FR2783868A1 - Queue d'aronde a contrainte reduite et procede associe - Google Patents

Abstract

Une ailette (16) de rotor comprend un profil (18), une plate-forme intégrale (22), et une queue d'aronde (24) liée d'un seul tenant à la plateforme. La queue d'aronde comprend un étranglement (26) s'étendant entre deux lobes (28, 30) de queue d'aronde prévus pour s'engager dans une fente (14) complémentaire d'un disque (12) de rotor. La queue d'aronde comprend une entaille (44) s'étendant entre une face extérieure des lobes de queue d'aronde et 11 étranglement (26) pour y introduire une concentration de contrainte. La concentration de contrainte diminue la contrainte dans la face extérieure aux dépens de l'étranglement pour accroître la durée de vie en fatigue mégacyclique de l'ailette.

Description

Queue d'aronde à contrainte réduite et procédé associé

La présente invention concerne généralement les turbomo-

teurs, et plus particulièrement l'aubage de rotor de compresseur de ces moteurs. Dans un type de turbomoteur, un compresseur à flux axial à plusieurs étages comprime l'air qui est mélangé à du carburant dans

une chambre de combustion et allumé pour générer des gaz de combus-

tion chauds qui s'écoulent en aval dans une turbine haute pression qui en extrait de l'énergie pour actionner le compresseur. Chaque étage du compresseur comprend une rangée d'ailettes de rotor de compresseur circonférentiellement contiguës s'étendant radialement vers l'extérieur depuis un disque de rotor support. Chaque ailette comprend un profil aérodynamique sur lequel s'écoule l'air en cours de compression, et une plateforme au pied du profil qui définit la limite radiale interne

pour l'écoulement d'air du compresseur.

Les ailettes sont typiquement démontables, et comprennent par conséquent une queue d'aronde appropriée conçue pour coopérer

avec une fente à queue d'aronde complémentaire réalisée dans le péri-

mètre du disque de rotor. Les queues d'aronde peuvent être soit des

queues d'aronde à entrée axiale, soit des queues d'aronde à entrée cir-

conférentielle qui coopèrent avec des fentes correspondantes axiales ou circonférentielles formées dans la périmétrie du disque. Une queue d'aronde typique comprend un étranglement de section minimum s'étendant intégralement de manière radiale vers l'intérieur depuis le bas de la plateforme d'ailette qui diverge ensuite vers l'extérieur en

une paire de lobes ou de queues opposées.

Pour les queues d'aronde axiales, le disque de rotor comprend

une pluralité de fentes à queue d'aronde s'étendant axialement et espa-

cées les unes des autres circonférentiellement, définies circonféren-

tiellement entre des montants correspondants du disque. Les fentes axiales et les montants du disque s'étendent sur toute l'épaisseur axiale

du disque entre ses faces axialement avant et arrière.

Pour une queue d'aronde circonférentielle, une seule fente à queue d'aronde s'étend circonférentiellement sur tout le périmètre du

disque, et axialement entre des montants avant et arrière non perforés.

La fente circonférentielle est localement élargie en un emplacement pour permettre aux queues d'aronde circonférentielles individuelles d'y

être initialement insérées radialement puis repositionnées circonféren-

tiellement dans la fente à queue d'aronde jusqu'à ce que la fente tout

entière soit remplie d'une pleine rangée d'ailettes.

Dans les deux types de queue d'aronde, les montants de dis-

que correspondants comprennent des lobes ou queues complémentaires

qui coopèrent avec les lobes de queues d'aronde pour retenir radiale-

ment les ailettes individuelles contre la force centrifuge lors du fonc-

tionnement. Chaque lobe de queue d'aronde comprend une surface ou face de pression extérieure tournée radialement vers l'extérieur qui

prend appui sur une surface des montants du disque ou face de pres-

sion correspondante tournée radialement vers l'intérieur. Lorsqu'une charge centrifuge est générée par l'ailette pendant la rotation, elle est transférée radialement vers l'extérieur, des lobes de queue d'aronde aux montants de disque correspondants au niveau des faces de pression

extérieures et intérieures en appui de ces derniers.

Les étranglements des queues d'aronde ayant une section mi-

nimum entre les plateformes d'ailette et les queues d'aronde elles-mê-

mes, une contrainte centrifuge maximum apparaît au niveau des étran-

glements, cette contrainte devant être limitée pour assurer une bonne durée de vie des ailettes. Une ailette de compresseur typique est conçue pour une durée de vie infinie, ce qui suppose des queues d'aronde et des étranglements suffisamment grands pour qu'apparaisse

une contrainte centrifuge suffisamment en-dessous des limites de ré-

sistance du matériau de l'ailette.

Les disques de rotor, par contre, ont une durée de vie utile li-

mitée puisqu'ils subissent des contraintes plus élevées que les ailettes

qu'ils retiennent. Puisque des fentes à queue d'aronde s'étendant axia-

lement dans le périmètre d'un disque interrompent ce périmètre le long de sa circonférence, un disque de rotor à entrée axiale réagit aux char- ges centrifuges d'une manière différente de celle des disques de rotor à entrée circonférentielle, dans lesquels les deux montants de disque correspondants sont des cercles complets présentant par conséquent

une résistance périphérique élevée.

Dans un type de réacteur à double flux qui est entré en servi-

ce commercial aux États-Unis d'Amérique dans la décennie précéden-

te, on a d'abord découvert à la moitié de la vie de ces réacteurs des

fissures de fatigue mégacyclique dans un nombre statistiquement fai-

ble, mais significatif, de queues d'aronde axiales et des disques de ro-

tor associés. Ceci est indésirable puisqu'une fissure dans une seule

queue d'aronde découverte lors d'une inspection de maintenance pério-

dique nécessite le remplacement d'un ensemble complet d'ailettes, ou

le remplacement du disque de rotor si c'est là que se trouve la fissure.

Afin d'améliorer la durée de vie en fatigue mégacyclique du disque de rotor pour queues d'aronde axiales, une amélioration dans les fentes pour queues d'aronde axiales a été brevetée par le présent cessionnaire dans le brevet américain n 5 141 401-Juenger et al. Bien que ce même type de moteur comprenne à la fois des

queues d'aronde à entrée axiale et à entrée circonférentielle, des fissu-

res dans le dernier n'ont pas été observées lors des inspections à la moitié de la vie des moteurs au vu de la configuration différente et plus résistante des queues d'aronde à entrée circonférentielle et des fentes associées. Cependant, la suite du service des mêmes moteurs dans la présente décennie a de nouveau fait apparaître une occurrence

statistiquement faible d'une fissuration des queues d'aronde circonfé-

rentielles sur des cycles ou des durées très élevés. Là encore, les ailet-

tes de compresseur étant de préférence conçues pour une durée de vie

infinie, même une simple fissure dans une queue d'aronde d'ailette né-

cessite le remplacement de l'ensemble complet d'ailettes de compres-

seur, avec un coût associé qui est élevé.

Cependant, au vu de la différence de configuration entre les queues d'aronde axiales et circonférentielles, une solution différente

est requise pour la fissuration à long terme des queues d'aronde cir-

conférentielles. En conséquence, on souhaite proposer une ailette de rotor de compresseur à entrée circonférentielle améliorée et le disque de rotor

coopérant avec celle-ci.

Une ailette de rotor comprend un profil, une plateforme inté-

grale, et une queue d'aronde liée d'un seul tenant à la plateforme. La queue d'aronde comprend un étranglement s'étendant entre deux lobes

de queue d'aronde prévus pour s'engager dans une fente complémentai-

re du disque de rotor. La queue d'aronde comprend une entaille s'éten-

dant entre une face extérieure des lobes de queue d'aronde et l'étran-

glement pour y introduire une concentration de contrainte. La concen-

tration de contrainte diminue la contrainte dans la face extérieure aux

dépens de l'étranglement pour accroître la durée de vie en fatigue mé-

gacyclique de l'ailette.

La présente invention propose une ailette de rotor de turbo-

moteur pouvant être montée dans une fente de disque de rotor. Cette

ailette comprend un profil, une plateforme liée d'un seul tenant au pro-

fil, et une queue d'aronde liée d'un seul tenant à la plateforme, et com-

prenant un étranglement de section minimum s'étendant entre deux lo-

bes de queue d'aronde prévus pour s'engager dans la fente de disque.

Chacun desdits lobes comprend une face extérieure tournée vers l'exté-

rieur pour prendre appui sur des faces intérieures correspondantes de la fente de disque. Une entaille s'étend entre au moins l'une des faces extérieures et ledit étranglement pour y introduire une concentration

de contrainte.

L'entaille peut être arquée pour faire varier le contour du lo-

be entre l'une des faces extérieures et l'étranglement.

L'entaille peut présenter un rayon de courbure adjacent à

l'étranglement plus grand que celui adjacent à la face extérieure.

La fente de disque peut s'étendre circonférentiellement, et la

queue d'aronde peut être une queue d'aronde circonférentielle.

Le profil peut comprendre des bords d'attaque et de fuite pour canaliser l'air dans une direction aval entre les deux, et la face extérieure peut être une face extérieure avant disposée en amont de

l'autre face qui est une lface extérieure arrière.

L'entaille peut être arquée circonférentiellement de façon à correspondre à la courbure de la fente de disque en une face avant des-

dites faces intérieures.

L'entaille peut être dimensionnée et profilée pour diminuer la contrainte au niveau de la face extérieure avant en accroissant la

contrainte au niveau de l'étranglement.

L'ailette peut comprendre en outre une entaille arrière desdi-

tes entailles disposée entre la face extérieure arrière et l'étranglement.

L'ailette peut comprendre en outre des moyens pour régler la rigidité relative de la queue d'aronde au niveau de la face extérieure avant et du disque au niveau de la face intérieure correspondante pour réaliser entre les deux un profil de charge normale sous l'action de la force centrifuge s'accroissant en s'éloignant de l'entaille. Ces moyens de réglage peuvent inclure le dimensionnement de la queue d'aronde dans sa hauteur radiale pour remplir substantiellement la fente de

queue d'aronde.

La présente invention concerne également un procédé de ré-

duction de la contrainte dans une queue d'aronde circonférentielle d'ai-

lette de rotor montée dans une fente complémentaire dans un disque de rotor, comprenant le fait d'introduire une concentration de contrainte entre un lobe de queue d'aronde et un étranglement de queue d'aronde

adjacent. Le lobe de queue d'aronde peut comprendre une face exté-

rieure tournée vers l'extérieur pour prendre appui sur une face inté-

rieure correspondante tournée vers l'intérieur de la fente de disque, et la concentration de contrainte a pour effet de réduire la contrainte au niveau de la face extérieure en accroissant la contrainte au niveau de l'étranglement. Le procédé peut comprendre en outre le fait de régler la rigidité relative de la queue d'aronde au niveau de la face extérieure avant et du disque au niveau de la lface intérieure correspondante pour réaliser entre les deux un profil de charge normale sous l'action de la

force centrifuge s'accroissant radialement vers l'intérieur.

Cette invention, selon des modes de réalisation préférés et donnés à titre d'exemple, ainsi que d'autres objets et avantages de

ceux-ci, est plus particulièrement décrite dans la description détaillée

suivante faite en référence aux dessins d'accompagnement dans les-

quels: la figure 1 est une vue isométrique d'une partie d'un disque de rotor de compresseur d'un turbomoteur comportant une fente à

queue d'aronde circonférentielle destinée à recevoir une pluralité d'ai-

lettes de rotor de compresseur comportant des queues d'aronde à entrée circonférentielle selon un mode de réalisation de la présente invention

donné à titre d'exemple.

La figure 2 est une vue en coupe axiale agrandie d'une partie du disque de rotor et des queues d'aronde illustrée en figure 1 et prise

suivant la ligne 2-2.

La figure 3 est une vue en coupe partielle agrandie de l'un

des lobes de queue d'aronde et de l'étranglement adjacent, avec l'en-

taille se trouvant entre eux, selon un mode de réalisation de la présen-

te invention donné à titre d'exemple coopérant avec une partie corres-

pondante du disque de rotor.

En figure 1 est illustrée une partie d'un compresseur 10 à flux axial à plusieurs étages d'un turbomoteur, tel qu'un réacteur à double

flux servant à la propulsion d'un avion en vol. Le compresseur com-

prend un disque 12 de rotor comportant une fente circonférentielle 14

sur son périmètre.

Une pluralité d'ailettes 16 de rotor de compresseur circonfé-

rentiellement contiguës est montée de manière amovible dans la fente 14 du disque. Chaque ailette 16 comprend un profil 18 sur lequel de

l'air 20 est canalisé pendant le fonctionnement pour être comprimé.

Une plateforme correspondante 22 est liée d'un seul tenant au pied du

profil, laquelle plateforme définit la limite d'écoulement radiale inter-

ne pour l'air 20 à comprimer.

Chaque ailette 16 comprend également une queue d'aronde à entrée circonférentielle 24 liée d'un seul tenant à la plateforme 22 et s'étendant radialement vers l'intérieur depuis celle-ci. Chaque queue

d'aronde 24 comprend un étranglement 26 de section minimum s'éten-

dant axialement entre deux queues ou lobes 28, 30 de queue d'aronde

prévus pour s'engager dans la fente 14 de disque pour retenir radiale-

ment les ailettes individuelles 16 sur le périmètre du disque.

Comme illustré plus particulièrement en figure 2, le disque

12 de rotor comprend un montant avant circonférentiel continu définis-

sant une queue ou lobe 32 de disque correspondant axial avant tourné radialement vers l'intérieur pour coopérer avec le lobe avant 28 de queue d'aronde. De manière similaire, le disque comprend également un montant axial arrière définissant une queue ou lobe arrière 34 qui

coopère avec le lobe arrière 30 de queue d'aronde correspondant.

Les lobes 28, 30 de queue d'aronde comprennent des faces de

pression 36, 38 avant et arrière radialement extérieures, tournées ra-

dialement vers l'extérieur pour prendre appui sur des faces de pression , 42 avant et arrière radialement intérieures, tournées radialement

vers l'intérieur depuis les lobes 32, 34 de disque correspondants défi-

nissant la fente 14 de disque.

Selon la présente invention, la queue d'aronde 24 comprend également une entaille 44 s'étendant entre une des faces extérieures 36, 38 au moins, et de préférence les deux, et l'étranglement 26, pour y introduire une concentration de contrainte locale. Les concentrations de contrainte sont normalement réduites ou éliminées partout o cela est possible en pratique conventionnelle puisque l'utilisation maximum d'un matériau revient typiquement à y minimiser les contraintes. La

queue d'aronde classique dont la présente invention constitue une amé-

lioration présente un rayon continu et doux depuis les lobes de queue d'aronde correspondants jusqu'à l'étranglement pour minimiser la

concentration de contrainte dans cette région afin de favoriser une lon-

gue durée de vie des queues d'aronde. Ce contour classique est illustré en lignes pointillées plus en détail en figure 3 en même temps qu'une forme donnée à titre d'exemple de l'entaille 44 qui y est réalisée. On a découvert, par une analyse approfondie, que l'introduction d'une

concentration de contrainte locale apportée par l'entaille 44 peut sensi-

blement diminuer la contrainte maximale subie par la queue d'aronde

24 lors du fonctionnement, et accroît ainsi sa durée de vie utile au-de-

là des mégacycles précédemment obtenus avec l'ailette de base. Mais pour l'introduction de l'entaille spécifique 44, le reste des ailettes 16 de compresseur peut être de configuration et de fonction classiques,

telle que l'ailette de compresseur donnant satisfaction en service com-

mercial aux États-Unis d'Amérique depuis plus d'une décennie, et dont

la présente invention constitue une amélioration.

Pendant la rotation des ailettes de rotor, une force centrifuge est générée, laquelle est transmise par les queues d'aronde aux lobes

de disque de rotor correspondants. Comme montré en figure 3, les fa-

ces de pression correspondantes extérieure et intérieure 36, 40 sont ty-

piquement droites ou plates en profil axial et prennent appui l'une sur

l'autre sur la surface de contact effectif définie entre elles pour trans-

mettre les charges centrifuges, désignées F, suivant une direction nor-

male ou perpendiculaire à cette surface, depuis la queue d'aronde vers

le disque de rotor.

La charge centrifuge de toute la matière se trouvant au-des-

sus de l'étranglement 26 doit y être transmise, ce qui définit en prati-

que classique la section limitant la durée de vie de la queue d'aronde

qui doit être suffisamment grande pour y maintenir la contrainte maxi-

mum suffisamment en-dessous de la résistance à la fatigue mégacycli-

que du matériau des ailettes. La taille et la configuration des profils 18 étant commandées par la performance aérodynamique requise pour l'ailette, le dessin de la queue d'aronde et du disque doit être choisi de manière appropriée pour supporter le profil requis avec une contrainte

limitée pour assurer les durées de vie requises des ailettes et du dis-

que. Puisque les faces extérieure et intérieure 36, 40 coopèrent

pendant le fonctionnement, elles sont également soumises à un frotte-

ment mutuel. Le frottement génère une force parallèle aux faces des

lobes et perpendiculaire à la direction de la force normale F. L'ampli-

tude de la force de frottement est basée sur le coefficient de frottement

entre les faces en contact, et il peut de produire une usure ou un grip-

page à cause du mouvement coulissant différentiel créé entre elles.

Les forces de frottement à leur tour génèrent une contrainte de surface supplémentaire au niveau des faces en contact ce qui affecte également la complexité du dessin de la queue d'aronde. Le frottement peut être

minimisé en appliquant un lubrifiant sec, tel que du bisulfure de mo-

lybdène, aux faces de pression en contact de la queue d'aronde et du

disque. Cependant, un tel lubrifiant s'use au cours de la vie de l'ailet-

te, et tandis qu'il s'use, la contrainte de surface de frottement augmen-

te. L'analyse a montré que la contrainte de cisaillement créée par les forces de frottement le long des faces extérieures 36, 38 des lobes de queue d'aronde varie jusqu'à une contrainte maximum concentrée au niveau du bord radialement externe 46 de celle-ci o elle décroche de la face intérieure 40 du montant avant. La composante statique ainsi que la composante vibratoire du champ de contraintes au niveau des bords extérieurs 46 avant et arrière, également appelés bords de

contact, sont localement accrues par l'effet du frottement.

Ces contraintes locales induites par frottement au niveau des

bords extérieurs 46 sont minimales au début de la vie de l'ailette lors-

que le lubrifiant sec est le plus efficace, et augmentent au cours de la

vie de l'ailette au fur et à mesure de l'usure du lubrifiant sec. De mê-

me, on a découvert que la contrainte maximum de la queue d'aronde peut se trouver au départ au niveau de l'étranglement 26 de queue d'aronde au début de la vie de l'ailette, et qu'elle passe ensuite à l'un

des bords extérieurs 46 au moins des deux faces de pression extérieu-

res 36, 38 au milieu de la durée de vie. Ce passage à la contrainte

maximale à mi-vie peut ensuite conduire à une réduction de la vie dis-

ponible restante des queues d'aronde d'ailette, toute fissure dans ces

dernières nécessitant le remplacement du jeu complet d'ailettes de ro-

tor du même disque.

En introduisant l'entaille 44 à l'un ou les deux bords exté-

rieurs 46 des faces de pression de queue d'aronde, une concentration

de contrainte y est délibérément introduite, laquelle serait inaccepta-

ble dans une ailette de rotor réalisée suivant la pratique convention-

nelle, sans les avantages secondaires apportés selon la présente inven-

tion. Bien que les entailles 44 puissent initialement accroître la contrainte maximum subie par la queue d'aronde 24 d'ailette au début

de la vie de l'ailette, les mêmes entailles 44 réduisent de manière si-

gnificative la contrainte maximum qui, autrement, apparaîtrait au ni-

veau des bords extérieurs 46 en raison du frottement au fur et à mesure O10

de l'usure du lubrifiant sec pendant le fonctionnement après la mi-vie.

Un accroissement relativement plus grand de la contrainte en début de

vie dans les queues d'aronde d'ailette est compensé de manière bénéfi-

que par une réduction substantielle de la contrainte subie ensuite par les queues d'aronde avec l'accroissement des forces de frottement, pour accroître substantiellement la durée de vie totale de la queue

d'aronde d'ailette par rapport à celle connue auparavant dans les mê-

mes queues d'aronde sans entailles 44.

En conséquence, la contrainte maximale subie par la queue d'aronde 24 peut être réduite en introduisant de manière spécifique une concentration de contrainte locale en utilisant l'entaille 44 entre l'un quelconque des lobes 28, 30 de queue d'aronde et l'étranglement 26 de queue d'aronde adjacent. De cette façon, la contrainte au niveau des faces extérieures 36, 38 de queue d'aronde dans leurs bords extérieurs

46 peut être sensiblement diminuée en accroissant la contrainte au ni-

veau de l'étranglement 26 de queue d'aronde.

Dans un dessin d'ailette donné, une quantité donnée de charge centrifuge doit être transmise de la queue d'aronde 24 au disque 12 de rotor, quelles que soient les configurations spécifiques de la queue d'aronde 24 et de la fente 14 du disque. Cependant, en configurant

spécifiquement la queue d'aronde 24 comme décrit ci-dessus, la distri-

bution de charge et le motif de contrainte correspondant peuvent être changés de manière préférentielle pour accroitre localement la contrainte au niveau de l'étranglement de queue d'aronde au début de

la vie de l'ailette, tout en diminuant en conséquence la contrainte d'ai-

lette maximale au niveau des bords extérieurs 46 dans la suite de la

vie de l'ailette pour offrir une queue d'aronde améliorée ayant une du-

rée de vie accrue.

Comme montré en figure 3, l'entaille 44 est de préférence de section axiale arquée pour faire varier le contour de la surface du lobe

28 de queue d'aronde entre sa face extérieure 36 et l'étranglement ad-

jacent 26. L'entaille 44 connaissant une concentration de contrainte,

on souhaite diminuer les effets indésirables de celle-ci près de l'étran-

glement 26.

Par exemple, l'entaille 44 illustrée en figure 3 peut être ini-

tialement introduite en lui donnant un premier rayon de courbure A re-

lativement petit adjacent à la face extérieure 36 au niveau du bord ex-

térieur 46, le contour de l'entaille 44 passant alors à un rayon de cour-

bure plus grand B dans la direction axiale adjacente à l'étranglement 26. L'entaille 44 décroche de la surface de la face extérieure 36 sui-

vant un angle aigu C d'environ 30o-40 par exemple.

L'entaille à son premier et petit rayon A peut par conséquent être protégée par le rayon plus grand B, ou bien l'entaille 44 peut avoir un contour qui varie par plusieurs changements de rayon depuis

le bord extérieur 46 jusqu'à l'étranglement 26. De cette façon, l'en-

taille 44 passe d'une forme abrupte ou discontinue au niveau du bord de contact 46 à un arc progressif en montant jusqu'à l'étranglement 26, et minimise la réduction de section de l'étranglement 26 autant que

possible dans l'espace disponible.

De même, l'entaille 44 peut être dimensionnée en profondeur dans la queue d'aronde par rapport à la face de pression extérieure, et profilée en rayon pour diminuer la contrainte de manière préférentielle au niveau des faces extérieures 36, 38 de queue d'aronde dans leurs

bords extérieurs 46 en accroissant la contrainte au niveau de l'étran-

glement 26. Un accroissement de contrainte apparaissant tôt dans la vie de l'ailette permet une diminution de contrainte significative pour

la suite de la vie de l'ailette.

Comme montré dans le mode de réalisation donné à titre

d'exemple de la figure 1, la fente 14 de disque s'étend circonférentiel-

lement autour du disque 12 de rotor, et les queues d'aronde 24 sont des queues d'aronde circonférentielles, par opposition aux queues d'aronde axiales. Les profils 18 comprennent chacun un bord d'attaque 48 et un bord de fuite axialement opposé 50 sur lesquels est canalisé l'air 20 pendant le fonctionnement, dans une direction aval entre les deux. Le lobe avant 28 de queue d'aronde est tourné axialement vers l'avant dans la direction amont, et le lobe arrière 30 de queue d'aronde est

tourné axialement vers l'arrière dans la direction aval. En conséquen-

ce, la face extérieure avant 36 telle qu'illustrée en figure 2 est dispo-

sée en amont de la face extérieure arrière 38.

Dans cette configuration, la fente 14 de disque s'étend cir-

* conférentiellement et est par conséquent annulaire autour de l'axe cen-

tral du disque, et les queues d'aronde individuelles 24 sont arquées dans la direction circonférentielle autour de la fente 14 de disque. On préfère par conséquent introduire l'entaille 44 dans la queue d'aronde 28, 30 pour qu'elle corresponde à la courbure circonférentielle de la fente 14 de disque au niveau des faces intérieures respectives avant et

arrière 40, 42 des lobes 32, 34 de disque.

Par exemple, la figure 1 illustre que l'entaille 44 pour le lobe 28 de queue d'aronde avant a un rayon de courbure D par rapport à l'axe central du disque qui correspond au rayon de courbure du lobe

avant 32 de disque correspondant. De cette façon, l'entaille 44 ne di-

minue pas la surface de contact des lobes de queue d'aronde et de dis-

que, mais elle maximise cette surface pour réduire l'amplitude des

charges centrifuges normales transférées de la queue d'aronde aux lo-

bes de disque.

Pendant que l'air 20 illustré en figure 1 est comprimé par les profils 18 en rotation, la pression d'écoulement au niveau du bord de

fuite 50 du profil est plus grande que la pression d'écoulement au ni-

veau du bord d'attaque 48. Ceci à son tour crée un moment de flexion

en sens inverse des aiguilles d'une montre sur les profils 18 indivi-

duels auquel répondent différentes charges centrifuges normales au ni-

veau des lobes avant et arrière 28, 30 de queue d'aronde. L'analyse a révélé que contrairement au profil de la force centrifuge normale F illustré en figure 3, un lobe avant classique de queue d'aronde va subir une force normale F plus grande au niveau du bord extérieur 46 qui décroît le long de sa face de pression extérieure jusqu'à son extrémité radialement intérieure. La force normale élevée au niveau du bord ex-

térieur avant 46 y accroît en conséquence la contrainte locale. Cepen-

dant, en réalisant l'entaille avant 44 sur au moins le lobe avant 28 de queue d'aronde, une diminution de contrainte significative peut y être

apportée comme décrit plus haut.

Puisque le moment de flexion induit par la pression sur les profils 18 exerce une force normale différente le long du lobe arrière de queue d'aronde, opposé au lobe avant 28, l'entaille 44 peut ou

peut ne pas être utilisée avec celui-ci. Dans le mode de réalisation pré-

féré illustré en figure 2, une entaille alTière parmi les entailles 44 est également disposée entre la face extérieure arrière 38 et l'étranglement 26 de manière similaire à l'entaille avant 44 au niveau du lobe avant

28 afin de créer une diminution de contrainte aux deux emplacements.

Puisque les entailles respectives avant et arrière 44 sont dis- posées pour l'essentiel radialement sous l'étranglement 26 de queue d'aronde, elles minimisent la réduction de section de celui-ci, tout en

apportant des transitions appropriées aux faces extérieures correspon-

dantes avant et arrière 36, 38 pour réaliser la diminution de contrainte.

Dans un mode de réalisation donné à titre d'exemple, la pro-

fondeur des entailles 44, comparée à la queue d'aronde d'ailette d'ori-

gine sans entaille, ne vaut pas plus que 0,25 mm environ pour réaliser la diminution de contrainte et un accroissement sensible de la durée de vie en fatigue mégacyclique des queues d'aronde. De plus, cette durée

de vie en fatigue améliorée peut être obtenue sans changer la configu-

ration de la fente 14 elle-même, ce qui permet une monte en rattrapage dans des moteurs existants en service, en remplaçant simplement les

ailettes de compresseur usées par de nouvelles ailettes à entaille.

Puisque la contrainte maximale subie par les faces extérieu-

res 36, 38 de queue d'aronde comprend une composante de frottement

qui augmente au fur et à mesure de l'usure du lubrifiant sec en fonc-

tionnement, cette contrainte peut être contrôlée en faisant varier l'am-

plitude de la force de pression normale F exercée sur les lobes de

queue d'aronde.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, des moyens sont prévus pour changer ou pour régler la rigidité relative de la queue d'aronde 24 au niveau de la face extérieure avant 36 et du disque 12 au niveau de la face intérieure avant 40 correspondante pour

réaliser le profil de charge normale F illustré en figure 3 qui est géné-

ré sous l'action de la force centrifuge avec une amplitudes'accroissant

radialement vers l'intérieur à distance du bord extérieur 46 sur l'éten-

due radiale de la face extérieure 36. De cette manière, la rigidité rela-

tive queue d'aronde/disque peut être choisie de façon à minimiser le bord de la mise en charge de contact au niveau du bord extérieur avant

46.

Comme indiqué plus haut, le profil de charge amélioré F illustré en figure 3 est de configuration opposée à celle du profil de charge réalisé de manière classique, et peut être utilisé en combinaison avec l'entaille avant 44 pour favoriser la diminution de contrainte de queue d'aronde. La rigidité relative peut être ajustée en dimensionnant la queue d'aronde 24 comme illustré en figure 2, avec une hauteur radiale plus importante et avec une base ou pied radialement intérieur(e) plus bas(se) comparé au pied de queue d'aronde classique illustré en lignes pointillées, pour remplir substantiellement l'espace disponible dans la fente 14 de queue d'aronde. Un espace suffisant existe dans la fente 14 de queue d'aronde classique pour accroître la profondeur de la fente 14 de queue d'aronde pour accroître en conséquence la rigidité de la

queue d'aronde 24 elle-même. Les lobes avant et arrière correspon-

dants 28, 30 sont donc plus rigides, et en conséquence de cela le profil de force de contact préféré F illustré en figure 3 peut être réalisé, ce qui minimise la force de contact au niveau du bord extérieur avant 46, et réduit également de ce fait la contrainte de frottement qui s'y exerce en conjonction avec la diminution de contrainte apportée par l'entaille

avant 44.

Dans une variante, ou en addition, le lobe avant 32 de disque

peut être rendu plus flexible que le lobe classique en réduisant sa hau-

teur radiale comme illustré en lignes pointillées dans la figure 2. La flexibilité accrue du lobe avant 32 de disque favorise également le

profil de force de contact accru illustré dans la figure 3, avec une for-

ce de contact minimum au niveau du bord extérieur avant 46. Cepen-

dant, l'augmentation de flexibilité du lobe 32 de disque nécessite un usinage de celui-ci, et serait par conséquent préférable dans un dessin

de compresseur nouveau plutôt que comme application de rattrapage.

En conséquence, avec des changements relativement mineurs dans une queue d'aronde circonférentielle classique 24, l'entaille 44 avant au moins, et de préférence l'entaille 44 arrière aussi, peuvent y

être introduites sans réduire de manière significative la superficie sup-

portant la charge de l'étranglement 26, et sans affecter de façon néga-

tive la capacité de charge des deux lobes 28, 30 de queue d'aronde tout en y apportant une diminution substantielle de la contrainte. L'ailette améliorée 24 de queue d'aronde s'ajuste dans l'enveloppe existante d'une fente circonférentielle classique 14 de queue d'aronde, et permet par conséquent une monte en rattrapage de l'ailette améliorée 16. Un accroissement de la contrainte maximale dans la queue d'aronde en dé-

but de vie est compensé par une réduction significative de la contrain-

te maximale subie dans la suite de la durée de vie par les queues d'aronde, avec un accroissement correspondant de la durée de vie en

fatigue mégacyclique de l'ailette.

Il est bien entendu que la description qui précède n'a été don-

née qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes

ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la pré-

sente invention, telle que décrite dans les revendications qui suivent.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Ailette (16) de rotor de turbomoteur pouvant être montée

dans une fente (14) de disque de rotor, caractérisée en ce qu'elle com-

prend: un profil (18); une plateforme (22) liée d'un seul tenant audit profil; et

une queue d'aronde (24) liée d'un seul tenant à ladite plate-

forme, et comprenant un étranglement (26) de section minimum s'éten-

dant entre deux lobes (28, 30) de queue d'aronde prévus pour s'engager dans ladite fente (14) de disque; chacun desdits lobes comprenant une face extérieure (36, 38) tournée vers l'extérieur pour prendre appui sur des faces intérieures (40, 42) correspondantes de la fente (14) de disque; et

une entaille (44) s'étendant entre au moins l'une desdites fa-

ces extérieures et ledit étranglement pour y introduire une concentra-

tion de contrainte.

2. Ailette selon la revendication 1, caractérisée en ce que la-

dite entaille (44) est arquée pour faire varier le contour dudit lobe (28)

entre l'une desdites faces extérieures (36) et ledit étranglement (26).

3. Ailette selon la revendication 2, caractérisée en ce que la-

dite entaille (44) présente un rayon de courbure adjacent audit étran-

glement (26) plus grand que celui adjacent à ladite face extérieure (36).

4. Ailette selon la revendication 3, caractérisée en ce que la-

dite fente (14) de disque s'étend circonférentiellement, et ladite queue

d'aronde (24) est une queue d'aronde circonférentielle.

5. Ailette selon la revendication 4, caractérisée en ce que le-

dit profil (18) comprend des bords d'attaque et de fuite (48, 50) pour

canaliser l'air (20) dans une direction aval entre les deux, et ladite fa-

ce extérieure est une face extérieure avant (36) disposée en amont de

ladite autre face qui est une face extérieure arrière (38).

6. Ailette selon la revendication 5, caractérisée en ce que la-

dite entaille (44) est arquée circonférentiellement de façon à corres-

pondre à la courbure de la fente (14) de disque en une face avant des-

dites faces intérieures (40, 42).

7. Ailette selon la revendication 5, caractérisée en ce que la-

dite entaille (44) est dimensionnée et profilée pour diminuer la contrainte au niveau de ladite face extérieure avant (36) en accroissant la contrainte au niveau dudit étranglement (26). 8. Ailette selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une entaille arrière desdites entailles (44) disposée

entre ladite face extérieure arrière (38) et ledit étranglement (26).

9. Ailette selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens pour régler la rigidité relative de ladite queue d'aronde (24) au niveau de ladite face extérieure avant (36) et

dudit disque (12) au niveau de ladite face intérieure (40) correspon-

dante pour réaliser entre les deux un profil de charge normale sous

l'action de la force centrifuge s'accroissant en s'éloignant de ladite en-

taille (44).

10. Ailette selon la revendication 9, caractérisée en ce que lesdits moyens de réglage comprennent le dimensionnement de ladite

queue d'aronde (24) dans sa hauteur radiale pour remplir substantielle-

ment ladite fente (14) de queue d'aronde.

il. Procédé de réduction de la contrainte dans une queue d'aronde circonférentielle d'ailette (16) de rotor montée dans une fente (14) complémentaire dans un disque (12) de rotor, caractérisé en ce

qu'il comprend le fait d'introduire une concentration de contrainte en-

tre un lobe (28, 30) de queue d'aronde et un étranglement (26) de

queue d'aronde adjacent.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit lobe (28) de queue d'aronde comprend une face extérieure (36) tournée vers l'extérieur pour prendre appui sur une face intérieure (40) correspondante tournée vers l'intérieur de ladite fente (14) de disque, et ladite concentration de contrainte a pour effet de réduire la contrainte au niveau de ladite face extérieure (36) en accroissant la

contrainte au niveau dudit étranglement (26).

13. Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il comprend en outre le fait de régler la rigidité relative de ladite queue d'aronde (24) au niveau de ladite face extérieure avant (36) et dudit disque (12) au niveau de ladite face intérieure (40) correspondante pour réaliser entre les deux un profil de charge normale sous l'action

de la force centrifuge s'accroissant radialement vers l'intérieur.