FR3025885A1 - Dispositif de mesure de grandeurs aerodynamiques destine a etre place dans une veine d'ecoulement d'une turbomachine - Google Patents

Dispositif de mesure de grandeurs aerodynamiques destine a etre place dans une veine d'ecoulement d'une turbomachine Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1) destiné à être placé dans une veine d'écoulement (13) d'une turbomachine comportant : - un corps (2) allongé possédant au moins une face longitudinale cylindrique (21) ; - une pluralité de capteurs (4) de grandeur aérodynamique placés dans le corps (2), les éléments sensibles (41) des capteurs s'étendant en dehors du corps (2) au niveau d'un bord d'attaque (5) ; - un carénage (3) entourant partiellement le corps, possédant une face longitudinale concave (31) complémentaire de la face cylindrique du corps (2) et formant bord de fuite (6), la face du corps (2) non recouverte par le carénage et opposée au carénage (3) formant le bord d'attaque (5); le dispositif de mesure de grandeur aérodynamique (1) étant caractérisé en ce que le carénage (3) est monté à rotation à débattement contraint autour du corps (2).

Description

1 Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques destiné à être placé dans une veine d'écoulement d'une turbomachine DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de mesure de grandeurs aérodynamiques, et notamment de pression et de température, dans la veine d'écoulement d'une turbomachine.
ETAT DE LA TECHNIQUE Dans le cadre d'essais sur une turbomachine, il est parfois nécessaire de réaliser des mesures des grandeurs aérodynamiques, notamment de pression et de température, du flux gazeux s'écoulant dans la veine d'écoulement 13 d'une turbomachine (figure 1). En référence aux figures 2, 3 et 4, il est connu de réaliser la mesure de ces grandeurs aérodynamiques au moyen d'un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques 1, placé sensiblement radialement dans une veine d'écoulement 6 d'une turbomachine, comportant un corps 2 et une pluralité de capteurs 4 de grandeur aérodynamique placés dans le corps cylindrique 2, les éléments sensibles 41 des capteurs s'étendant en dehors du corps 2 au niveau d'un bord d'attaque 5. Ce dispositif de mesure porte généralement le nom de peigne de sondes.
Les pertes aérodynamiques créées par la présence du dispositif de mesure 1 dans la veine d'écoulement du flux 8 perturbent cet écoulement lorsqu'il pénètre dans le compresseur haute-pression, ce qui a pour conséquence de perturber le fonctionnement de la turbomachine 10 et par conséquent de fausser les mesures de grandeurs aérodynamiques réalisées.
3025885 2 Afin de limiter la traînée du dispositif de mesure 1 dans la veine d'écoulement 13, il est connu d'ajouter un carénage 3 rapporté sur le corps 2 de manière à fermer son bord de fuite suffisamment loin en aval pour éviter le décollement du flux en aval (figure 2). Cette solution permet de limiter efficacement la traînée du dispositif de mesure 1 dans la veine d'écoulement 13, tant que l'incidence du flux par rapport à l'axe du dispositif de mesure 1 est faible (figure 3). En revanche, lorsque cette incidence augmente, une zone D de décrochement du flux importante se crée en aval (figure 4). EXPOSE DE L'INVENTION L'invention permet de limiter efficacement la traînée du dispositif de mesure et ce quelle que soit l'incidence du flux par rapport à l'axe du dispositif de mesure.
15 A cet effet, l'invention propose un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques destiné à être placé dans une veine d'écoulement d'une turbomachine comportant : - un corps allongé et possédant au moins une face longitudinale 20 cylindrique ; - une pluralité de capteurs de grandeur aérodynamique placés dans le corps, les éléments sensibles des capteurs s'étendant en dehors du corps au niveau d'un bord d'attaque ; - un carénage formant bord de fuite, entourant partiellement le corps, et 25 possédant une face longitudinale complémentaire de la face longitudinale cylindrique du corps, la face du corps non recouverte par le carénage et opposée au carénage formant le bord d'attaque ; le dispositif de mesure de grandeur aérodynamique étant caractérisé en ce que le carénage est monté à rotation à débattement contraint autour du 30 corps.
5 10 3025885 3 L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - le corps est de section circulaire ; 5 - les éléments sensibles des capteurs s'étendant sur le bord d'attaque du corps ; - le carénage entoure le corps sur un angle compris entre 190° à 320° ; - la face longitudinale en contact avec le corps étant concave, la courbure de la face étant choisie supérieure à celle du corps ; 10 - le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques comporte en outre un système de verrouillage de la rotation du carénage autour du corps ; - le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques comporte en outre un système de commande du système de verrouillage de la 15 rotation du carénage autour du corps, le système de commande étant adapté pour libérer la rotation du carénage autour du corps lors d'un changement de point de fonctionnement moteur et pour verrouiller la rotation du carénage autour du corps lors d'une mesure de grandeurs aérodynamiques ; 20 - le carénage est monté à rotation sur le corps à débattement contraint sur une plage angulaire comprise entre -20 et 20°. L'invention concerne également un procédé de mesure de grandeurs aérodynamiques à l'aide d'un dispositif placé dans une veine d'écoulement d'une 25 turbomachine comportant : - un corps allongé possédant au moins une face longitudinale cylindrique - une pluralité de capteurs de grandeur aérodynamique placés dans le corps, les éléments sensibles des capteurs s'étendant en dehors du 30 corps au niveau d'un bord d'attaque ; 3025885 4 - un carénage entourant partiellement le corps, possédant une face complémentaire de la face longitudinale cylindrique du corps et formant bord de fuite, la face du corps non recouverte par le carénage et opposée au carénage formant le bord d'attaque ; 5 le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure des grandeurs aérodynamiques, le carénage étant monté à débattement contraint à rotation autour du corps, de sorte que le bord de fuite du carénage soit toujours placé dans l'axe d'incidence du flux.
10 Le procédé de mesure de grandeurs aérodynamiques comporte avantageusement des étapes de : - changement de point de fonctionnement moteur; - libération de la rotation du carénage autour du corps jusqu'à ce que le carénage se stabilise ; 15 - verrouillage de la rotation du carénage autour du corps ; - mesure des grandeurs aérodynamiques. DESCRIPTION DES FIGURES 20 D'autres objectifs, caractéristiques et avantages sortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma simplifié d'une turbomachine sur lequel est localisé la veine d'écoulement du flux ; 25 - la figure 1 bis représente un dispositif de mesure conforme à l'invention ; - la figure 2 représente un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques selon l'art antérieur ; - les figures 3 et 4 représentent la zone de décrochement aérodynamique autour d'un dispositif de mesure selon l'art antérieur pour différents angles d'incidence du 30 flux ; - la figure 5 représente un dispositif de mesure conforme à l'invention ; 3025885 5 - les figures 6 et 7 représentent la zone de décrochement aérodynamique autour d'un dispositif de mesure conforme à l'invention pour différents angles d'incidence du flux.
5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Positionnement dans la turbomachine La figure 1 représente de façon schématique une turbomachine 10 du type à 10 double flux et double corps auquel s'applique en particulier l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type particulier de turboréacteur et s'applique à d'autres architectures de turboréacteurs à double flux et double corps. La turbomachine 10 comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement 15 des gaz, une soufflante 11, un ou plusieurs étages de compresseurs 17, une chambre de combustion 14, un ou plusieurs étages de turbines 15 et une tuyère d'échappement des gaz. Le turboréacteur comprend également un carter intermédiaire 20 ayant, de 20 façon connue en soi, une fonction structurale (car les efforts sont transmis par son intermédiaire). En particulier, les moyens de fixation du turboréacteur à la structure de l'avion dans la partie avant sont solidaires du carter intermédiaire. Le carter intermédiaire 20 se compose d'un moyeu 25, d'une virole annulaire extérieure 24 disposée autour du moyeu de façon concentrique à celui-ci.
25 Le turboréacteur comprend deux veines coaxiales d'écoulement de flux gazeux, à savoir une veine d'écoulement de flux primaire (ou flux chaud) 12, et une veine d'écoulement de flux secondaire (ou flux froid) 13. Le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques 1 est destiné à être placé 30 sensiblement radialement dans la veine d'écoulement de flux secondaire 13 de la turbomachine 10.
3025885 6 En référence aux figures 5 à 7, le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques 1 comporte un corps 2 creux, une pluralité de capteurs 4 de grandeur aérodynamique placés dans le corps 2, et un carénage 3.
5 Corps cylindrique 2 Le corps 2 est allongé et possède au moins une face longitudinale cylindrique 21. Le corps 2 est typiquement un cylindre creux. En particulier, le corps 2 peut être 10 un cylindre de section circulaire, ovale ou en forme de C. En référence à la figure 1 bis, le corps 2 est fixé radialement dans la veine d'écoulement de flux secondaire 13 soit à la virole annulaire extérieure 24 soit au moyeu 25, soit à la fois à la virole annulaire extérieure 24 et au moyeu 25.
15 Notamment, le corps 2 peut être fixé par une platine de fixation 26 sur la paroi interne de la virole annulaire extérieure 24 comme illustré en figure 1 bis. Capteurs 4 20 Les capteurs 4 sont des sondes de pression et de température. A titre d'exemple, les sondes de température peuvent être du type capteur thermocouple, l'élément sensible de la sonde étant constitué de deux métaux de résistivité différente connectés ensemble, de manière à générer une différence de 25 potentiel que l'on peut relier à la température mesurée. Une telle sonde de température est bien connue de l'homme du métier et ne sera donc pas décrite en détails ici. A titre d'exemple, les sondes de pression peuvent notamment être des tubes 30 d'instrumentation tels que des sondes de Kiel. De telles sonde de pression sont bien connues de l'homme du métier et ne seront donc pas décrites en détails.
3025885 7 Les éléments sensibles 41 des capteurs s'étendant en dehors du corps 2 au niveau du bord d'attaque 5. Les éléments sensibles 41 des capteurs 4 s'étendant s'étendant sur le bord d'attaque du corps 2 dans un axe A.
5 Les capteurs 4 sont reliés à un calculateur (non représenté sur les figures) où les données mesurées sont traitées. Les capteurs 4 sont reliés au calculateur par des fils d'instrumentation 45 (figure 1) qui sont placés dans le corps cylindrique 2.
10 Carénage 3 Le carénage 3 présente une face longitudinale 31 complémentaire de la face longitudinale cylindrique 21 du corps 2. La face longitudinale 31 du carénage 3 est en contact avec le corps cylindrique 2. Le carénage 3 présente deux autres faces 15 longitudinales 32 qui forment ensemble le bord de fuite 6 lorsque le dispositif de mesure est positionné dans la veine d'écoulement 13. La face 22 du corps 2 non recouverte par le carénage et opposée au carénage 3 forme le bord d'attaque 5 lorsque le dispositif de mesure 1 est placé dans la veine 20 d'écoulement 13. Le carénage 3 est typiquement de forme cylindrique. Le carénage 3 entoure partiellement le corps cylindrique 2.
25 Le carénage 3 entoure typiquement le corps 2 sur un angle compris entre 190° à 320°. Le carénage 3 est monté à rotation contrainte autour de l'axe longitudinal du 30 corps 2.
3025885 8 Le carénage 3 est monté à débattement contraint sur le corps 2, typiquement sur une plage angulaire comprise entre -20° et 20°. Le débattement du carénage 3 est par exemple limité par des butées 5 mécaniques placées sur la périphérie du corps 2. Le dispositif 1 comporte en outre des moyens de guidage à rotation du carénage 3 par rapport au corps 2. Ces moyens de guidage à rotation sont par exemple constitués d'une gorge circonférentielle ménagée sur le corps 2 et d'une tige 10 s'étendant intérieurement du carénage 3, adaptée pour être engagée dans la gorge, et présentant à son extrémité une protubérance adaptée pour ne pas pouvoir être retirée de la gorge. La section du corps cylindrique non recouverte par le carénage forme le bord 15 d'attaque 5 lorsque le dispositif de mesure est positionné dans la veine d'écoulement 13. La rotation du carénage 3 autour du corps 2 est limitée par les frottements à l'interface entre la face 31 du carénage 3 et le corps cylindrique 2.
20 L'interface entre la face 31 du carénage 3 et le corps 2 présente un coefficient de frottement choisi de sorte que le couple résistant entre le corps 2 et le carénage 31 soit supérieur ou égal à l'effort aérodynamique maximum dû aux fluctuations instationnaires de pression sur le carénage 3, l'amplitude maximale de ces 25 fluctuations étant de l'ordre de 3000 Pa. Ainsi le carénage se cale dans le sens de l'écoulement sans pour autant être sensible aux fluctuations instationnaires de pression. Par exemple, la face longitudinale 31 est concave et la courbure de la face 31 30 est choisie supérieure à celle du corps 2 de manière à ce que l'interface entre la face 31 du carénage 3 et le corps 2 présente le coefficient de frottement recherché.
3025885 9 Le revêtement de la face 31 et celui du corps 2 peut également être choisi de manière à ce que l'interface entre la face 31 du carénage 3 et le corps 2 présente le coefficient de frottement recherché. Fonctionnement La force exercée par le flux sur le carénage 3 fait tourner le carénage 3 par rapport au corps 2 de manière à aligner le carénage 3 avec l'axe d'incidence du flux. En référence aux figures 6 et 7, le carénage 3 s'étend donc dans l'axe F d'incidence du flux quel que soit l'incidence du flux. En particulier, lorsque le flux est orienté dans l'axe A dans lequel s'étendent les 15 éléments sensibles 41 (figure 6), le carénage 3 s'étend dans l'axe A. La zone D de décrochement aérodynamique en aval du dispositif de mesure 1 est limitée. Lorsque l'angle F d'incidence du flux s'écarte de l'axe A (figure 7), le carénage 3 s'éloigne de l'axe A pour se positionner dans l'axe F d'incidence du flux. La zone D de décrochement aérodynamique en aval du dispositif de mesure 1 est ainsi également 20 limitée. Système de verrouillage 7 de la rotation du carénage 3 autour du corps cylindrique 25 Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de mesure 1 comporte en outre un système de verrouillage 7 de la rotation du carénage 3 autour du corps 2. Le système de verrouillage 7 permet de bloquer la rotation du carénage 3 autour du corps 2. Le système de verrouillage 7 est par exemple constitué d'un électro-aimant.
30 Le dispositif de mesure 1 peut en outre comporter un système de commande 8 du système de verrouillage 7.
5 10 3025885 10 Le système de commande 8 est adapté pour libérer la rotation du carénage 3 autour du corps 2 lors d'un changement de point de fonctionnement moteur et pour bloquer la rotation du carénage 3 autour du corps 2 lors d'une mesure de grandeurs 5 aérodynamiques. Un changement de point de fonctionnement moteur peut par exemple être un changement de régime moteur ou l'ouverture ou la fermeture de la section de sortie Pour réaliser une série de mesures de grandeurs aérodynamiques dans une 10 veine d'écoulement 13 d'une turbomachine 10 pour différents régimes moteur, on positionne le dispositif de mesure 1 dans la veine d'écoulement de la turbomachine 10, et on procède comme suit : - commande d'un point de fonctionnement moteur; - libération de la rotation du carénage 3 autour du corps 2 jusqu'à ce que la 15 position du carénage 3 se stabilise ; - verrouillage de la rotation du carénage 3 autour du corps 2 ; - mesure des grandeurs aérodynamiques ; on réitère les étapes ci-dessus pour chaque point de fonctionnement moteur. 20

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1) destiné à être placé dans une veine d'écoulement (13) d'une turbomachine comportant : - un corps (2) allongé et possédant au moins une face longitudinale cylindrique (21) ; - une pluralité de capteurs (4) de grandeur aérodynamique placés dans le corps (2), les éléments sensibles (41) des capteurs s'étendant en dehors du corps (2) au niveau d'un bord d'attaque (5) ; - un carénage (3) formant bord de fuite (6), entourant partiellement le corps, et possédant une face longitudinale (31) complémentaire de la face longitudinale cylindrique (21) du corps (2), la face du corps (2) non recouverte par le carénage et opposée au carénage (3) formant le bord d'attaque (5); le dispositif de mesure de grandeur aérodynamique (1) étant caractérisé en ce que le carénage (3) est monté à rotation à débattement contraint autour du corps (2).
  2. 2. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon la revendication précédente, dans lequel le corps (2) est de section circulaire.
  3. 3. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments sensibles (41) des capteurs (4) s'étendant sur le bord d'attaque du corps (2).
  4. 4. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carénage (3) entoure le corps (2) sur un angle compris entre 190° à 320°.
  5. 5. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l'une des revendications précédentes, la face longitudinale (31) en contact avec le 3025885 12 corps (2) étant concave, la courbure de la face (31) étant choisie supérieure à celle du corps (2).
  6. 6. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l'une des 5 revendications précédentes, comportant en outre un système de verrouillage (7) de la rotation du carénage (3) autour du corps (2).
  7. 7. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon la revendication précédente, comportant en outre un système de commande 10 (8) du système de verrouillage (7) de la rotation du carénage (3) autour du corps (2), le système de commande (8) étant adapté pour libérer la rotation du carénage (3) autour du corps (2) lors d'un changement de point de fonctionnement moteur et pour verrouiller la rotation du carénage (3) autour du corps (2) lors d'une mesure de grandeurs aérodynamiques. 15
  8. 8. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l'une des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que le carénage (3) est monté à rotation sur le corps (2) à débattement contraint sur une plage angulaire comprise entre -20 et 20°. 20
  9. 9. Procédé de mesure de grandeurs aérodynamiques (1) à l'aide d'un dispositif placé dans une veine d'écoulement (13) d'une turbomachine comportant : - un corps (2) allongé possédant au moins une face longitudinale 25 cylindrique (21) ; - une pluralité de capteurs (4) de grandeur aérodynamique placés dans le corps (2), les éléments sensibles (41) des capteurs s'étendant en dehors du corps (2) au niveau d'un bord d'attaque (5) ; - un carénage (3) entourant partiellement le corps (2), possédant une 30 face complémentaire (31) de la face longitudinale cylindrique (21) du corps (2) et formant bord de fuite (6), la face du corps (2) non 3025885 13 recouverte par le carénage et opposée au carénage formant le bord d'attaque (5); le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure des grandeurs aérodynamiques, le carénage (3) étant monté à débattement 5 contraint à rotation autour du corps (2), de sorte que le bord de fuite (6) du carénage (3) soit toujours placé dans l'axe (F) d'incidence du flux.
  10. 10. Procédé de mesure de grandeurs aérodynamiques selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de : 10 - changement de point de fonctionnement moteur; - libération de la rotation du carénage (3) autour du corps (2) jusqu'à ce que le carénage (3) se stabilise ; - verrouillage de la rotation du carénage (3) autour du corps (2) ; - mesure des grandeurs aérodynamiques. 15
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