FR2574114A1 - Ameliorations concernant des composants a profils d'ailettes pour moteurs a turbine - Google Patents

Abstract

POUR REDUIRE LES PERTES SECONDAIRES ET LES MAUVAISES DISTRIBUTIONS D'ECOULEMENT, UNE AILETTE 36, 38, TELLE QU'UNE AUBE DIRECTRICE DE TUYERE DE TURBINE A GAZ, EST CONCUE DE FACON A CE QUE DANS L'ETRANGLEMENT DELIMITE PAR LE BORD DE FUITE D'UNE AILETTE ET LE FLANC DE L'AILETTE ADJACENTE, LES LIGNES DE COURANT S A S DE L'ECOULEMENT DE GAZ LOCAL SONT PERPENDICULAIRES AU BORD DE FUITE DE L'AILETTE AU POINT D'INTERSECTION.

Description

La présente invention concerne les composants à section d'ailette qui sont

couramment utilisés dans les moteurs à turbine à gaz ou à autre fluide. Ces composants comprennent les pales de rotorset lesaubes de stator de la turbine ou des turbines d'un moteur à turbines. L'in- vention est également applicable dans une forme modifiée

aux pales et aux aubes d'un compresseur axial.

La fonction des pales de rotor de turbine est d'extraire l'énergie des gaz moteur à haute température et à haute vitesse de la façon la plus rentable possible,

pour mettre en rotation la turbine et le compresseur as-

sociés, ou le propulseur, ou tout autre système absorbeur

d'énergie selon le cas. De même,les aubes de stator reçoi-

vent les gaz moteur et transmettent les gaz dans la direc-

tion qui convient sur la grille de pales d'aval, le cas échéant. Pour des raisons de commodité, le terme ailette

dans cette description sera pris ci-dessous pour compren-

dre à la fois les pales de rotor et les aubes de stator.

Les échanges et transmissions d'énergie sont sujets à des pertes thermodynamiques, aérodynamiques et mécaniques. Les pertes aérodynamiques comprennent les pertes 2. dues aux écoulements secondaires dans les passages entre

aubes adjacentes.

Dans le cadre de cette invention, on considère

que les écoulements secondaires sont ceux ayant des vec-

teurs vitesse qui diffèrent sensiblement de ceux de l'é- coulement principal souhaité du gaz moteur. Ces écoulements

peuvent passer entre les extrados et les intrados d'ailet-

tes adjacentes selon la direction circonférencielle et

entre les empattementset sommets des ailettes selon la di-

rection radiale, et sont dûs à des différences de pression

statique dans les passages d'ailettes adjacentes.

Les passages à travers lesquels les gaz moteur s'écoulent sont délimités par l'intrados et l'extrados

d'ailettes adjacentes et par les parois intérieures et ex-

térieures de délimitation de l'espace annulaire s'étendant dans les directions circonférencielles et axiales. L'une ou les deux parois de délimitation peuvent être inclinées pour produire des passages de profondeur radiale constante, ou de profondeur variable, cette caractéristique étant connue

sous le nom de renflement d'espace annulaire ou inclinai-

son géométrique.

Chaque ailette peut présenter une torsion dès sa fabrication depuis son empattementjusqu'à son sommet, dont le but est de distribuer l'écoulement de gaz pour qu'il travaille de la façon souhaitée aux divers endroits de son envergure. La combinaison de la torsion ou de l'angle de

pas et du renflement de l'espace annulaire résulte généra-

lement en un passage de forme complexe. La ligne de courant moyenne associée à ce passage peut passer par toute surface générale de révolution, par opposition à une simple surface cylindrique. La forme de la section transversale de ce passage prise perpendiculairement par rapport à cette ligne de courant moyenne peut varier depuis l'entrée jusqu'à la

sortie.

3. La combinaison du pas et du renflement d'espace annulaire a pour résultat un passage qui n'est généralement pas une section simple constante dans les directions axiales

et circonferencielles, mais a une composante dans la direc-

tion radiale, le passage étant vrillé dans la direction de

l'écoulement du gaz et changeant de forme en section trans-

versale depuis l'entrée jusqu'à la sortie. L'obtention de la distribution de conception de l'écoulement peur être

favorisée, et les écoulements secondaires réduits, en s'ar-

rangeant pour que l'angle entre les parois de délimitation et de l'ailette soient de 90 , s'assurant ainsi que la force de l'ailette qui s'exerce perpendiculairement aux

parois de l'ailette ne-crée aucune composante divergente-

de la direction d'écoulement principal souhaité du gaz.

Il a été de pratique courante de concevoir des ailettes en appliquant des surfaces sur un certain nombre de sections élémentaires transversales d'ailettes qui ont été empilées l'une sur le sommet de l'autre autour d'un axe sensiblement radial l'empilement. Chacune des sections a été modelée pour s'adapter aux exigences aérodynamiques locales et pour produire des bords de fuite et des bords d'attaque sensiblement rectilignes sur les ailettes quand lesdites sections sont empilées. Les formes d'intrados et d'extrados qui en résultent ont souvent une petite courbure

ou inclinaison selon les directions radiales et axiales.

Les ailettes conques de cette façon ont fonctionné avec des rendements acceptables mais présentent l'inconvénient de

provoquer des écarts par rapport à la distribution souhai-

tée à l'écoulement du gaz et de produire plus que le ni-

veau minimum d'écoulement secondaire nécessaire pour faire

tourner le gaz. Le résultat est une perte de rendement si-

gnificative et inutile.

Avec l'augmentation du coût des carburants, il

est devenu de plus en plus important de produire des mo-

teurs plus rentables de façon à réduire la consommation en 4.

carburant. Le rendement peut être amélioré par l'améliora-

tion des rendements des différents organes des moteurs, et

en particulier, les ailettes.

La présente invention vise à produire une ailette ayant un rendement d'organes amélioré grâce à un meilleur

contrôle de la distribution des écoulements et la réduc-

tion de la création d'écoulement secondaire-.

Il est proposé de modifier la forme des passages pour réduire les redistributions indésirables d'écoulements

et l'écoulement secondaire en changeant la façon de conce-

voir les ailettes qui délimitent les passages.

Il est proposé que les sections transversales élémentaires d'ailettes soient empilées de façon à ce que dans au moins un arrangement, les parois de délimitation sont sensiblement perpendiculaires aux bords de fuite des

ailettes et aux surfaces adjacentes des ailettes.

En particulier, les bords de fuite des sections transversales d'ailettes qui définissent l'ailette peuvent être arrangés de façon telle que chaque section de bords

de fuite est perpendiculaire à la ligne de courant de l'é-

coulement local des gaz moteur. Partant de cette organisa-

tion, les sections transversales d'ailettes peuvent être

empilées de différentes façons.

Les sections transversales d'ailettes peuvent être empilées de façon telle que les bords de fuite des sections sont décalés dans un plan radial qui contient l'axe du moteur. Un tel arrangement produira une ailette

ayant un bord de fuite qui est courbé probablement en élé-

vation de côté, c'est-à-dire selon une direction axiale, et les intrados et extrados seront courbés probablement

en élévation de face, c'est-à-dire dans la direction ra-

diale. Les bords de fuite de section peuvent aussi être empilés dans un plan qui est perpendiculaire à l'axe du

moteur. Cet arrangement produit une ailette qui aura proba-

5. blement un bord de fuite courbe avec des lignes de courant

local perpendiculaires aux bords de fuite quand on le re-

garde selon une direction parallèle au plan contenant l'é-

tranglement géométrique du passage d'ailettes. Le bord de fuite sera virtuellement rectiligne selon une direction

axiale en dehors des jonctions avec les parois de délimi-

tation, et les intrados et extrados seront courbés proba-

blement selon une direction radiale.

Les bords de fuite de section peuvent également

être empilés dans tout plan qui est entre les plans conte-

nant l'axe du moteur et le plan perpendiculaire à l'axe du moteur. Cet arrangement produira aussi probablement une ailette ayant un bord de fuite qu: est perpendiculaire aux

lignes de courant de l'écoulement local dans une direc-

tion perpendiculaire ou presque perpendiculaire à la sur-

face de l'ailette au bord de fuite.

Au sens le plus large, la présente invention

propose une ailette pour un moteur à turbine à gaz, l'ai-

lette ayant un profil aérodynamique défini par un certain nombre de sections transversales d'ailettes élémentaires empilées les unes par rapport aux autres, les bords de fuite des sections transversales élémentaires d'ailettes

étant arrangés de façon à définir le bord de fuite de l'ai-

lette, le bord de fuite formant une limite de l'étrangle-

ment géométrique entre ailettes adjacentes dans une suc-

cession d'ailettes, les lignes de courant locales de l'é-

coulement du gaz à travers l'étranglement étant perpendi-

culairesau bord de fuite de l'ailette au point d'intersec-

tion. Les bords de fuite des sections transversales élémentaires d'ailettes peuvent être empilées dans un plan radial qui contient l'axe longitudinal du moteur dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du moteur, ou

dans un plan qui passe entre le plan contenant l'axe lon-

gitudinal du moteur et un plan perpendiculaire à l'axe lon-

6.

gitudinal du moteur.

Selon le mode d'empilement des bords de fuite des sections transversales élémentaires d'ailettes, les bords de fuite d'ailettes seront probablement courbés dans une direction axiale ou dans une direction radiale ou à la

fois dans les directions axiale et radiale.

Il est possible non seulement pour les lignes de courant de l'écoulement local d'être perpendiculaires aux bords de fuite tels que définis cidessus, mais aussi pour les plans de courant de l'écoulement local dans une surface

de révolution contenant les lignes de courant considérées.

De plus, le bord d'attaque de l'ailette peut être

courbé selon une direction axiale ou une direction radiale.

L'invention peut être appliquée aux ailettes statiques et tournantes et est particulièrement applicable aux aubes directrices de tuyères de turbine, aux pales de rotor de turbine et aux aubes de stator de turbine. Dans le cas des pales de rotor de turbine, le degré de courbure, soit axial, soit radial ou les deux, sera faible comparé aux aubes de stator, à cause des limitations liées aux contraintes. La présente invention va maintenant être plus

particulièrement décrite en référence aux dessins ci-

joints dans lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique d'un moteur à turbine à gaz auquel la présente invention peut être appliquée;

- la Figure 2 montre la forme de base de la pré-

sente invention appliquée à une aube directrice de tuyère; - La Figure 3 est une élévation schématique de côté d'une turbine comprenant une forme d'ailette selon la présente invention; 7. - les Figures 4, 5 et 6 sont des schémas illustrant

la définition des symboles et la nomenclature uti-

lisés en relation avec les ailettes de la présente invention; -5 - les Figures 7, 8 et 9 montrent respectivement des

élévations de côté et de face et une vue en perspec-

tive de l'une des ailettes représentée sur la Figure 3;

- la Figure 1OA est une vue en plan de trois sec-

tions transversales élémentaires d'ailettes d'une forme d'ailette selon la présente invention;

la Figure 10B est une élévation arrière de l'ai-

lette représentée sur la Figure 10A; la Figure 10C est une vue de l'ailette représentée sur la Figure 10A le long d'une lijne parallèle à la gorge formée entre deux ailet:es adjacentes; la Figure 1OD est i.ne vue de côté de l'ailette représentée sur la Figure 10A; la Figure 10E est une vue perpendiculaire à la gorge entre ailettes adjacentes dont -l'une est représentée sui la Figure 13A; - les Figures 11A à 11E sont des vues semblables à celles représentées sur les Figures 1OA à 10E d'une autre ailette selon la présente invention; - les Tigures 12A à 12E sont des vues similaires à celles représentées sur les Figures 10A à 10E d'une deuxième autre ailette selon la présente invention. En se référant à la Figure 1, un moteur à turbine 8. à gaz courant 10 comprend une soufflante 12 entraînée par

une turbine basse pression 14 par l'intermédiaire d'un ar-

bre 16, un compresseur à pression intermédiaire 18 entraî-

né par une turbine à pression intermédiaire 20 par l'inter-

médiaire d'un arbre 22, et un compresseur haute pression 24

entraîné par une turbine haute pression 26 par l'intermé-

diaire d'un arbre 28. Un dispositif de combustion 30 brûle le carburant avec l'apport venant du compresseur haute pression pour fournir les gaz moteur aux turbines 26, 20 et 14. Les gaz brûlants s'écoulent entre les sorties des aubes directrices 31 et s'échappent par l'intermédiaire d'une tuyère 32 qui fournit une partie de la poussée. La plus grande partie de la poussée est fournie par la grande

quantité d'air se déplaçant relativement lentement, échap-

pée depuis une tuyère 34 de soufflante.

Pour éviter des mauvaises distributions d'écoule-

ment de gaz et des écoulements secondaires en relation avec les pales et aubes des turbines, il est souhaitable que les 0 parois de délimitation et les surfaces d'ailettes soient perpendiculaires les unes aux autres, et que les bords de

fuite d'ailettes soient convenablement orientés dans l'es-

pace pour réunir deux exigences particulières. Première-

ment, de façon à optimiser les performances, de façon cou-

rante les passages eitre ailettes adjacentes ne devrait normalement pas être du type convergent-divergent, c'est-à dire que les orthogonales à l'étranglement géométrique aux positions selon l'envergure devraient couper le bord de fuite, une orthogonale étant définie comme étant une ligne

tracée perpendiculairement à la ligne de courant de l'écou-

lement moyen passant sensiblement dans le plan du courant.

Deuxièmement, les sections transversales élémen-

taires d'ailettes devraient être empilées de façon à ce que l'aire de l'étranglement géométrique résultant entre les ailettes soit orientée dans l'espace de façon telle que les 9. lignes da courant de l'écoulement quittent l'étranglement

dais la direction souhaitée de conception.

Dans les ailettes de turbine, si ces deux condi-

tions qui définissent la condition connue sous le nom de -orthogonalité de bords de fuite sont réunies, il s'ensuit alors que le bord de fuite de l'ailette délimitera un

côté de la fEnêtre de l'étranglement géométrique.

Les Figires 4, 5 et 6 montrent la définition des symboles de l'écoulement, et les directions des bords de fuite d'ailettes dans les plans X-Y, Z-Y, et X-Z. De façon à ce que chaque élément du bord de fuite puisse former un

bord de la fenêtre d'étranglement géométrique et être per-

pendiculaire aux vecteurs d'écoulement de la ligne de cou-

rant locale, alors la condition d'orthogonalité des lignes de courant d'écoulement s'applique de façon telle que

tan 6 + tan = tan "-p tan i (Equation 1).

o = angle d'inclinaison axial local du bord de fuite = angle d'inclinaison tangentiel local du bord de fuite = angle radial local de l'écoulement de gaz

p = angle de tourbillonnement local dans le plan de l'é-

coulement de gaz, de plus, de façon à réduire les écoulements secondaires, il

est nécessaire de contrôler les gradients de pression ra-

diale qui ont lieu sur l'écoulement dans le passage. A cette fin, les surfaces des ailettes doivent être orientées dans l'espace de façon telle qu'elles soient perpendiculaires au> plans de courant local prédéfinis dans le passage. En coi séquence, la condition supplémentaire d'orthogonalité de feuille de courant au bord de fuite doit être satisfaite, c'est-à-dire e =- (Equation 2), combinant les équations (1) et (2), i = 0

Les éléments de la fenêtre d'étranglement géomé-

trique, lorsqu'ils sont développés et vus sur un plan, 10.

peuvent alors être décrits comme étant de formes sensible-

ment rectangulaires.

Des conditions similaires s'appliquent sur les autres sections transversales de passage dont on désire que la forme soit aussi rectangulaire que possible. Ainsi, pour un passage approximativement rectangulaire aux bords d'attaque de l'ailette, le bord d'attaque doit avoir une inclinaison tangentielle nulle, et avoir une inclinaison

axiale de signe opposé aux lignes de courant locales.

Les ailettes de type statique, connues sous le nom d'aubes directrices de tuyères ou aubes de stator, sont habituellement empilées sur le bord de fuite et peuvent être empilées pour réunir les conditions d'orthogonalité

du bord de fuite-- Il est plus difficile mais pas néces-

sairement impossible de réunir ces conditions pour les ailettes du type rotor, connues sous le nom de pales de rotor, ces pales étant habituellement empilées à travers le centre de gravité sur une ligne sensiblement radiale de

façon à équilibrer les contraintes dues aux forces centri-

fuges et au gaz.

L'empilement des sections transversales élémen-

taires d'ailettes est soumis non seulement à réunir la

condition d'orthogonalité du bord de fuite et/ou la condi-

tion de passage rectangulaire ou presque rectangulaire, mais aussi une ou plus des considérations suivantes: a) l'équipement par des tubes de refroidissement internes ouautres dispositifs de refroidissement; b) le besoin d'adapter les structures de reprise de charge et d'entretien des conduits à travers les aubes; c) les contraintesde fabrication; d) les contraintes liées aux forces appliquées;

e) les contraintes de vibration.

L'orthogonalité du bord de fuite (Equations 1 et 1 1. 2) doit être de préférence satisfaite pour chaque aire de

fenêtre d'étranglement élémentaire ce qui a souvent pour ré-

sultat des bords de fuite courbés, comme illustré schéma-

tiquement sur la Figure 3. Dans ce cas, à la fois les ai-

lettes de stator et de rotor 36, 38 respectivement ont des

bords d'attaque et des bords de fuite courbés et la fenê-

tre d'étranglement entre ailettes circonférenciellement ad-

jacentes a une forme sensiblement rectangulaire.

Les ailettes de stator et de rotor forment une partie de la turbine du moteur à turbine à gaz 10. Une paroi de délimitation extérieure 40 de l'espace annulaire, une paroi de délimitation intérieure 42 d'espace annulaire

délimitent un passage 44 annulaire d'écoulement pour l'é-

coulement du gaz moteur. Les'lignes S1, S2 etc. sont toutes des lignes de courant qui passent par des plans de courant

s'étendant circonférenciellement et axialement.

Les lignes de courant coupent toutes les bords de fuite des ailettes 36, 38 de stator et de rotor formant

un angle de 90 ou voisin de 90 , sur sensiblement la tota-

lité de l'envergure des ailettes. Les bords d'attaque des ailettes sont également courbés de façon similaire aux

bords de fuite, ceci est préférable, mais pas essentiel.

Si les lignes de courant de l'écoulement n'ont pas une

composante radiale suffisante, il est possible que les ai-

lettes aient seulement un bord de fuite rectiligne incliné

axialement de façon telle que la ligne de courant de l'é-

coulemeht moyen est perpendiculaire au bord de fuite. Un

tel arrangement est représenté sur la Figure 2 dans laquel-

le une aube directrice 35 de tuyère a un bord de fuite rec-

tiligne incliné de façon à être perpendiculaire à la ligne

de courant de l'écoulement moyen. La fenêtre, d'étrangle-

ment géométrique entre aubes adjacentes 35 est approxima-

tivement rectangulaire. Si la présente invention n'est pas

réalisée dans un arrangement de turbines ayant une incli-

naison sensible et dans lequel les lignes de courant de 12. l'écoulement ont des composantes d'écoulement radial local

suffisantes, des pertes de performance apparaîtront cer-

tainement.

Par exemple, un arrangement comprenant une ai-

5. lette aant des bords d'attaque et de fuite rectilignes, chacun 'eux passant par des lignes purement radiales, est positionné entre les parois de délimitation de l'espace annulaire. La paroi intérieure diverge à un taux plus grand

qte la paroi extérieure, et les lignes de courant plus pro-

cles de la paroi intérieure sont plus divergentes par rap-

port à la perpendiculaire au bord de fuite que celles qui

sont plus près de la paroi extérieure.

Les effets d'un tel arrangement pourraient donner naissance à deux conditions défavorables, soit séparément,

soit ensemble. Un étranglement d'amont peut être formé in-

diquant que le bord de fuite ne délimite plus un bord de la fenêtre d'étranglement et que ainsi le passage de courant tubulaire est devenu convergent-divergent. Ceci conduira

probablement à une perte de rendement.

L'écoulement de gaz peut ne pas quitter les ai-

lettes avec la direction de ligne de courant souhaitée et ceci peut avoir pour résultat une séparation d'écoulement et une perturbation d'écoulement conduisant à une perte de rendement.

L'arrangement d'ailettes représenté sur la Fi-

gure 3 illustre la présente invention sous une forme géné-

rale qui satisfait l'éluation: tan G + tan = tan oLp. tan pour tous les éléments du

bord de fuite, tcutes les réalisation de la présente inven-

tion satisfaisant cette équation. Les Figures 7 à 12 in-

cluses montrent plus en détail des exemples spécifiques d'aubes selon la présente invention. En particulier, les Figures 10, 11 et 12 montrent trois différentes méthodes

d'empiler les sections élémentaires transversales d'ailef-

tes d'aubes.

13. Les Figures 7, 8 et 9 montrent trois vues des aubes de stato les plus en amont de la Figure 3, la Figure 7 montre que les bords d'attaque et

les bords de fuite sont tous deux courbés selon-une direc-

tion axiale, tandis que la Figure 8 montre que le bord de fuite est rectiligne sur une proportion importante de sa longueur. La Figure 9 représente une vue en perspective

d'une aube qui illustre la complexité de sa forme et mon-

tre un certain nombre de sections transversales élémen-

taires d'ailettes 36A qui sont empilées pour définir l'en-

veloppe de l'a be. La méthode d'empilement est représentée

plus en détail sur les Figures 10A à 10E.

Sur a Figure 10A, trois sections de l'aube 36 sont représent es avec leurs bords de fuite empilés dans un plan qui pa 3se par l'axe de rotation du moteur, tel que comne représenté sur la Fiqure 10OB, le bord de fuite est une ligne droite s'étendant purement radialement lorsqu'elle est vue dans une direction le long de l'axe du moteur. Les sections d'aubes représentées sont celles à l'empattement, à mi-hauteur et au sommet. Ces sections et les sections intervenant sont empilées de façon telle que le bord de fui:e forme une courbe telle que représentée sur la Figure C qui est une vue parallèle à l'étranglement entre aubes adjacentes. Les lignes S1à S9 représentent les lignes de cou ant locales de l'écoulement de gaz, et on s'apercevra que ces lignes de courant sont perpendiculaires aux bords

de uite au point d'intersection.

Les lignes de courant locales coupent également le bord de fuite perpendiculairement quand l'aube est vue

en élévation de coté, comme représenté sur la Figure 10D.

La Figure 10E est une vue de la fenêtre d'étran-

glemant entre au'es adjacentes dans laquelle le bord de fuite délimite u% côté de l'étranglement et les lignes Sp1 à Sp9 représentent des plans de courant. Dans cet

arrangement, les plans de courant sont également perpen-

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14. diculaires au bord de fuite, de façon telle que chacune des deux conditions pour l'obtention de l'orthogonalité de

bord de fuite (équations 1 et 2) sont réunies.

Dans cet arrangement, l'inclinaison tangentielle (&) est nulle pour chaque élément du bord de fuite. De plus, l'inclinaison axiale ( ) a une valeur non nulle,

puisque les deux équations 1 et 2 sont satisfaites.

E] revanche, les arrangements d'empilement des

Figures 11A à 11E sont tels qu'il y a une valeur d'incli-

naison tangentielle (<?), bien qu'il n'y ait pas d'incli-

naison axiale ( = 0).

Les bords de fuite des sections transversales

d'ailettes de l'aube sont empilées selon une ligne perpen-

aiculaire à l'axe longitudinal du moteur. Quand l'aube est vue parallèlement à l'étranglement entre les aubes, comme montré sur la Figure 11C, les lignes de courant locales de l'écoulement sont perpendiculaires à leur intersection

avec le bcrd de fuite parce que 4 a été choisi pour satis-

faire l'équation 1: o e = 0 Cependant, puisque

* les lignes de courant ne seront pas perpendicu-

laires aux bords de fuite à leur intersection, comme re-

présenté sur la Figure 11D, et les plans de courant ne seront pas perpendiculaires aux bords de fuite dans les

pans de l'étranglement (Figure 11E). Ainsi, l'orthogona-

l1té de bord de fuite de feuilles de courant n'est pas

oDtenue en utilisant cette nléthode d'empilement.

Les sections transversales élémentaires d'aile peuvent également être empilées de façon telle que l'aube

résultante a une inclinaison axiale et une inclianison ra-

diale, de façon telle que O et 4 ont tous deux des valeurs définies non nulles, et un tel arrangement est représenté

sur les Figures 12A à 12E.

15. Les bords de fuite des sections transversales d'ailettes sont empilés dans un plan qui passe entre le

plan qui contient l'axe du moteur et un plan perpendi-

culaire à l'axe du moteur.

Les angles 9 et sont choisis pour chaque sec- tion élémentaire de façon à satisfaire l'équation 1, de sorte que les lignes de courant S1 à S9 seront également perpendiculaires aux bords de fuite à leurs intersections

(Figure 12C).

Puisque e 0, les lignes de courant ne coupent pas le bord de fuite à 90 quand l'aube est vue selon une élévation de côté (Figure 12D), et les plans de courant ne sont pas perpendiculaires aux bords de fuite dans le plan

de l'étranglement (Figure 12E).

Ainsi, comme pour l'arrangement précédent, l'or-

thogonalité du bord de fuite des feuilles de courant n'est pas satisfaite. Cependant, puisque les lignes de courant coupent toujours le bord de fuite à 90 , il y aura sans doute quelque réduction des écoulements secondaires et

quelque amélioration dans la redistribution de l'écou-

lement, et une augmentation dans la composante du rende-

ment relative à la grille d'aube.

Les bords d'attaque, qui ne mettent pas en oeuvre cette invention,des ailettes représentées sur les Figures

10, 11 et 12 peuvent être courbées (Figure 10) ou recti-

lignes, ou sensiblement rectilignes (Figures 11, 12) de façon à obtenir quelque orthogonalité aux bords d'attaque et aux positions intervenantes entre les bords d'attaque

et les bords de fuite.

Le principe de l'orthogonalité peut être appli-

qué sur une partie de l'envergure de l'ailette aux bords de fuite ou aux bords d'attaque pour obtenir une certaine amélioration localisée des performances. Ainsi, une partie

du bord de fuite de l'ailette peut être courbée pour satis-

faire soit les deux soit l'une des équations d'orthogonali-2$74114

16. té, tandis que la partie restante ou les parties restantes

peuvent être selon une ligne droite ou de toute autre for-

me. Dans une telle ailette, il aura un manquement d'ortho-

gonalité. Par exemple, le cas illustré sur la Figure 2, l'ailette a un bord de fuite rectiligne pour lequel seu-

lement la ligne de courant de l'écoulement moyen est per-

pendiculaire au bord de fuite au point d'intersection. Cet

arrangement a été décrit pour proposer une amélioration.

L'invention peut être appliquée à des aubes de stator, des aubes directrices de tuyère, et des pales de rotor. 17.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Ailette pour moteur à turbine à gaz, l'ailette

(36), (38) ayant un profil aérodynamique défini par un cer-

tain nombre de sections élémentaires transversales d'ailet-

tes empilées les unes par rapport aux autres, les éléments

du bord de fuite de l'ailette entre les sections transver-

sales élémentaires d'ailettes étant arrangés pour définir au moins partiellement le bord de fuite de l'ailette, le bord de fuite de l'ailette formant une limite de la fenêtre d'étranglement géométrique entre ailettes adjacentes dans une succession d'ailettes, les lignes de courant locales (S1 à S9) de l'écoulement de gaz à travers l'étranglement étant perpendiculaires au bord de fuite de l'ailette au

point d'intersection.

2. Ailette selon la revendication 1 dans laquelle

les éléments du bord de fuite entre les sections transver-

sales élémentaires d'ailettes sont empilés dans un plan radial qui contient l'axe longitudinal du moteur à turbine à gaz, le bord de fuite de l'aube étant une ligne droite

dans un plan perpendiculaire au plan contenant l'axe lon-

gitudinal du moteur.

3. Ailette selon la revendication 2, dans la-

quelle le bord de fuite de l'aube est courbé dans la di-

rection de l'envergure dans un plan contenant l'axe longi-

tudinal du moteur.

4. Ailette selon la revendication 2, dans laquel-

le dans le plan contenant la fenêtre d'étranglement géomé-

trique, la surface concave ou intrados de l'ailette est courbée selon la direction de l'envergure et la surface

convexe ou extrados est courbée dans la direction de l'en-

vergure. 5. Ailette selon la revendication 2; dans laquelle les plans de courant, lorsqu'ils sont vus dans le plan de la fenêtre d'étranglement géométrique sont perpendiculaires à chaque élément du bord de fuite de l'ailette à leurs 18.

pointsd'intersection avec le bord de fuite.

6. Ailette selon la revendication 1, dans la-

quelle les éléments du bord de fuite entre les sections transversales élémentaires d'ailettes sont empilés dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du moteur, le bord de fuite de l'ailette étant sensiblement une ligne

droite lorsqu'il est vu dans un plan normal à l'axe lon-

gitudinal du moteur.

7. Ailette selon la revendication 1, dans la-

quelle les éléments du bord de fuite entre les sections élémentaires transversales d'ailettes sont empilés dans

tout plan passant entre un plan contenant l'axe longitu-

dinal du moteur et un plan perpendiculaire à l'axe longi-

tudinal du moteur.

8. Aube selon la revendication 1, dans laquelle le bord de fuite de l'ailette est courbé par rapport à la foisà un plan contenant l'axe longitudinal du moteur et à un plan

perpendiculaire à l'axe longitudinal du moteur.

9. Ailette selon la revendication 1, dans la-

2(i quelle le plan contenant la fenêtre d'étranglement géomé-

trique entre ailettes adjacentes, la surface concave ou intrados de l'ailette est courbée selon la direction de l'envergure et la surface convexe ou extrados est courbée

dans la direction de l'envergure.

10. Ailette selon la revendication 1, dans la-

quelle le bord d'attaque de l'ailette est sensiblement une

ligne droite s'étendant radialement.

11. Ailette selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes 1 à 9, dont le bord d'attaque est courbé par rapport aux deux plans perpendiculaires l'un à l'autre, l'un des deux plans contenant l'axe longitudinal du moteur,

le bord d'attaque étant normal à l'écoulement incident.

12. Moteur à turbine à gaz comprenant une ou plu-

sieurs ailettes selon l'une quelconque des revendications

précédentes, les ailettes étant arrangées dans une suc-

19. cession circonférentielle pour définir les limites des parois axiales d'une pluralité de passages d'écoulement de gaz, les parois intérieures (42) et extérieures (40) restantes étant définies, soit par des surfaces symétriques de révolution, soit par des surfaces assymétriques résul-

tant en un espace annulaire non cylindrique.

13. Moteur à turbine à gaz selon la revendica-

tion 12, dans lequel la ou chaque ailette comprend une

pale de rotor de turbine.

14. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 12, dans lequel la ou chaque ailette comprend une aube

de stator de turbine ou une aube directrice de tuyère.

15. Ailette pour un moteur à turbine à gaz,

l'ailette ayant un profil aérodynamique défini par un cer-

tain nombre de sections transversales élémentaires d'ailet-

tes empilées les unes par rapport aux autres dans laquelle les éléments de chaque bord de fuite d'ailettes entre les éléments d'ailettes forment ensemble une limite d'une fenêtre d'étranglement géométrique entre ailettes adjacentes et sensiblement la totalité de l'envergure du bord de fuite est perpendiculaire aux lignes de courant de l'écoulement respectif local en leurs points d'intersection, les éléments du bord de fuite étant positionnés dans l'espace selon la relation tan 9 + tan = op. tan4 o = angle d'inclinaison axiale local du bord de fuite = angle d'inclinaison tangentielle local du bord de fuite = angle radial local de l'écoulement de gaz = angle de tourbillonnement local dans le plan de

l'écoulement de gaz.

33 16. Ailette selon la revendication 15, dans la-' quelle =

2S74114

20. 17. Ailette selon la revendication 16, dans

laquelle la fenêtre d'étranglement géométrique entre ai-

lettes adjacentes est approximativement rectangulaire quand 6 = -, et 0= O.