FR2942644A1

FR2942644A1 - Aubes de soufflante a calage cyclique.

Info

Publication number: FR2942644A1
Application number: FR0951269A
Authority: FR
Inventors: Philippe Pierre Vincent Bouiller; Stephane Rousselin
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-03
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: FR2942644B1

Abstract

La présente invention se rapporte à une partie soufflante (1a) de turboréacteur à double flux comprenant une pluralité d'aubes de soufflante (20), un disque (22) de support des aubes capable d'être mis en rotation par rapport à une partie stator (4) de soufflante, selon un axe longitudinal (2) de soufflante, ainsi qu'un système de calage en incidence associé à chaque aube de soufflante, ces systèmes étant conçus de telle sorte que l'incidence de chaque aube varie selon une même loi de calage fonction de la position angulaire de l'aube par rapport à la partie stator, selon l'axe longitudinal (2), cette même loi de calage étant périodique de période P = 360°/n, avec n correspondant à un nombre entier supérieur ou égal à 1.

Description

AUBES DE SOUFFLANTE A CALAGE CYCLIQUE DESCRIPTION

La présente invention se rapporte de façon générale au domaine des turboréacteurs à double flux, de préférence pour aéronef. De manière conventionnelle, un tel 10 turboréacteur comprend une pluralité d'aubes de soufflante, et un disque de support des aubes capable d'être mis en rotation par rapport à une partie stator de soufflante, selon un axe longitudinal de soufflante. Les aubes de soufflante sont généralement 15 montées fixement sur le disque de support, avec une incidence prédéterminée qui est identique pour chacune d'elles. Cette solution se révèle relativement satisfaisante lorsque la soufflante est alimentée en air de manière sensiblement homogène. 20 Néanmoins, certaines conceptions de turboréacteur peuvent avoir pour conséquence une alimentation hétérogène de la soufflante en air, et ce en permanence durant le fonctionnement du turboréacteur. Cela est notamment le cas lorsque le 25 carénage aérodynamique délimitant l'entrée d'air du turboréacteur masque une partie de l'ensemble d'aubes de cette soufflante, dans la direction de l'axe longitudinal de soufflante. A titre indicatif, ces configurations sont dites à turboréacteurs 30 partiellement enterrés , et contrastent avec les solutions classiques dans lesquelles le carénage5

2 aérodynamique délimitant l'entrée d'air chemine tout le long du carter extérieur fixe de la soufflante, sans masquer les aubes de celle-ci. Pour faire face aux cas où la soufflante est alimentée en air de manière hétérogène, occasionnellement ou en permanence, l'invention prévoit une partie soufflante de turboréacteur à double flux comprenant une pluralité d'aubes de soufflante, un disque de support des aubes capable d'être mis en rotation par rapport à une partie stator de soufflante, selon un axe longitudinal de soufflante, et comprenant un système de calage en incidence associé à chaque aube de soufflante, ces systèmes étant conçus de telle sorte que l'incidence de chaque aube varie selon une même loi de calage fonction de la position angulaire de l'aube par rapport à la partie stator, selon ledit axe longitudinal de soufflante, ladite même loi de calage étant périodique de période P = 360°/n, avec n correspondant à un nombre entier supérieur ou égal à 1.

En d'autres termes, l'invention prévoit que les aubes passent successivement à une position angulaire quelconque de la partie stator avec la même incidence, qui suit une loi de calage évolutive au cours d'un tour entier de soufflante selon son axe longitudinal. Ce calage cyclique permet de répondre de manière extrêmement satisfaisante aux cas d'alimentation en air hétérogène de la soufflante, permanente ou occasionnelle. Dans ce dernier cas, se produisant par exemple lors de variations d'incidence de l'aéronef ou lors de virages, la variation 3 d'incidence des aubes de soufflante n'est pas permanente, mais activée automatiquement ou manuellement uniquement lorsque les circonstances de vol traduisent une alimentation en air hétérogène de la soufflante. Ce cas de figure est donc préférentiellement rencontré avec les solutions classiques dans lesquelles le carénage aérodynamique délimitant l'entrée d'air chemine tout le long du carter extérieur fixe de la soufflante, sans masquer les aubes de celle-ci. En revanche, lorsque l'alimentation en air de la soufflante est hétérogène en permanence, la variation d'incidence des aubes de soufflante est elle aussi activée en permanence. Il s'agit par exemple, comme mentionné ci-dessus, des cas où le turboréacteur est partiellement enterré dans la structure de l'aéronef, de préférence dans l'aile principale. Ainsi, dans ce cas préféré d'un turboréacteur partiellement enterré, la loi de calage unique est préférentiellement prévue pour faire en sorte que lorsqu'une aube de soufflante quelconque entre dans la zone masquée, également dite enterrée, son incidence soit diminuée de manière à ce qu'elle réclame moins d'air, réduisant ainsi les risques de pompage et de chute de rendement. En revanche, lorsqu'elle sort de cette zone masquée, son incidence normale est rétablie sans aucun risque, puisqu'elle se retrouve dans le flux d'air. Naturellement, des lois de calage beaucoup plus complexes sont envisageables, et déterminables en fonction des contraintes et besoins rencontrés. 4 De préférence, ledit système de calage en incidence est piloté de manière passive par la rotation du disque de support des aubes par rapport à la partie stator de soufflante, selon ledit axe longitudinal de soufflante. La nature passive traduit ici le fait qu'aucune source d'énergie additionnelle autre que celle de la rotation de la soufflante n'est employée. Néanmoins, une conception à pilotage actif pourrait être envisagée, sans sortir du cadre de l'invention.

A titre d'exemple, le système de calage en incidence piloté de manière passive comprend un ergot agencé de manière excentrée sur le pied de l'aube concernée, une première roue dentée centrée sur ledit axe longitudinal de soufflante et fixée à la partie stator de soufflante, ainsi qu'une seconde roue dentée entraînée en rotation selon l'axe longitudinal de soufflante par le disque de support, et montée libre en rotation sur ce dernier selon un axe de rotation de roue distinct dudit axe longitudinal de soufflante, ladite seconde roue dentée engrenant avec ladite première roue dentée et étant reliée mécaniquement audit ergot. Avec cette conception spécifique, il est préférentiellement prévu que les systèmes de calage en incidence de toutes les aubes de la soufflante partagent la même première roue dentée. Il en résulte un gain important en termes de masse et d'encombrement. De préférence, ladite seconde roue dentée est reliée mécaniquement audit ergot par l'intermédiaire d'une biellette.

Toujours de manière préférentielle, il est fait en sorte que les première et seconde roues dentées forment en engrenage conique, à savoir qu'ils adoptent des formes tronconiques dont les axes se coupent, de 5 préférence de façon orthogonale. De préférence, ledit nombre entier n définissant la période de la loi de calage est égal à 1, ce qui traduit une période égale à un tour. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant une partie soufflante telle que décrite ci-dessus. De préférence, le turboréacteur est prévu pour être partiellement enterré, à savoir qu'il comprend un carénage aérodynamique délimitant l'entrée d'air du turboréacteur et masquant, lorsqu'il est vu selon la direction de l'axe longitudinal de soufflante, une partie de l'ensemble d'aubes de cette soufflante. En d'autres termes, dans ce cas de figure, la surface en section transversale de l'entrée d'air est inférieure à une surface en forme de disque de diamètre correspondant à celui de la partie rotative de la soufflante, le rapport entre ces deux surfaces pouvant être de l'ordre de 0,33. D'autres avantages et caractéristiques de 25 l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - la figure 1 représente une vue en demi-30 coupe longitudinale d'une portion avant d'un 6 turboréacteur selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 2 représente une vue de face du turboréacteur montré sur la figure 1 ; - les figures 3a à 3d représentent un système de calage en incidence de l'une des aubes de soufflante du turboréacteur montré sur les figures 1 et 2, dans différentes configurations adoptées au cours d'un tour de ladite aube concernée ; et - la figure 4 représente un graphe schématisant la loi de calage appliquée à ladite aube. En référence à la figure 1, on peut apercevoir une portion avant d'un turboréacteur 1 selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. Cette partie avant est essentiellement composée d'une partie soufflante la, centrée sur un axe longitudinal 2 correspondant également à l'axe du turboréacteur. Elle comprend globalement une partie stator 4, ainsi qu'une partie 6 mobile en rotation autour de cette partie stator, selon l'axe 2. La partie stator 4 est fixe et comprend entre autres un carter extérieur fixe de soufflante 8, solidaire d'un carter intermédiaire permettant d'assurer la délimitation entre le flux primaire 12 et le flux secondaire 14 du turboréacteur. En outre, ce carter extérieur fixe de soufflante 8 porte vers l'avant un carénage aérodynamique 16 délimitant l'entrée d'air 18 du turboréacteur. La partie rotative 6 comprend quant à elle une pluralité d'aubes de soufflante 20, dont une seule est visible sur la figure 1, ainsi qu'un disque de 7 support des aubes 22 centré sur l'axe 2. A titre d'exemple indicatif, la mise en rotation de la partie mobile 6 est assurée à l'aide d'une arbre rotatif d'entraînement 24 centré sur l'axe 2, et engrenant directement ou par l'intermédiaire d'une boîte d'engrenages avec ledit support 22, également dénommé moyeu. Ce dernier présente une pluralité d'orifices 28 espacés circonférentiellement les uns des autres, chacun dédié au logement de l'une des aubes de soufflante 20. Ainsi, comme cela est représenté pour l'une des aubes 20 sur la figure 1, l'orifice 28 reçoit le pied 30 de l'aube de manière à autoriser une rotation de celle-ci selon un axe de pivotement d'aube 32, de préférence sensiblement radial. Cela est notamment permis par la mise en place de paliers de roulements 34 entre l'orifice 28 et le pied d'aube 30. Ce montage rotatif de l'aube 20 par rapport au moyeu 22 selon l'axe 32 est prévu pour pouvoir piloter cette aube en incidence, grâce à un système de calage en incidence qui va maintenant être décrit, et qui est de préférence sensiblement identique pour chacune des aubes. Il incorpore tout d'abord un ergot 36 agencé sur le pied d'aube 30 de manière excentrée par rapport à l'axe de pivotement 32, et faisant saillie radialement vers l'intérieur. Par ailleurs, il est prévu une première roue dentée 38 centrée sur l'axe longitudinal 2 de la soufflante, et fixée à la partie stator 4. De préférence, cette roue 38, qui prend une forme 8 sensiblement tronconique, est partagée par tous les systèmes de calage équipant les aubes de la soufflante. Le système de calage en incidence incorpore également une seconde roue dentée 40 entraînée en rotation selon l'axe 2 par le disque de support 22, et montée libre en rotation sur ce dernier selon un axe de rotation de roue 42, sécant et de préférence orthogonal à l'axe 2. Un ergot 44 est par exemple prévu sur le moyeu 42 pour permettre le montage libre en rotation de la seconde roue 42 de forme sensiblement tronconique, qui engrène directement ou indirectement avec la première roue dentée 38. A cet égard, il est de préférence prévu un rapport de réduction de 1 entre les deux roues, de manière à ce qu'un tour de moyeu 22 autour de l'axe 2 engendre un tour de la seconde roue 40 autour de son axe 42. De plus, la seconde roue 40 porte également fixement un ergot 46, excentré vis-à-vis de l'axe de rotation 42 et faisant saillie radialement, et relié à l'ergot 36 par une biellette 48. Ce système est piloté de manière passive, puisque la rotation de la partie mobile 6 de la soufflante a pour conséquence de faire engrener la seconde roue mobile 40 avec la première roue fixe 38, et donc de la faire tourner autour de son axe de rotation 42, provoquant une mise en mouvement de la biellette 48 actionnant l'ergot excentré 36 du pied d'aube 30. Ce système de calage en incidence est spécifiquement conçu pour que l'aube 20 à laquelle il est associé ait une incidence variant selon une loi de 9 calage cyclique, de préférence de période correspondant à un tour de soufflante. Cette loi de calage, qui donne l'incidence de l'aube en fonction de sa position angulaire par rapport à la partie stator 4 selon l'axe 2, est la même pour toutes des aubes 20 de la soufflante. Elle est déterminée en fonction des besoins rencontrés. Dans l'exemple montré sur la figure 2, le turboréacteur 1 est destiné à être semi-enterré dans la structure de l'aéronef, de préférence dans l'aile principale. Ainsi, en vue de face telle que visible sur cette figure 2, le carénage aérodynamique 16 délimitant l'entrée d'air 18 masque la moitié inférieure de l'ensemble d'aubes 20. Dans cette situation, la loi de calage unique Lc schématisée sur la figure 4 est préférentiellement prévue pour faire en sorte que lorsqu'une aube quelconque 20 se trouve dans une position angulaire de 0° par rapport à la partie stator 4, elle présente une incidence dite normale, qui est conservée jusqu'à ce qu'elle occupe une position angulaire proche de 90°. Les figures 3a et 3b représentent respectivement l'état du système de calage pour les deux positions angulaires de 0° et 90° de l'aube. Sur ces deux figures, on peut en effet apercevoir que si la configuration du système de calage a été modifiée du fait de l'engrènement des deux roues 38, 40 sur un quart de tour, l'incidence de l'aube reste elle invariable sur cette portion de cycle. A partir de la position angulaire de 90° et jusqu'à sa position angulaire de 180°, correspondant à 6h, l'aube 20 voit son incidence diminuer, de 10 préférence jusqu'à une valeur nulle ou presque nulle. Durant cette portion du cycle, l'aube en question traverse effectivement la partie masquée / enterrée, et il est donc fait en sorte qu'elle réclame moins d'air afin de réduire les risques de pompage et de chute de rendement. A l'inverse, à partir de la position angulaire de 180° et jusqu'à sa position angulaire de 270° coïncidant avec la sortie de la partie masquée / enterrée de la soufflante, l'aube 20 voit son incidence augmenter jusqu'à atteindre à nouveau sa valeur dite normale, qu'elle conserve ensuite jusqu'à sa position angulaire de 0°, correspondant également à 360°. A cet égard, les figures 3c et 3d représentent respectivement l'état du système de calage pour les deux positions angulaires de 180° et 270° de l'aube. Pour obtenir la loi de calage Lc voulue, il est ici fait en sorte, comme cela est visible sur les figures 3a à 3d, que l'ergot 46 soit monté coulissant sur la biellette 48, le long de celle-ci.

Naturellement, la loi de calage unique Lc appliquée à toutes les aubes de soufflante 20 pourrait différer, mais avec une même configuration d'entrée d'air 18, sans sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.30

Claims

REVENDICATIONS1. Partie soufflante (la) de turboréacteur à double flux comprenant une pluralité d'aubes de soufflante (20), un disque (22) de support des aubes capable d'être mis en rotation par rapport à une partie stator (4) de soufflante, selon un axe longitudinal (2) de soufflante, caractérisée en ce qu'un système de calage en incidence est associé à chaque aube de soufflante (20), ces systèmes étant conçus de telle sorte que l'incidence de chaque aube varie selon une même loi de calage (Lc) fonction de la position angulaire de l'aube (20) par rapport à la partie stator (4), selon ledit axe longitudinal (2) de soufflante, ladite même loi de calage étant périodique de période P = 360°/n, avec n correspondant à un nombre entier supérieur ou égal à 1.
2. Partie soufflante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit système de calage en incidence est piloté de manière passive par la rotation du disque (22) de support des aubes (20) par rapport à la partie stator de soufflante (4), selon ledit axe longitudinal de soufflante (2).
3. Partie soufflante selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit système de calage en incidence comprend un ergot (36) agencé de manière excentrée sur le pied (30) de l'aube concernée, une première roue dentée (38) centrée sur ledit axe longitudinal de soufflante (2) et fixée à la partie 12 stator (4) de soufflante, ainsi qu'une seconde roue dentée (40) entraînée en rotation selon l'axe longitudinal de soufflante (2) par le disque de support (22), et montée libre en rotation sur ce dernier selon un axe de rotation de roue (42) distinct dudit axe longitudinal de soufflante (2), ladite seconde roue dentée (40) engrenant avec ladite première roue dentée (38) et étant reliée mécaniquement audit ergot (36).
4. Partie soufflante selon la revendication 3, caractérisée en ce que les systèmes de calage en incidence de toutes les aubes (20) de la soufflante partagent la même première roue dentée {38).
5. Partie soufflante selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce que ladite seconde roue dentée (40) est reliée mécaniquement audit ergot par l'intermédiaire d'une biellette (48).
6. Partie soufflante selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les première et seconde roues dentées (38, 40) forment en engrenage conique.
7. Partie soufflante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit nombre entier n est égal à 1.
8. Turboréacteur (1) caractérisé en ce 30 qu'il comprend une partie soufflante (la) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15 20 25 13
9. Turboréacteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un carénage aérodynamique (16) délimitant l'entrée d'air (18) du turboréacteur et masquant, lorsqu'il est vu selon la direction de l'axe longitudinal de soufflante (2), une partie de l'ensemble d'aubes (20) de cette soufflante.10