FR3027340A1

FR3027340A1 - Disque aubage monobloc comportant un moyeu pourvu de fentes radiales delimitant des embases de pales

Info

Publication number: FR3027340A1
Application number: FR1459873A
Authority: FR
Inventors: Damien Merlot; Etienne Ide
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-04-22
Anticipated expiration: 2034-10-15
Also published as: FR3027340B1

Abstract

L'invention concerne un disque aubagé monobloc (14) de soufflante pour turbomachine telle qu'un turboréacteur, ce disque aubagé monobloc (14) comprenant un moyeu (16) ayant une forme générale de révolution autour d'un axe de rotation (AX), ce moyeu (16) comprenant une face périphérique externe (18) portant des pales (17) d'orientation radiale. Selon l'invention, le moyeu (16) comprend entre chaque paire d'aubes (17) consécutives, une fente radiale (19) débouchant à sa face périphérique externe (18) et s'étendant vers l'axe de longitudinal, pour délimiter entre chaque paire de fentes radiales (19) une embase (23) portant une pale.

Description

DISQUE AUBAGÉ MONOBLOC COMPORTANT UN MOYEU POURVU DE FENTES RADIALES DÉLIMITANT DES EMBASES DE PALES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un disque de soufflante d'un moteur de type turboréacteur, ce disque étant du type aubagé monobloc, c'est-à-dire qu'il comporte un moyeu et des aubes formant une pièce unique indissociable.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Un moteur de type turboréacteur à double flux 1 tel que celui de la figure 1, comporte une manche d'entrée 2 dans laquelle est admis l'air avant d'être aspiré par les pales d'une soufflante 3. Après avoir passé la région de la soufflante, l'air se divise en un flux primaire central et un flux secondaire qui entoure le flux primaire. Le flux d'air primaire traverse ensuite un compresseur 4 situé immédiatement après la soufflante 3 alors que le flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour directement générer une poussée additionnelle en étant soufflé autour du flux primaire.

Le flux primaire traverse ensuite un compresseur haute pression 6, avant d'atteindre une chambre 7 où a lieu sa combustion, après injection et vaporisation d'un carburant. Après combustion, ce flux primaire se détend dans une turbine haute pression 8 puis dans une turbine basse pression pour entrainer en rotation les étages de compression et la soufflante, avant d'être expulsé vers l'arrière du moteur pour générer une poussée. Chaque turbine et chaque compresseur comporte une succession d'étages comportant chacun une série d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un arbre de rotation du moteur. Cet arbre central ou rotor qui s'étend selon un axe longitudinal AX porte les éléments rotatifs de la turbine ainsi que les éléments rotatifs du compresseur et de la soufflante.

Les aubes de la soufflante peuvent être des éléments rapportés sur un disque, appelé disque de soufflante qui est d'abord fixé par liaison cannelée à l'arbre du moteur. Après fixation du disque, les aubes sont emboîtées par l'avant du disque en étant engagées dans des rainures longitudinales réalisées en périphérie du disque et qui sont appelées alvéoles. Dans le cas d'une soufflante à disque aubagé monobloc, la série d'aubes de la soufflante est portée par un moyeu en formant avec celui-ci une pièce unique et indissociable. Une partie d'un tel disque aubagé monobloc, correspondant à un secteur angulaire autour de l'axe AX, représentée schématiquement dans la figure 2 en y étant repérée par 11. Le moyeu 12 de ce disque monobloc aubagé est relié aux aubes 3 au niveau de régions repérées par 13 correspondant aux parties basses de ces aubes. En cas d'ingestion par le turboréacteur d'un corps étranger, celui-ci heurte en premier lieu un ensemble de pales de la soufflante, donnant lieu à une sollicitation mécanique susceptible de conduire à la dégradation d'une ou plusieurs pales, voire à un arrachement de pale. Dans le cas d'un disque aubagé monobloc, comme dans le cas de la figure 2, l'ingestion d'un corps étranger donne lieu à une concentration de contraintes mécanique qui est maximale au niveau de la base 13 des pales heurtées, c'est-à-dire au niveau de la jonction de chacune de ces pales 3 avec le moyeu 12. Cette situation est due au fait que la structure monobloc donne lieu à une plus grande rigidité des pales 3 au niveau de leur liaison 13 avec le moyeu 12 formant disque. Ceci tend à accroître la contrainte mécanique lorsque les pales 3 sont fortement sollicitées en flexion, ce qui est le cas lors de l'ingestion d'un corps étranger. C'est cette concentration de contrainte en bas de pale qui est susceptible de conduire à un arrachement. Le but de l'invention est de proposer une solution pour réduire le niveau de contrainte en base de pale en particulier en cas d'ingestion de corps étranger.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un disque aubagé monobloc de soufflante pour turbomachine telle qu'un turboréacteur, ce disque aubagé monobloc comprenant un moyeu ayant une forme générale de révolution autour d'un axe de rotation longitudinal, ce moyeu comprenant une face périphérique externe portant des pales d'orientation radiale, caractérisé en ce que ce moyeu comprend entre chaque paire d'aubes consécutives, une fente radiale débouchant à sa face périphérique externe et s'étendant vers l'axe de longitudinal, pour délimiter entre chaque paire de fentes radiales une embase portant une pale.

Chaque embase apporte une souplesse supplémentaire à l'aube qu'elle porte en étant apte à fléchir vers l'une ou l'autre des fentes radiales qui la délimitent en cas de choc. Cette structure permet ainsi de réduire la rigidité mécanique du disque aubagé monobloc au niveau des bases de ses aubes, pour diminuer le niveau de contrainte mécanique dans ces régions en cas d'ingestion de corps étranger par le moteur. Le moyeu participe ainsi à la dissipation d'énergie en cas d'impact d'un corps étranger sur une pale, car c'est tout l'ensemble comprenant l'embase et la pale qui est apte à fléchir pour absorber le choc. L'invention concerne également un disque ainsi défini, dans lequel chaque fente radiale débouche dans une face amont du moyeu afin d'accroître la flexibilité au niveau des bords d'attaque des pales. L'invention concerne également un disque ainsi défini, dans lequel chaque fente radiale débouche dans une face aval du moyeu afin d'accroître la flexibilité au niveau des bords de fuite des pales. L'invention concerne également un disque ainsi défini, comportant des inserts fermant chaque fente radiale. L'invention concerne également un disque ainsi défini, dans lequel chaque fente radiale comporte un fond délimité par un perçage d'orientation longitudinale qui débouche dans la face amont et dans la face aval du moyeu.

L'invention concerne également un disque ainsi défini, dans lequel chaque perçage délimitant un fond de fente radiale est dimensionné pour recevoir un organe de fixation du disque à un compresseur basse pression. L'invention concerne également une soufflante de turbomachine comprenant un disque ainsi défini. L'invention concerne également un moteur d'aéronef de type turboréacteur, comprenant un disque aubagé monobloc ainsi défini. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue d'ensemble d'un turboréacteur représenté en coupe longitudinale ; La figure 2 est une vue partielle d'un disque aubagé monobloc selon l'Etat de la technique montrant un secteur angulaire de ce disque monobloc comprenant deux pales ; La figure 3 est une vue partielle d'un disque aubagé monobloc selon l'invention montrant un secteur angulaire correspondant à quatre pales. La figure 4 est une vue en coupe locale illustrant schématiquement la fixation du disque aubagé selon l'invention au compresseur basse pression d'un moteur ; La figure 5 est une vue partielle d'un disque aubagé monobloc selon l'invention comportant un évidement de son moyeu en partie arrière. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le disque aubagé monobloc selon l'invention qui est partiellement représenté en figure 3 en y étant repéré par 14 comporte un moyeu ou jante 16 correspondant à sa portion centrale, et qui porte une série de pales. Les bases de quatre de ces pales sont visibles dans la figure 3 en y étant repérées par 17. Le moyeu 16 qui a une forme généralement annulaire s'étendant autour de son axe de rotation AX, forme un tout avec les aubes 17 qu'il porte, c'est-à-dire une pièce unique pouvant être par exemple un moyeu forgé portant des pales laminées rapportées par friction.

Le moyeu 16 du disque aubagé monobloc 14 comporte une face périphérique externe 18 ayant une forme générale de révolution autour de l'axe AX, qui est ici tronconique, et dont partent les bases de chacune des aubes 17, qui sont espacées les unes des autre autour de l'axe AX.

Ce moyeu 16 comporte comme visible dans la figure 3 une série de fentes radiales 19 d'orientations longitudinales, c'est-à-dire sensiblement parallèles à l'axe AX. Chaque fente radiale 19 est située entre les bases de deux aubes 17 consécutives autour de l'axe AX, et elle s'étend radialement depuis la face périphérique externe 18 du moyeu 16 dans laquelle elle s'ouvre, jusqu'à une certaine profondeur comptée radialement, c'est-à-dire jusqu'à une certaine distance de l'axe AX où elle est fermée par son fond d'orientation longitudinale. En pratique, la distance entre la face périphérique et le fond d'une fente radiale 19 reste inférieure à deux tiers de l'épaisseur du moyeu. Chaque fente radiale 19 débouche avantageusement dans la face amont 21 du moyeu et dans la face aval de ce moyeu, ces faces étant d'orientation générale normale à l'axe AX. La face amont est celle qui fait face au flux d'air entrant dans le moteur, la face aval étant celle par laquelle le disque aubagé monobloc est rigidement solidarisé au compresseur basse pression du moteur. Chaque fente radiale s'étend ainsi sur toute la longueur du moyeu, de façon à augmenter la souplesse de l'emplanture de la pale depuis son bord d'attaque jusqu'à son bord de fuite. Comme visible dans la figure 3, le fond de chacune des fentes radiales 19 est arrêté ou délimité par un trou ou perçage 22 pouvant être sensiblement incliné par rapport à l'axe AX, et qui débouche, comme la fente radiale elle-même, en face amont et en face aval du moyeu 16 du disque aubagé monobloc. Ces trous 22 permettent de conférer au fond de chaque fente radiale une forme arrondie, ici en arc de cercle, pour notamment constituer une surface régulière évitant l'apparition de concentrations de contraintes en fond de fente. Des irrégularités ou angulations seraient susceptibles de constituer des amorces de rupture, attendu que le fond de ces fentes radiales coïncide avec la naissance des embases 23 qu'elles délimitent, et par là même à des zones de contraintes mécaniques élevées en cas de sollicitation des pales en flexion autour de l'axe AX. Pour réduire encore la concentration de contrainte au fond des fentes radiales 19, le moyeu ou jante 16 peut avantageusement être renforcé en ayant par exemple une plus grande longueur selon de l'axe AX dans la région centrale délimitée par les fonds des fentes radiales 19. Autrement dit, le moyeu peut être plus long dans sa partie centrale qu'a sa périphérie pour que les fonds de ses fentes 19 soient plus longs. Dans l'exemple illustré en figure 3, les perçages 22 ont des sections circulaires, mais d'autres forme sont envisageables, comme par exemple des perçages à section elliptique ou autre, la forme à adopter étant conditionnée par la distribution des contraintes dans le disque aubagé monobloc considéré dans son ensemble. Complémentairement, chaque fente radiale est fermée par une pièce non représentée, de type insert, pour obturer l'espace qu'elle laisse vide, afin de préserver l'aérodynamisme du disque aubagé, et le cas échéant de contribuer à l'amortissement des chocs. Le matériau utilisé peut être un matériau deformable de type élastomère ou analogue. Plus concrètement, le comblement par des pièces fermant chaque fente radiale permet de redonner au disque aubagé monobloc la forme externe d'un disque de l'Etat de la technique, pour ne pas perturber l'écoulement fluide de la veine interne, c'est-à-dire de la veine d'air entrant via la soufflante. L'invention n'a ainsi pas d'impact sur l'aérodynamique du moteur. Les pièces de comblement non représentées sont avantageusement choisies dans un matériau approprié pour amortir le rétrécissement d'une fente radiale qui intervient lorsque la pale contiguë à cette fente radiale heurte un corps étranger, afin de contribuer à l'absorption de l'énergie du choc correspondant. Les trous 22 qui délimitent les fonds de fentes permettent de donner une forme arrondie aux fonds de fentes pour éviter l'apparition d'amorces de ruptures, mais ils permettent également de simplifier la fixation du disque aubagé au rotor du moteur.

Comme illustré schématiquement sur la figure 4, ces trous 22 sont avantageusement prévus pour recevoir des vis de fixation permettant de solidariser le disque aubagé monobloc au compresseur basse pression qui est repéré par 24 dans la figure 4. A ce titre, ces trous 22 sont conformés pour déboucher en face amont et en face aval du disque de manière à pouvoir être traversés par des vis de fixation permettant la solidarisation du disque aubagé monobloc au rotor 24 par boulonnage, directement par l'avant du moteur. Par ailleurs, afin d'accroître encore la flexibilité introduite par les fentes radiales 19 qui délimitent une embase pour chaque pale, le moyeu 16 peut comporter un évidement pour réduire la longueur des embases 23 à une valeur inférieure à la distance séparant le bord d'attaque du bord de fuite pour chaque pale. Dans l'exemple de la figure 5, le moyeu 16 comporte ainsi un évidement au niveau de sa partie arrière, repéré par E, de sorte que la face aval de ce moyeu 16 est déportée vers l'avant par rapport aux bords de fuite des pales 17. Les embases 23 ont ainsi une longueur nominale inférieure à la longueur des pales, ce qui leur confère une plus grande flexibilité, mais également une plus grande souplesse en torsion autour de l'axe radial, de manière à favoriser encore l'absorption des chocs que ces pales peuvent subir. Le même type d'évidement peut être réalisé au niveau des bords d'attaque des pales pour déporter la face amont du moyeu 16 vers l'arrière au niveau des embases délimitées par les fentes.25

Claims

REVENDICATIONS1. Disque aubagé monobloc (14) de soufflante pour turbomachine telle qu'un turboréacteur, ce disque aubagé monobloc (14) comprenant un moyeu (16) ayant une forme générale de révolution autour d'un axe de rotation longitudinal (AX), ce moyeu (16) comprenant une face périphérique externe (18) portant des pales (17) d'orientation radiale, caractérisé en ce que ce moyeu (16) comprend entre chaque paire d'aubes (17) consécutives, une fente radiale (19) débouchant à sa face périphérique externe (18) et s'étendant vers l'axe de rotation longitudinal, pour délimiter entre chaque paire de fentes radiales (19) une embase (23) portant une pale afin d'accroître la flexibilité de cette pale.
2. Disque selon la revendication 1, dans lequel chaque fente radiale (19) débouche dans une face amont du moyeu (16) afin d'accroître la flexibilité au niveau des bords d'attaque des pales (17).
3. Disque selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque fente radiale (19) débouche dans une face aval du moyeu (16) afin d'accroître la flexibilité au niveau des bords de fuite des pales (17).
4. Disque selon l'une des revendications 1 à 3, comportant des inserts fermant chaque fente radiale (19).
5. Disque selon les revendications 2 et 3, dans lequel chaque fente radiale (19) comporte un fond délimité par un perçage (22) d'orientation longitudinale qui débouche dans la face amont et dans la face aval du moyeu (16).
6. Disque selon la revendication 5, dans lequel chaque perçage (22) délimitant un fond de fente radiale est dimensionné pour recevoir un organe de fixation du disque à un compresseur basse pression.
7. Soufflante de turbomachine comprenant un disque selon l'une des revendications 1 à 6. S. Moteur d'aéronef de type turboréacteur, comprenant un disque aubagé monobloc selon l'une des revendications 1 à 6.