation de la durée de vie de la partie aérodynamique, ce lieu géométrique des centres de gravité incluant une première partie (40) ayant une première pente et une seconde partie (42) ayant une seconde pente, la seconde pente ayant un sens négatif

par rapport à la première pente.

11. Aube pour un moteur à turbine à gaz comprenant une partie aérodynamique incluant un lieu géométrique

non-linéaires des centres de gravité (30).

12. Aube selon la revendication 11, caractérisée en ce que la partie aérodynamique (12) comporte en outre un bord d'attaque (32) et un bord de fuite (34) et le lieu

géométrique des centres de gravité est efficace pour intro-

duire une composante de compression de la contrainte de

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flexion dans le bDord de fuite et le bord d'attaque due à la

force centrifuge agissant sur l'aube.

13. Auoe selon la revendication 1Z, caractérisée en ce que le lieu géométrique des centres de gravité est efficace pour engendrer une contrainte de compression dans le bord de fuite (34) et le bord d'attaque (32) supérieure à

la résistance à la rupture en compression de l'aube.

14. Auoe selon la revendication 12, caractérisée en ce que la partie aérodynamique comporte en outre: - un ensemble de sections transversales incluant une section de pied (Z22), une section intermédiaire (Z0) et une section de bout (18), ayant chacune un centre de gravité (2d, z6, 24);

- des axes ae référence radiaux (X,Z) et tangen-

tiel (Y) se prolongeant- vers l'extérieur à partir du centre de gravité (28) de la section de pied (22); et - en ce que le lieu géométrique des centres de gravité se prolonge à partir du centre de gravité de la section du pied et est écarté de l'axe de référence radial

(Z) à la section de bout (18).

15. Aube selon la revendication 14, caractérisée en ce que le lieu géométrique des centres de gravité est espacé de l'axe radial de référence de la section de pied

(22) vers la section de bout (18).

16. Aube selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie aérodynamique (12) comporte en outre: - un intrados (38) faisant face généralement au sens négatif de l'axe de référence tangentiel (Y); - un extrados (36) faisant face généralement au sens positif de l'axe tangentiel de référence; - et en ce que le lieu géométrique des centres de gravité s'éloigne de l'axe radial de référence dans un sens

positif par rapport à l'axe tangentiel de référence.

17. Aube selon la revendication l, caractérisée en ce que le lieu géométrique des centres de gravité se

- 24 -

trouve dans un plan défini par les axes ae référence radial

et tangentiel.

18. Aube selon la revendication 14, caractérisée

en ce que le. lieu géométrique des centres de gravité com-

S porte en outre une première partie (40) se prolongeant à

partir dela section de pied (22) vers la section intermé-

diaire (20) et une seconde partie (42) se prolongeant depuis la section intermédiaire (20) vers la section de bout (18),

la première partie (40) ayant une première pente et la se-

conde partie ayant une seconde pente (42j, la première pente

étant supérieure à la seconde pente.

19. Auoe selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie aérodynamique comporte en outre une section de limitation de la durée de vie prédéterminée ayant

un axe min et un axe [max et en ce que le lieu géomé-

trique des centres de gravité est espacé de l'axe radial de

référence dans un sens positif par rapport à l'axe Imax.

20. Aube pour un moteur à turbine à gaz caractéri-

sée en ce qu'elle comprend une partie aérodynamique (12) incluant un bord d'attaque (2SZ), un bord de fuite (34), un

intrados (3S) et un extrados (36)J, et un ensemole de sec-

tions transversales incluant une section de pied (22), une section intermédiaire (20) et une section de bout (18), cnacune de ces sections comportant un centre de gravité, (28, 26, 24) dont le lieu définit une courbe (SOj, cette aube comprenant en outre des axes de référence radiaux (X,Z) et tangentiel (Y) se prolongeant vers l'extérieur à partir du centre de gravité (28) de la section de pied (22) en

direction de la section de bout et de l'extrados (56), res-

pectivement, cette couroe étant non linéaire et écartée de l'axe radial de référence depuis la section de pied (22) en direction de la section de bout (18) et étant efficace pour introduire une composante de compression de la contrainte de flexion dans le bord de fuite (34) et le bord d'attaque (SZ)

due à la force centrifuge agissant sur l'auoe.

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21. Aube selon la revendication 20, caractérisée

en ce que le lieu géométrique des centres de gravité compor-

te une première partie (40) allant de la section de pied

(22) vers la section intermédiaire (20) et une seconde par-

tie (42) allant de la section intermédiaire (20) à la sec-

tion de bout (18), la première partie (40) ayant une pre-

mière pente et la seconde partie (42) ayant une seconde

pente, la première pente étant supérieure à la seconde pente.

22. Aube selon la revendication 21, caractérisée en ce que la couroe se trouve dans un plan défini par les

axes de référence radial et tangentiel.

23. Procédé de conception d'une aube pour un mo-

teur à turoine à gaz caractérisé en ce qu'il consiste à -

-concevoir une aube de référence incluant une partie aérodynamique (12) ayant un lieu géométrique linéaire de centres de gravité et un contour de surface aérodynamique; - analyser l'aube de référence pour définir une

section de limitation de la durée ae vie de la partie aéro-

dynamique; et - remodeler l'auoe de référence pour obtenir un

lieu géométrique non-linéaire des centres de gravité effi-

cace pour introduire un composante de compression de la contrainte de flexion dans la section de limitation de la

durée de vie de la partie aérodynamique.