FR2708036A1 - Disque de rotor de moteur à turbine à gaz et ailette dont est muni ce disque. - Google Patents

Abstract

Le disque de rotor comprend un bord (32) comportant des extrémités avant et arrière espacées axialement l'une de l'autre, l'extrémité arrière ayant un diamètre plus grand que l'extrémité avant. Le bord (32) comprend une pluralité de fentes ou mortaises rectilignes (38) définissant entre elles des cloisons (40) en queue d'aronde. Chaque cloison (40) en queue d'aronde comprend une paire de lobes (44), un col (46) et des première et seconde faces de pression (48, 50) orientées radialement vers l'intérieur depuis les lobes (44). Les première et seconde faces de pression (48, 50) varient de hauteur radiale entre elles depuis une première valeur à l'extrémité arrière du bord jusqu'à une seconde et plus petite valeur à l'extrémité avant du bord pour déplacer une partie des charges de flexion depuis la cloison (40) en queue d'aronde à l'extrémité avant du bord jusqu'à la cloison (40) en queue d'aronde située à l'extrémité arrière plus large.

Description

"Disque de rotor de moteur à turbine à gaz et ailette dont est muni ce

disque" La présente invention concerne, d'une façon générale, les moteurs à turbine à gaz et elle a trait, plus spécifiquement, à une ailette de rotor de compresseur et au disque comportant des fentes ou mortaises. Un moteur à turbine à gaz classique comprend dans ses parties soufflante, compresseur et turbine diverses ailettes de rotor qui sont montées de façon amovible sur des disques de rotor correspondants. Chacune des ailettes de rotor comprend, à son extrémité radialement intérieure, une queue d'aronde de retenue qui peut être soit un tenon en queue d'aronde à engagement axial, soit un tenon en queue d'aronde à engagement circonférenciel. Dans le cas des tenons en queue d'aronde à engagement axial, le disque de rotor comprend une pluralité de fentes ou mortaises en queue d'aronde qui s'étendent axialement en étant espacées circonférenciellement et qui sont destinées à recevoir de façon coulissante les tenons en queue d'aronde des ailettes en vue de les y retenir. En ce qui concerne les tenons en queues d'aronde à engagement circonférenciel, le disque du rotor comprend une seule fente ou mortaise en queue d'aronde qui s'étend circonférenciellement et qui reçoit de façon coulissante dans le sens circonférenciel les tenons en queue d'aronde complémentaires pour les y retenir. Dans le disque de rotor à engagement axial, les fentes en queue d'aronde définissent une pluralité de cloisons en queue d'aronde qui sont espacées circonférenciellement les unes des autres et qui transfèrent les forces centrifuges en provenance des ailettes; et dans le disque de rotor à engagement circonférenciel seulement deux cloisons annulaires en queue d'aronde et espacées axialement l'une de l'autre sont définies par la seule fente en queue

d'aronde qui s'étend circonférenciellement entre elles.

Eu égard aux différences structurales des tenons en queue d'aronde à engagement axial et des tenons en queue d'aronde à engagement circonférenciels, les disques de rotor correspondants sont conçus de façons différentes. Les tenons en queue d'aronde à engagement axial, dans l'une de leurs configurations les plus simples, comprennent une paire de lobes dans une configuration de queue d'aronde symétrique qui est rectiligne dans la direction axiale et qui est configurée en vue d'une retenue dans une fente en queue d'aronde complémentaire du disque de rotor, disposée parallèlement à l'axe longitudinal ou axe de rotation du disque de rotor sans inclinaison dans un plan vertical passant radialement par l'axe longitudinal et parallèlement à cet axe sans obliquité dans une vue de dessus ou vue en plan observée le long de la circonférence du disque du rotor. Dans une autre configuration classique, les fentes en queue d'aronde du disque de rotor peuvent être obliques ou inclinées par rapport à l'axe longitudinal du disque de rotor dans la vue de dessus ou vue en plan, cette disposition étant mentionnée comme étant oblique, tout en étant aussi parallèle à l'axe longitudinal dans la vue verticale sans inclinaison ou pente. La fente en queue d'aronde est ici encore rectiligne et le tenon en queue d'aronde de l'ailette est rectiligne de façon similaire et

est configuré en vue d'y être retenu.

Dans une autre configuration encore, les fentes en queue d'aronde du disque de rotor sont à la fois obliques et en pente, étant inclinées à la fois dans la vue en plan

le long de la circonférence du disque du rotor, c'est-à-

dire obliques, et dans la vue en coupe verticale, c'est-à-

dire en pente, par rapport à l'axe longitudinal. Le tenon en queue d'aronde correspondant de l'ailette est ici encore rectiligne et est configuré en vue d'être retenu dans les fentes en queue d'aronde obliques et en pente. Cette configuration est utilisée principalement dans les compresseurs des turbomoteurs à gaz dans la position du premier étage de ces derniers avec une pente axiale relativement élevée du bord extérieur du disque du rotor en vue d'une meilleure performance aérodynamique. Les tenons en queue d'aronde des ailettes ont, de façon typique, une pente ou inclinaison correspondante pour y être retenus axialement sans poids exagéré. L'obliquité de la queue d'aronde a pour but de mieux aligner la partie aérodynamique de forme hélicoïdale avec son tenon en queue d'aronde pour réduire dans ce dernier les contraintes dues à la force centrifuge des ailettes pendant le

fonctionnement.

Plus spécifiquement, un disque de rotor typique comprend un bord extérieur qui comporte les fentes en queue d'aronde destinées à retenir les ailettes de rotor, avec un voile ou âme annulaire d'une seule pièce, plus fin et s'étendant radialement vers l'intérieur depuis l'ailette, en étant suivi à son tour, radialement vers l'intérieur, par un moyeu axialement plus épais. Ceci permet d'obtenir un disque de rotor structuralement efficace et de poids relativement faible pour transférer les charges importantes engendrées de façon centrifuge à partir des ailettes dans des limites de contraintes acceptables afin d'assurer une longue durée de vie utile au disque pendant le fonctionnement. L'inclinaison dans le sens axial du bord du disque procure une circonférence plus petite à l'extrémité avant du bord, laquelle a un diamètre plus faible, et une circonférence relativement plus grande à l'extrémité arrière du bord, laquelle a un diamètre plus grand. Dans les configurations d'ailettes de compresseur de grande solidité, on fait en sorte que le nombre d'ailettes du compresseur sur le disque soit aussi grand que possible pour des raisons aérodynamiques. Toutefois, du fait que l'extrémité avant du bord de l'ailette a une circonférence plus petite que l'extrémité arrière de ce bord, les ailettes sont espacées de façon plus rapprochée à l'extrémité avant qu'à l'extrémité arrière, les cloisons en queue d'aronde dans le bord de l'ailette définies par les fentes en queue d'aronde étant circonférenciellement plus minces à l'extrémité avant du bord qu'à l'extrémité arrière de ce bord. Les charges centrifuges engendrées par les ailettes pendant le fonctionnement créent par conséquent dans les cloisons en queue d'aronde des contraintes de réaction plus élevées à l'extrémité avant qu'à l'extrémité

arrière de ces cloisons.

En outre, du fait que les tenons en queue d'aronde d'ailettes typiques sont droits pour permettre une fabrication économique des fentes ou mortaises en queue d'aronde correspondantes grâce à l'utilisation de broches d'usinage que l'on déplace linéairement en translation, de telles broches, quand on les utilise pour former les fentes en queue d'aronde obliques dans le bord du disque, modifient nécessairement la configuration radiale des cloisons en queue d'aronde. On comprendra mieux ceci en considérant qu'une fente en queue d'aronde rectiligne s'étendant axialement à travers le bord d'un disque, soit sans être inclinée, soit sans être oblique, donne une

cloison en queue d'aronde à configuration constante.

Toutefois, du fait que la fente en queue d'aronde est oblique, elle se prolonge nécessairement aussi dans le sens circonférenciel sur la circonférence ou la courbure du bord, ce qui, par conséquent, modifie la configuration des cloisons correspondantes en queue d'aronde. Avec l'addition d'une pente ou inclinaison à la fente en queue d'aronde, la configuration des cloisons en queue d'aronde résultantes se

trouve encore affectée davantage.

C'est pourquoi, dans une configuration de fente en queue d'aronde seulement oblique ou bien oblique et inclinée, les contraintes de réaction résultantes dans les cloisons en queue d'aronde posent un problème de conception plus compliqué qui doit être résolu pour que l'on obtienne des niveaux acceptables de contraintes induites par la force centrifuge avec une durée de vie utile appropriée du

disque de rotor.

Par exemple, dans une conception de disque de rotor sans inclinaison ou obliquité, les forces de réaction transférées à travers chaque cloison en queue d'aronde depuis les tenons en queue d'aronde des ailettes correspondantes sont symétriques et s'intersectent mutuellement le long de l'axe radial des cloisons en queue d'aronde et, de ce fait, créent des contraintes principalement de traction dans la partie de col de la cloison en queue d'aronde sans contraintes de flexion dans

cette partie.

Toutefois, dans la conception oblique sans inclinaison ou pente, seule la section centrale axiale du disque du rotor n'est le siège d'aucune flexion des parties de col des cloisons du disque. Tant axialement vers l'avant qu'axialement vers l'arrière depuis la section centrale, les angles d'inclinaison des forces de réaction résultantes qui agissent sur les lobes opposes de chaque cloison en queue d'aronde cessent d'être symétriques mais s'intersectent mutuellement sur l'un ou l'autre côté circonférenciel de l'axe radial de la cloison en queue d'aronde en créant ainsi un moment de flexion qui induit une contrainte de flexion dans le col de la cloison en queue d'aronde. Toutefois, la droite d'action du moment de flexion dû à la réaction présente un premier sens axialement vers l'avant depuis le centre du disque et un sens opposé ou négatif par rapport à ce premier sens dans la direction axialement vers l'arrière depuis le centre du bord du disque, en s'équilibrant avec des valeurs maximales sensiblement égales de contraintes de flexion dans les

parties respectives du col de la cloison de disque.

Dans la configuration oblique et inclinée ou en pente, les charges de réaction résultantes transportées par les lobes opposés de chaque cloison en queue d'aronde sont ici encore dissymétrique et, de ce fait, induisent des contraintes de flexion dans les col des cloisons en queue d'aronde et sont asymétriques sans flexion au centre du bord du disque comme dans la configuration seulement oblique, ce qui, par conséquent, se traduit par une configuration déséquilibrée avec une contrainte de flexion maximale apparaissant dans les cloisons en queue d'aronde au voisinage de l'extrémité avant du bord du disque ayant le diamètre minimal et avec des contraintes de flexion réduites apparaissant à l'extrémité arrière du bord du disque ayant le diamètre le plus grand. Du fait que l'extrémité avant de plus petit diamètre du bord du disque par rapport à l'extrémité arrière de plus grand diamètre du bord du disque comporte moins de matériau pour transférer les charges centrifuges, les contraintes à cet endroit sont plus fortes, ce qui diminue la durée de vie utile du disque

du rotor.

Dans la présente invention, le disque de rotor comprend un bord comportant des extrémités avant et arrière axialement espacées l'une de l'autre, l'extrémité arrière ayant un diamètre plus grand que l'extrémité avant. Le bord comprend une pluralité de fentes ou mortaises rectilignes en queue d'aronde définissant entre elles des cloisons en queue d'aronde. Chaque cloison en queue d'aronde comprend une paire de lobes, un col, et des première et seconde faces de pression orientées radialement vers l'intérieur depuis les lobes. Les première et seconde faces de pression ont des hauteurs radiales respectives qui varient entre elles depuis une première valeur à l'extrémité arrière du bord jusqu'à une seconde valeur plus petite à l'extrémité avant du bord, de manière à transférer une partie des charges de flexion depuis la cloison en queue d'aronde située à l'extrémité avant du bord. jusqu'à la cloison en queue d'aronde située à l'extrémité arrière de bord de plus

grande dimension.

On va maintenant décrire des exemples du mode de réalisation de la présente invention conjointement avec d'autres objets et avantages de celle-ci en se référant particulièrement aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue partiellement en coupe longitudinale schématique dans l'exemple de moteur à turbine à gaz à double flux comportant un compresseur muni d'un disque de rotor et d'ailettes selon un des modes de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue partiellement en coupe longitudinale agrandie d'une partie du compresseur représenté sur la figure 1, cette vue montrant une ailette de compresseur à un seul étage, assemblée à son disque de rotor conformément à la présente invention; la figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'un exemple d'une des ailettes de rotor de compresseur représentée sur la figure 2 et comportant un tenon en queue d'aronde asymétrique selon un des modes de réalisation de la présente invention; la figure 4 est une vue en élévation coupe agrandie du disque de rotor à un seul étage représenté sur la figure 2, cette vue montrant un exemple de fente ou mortaise en queue d'aronde à engagement axial formée dans le bord de ce disque; la figure 5 est une vue en plan de dessus d'une partie du disque de rotor et des ailettes à un seul étage représentés sur la figure 4, cette vue étant faite suivant -5; la figure 6 représente une cloison en queue d'aronde agrandie desdites cloisons en queue d'aronde représentées sur les figures 7-9 afin d'illustrer, par rapport à l'ensemble, les lobes asymétriques de cloisons en queue d'aronde selon la présente invention; - la figure 7 est une vue en coupe radiale d'une partie du disque et des ailettes à un seul étage représentés sur la figure 4, cette vue étant faite par 7-7 quand on regarde axialement vers l'avant; la figure 8 est une vue en coupe radiale d'une partie du disque et des ailettes de premier étage représentés sur la figure 4, cette vue étant faite suivant 8-8 quand on regarde axialement vers l'avant; La figure 9 est une vue en coupe radiale du disque et des ailettes de premier étage représentés sur la figure 4, cette vue étant faite suivant 9-9 quand on regarde axialement vers l'avant; et la figure 10 est un graphique sur l'axe des abscisses duquel sont portées les positions entre les extrémités avant et arrière du disque de rotor représenté sur la figure 4 et sur l'axe des ordonnées duquel sont portés les moments de flexion de réaction engendrés dans le col des cloisons du disque, ces moments étant représentés en traits mixtes pour un tenon et une fente en queue d'aronde classiques symétriques et en trait plein pour un tenon et une fente en queue d'aronde asymétriques selon la

présente invention.

Sur la figure 1 est représenté schématiquement un exemple d'un moteur 10 à turbine à gaz et à soufflante carénée ou turbomoteur à double flux, comportant un compresseur axial haute pression 12 espacé axialement en aval d'une soufflante classique 14 et entraîné à l'aide d'un arbre approprié par une turbine haute pression classique 16 afin de faire tourner le compresseur 12 autour

d'un axe longitudinal 18.

Le premier étage du compresseur 12 est représenté de façon plus particulière sur la figure 2 et comprend un disque annulaire 20 de rotor disposé coaxialement à l'axe 18 et une pluralité d'ailettes 22 de rotor de compresseur à un seul étage qui sont espacées circonférenciellement les unes des autres et qui s'étendent radialement vers l'extérieur depuis le disque et sont assemblées de façon fixe mais démontable à ce dernier dans un des modes de

réalisation de la présente invention.

Chaque ailette 22 présente un axe longitudinal classique 24, ou axe d'empilement, qui s'étend, de façon typique, radialement vers l'extérieur depuis l'axe longitudinal 18 du compresseur et perpendiculairement à cet axe. Chaque ailette 22 comprend une partie aérodynamique 26 comportant un bord d'attaque 26a destiné à recevoir en premier le flux d'air et un bord de fuite 26b à partir

duquel le flux d'air continue à s'écouler vers l'aval.

L'ailette 22 comprend aussi, de façon typique, une plateforme 28 qui constitue une partie de la limite radialement intérieure pour le flux d'air sur les parties aérodynamiques 26, et un tenon intégré 30 en queue d'aronde s'étend vers l'intérieur intégralement et radialement depuis la partie aérodynamique 26, au niveau de la plateforme 28, et est configuré en vue d'une introduction axiale dans le disque 20 de rotor, conformément à la présente invention. Une des ailettes 22 est représentée de façon plus particulière sur la figure 3 comme étant configurée en vue d'être retenue dans le disque 20 de rotor

représenté de façon plus particulière sur la figure 4.

En se référant à la figure 4, on voit que le disque de rotor comprend, à sa périphérie, un bord annulaire 32 qui est disposé coaxialement à l'axe longitudinal 18 du compresseur et qui comporte des extrémités avant et arrière, 32a, 32b, espacées axialement l'une de l'autre. Un voile annulaire intégré plus mince 34 s'étend radialement vers l'intérieur depuis le bord 32 et est suivi, à son tour, par un moyeu annulaire plus épais 36. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, le bord 32 s'incline radialement vers l'extérieur pour des raisons aérodynamiques, comme il est connu de façon classique, l'extrémité arrière 32b ayant un diamètre extérieur Da qui est plus grand que le diamètre extérieur Df de l'extrémité

avant 32a.

Comme on peut le voir sur la figure 5, le bord 32 comprend une pluralité de fentes rectilignes 38 en queue d'aronde qui s'étendent axialement et qui sont espacées circonférenciellement et sont destinées à recevoir axialement et à retenir les tenons complémentaires 30 en queue d'aronde des ailettes de rotor. La figure 5 montre un exemple d'une des ailettes 22 de rotor montées sur le bord 32, deux fentes adjacentes des fentes 38 restant vides pour ne pas surcharger le dessin. Les fentes 38 sont formées de préférence par usinage classique à la broche et définissent une pluralité de cloisons 40 en queue d'aronde qui

s'étendent axialement et qui sont espacées circonféren-

ciellement les unes des autres et subsistent après que le matériau a été enlevé de la fente 38 pendant la fabrication. Comme on peut le voir sur la figure 5, le disque et son bord 32 tournent dans la direction R, le bord d'attaque 26a de la partie aérodynamique recevant en premier le flux d'air qui est comprimé par la partie aérodynamique 26 et est ensuite déchargé à partir du bord

de fuite 26b de cette partie.

Un exemple d'une des cloisons 40 en queue d'aronde selon la présente invention est représenté de façon plus particulière sur la figure 6, chaque cloison 40 comprenant une partie supérieure 42 radialement extérieure et une paire de lobes 44 s'étendant circonférenciellement de façon opposée et définissant une largeur circonférencielle maximale LW de la cloison 40, qui varie au niveau de chaque plan axial perpendiculaire à l'axe longitudinal 18 comme on va le décrire ci-après. Chaque cloison 40 comprend, en outre, un col circonférenciel 46 qui est disposé radialement en dessous des lobes 44 et qui définit une largeur circonférencielle minimale NW de la cloison 40 à l'endroit o elle fusionne avec le reste du bord 32. Comme représenté sur le côté gauche de la figure 6, la cloison 40 comprend une première face 48 de pression orientée radialement vers l'intérieur et s'étendant depuis celui correspondant le plus à gauche des lobes 44 jusqu'au col 46

qui se trouve sur un premier côté circonférenciel, c'est-à-

dire le côté gauche, de la cloison 40 pour réagir à la force provenant du tenon 30 en queue d'aronde (non représenté sur la figure 6). Une seconde face 50 de pression est orientée radialement vers l'intérieur depuis l'autre lobe, c'est-à-dire celui le plus à droite des lobes 44 jusqu'au col 46 sur le second côté circonférenciel opposé de la cloison 40 pour réagir à la force provenant du tenon en queue d'aronde 30 (non représenté sur la figure 6). Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 6 o le bord 32 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre comme indiqué par la flèche référencée R, la seconde face 50 de pression devance la première face 48 de pression

dans le sens de rotation.

Conformément à la présente invention, les première et seconde faces 48, 50 ont des hauteurs radiales respectives H qui varient entre elles depuis une première valeur au niveau de l'extrémité arrière 32b du bord jusqu'à une seconde valeur au niveau de l'extrémité avant 32a du bord, la seconde valeur étant inférieure à la première valeur. De cette façon, la cloison en queue d'aronde est asymétrique et le tenon complémentaire 30 en queue d'aronde est également asymétrique. Cependant, alors que le tenon 30 en queue d'aronde représenté sur la figure 3 est droit avec une configuration sensiblement constante, les cloisons 40 en queue d'aronde sont droites mais avec des configurations

qui varient.

Plus spécifiquement et en se référant de nouveau aux figures 4 et 5, on voit que chacune des fentes 38 en queue d'aronde est axialement en pente suivant un angle d'inclinaison I comme on peut le voir sur la figure 4 depuis l'extrémité avant 32a du bord jusqu'à l'extrémité arrière 32b du bord et est oblique circonférenciellement suivant un angle d'obliquité S comme représenté sur la figure 5, la fente 38 adjacente au bord d'attaque 26a de la partie aérodynamique à l'extrémité avant 32b du bord devançant la fente 38 adjacente au bord de fuite 26b de la partie aérodynamique à l'extrémité arrière 32b du bord. La pente et l'obliquité de la fente en queue d'aronde sont connues de façon classique, l'angle d'inclinaison I de la pente représenté sur la figure 4 étant sélectionné, de façon classique, en fonction de l'accroissement de diamètre du bord 32 depuis le diamètre le plus petit Df de celui-ci à son extrémité avant jusqu'à son diamètre Da le plus grand à son extrémité arrière et l'angle d'inclinaison I se trouvant dans un plan vertical ou radial et étant mesuré par rapport à l'axe longitudinal 18. L'angle d'obliquité S représenté sur la figure 5 est également classique et aligne le tenon 30 en queue d'aronde de telle sorte que le bord d'attaque 26a de la partie aérodynamique se trouve circonférenciellement en avant du bord de fuite 26b dans le sens de rotation R représenté, l'angle d'obliquité S étant également mesuré par rapport à l'axe longitudinal 18 dans la vue en plan ou circonférencielle représentée sur cette

figure 5.

Du fait que les fentes 38 en queue d'aronde sont à la fois obliques et en pente, une broche classique droite utilisée pour obtenir une configuration constante de fente en queue d'aronde modifiera nécessairement la configuration des cloisons en queue d'aronde, comme décrit dans la partie d'introduction du présent exposé. Plus spécifiquement, les figures 7-9 représentent trois exemples de sections s'étendant radialement, dans des plans espacés l'un de l'autre, à travers le bord 32 du disque représenté sur la figure 4, la figure 7 représentant une section à travers l'extrémité avant 32a du bord 32, la figure 8 représentant une section intermédiaire centrale à travers le bord 32 et la figure 9 représentant une section à travers l'extrémité

arrière 32b du bord 32.

En se référant de nouveau à la figure 3, on voit que chaque tenon 30 en queue d'aronde comporte une paire de lobes 52 s'étendant circonférenciellement et comportant des faces de pression correspondantes 54, 56 orientées vers le haut pour transmettre les forces centrifuges au disque 20 de rotor, comme représenté sur la figure 7 par exemple. Le tenon 30 en queue d'aronde est droit depuis le voisinage du bord d'attaque 26a de la partie aérodynamique jusqu'au voisinage du bord de fuite 26b de cette partie aérodynamique et présente une configuration sensiblement constante des lobes 52 et une largeur constante entre ces lobes 52. De façon correspondante, la largeur de mortaise, par exemple SWf, entre ceux, orientés de façon opposée, des lobes 44 de cloisons du disque qui délimitent la fente 38 en queue d'aronde est constante depuis l'extrémité avant 32a du bord jusqu'à l'extrémité arrière 32b du bord. Du fait que le bord 32 est inclinée et que les largeurs circonférencielles des tenons 30 en queue d'aronde et les largeurs SW des fentes 38 en queue d'aronde sont constantes, les largeurs circonférencielles du col LW du tenon en queue d'aronde, tel que représenté sur la figure 6, et les largeurs circonférencielles LW de chaque cloison entre les lobes respectifs 44 du tenon en queue d'aronde sont plus petites à l'extrémité avant 32a du bord qu'à l'extrémité arrière 32b de ce bord. Les largeurs respectives du col 46 et des lobes 44, c'est-à-dire NW et LW, sont représentées sur les figures 7- 9 avec des valeurs augmentant de NWf, LWf à l'extrémité avant 32a du bord jusqu'à des valeurs NWi, LWi àla section intermédiaire ou centrale illustrée sur la figure 8, et jusqu'à des valeurs encore plus grandes NWa, LWa au voisinage de l'extrémité

arrière 32b du bord telle que représentée sur la figure 9.

Sur les figures 7-9 est également illustrée la largeur constante entre les lobes opposés 44 définissant les fentes

38 en queue d'aronde o les largeurs respectives, c'est-à-

dire SWf, SWi et SWa, sont égales les unes aux autres.

Comme représenté sur les figures 3 et 6, les faces respectives 48, 50 de pression des cloisons 40 en queue d'aronde et les faces 54, 56 de pression des tenons 30 en queue d'aronde sont de préférence sensiblement plates et complémentaires l'une à l'autre, chacune présentant une ligne de contact résultante respective s'étendant axialement et destinée à transférer les forces centrifuges depuis le tenon 30 en queue d'aronde jusqu'à la paire adjacente de cloisons 40 en queue d'aronde. Comme on peut le voir sur la figure 3, la paire de faces de pression en queue d'aronde 54, 56 sont espacées longitudinalement ou radialement l'une de l'autre d'une distance prédéterminée L qui est sélectionnée préalablement pour assurer la hauteur radiale variable H entre les faces de pression 48, 50 des cloisons 40 en queue d'aronde, lesquelles hauteurs différentes L et H peuvent être mesurées à partir des lignes de contact résultantes respectives. Comme représenté en traits mixtes sur le côté gauche de la figure 6 et en trait plein sur le côté droit de cette figure 6, une cloison asymétrique classique en queue d'aronde ne présenterait pas de différence de hauteur radiale entre les

faces de pression respectives 48, 50.

Toutefois, selon la présente invention, la première face de pression 48 peut être décalée en hauteur radiale H par rapport à la seconde face de pression 50 aux lignes de contact respectives de cette dernière pour engendrer, de façon préférentielle, des moments de flexion variables dans chaque cloison 40 en queue d'aronde depuis l'extrémité avant 32a du bord du disque jusqu'à l'extrémité arrière 32b de ce bord de manière à équilibrer, de façon préférentielle, les charges de réaction afin de diminuer la contrainte de flexion maximale dans le col 46 de cloison en queue d'aronde au voisinage de l'extrémité avant 32a du bord tout en augmentant la contrainte de flexion dans le col 46 au voisinage de l'extrémité arrière 32b du bord. Du fait que la cloison 40 en queue d'aronde a une largeur de col NWa plus grande à l'extrémité arrière 32b du bord du disque, comme représenté sur la figure 9, que la largeur NWf à l'extrémité avant 32a de ce bord, comme illustré sur la figure 7, la valeur ou grandeur absolue de la contrainte de flexion à l'extrémité arrière de la cloison n'augmente pas plus qu'à son extrémité avant mais augmente simplement tandis que sa valeur absolue diminue considérablement au niveau du petit diamètre à l'extrémité avant 32a du bord du disque. Oncomprendra plus facilement la présente invention en examinant le graphique de moments représenté sur la figure 10 sur laquelle sont tracés les moments de flexion de réaction exercée sur les cols 46 des cloisons en queue d'aronde en fonction de la position axiale par rapport à l'extrémité avant 32a du bord du disque sur le côté gauche du graphique, c'est-à-dire vers l'avant, jusqu'à la section centrale, c'est-à-dire C, et jusqu'à l'extrémité arrière 32b du bord du disque sur le côté droit du graphique, c'est-à-dire en arrière. La figure 10 est basée sur le diagramme de forces représenté de façon générique sur la figure 6 et spécifiquement sur les figures 7-9. Sur la figure 6, les forces de réaction initiales Fi provenant d'une cloison en queue d'aronde symétrique classique se coupent mutuellement le long de l'axe radial 38 de la cloison et se traduit, par conséquent, par une grandeur nulle du moment de flexion, désignée M, au niveau du col 46 de la cloison. Toutefois, en décalant radialement les première et seconde faces 48, 50 de pression d'une distance H représentée sur le côté gauche de la figure 6, la force de réaction résultante est désignée F1 et coupe le vecteur force opposé F1 sur le côté gauche de l'axe 58 de la cloison en créant ainsi un moment de flexion M qui engendre

des contraintes de flexion dans le col 46.

La figure 7 montre entre les première et seconde faces de pression 48, 50 une différence de hauteur négative relative H(-) qui amène les forces de réaction résultantes F1 à s'intersecter sur le côté droit de l'axe radial 58 de la cloison et donne de cette manière au moment de flexion

N3 une valeur positive (+) spécifiée de façon arbitraire.

La figure 9 montre une hauteur différentielle radiale opposée H(+) qui amène les forces de réaction résultantes F1 à s'intersecter mutuellement sur le côté gauche de l'axe radial 58 de la cloison et, à son tour, donne une valeur négative au moment de flexion M4 (-) dont le sens est opposé au moment de flexion représenté sur la figure 7 La figure 10 donne un tracé représentatif pour montrer le moment de flexion variable qui apparaît au col 46 de cloison en queue d'aronde et qui varie d'une valeur positive M3 à l'extrémité avant 32a du bord du disque, comme on peut le voir sur la figure 7, jusqu'à une valeur négative désignée M4 à l'extrémité arrière 32b du bord. Par conséquent, les première et seconde faces de pression 48, ont une hauteur radiale H qui varie entre leurs lignes de contact de réaction respectives, à l'extrémité arrière 32b du bord du disque, depuis une première valeur dans un sens ou direction, c'est-à-dire (+), à l'extrémité arrière 32b du bord jusqu'à une seconde valeur dans un sens ou direction opposé au premier sens ou direction de l'extrémité avant 32a du bord, c'est-à-dire une valeur négative (-). Sur la figure 9, la première face de pression 48 est plus haute dans le sens radial, H(+), que la seconde face de pression 50. Sur la figure 7, la première face de pression 48 est plus basse dans le sens radial, H(-), que

la seconde face de pression 50.

En se référant de nouveau à la figure 10, on voit que l'on a représenté en traits mixtes le moment de flexion analogue pour un tenon en queue d'aronde symétrique classique s'étendant à travers une fente en queue d'aronde inclinée et oblique de façon similaire ayant une plus grande valeur de moment de flexion M1(+) dans le col de la cloison en queue d'aronde, à l'extrémité avant 32a du bord du disque, et un plus petit moment mais négatif M2(-) dans le col, à l'extrémité arrière 32b du bord du disque. Ces moments de flexion agissent en travers de la zone de section droite des cols respectifs 46 de cloisons en queue d'aronde, à l'extrémité avant 32a du bord du disque et à l'extrémité arrière 32b du bord pour créer une contrainte de flexion plus élevée à cette première qu'à cette dernière. En décalant radialement les première et seconde faces de pression 48, 50 conformément à la présente invention, il est possible de déplacer vers le bas, comme représenté sur la figure 10, la courbe du moment de flexion résultant pour diminuer les moments de flexion de réaction à l'extrémité avant 32a du bord du disque, de M1 à M3, tout en augmentant simultanément le moment de flexion à l'extrémité arrière 32b du bord, de M2 à M4 (dans un sens négatif). Le moment de flexion de réaction réduit dans le col 46, à l'extrémité avant 32a du bord du disque, diminue la contrainte de flexion correspondante qui y est engendrée, le moment de flexion accru dans le col, à l'extrémité arrière 32b du bord du disque augmentant la contrainte de flexion qui y est engendrée. Toutefois, la présente invention permet un meilleur équilibre dans les charges de réaction et, de ce fait, dans la contrainte de flexion, entre les extrémités avant et arrière 32a, 32b du bord du disque, de manière à déplacer les charges et les contraintes jusqu'à l'extrémité arrière 32b o les plus grands cols 46 des cloisons en queue d'aronde peuvent mieux

transférer les charges.

La figure 10 montre également dans cet exemple de mode de réalisation que le moment de flexion de réaction non seulement varie de valeurs positives jusqu'à des valeurs négatives mais coupe nécessairement, par conséquent, la ligne zéro, une valeur nulle du moment de flexion apparaissant dans une section axiale intermédiaire du col 46 de cloison en queue d'aronde entre les extrémités avant et arrière 32a, 32b du bord du disque avec une valeur nulle concomitante de hauteur différentielle radiale H (= O), comme représenté sur la figure 8. Dans l'exemple de modes de réalisation représentés sur les figures 4 et 8, la section axiale intermédiaire présentant une différence de hauteur radiale nulle est espacée de façon sensiblement équidistante des extrémités avant et arrière 32a, 32b du bord du disque, c'est-à-dire qu'elle se trouve au centre entre ces extrémités, bien qu'elle pourrait se trouver en d'autres endroits axiaux dans d'autres conceptions. Comme on peut le voir sur la figure 8, les forces de réaction qui s'intersectent, F1, sur chaque cloison 40 en queue d'aronde apparaissent le long de l'axe radial 58 de la cloison, ce qui, par conséquent, se traduit par une valeur nulle du moment de flexion de réaction M. En se référant de nouveau à la figure 6, on voit que l'on peut obtenir la différence de hauteur radiale H entre les première et seconde faces de pression 48, 50 simplement en écartant radialement par un mouvement de translation les faces complètes 48, 50 pour modifier la hauteur radiale H entre ces faces. Comme représenté en trait plein sur la figure 6, les faces de pression 48, 50 sont sensiblement droites, chacune étant inclinée par rapport à l'axe radial 58 entre celles-ci suivant des angles sensiblement égaux mais opposés A. On peut décaler radialement vers le haut dans un sens positif H(+) la première face de pression 48 en la déplaçant par un mouvement de translation vers le haut par rapport à une cloison en queue d'aronde initiale symétrique, comme

indiqué en traits mixtes sur le côté gauche de la figure 6.

Toutefois, au lieu de déplacer radialement par un mouvement de translation l'une ou l'autre des faces de pression 48, 50, on peut faire tourner l'une et/ou l'autre de ces faces de pression 48, 50 par rapport à la cloison en queue d'aronde symétrique initiale en inclinant les faces de pression respectives 48, 50 par rapport à l'axe radial 58 entre ces dernières suivant des angles différents et

opposés pour modifier la hauteur radiale H entre elles.

Comme représenté en traits mixtes sur le côté droit de la figure 6, on peut faire tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre la seconde face de pression 50 présentant initialement un angle d'inclinaison A par rapport à l'axe 58 pour obtenir, par rapport à cet axe 58, un angle d'inclinaison réduit B qui, nécessairement, déplace par translation cette face en partie radialement vers le haut par rapport aux première et seconde faces de pression symétrique initiales 48, 50. La force de réaction résultante F1 coupe la force de réaction résultante Fi de la première face de pression initiale non déplacée 48, comme on peut le voir sur la gauche de l'axe 58, pour créer le moment de flexion M. Bien entendu, on peut utiliser comme on le désire, des combinaisons d'une simple translation uniforme entre les faces de pression 48, 50 et la rotation relative entre ces faces pour obtenir les moments de flexion voulus M. On peut aussi modifier les longueurs utiles des faces de pression 48, 50, en particulier si la rotation de la face de pression est utilisée pour obtenir la hauteur radiale différentielle H, étant donné que la force de réaction change à mesure que l'angle de la face de pression change, comme cela est connu

de façon classique.

Par conséquent, la configuration asymétrique, axialement variable, des cloisons 40 en queue d'aronde peut être utilisée, conformément à la présente invention, pour déplacer les moments de flexion depuis le col 46 de cloison en queue d'aronde, au voisinage de l'extrémité avant 32a du bord du disque en direction de l'extrémité arrière 32b de ce bord pour réduire de façon notable la valeur absolue maximale de la contrainte de flexion dans les cols plus étroits 46, au voisinage de l'extrémité avant 32a du bord, tout en augmentant la contrainte de flexion dans les cols plus larges 46, au voisinage de l'extrémité arrière 32b du bord. Les fentes résultantes 38 en queue d'aronde sont rectilignes et on peut les réaliser facilement en utilisant un outil de brochage classique. Le tenon en queue d'aronde complémentaire 30 et l'ailette est aussi, par conséquent, rectiligne avec une configuration constante des lobes 52 de la queue d'aronde depuis son extrémité avant adjacente au bord d'attaque 26a de la partie aérodynamique jusqu'à son extrémité arrière adjacente au bord de fuite 26b de la partie aérodynamique et avec une différence constante de hauteur L entre les faces de pression respectives 54, 56. Bien que l'on ait décrit ce que l'on considère être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est bien entendu que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Disque (20) de rotor de moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comprend: - un bord annulaire (32) ayant un axe longitudinal (18) et des extrémités avant et arrière (32a, 32b) espacées axialement l'une de l'autre, ladite extrémité arrière (32b) ayant un diamètre plus grand que l'extrémité avant (32a); - ledit bord (32) comportant une pluralité de fentes ou mortaises rectilignes 38 en queue d'aronde qui

s'étendent axialement et sont espacées circonféren-

ciellement les unes des autres et qui sont destinées à recevoir des tenons complémentaires en queue d'aronde (30) d'ailettes (22) de rotor, lesdites fentes (38) définissant une pluralité de cloisons (40) en queue d'aronde, espacées circonférenciellement les unes des autres; et chacune desdites cloisons (40) comprenant: - une paire de lobes (44) qui s'étendent circonférenciellement de façon opposée et qui définissent une largeur circonférencielle maximale de ladite cloison (40); - un col (46) disposé radialement au-dessous desdits lobes (44) et définissant une largeur circonférencielle minimale de ladite cloison (40); - une première face de pression (48) orientée radialement vers l'intérieur depuis un lobe correspondant desdits lobes (44) jusqu'audit col (46) sur un premier côté de ladite cloison (40) pour réagir à une force provenant dudit tenon (30) en queue d'aronde; - une seconde face de pression (50) orientée radialement vers l'intérieur depuis l'autre lobe desdits lobes (44) jusqu'audit col (46) sur un second côté circonférenciel opposé de ladite cloison (40) pour réagir à la force provenant dudit tenon (30) en queue d'aronde; et - lesdites première et seconde faces de pression (48, 50) ayant des hauteurs radiales respectives qui varient entre elles depuis une première valeur à ladite extrémité arrière (32b) du bord jusqu'à une seconde valeur à l'extrémité avant (32a) dudit bord, ladite seconde valeur

étant inférieure à ladite première valeur.

2. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fentes (38) en queue d'aronde sont axialement iniclinées depuis ladite extrémité avant (32a) dudit bord jusqu'à ladite extrémité arrière (32b) de ce

bord et sont obliques circonférenciellement.

3. Disque selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites première et seconde faces (48, 50) ont des hauteurs radiales respectives qui varient entre elles depuis la première valeur dans une première direction à ladite extrémité arrière (32b) dudit bord jusqu'à une valeur nulle à une section axiale intermédiaire entre lesdites extrémités avant et arrière (32a, 32b) dudit bord et jusqu'à ladite seconde valeur dans une direction opposée à ladite première direction à ladite extrémité avant (32a)

dudit bord.

4. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite section axiale intermédiaire est espacée de façon sensiblement équidistante desdites extrémités avant

et arrière (32a, 32b).

5. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits cols (46) de cloison augmente de largeur depuis ladite extrémité avant (32a) dudit bord

jusqu'à ladite extrémité arrière (32b) de ce bord.

6. Disque selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites fentes (38) en queue d'aronde ont des largeurs sensiblement constantes entre lesdits lobes (44) de cloison de disque, depuis ladite extrémité avant (32a) dudit bord jusqu'à ladite extrémité arrière (32b) de ce

bord.

7. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites première et seconde faces de pression (48, ) sont inclinées par rapport à un axe radial situé entre ces faces suivant des angles sensiblement égaux mais opposés et sont décalées radialement par translation pour

modifier ladite hauteur radiale entre ces faces.

8. Disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites première et seconde faces de pression (48, ) sont inclinées par rapport à un axe radial situé entre ces faces suivant des angles différents et opposés pour

modifier lesdites hauteurs radiales de ces faces.

9. Ailette de rotor (22) pour turbomoteur à gaz ayant un axe longitudinal (24), caractérisée en ce qu'elle comprend: - une partie aérodynamique (26) comportant un bord d'attaque (26a) et un bord de fuite (26b); - un tenon (30) en queue d'aronde s'étendant depuis ladite partie aérodynamique (26) et configurée en vue d'une introduction axiale dans un disque (20) de rotor comportant une pluralité de fentes axiales (38) en queue d'aronde espacées circonférenciellement les unes des autres; - ledit tenon (30) en queue d'aronde comportant une paire de lobes (52) s'étendant circonférenciellement, et des faces de pression (54, 56) orientées vers le haut pour transmettre les charges au disque (20) de rotor; et - ledit tenon (30) en queue d'aronde étant rectiligne depuis le voisinage dudit bord d'attaque (26a) de la partie aérodynamique jusqu'au voisinage dudit bord de fuite (26b) de la partie aérodynamique et ayant entre ces bords une configuration sensiblement constante, ladite paire de faces de pression (54, 56) étant espacées

longitudinalement l'une de l'autre.

10. Ailette selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit tenon (30) en queue d'aronde est inicliné vers le haut depuis ledit bord avant (26a) de la partie aérodynamique en direction dudit bord de fuite (26b) de

cette partie aérodynamique.